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微生物在什么樣的環(huán)境下能更快、更茁壯地生長(zhǎng),如今有了新視角。3月23日,記者從南京工業(yè)大學(xué)獲悉,該校材料化學(xué)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室余子夷教授團(tuán)隊(duì)與英國(guó)劍橋大學(xué)團(tuán)隊(duì)合作,研發(fā)出一種能控制微生物細(xì)胞生長(zhǎng)的微載體及其活體功能材料制備工藝,能將細(xì)胞的生物制造效能提升12倍,該成果近日發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊《自然·通訊》。
“目前行業(yè)內(nèi)利用微生物實(shí)施生物制造時(shí),往往使用懸浮培養(yǎng)工藝,這種方式的生產(chǎn)效率受到一定限制,而且不利于微生物的多細(xì)胞協(xié)作。”余子夷介紹,為了使目前多細(xì)胞工業(yè)菌株的生物制造穩(wěn)定性更強(qiáng),效率更高,他們研制出一種核殼結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)基的細(xì)胞微載體,將其構(gòu)建成具有催化特征的活體材料,實(shí)現(xiàn)了苯乙醇物質(zhì)的高效生物合成。 余子夷解釋,這種微米級(jí)大小細(xì)胞微載體可以看作一個(gè)雞蛋殼,里面注有生長(zhǎng)液,微生物細(xì)胞可以在這些液體中自由游動(dòng),增強(qiáng)生物活性和細(xì)胞代謝水平。 “實(shí)驗(yàn)表明,工業(yè)微生物不僅能在液體殼中懸浮生長(zhǎng),還能通過固體殼的保護(hù)實(shí)現(xiàn)菌株的高密度培養(yǎng)。空間的限制可以更有效地抑制工業(yè)微生物逃逸,這就保證了生物制造的環(huán)境安全,達(dá)到了綠色生物制造的目的。”余子夷介紹,這一技術(shù)的突破使苯乙醇生產(chǎn)從原先的1克/升提升至12克/升,效率提升12倍。 據(jù)介紹,這類核殼還可以根據(jù)不同的需求裝載不同的微生物,形成不同的活性功能后,再通過3D打印構(gòu)建不同形狀的活體功能材料。 “研究的難點(diǎn)在于選擇合適的材料、工藝做成核殼結(jié)構(gòu),并將微生物注入核殼內(nèi)。”余子夷介紹,他們?cè)趪L試多種材料后,對(duì)雙鍵明膠改性,利用液滴微流控技術(shù),將水溶液通過微通道束形為一個(gè)個(gè)小液滴,再通過控制流速、尺寸、微生物的種類、數(shù)目等,把微生物細(xì)胞可控地注入微載體內(nèi)。 余子夷表示,研究成果為構(gòu)建新型的活體功能材料、3D器官打印等領(lǐng)域研究提供了思路,有望促進(jìn)醫(yī)藥、生物燃料、環(huán)境治理和食品工業(yè)等領(lǐng)域的綠色生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展。 |