绿色制造，微藻3D打印，让未来更环保！

利用微藻生物墨水进行 3D 激光打印

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”。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。

在实验中，研究人员选择了两种物种——硅藻Odontella aurita和绿藻Tetraselmis striata——它们的甘油三酯类脂质含量特别高。该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。

研究人员还通过细胞培养实验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，在其上培养细胞约 24 小时。他们观察到的存活率几乎达到 100%。

这项研究结果不仅为利用光进行更可持续的 3D 打印开辟了新的可能性，而且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。

参考文献：Clara Vazquez‐Martel, Lilliana Florido Martins, Elisa Genthner, Carlos Almeida, Antera Martel Quintana, Martin Bastmeyer, Juan Luis Gómez Pinchetti, Eva Blasco. Printing Green: Microalgae‐Based Materials for 3D Printing with Light. Advanced Materials, 2024; DOI: 10.1002/adma.202402786

一、什么是光固化？

光固化，简单来说就是利用光（通常是紫外线或可见光）照射到特殊的光敏材料上，使其迅速固化成型的一种技术。想象一下，你用激光笔照射一块橡皮泥，橡皮泥在光照射的地方瞬间变硬，这就是光固化的一个简单演示。

光敏材料中含有光敏分子，这些分子在吸收特定波长的光后，会发生化学反应，从而将液态的树脂固化成固态。这个过程非常迅速，而且可以精确控制，因此被广泛应用于各种领域。

光固化技术具有许多独特的优势，使其在众多领域发挥着重要作用。光固化是3D打印技术中最常用的方法之一。通过逐层固化光敏树脂，可以制造出各种复杂形状的物体，从精细的模型到功能性的零件。光固化用于制作印刷电路板，可以快速、精确地形成电路图案。光固化用于制作生物组织工程支架、牙科修复材料等，具有良好的生物相容性。光固化涂料和油墨具有快速干燥、耐磨、耐化学腐蚀等优点，广泛应用于汽车、家具等行业。在微电子制造中，光刻技术利用光固化来制作集成电路的微小图案。

这项研究是利用丙烯酸酯对甘油三酯进行功能化，以便在光照下快速固化。

二、是所有的微藻都可以制作3D打印材料吗？

虽然微藻具有很多优点，可以作为3D打印材料的潜在来源，但并不是所有的微藻种类都具备适宜的特性。

影响微藻作为3D打印材料的因素主要包括细胞壁结构、藻胆蛋白含量、生长条件、与其他材料的相容性等。

• 细胞壁结构： 不同种类的微藻细胞壁结构差异较大。一些微藻的细胞壁较硬，难以分散和混合，不利于制备均匀的墨水。
• 藻胆蛋白含量： 藻胆蛋白是微藻中重要的光合色素，含量过高可能会影响墨水的稳定性。
• 生长条件： 微藻的生长条件会影响其细胞大小、形状和成分，从而影响其作为3D打印材料的性能。
• 与其他材料的相容性： 微藻与其他材料（如水凝胶、聚合物等）的相容性会影响墨水的粘度、流动性和光敏性。

一般来说，适合用于3D打印的微藻需要具备细胞壁较软、藻胆蛋白含量适中、生长速度快、与其他材料相容性好等特点。

• 细胞壁较软： 易于破壁和分散，便于与其他材料混合。
• 藻胆蛋白含量适中： 不影响墨水的稳定性。
• 生长速度快： 便于大规模培养。
• 与其他材料相容性好： 可以制备出性能稳定的墨水。

硅藻Odontella aurita和绿藻Tetraselmis striata甘油三酯类脂质含量特别高适合用于制作3D打印材料，那还有哪些微藻可能适合制作3D打印材料呢？小球藻？螺旋藻？还是栅藻？小球藻细胞壁较软，生长速度快是不是一个一个不错的选择呢？

当然，选择合适的微藻种类是制备3D打印墨水的关键。 研究人员通常会通过实验筛选，找到最适合的微藻种类和配方。

三、这项研究的意义

这项研究标志着微藻在3D打印领域的研究取得了重大进展，为海洋研究开辟了新的方向。

传统3D打印材料多为石油基材料，而该研究将目光转向了可再生资源——微藻，为3D打印材料的研发提供了新的思路。微藻基材料的生物降解性和可持续性，有助于减少对环境的污染，推动绿色制造的发展。微藻基材料具有良好的生物相容性，有望在组织工程、药物递送等领域得到应用。

海洋中蕴藏着丰富的微藻资源，该研究为这些资源的开发利用提供了新的途径。通过对微藻进行基因工程改造，可以赋予其特定的功能，为海洋生物技术的发展提供新的思路。

总之， 这项研究不仅为3D打印领域带来了新的材料，也为海洋研究开辟了新的方向。通过对微藻的深入研究和开发，我们可以更好地利用海洋资源，保护海洋生态环境，推动海洋科技的发展。

四、思考

除了文中提到的藻类，还有哪些微藻更适合用于3D打印？不同微藻的细胞壁结构、藻胆蛋白含量、生长速率等对打印性能的影响如何？是否可以通过基因工程改造微藻，使其具有更优异的打印性能？是否可以通过共培养不同种类的微藻，获得性能更优异的复合材料？

如何实现微藻基3D打印材料的大规模生产，降低成本？微藻基3D打印对环境的影响如何？如何实现整个生产过程的绿色化？

这些有趣的问题旨在激发你的思考，助你更深入地理解，希望能为你带来新的启示和帮助~~~

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