维度网讯，科罗拉多大学博尔德分校的一个研究团队开发出一种可重复使用的发光活体材料，通过将发光海洋微生物嵌入3D生物打印的支架内，并采用化学方式触发其发光，有效延长了这类装置的可用时间。该成果为无需电力、依靠生物反应产生光源的构想提供了新路径。

研究中使用的微生物是海洋甲藻“新月梨甲藻”，这种单细胞生物在受到物理扰动时会发光。以往的尝试依赖机械刺激，容易造成细胞结构逐步损伤，并使设备只能一次性使用。在这种发光活体材料中，该团队转而利用pH 4的酸性环境和pH 10的碱性环境，直接通过细胞内的化学变化引发生物发光。酸刺激带来了局部且持久的发射，碱刺激则引发出与细胞应激相关的扩散式双相反应。把化学预激与机械压缩结合后，总发光输出比对照组提高了两倍多。

领导这项研究的土木、环境与建筑工程系教授Wil Srubar表示：“这是一个异想天开的想法。我很好奇我们是否能创造一个不用电，而是利用生物来产生光的世界。这一发现确实为设计其他活体发光材料和设备铺平了道路。”

在这类发光活体材料的制造环节，团队配制了4 wt%的海藻酸盐生物墨水，经氯化钙部分预交联后，使用配备22G锥形喷嘴的BIO X挤出式3D生物打印机完成打印。扫描电镜图像显示，打印结构内部保持着相互连通的多孔构造，有利于营养传输和细胞驻留；荧光成像也确认了细胞在水凝胶中分布均匀。在为期四周的纵向测试中，酸处理样本在每一个周期都能维持发光，第四周时仍有75%的样本保有发光活性；而碱处理样本的信号到第四周总体下降了97%，在第三周就已全部丧失功能。

论文第一作者、该系研究助理Giulia Brachi回忆道：“当我们找到能使光长时间保持的合适化学刺激物时，那是一个非常激动人心的时刻。这是我们首次弄清楚如何维持发光。”该团队认为，这种3D生物打印的发光活体材料为生物传感、软体机器人和环境监测等领域提供了一个可重复使用的平台，未来将拓展化学刺激的种类，并融合多种输入方式。相关研究成果已发表于《科学进展》。

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