研究人員首次從微藻中提取出生物墨水進行 3D 打印

2024年8月13日，南極熊獲悉，由海德堡大學(xué)分子系統(tǒng)工程與先進材料研究所 (IMSEAM) 科學(xué)家 Eva Blasco 教授領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團隊首次成功利用從微藻中提取的原材料制造出用于打印復(fù)雜生物相容性 3D 微結(jié)構(gòu)的油墨。基于微藻的材料未來可用作 3D 細胞培養(yǎng)植入物或支架的基礎(chǔ)。

據(jù)海德堡大學(xué)介紹，硅藻 Odontella aurita 和綠藻 Tetraselmis striata 等微藻由于脂質(zhì)和光活性色素含量高，特別適合作為生產(chǎn) 3D 激光打印可持續(xù)材料的“生物工廠”。

相關(guān)研究以題為“Printing Green: Microalgae-BasedMaterials for 3D Printing with Light”的論文被發(fā)表在《先進材料》期刊上。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202402786

在增材制造技術(shù)中，雙光子 3D 激光打印在微納米級制造方面具有特殊優(yōu)勢。由于其分辨率極高，它可應(yīng)用于光學(xué)和光子學(xué)、微流體和生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域。

迄今為止，石化基聚合物主要用作這種高精度 3D 激光打印工藝的油墨。然而，這些聚合物會導(dǎo)致化石燃料的消耗和溫室氣體的排放，還可能含有有毒成分。微藻由于生長速度快、培養(yǎng)過程中的二氧化碳固定和生物相容性，特別適合作為生產(chǎn) 3D 打印可持續(xù)材料的“生物工廠”。

“盡管微藻具有諸多優(yōu)勢，但它幾乎從未被視為基于光的 3D 打印的原材料。”Blasco 教授說道，他的研究小組在高分子化學(xué)、材料科學(xué)和 3D 納米制造的交叉領(lǐng)域開展研究。

△圖片來源：Clara Vazquez-Martel

研究團隊首次成功從微藻中提取出用于高分辨率 3D 激光打印的生物相容性材料。研究人員在實驗中選取了兩種藻類——硅藻 Odontella aurita 和綠藻 Tetraselmis striata，它們含有特別高含量的甘油三酯形式的脂質(zhì)。研究團隊提取了甘油三酯，并用丙烯酸酯對其進行功能化，以便在光照下快速固化。微藻中存在的光活性綠色色素被證明適合用作光引發(fā)劑。當(dāng)暴露在光線下時，它們會引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，使墨水凝固成三維結(jié)構(gòu)。

該論文的第一作者、IMSEAM Eva Blasco 研究團隊的博士生 Clara Vazquez-Martel 說道：“通過這種方式，我們避免使用具有潛在毒性的添加劑，例如傳統(tǒng)墨水中使用的光引發(fā)劑。”

使用新的墨水系統(tǒng)，研究人員能夠高精度地生產(chǎn)不同的 3D 微結(jié)構(gòu)——表現(xiàn)出復(fù)雜的特征，例如懸垂的屋頂和空腔。通過細胞培養(yǎng)實驗，研究人員還研究了基于微藻的墨水的生物相容性。他們準(zhǔn)備了 3D 微支架，細胞在上面培養(yǎng)了大約 24 小時。他們觀察到的存活率幾乎為 100%。Blasco 教授說：“我們的研究結(jié)果不僅為更可持續(xù)的光 3D 打印開辟了新的可能性，也為生命科學(xué)應(yīng)用開辟了新的可能性——從 3D 細胞培養(yǎng)到生物相容性植入物�！�

這項研究是在海德堡大學(xué)和卡爾斯魯厄理工學(xué)院 (KIT)合作的“3D 定制物質(zhì)”卓越集群內(nèi)進行的。這項研究涉及海德堡、KIT 和拉斯帕爾馬斯大學(xué) (ULPGC，西班牙) 的西班牙藻類銀行的研究人員。這項工作由德國研究基金會、卡爾蔡司基金會、化學(xué)工業(yè)基金會和歐盟在歐洲區(qū)域合作計劃下資助。