密歇根州立大學(xué)采用3D打印技術(shù)，研發(fā)制造生物膜新方法

南極熊導(dǎo)讀,，生物膜對(duì)人類(lèi)既有害又有益,。它們可以覆蓋材料和物體的表面，包括醫(yī)療設(shè)備,，并引起感染,，并且它們對(duì)許多藥物和消毒劑有抵抗力。然而,，生物膜能夠降解有毒化學(xué)物質(zhì)和環(huán)境污染物,，使它可用于治療細(xì)菌,、廢水處理等。

2022年7月12日,，南極熊獲悉,，密歇根州立大學(xué)（MSU）的研究人員，推出了可以推進(jìn)生物膜科學(xué)的3D打印新技術(shù),。

△密歇根州立微生物學(xué)博士Kathryn Zimlich（左）和機(jī)械工程博士生Isaak Thornton,，使用 3D打印設(shè)備來(lái)沉積微生物和制造生物膜

該研究團(tuán)隊(duì)宣稱(chēng)，當(dāng)細(xì)菌和其他微生物粘附在表面上,，并形成粘稠的墊子（稱(chēng)為生物膜）時(shí),，它們會(huì)形成復(fù)雜的群落，這些群落,，通常對(duì)傳統(tǒng)的消毒劑具有抗藥性�,，F(xiàn)在，該大學(xué)生物膜工程中心的科學(xué)家們,，正在開(kāi)發(fā)一種復(fù)制微生物群落的新技術(shù),，以便研究創(chuàng)新的治療方法。

Thornton和Zimlich將于7月12日至14日,，在博茲曼舉行的蒙大拿州生物膜年度會(huì)議上,，展示向人們和企業(yè)展示它們的最新研究成果，該會(huì)議召集來(lái)自世界各地的研究人員,，和行業(yè)合作伙伴討論最新的生物膜科學(xué),。

在過(guò)去的兩年里，Zimlich和Thornton設(shè)計(jì)并測(cè)試了一種3D打印設(shè)備,，該設(shè)備可以在水凝膠中,，精確地布置單個(gè)細(xì)菌網(wǎng)格（一種透明的類(lèi)似果凍的物質(zhì)）。利用3D打印技術(shù)的進(jìn)步,，研究人員可以繪制出,，液態(tài)水凝膠樹(shù)脂液滴中的微生物，然后使用激光固化材料,，構(gòu)建基本的生物膜。

“我們可以在空間上準(zhǔn)確地,，將細(xì)胞排列和封裝在我們想要的位置,，”Thornton說(shuō)，他們正在該大學(xué)諾姆阿斯比約森工程學(xué)院,，化學(xué)與生物工程系副教授Jim Wilking的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行這項(xiàng)研究,。

△生物膜，它是一種微生物的三維群落,，生物中除某些病毒外,，都具有生物膜

到目前為止,，Zimlich和Thornton只使用了單一種類(lèi)的細(xì)菌，但通過(guò)使用3D打印機(jī)進(jìn)行多次打印,，每次都使用不同種類(lèi)或菌株,，他們可以開(kāi)始創(chuàng)造自然界中發(fā)現(xiàn)的更復(fù)雜和分層的生物膜。通過(guò)在細(xì)菌中添加熒光染料,，研究人員可以使用專(zhuān)門(mén)的顯微鏡,，輕松觀察微生物，從而研究細(xì)胞之間發(fā)生的相互作用,。

Zimlich說(shuō)：“即使是最簡(jiǎn)單的生物膜系統(tǒng)也很復(fù)雜,。這就像一個(gè)森林，具有多樣性,。我們需要新的工具來(lái)了解,，這種多樣性是如何發(fā)展和持續(xù)的�,！�

眾所周知,，生物膜內(nèi)的動(dòng)態(tài)環(huán)境有助于，使微生物對(duì)傳統(tǒng)治療產(chǎn)生抵抗力,。MSU Regents教授和長(zhǎng)期生物膜研究人員Phil Stewart表明,，一種超級(jí)細(xì)菌會(huì)導(dǎo)致傷口感染，并且它能夠抵抗抗生素,，因?yàn)樯�物膜下層的�?xì)胞,，與氧氣和其他化合物隔絕，導(dǎo)致它們進(jìn)入休眠狀態(tài),，從而改變了它們的生物學(xué)特性,，使藥物變得無(wú)效。

“通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的生物膜研究,，已經(jīng)逐漸明白一點(diǎn),，有可能通過(guò)改變交互式生物膜環(huán)境，而不是嘗試使用刺激性化學(xué)產(chǎn)品,，來(lái)治療這些病原菌,，”Zimlich說(shuō)，例如,，治療方法可能涉及引入無(wú)害細(xì)菌,，與有害微生物競(jìng)爭(zhēng)并破壞保護(hù)性生物膜。

△每年7月,，在博茲曼舉辦蒙大拿州生物膜科學(xué)與技術(shù)會(huì)議,。2022年會(huì)議融合了生物膜領(lǐng)域、CBE和其他實(shí)驗(yàn)室的最佳研究成果

開(kāi)發(fā)這些治療方法,，需要在受控的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行大量測(cè)試,，這就是3D打印新技術(shù)的用武之地,。“我們認(rèn)為有可能構(gòu)建出,，這些病原體生物膜自然形成的類(lèi)似物,。”Zimlich說(shuō),。

這可能對(duì)生物膜會(huì)議的與會(huì)者非常感興趣,。據(jù)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)該中心與企事業(yè)對(duì)人Paul Sturman說(shuō)，寶潔,、3M和Ecolab以及NASA等公司,，都渴望得到可以控制生物膜的制造方法。

自30多年前成立以來(lái),，生物膜工程中心,，一直是生物膜研究的世界領(lǐng)先者，開(kāi)創(chuàng)了一種跨學(xué)科方法,，將工程,、微生物學(xué)和其他領(lǐng)域的多個(gè)領(lǐng)域相結(jié)合，以解決現(xiàn)實(shí)世界的問(wèn)題,。他說(shuō),，這就是吸引Thornton參與該項(xiàng)目的原因。

△用于設(shè)計(jì)生物膜的新型3D打印技術(shù)

據(jù)了解,，密歇根州立大學(xué),，不是第一在該領(lǐng)域做研究的機(jī)構(gòu)，Rochester大學(xué)生物學(xué)家,，于2021也發(fā)表了相關(guān)的學(xué)術(shù)研究,，開(kāi)發(fā)了一種利用3D打印技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)和研究生物膜。他們宣稱(chēng),，該研究可能有助于開(kāi)發(fā)藥物,，來(lái)對(duì)抗這些附著在表面的微生物的負(fù)面影響。