富营养化水体治理新方法光固化3D打印微生物活性体研究获进展

2022-11-16 09:00:53来源：化工仪器网羊舌木阅读量：100 评论

导读：目前修复富营养化水体的方法主要包括物理、化学以及生物法，其中，以降解污染物为目标的微生物技术由于无二次污染、运行成本低、对周围环境影响小等优势得到广泛关注和应用。

　　近年来，随着我国工业化和城市化进程的不断加快，大量含氮、磷等营养物质的工业废水和生活污水排入江河、湖泊等水体，导致我国水生态平衡遭受了严重的破坏，并且终将影响到人们的健康。据2019年调查结果显示，我国69.5%的湖泊处于富营养化状态，高于世界平均水平。

　　目前修复富营养化水体的方法主要包括物理、化学以及生物法，其中，以降解污染物为目标的微生物技术由于无二次污染、运行成本低、对周围环境影响小等优势得到广泛关注和应用。

　　固定化微生物技术诞生于20世纪70年代，由固定化酶技术发展而来，这是一种通过物理、化学手段将水体中游离分散的微生物和酶等生物催化剂固定在载体中，使其高度富集同时保持较高活性的技术。因其具有反应速度快、耐毒性能力强、微生物损失少、产物分离较易、处理设施规模小等特点，在环境工程中得到广泛应用，同时也有效促进了环境工程领域的发展。

　　然而，虽然固定化微生物技术在环境工程领域的应用前景十分广阔，但目前仍存在一些亟待解决的问题。在成本上，固定化微生物技术成本高昂，为了保证较好的处理效果，其载体需要及时而频繁地进行更换，加重了成本负担，并对运行管理也造成了一定负面影响。在稳定性上，固定化载体的稳定性较弱，容易受力破碎，并且还存在菌体易脱落等问题。因此，固定化微生物技术至今未能得到广泛应用。

　　3D生物打印技术处于生命科学、材料科学和组织工程学的交叉领域，是一种能够直接服务于生物医疗行业的3D 打印技术，也可以理解为利用含细胞的“生物墨水”打印活性结构的过程，即利用活细胞、生长因子、人工生物材料等“生物墨水”精准可控地打印具有生物功能的组织和器官。

　　近年来，一个令人兴奋的发现出现在人们的视野，通过3D生物打印技术能够在空间定义良好的系统中组合成各种具有不同功能的微生物。这种依托于信息技术、精密机械以及材料科学等多学科发展起来的尖端技术，能够将生物材料、活细胞、活细菌等生物体、进行逐层定位来组装成一个复杂的三维活性体，并能实现不同的功能组件进行空间的组装，为固定化微生物提供了新思路。然而，制备出具有环境污染物修复功能的3D打印微生物活性结构功能体仍未得到充分研究。

　　近段时间，中国科学院福建物质结构研究所吴立新团队与中科院城市环境研究所于昌平团队合作，开发出了一种含有异养硝化细菌的新型双网络交联PEGDA-藻酸盐-PVA-纳米粘土(PAPN)高分子微生物3D打印墨水。研究人员们利用挤出式3D打印技术，打印了具有去除污水中氨氮的PAPN微生物活性功能体。

　　这种3D打印生物活性功能体可在12小时内有效去除96.2±1.3%的氨，并且由于生物支架内部细菌的生长，重复使用后去除率会增加。同时，能够在没有培养基的情况下在室温下将生物支架保存168小时仍保持微生物活性以去除氨。该项实验结果表明，基于可见光的3D打印程序可以为大多数细菌保持高细胞活力，并且3D生物支架的多孔结构可以让营养物质渗透到细菌的生长中，展示了双交联PAPN 3D生物支架在废水处理中固定化功能细菌的生产和应用的潜力。

　　3D生物支架的多孔结构可以让营养物质渗透到细菌的生长中，展示出了双交联PAPN 3D生物支架在废水处理中固定化功能细菌的生产和应用的潜力。并且该3D生物支架的多孔结构可以让营养物质渗透到细菌的生长中，废水处理中固定化功能细菌的生产和应用中大有作用。

　　尽管目前仍然存在着一定的问题和挑战，但相信随着研究的不断深入，3D打印微生物活性体在不久的将来将具有更好的性能和更广阔的应用前景。

　　(资料参考来源：福建物质结构研究所)

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