你未来的衣服会是用藻类做的吗？

一件迷你t恤展示了罗切斯特大学生物学教授安妮·s·迈耶实验室使用3D打印机和一种新的生物墨水技术创造的光合生物材料。(罗切斯特大学照片)

罗彻斯特大学的研究人员使用3D打印技术制造了一种新颖的、环保的藻类材料，这种材料不仅可以用于能源和医药，还可以用于时尚和太空探索。

近年来，随着科学家们认识到最坚固的材料往往是那些模仿自然的材料，由将生物细胞置于非生物基质中制成的活材料越来越受欢迎。

荷兰罗切斯特大学(University of Rochester)和代尔夫特理工大学(Delft University of Technology)的研究人员首次使用3D打印机和一种新型生物打印技术，将藻类打印成有生命的、坚韧且有弹性的光合材料。这种材料在能源、医疗和时尚领域有多种应用。这项研究发表在《高级功能材料》杂志上。

罗切斯特大学生物学副教授安妮·s·迈耶(Anne S. Meyer)说:“三维打印已被证明是一种制造有许多环境和其他好处的活材料的有效技术。”“我们的光合生物材料是该领域的一个巨大进步，因为它们是第一个工程光合材料的例子，在物理上足够健壮，可以部署到现实世界的应用。”

开发生物基材料的工作是迈耶实验室领导的一系列研究工作中的最新成果。迈耶和她的研究团队在利用细菌开发人工珍珠层和石墨烯等重要工业材料方面一直处于领先地位。

如何建造新材料:有生命的和无生命的组件

为了制造光合作用材料，研究人员从一种无生命的细菌纤维素开始，这是一种由细菌产生和排泄的有机化合物。细菌纤维素具有许多重要的力学性能，包括柔韧性、韧性、强度，以及即使被扭曲、压碎或其他物理扭曲时仍能保持其形状的能力。

细菌纤维素就像打印机里的纸张，而活的微藻充当油墨。迈耶和她的同事使用3D打印机将活藻类沉积在细菌纤维素上。

生物(微藻)和非生物(细菌纤维素)的组合产生了一种独特的材料，具有藻类的光合特性和细菌纤维素的健壮性;该材料既坚固又有弹性，同时也环保、可生物降解、简单且可规模化生产。这种类似植物的材料的性质意味着它可以利用光合作用在数周内“养活”自己，而且它还可以再生——一小块材料的样本可以在现场种植来制造更多的材料。

人造叶子，光合作用的皮肤和生物服装

该材料的特性使其成为各种应用的理想候选材料，包括新产品，如人造叶子，光合皮肤，或光合生物服装。

人造树叶是模仿真实树叶的材料，它们利用阳光将水和二氧化碳(气候变化的主要驱动因素)转化为氧气和能量，很像光合作用中的树叶。叶子以糖的形式储存化学能量，然后可以转化为燃料。因此，人造叶子为植物生长不好的地方提供了一种生产可持续能源的方法，可能包括外太空殖民地。迈耶和她的同事们生产的人造树叶是由环保材料制成的，与目前生产中的大多数人造树叶技术不同，后者是用有毒的化学方法生产的。

“对于人造叶子，我们的材料就像取走植物的‘最好的部分’——叶子——可以创造可持续能源，而不需要利用资源来生产植物的部分——茎和根——需要资源但不产生能源，”迈耶说。“我们正在制造一种只专注于可持续能源生产的材料。”

Meyer说，这种材料的另一个应用是光合作用皮肤，可以用于皮肤移植。“产生的氧气将有助于启动受损区域的愈合，或者它可能能够进行光激活的伤口愈合。”

除了提供可持续能源和医疗服务，这种材料还可能改变时尚。由藻类制成的生物服装将解决当前纺织业的一些负面环境影响，因为它们将是高质量的织物，可持续性生产和完全可生物降解。它们还可以通过光合作用去除二氧化碳来净化空气，而且不像传统服装那样需要经常清洗，从而减少用水量。

迈耶说:“我们的生活材料令人兴奋，因为它们可以在几周内维持自己的生命，而且可以现场成倍增加，因此它们具有真正持久的潜力，能够像酵头一样轻松地在全球范围内共享。”