合成生物学与3D打印的婚姻产生可编程活性材料

合成生物学与3D打印技术的结合产生了可编程活性材料

科学家们正在利用细胞制造新型材料，这些材料可以生长、修复自身甚至对环境做出响应。这些固体的“工程活性材料”是通过将细胞嵌入到一个以所需形状形成的无生命基质中制成的。现在，研究人员在《ACS Central Science》报告中称，他们已经3D打印了一种含有植物细胞的生物墨水，然后对其进行了基因改造，从而制造出可编程材料。未来的应用可能包括生物制造和可持续建筑。

最近，研究人员一直在开发工程活性材料，主要依赖于细菌和真菌细胞作为活性组分。但植物细胞的独特特性引起了人们对它们在工程植物活性材料（EPLMs）中的使用的兴趣。然而，迄今为止创造的基于植物细胞的材料结构相当简单，功能有限。研究人员希望通过使用具有可定制行为和功能的基因工程植物细胞来改变这种情况。

研究人员将烟草植物细胞与明胶和含有土壤杆菌的水凝胶微粒混合。然后，在平板上或者装有另一种凝胶的容器内，将这种生物墨水混合物3D打印成网格、雪花、叶子和螺旋等形状。接下来，用蓝光固化打印材料中的水凝胶，使结构变得坚固。在随后的48小时内，EPLMs中的细菌将DNA转移到不断生长的烟草细胞中。然后用抗生素清洗材料以杀死细菌。在随后的几周里，随着植物细胞在EPLMs中生长和复制，它们开始产生由转移的DNA所指导的蛋白质。

在这个概念验证研究中，转移的DNA使烟草细胞产生了绿色荧光蛋白或红色/黄色植物色素——这些色素被视为天然色素和膳食补充剂。通过使用两种不同的生物墨水打印叶状EPLM——一个在叶脉处产生红色色素，另一个在叶片其他部分产生黄色色素——研究人员展示了他们的技术可以制造复杂的、空间控制的、多功能的结构。这种EPLMs结合了生物体的特性和无生命物质的稳定性和耐久性，可能被用于作为细胞工厂来生产植物代谢产物或药物蛋白，甚至在可持续建筑应用中。