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全球首款生物膜3D打印机问世:竟用拼装玩具制成!

2015-09-19 09:32
木中君
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  近日,荷兰九位代尔夫特理工大学(TU Delft)的学生为了参加即将举行的iGEM合成生物学竞赛,打造了首台能够创建定制可再生细菌生物膜的3D打印机Biolink。这一设备能够让科学家们更加有效地研究致病细菌,并找到更好的方法来消灭它。不过有点让人目瞪口呆的是,就是这么一台高科技设备,竟然是用拼装玩具K'NEX制作的。

  说起生物膜,可能很多人都很陌生,但实际上它可以说到处都是,它是由不同种类的细菌、藻类和真菌产生的、生活中细胞簇表面的微生物。比如牙菌斑,就是人们最为常见的生物膜之一。

  对于生物膜研究的重要之处在于,它对抗生素和化学清洗剂有着顽强的抗性,为细菌提供了重要的保护,是消毒灭菌行业所面临的重要挑战之一,而且与一系列的常见和致命疾病都有关系。

  3D打印不同层厚度的细菌线

  据Biolink团队的成员之一Hector Sanguesa Ferrer称,在研究生物膜的最大困难之一是,它们可以多种不同的环境中生长——从相对无害的地层岩石,到致命的病菌,因此有很多种不同的变量。如果这些变量不能够仔细、准确地在实验室环境中重现,那么科学家们就得不到对于生物膜的完整认识。

  为了解决这个问题,该Biolink团队开始寻找一种方式来创建可再生、自动化、低成本、可定制的细菌生物膜以用于测试目的。通过几个月的研究和试验,他们获得了一个重要发现:“我们发现,生物膜的主要成分是一种名为淀粉样蛋白的蛋白质。”Ferrer解释说,“利用生物技术,我们成功地使用这些蛋白质自制出了细菌。”但是,如何获得自动化和可再生的问题仍然没有解决。

  于是,该团队转向了3D打印技术。起初,他们试图改装常见的喷墨打印机,但很快就意识到这是行不通的。因此,尽管该团队中没有一位工程师或者拥有任何3D打印经验,他们还是决定自己设计一款3D打印机。“首先,我们得到了一个泵......那么,我们就需要一个可以在三维空间里移动打印的结构。”Ferrer说。“我们团队的一位成员建议我们可以用他地下室里的K'NEX。随后,他就把整包的拼插件都带到了办公室里,然后一个星期内,我们有了第一个原型。”

  他们的第一架原型机用了300个拼插件,但是它只是一个静态的结构,只能支撑培养皿。而最终的版本则搭载了多台电机,可以进行三维运动,总共使用了689个K'NEX部件。根据他们的设计目标,Biolink可以成功地以可再生和自动化的方式打印多达4层细菌生物膜。“其中的生物油墨是由我们设计的细菌细胞,我们成功地将它们固定在了一种藻酸盐水凝胶里。”他们解释说,“有了这个生物油墨我们可以成功地以不到1毫米的分辨率(厚度)打印出各种线条。我们能够成功地打印和绘制多达4层生物油墨,而且各层之间几乎不互相混合。”从开始到结束,他们的项目总共花了大约6个月,包括研究和开发。

  3D打印机制造的第一台连续水凝胶行

  如今,这次Biolink团队准备带着他们的3D打印机和研究成果参加2015 iGEM Giant Jamboree,这是iGEM合成生物学竞赛的首赛,将会于9月24号至28日在波士顿举行。整个Giant Jamboree将会汇集来自世界各国的280支参赛团队和总计达4600名参与者。据了解,iGEM是全球顶级的大学生合成生物学竞赛。

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