代尔夫特理工大学的科学家发现了有限的微藻细胞如何在光合作用工程活材料中最佳生长。利用光能，微藻将空气中的CO 2转化为糖、能量和氧气以供其生存。这种基于藻类的生物材料可用于多种应用，从捕获CO 2的功能性物体到生物组织的氧源。

“工程活性材料 (ELM) 是一类令人兴奋的新型材料，有可能彻底改变社会，”生物物理学家奥宾-塔姆 (Aubin-Tam) 解释道。“一个例子是光合作用的生物材料，其中有机体的生长能够积极地进行光合作用。”

在自然界中，许多细菌、藻类和植物都进行光合作用;它们吸收CO 2、水和光并产生糖来生存。“我们研究了具有光合作用藻类的 ELM，这些藻类最终可用于向生物或工程组织输送氧气，而氧气供应通常是生长的限制因素。” 鉴于器官移植的需求不断增长，生物组织的人工工程尤其重要。

控制生长

“阻碍这些材料大规模使用的一个主要限制是，我们目前不知道如何控制这些材料中细胞的生长。这就是我们所研究的。我们研究了细胞的生长是如何进行的。”受到材料形状、光照以及营养物质和 CO 2获取的影响，”Aubin-Tam 说。

“我们还发现，细胞主要沿着材料的边缘生长，在那里它们可以更好地接触空气和光线，”该论文的第一作者 Jeong-Joo Oh 补充道。研究人员发现，具有大表面积的薄结构可以提高 ELM 的效率。在这些细胞中，相对大部分的细胞位于边缘，因此位于空气附近。

大自然已经给出了答案

有趣的是，大自然也得出了同样的结论，因为ELM 中的细胞生长与植物叶子的结构相匹配。叶子的结构很薄，表面积很大，可以让大部分细胞暴露在阳光下。

“在我们的研究结果中，我们说明了光和 CO 2的可及性是关键。在结构中引入用于气体交换的小开口明显改善了内层的细胞生长。然而，这是以加速脱水为代价的，这最终是对细胞不利，”材料科学家马萨尼亚说。

这种行为也类似于自然。叶子有非常小的孔，称为气孔。“就像大门一样，叶子打开气孔以改善气体交换，同时又不会让太多水分逸出。响应 CO 2短缺的机制(如叶子的气孔)对于光合作用 ELM 非常有益，并能延长其寿命以及未来的效率”，Masania 说道。

跨学科合作

在这项研究中，研究小组研究了不同形状的材料及其对细胞生长的影响。“为了实现这一点，我们需要设计一种新的墨水成分，即从打印机中出来的材料。我们正在寻找一种新的墨水，使我们能够打印更大、更复杂的物体，”奥宾-塔姆解释道。

当应用科学学院的团队研究细胞的生长时，航空航天工程学院的 Masania 开始为新型 3D 打印墨水的开发做出贡献。他们与工业设计工程学院的 Elvin Karana 一起探索了为未来应用生产活体光合材料 3D 结构的可能性。

Aubin-Tam 总结道：“ELM 内细胞生长的研究对于其有效使用和优化功能至关重要。” “我们希望我们的工作能够激励生物学家、材料科学家、计算机科学家和工程师进一步研究细胞生长和这类新型材料的特性。”

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