美國(guó)勞倫斯?利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新方法，可以在受控模式下3D打印微生物。這使得工程菌在回收稀土金屬搓茬、清潔廢水、檢測(cè)鈾元素等方面的應(yīng)用潛力大幅提升队他。相關(guān)論文在《納米簡(jiǎn)訊》上發(fā)表卷仑。
LLNL的研究人員在這篇論文中探討了生物打印幾何結(jié)構(gòu)對(duì)微生物功能的影響，他們將新月形莖桿菌（Caulobacter crescentus）進(jìn)行基因改造麸折，使其能夠提取稀土金屬并檢測(cè)鈾礦床锡凝。通過(guò)新技術(shù)，研究人員成功打印出了類似自然界中微生物群落薄層的人工生物膜垢啼。他們將細(xì)菌懸浮在光敏生物素中窜锯，利用微生物立體光刻（SLAM）3D打印機(jī)的LED光源將微生物“捕獲”在3D結(jié)構(gòu)中张肾。該生物打印機(jī)能以18微米左右的高分辨率打印，幾乎相當(dāng)于人體細(xì)胞的直徑锚扎。
在一組實(shí)驗(yàn)中吞瞪，他們比較了不同生物打印膜中稀土金屬的回收率，結(jié)果顯示驾孔，打印在3D網(wǎng)格中的細(xì)胞比傳統(tǒng)的大塊水凝膠的金屬離子吸收速度快得多芍秆。研究小組還打印了微生物鈾傳感器，與對(duì)照組相比翠勉，3D打印菌的熒光效應(yīng)顯著增強(qiáng)妖啥。
首席研究員兼LLNL生物工程師Hynes說(shuō)：“加強(qiáng)對(duì)微生物種群3D結(jié)構(gòu)的控制，我們將能直接改變它們之間的相互作用对碌，并在生物制造生產(chǎn)過(guò)程中提高系統(tǒng)性能荆虱。”這聽(tīng)起來(lái)似乎很簡(jiǎn)單朽们，但實(shí)際上怀读，微生物行為不僅及其復(fù)雜，還由其所處環(huán)境的時(shí)空特征驅(qū)動(dòng)（如：微生物群落的幾何結(jié)構(gòu)）骑脱。其排列組合方式影響的行為包括：如何生長(zhǎng)愿吹、何時(shí)生長(zhǎng)、以何為食惜姐、如何合作犁跪、如何抵御競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手以及產(chǎn)生什么分子等等。
以傳統(tǒng)方法生產(chǎn)生物膜時(shí)歹袁，科學(xué)家對(duì)膜內(nèi)微生物組織幾乎沒(méi)有控制能力坷衍，這阻礙了他們對(duì)微生物相互作用的深入了解。而微生物3D打印技術(shù)不僅有助于加深理解条舔，還能幫助他們探索微生物電合成（即“食電”細(xì)菌在非高峰時(shí)間將多余電能轉(zhuǎn)化為生物燃料和生化物質(zhì)）等技術(shù)枫耳。Hynes補(bǔ)充道，由于電極和細(xì)菌之間的連接效率很低孟抗，當(dāng)前微生物電合成技術(shù)相對(duì)受限迁杨。將微生物3D打印與導(dǎo)電材料結(jié)合，工程師們便可獲得高導(dǎo)電性生物材料凄硼，其電極-微生物連接效率大幅上升铅协，將產(chǎn)生更高效的電合成系統(tǒng)。
論文合著者微生物學(xué)家Yongqin Jiao表示：“這種新穎的生物打印平臺(tái)不僅通過(guò)優(yōu)化的空間結(jié)構(gòu)提高了微生物膜系統(tǒng)性能和可擴(kuò)展性摊沉，而且保持了細(xì)胞活力并實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期存儲(chǔ)狐史。”
LLNL生物工程師兼合著者M(jìn)onica Moya補(bǔ)充道：“我們才剛剛開(kāi)始了解空間結(jié)構(gòu)是如何控制微生物行為的，這項(xiàng)技術(shù)就是向前邁出的一步骏全。我們希望能更好地操控微生物及其理化環(huán)境苍柏，以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的微生物功能。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣姜贡，包括生物制造试吁、修復(fù)、生物傳感/檢測(cè)楼咳，我們甚至能用它開(kāi)發(fā)可以自我修復(fù)或感知/響應(yīng)環(huán)境的工程材料潘悼。”
科界原創(chuàng)??
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