陈根：3D打印，助力生物材料发展

文|陈根

3D打印是依托于信息技术、精密机械以及材料科学等多学科发展起来的尖端技术。近年来，3D打印技术以其灵活多变的打印方式构筑复杂多样的物理结构而风靡全球。无论是3D打印制造食物，还是3D打印辅助医疗，每一次其出现都会令人耳目一新。

近日，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的科学家们又利用3D技术将活的微生物以可控的模式进行打印。具体来说，研究人员通过一种利用光和细菌注入的树脂来生产3D图案，成功打印出类似于现实世界中普遍存在的微生物群落薄层的人工生物膜。

生物膜可以被用来修复碳氢化合物，回收关键金属，清除船上的藤壶，并作为各种天然和人造化学物质的生物传感器。传统生产生物膜的方法为科学家们提供了对膜内微生物组织的少量控制，但限制了充分了解自然界中细菌群落的复杂相互作用的能力。

3D打印微生物的能力使LLNL的科学家们能够更好地观察细菌在其自然栖息地的功能，并研究微生物电合成等技术，其中“食电”细菌在非高峰时段转换剩余电力以生产生物燃料和生物化学品，将能扩大使用工程细菌回收稀土金属、清洁废水、检测铀等方面的潜力。

研究小组将细菌悬浮在光敏生物树脂中，并利用LLNL开发的用于微生物生物打印的立体光刻设备（SLAM）3D打印机的LED光将微生物“困”在3D结构中。这台投影立体光刻机能够以18微米的高分辨率进行打印，几乎和人体细胞的直径一样薄。

在一组实验中，研究人员比较了不同生物印刷图案中的稀土金属回收情况，显示在三维网格中印刷的细胞可以比在传统的散装水凝胶中更快地吸收金属离子。此外，该团队还打印了活体铀传感器，与对照打印相比，观察到工程细菌的荧光增加。

这些具有增强微生物功能和质量传输特性的有效生物材料意义重大，它说明新的生物打印平台不仅可以通过优化几何形状提高系统性能和可扩展性，而且保持了细胞的活力并能够实现长期储存。

未来，研究人员期望开发出更复杂的3D晶格，创造具有更好打印和生物性能的新生物树脂。