一件迷你t恤展示了羅切斯特大學生物學教授安妮·s·邁耶實驗室使用3D打印機和一種新的生物墨水技術創(chuàng)造的光合生物材料 。(羅切斯特大學照片)
羅徹斯特大學的研究人員使用3D打印技術制造了一種新穎的、環(huán)保的藻類材料 ， 這種材料不僅可以用于能源和醫(yī)藥 ， 還可以用于時尚和太空探索 。
近年來 ， 隨著科學家們認識到最堅固的材料往往是那些模仿自然的材料 ， 由將生物細胞置于非生物基質中制成的活材料越來越受歡迎 。
荷蘭羅切斯特大學(University of Rochester)和代爾夫特理工大學(Delft University of Technology)的研究人員首次使用3D打印機和一種新型生物打印技術 ， 將藻類打印成有生命的、堅韌且有彈性的光合材料 。這種材料在能源、醫(yī)療和時尚領域有多種應用 。這項研究發(fā)表在《高級功能材料》雜志上 。
羅切斯特大學生物學副教授安妮·s·邁耶(Anne S. Meyer)說:“三維打印已被證明是一種制造有許多環(huán)境和其他好處的活材料的有效技術 ?！薄拔覀兊墓夂仙锊牧鲜窃擃I域的一個巨大進步 ， 因為它們是第一個工程光合材料的例子 ， 在物理上足夠健壯 ， 可以部署到現(xiàn)實世界的應用 。”
開發(fā)生物基材料的工作是邁耶實驗室領導的一系列研究工作中的最新成果 。邁耶和她的研究團隊在利用細菌開發(fā)人工珍珠層和石墨烯等重要工業(yè)材料方面一直處于領先地位 。
如何建造新材料:有生命的和無生命的組件
為了制造光合作用材料 ， 研究人員從一種無生命的細菌纖維素開始 ， 這是一種由細菌產生和排泄的有機化合物 。細菌纖維素具有許多重要的力學性能 ， 包括柔韌性、韌性、強度 ， 以及即使被扭曲、壓碎或其他物理扭曲時仍能保持其形狀的能力 。
細菌纖維素就像打印機里的紙張 ， 而活的微藻充當油墨 。邁耶和她的同事使用3D打印機將活藻類沉積在細菌纖維素上 。
生物(微藻)和非生物(細菌纖維素)的組合產生了一種獨特的材料 ， 具有藻類的光合特性和細菌纖維素的健壯性;該材料既堅固又有彈性 ， 同時也環(huán)保、可生物降解、簡單且可規(guī)?；a 。這種類似植物的材料的性質意味著它可以利用光合作用在數(shù)周內“養(yǎng)活”自己 ， 而且它還可以再生——一小塊材料的樣本可以在現(xiàn)場種植來制造更多的材料 。
人造葉子 ， 光合作用的皮膚和生物服裝
該材料的特性使其成為各種應用的理想候選材料 ， 包括新產品 ， 如人造葉子 ， 光合皮膚 ， 或光合生物服裝 。
人造樹葉是模仿真實樹葉的材料 ， 它們利用陽光將水和二氧化碳(氣候變化的主要驅動因素)轉化為氧氣和能量 ， 很像光合作用中的樹葉 。葉子以糖的形式儲存化學能量 ， 然后可以轉化為燃料 。因此 ， 人造葉子為植物生長不好的地方提供了一種生產可持續(xù)能源的方法 ， 可能包括外太空殖民地 。邁耶和她的同事們生產的人造樹葉是由環(huán)保材料制成的 ， 與目前生產中的大多數(shù)人造樹葉技術不同 ， 后者是用有毒的化學方法生產的 。
“對于人造葉子 ， 我們的材料就像取走植物的‘最好的部分’——葉子——可以創(chuàng)造可持續(xù)能源 ， 而不需要利用資源來生產植物的部分——莖和根——需要資源但不產生能源 ， ”邁耶說 ?！拔覀冋谥圃煲环N只專注于可持續(xù)能源生產的材料 ?！?br /> Meyer說 ， 這種材料的另一個應用是光合作用皮膚 ， 可以用于皮膚移植 ?！爱a生的氧氣將有助于啟動受損區(qū)域的愈合 ， 或者它可能能夠進行光激活的傷口愈合 ?！?br /> 除了提供可持續(xù)能源和醫(yī)療服務 ， 這種材料還可能改變時尚 。由藻類制成的生物服裝將解決當前紡織業(yè)的一些負面環(huán)境影響 ， 因為它們將是高質量的織物 ， 可持續(xù)性生產和完全可生物降解 。它們還可以通過光合作用去除二氧化碳來凈化空氣 ， 而且不像傳統(tǒng)服裝那樣需要經常清洗 ， 從而減少用水量 。
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