麻省理工采用3D打印方法，有望實現(xiàn)可定制的木制品

2022年5月27日，南極熊獲悉，為了對抗森林砍伐，麻省理工學院(MIT)和Charles Stark Draper實驗室的研究人員，共同開發(fā)了一種新的3D生物打印技術。

這項研究通過在體外生成植物基材料的方法，無需收獲或加工整株植物，從而實現(xiàn)：本地化、高密度生產(chǎn)、消除能源密集型收集和運輸、減少加工和氣候適應能力。從而減少了能源和浪費。這項技術具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?br />
通過利用百日草植物，在實驗室培養(yǎng)出來的活細胞用于打印各種定制形狀，如椅子、桌子和其他木制品，而無需砍伐任何樹木。

研究團隊稱，還能夠在細胞生長中，通過使用化學物質來微調打印結構的物理和機械性能，包括密度和剛度等特性。

△在3D打印之前，百日草植物細胞的顯微圖像。圖片來自麻省理工學院

森林砍伐問題
樹木是一種重要的自然資源，它具有廣泛的用途，從建筑物、家具、紙張以及工具的所有事物。

然而，盡管木材成本相對較低且供應廣泛，但木材并不是無限的，人們正在通過減緩森林砍伐來保持生態(tài)的穩(wěn)定。據(jù)估計，全世界每年需要砍伐大約1000萬公頃的森林。如果不加以保護，按照目前的速度，世界上許多森林可能會在未來幾個世紀內消失。

樹木和森林是幫助我們應對氣候變化的絕佳工具，因此，盡可能地利用這些資源進行戰(zhàn)略規(guī)劃，對保持生態(tài)平衡十分重要。

△麻省理工學院仿木生物材料，3D生物打印工作流程

通過3D打印實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展
為了減少對大自然的依賴，研究人員現(xiàn)在正在尋找木材的替代方案。麻省理工首先從百日草植物的葉子中分離出活細胞，將它們培養(yǎng)兩天，然后將它們轉移到凝膠培養(yǎng)基中，細胞可以得到重要的營養(yǎng)物質和兩種不同的激素的滋養(yǎng)。

生長的材料可以以天然無法獲得的形式生產(chǎn)。通過在初始生長階段調整激素水平，研究人員發(fā)現(xiàn)他們可以在植物細胞生長時，改變它們的物理和機械特性。然后，團隊使用3D打印機，將富含細胞的凝膠材料擠出成復雜的結構。使用這些方法，材料以自然界不易獲得的形式和規(guī)模培養(yǎng)。

△這項研究的更多細節(jié)可以在題為“由百日草細胞培養(yǎng)物產(chǎn)生的新型、3D打印、可調諧、實驗室培養(yǎng)的植物材料的物理、機械和微觀結構表征”的論文中找到（點我傳送門）

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702122000451#f0005

目前，已確定激素越低，植物細胞的密度越低。隨著激素水平的提高，植物細胞生長的細胞結構更小、更密集，而且硬度更高。研究團隊甚至實現(xiàn)了與某些天然木材相當?shù)膭偠�。并且，打印出來的細胞結構可以存活，甚至可以在擠出后繼續(xù)生長幾個月。由此，可以控制培養(yǎng)形式，從而得到，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)方法無法獲得的各種形式和規(guī)模的生長材料。

對于未來的工作，Beckwith團隊正打算研究遺傳和其他化學因素，如何影響細胞生長。他們還希望將生物打印方法應用于其他植物物種，包括松樹等樹木。最終，他們希望有朝一日可以根據(jù)預期應用，在實驗室中種植具有特性的木制品，例如適用于建筑墻壁的高強度和絕緣結構。

△3D打印實驗室培育的生物材料

對3D打印木材的探索
木材和仿木材料的3D打印并不是什么新鮮事。去年，3D打印機OEM廠商Desktop Metal推出其子公司Forrust的一項技術，利用粘合劑噴射3D打印，制造功能性木材部件。
Forrust工藝的工作原理是將木材制造和造紙工業(yè)（鋸末和木質素）的廢料副產(chǎn)品升級，并將它們與特殊生物環(huán)氧樹脂復合材料混合。

更多關于3D打印木材的原理和研究，請閱讀南極熊的另一篇文章"木材如何實現(xiàn)3D打��？它是否有未來前景？"http://www.lhkhtyz.com/thread-154677-1-1.html