將列印技術與細菌聯絡起來，似乎有些異想天開。但科學家最近取得了一項技術突破，把3D列印技術和活細菌結合起來，研發出了一種由微生物組成的活體列印材料，也稱為微生物墨水（microbial ink）。
圖源 | Nature Communications/pexels
01 可程式設計的微生物墨水
近期，發表在《自然通訊》（Nature Communications）雜誌上的一項研究，描述了哈佛大學和哈佛醫學院布萊根婦女醫院的研究人員研發的一種可程式設計微生物墨水。研究者表示，這種微生物墨水可再生、也能夠自我修復。雖然還處於研究階段，但這種微生物墨水有望成為一種可再生建築材料，尤其是用於地球和太空建造住房。
眾所周知，細菌與我們的生活息息相關，可以用來製造香水，生產維生素等產品。科學家甚至設計出了特定的微生物，用來降解生活中廢棄的塑膠。但是細菌材料用到建築上，似乎前所未有。
科學家表示，這種活體材料完全來自於微生物，所以要大量製造這種活體墨水，只需要培養微生物。
微生物善於生長繁殖，卻並不擅長在三維空間搭建形狀。從液體培養物中提取這種微生物墨水時，它會由軟變硬，而且透過擠壓，這種材料又能夠像牙膏一樣流動。用3D列印技術，可以把這種材料列印成圓圈、正方形和圓錐等各種微小形狀。有意思的是，列印的成品不僅能保持原型，還能像果凍一樣閃閃發光。
02 可再生、能自我修復和適應環境
美國東北大學的生物學家尼爾·喬希（Neel Joshi）說，這種新型微生物墨水的用途很廣，將來一定會成為活性材料領域的焦點，工程領域中尤其如此。與混凝土、塑膠等傳統材料相比，這種微生物墨水最大的優勢是，可再生、能自我修復和適應環境的變化，這無疑也是人們一直以來的一種理想材料。
事實上，這種活體列印墨水並非史上首款有生命的墨水。科學家在此前已經發明瞭一種可列印的凝膠，由細菌和化學聚合物混合而成。但那種材料需要依靠聚合物硬化成型，而且聚乙烯之類的聚合物來源於石油，屬於不可再生的材料。所以，之前的活體墨水有很大侷限性。
真正的活體材料，應該完全是由微生物組成的墨水。研究者表示，這一次研發的列印墨水，完全由基因改造後的大腸桿菌組成。
科學家提出了一種使用纖維蛋白的策略。他們對大腸桿菌進行基因改造，使這種細菌能產生活奈米纖維。然後將大腸桿菌細胞和奈米纖維嵌入微生物墨水，合成了列印材料。
研究者還對活體墨水進行了極限測試。將直徑只有0.5毫米的墨水材料穿過實驗平臺上一排連續的支點，觀察到這種材料在不斷裂的情況下最長能伸展16毫米。值得注意的是，這種材料還會自動清除周圍環境中的有害物質。其中一種材料在受到某些化學物質刺激時，會釋放出一種抗癌藥物。另一種材料則能自動封存環境中存在的毒素雙酚A。
03 在月球建立人類棲息地
這種活體墨水還需要進一步研究加工。雖然目前還不足以作為建築材料，但研究人員很有信心在未來製造出更先進的活體材料，應用在多個領域，並且不受任何限制。
哈佛大學生物啟發工程研究所的曼朱拉·巴薩瓦納（Manjula-Basavanna）說，月球上沒有可提供木材的森林，目前也沒有很經濟的方式往月球運送建築材料。所以，這種墨水有可能成為一種太空建築材料，在其他行星以及地球上建立人類棲息地。
【《科學焦點》雜誌（wx：kexuejiaodian）是英國Science Focus雜誌的版權合作方，專注報道即將改變人類社會的重要研究、先進技術和創新產品】
參考資訊
[1]https://www.nature.com/articles/s41467-021-26791-x
[2]https://www.nytimes.com/2021/11/23/science/microbes-construction-bacteria.html
