叶绿体增强的3D打印机墨水可能会增强产品质量迟志强

叶绿体增强的3D打印机墨水可能会增强产品质量

一棵树通过多年自己的食物生长而变得强大。现在想象一下，是否可以使用能提供营养以增强树木的相同生活材料来增强产品。

这是南加州大学维特比工程学院土木与环境工程学院教授王其明的工作，其研究实验室是第一个向3D打印机墨水中注入活性物质的实验室

该材料具有更大的强度，柔韧性和自我修复的潜力。这项工作记录在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文中。

这种受生物启发的墨水的想法来自树木，它们利用光合作用的力量来产生葡萄糖，这些葡萄糖转化为纤维素并增强植物的细胞结构。王说：“树木年轻时，它们是柔性的，成熟时，它们是刚性的。”

Wang说：“该研究思想也受到水手大力水手的启发，他可以通过吃菠菜来增强肌肉”，他的研究重点是生物启发的制造和无与伦比的材料和结构的力学，这些材料和结构可以潜在地解决基础设施方面的工程挑战，能源，机器人技术，医疗保健和环境。

王说：“现在，我们正在利用科学创新来实现我们的童年想象力。”

该研究背后的研究团队包括USC Viterbi博士。麻省理工学院的Nicholas X. Fang教授和加州理工学院的Chiara Daraio教授等主要作者Yu Kunhao Feng和Zhangzhengrong Feng是主要作者，他们使用离心机从Trader Joe's购买的菠菜中提取叶绿体。

他们将菠菜叶绿体与新发明的可3D打印的聚合物油墨混合在一起。然后，他们将墨水用于3D打印结构。通过将光施加到3色印刷结构上，他们创造了条件来生成植物基葡萄糖，该葡萄糖与聚合物发生反应，从而使材料变得越来越坚固。

研究人员认为，通过施加两到四个小时的光照并模仿光合作用的力量，这种“生命物质”可以自我增强，使其强度达到其原始强度的六倍。此外，可以通过将材料冻结为0来暂时中止由活的叶绿体诱导的增强作用？。温度恢复到室温后，即可恢复强化效果。

王说：“这种材料的行为就像一条在冬天冬眠的蛇。”

Wang补充说：“这种暂时的'悬挂行为'从未在现有的工程材料中得到证明。”

论文的主要作者Yu指出：“采用梯度光照明的这项技术可以创建具有梯度刚度的工程结构，该结构展现出卓越的'缓冲'特性，远远超过了同类结构。

该论文的另一位主要作者冯说：“另一个惊人的发现是，可以通过外力来调节强化效果。”

“当您在树枝上悬挂重物时，该树枝将变得比其他树枝坚固得多，这一过程称为“机械转导”。在这里也会发生相同的现象。

该团队设想将光合作用应用于材料，以设计定制的3D打印运动鞋鞋底，该鞋底可模压到人的脚并具有定制的刚度。

一些植物在嫁接和伤口修复过程中表现出自愈能力。研究人员称，在南加州大学的实验室中，注入了叶绿体的“生物材料”也具有出色的自我修复性能。这种特性是由光合作用产生的葡萄糖诱导的，该葡萄糖产生交联的分子过程。这种裂缝修复能力可以应用于船用螺旋桨甚至无人机。

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