近日，南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了一種控制微生物時(shí)空布局的新策略，通過(guò)制備新型超分子水凝膠材料，利用3D打印方式將微生物與其進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微生物細(xì)胞的空間控制，最大化提高生物過(guò)程效率。相關(guān)成果發(fā)表于《微尺度》。

“自然界的微生物菌群往往通過(guò)互相協(xié)作共生，利用這一特點(diǎn)，我們可以開發(fā)人工多細(xì)胞體系進(jìn)行生物制造。但是，在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)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(huì)‘互掐’，造成此消彼長(zhǎng)。為防止這種情況發(fā)生，我們想能不能給它們建一個(gè)‘房子’，讓它們‘安分’地待在自己的‘房間’里，還能相互協(xié)作完成工作？”論文通訊作者、南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授余子夷說(shuō)，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(shí)還能擴(kuò)大接觸的比表面積，提升生物催化反應(yīng)效率”。

課題組還開發(fā)了一種新型超分子水凝膠材料，這種材料以功能化的透明質(zhì)酸和葫蘆脲為主體。超分子水凝膠材料不僅適合于微生物固定和生長(zhǎng)，還可以用作生物墨水進(jìn)行3D打印。

“這類水凝膠類似于牙膏，微生物待在特殊的‘牙膏’里，3D打印裝備可以把‘牙膏’擠出來(lái)形成預(yù)先設(shè)計(jì)好的結(jié)構(gòu)，用于制備細(xì)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。”余子夷說(shuō)。研究表明，3D晶格中的微生物可以在發(fā)酵和生物修復(fù)過(guò)程中，保持較高的細(xì)胞活力和代謝活性。

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%。