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美国航空航天局欲使用3D打印技术来制造木材

人生驱动器 2014-02-10 13:15 业界资讯 784 views 抢沙发

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林恩·罗斯柴尔德(Lynn Rothschild)有着棕色的头发和微笑的眼睛,她能很轻松地讲述关于生物学和显微镜的笑话。狄安娜·詹特里(Diana Gentry)是她的博士生,喜欢经典的视频游戏和素食,居住在硅谷附近。她们俩常常互相开玩笑,并共度假日。不过,她们有着共同的目标。她们正尝试使用3D打印在太空中制造木材。

作为斯坦福大学的研究人员,她们长期专注于使用3D打印工艺,通过一小块细胞来制造生物材料,例如木材和牙釉质。权威人士认为,这种3D生物打印有着巨大的潜力,未来甚至有可能被广泛用于使用特定工程细胞去制造食物和人体组织。罗斯柴尔德和詹特里认为,这些在实验室中制造的所谓“合成生物材料”不仅可以帮助医生和火星宇航员,还能改变用户制造并使用木板等传统材料的方式。

以下是她们的计划。罗斯柴尔德是一名为美国宇航局(NASA)工作,并在斯坦福大学教授太空生物学的演进生物学家。她的博士生詹特里则接受了生物学和机械工程的训练。她们去年秋季获得了NASA“创新先进概念项目”的10万美元投资。她们表示,将于10月证明她们的理念:一种能实现细胞排列的3D打印工艺,最终生成非活性的结构化生物材料,例如木材、骨骼中的矿物元素,以及牙釉质。她们正在建设一个天然细胞的数据库,改进选择细胞去生成材料的工程工艺,并开发硬件用于这种3D打印。

简而言之,你的3D打印机将很快成为硬件商店,你的肉店和牙科诊所。

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“细胞组成了世界上的大量产品,包括羊毛、丝绸、橡胶和纤维素等,更不要说肉类和植物产品,以及我们每天食用的食物。”罗斯柴尔德表示,“许多这些产品都是由细胞组成,因此在前往火星时,你将不再需要奶牛、绵羊,甚至蚕和树。你可能希望丝绸或木材有着较好的外观。因此,与其使用完全有机的方式去制造,为什么不试试使用非常精密的方式去实现?这或许是在地球上进行制造的更好的方式,即打印细胞阵列去构成这些产品。”

罗斯柴尔德和詹特里的设备与使用基本3D打印机打印产品不同。她们将3D打印作为一种技术手段。在她们的环境中,细胞被放置在带某种化学信号的凝胶里,并通过压电打印头来排列细胞,从而构成基于凝胶的3D模式。

罗斯柴尔德的团队并非关注3D细胞打印的唯一一个团队。旧金山上市公司Organovo也使用较低分辨率的打印来制造活体组织,供医学研究和疾病治疗使用。位于密苏里州哥伦比亚的公司Modern Meadow则在开发一种工艺,使用3D打印技术去打印皮革和可食用的肉类。康奈尔大学的一个团队去年展示了使用3D打印制造的合成耳朵。全球学术研究者已实现了多个相关进展,包括使用细菌来制造合成蛛丝。

生物技术分析师安德鲁·赫塞尔(Andrew Hessel)是加州Autodesk公司的杰出研究员。他表示,3D生物打印的兴起是一个“前景广阔的领域”,许多研究人员“正同时关注这一领域的不同方面”。不过这些研究也带来了争议。市场研究公司Gartner近期预计,使用3D打印来制造活体组织和器官将很快引发伦理学争议。

赫塞尔表示,最复杂的3D生物打印研究需要用到细胞工程。例如,类似Organovo的公司并不对细胞本身进行工程开发,而是在细胞生长过程中对其进行排列,从而构成能发挥机能的组织。

另一些团队则专注于寻找操纵打印模型的方式,从而以更快的速度、更低的成本来操纵细胞。

赫塞尔表示,类似罗斯柴尔德和詹特里的研究人员“正在研究如何操纵细胞去构成全新的东西”。他们使用3D打印机是由于,这是选择及排列特定材料进行生长的最佳方式。

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加州大学圣迭戈分校纳米工程系教授陈绍晨(Chen Shaochen,音)认为,3D打印将对医学界产生巨大影响。

“3D打印并非用于大规模生产,例如制造计算机芯片。”他表示,“这种技术可以用于个性化的、针对特殊病人和消费者的产品。因此我认为这非常适合医学,因为所有人都是不同的,所有疾病都是不同的。”

不过,真正的3D生物打印到目前为止尚未成为现实。赫塞尔表示,研究人员正努力使用3D打印机大批量生产能发挥机能的生物材料。詹特里也表示,她团队面临的一个最大挑战在于,证明并扩大实际生物材料的产量。

不过詹特里对此非常乐观。她认为,他们的工作不仅通过3D打印制造结构化生物材料,还能使这些材料变得更好。

“如果你关注一块塑料,那么一小块塑料与一大块塑料没什么区别。然而对大部分生物材料来说,情况并非如此。”詹特里表示,“它们有着有趣的属性,以及微观尺度甚至细胞尺度的结构,从而形成了多种多样的宏观特性。因此,这些生物材料有着不同的功能。我们希望证明可以制造这些材料,使生物材料的有用属性真正为我们所用。”

她预计未来将可以买到这样的产品,例如采用碳纤维来加固的木材,或是安装了纳米铜线从而改变导电性能的木材。

“我希望看看,能否制造出一类全新的材料供人们使用。”她表示。

 

经由:驱动人生

转自: techcrunch.cn

 

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