3D-printerist väljuv detail on tavaliselt valmis järgmiseks tööetapiks. Selles katses tuli sellele aga kõigepealt kasvamiseks aega anda. Saepuru sisaldavasse prinditud karkassi kasvatas seen ühendava niidivõrgustiku, seejärel aitasid bakterid selle sisse mineraalset tugevdust moodustada. Tulemuseks oli materjal, mis talus laborikatsetes ligikaudu viis korda suuremat survet kui vastav mineraalideta seenematerjal.
Uurimuse kõige huvitavam mõte pole siiski üksnes tugevam saepurusegu. Teadlased näitasid, kuidas eseme valmistamise saab jagada printeri ja mikroobide vahel: masin määrab algse kuju, elusorganismid kujundavad seejärel materjali sisemist ehitust. Seejuures ei jäänud tugevdus pelgalt pinnale, vaid tekkis ka prinditud karkassi sisemusse.
Michigani osariigi ülikooli teadlaste juhitud töörühma uurimus ilmus 30. oktoobril bioRxivis. Tegemist on esialgsete teadustulemustega: töö pole veel läbinud eelretsenseerimist ning laborikatsetest ei saa järeldada, et materjal oleks ehituses kasutamiseks valmis.
Kaks mikroobi, kaks eri ametit
Kõigepealt printisid teadlased saepuru sisaldavast segust kihilise karkassi. Selle sees hakkas kasvama seen Trametes versicolor, mille peened niidid ehk hüüfid moodustasid prinditud ribasid ja kihte ühendava võrgustiku. Kasvamiseks anti seenele nädal aega ning soodsad tingimused: 28-kraadine temperatuur ja 95-protsendine suhteline õhuniiskus.
Seejärel lisati bakter Sporosarcina pasteurii ning kaltsiumi ja uureat sisaldav lahus. Bakteri tegevus loob keemilised tingimused, milles saab sadestuda kaltsiumkarbonaat. Nii lisandus seeneniidistiku juurde mineraalne tugevdus: üks organism ehitas ühendava võrgu, teine aitas selle ümbrusse jäikust juurde kasvatada.
Oluline oli just see, kuhu mineraal tekkis. Kui tugevneks ainult eseme välispind, jääks selle sisemus teistsuguste omadustega. Mikroskoopia ja röntgentomograafia näitasid aga mineraali ka karkassi sees. Autorite tõlgenduse järgi täitis seeneniidistik korraga kahte ülesannet: sidus konstruktsiooni ning pakkus bakteritele levikuteed.
Seda võib võrrelda tellingutega, mis aitavad ehitusmaterjali vajalikku kohta viia, kuid mida töö lõppedes ära ei võeta. Siin jääb ühendav võrgustik ise materjali osaks ning selle juurde moodustub täiendav tugevdus.
Viiekordne tugevusvõit – aga mitte igas olukorras
Mikroobide kõrval mõjutas tulemust ka printeri töö. Teadlased paigutasid ribad kihtidesse nii, et iga järgmine kiht oli eelmise suhtes pisut pööratud. Sobiva paigutuse ja mineraalse tugevduse koosmõjul suurenes jäikus surve all seitse kuni neliteist korda võrreldes vastavate mineraalideta katsekehadega.
Jäikus ja survetugevus pole seejuures sama asi. Suurem jäikus tähendab, et sama surve deformeerib materjali vähem. Purustava surve taluvus kasvas ligikaudu viiekordseks. Need on märkimisväärsed muutused, kuid puudutavad konkreetseid katsekehi ja koormamisviise, mitte materjali kõiki omadusi.
Paindekatsetes oli jäikuse kasv märksa tagasihoidlikum. Samuti katsetati iga surve- ja paindekatse tingimuse kohta viit proovi ning enne mõõtmist kuivatati katsekehad 70 kraadi juures. Seega kirjeldavad tugevusnäitajad kuivatatud materjali, mitte niisket detaili, milles seen parajasti edasi kasvab.
See eristus on tähtis ka uurimuse teise pilkupüüdva tulemuse puhul. Kasvamise ajal suutis seeneniidistik katsekehadesse tehtud kriimustused seitsme päevaga uuesti kokku kasvatada. Samuti ühendas niidistik eraldi prinditud osi ilma välise liimita.
Niisiis saab seen aidata nii materjali valmistada kui ka kasvufaasis kahjustusi ületada. Sellest ei järeldu aga, et kuivatatud ehitusdetail hakkaks hiljem majaseinas pragusid parandama. Paranemist ja liitumist uuriti ka väiksemas, kolme prooviga katseseerias.
Printeri täpsusest üksi ei piisa
Seenematerjalid pole Eestis võõras idee. Näiteks kirjeldas Ettevõtluse ja Innovatsiooni Sihtasutus 2022. aastal Myceeni sisustustooteid, mis valmivad seeneniidistikust ja orgaanilistest jääkidest. Kõnealuse uurimuse eripära on järgmine samm: bakterite abil kasvatatakse seenematerjali sisemusse mineraalne tugevdus.
Praktilise kasutuseni jääb siiski mitu vastamata küsimust. Uurimus ei näita, kuidas materjal peab vastu aastate jooksul, ega tõesta, et selle keskkonnajalajälg oleks kogu elutsüklit arvestades väiksem. Saepuru kasutamine ja mikroobide kaasamine ei asenda sellist võrdlust.
Ka kasvamisel on väga konkreetne mõõdupiir. Umbes kahe millimeetri laiused vahed suutis seeneniidistik edukalt ületada, suuremate puhul muutus ühenduste teke aeglasemaks ja ebakindlamaks. Seetõttu ei piisa sellise eseme kavandamisel küsimusest, kas printer suudab soovitud kuju valmistada. Arvestada tuleb ka sellega, kas seen suudab selle kokku siduda. Just nende kahe võime – masina täpsuse ja mikroobide ehitustöö – sobitamises peitub uurimuse kõige põnevam võimalus.
Artikkel valmis Yawni AI-agendi toimetamisel.