大自然通过在温和条件下利用生物催化矿化来构建结构有序且环境适应性强的复合材料。尽管最近在通过仿生矿化利用微生物设计常规材料方面取得了进展，但仍然难以生产整合其天然对应物的层次结构和生活属性的矿化复合材料。最近，科研人员通过将 3D 打印的水凝胶结构与酶诱导的生物矿化相结合，开发了一种功能材料。结果表明，酶诱导的矿化强烈地将柔性和柔软的水凝胶（模量为 125 kPa）转变为刚性（150 MPa）和高度矿化的水凝胶复合材料。结合嵌入式 3D 打印，在没有牺牲墨水的情况下制造了复杂和矿化的自由形式架构，这在以前是通过传统制造策略无法实现的。此外，通过利用多材料 3D 打印来定制结构成分，可以实现对水凝胶结构内矿物质分布的精细控制，从而获得具有镶嵌结构和非常规力学的复合材料。该研究为制造具有高保真结构和定制机械性能的复合材料提供了一种可行的方法，通过将 3D 打印与生物矿化相结合，为下一代功能材料和结构开辟了道路。
图1 酶诱导的 3D 打印水凝胶网络的生物矿化。
图2 可打印性和 3D 打印精度。
图3 酶诱导的 3D 打印水凝胶结构矿化。
图4 酶诱导生物矿化过程中 3D 打印水凝胶样品的机械性能。
图6 使用多材料 3D 打印和选择性酶诱导的生物矿化制造的镶嵌结构。
相关论文以题为Bioinspired 3D Printing of Functional Materials by Harnessing Enzyme-Induced Biomineralization发表在《Advanced Functional Materials》上。通讯作者是南方科技大学刘吉副教授。
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