近日，荷蘭九位代爾夫特理工大學(xué)（TU Delft）的學(xué)生為了參加即將舉行的iGEM合成生物學(xué)競賽，打造了首臺能夠創(chuàng)建定制可再生細(xì)菌生物膜的3D打印機(jī)Biolink。這一設(shè)備能夠讓科學(xué)家們更加有效地研究致病細(xì)菌，并找到更好的方法來消滅它。不過有點(diǎn)讓人目瞪口呆的是，就是這么一臺高科技設(shè)備，竟然是用拼裝玩具K'NEX制作的。
說起生物膜，可能很多人都很陌生，但實(shí)際上它可以說到處都是，它是由不同種類的細(xì)菌、藻類和真菌產(chǎn)生的、生活中細(xì)胞簇表面的微生物。比如牙菌斑，就是人們最為常見的生物膜之一。
對于生物膜研究的重要之處在于，它對抗生素和化學(xué)清洗劑有著頑強(qiáng)的抗性，為細(xì)菌提供了重要的保護(hù)，是消毒滅菌行業(yè)所面臨的重要挑戰(zhàn)之一，而且與一系列的常見和致命疾病都有關(guān)系。
3D打印不同層厚度的細(xì)菌線
據(jù)Biolink團(tuán)隊(duì)的成員之一Hector Sanguesa Ferrer稱，在研究生物膜的最大困難之一是，它們可以多種不同的環(huán)境中生長——從相對無害的地層巖石，到致命的病菌，因此有很多種不同的變量。如果這些變量不能夠仔細(xì)、準(zhǔn)確地在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中重現(xiàn)，那么科學(xué)家們就得不到對于生物膜的完整認(rèn)識。
為了解決這個(gè)問題，該Biolink團(tuán)隊(duì)開始尋找一種方式來創(chuàng)建可再生、自動(dòng)化、低成本、可定制的細(xì)菌生物膜以用于測試目的。通過幾個(gè)月的研究和試驗(yàn)，他們獲得了一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)：“我們發(fā)現(xiàn)，生物膜的主要成分是一種名為淀粉樣蛋白的蛋白質(zhì)?！?/span>Ferrer解釋說，“利用生物技術(shù)，我們成功地使用這些蛋白質(zhì)自制出了細(xì)菌?！钡牵绾潍@得自動(dòng)化和可再生的問題仍然沒有解決。
于是，該團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向了3D打印技術(shù)。起初，他們試圖改裝常見的噴墨打印機(jī)，但很快就意識到這是行不通的。因此，盡管該團(tuán)隊(duì)中沒有一位工程師或者擁有任何3D打印經(jīng)驗(yàn)，他們還是決定自己設(shè)計(jì)一款3D打印機(jī)?！笆紫龋覀兊玫搅艘粋€(gè)泵......那么，我們就需要一個(gè)可以在三維空間里移動(dòng)打印的結(jié)構(gòu)?！?/span>Ferrer說?！拔覀儓F(tuán)隊(duì)的一位成員建議我們可以用他地下室里的K'NEX。隨后，他就把整包的拼插件都帶到了辦公室里，然后一個(gè)星期內(nèi)，我們有了第一個(gè)原型?！?/span>
他們的第一架原型機(jī)用了300個(gè)拼插件，但是它只是一個(gè)靜態(tài)的結(jié)構(gòu)，只能支撐培養(yǎng)皿。而最終的版本則搭載了多臺電機(jī)，可以進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)，總共使用了689個(gè)K'NEX部件。根據(jù)他們的設(shè)計(jì)目標(biāo)，Biolink可以成功地以可再生和自動(dòng)化的方式打印多達(dá)4層細(xì)菌生物膜。“其中的生物油墨是由我們設(shè)計(jì)的細(xì)菌細(xì)胞，我們成功地將它們固定在了一種藻酸鹽水凝膠里。”他們解釋說，“有了這個(gè)生物油墨我們可以成功地以不到1毫米的分辨率（厚度）打印出各種線條。我們能夠成功地打印和繪制多達(dá)4層生物油墨，而且各層之間幾乎不互相混合?！睆拈_始到結(jié)束，他們的項(xiàng)目總共花了大約6個(gè)月，包括研究和開發(fā)。
3D打印機(jī)制造的第一臺連續(xù)水凝膠行
如今，這次Biolink團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備帶著他們的3D打印機(jī)和研究成果參加2015 iGEM Giant Jamboree，這是iGEM合成生物學(xué)競賽的首賽，將會于9月24號至28日在波士頓舉行。整個(gè)Giant Jamboree將會匯集來自世界各國的280支參賽團(tuán)隊(duì)和總計(jì)達(dá)4600名參與者。據(jù)了解，iGEM是全球頂級的大學(xué)生合成生物學(xué)競賽。
