Становится прочнее под воздействием света новый фотосинтетический материал для печати

По мере того, как саженец превращается в дерево, его ствол и ветви становятся жестче и сильнее. С помощью фотосинтеза ученые воспроизвели этот эффект в чернилах для 3D-печати, частично изготовленных из шпината.

Суть нового открытия

Процесс фотосинтеза начинается с появления субструктур растительных клеток, известных как хлоропласты, которые поглощают солнечный свет. Они используют энергию этого света для преобразования воды и углекислого газа в глюкозу, которая, в свою очередь, используется для производства целлюлозы.

Поскольку целлюлоза является основным компонентом клеточных стенок растения, чем больше производится целлюлозы, тем сильнее становится растение. Под руководством профессора Циминга Вана исследователи из инженерной школы Витерби было решено воспроизвести этот процесс, сначала используя центрифугу для извлечения хлоропластов из шпината, приобретенного в магазине.

Затем эти хлоропласты были добавлены в полимерные чернила для 3D-печати, которые использовались для печати простых трехмерных структур. Когда эти объекты подвергались воздействию света полного спектра, хлоропласты вызвали образование целлюлозы внутри полимера, что сделало предметы более жесткими и прочными.

Преимущества технологии

Так ученые выяснили, что при воздействии света от двух до четырех часов материал можно сделать в шесть раз прочнее от его первоначального состояния по этой технологии . Кроме того, освещая только определенные части конструкции, можно сделать ее более прочной в одних областях и более гибкой в других.

Более того, точно так же, как ветка становится сильнее, когда она подвергается механическому воздействию (например, если к ней подвешивается какой-то груз), материал для 3D-печати также будет производить больше целлюлозы в ответ на внешнее физическое воздействие. Наконец, если на одном из объектов, напечатанных на 3D-принтере, появляется трещина, воздействие света инициирует процесс самовосстановления, тем самым закрывая трещину. И если кто-то захочет временно остановить производство глюкозы (и, соответственно, целлюлозы), он может сделать это, просто заморозив материал - хлоропласты снова станут активными, когда материал будет нагрет до комнатной температуры.

Кроме того, команда ученых считает, что данный материал отлично бы подошел для создания стелек, напечатанных на 3D-принтере, которые принимают форму стопы человека и могут иметь различные уровни жесткости. Исследование описано в статье, недавно опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Другой тип «живого» материала для печати, разработанный в Гарвардском университете, частично состоит из водорослей, которые доставляют кислород к клеткам в биологической ткани, напечатанной на 3D-принтере.