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《Nature Materials》真菌菌体打印活的复合材料

《Nature Materials》真菌菌体打印活的复合材料

  • 分类:行业动态
  • 发布时间:2022-12-29 14:03
  • 访问量:

【概要描述】

《Nature Materials》真菌菌体打印活的复合材料

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2022年12月22日,苏黎世联邦理工的André R. Studart教授团队和Kunal Masania教授团队联合设计了一种利用真菌菌丝的新兴特性来创造活的复杂材料的3D打印策略,该研究以Three-dimensional printing of mycelium hydrogels into living complex materials(将菌丝体水凝胶3D打印成活的复合材料)为题发表于《Nature Materials》上。
原文链接:

https://doi.org/10.1038/s41563-022-01429-5

 

文章简介

动物骨骼和植物茎等生物材料能够实现自愈、再生、适应环境。尽管研究人员最近成功地使合成材料具有同样的功能,但在生物学中发现的复杂的适应系统的许多新特性仍需在生物合成材料中进一步探索。本研究描述了一种3D打印方法,利用真菌菌丝体的新特性来创造具有自我修复、再生和适应环境的生物复杂材料,同时服务于特定的项目。在这项工作中,装载真菌的水凝胶被3D打印成晶格结构,使菌丝以平衡的探索和开发模式生长,同时促进凝胶的定殖和空气间隙的桥接。研究人员3D打印了一个坚固的、可实现自清洁并能够在损伤后自主再生的机器人皮肤,以证实这种基于菌丝体的生物复合材料的潜力。

研究背景

长期以来,细菌、真菌等微生物一直被用做合成工程所需的材料,并制备出具有增强功能的新材料。在近期研究当中,研究人员通过在非生物宿主基质中加入微生物,创造了具有生命功能的合成材料。微生物与非生物合成材料的结合,导致了用于释放抗生素的活表面、用于传感和生物医学应用的基因可编程活材料的发展,以及研制出了作为细菌装载材料的3D打印的功能性活墨水。利用合成生物工具对微生物进行编程,并将生物墨水3D打印成人工智能所设计的复杂几何形状,这为工程生物材料的不断增长领域打开了广阔前景。
为了工程目的,研究人员已经采取了许多方法来利用菌丝体为基础的材料。农业废弃物中的淀粉可以作为粘合剂来制造可持续的商业环保板,用于绝缘和包装。菌丝体结构也被用于建筑应用,如具有可调机械性能的类皮革自生长薄膜。但用于制造这些材料和产品的真菌最终会在工艺结束时死亡或被移除,从而无法发挥独特的适应性微生物的生活特性。

研究内容解读

因此,研究人员将菌丝体网络新出现的适应特性与3D打印技术工艺结合起来,创造出基于菌丝体的、活的、复杂的材料,用于特定的工程目的。研究人员采用3D打印的方法制作,将装载真菌的水凝胶打印成晶格结构。因为生物有机体已经进化为一种生物功能,利用其新出现的特性用于其他应用,需要将生物体塑造成新的结构。为了解决这个问题,研究人员打印了开放的结构,为菌丝生长提供三维环境,使其在宿主水凝胶之外生长成为功能多样的材料。通过控制营养物质的数量,使得以菌丝为基础的活物质能够找到菌丝生长、自我再生和自主适应环境所需的平衡条件。

图1 3D打印含菌丝体水凝胶制备的活的复杂材料和物体。

图2载菌丝水凝胶的真菌生长行为和流变学。

图3麦芽浓度为10%时菌丝体活性材料的生长和机械刚度。

图4菌丝体生物材料的活性、自愈及应用。

——END——

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