3D biocement printing: scaling up living mineral structures

微尺度化学 材料科学 多孔性 制作 碳酸钙 限制 纳米技术 缩放比例 材料性能 复合材料 多孔介质 降水 纳米尺度 矿物 均质化(气候) 矿物学 矿化(土壤科学) 表面能 生物材料 碳酸盐 微观结构 工作(物理) 嵌入 粘附
作者
Karen Antorveza Paez,Robert Oswin Kindler,Dimitrios Terzis,Alessandro Dutto,Tazio Pleij,Gustavo Zorzetto,André R. Studart,Benjamin Dillenburger
出处
期刊: [Springer Science+Business Media]
卷期号:4 (1) 被引量:3
标识
DOI:10.1038/s44296-026-00110-1
摘要

Abstract Biocementation via microbially induced calcium carbonate precipitation (MICP) provides a biologically mediated approach for producing inorganic materials, with reduced embodied energy, using bacterial metabolism to trigger mineral formation under ambient conditions. Yet the scale-up of current MICP-based building materials is constrained by fabrication techniques that restrict control over the geometry and material performance of large structures, limiting their application as building materials. Here, we present a 3D biocement printing (3DBioP) process and bio-ink for extrusion-based additive manufacturing of inorganic materials at the decimeter scale. By embedding Sporosarcina pasteurii cells in bio-inks and printing porous structures, we enable controlled biocementation that enhances interlayer cohesion and overall mechanical performance at scales of tens of centimeters. We demonstrate that mineralization efficiency is consistent with transport-limited, reaction–diffusion-controlled precipitation modulated by surface area exposure and geometric porosity, allowing the tuning of macroscale properties through microscale design. Our results indicate that MICP enhances the printed structures and mitigates extrusion-printing issues that limit scaling, including weak interlayer adhesion and shrinkage. This work bridges the gap between biological and digital fabrication, establishing a pathway towards geometrically scalable, programmable, and low-embodied energy mineral materials.
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