罗切斯特大学团队用普通3D打印改造低成本生物打印机

用3D打印机制作出的活体材料就像活体组织，但有一个显著的不同点：你可以精确选择其中包含哪些细胞，以及它们最终的3D形状。根据打印中包含的细菌类型，这种材料可以净化受污染的水，或分解塑料等废弃物。

然而，制造这些结构的3D生物打印机成本可高达10万美元以上，而且它们打印出的柔软形状在凝固前可能会坍塌。

为了解决这个问题，罗切斯特大学的Anne S. Meyer领导的研究团队利用标准塑料3D打印机开发出了一种低成本方案。

“我们的目标是使用廉价、易获取的零件制造DIY生物打印机，让其他科学家也能在自己的实验室里以可负担的成本轻松制作，”身为生物学系教授的Meyer说。

在最近发表于ACS Applied Polymer Materials的一项研究中，Meyer与来自罗切斯特大学和康奈尔大学的同事对一台普通塑料3D打印机进行了改造，拆除了塑料耗材挤出器，换上一个注射泵，用来挤出生物墨水——一种将活细胞与聚合物溶液混合的专用配方。打印完成后，生物墨水会硬化成凝胶。

“我们的注射泵还可以执行挤出和回抽两种动作，防止打印结构边缘出现渗漏，”Meyer说。“这一新装置可以打印出边缘清晰、形状规整的结构。”

本着真正的DIY精神，Meyer的实验室以450美元的成本搭建了这台定制生物打印机。Meyer补充说，所有零件都很容易获取，其他实验室可以自行搭建自己的打印机和注射泵版本。制作说明发布在GitHub平台上。

此前的DIY 3D生物打印机只能打印不到20层的结构，而“我们升级后的打印机可以制造出比以往高得多、复杂得多的活体结构，甚至可以在打印件内部制造中空腔体，”Meyer说，并指出升级后的DIY打印机可以打印100层以上的活体材料。

“这为制造具有高表面积与体积比的结构开辟了可能性，使嵌入的细菌能够更高效地从环境中接收信号或营养物质，并更快地将有用产物排泄到周围环境中，”她补充道。

研究人员还开发了一种名为浆料的支撑凝胶，生物打印机将生物墨水打印到其中，浆料可以支撑生物墨水并帮助其在任意高度快速凝固。

他们创造了两种浆料：一种便于轻松取出打印件，另一种用于孵育，可使生物打印件中的微生物在浆料中存活四周或更长时间。在以往的方法中，打印的细菌大约九天后就开始死亡。

这种新浆料可能对生物膜研究产生重大影响——生物膜是附着在表面的微生物（如细菌）三维群落，对人类既可能有害也可能有益。

对Meyer来说，使用不同孵育方法的好处在于有可能“创造出工程化生物膜材料，这些材料要么具有更多生物膜特征，可用于研究和测试医学相关的生物膜，要么具有更强的机械性能，可用于实际应用。”