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甘蔗渣可用于制作3D打印生物油墨
来源:Nanowerk 发布时间:2018-02-26

Abstract Image

甘蔗渣是一种废弃的生物质,它是未充分利用的农业工业残余物,经常用于焚烧以产生热量和发电或用于制造饲料。然而,新的研究表明,甘蔗渣作为生产纤维素纳米纤维(CNF)的原材料具有巨大的潜力,可用于一系列应用(ACS Sustainable Chemistry & Engineering, "Pulping and pretreatment affect the characteristics of bagasse inks for 3D printing") 。

来自挪威RISE-PFI、阿根廷药物研究所(IMAM)和瑞典RISE生物科学和材料研究所的研究人员已经开发出一种由甘蔗渣制成的CNF油墨,该油墨在3D打印的生物油墨(Bioinks)中具有潜力。生物油墨是含有活细胞的墨水,可以以细胞友好的方式进行3D打印,而不影响细胞活力。

纤维素纳米纤维对于纳米纸,纳米复合材料甚至生物医学应用的设计和制造具有极大的用处。通常在微米级别的长度和纳米级别(<20nm)的宽度上,CNF的形态和表面化学可以通过不同的化学和酶预处理和加工步骤进行定制。

挪威RISE-PFI的高级研究科学家Gary Chinga-Carrasco说:“蔗渣浆已被证明是纤维素纳米纤维生产的合适原料,CNF的性质类似于木浆生产的CNF的性能。但是到目前为止,还没有评估给定制浆方法和生产的纸浆纤维的化学组成对3D可印刷油墨的相应CNF的影响。”

在RISE-PFI团队的这项新工作中,他们研究了甘蔗渣用于生产3D打印的CNF油墨的适用性,以及在使用具有不同特性的甘蔗渣纸浆时油墨的某些性能如何不同。

3D printing of a nanocellulose construct
3D打印纳米纤维素构建体

为此,他们首先使用两种分馏方法从蔗渣原料获得纸浆纤维,即苏打水和与苏打水结合的水热处理。在第二步中,纸浆纤维在通过均质化生产CNF之前通过两个水平的TEMPO介导的氧化预处理。

最后,对得到的CNF进行详细的表征 - 形态学,表面化学,细胞毒性 - 并作为3D打印的油墨进行评估。特别是用于生物医学应用的纳米纤维素需要彻底评估以确保其与人体的生物相容性以及其在生物医学装置如伤口敷料中的使用。

Chinga Carrasco指出:“制浆工艺对于设计用于3D打印非常重要。它具有适当的表面化学,化学成分和纳米纤丝形态,这是以前在生物3D打印墨水的设计和配方中尚未考虑过的一个方面。”

“油墨在3D打印方面有潜力,可用于构建生物医学设备,例如用于药物测试的伤口敷料和支架,”他补充道,“在这项研究中评估的非细胞毒性物质似乎是这类应用的良好候选物。”

3D printed ears and nose with bagasse nanocellulose inks
用蔗渣纳米纤维墨水3D打印的耳朵和鼻子

为了展示他们墨水的功能,研究人员打印了耳朵和鼻子的三维模型,显示了这种农业工业残留物作为3D打印材料的潜力。

研究人员将继续致力于优化制浆工艺,以获得能够在不影响其生物相容性的情况下提供最佳印刷质量的油墨。


作者:迈克尔·伯杰(Michael Berger) - 迈克尔是英国皇家化学学会出版的《纳米社会:推动技术》和《纳米技术的边界:未来是微小的》两本书的作者。


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