Attraverso una nuova tecnica che utilizza la resina infusa di luce e batteri per produrre microbi modellati in 3D, il team di ricerca del Lawrence Livermore National Laboratory ha stampato con successo biofilm artificiali simili ai sottili strati di comunità microbiche prevalenti nel mondo reale. Il team di ricerca ha sospeso i batteri in bioresine fotosensibili e ha "intrappolato" i microbi in strutture 3D utilizzando la luce LED della stampante 3D Stereolithographic Apparatus for Microbial Bioprinting (SLAM) sviluppata da LLNL. La macchina stereolitografica a proiezione può stampare ad alta risoluzione nell'ordine di 18 micron, quasi sottile come il diametro di una cellula umana.
Nell'articolo, che appare online sulla rivista Nano Letters, i ricercatori hanno dimostrato che la tecnologia può essere utilizzata efficacemente per progettare comunità microbiche strutturalmente definite. Hanno dimostrato l'applicabilità di tali biofilm stampati in 3D per applicazioni di biorilevamento dell'uranio e bioestrazione delle terre rare e hanno mostrato come la geometria influenzi le prestazioni dei materiali stampati.
I biofilm sono di crescente interesse per l'industria, dove vengono utilizzati per bonificare gli idrocarburi, recuperare metalli critici, rimuovere i cirripedi dalle navi e come biosensori per una varietà di sostanze chimiche naturali e prodotte dall'uomo. Basandosi sulle capacità di biologia sintetica al LLNL, dove il batterio Caulobacter crescentus è stato geneticamente modificato per estrarre metalli delle terre rare e rilevare depositi di uranio, i ricercatori del LLNL hanno esplorato l'effetto della geometria del bioprinting sulla funzione microbica nell'ultimo articolo.
"Lo sviluppo di questi biomateriali efficaci con funzioni microbiche migliorate e proprietà di trasporto di massa ha importanti implicazioni per molte bio-applicazioni", ha detto il co-autore e microbiologo LLNL Yongqin Jiao. "La nuova piattaforma di bioprinting non solo migliora le prestazioni e la scalabilità del sistema con una geometria ottimizzata, ma mantiene la vitalità delle celle e consente lo storage a lungo termine".
I ricercatori del LLNL stanno continuando a lavorare sullo sviluppo di reticoli 3D più complessi e sulla creazione di nuove bioresine con una migliore stampa e prestazioni biologiche. Stanno valutando anche materiali conduttivi come nanotubi di carbonio e idrogel per trasportare elettroni e batteri elettrotrofici biostampati per migliorare l'efficienza produttiva nelle applicazioni di elettrosintesi microbica. Il team sta anche determinando come ottimizzare al meglio la geometria degli elettrodi bioprinted per massimizzare il trasporto di massa di nutrienti e prodotti attraverso il sistema.