微生物“互掐”變“協(xié)作”,，3D打印技術(shù)讓催化效率提高50%以上

來源：科技日報

作為生物催化劑,，微生物可以通過全細胞催化或多細胞協(xié)作,，進行能量收集,、傳感,、修復和驅(qū)動等,，具有效率高,、條件溫和、選擇性高等特點,。傳統(tǒng)的微生物細胞間協(xié)作方法,，由于細胞間生長速度的不同，易導致微生物此消彼長,、效率受損,。近日，南京工業(yè)大學材料化學工程國家重點實驗室開發(fā)了一種控制微生物時空布局的新策略,，該策略通過制備新型的超分子水凝膠材料作為載體,，利用3D打印的方式將微生物與其進行融合，實現(xiàn)了對微生物細胞的空間控制,，最大化提高生物過程效率,，相關(guān)成果發(fā)表在納米材料知名期刊《Small》上。

△基于功能化的透明質(zhì)酸的雙交聯(lián)載體的設(shè)計

“自然界的微生物菌群往往通過互相協(xié)作共生,，利用這一特點,，我們可以開發(fā)人工多細胞體系進行生物制造。但是,，在實驗室的實際情況中,，如果僅僅將這兩種微生物生硬地放在一起,，它們會‘互掐’,，造成此消彼長,。為了防止這種情況，我們就想能不能給它們建一個‘房子’,，讓它們‘安分’地待在自己的‘房間’,，還能相互協(xié)作完成工作？”南京工業(yè)大學教授余子夷教授介紹道,，課題組想到了3D打印的方法,，“3D打印可以將它們安放在固定的位置，同時3D打印還能擴大接觸的比表面積,，提升生物催化反應效率,。”

為了生成可打印的基質(zhì),，課題組開發(fā)了一種新型的超分子水凝膠材料,，這種材料由功能化的透明質(zhì)酸和葫蘆脲為主體構(gòu)成。超分子水凝膠材料不僅適合于微生物固定和生長,，而且還可以用作生物墨水進行3D打印,。“這類水凝膠很類似于我們?nèi)粘Ｉ�活中的牙��,，微生物待在特殊的‘牙膏’里面�?D打印裝備可以把‘牙膏’擠出來形成預先設(shè)計好的結(jié)構(gòu),，用于制備細胞分布均勻和可定位的3D結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有很高的維持性和菌株的固定性,�,！毖芯勘砻鳎�3D晶格中的微生物可以在發(fā)酵和生物修復過程中保持較高的細胞活力和代謝活性,。

△活體材料的3D打印

據(jù)悉,，該活體材料的催化效率與使用單一微生物、單純混合二者相比,，分別提高了80%和50%,。此項技術(shù)總體進展處于與國際先進水平“并跑”狀態(tài)，該研究不僅可以用于強化微生物的生物催化能力,，還可以應用于菌-藻共生體系吸收二氧化碳提高微生物的固碳水平,，為采用綠色生物制造實現(xiàn)碳中和提供了一個可選擇的技術(shù)途徑。

（南工大供圖）