華盛頓大學開發可降解3D打印生物塑料，受力狀態下更堅固
時間：2025-04-26 09:48 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2025年4月25日，來自華盛頓大學的化學教授、NIST研究員阿爾沙基姆·尼爾森（Alshakim Nelson）正在開發一種新型生物3D打印材料，這種材料不僅可生物降解、可持續，而且在壓力下也更堅固，在醫學、工程和其他領域都有潛在的實際應用。
Nelson在IBM工作十年后，于2015年加入華盛頓大學，目前與工程和醫學領域的研究人員進行跨學科合作。他實驗室目前的項目包括3D打印支架，這種支架可以在體內釋放抗炎化合物。這些治療材料可以保持活性超過一年，并可在貨架上保存六個月。
化學教授阿爾沙基姆·尼爾森（Alshakim Nelson）開發了可持續的3D打印材料，有望應用于醫學和工程等領域。攝影：胡安·羅德里格斯（Juan Rodriguez）。
承壓之下更堅固的生物塑料
Nelson的實驗室專注于3D打印背后的化學原理，自主研發出具有優異機械性能的生物塑料——這是他們在市場上找不到的。他說道：“我們需要一種既可3D打印、可生物降解，又具有良好機械性能的材料。”
實驗室近期的一項杰出創新是開發了一種壓縮后強度更高的生物塑料，它在3D打印和壓縮后會按預期變形，但隨后會恢復到原始形狀——這次比以前更堅硬、更堅固。研究團隊將定制的生物塑料與創新的打印技術相結合，以解鎖新的、有時甚至令人驚喜的功能。研究團隊成員安格斯·伯格說道：“感覺就像做飯一樣，只不過食材無限。”
△尼爾森的研究團隊成員包括博士后、研究生和本科生。圖片由丹尼斯·懷斯/大學攝影提供。
這種效果得益于他與機械工程教授盧卡斯·梅薩共同設計的晶格結構，3D打印材料在受力時能夠更有效地分配能量，從而避免出現裂紋并削弱材料強度。Nelson實驗室的學生率先觀察到這種材料在受力時實際上變得更堅固、更堅硬。
尼爾森說：“我擁有一支非常優秀的學生和博士后團隊，他們的觀察力非常出色。他們是優秀的科學家，能夠注意到實驗中發生的有趣現象，并進行更深入的研究。”
研究團隊對自強化材料的探索仍在進行中，并可能在從制造到建筑到醫療保健等應用領域產生潛在的變革作用。
去太空甚至更遠的地方？
從結構—性能的增強到在外太空軌道上生產藥物，Nelson的團隊正在重新定義新型材料 3D 打印的應用場景。例如他們開發的3D打印材料，其結構中融入了治療化合物，可用于醫療。Nelson舉了一個3D打印支架的例子，由于材料中的微生物，該支架在體內持續產生抗炎劑。
Nelson 說道：“我們發現的一件很酷的事情是，這些材料能夠長時間保持活性。它們可以持續生產所需的化合物一年甚至更長時間，在干燥狀態下也能穩定保存六個月。這意味著我們可以把它們儲存起來，直到需要的時候再取出，放入培養基中，然后快速開始生產。我們最大的夢想是考慮在更本地化的規模上利用它們進行生產，并根據需要進行小批量生產。”
在談到未來美國宇航局任務的潛力時，Nelson也表示這種生物生產可以在太空進行制造。他說道：“我們發現的一個很酷的現象是，這些材料能夠長時間保持活性。這為本地按需藥物生產打開了大門——即使在太空中也是如此。想象一下耗時近兩年的火星任務，你必須把所有東西都帶上。我們能用這些可打印的結構來按需生產不同的治療化合物嗎？這種生物生產能在太空中進行嗎？我認為這是可能的。”
這可能是一個崇高的目標，但Nelson還有許多其他更貼近現實的目標，包括未來利用植物蛋白質代替動物蛋白質作為 3D 打印更可持續的可生物降解資源。Nelson 說：“我們最近發現，可以用轉基因水稻的蛋白質進行打印。它不僅性能優良，還能提供新功能，所以我對此感到很興奮。這又是一個讓我們發揮想象力，探索現在和未來可能性的機會。”
(責任編輯：admin)
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