Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (LLNL) получили 3D напечатанные живые клетки, которые превращают глюкозу в этанол и газообразный диоксид углерода (CO₂ ), вещество, напоминающее пиво, демонстрируя технологию, которая может привести к высокой биокаталитической эффективности.
Биопечать живых клеток млекопитающих в сложные трехмерные каркасы широко изучалась и демонстрировалось для различных применений: от регенерации тканей до открытия лекарств и клинической реализации. В дополнение к клеткам млекопитающих растет интерес к печати функциональных микробов в качестве биокатализаторов.
Микробы широко используются в промышленности для преобразования источников углерода в ценные химические вещества конечного продукта, которые применяются в пищевой промышленности, производстве биотоплива, переработке отходов и биоремедиации. Использование живых микроорганизмов вместо неорганических катализаторов имеет преимущества мягких условий реакции, самовосстановления, низкой стоимости и каталитической специфичности.
3D напечатанные живые дрожжевые клетки на решетках рядом с четверть монеты
Новое исследование, которое появляется как статья выбора редактора ACS в журнале Nano Letters ( «Прямая запись настраиваемых живых чернил для интенсификации биологических процессов» ), показывает, что аддитивное производство живых цельных клеток может помочь в исследованиях микробного поведения, связь, взаимодействие с микроокружением и для новых биореакторов с высокой объемной производительностью.
В тематическом исследовании команда напечатала лиофилизированные живые биокаталитические дрожжевые клетки (Saccharomyces cerevisiae) в пористых трехмерных структурах. Уникальная инженерная геометрия позволила клеткам очень эффективно преобразовывать глюкозу в этанол и CO2 и аналогично тому, как дрожжи сами по себе могут использоваться для приготовления пива. Благодаря этому новому био-чернильному материалу печатные структуры являются самонесущими, с высоким разрешением, перестраиваемыми плотностями ячеек, крупными масштабами, высокой каталитической активностью и долговременной жизнеспособностью. Что еще более важно, если используются генетически модифицированные дрожжевые клетки, также могут производиться ценные фармацевтические препараты, химикаты, пищевые продукты и биотопливо.
«По сравнению с объемными пленочными аналогами печатные решетки с тонкой нитью и макропорами позволили нам добиться быстрого массопереноса, что привело к увеличению производства этанола в несколько раз», — говорит научный сотрудник LLNL Фанг Цянь, ведущий и соответствующий автор статьи. , «Наша система чернил может быть применена ко многим другим каталитическим микробам для удовлетворения широких потребностей применения. Биопечатаемые трехмерные геометрии, разработанные в этой работе, могли бы послужить универсальной платформой для интенсификации процессов массива процессов биоконверсии с использованием разнообразных микробных биокатализаторов для производства ценных продуктов или применений биоремедиации ».
Другие исследователи Ливермора включают Чэн Чжу, Дженнифер Кнайп, Саманту Руелас, Джошуа Столарофф, Джошуа ДеОт, Эрика Дуосса, Кристофера Спадаччини и Сару Бейкер. Эта работа была проведена в сотрудничестве с Национальной лабораторией возобновляемой энергии.
«Есть несколько преимуществ для иммобилизации биокатализаторов, включая возможность непрерывных процессов конверсии и упрощение очистки продукта», — сказал химик Бейкер, другой соответствующий автор статьи. «Эта технология дает контроль над плотностью клеток, размещением и структурой в живом материале. Возможность настройки этих свойств может быть использована для повышения производительности и урожайности. Кроме того, материалы, содержащие такие высокие плотности ячеек, могут приобретать новые, неисследованные полезные свойства, потому что ячейки составляют большую часть материалов».
«Это первая демонстрация 3D-печати с иммобилизованными живыми клетками для создания химических реакторов», — сказал инженер Дуос, соавтор статьи. «Такой подход обещает сделать производство этанола быстрее, дешевле, чище и эффективнее. Теперь мы расширяем концепцию, исследуя другие реакции, в том числе комбинируя печатные микробы с более традиционными химическими реакторами, чтобы создать «гибридные» или «тандемные» системы, которые открывают новые возможности ».
Источник: www.nanowerk.com
В химической и нефтехимической промышленности арматура — не просто деталь. Это контроль. Здесь перекрывают поток,…
Мир, в котором мы варим реактивы и считаем молекулы, неожиданно оказался на передовой цифровой революции.…
Свинцовый порошок давно перестал быть материалом, который интересует исключительно металлургов или работников оборонной отрасли. Сегодня…
Иногда кажется, что крупные технологические проекты остаются где-то в прошлом. Но реальность упрямо показывает обратное.…
Химическая и нефтехимическая промышленность давно перестала быть только про реакторы, трубы и лаборатории. Сегодня это…
Тема сегодняшней публикации напрямую связана с нашей профессиональной сферой. Дизель-генератор — это сложный агрегат, эффективность…