I ricercatori di LLNL 3D stampano cellule viventi che convertono il glucosio in etanolo e CO2
I ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno stampato con successo cellule viventi in 3D che convertono il glucosio in etanolo e anidride carbonica (CO2), una sostanza che assomiglia alla birra.
Un team LLNL 3D ha stampato cellule di lievito vivo su reticoli. Credito: Lawrence Livermore National Laboratory
I microbi sono spesso usati per convertire le fonti di carbonio in preziose sostanze chimiche per prodotti finiti che hanno applicazioni nell’industria alimentare, nella produzione di biocarburanti, nel trattamento dei rifiuti e nel biorisanamento. Secondo i ricercatori, l’uso di microbi vivi invece di catalizzatori inorganici presenta vantaggi di condizioni di reazione miti, autorigenerazione, basso costo e specificità catalitica.
La stampa 3D di cellule intere vive può aiutare nella ricerca di comportamenti microbici, comunicazione, interazione con il microambiente e nuovi bioreattori con alta produttività volumetrica. Il team LLNL ha stampato in 3D cellule di lievito biocatalitico liofilizzato (Saccharomyces cerevisiae) in strutture porose 3D. Le esclusive geometrie ingegnerizzate hanno permesso alle cellule di convertire il glucosio in etanolo e CO2 in modo molto efficiente e simile a come il lievito da solo può essere utilizzato per produrre birra. Abilitato da questo nuovo materiale bioinchiostro, le strutture stampate in 3D sono autoportanti, con densità di celle regolabili ad alta risoluzione, su larga scala, alta attività catalitica e redditività a lungo termine.
La loro ricerca è pubblicata come articolo di ACS Editors Choice sulla rivista Nano Letters .
“Rispetto alle controparti di film sfusi, i reticoli stampati con filamenti sottili e macro-pori ci hanno permesso di ottenere un rapido trasferimento di massa che porta a un aumento multiplo della produzione di etanolo”, ha detto lo scienziato dei materiali LLNL Fang Qian. “Il nostro sistema di inchiostri può essere applicato a una varietà di altri microbi catalitici per soddisfare le più ampie esigenze applicative. Le geometrie tridimensionali tridimensionali sviluppate in questo lavoro potrebbero servire come piattaforma versatile per l’intensificazione del processo di una serie di processi di bioconversione utilizzando diversi biocatalizzatori microbici per produzione di prodotti di alto valore o applicazioni di bioremediation. “
“Ci sono diversi vantaggi nell’immobilizzare i biocatalizzatori, tra cui consentire processi di conversione continua e semplificare la purificazione del prodotto”, ha detto il chimico Baker, l’altro autore corrispondente sulla carta. “Questa tecnologia consente di controllare la densità, il posizionamento e la struttura delle cellule in un materiale vivente.La capacità di mettere a punto queste proprietà può essere utilizzata per migliorare i tassi di produzione e le rese.Inoltre, materiali contenenti densità di cellule così elevate possono assumere proprietà benefiche nuove e inesplorate perché le cellule comprendono una grande parte dei materiali. “
“Questa è la prima dimostrazione per la stampa 3-D di cellule vive immobilizzate per creare reattori chimici”, ha detto l’ingegnere Duoss, un co-autore sulla carta. “Questo approccio promette di rendere la produzione di etanolo più veloce, più economica, più pulita e più efficiente. Ora stiamo estendendo il concetto esplorando altre reazioni, tra cui la combinazione di microbi stampati con reattori chimici più tradizionali per creare sistemi” ibridi “o” tandem “che sbloccano nuovi possibilità “.