研究人员首次从微藻中提取出生物墨水进行 3D 打印

2024年8月13日，南极熊获悉，由海德堡大学分子系统工程与先进材料研究所 (IMSEAM) 科学家 Eva Blasco 教授领导的国际研究团队首次成功利用从微藻中提取的原材料制造出用于打印复杂生物相容性 3D 微结构的油墨。基于微藻的材料未来可用作 3D 细胞培养植入物或支架的基础。

据海德堡大学介绍，硅藻 Odontella aurita 和绿藻 Tetraselmis striata 等微藻由于脂质和光活性色素含量高，特别适合作为生产 3D 激光打印可持续材料的“生物工厂”。

相关研究以题为“Printing Green: Microalgae-BasedMaterials for 3D Printing with Light”的论文被发表在《先进材料》期刊上。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202402786

在增材制造技术中，双光子 3D 激光打印在微纳米级制造方面具有特殊优势。由于其分辨率极高，它可应用于光学和光子学、微流体和生物医学等众多领域。

迄今为止，石化基聚合物主要用作这种高精度 3D 激光打印工艺的油墨。然而，这些聚合物会导致化石燃料的消耗和温室气体的排放，还可能含有有毒成分。微藻由于生长速度快、培养过程中的二氧化碳固定和生物相容性，特别适合作为生产 3D 打印可持续材料的“生物工厂”。

“尽管微藻具有诸多优势，但它几乎从未被视为基于光的 3D 打印的原材料。”Blasco 教授说道，他的研究小组在高分子化学、材料科学和 3D 纳米制造的交叉领域开展研究。

△图片来源：Clara Vazquez-Martel

研究团队首次成功从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。研究人员在实验中选取了两种藻类——硅藻 Odontella aurita 和绿藻 Tetraselmis striata，它们含有特别高含量的甘油三酯形式的脂质。研究团队提取了甘油三酯，并用丙烯酸酯对其进行功能化，以便在光照下快速固化。微藻中存在的光活性绿色色素被证明适合用作光引发剂。当暴露在光线下时，它们会引发化学反应，使墨水凝固成三维结构。

该论文的第一作者、IMSEAM Eva Blasco 研究团队的博士生 Clara Vazquez-Martel 说道：“通过这种方式，我们避免使用具有潜在毒性的添加剂，例如传统墨水中使用的光引发剂。”

使用新的墨水系统，研究人员能够高精度地生产不同的 3D 微结构——表现出复杂的特征，例如悬垂的屋顶和空腔。通过细胞培养实验，研究人员还研究了基于微藻的墨水的生物相容性。他们准备了 3D 微支架，细胞在上面培养了大约 24 小时。他们观察到的存活率几乎为 100%。Blasco 教授说：“我们的研究结果不仅为更可持续的光 3D 打印开辟了新的可能性，也为生命科学应用开辟了新的可能性——从 3D 细胞培养到生物相容性植入物。”

这项研究是在海德堡大学和卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT)合作的“3D 定制物质”卓越集群内进行的。这项研究涉及海德堡、KIT 和拉斯帕尔马斯大学 (ULPGC，西班牙) 的西班牙藻类银行的研究人员。这项工作由德国研究基金会、卡尔蔡司基金会、化学工业基金会和欧盟在欧洲区域合作计划下资助。