Biolinker:世界首臺生物膜3D打印機完全由拼裝玩具制成
近日,荷蘭九位代爾夫特理工大學(TU Delft)的學生為了參加即將舉行的iGEM合成生物學競賽,打造了首臺能夠創建定制可再生細菌生物膜的3D打印機Biolink。這一設備能夠讓科學家們更加有效地研究致病細菌,并找到更好的方法來消滅它。不過有點讓人目瞪口呆的是,就是這么一臺高科技設備,竟然是用拼裝玩具K'NEX制作的。
說起生物膜,可能很多人都很陌生,但實際上它可以說到處都是,它是由不同種類的細菌、藻類和真菌產生的、生活中細胞簇表面的微生物。比如牙菌斑,就是人們最為常見的生物膜之一。
對于生物膜研究的重要之處在于,它對抗生素和化學清洗劑有著頑強的抗性,為細菌提供了重要的保護,是消毒滅菌行業所面臨的重要挑戰之一,而且與一系列的常見和致命疾病都有關系。
3D打印不同層厚度的細菌線
據Biolink團隊的成員之一Hector Sanguesa Ferrer稱,在研究生物膜的最大困難之一是,它們可以多種不同的環境中生長——從相對無害的地層巖石,到致命的病菌,因此有很多種不同的變量。如果這些變量不能夠仔細、準確地在實驗室環境中重現,那么科學家們就得不到對于生物膜的完整認識。
為了解決這個問題,該Biolink團隊開始尋找一種方式來創建可再生、自動化、低成本、可定制的細菌生物膜以用于測試目的。通過幾個月的研究和試驗,他們獲得了一個重要發現:“我們發現,生物膜的主要成分是一種名為淀粉樣蛋白的蛋白質。”Ferrer解釋說,“利用生物技術,我們成功地使用這些蛋白質自制出了細菌。”但是,如何獲得自動化和可再生的問題仍然沒有解決。
于是,該團隊轉向了3D打印技術。起初,他們試圖改裝常見的噴墨打印機,但很快就意識到這是行不通的。因此,盡管該團隊中沒有一位工程師或者擁有任何3D打印經驗,他們還是決定自己設計一款3D打印機。“首先,我們得到了一個泵......那么,我們就需要一個可以在三維空間里移動打印的結構。”Ferrer說。“我們團隊的一位成員建議我們可以用他地下室里的K'NEX。隨后,他就把整包的拼插件都帶到了辦公室里,然后一個星期內,我們有了第一個原型。”
他們的第一架原型機用了300個拼插件,但是它只是一個靜態的結構,只能支撐培養皿。而最終的版本則搭載了多臺電機,可以進行三維運動,總共使用了689個K'NEX部件。根據他們的設計目標,Biolink可以成功地以可再生和自動化的方式打印多達4層細菌生物膜。“其中的生物油墨是由我們設計的細菌細胞,我們成功地將它們固定在了一種藻酸鹽水凝膠里。”他們解釋說,“有了這個生物油墨我們可以成功地以不到1毫米的分辨率(厚度)打印出各種線條。我們能夠成功地打印和繪制多達4層生物油墨,而且各層之間幾乎不互相混合。”從開始到結束,他們的項目總共花了大約6個月,包括研究和開發。
3D打印機制造的第一臺連續水凝膠行
如今,這次Biolink團隊準備帶著他們的3D打印機和研究成果參加2015 iGEM Giant Jamboree,這是iGEM合成生物學競賽的首賽,將會于9月24號至28日在波士頓舉行。整個Giant Jamboree將會匯集來自世界各國的280支參賽團隊和總計達4600名參與者。據了解,iGEM是全球頂級的大學生合成生物學競賽。
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