Cientistas suíços desenvolvem método para 'imprimir ossos'

TX, 23/02/2023 

Por Celia Luterbacher

A impressão 3D com tinta carregada de bactérias produz compósitos semelhantes a ossos

Pesquisadores da EPFL publicaram um método para imprimir em 3D uma tinta que contém bactérias produtoras de carbonato de cálcio. O biocompósito mineralizado impresso em 3D é forte, leve e ecológico sem precedentes, com uma variedade de aplicações, desde arte até biomedicina.

A natureza tem um talento extraordinário para produzir materiais compósitos que são ao mesmo tempo leves e fortes, porosos e rígidos – como conchas ou ossos de moluscos. Mas produzir tais materiais em um laboratório ou fábrica – particularmente usando materiais e processos ecologicamente corretos – é extremamente desafiador.

Pesquisadores do Laboratório de Materiais Macios da Escola de Engenharia buscaram uma solução na natureza. Eles foram pioneiros em uma tinta imprimível em 3D que contém Sporosarcina pasteurii: uma bactéria que, quando exposta a uma solução contendo ureia, desencadeia um processo de mineralização que produz carbonato de cálcio (CaCO 3). O resultado é que os pesquisadores podem usar sua tinta –apelidada de BactoInk – para imprimir em 3D praticamente qualquer forma, que irá gradualmente mineralizar ao longo de alguns dias.

"A impressão 3D está ganhando cada vez mais importância em geral, mas o número de materiais que podem ser impressos em 3D é limitado pela simples razão de que as tintas devem atender a certas condições de fluxo", explica a chefe do laboratório Esther Amstad. "Por exemplo, eles devem se comportar como um sólido quando em repouso, mas ainda podem ser extrusados por meio de um bocal de impressão 3D – como ketchup".

Amstad explica que tintas de impressão 3D contendo pequenas partículas minerais foram usadas anteriormente para atender a alguns desses critérios de fluxo, mas que as estruturas resultantes tendem a ser macias ou a encolher após a secagem, levando a rachaduras e perda de controle sobre a forma da peça no produto final.

Uma forma impressa em 3D usando BactoInk irá mineralizar dentro de alguns dias

"Então, criamos um truque simples: em vez de imprimir minerais, imprimimos um andaime polimérico usando nosso BactoInk, que é então mineralizado em uma segunda etapa separada. Após cerca de quatro dias, o processo de mineralização desencadeado pelas bactérias no scaffold leva a um produto final com teor mineral superior a 90%."

O resultado é um biocompósito forte e resíliente, que pode ser produzido usando uma impressora 3D padrão e materiais naturais, e sem as temperaturas extremas frequentemente necessárias para a fabricação de cerâmica. Os produtos finais não contêm mais bactérias vivas, pois são submersos em etanol no final do processo de mineralização.

O método, que descreve a primeira tinta de impressão 3D que usa bactérias para induzir a mineralização, foi publicado recentemente na revista Materials Today.

Remendando arte, recifes de corais ou ossos

A abordagem do Soft Materials Lab tem várias aplicações potenciais em uma ampla gama de campos, desde arte e ecologia até biomedicina. Amstad acredita que a restauração de obras de arte pode ser muito facilitada pelo BactoInk, que também pode ser injetado diretamente em um molde ou local de destino –uma rachadura em um vaso ou uma lasca em uma estátua, por exemplo. As propriedades mecânicas da tinta conferem-lhe a força e a resistência ao encolhimento necessárias para reparar uma obra de arte, bem como para evitar mais danos durante o processo de restauro.

O método pode ser usado para ajudar a construir recifes de corais artificiais.

O uso do método apenas de materiais ecológicos e sua capacidade de produzir um biocompósito mineralizado também o torna um candidato promissor para a construção de corais artificiais, que podem ser usados ​​para ajudar a regenerar recifes marinhos danificados. Finalmente, o fato de que a estrutura e as propriedades mecânicas do biocompósito imitam as do osso podem torná-lo interessante para futuras aplicações biomédicas.

"A versatilidade do processamento BactoInk, combinada com o baixo impacto ambiental e as excelentes propriedades mecânicas dos materiais mineralizados, abre muitas novas possibilidades para a fabricação de compósitos leves e resistentes que são mais semelhantes aos materiais naturais do que aos compósitos sintéticos de hoje," diz Amstad.

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Fonte:https://techxplore.com/news/2023-02-3d-bacteria-loaded-ink-bone-like-composites.html