麻省理工學(xué)院（MIT）的研究團隊已成功培育出實驗室生長的木質(zhì)細胞，這些細胞為開發(fā)新型可持續(xù)3D打印生物材料奠定了基礎(chǔ)。通過培養(yǎng)植物基組織，科研人員成功調(diào)控了材料形態(tài)，避免了傳統(tǒng)木材采伐中的資源浪費。盡管當前研究仍處于早期階段，但團隊認為，該技術(shù)未來可應(yīng)用于3D打印環(huán)保家具或生產(chǎn)合成木材，以緩解日益嚴峻的森林砍伐危機。
該研究項目的主要負責人阿什利·貝克維斯（AshleyBeckwith）指出：“當前，我們僅利用植物的一小部分，卻需要投入大量資源種植整株植物。這種模式亟需向資源依賴度更低的新型材料生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)型?！?/div>
木材及其他植物基材料因可再生性被廣泛用于消費品制造與能源生產(chǎn)，但其過度依賴已導(dǎo)致全球大規(guī)模森林砍伐，對生態(tài)環(huán)境造成深遠影響。傳統(tǒng)木材生產(chǎn)方式歷經(jīng)數(shù)百年未有本質(zhì)改變——需先種植整株植物，再收割有用部分，剩余部分往往作為廢棄物處理或焚燒。這種方法不僅造成大量樹木浪費，還因土地占用、肥料使用及運輸成本而面臨經(jīng)濟壓力。
相比之下，實驗室培育的生物材料具有顯著優(yōu)勢：其可按需求規(guī)格精準生長，無需丟棄多余部分，從而緩解農(nóng)業(yè)資源壓力。盡管“微繁”技術(shù)（將小型植物樣本培育為大規(guī)模種子）此前多用于珍稀物種保護，但MIT團隊通過創(chuàng)新性結(jié)合該技術(shù)與3D打印工藝，成功開發(fā)出具有可調(diào)特性的新型生物材料，并實現(xiàn)了復(fù)雜結(jié)構(gòu)的規(guī)?；蛴?。
實驗室培育生物材料的突破
為驗證技術(shù)可行性，科研人員選取模式植物百日草線蟲的活細胞進行培養(yǎng)。這些細胞被置于含營養(yǎng)物的凝膠支架中，無需依賴陽光或土壤即可生長。通過調(diào)控激素濃度、pH值、細胞密度及功能參數(shù)，研究團隊成功誘導(dǎo)細胞形成木質(zhì)素增強的次生細胞壁，最終轉(zhuǎn)化為木質(zhì)凝膠材料。
在材料制備完成后，科學(xué)家結(jié)合3D生物打印與注塑成型技術(shù)，制造出薄層樹形測試結(jié)構(gòu)。盡管樣品在十天內(nèi)保持了70%以上的細胞存活率，但其機械強度仍較低，目前尚不適用于家具等承重結(jié)構(gòu)。因此，該研究被視為概念驗證，證明其比傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)方法更具效率潛力。隨著培養(yǎng)參數(shù)的優(yōu)化，團隊預(yù)期未來可開發(fā)出多種3D打印家用產(chǎn)品，最大限度減少對自然生態(tài)的干擾。
貝克維斯總結(jié)道：“雖然目前尚無法直接打印完整家具，但這一愿景具有重要啟示意義。我們希望借此研究激發(fā)更多科研力量參與，共同推動技術(shù)落地?！?/div>
全球科研力量推動生物基材料創(chuàng)新
在全球應(yīng)對氣候變化的背景下，合成生物材料正成為天然原料的可持續(xù)替代方案。除MIT外，弗萊堡大學(xué)團隊通過復(fù)合纖維素球開發(fā)出新型木質(zhì)3D打印材料，適用于輕量化建筑與工業(yè)領(lǐng)域。與此同時，歐盟支持的NOVUM項目正致力于3D打印纖維素基部件，以服務(wù)于汽車、船舶制造及電氣絕緣行業(yè)。該項目旨在通過提升資源效率，助力構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟體系。
此外，德國聯(lián)邦材料研究與測試研究所的科學(xué)家正探索將3D打印白蟻糞便轉(zhuǎn)化為環(huán)保結(jié)構(gòu)材料。盡管初期樣品機械強度有限，但其無需聚合物添加劑的粘合特性仍展現(xiàn)出獨特潛力。這些研究共同指向一個趨勢：生物基材料與3D打印技術(shù)的融合，將為可持續(xù)發(fā)展提供革命性解決方案。
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