可以考虑哪些应用?

苏黎世联邦理工学院 (ETH Zurich) 的研究人员开发了一种含有活细菌的墨水,可以根据放入细菌的种类,列印出具有特定性质的 「mini biochemical factories」。

用细菌墨水列印。

附:

Science 新闻:The ink this 3D printer uses is alive. Watch it in action (有视频,其中有用细菌墨水在玩偶面部这种复杂三维表面进行列印)


ScienceAdvances 原文:3D printing of bacteria into functional complex materials

相关问题:把活细菌放进 3D 列印墨水里,细菌是怎么保持存活的?


泻药

从事生物材料领域的研究至今已经有大约4年多了,虽然和大牛不能比,也算对这个领域稍微懂点。所以这里就简单提出一些我对这个问题的看法。

首先,从技术层面上来说,这里的活细菌作为「墨水」进行3D列印技术并不是很难。其实这个技术应该叫做生物三维列印,顾名思义就是通过将细胞与水凝胶材料混合后用三维印表机列印成型,最后制备成组织工程支架。毋庸置疑,这项技术对于组织工程的发展具有划时代意义的。一方面,通过生物三维列印可以实现快速的细胞富集,另一方面,这种细胞的富集是可以定位的。随著研究的进行,目前已经有一部分研究者做出来一些初步的成果,均证明了实现细胞的三维生物列印的可行性。通常用的材料有:海藻酸钠,明胶,透明质酸,胶原蛋白,纤维蛋白原等,几乎所有具有类似牙膏可挤出的无毒性水凝胶材料都可以用来和细胞混合三维列印。不过目前里面还有很多问题尚未解决,这里就不详细列出了。所以它这里说是实现细菌的三维列印其实就更加简单了,因为只要将细菌与上述材料混合后列印即可,而且相比于细胞这种娇贵的东西来说,细菌更容易存活和处理。

http://advances.sciencemag.org/content/3/12/eaao6804。

图片来源于Science Advances

这里面主要用的两种材料是透明质酸和称之为卡拉胶(Carrageenan)的东西,这个卡拉胶其实就是通常做果冻里面用的食品添加剂,诸如此类的水凝胶还有很多,比如明胶、结冷胶等。所以说材料上和之前的研究都差不多,就把这些水凝胶掺杂一些,混合一下,最后就可以列印了。(PS:这里并不是说这个方法不好,只是为了说明这里的创新其实并不是很大)。

然后,从研究意义上来说。这里和列印细胞不同,列印细胞对于组织工程的意义重大,或许有一天我们解决了所有的问题,真的可以实现三维列印组织,器官,甚至使其具有功能,那么就真的是造福人类了。然而,这里列印细菌,从现实来说,其实意义并不是很大,因为我们不可能富集一堆细菌,然后让其在人体上应用。不过从文章作者提出了一些观点,一方面,他提出与可以分泌纤维素的细菌混合然后作为皮肤替代物,这个其实就是用特定的细菌分泌出细菌纤维素材料(有兴趣可以搜索细菌纤维素这个材料看看),然后用细菌纤维素来充当细胞外基质引导组织修复,这确实具有一定的意义。另一方面,作者提出清理石油泄漏,感知水中的毒素以及分解化学有毒物质,这些说法其实都是由它负载何种细菌来决定的。此外,还可以用来作为一些研究模型进行应用。严格来说,生物三维列印其实仅仅是一种成型的技术,要结合具体情况来看。

最后,从个人观点来看,其实大家没有必要总是把视角放在「研究出某项研究有什么用」这种问题上。其实,很多的研究或许就是研究者当时的一个兴趣而已,做点有意思的东西也是科研。当然,如果能应用当然最好了。然而,据我所知,目前可以应用的科研成果不及百分之一(本人没有做过这种统计,但是可能会更低,尤其是对生物来说)。或许,我们可以说这些科研成果短期内的可应用价值较低,但是以后还是很有价值的,哈哈。(以上仅代表个人观点,欢迎提问讨论,谢谢!)


谢谢邀请。这个科技新闻首先出现ETH的网站上,3D-printed minifactories。我把主要观点总结归纳一下,解释一下活细菌如何在墨水中生存,以及这个技术可能带来的应用。

以前的3D列印材料一般是无机物,如塑料、金属等。那么,为何苏黎世理工的科学家用含有细菌的墨水列印呢?因为细菌在代谢过程中产生的纤维素等会构造成结构精巧的生物兼容性材料,更普遍一点,可以列印任何用途的质轻、硬度高、韧性强的优质材料,取决于细菌的种类、含量以及列印中的技术细节。

3D printing with a new kind of ink which is containing living bacteria. (Illustration: science animated by Bara Krautz)

以本报道中的恶臭假单胞菌和醋酸杆菌为例子。恶臭假单胞菌,革兰氏阴性菌,能够分解苯酚等化学污染物实现完全或者部分芳香化合物矿物化。醋酸杆菌,可产生乳白色的菌膜,代谢产物含有纤维素。因为这些细菌在墨水中的活性、运动特性和生存空间,它们不停的代谢」排泄「出各种奇特的结构,如下图1的纳米纤维素结构。因为细菌在列印后的材料中继续存活,在遇到特定的环境,材料会出现不同的生长速度和结构改变。如下图2.

1,截图于ETH的YT视频

2,细菌墨水列印形成的特殊形状及遇其他条件的继续生长

那么这些细菌怎么一直存活在墨水中的呢?

首先,细菌的生存环境要求非常简单,这也是细菌是这个地球最古老的霸主原因。以上的两个细菌都是好氧型细菌,只要给点氧气,一点他们代谢的有机物,他们就可以生存。

其次,这个墨水的主要成分是水凝胶(高分子+水)和培养物质。水凝胶为细菌提供了支撑和活动空间,细菌通过表面吸附、细胞交联、包封等形成组织行为。针对醋酸杆菌的墨水,培养物质一般是糖类,如六碳糖和甘油。针对恶臭假单胞菌的培养物质,可能是芳香类(六碳闭环类)物质。只需要一点点,他们就能活很久。

那么,这种以活体细菌作为列印原料的用途有哪些呢?我仅列出医学的应用做参考。

1.植皮替代材料。这种列印出来的具有生物兼容性的特殊结构可以被当作人工皮肤等。文中提到由醋酸菌列印出的材料敷在伤口有止痛和治疗烧伤的作用。

2. 人工关节。更舒适、耐磨。

3. 人工耳蜗。更舒适,更轻便,更有效。

4. 人工假肢。更轻便,更结实,有耐性。

5. 人工牙齿。更舒适、更有强度。

6. 人工心脏等。

因3D细菌列印带来的物理特性和生物生长特性,未来的想像空间很大,完全可以扩展到日常应用甚至军工。

留给大家畅想吧。

暂时写这么多,以后再补充。


根据查到的资料回答下 然后脑洞开一下哈

1. 治疗药丸例如:治疗用大肠杆菌给药

2. 或许是器官发挥功能重要的一部分呢

比如下面的研究 如果列印上大肠杆菌呢?

3D列印小肠帮助科学家更好了解肠道细菌

3. 医用支架

某些细菌是可以"吐丝" 列印后培养一定时间 再去除细菌 剩下"丝" 就是支架

他们的研究中就说明了「天然分泌纤维素的细菌可以用于医疗应用如烧伤治疗和皮肤替代物」

最新研究成果:3D列印细菌墨水!可以用来治疗烧伤还能检测毒素!

4. 粘合剂

细菌作为纳米机器的粘合剂

细菌作为纳米机器的粘合剂(From Nature) - Seraph - 博客园

5. 生物武器

可以开下脑洞哈 不细说了

6. 微型电机和泵

光控细菌供能的微型电机

能动细菌泵

上海交大科学家3D列印出靠细菌驱动的微观泵-天工社3D列印 - Maker8.Com

图侵删。

7. 用于各种科研

比如研究细菌群落作为驱动器。

神奇!3D列印能靠细菌群实现-奇闻007

研究耐药性 3D列印细菌笼子

3D列印细菌笼子 助力细菌耐药性研究

研究细菌群落行为

3D列印可以让科研人员设计细菌群落 - 生物研究 - 生物谷

8. 制造原材料

使用 3D 列印将特定种类的细菌印在精准的线上,然后将石墨烯氧化物的氧原子去掉,进而得到类似石墨烯的材料。

石墨烯成本高 用3D列印细菌来制作或许更好?

9. 去污染环保药丸和检测用试剂盒

有些细菌可以分解污染物。3D列印后可能会更有利于这些细菌高效分解污染物

最新研究成果:3D列印细菌墨水!可以用来治疗烧伤还能检测毒素!

10. 纸、布、电子或生物医学装置

原理和医用支架是一样的

JuicyPrint 3D印表机用细菌和果汁列印生物工程3D结构

图侵删。

查到或者想到再来更新吧。


利用细菌做3D列印的墨水,一方面可以列印一种含有特定细菌的微环境,利用微环境研究细菌的生存或者死亡或者发挥特定作用的条件。
谢邀。个人感觉利用活细菌列印出来的大概是各式各样的活细菌。

世界上已经出现过利用活细胞进行3D列印的先例了(活细胞列印出肝脏)

但是细菌已经是一个完整的生命体了,真心想不出来打完的细菌跟没列印的有啥区别。
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