手機碎屏可自我修復，“活”材料有望科幻成真

摔碎的手機屏能像皮膚一樣實現自我修復？蓋著的杯子能像胃一樣消化食物？穿戴的衣服能像皮膚一樣感知周圍的環境情況？……南京工業大學材料化學工程國家重點實驗室教授余子夷團隊聯合英國劍橋大學教授Tuomas Knowles團隊的最新研究成果有望讓這些想象走進現實。

3D打印構筑活體催化材料 課題組供圖

日前，兩個團隊的相關研究成果，以“基于蛋白質顆粒水凝膠的活體功能材料生物打印”為題發表于《自然—通訊》。余子夷和Tuomas Knowles兩位教授為共同通訊作者。

活體功能材料是材料科學與合成生物學交叉融合的產物，對發展未來生命材料具有重大意義。余子夷告訴《中國科學報》，研究取得了兩大突破——“一是賦予材料催化‘活性’，大幅度提升了細胞的生物轉化效率；二是提供了一個可資借鑒的研究范式，可擴展到自修復、生物傳感等新興功能的活體材料制備。”

他們發展了一種蛋白質基的細胞微載體，將其構建成具有催化特征的活材料，實現了苯乙醇分子的高效生物合成。“生物轉化反應器內的活細胞成分擴大了‘朋友圈’，大大提升了物質轉化率。”余子夷說。

他打了一個比方，如果將蛋白質基的微載體比作為一個雞蛋殼，以往里面注入的是無活性成分物質或是將注入的活性細胞限制在固定位置，而他們的成果突出之處在于雞蛋殼內不僅有活性細胞，且活性細胞可以自由活動，形成“互助合作組”，在進行信息交換時增強了生物活性。

這種活體材料較之傳統材料不僅能利用細胞自身特性進行催化反應來實現生物制造，而且較之傳統的化學催化劑具有更高的效率、更好的特異性和更低的廢物產生量，實現了利用細胞生物體機能進行的綠色生產。實驗表明，這一技術的突破使苯乙醇生產從原先的1g/l 提升至12g/l，效率提升12倍。

論文共同作者南工大碩士張洋告訴《中國科學報》，比喻成雞蛋殼的細胞微載體也可理解為是一種船一樣的載體，船內可以根據不同的需求裝載不同生命元素（微生物），形成不同的活性功能后，再通過3D打印成不同形狀。

“研究發現為綠色生物制造提供了一個新的研究范式。”余子夷表示，照這樣的研究思路，用活性功能材料構建的手機屏，在手機屏不慎摔破后，微生物即可感知破損并啟動自修復功能，還大家一個完整的手機屏。

據悉，研究成果實現了對細胞微環境與載體材料的分離，為構建新型的活體功能材料、3D器官打印等領域研究提供了思路，有望促進醫藥、生物燃料、環境治理和食品工業等領域的綠色生物經濟發展。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-022-35140-5