3D打印的生命材料可以净化受污染的水

加州大学圣地亚哥分校的研究人员开发了一种新型材料，可以提供可持续且环保的解决方案来清除水中的污染物。

它被称为“工程生命材料”，是一种3D打印结构，由海藻基聚合物与细菌结合制成，这些细菌经过基因工程改造，可产生一种酶，可将各种有机污染物转化为良性分子。这些细菌还被设计成在存在茶碱分子(茶和巧克力中常见)的情况下自毁。这提供了一种在它们完成工作后消除它们的方法。

研究人员在《自然通讯》上发表的一篇论文中描述了这种新的去污材料。

加州大学圣地亚哥分校纳米工程学教授乔恩·波科尔斯基(JonPokorski)表示：“创新之处在于将聚合物材料与生物系统相结合，创造出一种活体材料，这种材料能够以常规合成材料无法做到的方式发挥作用并响应刺激。”领导了这项研究。

这项工作是加州大学圣地亚哥分校材料研究科学与工程中心(MRSEC)的工程师、材料科学家和生物学家之间的合作。该多学科团队的联合首席研究员包括分子生物学教授SusanGolden和JamesGolden以及纳米工程学教授ShaochenChen。

由天然聚合物与基因工程细菌相结合制成的“活性材料”可以提供可持续且环保的解决方案来清除水中的污染物。图片来源：加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院

“这项合作使我们能够应用蓝藻的遗传学和生理学知识来创造一种活材料，”生物科学学院的教员苏珊·戈尔登说。“现在我们可以创造性地思考如何将新功能融入蓝藻中，以制造出更有用的产品。”

为了在这项研究中创造活材料，研究人员使用了海藻酸盐(一种从海藻中提取的天然聚合物)，将其水合制成凝胶，并将其与一种称为蓝细菌的水栖光合细菌混合。

将混合物送入3D打印机。在测试了各种3D打印材料的几何形状后，研究人员发现网格状结构最适合保持细菌的存活。所选择的形状具有较高的表面积与体积比，这使得大部分蓝细菌靠近材料表面以获取营养、气体和光线。

表面积的增加也使材料的去污效果更加有效。

作为一项概念验证实验，研究人员对材料中的蓝细菌进行了基因改造，以持续产生一种称为漆酶的去污酶。研究表明，漆酶可用于中和多种有机污染物，包括双酚A(BPA)、抗生素、药品和染料。

在这项研究中，研究人员证明他们的材料可用于净化基于染料的污染物靛蓝胭脂红，这是一种蓝色染料，广泛用于纺织工业为牛仔布着色。在测试中，该材料使含有染料的水溶液脱色。

研究人员还开发了一种在污染物被清除后消除蓝藻的方法。他们对细菌进行了基因改造，使其能够对一种叫做茶碱的分子做出反应。该分子触发细菌产生一种破坏其细胞的蛋白质。

波科尔斯基说：“活性物质可以作用于目标污染物，然后添加小分子来杀死细菌。”“这样，我们就可以减轻对环境中残留的转基因细菌的担忧。”

研究人员指出，更好的解决方案是在不添加化学物质的情况下让细菌自我毁灭。这将是本研究未来的方向之一。

波科尔斯基说：“我们的目标是制造能够对环境中已有的刺激做出反应的材料。”

“我们对这项工作可能带来的可能性感到兴奋，我们可以创造出令人兴奋的新材料。当具有材料和生物科学跨学科专业知识的研究人员联合起来时，这种研究就可以产生。这就是全部感谢加州大学圣地亚哥分校MRSEC的跨学科研究小组，这一切才得以实现。”