活體材料（Living materials）是近幾年材料科學(xué)和生物學(xué)交叉融合領(lǐng)域被關(guān)注的重點(diǎn)。這類(lèi)材料旨在挖掘生物細(xì)胞的功能性來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)材料無(wú)法或者難以完成的任務(wù)，比如生物催化、生物修復(fù)、生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用等；同時(shí)基質(zhì)材料的加入（比如水凝膠材料或是其他無(wú)機(jī)雜化材料等）給細(xì)胞提供了一種固定化的策略，能夠穩(wěn)定生物過(guò)程和提高生物轉(zhuǎn)化效率，并實(shí)現(xiàn)材料的循環(huán)使用。然而，如何控制生物細(xì)胞的時(shí)空分布，最大化提高生物過(guò)程的效率依然是一個(gè)亟需解決的難題。
近期，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)室的余子夷、陳蘇教授團(tuán)隊(duì)在Small上發(fā)表題為“Dual-network reinforced bioinks for 3D printing of biocatalytic living materials”的研究論文，將一種新雙網(wǎng)絡(luò)高分子細(xì)胞載體用于微生物的固定化并用作生物墨水，利用生物3D打印設(shè)備（EFL團(tuán)隊(duì)提供）制備具有生物催化功能的活體材料。該活體材料不僅可以強(qiáng)化微生物的化學(xué)品制造能力，還可以利用菌-藻共生的多細(xì)胞體系吸收空氣中的二氧化碳用于生物修復(fù)，對(duì)探索微生物固碳和實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供了一個(gè)技術(shù)選擇。
該方法利用透明質(zhì)酸作為起始材料，對(duì)其進(jìn)行了兩次化學(xué)修飾：一是半胱氨酸-苯丙氨酸二肽分子，二是甲基丙烯酸。利用葫蘆[8]脲（CB[8]）大環(huán)分子與二肽之間的主客體組裝，該材料先進(jìn)行一次物理交聯(lián)，從液態(tài)轉(zhuǎn)變成為粘彈性固體，并能夠被擠出式3D打印機(jī)加工成任意的三維結(jié)構(gòu)。當(dāng)材料成型之后，經(jīng)過(guò)紫外照射，引發(fā)碳碳雙鍵進(jìn)行第二次交聯(lián)，材料的機(jī)械性能提升利用此方法，功能微生物得到了固定化；同時(shí)，3D打印帶來(lái)了材料更高的比表面積，提高了傳質(zhì)效率，從而增強(qiáng)了整個(gè)活體材料的生物催化效果。除此之外，利用3D打印技術(shù)可以在空間上調(diào)控細(xì)胞的分布，為研究微生物共生提供了一個(gè)有力的工具。
綜上所述，該工作利用動(dòng)態(tài)化學(xué)以及雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的方法，成功開(kāi)發(fā)了一種新的可打印的生物墨水，制造了在微尺度空間固定微生物和構(gòu)建多細(xì)胞共生的生物活體材料，實(shí)現(xiàn)了生物催化的強(qiáng)化。利用3D打印技術(shù)，提高了整個(gè)材料的傳質(zhì)效果，和傳統(tǒng)的大塊材料相比，顯著提高了材料的生物催化效果。同時(shí)，該材料還具有可循環(huán)性，并且在低溫或者凍干的保存條件下依然保持了良好的催化活性。這項(xiàng)工作為探索新的生物相容性良好的可打印生物墨水提供了一個(gè)新的突破。
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