این چاپگر با استفاده از جوهر حاوی باکتری ، می تواند طرح های بیوشیمیایی زنده را به آسانی چاپ کند.
تقریبا چاپ همه اجسام با تکنولوژی پرینت سه بعدی امکان پذیر است، از پیتزا گرفته تا عروق خونی. هر چند همه این پرینتر ها از مواد بی جان مانند پلاستیک یا فلز برای چاپ مواد بی جان استفاده میکنند. یک گروه از محققان ETH به سرپرستی پروفسور اندره استوارت پلت فرم چاپ سه بعدی جدیدی را ساخته اند که با مواد زنده کار می کند. این جوهر به استودارت و گروهش امکان چاپ فاکتورهای بیوشیمیایی کوچک با خواص ویژه را میدهد که این خواص تابعی از نوع باکتری استفاده شده در جوهر پرینتر است.
آزمایشگاه مواد پیچیده ETH جوهر جدید حاوی باکتری را فلینک(Flink) نامیده که مخفف جوهر زنده کاربردی(functional living ink) است. این جوهر از یک هیدروژل زیست سازگار حاوی هیالورونیک اسید ، مولکولهای قند بلند زنجیر و سیلیس پیروژنیک تشکیل شده است. قندی بودن این محیط کشت امکان زنده ماندن باکتری هارا برای مدت طولانی فراهم میکند.
افزودن باکتری با خواص مورد نظر:
محققان ازمایشگاه مواد پیچیده ETH Zurich از دو گونه باکتری Pseudomonas putida و Acetobacter xylinum در تحقیقاتشان استفاده کرده اند. گونه اول میتواند اثر سمی فنول را خنثی کند که به طور وسیع در صنایع شیمیایی تولید میشود. باکتری دوم نانو سلولز با خلوص بالا تولید می کند که با خاصیت کاهش درد و نگهداری رطوبت پتانسیل بالایی را برای درمان سوختگی دارد.
پلتفرم جدید محققان پتانسیل بالایی برای تولید ترکیب های مختلف دارد. در یک پرینت محققان می توانند از چهار جوهر مختلف حاوی گونه های مختلف باکتری با خلوص متفاوت استفاده کنند تا به خواص متنوعی دسترسی پیدا کنند.
با ویسکوزیته خمیر دندان !
در طی مراحل توسعه هیدروژل حاوی باکتری، تیم ETH با چالش بزرگی روبرو شد: سرعت جریان ژل. جوهر باید به اندازه ای سیال باشد که بتواند از نازل عبور کند. همچنین غلظت جوهر بر حرکت باکتری ها اثر میگذارد و طبیعتا هر چقدر جوهر غلظت بیشتری داشته باشد جریان باکتری ها سخت تر خواهد بود. غلظت بالای ژل بر تولید سلولز استوباکتر هم اثر منفی میگذارد. در عین حال لایه های پرینت شده باید استحکام لازم را برای تحمل وزن لایه های بالاتر داشته باشند و در صورت رقیق بودن امکان پرینت ساختار های پایدار وجود ندارد. یکی از محققان فرمولاسیون موفق را چنین معرفی میکند: “با ویسکوزیته خمیر دندان و با غلظت کرم دست نیوا”
پتانسیل بالا:
تا کنون دانشمندان طول عمر مواد پرینت شده را مطالعه نکرده اند اما از انجایی که باکتری ها به منابع محدودی برای زنده ماندن نیاز دارند پیش بینی میشود که برای مدت طولانی ای زنده بمانند.
با این حال تحقیقات هنوز در مراحل ابتدایی است. به گفته یکی از اعضای تیم ، Patrick Rühs ، “پرینت با ژل حاوی باکتری پتانسیل بسیار بالایی دارد، چرا که رنج وسیعی از باکتری های مفید قابل چاپ خواهند بود.” وی شهرت بد میکروارگانیزم ها را به علت خلاء تحقیقاتی در زمینه مواد افزودنی حاوی باکتری میداند.
بیشتر مردم با شنیدن اسم باکتری به یاد بیماری میافتند در حالی که بدون وجود باکتری ها زنده ماندن غیر ممکن است” محققان معتقدند که این جوهر جدید کاملا امن است و باکتری های استفاده شده در این تحقیق کاملا بدون ضرر و مفید هستند.
سنسور تشخیص مواد سمی و فیلترهای نشت فراورده های نفتی:
محققان در پیش بینی کاربرد های این نوع پرینت، بسیار فراتر از کاربرد های پزشکی و بیوتکنوژی را در ذهن مجسم میکنند. برای مثال این پرینت ها می توانند برای مطالعه فرایندهای تخریب یا تشکیل بیوفیلم استفاده شوند. یکی از کاربرد ها میتواند بیوسنسور تشخیص سموم در آب آشامیدنی باشد که به صورت سه بعدی پرینت می شود. یکی دیگر از ایده ها میتواند چاپ فیلتر حاوی باکتری برای مهار نفت و فراورده های نفتی نشت شده در طبیعت باشد.
در ابتدا، ضروری است که مشکلات مربوط به زمان چاپ آرام و مقیاس پذیری دشوار حل شود. در حال حاظر تولید سلولز توسط استوباکتر برای برنامه های زیست پزشکی چندین روز طول میکشد. با این حال دانشمندان خوشبینند که امکان بهینه سازی و سرعت بخشیدن به این فرایند وجود دارد.
توسعه پرینت سه بعدی با مواد خاص تخصص گروه تحقیقاتی پروفسور اندره استودارت در ETH است. برای مثال، استودارت و تیم بین رشته ای وی، یک جوهر پرمنفذ قابل چاپ از سرامیک تولید کرده اند که امکان چاپ انواع ساختارهای بسیار سبک و استخوان شکل را فراهم می اورد که برای تولید انرژی استفاده می شوند.
منابع: ETHZ ، interestingengineering
