細菌を3Dプリントして骨のような複合材料を作る

周知のとおり、3D プリントの適用範囲はほぼすべての材料に及び、細胞やチョコレートなど、従来とは異なる材料も製造可能です。しかし、細菌を印刷することは可能でしょうか?
2023年2月28日、Antarctic Bearは、EPFL（スイス連邦工科大学ローザンヌ校、別名スイス連邦工科大学ローザンヌ校）の研究者がこれを行ったことを知りました。具体的には、炭酸カルシウムを生成するバクテリアを含むインクを使用した 3D プリントの方法を発表しました。この結果得られたバイオ複合材料は、多くの興味深い用途があり、強度があり、軽量で、環境に優しいものです。この研究は「生体構造バイオ複合材料の3Dプリント」と題する論文として、Materials Today誌に掲載された。

関連論文リンク: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702123000214?via%3Dihub#f0005
科学者が新たな付加製造ソリューションを求めてより広い自然界に目を向けたのは、これが初めてではない。実際、バイオミミクリー、つまり生命を模倣する手法は、ハニカムの格子構造を模倣するなど、部品のさらなる最適化を可能にするため、3D プリントでは人気があります。このプロジェクトの背後にも同様の論理があります。研究者たちは、軟体動物の殻や骨などの生物が、軽くて強く、多孔質でありながら硬い複合材料（研究室や工場で実現するのはほぼ不可能なこと）を生産できることに着目した。最終的には、これらの特性を持ちながら環境にも優しい材料を生産したいと考えています。今、彼らはこの 3D プリントインクでまさにそれを実現しました。
科学者たちは、細菌を含んだインク（ BactoInkと呼ばれる）と3Dプリントを組み合わせることで、強くて軽量で環境に優しいバイオ複合材料を作成することに成功しました。
細菌を 3D プリントしてより優れた複合材料を作成<br /> 「3D Printing Living Structural Biocomposites」に掲載された論文の中で、EFPL のソフトマテリアル研究所の研究者らは、このプロセスをどのように作成したかを概説しています。つまり、彼らはパスツレラ・スポロゲネス菌を使って 3D プリント可能なインクを作成したのです。この細菌が選ばれたのは、尿素を含む溶液にさらされると、炭酸カルシウム (CaCO3) を生成する鉱化プロセスを引き起こすという興味深い能力を持っているためです。「BactoInk」と呼ばれるこの新しいインクは、ほぼあらゆる形状に印刷することができ、数日以内に鉱物化します。
△画像概要ミネラル化インクの使用を選択したのは、インク 3D 印刷に通常伴う問題 (特定の流動条件が必要で、印刷後に柔らかくなったり縮んだりする傾向があるため、管理が難しい) に対処する必要があったためです。「そこで、私たちは簡単なトリックを思いつきました。鉱物を印刷する代わりに、BactoInk を使用してポリマーの足場を印刷し、次に別の 2 番目のステップでそれを鉱物化するのです」と、ソフトマテリアルラボの責任者であるエスターアムスタッドは説明します。「約 4 日後、足場内のバクテリアによって引き起こされる鉱物化プロセスにより、90 パーセントを超える鉱物含有量の最終製品が生成されます。」
この研究プロジェクトの共著者であるマッテオ・ヒルシュ氏とロレンツォ・ルケリーニ氏は、ソフトマテリアル研究所の研究者です。
その結果、標準的な 3D プリンターを使用しても製造できる、強力で弾力性のあるバイオ複合材料が誕生しました。さらに、最終製品には生きた細菌は含まれません。この素材は、強度と軽量性だけでなく、付加製造では実現が難しい多孔質性も備えているため、特に興味深いものです。

研究者たちは、この材料のさまざまな分野への応用を概説した。 1 つの用途は、もちろん、芸術作品の修復です。インクをその部分に直接注入し、亀裂や欠けに合わせて成長させることができるからです。しかし、これは差し迫った環境問題であるため、環境に優しい材料を使用することで、損傷した海洋サンゴ礁を再生するための人工サンゴの構築も非常に興味深いものになる可能性があります。
△美術作品の修復
アムスタッド氏は次のように結論付けています。「BactoInk 処理の汎用性と、環境への影響の少なさ、鉱化材料の優れた機械的特性を組み合わせることで、現在よりも天然素材に近い軽量で耐荷重性のある複合材料を製造するための多くの新しい可能性が開かれます。」

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