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3D打印活性材料可凈化污水,其中基因改造細菌完成任務后能自毀
文章來源:科技日報     更新時間:2023-09-07 16:16:29
美國加州大學圣迭戈分校研究人員開發(fā)了一種3D打印的新型生物工程材料,可提供可持續(xù)和環(huán)保的解決方案來清除水中的污染物。相關(guān)論文發(fā)表在最新一期《自然·通訊》雜志上。

  這種去污材料由一種以海藻為基礎的聚合物和細菌組合而成,這些細菌經(jīng)過基因工程改造,可產(chǎn)生一種酶,能將各種有機污染物轉(zhuǎn)化為良性分子。這些細菌還可在茶堿分子存在的情況下“自毀”,茶堿通常存在于茶和巧克力中,這提供了一種在“完成任務”后清除細菌的方法。

  研究共同負責人、加州大學圣迭戈分校納米工程教授喬恩·波科爾斯基表示,研究的創(chuàng)新之處在于,將聚合物材料與生物系統(tǒng)配對,創(chuàng)造出一種活性材料,這種材料可發(fā)揮功能,并對刺激作出反應,而普通合成材料無法做到這一點。

  研究人員使用了藻酸鹽,將其水合制成凝膠,然后與一種名為藍藻的水生光合細菌混合。研究人員利用3D打印機對混合物進行打印。在測試了材料的各種3D打印幾何形狀后,研究人員發(fā)現(xiàn),格子狀結(jié)構(gòu)是保持細菌存活的最佳結(jié)構(gòu)。所選形狀具有較高的表面積與體積比,這使得大部分藍藻能靠近材料表面以獲取營養(yǎng)、空氣和光線。

  基因工程改造的藍藻不斷產(chǎn)生一種名為漆酶的去污酶。研究表明,漆酶可用于中和來自雙酚A、抗生素和染料中的多種有機污染物。

  研究人員證明,新材料可用于凈化靛紅染料,這種染料廣泛用于紡織行業(yè)中對牛仔布料的染色過程。在測試中,新材料能使含有染料的水溶液脫色。

  研究人員還開發(fā)了在污染物清除后消除藍藻的方法。他們對細菌進行基因改造,使其對茶堿分子產(chǎn)生反應。這種分子觸發(fā)細菌產(chǎn)生一種蛋白質(zhì)以破壞它們的細胞,如同一個“自毀裝置”。這種方式可減少人們對轉(zhuǎn)基因細菌長期存在于環(huán)境中的擔憂。

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