科学家们的新型3D打印双色木材可以生产未来派的生态友好型家具
时间：2021-03-16 08:43 来源：中国3D打印网 作者：中国3D打印网 阅读：次
该研究的主要作者阿什利·贝克维斯（Ashley Beckwith）对中国3D打印网说：“当我们只使用一小部分植物时，我们会投入大量资源来种植整个植物。复制不那么依赖土地的材料。”
研究人员的一种3D生物打印的培养物，其中含有木质素细胞。图片来自《清洁生产杂志》。
在生产中更换木材
与化石燃料相比，木材和其他植物基材料因其可再生性而广受赞誉，因此，它们经常用于制造消费品和发电。但是，我们对木材的过度依赖日益导致大规模的森林砍伐，这可能对环境造成持久的影响。
从本质上讲，木材的生长和收集方式几百年来一直没有改变，因为在收获有用的木屑之前先将整个植物进行耕种，然后将其余的作为自然废物燃烧。这种方法导致许多树木被丢弃，并且考虑到土地，肥料和运输的成本，它也相当昂贵。
相比之下，实验室生长的材料具有潜力，可以缓解农业压力，因为它们可以按规格生长，从而无需丢弃不想要的碎片。在其他地方，作为“微繁”习俗的一部分，将小型植物样品种植到大面积的种子中并重新分配，但该方法具有高度的选择性，通常仅用于保存最稀有的物种。
但是，如果将其应用于更广泛的木材生长中，微繁可能产生更广泛的影响，从而大大减少了种植植物性材料的时间。通过结合这些方法，麻省理工学院的团队因此开发了一种具有可调特性的新型生物材料，并试图将其3D打印为可缩放的复杂结构。
麻省理工学院科学家的3D生物打印方法。
研究人员的3D生物打印方法使他们能够生产具有70％以上细胞活力的生物基结构。图片来自《清洁生产杂志》。
种植新型生物材料
为了进行测试，科学家从经过充分研究的百日草线虫植物物种中提取了活细胞，并使用营养物对其进行了培养，并将其悬浮在凝胶支架中。通过这样做，研究小组允许植物细胞生长到支架中，而无需阳光或土壤，而仅产生可收获的元素。
在细胞生长过程中，研究人员能够调整其激素浓度，pH值，密度和整体功能，从而确保他们生产出具有最佳性能的生物材料。经过大量的修补后，研究小组设法对齐了细胞，使它们形成了木质素增强的次生壁，并有效地转变为木质凝胶。
一旦他们的新材料准备就绪，科学家就使用了结合了3D生物打印和注塑成型的方法来制造一系列薄的树形测试结构。尽管印刷品在十天内显示出70％以上的高细胞存活率，但它们的机械强度也很低，这目前限制了它们在诸如家具之类的承重结构中的使用。
因此，麻省理工学院的团队将他们的研究视为概念验证，证明了比当前的农业方法更有效地种植木材的可行性。随着围绕培养参数的进一步研发，研究人员认为，未来，他们的方法可能还会产生其他各种3D打印的家用产品，而这些产品几乎不会对自然界造成破坏。
贝克威斯总结说：“我不知道我会种植一个完全组装好的桌子，因为它不是很好地利用空间，但是它有潜力。这是一个很好的愿景，人们真的接受了这个概念，所以我希望我们引起更多的兴趣，并吸引更多的人参与，以实现这一目标。”
生物基印刷材料
随着防止全球变暖的竞赛日趋白热化，科学家们现在正在开发合成生物材料，以作为天然原料的更可持续的替代品。
弗莱堡大学的研究人员对MIT团队采取了不同的方法，并创造了自己的新颖的木质3D打印材料。德国团队使用复合纤维素球生产了一种生物合成聚合物，可以在轻型建筑或工业应用中使用。
同样，作为欧盟支持的NOVUM项目的一部分，研究人员目前正在3D打印纤维素基部件，用于汽车，船舶或电气绝缘行业。总体而言，该计划旨在提高全球资源效率，以此作为应对气候变化和建设更循环经济的手段。
在更多的实验研究中，德国联邦材料研究与测试研究所的科学家正试图将3D打印白蚁垃圾转化为环保结构。尽管新型生物材料最初显示出较低的机械强度，但也能够在没有聚合物添加剂的情况下喷射粘合剂。
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