光合作用下，3D列印葉綠素，像大力水手一樣秒變強壯

一棵樹透過數年的自產食物而變得強大。現在想象一下，是否可以使用能夠提供營養以增強樹木的相同生活材料來增強產品。這是南加州大學維特比工程學院土木與環境工程學院教授王啟明的工作，其研究實驗室是第一個向3D印表機墨水中注入活性物質的實驗室。該材料具有更大的強度，柔韌性和自愈性。這項工作記錄在《美國國家科學院院刊》《Proceedings of the National Academy of Sciences》上的一篇論文中。

這種受生物啟發的墨水的想法來自樹木，這些樹木利用光合作用的力量來產生葡萄糖，該葡萄糖轉化為纖維素並增強植物的細胞結構。王說："樹木年輕的時候就很柔軟，成熟的時候就很剛硬。"

"該研究思想也受到水手大力水手的啟發，他可以透過吃菠菜來增強肌肉"，他的研究重點是生物啟發的製造和前所未有的材料和結構的力學，這些材料和結構可以潛在地解決基礎設施方面的工程難題，能源，機器人技術，醫療保健和環境。

王教授說："現在，我們正在利用科學創新來實現我們的童年想象力。"

該研究背後的研究團隊包括USC Viterbi博士。麻省理工學院的Nicholas X. Fang教授和加州理工學院的Chiara Daraio教授等主要作者Yu Kunhao Feng和Zhangzhengrong Feng是主要作者，他們使用離心機從從Trader Joe's購買的菠菜中提取葉綠體。他們將菠菜的葉綠體與新發明的可3D列印的聚合物油墨混合在一起。然後，他們將墨水用於3D列印結構。透過將光施加到3色印刷的結構上，他們創造了條件來生成基於植物的葡萄糖，該葡萄糖與聚合物發生反應，使材料變得越來越堅固

用材料3D列印的一棵小樹

研究人員認為，透過施加兩到四個小時的光照並模仿光合作用的力量，這種"生命物質"可以自我增強，使其強度達到其原始強度的六倍。此外，透過將材料凍結為0，可以暫時停止由活的葉綠體誘導的增強作用？（葉綠體在凍結時會暫時減慢速度）。溫度恢復到室溫後，即可恢復強化效果。

論文的主要作者Yu指出："這種具有漸變光照明的技術可以建立具有漸變剛度的工程結構，該結構顯示出卓越的'緩衝'特性，遠遠超過了同類結構。

該論文的另一主要作者馮說："另一個驚人的發現是，可以透過外力來調節強化效果。"

"當您在樹枝上懸掛重物時，該樹枝將變得比其他樹枝堅固得多，這一過程稱為"機械轉導"。在這裡也會發生相同的現象。

該團隊設想將光合作用應用於材料，以設計定製的3D列印運動鞋鞋底，該鞋底可模壓到人的腳並具有定製的剛度。

一些植物在嫁接和傷口修復過程中表現出自愈能力。據研究人員稱，在南加州大學的實驗室中，注入了葉綠體的"生物材料"也具有出色的自我修復效能。這種特性是由光合作用產生的葡萄糖誘導的，該葡萄糖產生了交聯的分子過程（本質上等同於縫合線）。這種裂縫修復能力可以應用於船用螺旋槳甚至無人機。