Forskere bruger 3D-print til at skubbe viden om mikrobielle samfund

Efterhånden som entusiasmen vokser for 3D-udskrivning, hyldet af hobbyfolk og højteknologisk industri som en ny grænse i skabelsen af ​​brugerdefinerede produkter, forskere ved Montana State University bruger teknologien til et andet formål:at studere bakterier.

Støttet af $ 679, 000 tilskud fra forskningsfløjen i den amerikanske hær, forskningen kan føre til ny indsigt i, hvordan mikrobielle samfund samles for at skabe antibiotikaresistente infektioner på hofteimplantater eller fjerne forurening fra grundvand, blandt andet.

"Det er spændende, "sagde projektleder James Wilking, adjunkt i Institut for Kemisk og Biologisk Teknik i MSU's Norm Asbjornson College of Engineering. "Vi skubber grænserne for denne teknologi."

Projektet rider på en bølge af nylige fremskridt inden for 3D-printere, der bruger lasere til at størkne vandbaserede væsker. Resultatet, ifølge Wilking, er objekter, der har konsistensen af ​​Jell-O og opløsning på en mikron-cirka 50 gange mindre end bredden af ​​et menneskehår.

Indtil for nylig, sådanne præcise 3D-printere var stort set begrænset til bil- og rumfartsindustrien på grund af omkostninger over $ 1 million. Men priserne er faldet dramatisk i det sidste årti, gør værktøjerne mere tilgængelige for videnskab, Wilking sagde.

Hans team, som ledes af Matthew Fields, direktør for MSU's Center for Biofilm Engineering, vil bruge værktøjet til at konstruere små gitter af bakterier og studere mikrobernes interaktioner.

Alle former for liv, om det er termitter i en jordhøj eller græsser på prærien, samles for at udføre grundlæggende funktioner, Fields sagde, og det er ikke anderledes for biofilm, som er mikrobielle samfund, der strukturerer sig selv i tynde, slimede måtter. At studere biofilm er en udfordring, fordi disse strukturer ofte er spontane, stadigt skiftende og placeret i levende systemer som menneskekroppen.

Wilking "laver værktøjer, der giver os mulighed for at kontrollere strukturen, og vi kan se, hvordan det påvirker funktionen, "sagde Fields, som har studeret en lang række biofilm i årtier som professor ved Institut for Mikrobiologi og Immunologi i MSU's College of Agriculture og College of Letters and Science. Brugen af ​​3D-printere har potentiale til at generere store gennembrud i forskernes forståelse af, hvordan biofilm fungerer, han sagde.

For eksempel, 3D-printeren kunne størkne vekslende dele af en væske, der var infunderet med en type bakterier, gel derefter de resterende sektioner med en anden bakterie, skabe et skakbræt, der vil efterligne, hvordan mikroberne samler sig symbiotisk for at udveksle næringsstoffer.

Scott McCalla, adjunkt i Institut for Matematiske Videnskaber ved College of Letters and Science, vil bruge sofistikeret matematisk modellering til at studere de mønstre, som bakterierne danner, når de vokser inden for den konstruerede matrix, potentielt fører til yderligere indsigt om mikrobernes adfærd. Avancerede 3-D matematiske modeller er et relativt nyt felt, han sagde.

Wilking sagde, at han i årevis har set ivrigt efter stykkerne er kommet sammen for at gøre det aktuelle projekt muligt. Hærens bevilling er den største bekræftelse på, at forskningskonceptets tid er kommet, han sagde.

"Det er de mest interessante projekter, dem, der tilfredsstiller nysgerrighed og gavner samfundet, " han sagde.