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“活”材料将生物制造效能提高12倍

2023-03-23 15:26:50
来源:科技日报 作者:金凤 通讯员 杨芳 评论:0

  微生物在什么样的环境下能更快、更茁壮地生长,如今有了新视角。3月23日,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与英国剑桥大学团队合作,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,该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,而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,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液体壳中悬浮生长,还能通过固体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,这类核壳还可以根据不同的需求装载不同的微生物,形成不同的活性功能后,再通过3D打印构建不同形状的活体功能材料。

  “研究的难点在于选择合适的材料、工艺做成核壳结构,并将微生物注入核壳内。”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,把微生物细胞可控地注入微载体内。

  余子夷表示,研究成果为构建新型的活体功能材料、3D器官打印等领域研究提供了思路,有望促进医药、生物燃料、环境治理和食品工业等领域的绿色生物经济发展。

(责任编辑:韩梦晨)

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