Naarmate het enthousiasme voor 3D-printen groeit, geprezen door hobbyisten en de hightechindustrie als een nieuwe grens in het creëren van op maat gemaakte producten, onderzoekers van de Montana State University gebruiken de technologie voor een ander doel:het bestuderen van bacteriën.

Gesteund door een $ 679, 000 subsidie ​​van de onderzoeksvleugel van het Amerikaanse leger, het onderzoek kan leiden tot nieuwe inzichten in hoe microbiële gemeenschappen samenkomen om antibioticaresistente infecties op heupimplantaten te creëren of vervuiling uit grondwater te verwijderen, onder andere.

"Het is spannend, ", zei projectleider James Wilking, assistent-professor bij de afdeling Chemische en Biologische Technologie in MSU's Norm Asbjornson College of Engineering. "We verleggen de grenzen van deze technologie."

Het project maakt deel uit van een golf van recente ontwikkelingen in 3D-printers die lasers gebruiken om vloeistoffen op waterbasis te stollen. Het resultaat, volgens Wilking, zijn objecten met de consistentie van Jell-O en een resolutie van één micron - ongeveer 50 keer kleiner dan de breedte van een mensenhaar.

Tot voor kort, dergelijke nauwkeurige 3D-printers waren grotendeels beperkt tot de auto- en ruimtevaartindustrie vanwege de kosten van meer dan $ 1 miljoen. Maar de prijzen zijn de afgelopen tien jaar dramatisch gedaald, de tools meer beschikbaar maken voor de wetenschap, zei Wilking.

Zijn team, die mede wordt geleid door Matthew Fields, directeur van MSU's Center for Biofilm Engineering, zal de tool gebruiken om kleine rasters van bacteriën te construeren en de interacties van de microben te bestuderen.

Alle vormen van leven, of het nu termieten zijn in een aarden heuvel of grassen op de prairie, assembleren om basisfuncties uit te voeren, Velden zei, en het is niet anders voor biofilms, dat zijn microbiële gemeenschappen die zichzelf structureren in dunne, slijmerige matten. Het bestuderen van biofilms is een uitdaging omdat die structuren vaak spontaan zijn, steeds veranderend en gesitueerd in levende systemen zoals het menselijk lichaam.

Wilking "maakt tools waarmee we de structuur kunnen controleren, en we kunnen zien hoe dat de functie beïnvloedt, " zei Velden, die decennialang een breed scala aan biofilms heeft bestudeerd als professor aan de afdeling Microbiologie en Immunologie van het MSU's College of Agriculture and College of Letters and Science. Het gebruik van 3D-printers heeft het potentieel om grote doorbraken te genereren in het begrip van wetenschappers over hoe biofilms werken, hij zei.

Bijvoorbeeld, de 3D-printer zou afwisselende delen van een vloeistof kunnen stollen die doordrenkt is met één type bacterie, gel dan de resterende secties met een andere bacterie, het creëren van een dambord dat zou nabootsen hoe de microben symbiotisch samenkomen om voedingsstoffen uit te wisselen.

Scott McCalla, assistent-professor bij de afdeling Wiskundige Wetenschappen van het College of Letters and Science, zal geavanceerde wiskundige modellering gebruiken om de patronen te bestuderen die de bacteriën vormen terwijl ze groeien binnen de geconstrueerde matrix, mogelijk leidend tot verdere inzichten over het gedrag van de microben. Geavanceerde 3D-wiskundige modellen zijn een relatief nieuw veld, hij zei.

Wilking zei dat hij jarenlang gretig heeft toegekeken hoe de stukken bij elkaar zijn gekomen om het huidige project mogelijk te maken. De legerbeurs is de grootste bevestiging tot nu toe dat de tijd van het onderzoeksconcept is gekomen, hij zei.

"Dit zijn de meest interessante projecten, degenen die de nieuwsgierigheid bevredigen en de samenleving ten goede komen, " hij zei.