陳根：研究開發新技術——3D打印活微生物_風聞

文|陳根

3D打印是依託於信息技術、精密機械以及材料科學等多學科發展起來的尖端技術。近年來，3D打印技術以其靈活多變的打印方式構築複雜多樣的物理結構而風靡全球。無論是3D打印製造食物，還是3D打印輔助醫療，每一次其出現都會令人耳目一新。

近日，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的科學家們又利用3D技術將活的微生物以可控的模式進行打印。具體來説，研究人員通過一種利用光和細菌注入的樹脂來生產3D圖案，成功打印出類似於現實世界中普遍存在的微生物羣落薄層的人工生物膜。

生物膜可以被用來修復碳氫化合物，回收關鍵金屬，清除船上的藤壺，並作為各種天然和人造化學物質的生物傳感器。傳統生產生物膜的方法為科學家們提供了對膜內微生物組織的少量控制，但限制了充分了解自然界中細菌羣落的複雜相互作用的能力。

**3D打印微生物的能力使LLNL的科學家們能夠更好地觀察細菌在其自然棲息地的功能，並研究微生物電合成等技術，**其中“食電”細菌在非高峯時段轉換剩餘電力以生產生物燃料和生物化學品，將能擴大使用工程細菌回收稀土金屬、清潔廢水、檢測鈾等方面的潛力。

研究小組將細菌懸浮在光敏生物樹脂中，並利用LLNL開發的用於微生物生物打印的立體光刻設備（SLAM）3D打印機的LED光將微生物“困”在3D結構中。這台投影立體光刻機能夠以18微米的高分辨率進行打印，幾乎和人體細胞的直徑一樣薄。

在一組實驗中，研究人員比較了不同生物印刷圖案中的稀土金屬回收情況，顯示在三維網格中印刷的細胞可以比在傳統的散裝水凝膠中更快地吸收金屬離子。此外，該團隊還打印了活體鈾傳感器，與對照打印相比，觀察到工程細菌的熒光增加。

這些具有增強微生物功能和質量傳輸特性的有效生物材料意義重大，它説明新的生物打印平台不僅可以通過優化幾何形狀提高系統性能和可擴展性，而且保持了細胞的活力並能夠實現長期儲存。

未來，研究人員期望開發出更復雜的3D晶格，創造具有更好打印和生物性能的新生物樹脂。