研究人員首次從微藻中提取出生物墨水進(jìn)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(jìn)材料研究所 (IMSEAM) 科學(xué)家 Eva Blasco 教授領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)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(xì)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(jìn)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(jí)制造方面具有特殊優(yōu)勢(shì)。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(huì)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(zhǎng)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(shì)，但它幾乎從未被視為基于光的 3D 打印的原材料�！盉lasco 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(tuán)隊(duì)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(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)提取了甘油三酯，并用丙烯酸酯對(duì)其進(jìn)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(shí)，它們會(huì)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(tuán)隊(duì)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(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，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(xì)胞在上面培養(yǎng)了大約 24 小時(shí)。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(xì)胞培養(yǎng)到生物相容性植入物�！�

這項(xiàng)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(jìn)行的。這項(xiàng)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(xiàng)工作由德國(guó)研究基金會(huì)、卡爾蔡司基金會(huì)、化學(xué)工業(yè)基金會(huì)和歐盟在歐洲區(qū)域合作計(jì)劃下資助。