合成生物学和3D打印的结合产生了可编程的生活材料

科学家们正在利用细胞制造新型材料，这些材料可以生长、自我修复，甚至对环境做出反应。这些固体“工程活材料”是通过将细胞嵌入以所需形状形成的无生命基质中而制成的。现在，研究人员在ACS中央科学杂志上报道称，他们已经3D打印了一种含有植物细胞的生物墨水，然后对其进行基因改造，生产出可编程材料。有朝一日，应用可能包括生物制造和可持续建筑

最近，研究人员一直在开发工程活性材料，主要依靠细菌和真菌细胞作为活性成分。但植物细胞的独特特性激发了人们对其在工程植物活性材料（EPLMs）中应用的热情。然而，迄今为止创建的基于植物细胞的材料具有相当简单的结构和有限的功能

Ziyi Yu、Zhengao Di及其同事希望通过制造形状复杂的EPLMs来改变这一现状，该EPLMs包含具有可定制行为和能力的基因工程植物细胞

研究人员将烟草植物细胞与含有根癌土壤杆菌的明胶和水凝胶微粒混合，根癌土壤菌是一种常用于将DNA片段转移到植物基因组中的细菌。然后将这种生物墨水混合物3D打印在平板上或装满另一种凝胶的容器内，形成网格、雪花、树叶和螺旋等形状

接下来，用蓝光固化印刷材料中的水凝胶，使结构硬化。在随后的48小时内，EPLMs中的细菌将DNA转移到生长中的烟草细胞中

然后用抗生素清洗材料以杀死细菌。在接下来的几周里，随着植物细胞在EPLMs中生长和复制，它们开始产生由转移的DNA决定的蛋白质

在这项概念验证研究中，转移的DNA使烟草植物细胞能够产生绿色荧光蛋白或β赖氨酸——红色或黄色植物色素，被视为天然着色剂和膳食补充剂

通过用两种不同的生物墨水打印叶子形状的EPLM——一种在叶脉上产生红色颜料，另一种在叶子的其余部分产生黄色颜料——研究人员表明，他们的技术可以产生复杂、空间可控和多功能的结构

研究人员表示，这种EPLMs将活生物体的特性与非活物质的稳定性和耐久性相结合，可以用作细胞工厂，生产植物代谢产物或药物蛋白质，甚至用于可持续建筑应用