“活”材料 将生物制造效能提高12倍

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4月3日，科技日报记者从南京工业大学获悉，该校材料化学工程国家重点实验室余子夷教授团队联合英国剑桥大学团队，研发出一种能控制微生物细胞生长的微载体及其活体功能材料制备工艺，能将细胞的生物制造效能提升12倍，相关研究成果近日发表于国际权威期刊《自然·通讯》。

“目前行业内利用微生物实施生物制造时，往往使用悬浮培养工艺，这种方式的生产效率受到一定限制，且不利于微生物的多细胞协作。”余子夷介绍，为了使目前多细胞工业菌株的生物制造稳定性更强、效率更高，他们研制出一种核壳结构的蛋白质基的细胞微载体，将其构建成具有催化特征的活体材料，实现了苯乙醇物质的高效生物合成。余子夷解释，这种微米级大小的细胞微载体可以看作一个鸡蛋壳，里面注有生长液，微生物细胞可以在这些液体中自由游动，这能增强生物活性和细胞代谢水平。

“实验表明，工业微生物不仅能在微载体内部的生长液中悬浮生长，还能依靠微载体外壳的保护实现菌株的高密度培养。空间的限制可以更有效地抑制工业微生物逃逸，这就保证了生物制造的环境安全，达到了绿色生物制造的目的。”余子夷介绍，这一技术的突破使苯乙醇生产从原先的1克/升提升至12克/升，效率提升12倍。

据介绍，这类细胞微载体还可以根据实际需求装载不同的微生物，形成具有感知环境、自我修复等功能的生物墨水，再通过3D打印制造形态可控的活体功能材料。

“该研究的难点在于选择合适的材料、工艺做成核壳结构的微载体，并将微生物注入核壳的内部。”余子夷介绍，他们在尝试多种材料后，对双键明胶改性，利用液滴微流控技术，将水溶液通过微通道束形为一个个小液滴，再通过控制流速、尺寸、微生物的种类、数目等，把微生物细胞按需分配至核壳结构的微载体内。

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