研究人员采用植物根系和真菌菌丝制成的模具，创造了一种创新的方法来构建复杂的3D微流体网络。该团队在硅纳米颗粒中培养植物和真菌，然后去除植物，留下固态玻璃，形成了曾经生长根系的小型网络。
微流体技术在再生医学、微电子学和环境科学等多个科学领域变得越来越重要。然而，传统的微加工方法在规模和复杂网络的创建方面遇到挑战。在试图生产复杂的3D微流体网络时，这些挑战变得更加显著。
九州大学的研究人员提出了一种简便有效的技术，用于构建这种复杂的3D微流体网络。它们的灵感来自植物和真菌。通过使用硅纳米颗粒和纤维素基粘合剂制成“土壤”介质，研究人员促进植物和真菌的根系在此介质中生长。提取植物后，得到的玻璃结构展示了一个详细的3D微流体网络，内部充满了微米级的空隙，即原本根系生长的位置。
这种创新的方法还促进了3D生物结构的检查和保存，这些结构在传统土壤环境中通常难以研究，为植物和真菌生物学研究开辟了新的途径。他们的研究结果已发表在期刊Scientific Reports上。
九州大学工程学院的藤尾毅教授表示：“我们的主要目标是消除在创建复杂3D微流体配置时，标准微加工方法的限制。”他是该项目的负责人。“我们的实验室专注于仿生学，通过观察和模仿自然的设计来寻求工程挑战的解决方案。” 他进一步指出：“在自然界中，植物根系和真菌菌丝还有什么比这更好的微流体示例呢？因此，我们的目标是开发一种利用这些生物体的自然生长模式形成优化微流体网络的方法。”
研究人员最初生产了一种用于植物生长的“土壤”混合物。这种混合物包括直径小于1 μm的玻璃纳米颗粒，结合了羟丙基甲基纤维素作为粘合剂，而不是传统土壤。然后，他们在这种独特的介质中种植种子并监测生长。在确保植物茁壮成长后，他们将混合物烘烤，留下由根系结构转化而成的玻璃。
藤尾解释说：“这个过程称为烧结，这是将细小颗粒压实成更坚固形式的过程，类似于陶瓷制造中使用的粉末冶金。” “在这个例子中，植物充当模具。”
这种创新的方法成功地重建了植物主要根系中发现的复杂结构，直径达到150 μm，根毛的直径约为8 μm。对不同生物的实验表明，该方法也可以再现被称为菌丝的真菌根系结构。
藤尾补充道：“菌丝的直径甚至可以更细，达到1-2 μm，这比一根蜘蛛丝还要细。”
研究团队预计，他们的仿生微流体制造技术可以应用于各个科学和工程领域，可能会导致更高效的微反应器、先进的热交换器以及用于组织工程的新型支架。
藤尾总结道：“在生物科学中，这种方法为研究植物根系和真菌网络的复杂3D结构提供了一种新工具，从而增强我们对土壤生态系统的理解。” “通过将生物系统与工程相结合，我们的研究可能会导致新技术和突破性的科学见解。”
