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3D打印活细胞可将葡萄糖转化为乙醇和二氧化碳

时间:2019-03-10 21:12    来源: 3D打印信息网     作者: 编辑部
劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的研究人员已经成功地用3D打印的活细胞将葡萄糖转化为乙醇和二氧化碳气体(一种类似啤酒的物质)。
LLNL团队的3D打印活酵母细胞网格

微生物通常被用来将碳源转化为有价值的最终产品化学物质,在食品工业、生物燃料生产、废物处理和生物修复等领域都有应用。研究人员认为,用活微生物代替无机催化剂具有反应条件温和、自再生、成本低、催化专一等优点。

活体全细胞的3D打印技术可以帮助研究微生物的行为、交流、与微环境的相互作用,以及开发具有高容量生产力的新型生物反应器。LLNL团队将冷冻干燥的活酵母细胞(Saccharomyces cerevisiae)打印成多孔的三维结构。这种独特的工程结构使细胞能够非常有效地将葡萄糖转化为乙醇和二氧化碳,就像酵母自身可以用来酿造啤酒一样。这种新型生物墨水材料使3D打印结构具有自支撑、高分辨率、可调细胞密度、大规模、高催化活性和长期生存能力。

他们的研究发表在Nano Letters期刊上的ACS编辑选择文章中。

LLNL的材料科学家方谦(音译)说:“与原装薄膜相比,带有细长丝和大孔的打印晶格使我们能够实现快速传质,从而使乙醇产量增加数倍。”“我们的油墨系统可应用于各种其他催化微生物,以满足广泛的应用需求。”在这项工作中开发的生物打印三维几何图形可以作为一个通用的平台,用于强化一系列生物转化过程,使用不同的微生物生物催化剂生产高价值的产品或生物修复应用。

“固定化生物催化剂有几个好处,包括允许连续的转化过程和简化产品净化,”化学家贝克说,他是论文的另一位通讯作者。“这项技术可以控制细胞的密度、位置和生物材料的结构。优化这些属性的能力可用于提高生产率和产量。此外,含有如此高的细胞密度的材料可能具有新的、未开发的有益性质,因为细胞构成了材料的很大一部分。

“这是3D打印固定化活细胞制造化学反应器的首次演示,”该论文的合著者、工程师多斯(Duoss)说。这种方法有望使乙醇生产更快、更便宜、更清洁、更高效。现在,我们正在通过探索其他反应来扩展这一概念,包括将打印微生物与更传统的化学反应器结合起来,创造出“混合”或“串联”系统,从而开启新的可能性。
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