3 Boyutlu Mini Fabrikalar
Yakında 3 boyutlu baskı ile üretilemeyen hiçbir şey olmayacak. Bununla birlikte, bu işlem için kullanılan malzemeler hala plastik ya da metaller gibi “ölü madde” dir.
Kompleks Malzemeler Laboratuvarı Başkanı Profesör André Studart’ın liderliğinde bir grup ETH araştırmacısı şimdi canlı madde kullanan yeni bir 3 boyutlu baskı platformu geliştirdi. Araştırmacılar, bilim insanlarının mürekkebe hangi bakteri türlerini koyduklarına bağlı olarak, belirli özelliklere sahip mini biyokimyasal fabrikaları basmalarını mümkün kılan bir bakteri içeren mürekkep geliştirdiler.
“Flink”, bakteri ürünlerinin çeşitliliğinden yararlanır
Studart’ın grup üyeleri ve ilk yazarları Patrick Rühs ve Manuel Schaffner, çalışmalarında Pseudomonas putida ve Acetobacter xylinum bakterilerini kullandı. Bunlardan birincisi, yüksek saflıkta nanocellulose salgılayan kimya endüstrisinde büyük ölçekte üretilen toksik kimyasal fenolü yıkabilir. Bu bakteri selülozu hafifletir, nemi korur ve kararlıdır, yanıkların tedavisinde potansiyel uygulamalar sağlar.
ETH araştırmacılarının yeni baskı platformu sayısız olası kombinasyon sunuyor. Bilim insanları, tek bir geçişte, çeşitli özelliklere sahip nesneleri üretmek için farklı konsantrasyonlarda farklı bakteri türü içeren dört farklı mürekkep kullanabilirler.
Mürekkep, yapıyı sağlayan biyouyumlu bir hidrojelden oluşur. Hidrojenin kendisi hiyalüronik asit, uzun zincirli şeker molekülleri ve pirojenik silisyumdan oluşur. Bakteriler için kültür ortamı, mürekkeple karıştırılarak, bakterilerin yaşam için tüm ön koşulları alması sağlanır. Bu hidrojel temel alınarak, araştırmacılar istenen “özellik aralığı” ile bakteri ekleyebilir ve daha sonra istedikleri üç boyutlu yapıyı basabilir.
Diş macunu kadar yapışkan
Bakteri içeren hidrojelin geliştirilmesi sırasında, jelin akış özellikleri özel bir meydan okumaya yol açtı: mürekkep, basınç memesinden zorlanacak kadar sıvı olmalıdır. Mürekkebin tutarlılığı bakterilerin hareketliliğini de etkiliyor. Mürekkep ne kadar sert olursa, hareket etmeleri o kadar zor olur. Ancak hidrojel çok sert ise, Acetobacter daha az selüloz salgılar. Aynı zamanda basılan nesneler sonraki katmanların ağırlığını destekleyecek kadar sağlam olmalıdır. Çok sıvı oldukları takdirde, kararlı yapıları bastırmak mümkün değildir, zira bu ağırlıklar onlara uygulanan ağırlık altında çöker. “Mürekkep diş macunu kadar yapışkan olmalı ve Nivea el kremi tutarlı olmalıdır,” diyor Schaffner başarılı formülü nasıl yaptığını anlatırken.
Bilim insanları, “işlevsel canlı mürekkep” anlamına gelen yeni baskı materyalini “Flink” olarak adlandırdılar ve kısa süre önce Science Advances dergisinde bu tekniği sundular.
Muazzam potansiyel
Henüz, malzeme bilimcileri basılı minifakonların ömrünü incelememişlerdir. Rühs, “Bakteriler kaynak yolunda çok az şey gerektirdiğinden, basılı yapılarda çok uzun süre hayatta kalabileceklerini varsayıyoruz” diyor.
Bununla birlikte, araştırma hala başlangıç aşamasındadır. Rühs, “Bakteri içeren hidrojelleri kullanarak baskı yapmak çok büyük bir potansiyele sahip, çünkü orada çok çeşitli faydalı bakteri var” diyor. Bakterileri kullanan katkı yöntemlerine yönelik mevcut araştırmaların eksikliği nedeniyle mikroorganizmalara verilen kötü itibarı sorumlu tutuyor. “Çoğu insan bakterileri sadece hastalıklarla ilişkilendirir, ancak biz aslında bakteri olmadan hayatta kalamadık” diyor. Bununla birlikte, araştırmacılar yeni mürekkeplerinin tamamen güvenli olduğuna inanıyorlar. Kullandıkları bakteri zararsızdır ve faydalıdır.
Zehirli maddeler ve petrol gazları için filtre detektörler
Tıbbi ve biyoteknoloji uygulamalarına ek olarak, araştırmacılar birçok potansiyel kullanım öngörmektedir. Örneğin, bu tür cisimler bozunma süreçlerini veya biyofilm oluşumunu incelemek için kullanılabilir. Pratik bir uygulama, içme suyundaki toksik maddeleri algılayan bakteri içeren bir 3 boyutlu baskılı sensör olabilir. Başka bir fikir, felaket yağ dökülmelerinde kullanılmak üzere bakteri içeren filtreler oluşturmaktır. Birincisi, yavaş yazdırma süresinin ve zor ölçeklenebilirliğin zorluklarının üstesinden gelmek gerekecek. Asetobakter şu anda biyomedikal uygulamalar için selüloz üretmek için birkaç gün sürüyor. Bununla birlikte, bilim insanları süreçleri daha da optimize edebileceklerine ve hızlandırabileceklerine inanıyorlar.
3 boyutlu baskı için özel materyallerin geliştirilmesi ETH profesörü André Studart’ın araştırma grubunun bir uzmanlığıdır. Örneğin, kendisi ve disiplinlerarası ekibi, enerji üretiminde kullanılan çok hafif kemik benzeri yapıların basılmasına izin veren, seramikten üretilmiş, yüksek gözenekli, yazdırılabilir bir mürekkep geliştirdi.
Dergi Referansı: Lynden Archer. 3D printing with living inks. Science Advances, 2017 DOI: 10.1126/sciadv.aao6804
Kaynak: https://www.sciencedaily.com/releases/2017/12/171201181555.htm
Çeviren: Bünyamin Tan