科学家在3D打印墨水中加入叶绿体 使材料在光照下变得更坚固

2021年01月28日 11:52 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,当一棵幼苗成长为一棵树时,它的树干和树枝会变得更硬更强。科学家现在已经在一种光合作用辅助的3D打印墨水中复制了这种效果,这种墨水部分由菠菜制成。光合作用始于被称为叶绿体的植物细胞子结构,它们吸收太阳光。它们利用光的能量将水和二氧化碳转化为葡萄糖,再利用葡萄糖生产纤维素。因为纤维素是植物细胞壁的主要成分,所以产生的纤维素越多,植物就越强壮。

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在王启明教授的带领下,南加州大学维特比工程学院的研究人员开始复制这一过程,他们首先使用离心机从商店购买的菠菜中提取叶绿体。然后将这些叶绿体加入到一种可3D打印的聚合物墨水中,用来打印简单的三维结构。当这些物体暴露在全光谱白光下时,叶绿体使聚合物内产生纤维素,使物品变得更加坚硬和坚固。

科学家们现在认为,两到四个小时的光照可以使这种材料变得比原来的状态强6倍。此外,通过只暴露结构的某些部分,可以使其在某些方面变得更强,而在其他方面变得更灵活。更重要的是,就像树枝在受到机械压力时(如从树枝上挂上重物)会变得更强一样,3D打印材料同样会在外力的作用下产生更多的纤维素。

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最后,如果一个3D打印物体出现裂缝,光照会启动一个自我修复过程,从而将该裂缝密封起来。如果有人想暂时停止菠菜叶绿体生产葡萄糖(以及延伸到纤维素),他们可以简单地通过冷冻材料来实现--当材料回暖到室温时,叶绿体会再次活跃起来。

在其他可能的技术应用中,该团队设想了定制的3D打印鞋垫,它可以根据人的脚的形状塑造,并且可以调整到不同的硬度水平。

最近发表在《美国国家科学院院刊》杂志上的一篇论文对这项研究进行了描述。

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