近日，南京工业大学材料化学工程国家重点实验室研发了一种控制微生物时空布局的新策略，通过制备新型超分子水凝胶材料，利用3D打印方式将微生物与其进行融合，实现了对微生物细胞的空间控制，最大化提高生物过程效率。相关成果发表于《微尺度》。
“自然界的微生物菌群往往通过互相协作共生，利用这一特点，我们可以开发人工多细胞体系进行生物制造。但是，在实验室的实际情况中，如果仅仅将这两种微生物生硬地放在一起，它们会‘互掐’，造成此消彼长。为防止这种情况发生，我们想能不能给它们建一个‘房子’，让它们‘安分’地待在自己的‘房间’里，还能相互协作完成工作？”论文通讯作者、南京工业大学材料化学工程国家重点实验室教授余子夷说，课题组想到了3D打印的方法，“3D打印可以将它们安放在固定的位置，同时还能扩大接触的比表面积，提升生物催化反应效率”。
课题组还开发了一种新型超分子水凝胶材料，这种材料以功能化的透明质酸和葫芦脲为主体。超分子水凝胶材料不仅适合于微生物固定和生长，还可以用作生物墨水进行3D打印。
“这类水凝胶类似于牙膏，微生物待在特殊的‘牙膏’里，3D打印装备可以把‘牙膏’挤出来形成预先设计好的结构，用于制备细胞分布均匀和可定位的3D结构，该结构具有很高的维持性和菌株的固定性。”余子夷说。研究表明，3D晶格中的微生物可以在发酵和生物修复过程中，保持较高的细胞活力和代谢活性。
据悉，该活体材料的催化效率与使用单一微生物、单纯混合二者相比，分别提高了80%和50%。
