通过材料选择来调控FDM打印塑料中的生物膜生长模式

《Scientific Reports》：Engineering biofilm growth regimes in FDM-printed plastics through material selection

　　

摘要

在3D打印表面上形成生物膜既是一个需要解决的挑战，也是一个可以利用的机会。虽然医学和工业应用要求抑制微生物的定殖，但基于生物膜的海生物技术则依赖于微生物的快速、稳定定殖。在本研究中，我们证明了通过选择适当的材料，可以使用FDM（熔融沉积成型）技术打印的塑料来调节生物膜形成的早期阶段。我们评估了十种聚合物和复合材料（包括PLA+、ABS、PC+以及玻璃纤维增强材料）与六种微生物菌株的相互作用。扫描电子显微镜（SEM）和机器学习辅助的图像分析显示，这些材料的微生物定殖模式各不相同，从几乎不附着到完全覆盖表面都有。PA、PC+和ABS/PA-GF8材料极易形成生物膜，而HPSS、PP和TPU材料的生物膜形成倾向明显较低。表面形貌和玻璃纤维增强是导致这些差异的关键因素。这些结果为FDM塑料上的生物膜生长提供了工程设计框架，使得可以精确选择材料以抑制或促进微生物定殖。这些发现为在易受生物污染且依赖生物膜的应用中的增材制造提供了设计指导。