3D 打印活性材料可凈化污水

據(jù)報道，美國加州大學(xué)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(chǔ)的聚合物和細(xì)菌組合而成，這些細(xì)菌經(jīng)過基因工程改造，可產(chǎn)生一種酶，能將各種有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為良性分子。這些細(xì)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(wù)” 后清除細(xì)菌的方法。

研究共同負(fù)責(zé)人、加州大學(xué)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(yīng)，而普通合成材料無法做到這一點(diǎn)。

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(lán)藻的水生光合細(xì)菌混合。研究人員利用3D 打印機(jī)對混合物進(jìn)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(xì)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(lán)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(lán)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(jī)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(lán)藻的方法。他們對細(xì)菌進(jìn)行基因改造，使其對茶堿分子產(chǎn)生反應(yīng)。這種分子觸發(fā)細(xì)菌產(chǎn)生一種蛋白質(zhì)以破壞它們的細(xì)胞，如同一個 “自毀裝置”。這種方式可減少人們對轉(zhuǎn)基因細(xì)菌長期存在于環(huán)境中的擔(dān)憂。