2019-03-06 20:54:01
3-D印刷的活细胞将葡萄糖转化为乙醇 二氧化碳以提高催化效率

劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的研究人员拥有3-D印刷活细胞,可将葡萄糖转化为乙醇和二氧化碳气体(CO2),这种物质类似于啤酒,展示了一种可以提高生物催化效率的技术。

将活的哺乳动物细胞生物打印成复杂的3-D支架已经被广泛研究和证明用于从组织再生到药物发现到临床实施的应用。除了哺乳动物细胞之外,人们越来越关注将功能性微生物印刷为生物催化剂。

微生物广泛用于工业中,将碳源转化为有价值的终端产品化学品,这些化学品在食品工业,生物燃料生产,废物处理和生物修复中具有应用。使用活微生物代替无机催化剂具有温和的反应条件,自我再生,低成本和催化特性的优点。

这项新研究在Nano Letters期刊中作为ACS编辑选择文章出现,表明活体全细胞的增材制造可以帮助研究微生物行为,通讯,与微环境的相互作用以及具有高体积的新生物反应器。生产率。

在一个案例研究中,该团队将冷冻干燥的活性生物催化酵母细胞(酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae))印刷成多孔的3-D结构。独特的工程几何结构使细胞能够非常有效地将葡萄糖转化为乙醇和二氧化碳,类似于酵母本身可用于制造啤酒的方式。这种新型生物油墨材料使印刷结构具有自支撑性,具有高分辨率,可调节的细胞密度,大规模,高催化活性和长期可行性。更重要的是,如果使用转基因酵母细胞,也可以生产高价值的药品,化学品,食品和生物燃料。

“与散装薄膜相比,具有细丝和大孔的印刷网格使我们能够实现快速传质,从而使乙醇产量增加数倍,”LLNL材料科学家方谦表示,该文的负责人和相应作者。 “我们的油墨系统可以应用于各种其他催化微生物,以满足广泛的应用需求。在这项工作中开发的生物打印的3-D几何形状可以作为多种生物转化过程的过程强化的多功能平台,使用多种微生物生物催化剂生产高价值产品或生物修复应用。“

利弗莫尔的其他研究人员包括Cheng Zhu,Jennifer Knipe,Samantha Ruelas,Joshua Stolaroff,Joshua DeOtte,Eric Duoss,Christopher Spadaccini和Sarah Baker。这项工作是与国家可再生能源实验室合作进行的。

“固定化生物催化剂有几个好处,包括允许连续转化过程和简化产品纯化,”该论文的另一位作者Baker化学家说。 “这项技术可以控制生物材料中的细胞密度,位置和结构。调整这些特性的能力可用于提高生产率和产量。此外,含有如此高细胞密度的材料可能具有新的,未开发的有益特性,因为细胞包含大部分材料。“

“这是用于制造化学反应器的3D打印固定化活细胞的首次演示,”该论文的共同作者杜斯特说。 “这种方法有望使乙醇生产更快,更便宜,更清洁,更高效。现在,我们通过探索其他反应来扩展这一概念,包括将印刷微生物与更传统的化学反应器相结合,以创建解锁新的”混合“或”串联“系统可能性“。

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