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科学家开发出未来可生产生态友好型家具的新型3D双色木材材料

来源:原创

发布时间:2021-03-17 14:03:55

点击量:1183

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摘要:麻省理工学院(MIT)的科学家已经开发出实验室生长的木细胞,它们可以构成一种新型,更具可持续性的3D打印生物材料的基础......

 

aau讯(编辑 吴昕烜)据外媒报道,麻省理工学院(MIT)的科学家已经开发出实验室生长的木细胞,它们可以构成一种更具可持续性的新型3D打印生物材料的基础

 

据了解,通过培养植物基的组织,研究人员已经能够调整其形态,并消除了需要获取木材所造成的浪费性采伐。尽管该小组的研究仍处于初期阶段,但他们认为,将来可以将其部署为3D打印环保家具的手段,或者生产可缓解日益严重的森林砍伐危机的合成木材。

科学家开发出未来可生产生态友好型家具的新型3D双色木材材料-秀美

研究人员开发出一种含有木质素细胞的可3D打印生物培养物,其中。图片来自《清洁生产杂志》。

在生产中更换木材

与化石燃料相比,木材和其他植物基材料因其可再生性而广受赞誉,因此,它们经常用于制造消费品和发电。但是,我们对木材的过度依赖日益导致大规模的森林砍伐,这可能对环境造成持久的影响。

从本质上讲,木材的生长和收集方式几百年来一直没有改变,因为在收获有用的木屑之前需要先将整个植物进行砍伐,然后将其余的作为自然废物燃烧。这种方法导致许多树木被浪费,并且考虑到土地、肥料和运输的成本,它也相当昂贵。

相比之下,在实验室生长的材料具有很大的发展潜力,可以缓解农业压力,因为它们可以按规格生长,从而无需丢弃不想要的碎屑。在其他地方,将小型植物样品种植到大面积的种子中并重新分配,这种方法具有高度的选择性,通常仅用于保存最稀有的物种。

 

但是,如果将其应用于更广泛的木材生长中,微繁可能产生更广泛的影响,从而减少了种植植物性材料的时间。通过结合这些方法,麻省理工学院的团队开发了一种具有可调特性的新型生物材料,并试图将其3D打印为可缩放的复杂结构。

科学家开发出未来可生产生态友好型家具的新型3D双色木材材料-秀美

研究人员开发的生物3D打印方法使他们能够生产具有70%以上细胞活力的生物基结构。图片来自《清洁生产杂志》。

 

种植新型生物材料

据了解,为了进行测试,科学家从经过充分研究的百日草线虫植物物种中提取了活细胞,并使用营养物对其进行了培养,并将其悬浮在凝胶支架中。通过这样做,研究小组允许植物细胞生长到支架中,而无需阳光或土壤,且能够产生可收获的元素。

在细胞生长过程中,研究人员能够调整其激素浓度、pH值、密度和整体功能,从而确保他们生产出具有最佳性能的生物材料。经过大量的修补后,研究小组设法对齐了细胞,使它们形成了木质素增强的次生壁,并有效地转变为木质凝胶。

据悉,一旦他们的新材料准备就绪,科学家就会使用结合了生物3D打印和注塑成型的方法来制造一系列薄的树形测试结构。尽管打印品在十天内显示出70%以上的高细胞存活率,但是它们的机械强度很低,这在一定程度上限制了它们在诸如家具之类的承重结构中的使用。

因此,麻省理工学院的研究团队将他们的研究视为概念验证,证明了其比当前的农业方法具有更有效地种植木材的可行性。随着围绕培养参数的进一步研发,研究人员认为,未来,他们的方法可能还会产生其他各种3D打印的家用产品,而这些产品几乎不会对自然界造成破坏。

Beckwith总结道:“我不知道我能不能造出一个完全组装的桌子,因为这不是一个很好的空间利用,但它有潜力。这是一个伟大的愿景,人们已经真正接受了这个概念,所以我希望我们能引起更多人的兴趣,让更多的人参与进来,让它真正实现。”

生物基打印材料

随着防止全球变暖的竞赛的日趋白热化,科学家们现在正在开发合成生物材料,以作为天然原料的更可持续的替代品。

弗莱堡大学(University of Freiburg)的研究人员采用了与麻省理工学院的研究团队不同的方法,并创造了自己的新颖的木质3D打印材料。德国团队使用复合纤维素球生产了一种生物合成聚合物,可以在轻型建筑或工业应用中使用。

同样,作为欧盟支持的NOVUM项目的一部分,研究人员目前正在3D打印基于纤维素基的部件,用于汽车、船舶或电气绝缘行业。总体而言,该计划旨在提高全球资源效率,以此作为应对气候变化和建设更循环经济的手段。

在更多的实验研究中,德国联邦材料研究与测试研究所的科学家正试图利用3D打印技术将白蚁垃圾转化为环保结构。尽管新型生物材料最初显示出较低的机械强度,但也能够在没有聚合物添加剂的情况下进行粘合剂喷射。

 

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