作為(wei) 生物催化劑，微生物可以通過全細胞催化或多細胞協作，進行能量收集、傳(chuan) 感、修複和驅動等，具有效率高、條件溫和、選擇性高等特點。傳(chuan) 統的微生物細胞間協作方法，由於(yu) 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(ye) 大學材料化學工程國家重點實驗室開發了一種控製微生物時空布局的新策略，該策略通過製備新型的超分子水凝膠材料作為(wei) 載體(ti) ，利用3D打印的方式將微生物與(yu) 其進行融合，實現了對微生物細胞的空間控製，最大化提高生物過程效率，相關(guan) 成果發表在納米材料知名期刊《Small》上。

基於(yu) 功能化的透明質酸的雙交聯載體(ti) 的設計

“自然界的微生物菌群往往通過互相協作共生，利用這一特點，我們(men) 可以開發人工多細胞體(ti) 係進行生物製造。但是，在實驗室的實際情況中，如果僅(jin) 僅(jin) 將這兩(liang) 種微生物生硬地放在一起，它們(men) 會(hui) ‘互掐’，造成此消彼長。為(wei) 了防止這種情況，我們(men) 就想能不能給它們(men) 建一個(ge) ‘房子’，讓它們(men) ‘安分’地待在自己的‘房間’，還能相互協作完成工作？”南京工業(ye) 大學教授餘(yu) 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(men) 安放在固定的位置，同時3D打印還能擴大接觸的比表麵積，提升生物催化反應效率。”

為(wei) 了生成可打印的基質，課題組開發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酸和葫蘆脲為(wei) 主體(ti) 構成。超分子水凝膠材料不僅(jin) 適合於(yu) 微生物固定和生長，而且還可以用作生物墨水進行3D打印。“這類水凝膠很類似於(yu) 我們(men) 日常生活中的牙膏，微生物待在特殊的‘牙膏’裏麵，3D打印裝備可以把‘牙膏’擠出來形成預先設計好的結構，用於(yu) 製備細胞分布均勻和可定位的3D結構，該結構具有很高的維持性和菌株的固定性。”研究表明，3D晶格中的微生物可以在發酵和生物修複過程中保持較高的細胞活力和代謝活性。

活體(ti) 材料的3D打印

據悉，該活體(ti) 材料的催化效率與(yu) 使用單一微生物、單純混合二者相比，分別提高了80%和50%。此項技術總體(ti) 進展處於(yu) 與(yu) 國際先進水平“並跑”狀態，該研究不僅(jin) 可以用於(yu) 強化微生物的生物催化能力，還可以應用於(yu) 菌-藻共生體(ti) 係吸收二氧化碳提高微生物的固碳水平，為(wei) 采用綠色生物製造實現碳中和提供了一個(ge) 可選擇的技術途徑。