MITは3Dプリント技術を使用してカスタマイズ可能な木製品を実現

2022年5月27日、アンタークティックベアは、森林破壊に対抗するために、マサチューセッツ工科大学（MIT）とチャールズ・スターク・ドレイパー研究所の研究者が共同で新しい3Dバイオプリンティング技術を開発したことを知りました。

この研究は、植物全体を収穫したり加工したりせずに、試験管内で植物由来の材料を生成する方法に基づいており、局所的かつ高密度な生産、エネルギー集約型の収集と輸送の排除、加工の削減、気候への耐性を可能にします。これにより、エネルギーと廃棄物が削減されます。この技術は大きな発展の可能性を秘めています。

ジニア植物を利用することで、研究室で育てられた生きた細胞を使って、木を伐採することなく、椅子、テーブル、その他の木製品など、さまざまなカスタム形状を印刷することができます。

研究チームは、細胞の成長中に化学物質を使用することで、密度や剛性などの特性を含む印刷構造の物理的および機械的特性を微調整することも可能だと述べた。

△3Dプリント前のジニア植物細胞の顕微鏡画像。画像はMITより
森林破壊問題<br /> 木は、建物や家具から紙や道具に至るまで、幅広い用途を持つ重要な天然資源です。

しかし、木材は比較的安価で広く供給されているにもかかわらず、無限にあるわけではなく、環境を保護するために森林破壊を遅らせる努力が続けられています。世界中で毎年約1,000万ヘクタールの森林が伐採されていると推定されています。保護されなければ、現在のペースでいくと、世界の森林の多くが今後数世紀以内に消滅してしまう可能性がある。

樹木や森林は気候変動と闘うための素晴らしいツールであるため、これらの資源を最大限に活用するための戦略的計画は、生態系のバランスを維持するために重要です。

△MITの木質バイオマテリアル、3Dバイオプリンティングワークフロー
3D プリントによる持続可能な開発の実現<br /> 自然への依存を減らすために、研究者たちは現在、木材に代わる素材を模索しています。 MITはまず、ジニアの葉から生きた細胞を分離し、2日間培養した後、細胞が重要な栄養素と2種類のホルモンを受け取ることができるゲル培養培地に移しました。

栽培された材料は、自然には存在しない形で生産される可能性があります。研究者たちは、成長の初期段階でホルモンレベルを微調整することで、植物細胞の成長に伴って物理的および機械的特性を変えることができることを発見した。その後、研究チームは3Dプリンターを使用して、細胞を豊富に含んだゲル材料を複雑な構造に押し出しました。これらの方法を使用することで、自然界では容易に入手できない形や規模の材料が栽培されます。

この研究の詳細は、「ジニア細胞培養から生産された、3Dプリントされた新しい調整可能な実験室栽培植物材料の物理的、機械的、微細構造的特性」と題された論文に記載されています（ここをクリックして転送してください）
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702122000451#f0005

現在、ホルモンが低いほど植物細胞の密度が低くなることが判明しています。ホルモンレベルが上昇するにつれて、植物細胞はより小さく、より密度が高く、より硬い細胞構造に成長しました。研究チームは、一部の天然木材に匹敵する剛性も実現しました。さらに、印刷された細胞構造は生存可能であり、押し出し後も数か月間成長し続けることさえ可能でした。これにより、栽培形式を制御できるようになり、従来の農法では得られないさまざまな形やサイズの栽培材料が実現します。

ベックウィズ氏のチームは今後の研究として、遺伝的要因やその他の化学的要因が細胞の成長にどのように影響するかを研究する予定だ。彼らはまた、このバイオプリンティング法を松などの樹木を含む他の植物種にも応用したいと考えている。最終的には、建物の壁に適した高強度で断熱性のある構造など、目的の用途に合わせた特性を持つ木材製品を研究室で育てられるようになることを期待しています。

△実験室で培養した生物材料の3Dプリント
3Dプリント木材の探究<br /> 木材や木材のような材料の 3D プリントは目新しいものではありません。昨年、3D プリンター OEM の Desktop Metal は、バインダージェット 3D プリントを使用して機能的な木製部品を作成する子会社の Forrust の技術を発表しました。
Forrust プロセスは、木材製造および製紙産業からの廃棄副産物 (おがくずとリグニン) を改良し、特殊なバイオエポキシ樹脂複合材と混合することによって機能します。

3Dプリント木材の原理と研究の詳細については、Antarctic Bearの別の記事「木材の3Dプリントを実現するには？将来性はあるか？」をお読みください。https://www.nanjixiong.com/thread-154677-1-1.html

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