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박테리아를 이용한 탄산 칼슘 3D 프린팅 기술


 

(The method could be used to restore damaged artworks. Credit: Eva Baur)

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(A 3D-printed shape using BactoInk will mineralize within a few days. Credit: Eva Baur)

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(The method could be used to help build artificial coral reefs. Credit: Eva Baur)

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탄산 칼슘 (CaCO3)로 된 단단한 껍데기는 생물체가 만든 가장 뛰어난 건축 소재입니다. 사실 자연에 가장 흔한 염이기도 하고 대리석, 방해석 등 여러 광물과 조개 껍데기, 산호, 알 껍질 등 다양한 장소에서 볼 수 있습니다. 우리가 가장 흔하게 사용하는 건축 소재인 시멘트의 원료가 되기도 합니다.

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탄산칼슘: https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1152181&cid=40942&categoryId=32251

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https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3568447&cid=58949&categoryId=58983

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그런 만큼 과학자들은 생물의 탄산 칼슘 껍데기를 모방한 3D 프린팅 기술을 연구해 왔습니다. 시멘트와는 달리 분해되도 주변 환경에 미치는 악영향이 없고 생체 적합 소재이면서 아주 튼튼하기 때문입니다. 하지만 탄산 칼슘 소재를 잉크로 출력하는 일은 생각보다 쉽지 않습니다. 굳는 과정에서 수축되거나 모양이 변하는 경우가 다반사이기 때문입니다.

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스위스 로잔 연방 공과대학 (EPFL)의 과학자들은 이 문제를 해결하기 위한 독특한 아이디어를 제시했습니다. 바로 탄산 칼슘을 만드는 박테리아를 배양한 젤을 3D 프린터 잉크로 사용하는 것입니다. 그러면 출력하기도 쉬울 뿐 아니라 형태를 그대로 유지하면서 굳을 수 있다는 게 연구팀의 설명입니다. 연구팀은 이 박테리아 3D 프린트 잉크를 박토잉크 (BactoInk)라고 명명했습니다.

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물론 박토잉크는 바로 탄산칼슘이 되지 않기 때문에 몇 일간 박테리아가 일을 할 때 까지 기다려야 합니다. 이 과정에서 변형이 올 것 같지만, 놀랍게도 원본의 형태를 거의 유지한다고 합니다. 결과물은 90%가 탄산칼슘이기 때문에 여러 가지 용도로 사용할 수 있는 튼튼한 물건이 됩니다.

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연구팀은 이를 이용해 오래전 탄산칼슘 소재로 만든 조각품이나 예술 작품을 복원하거나 혹은 인공 산호초를 만드는 데 사용할 수 있다고 보고 있습니다. 생물학적 소재로 만들었기 때문에 산호처럼 실제 생물이 살 수 있는 공간으로 안성맞춤이기 때문입니다. 물론 생체 적합 소재이기 때문에 의학적으로 사용될 여지도 있습니다.

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앞서 소개한 코끼리 상아 대체 3D 프린터 기술과 비교되는 기술인데, 실제 상용화가 가능할지 궁금합니다.

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코끼리 상아 대체 3D 프린터 : https://blog.naver.com/jjy0501/222312674616

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참고

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https://techxplore.com/news/2023-02-3d-bacteria-loaded-ink-bone-like-composites.html

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Matteo Hirsch et al, 3D printing of living structural biocomposites, Materials Today (2023). DOI: 10.1016/j.mattod.2023.02.001

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