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        DIY生物合成“比特”轉換器!看3D打印在太空中爆發的洪荒之力
        2019/08/05
        想要探秘太空首先需要解決的是生存問題。美國國家航空航天局的研究人員認為合成生物學和3D打印可以為在深空執行探索任務的人類提供生命支持的方法。

        浩瀚的宇宙一直是人們想要解讀的秘境,然而長期在太空生存是首先需要解決的問題。雖然俄羅斯宇航員阿夫杰耶夫創造了太空飛行累計時間達748天的世界紀錄,但人們進入太空仍然面臨著巨大的風險。載人航空事業需要一個可靠的生命支持系統。

        麻省理工學院林肯實驗室和美國國家航空航天局的研究人員將目光轉向了合成生物學和3D打印技術上,他們認為合成生物學和3D打印可以為在深空執行探索任務的人類提供支持生命的方法。這一觀點發表在《生物技術趨勢》雜志上。


        DOI: https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2019.05.003

        3D打印原料哪里找?

        目前3D打印機在國際空間站上的實驗已經證明了3D打印技術在按需生產產品(如替換硬件)方面的實用性。但是如果想要在長期的太空飛行中使用3D打印則面臨一個新的問題:太空中如何才能提供足量的3D打印原料。

        為了解決這一問題,大學空間研究協會(USRA)研究員Jessica Snyder設想使用合成生物學來生成定制的生物“墨水”提供給3D打印。這一過程將為科學家們提供“為未知設計的自主權”。

        生物細胞可以將陽光、氮和水轉化為目標化合物。宇航員可以將細胞生物細胞(例如,真菌和細菌的細胞自我復制和增殖能力)作為再生資源從地球帶上太空。然后,通過重新編輯這些細胞的DNA以產生特定的材料,像是生物塑料。將這些材料送入3D打印機就可以制造宇航員在太空飛行中可能需要的東西。理論上講,3D打印可以包攬宇航員從醫療設備到醫藥和食品的全部需求。

        太空中的生物學DIY

        生物工程師可以在地球上設計編輯這些細胞DNA的程序指令來指導目標化合物生成,并將編輯相關的DNA序列構建成數字化模塊。如此一來,這些DNA序列便可以從地球發送給宇航員。程序指令也可以從地球直接發送到微流控裝置,使他們能夠精確地遵循數字“配方”來合成DNA分子。僅使用痕量化學物質在幾秒鐘內并行運行數百個生物反應以實現“芯片上的實驗室”。林肯實驗室的生物工程師David Walsh說:“這個想法就是我們所說的‘生物學比特’轉換器。”


        微流體裝置可以在空間中進行三維打印,并用于構建DNA以插入細菌,重新編程以制造特定產品。圖片來源:Nicole Fandel

        太空中的生物DIY任重而道遠

        在林肯實驗室生物工程系統和技術小組工作的Peter Carr呼吁讓DIY生物學和創客團體參與進來。這些獨立的、兼收并蓄的團體一直在獨特的環境中進行生物研究,他們是用有限的資源快速構建原型和開發技術的先驅。DIY生物學能夠讓任何有興趣的公眾人士參與進生物工程當中,創客在傳統的學術或行業環境之外運作,并通過開放資源傳播知識。許多DIY生物學家也可以經營創客,為成員們自己做實驗提供設備和用品。


        然而,無論是在合成生物學的實驗上,還是在計算出所有能讓生物材料在太空中實現3D打印的參數上,都還有很長的路要走。例如,細菌需要水,會占據空間,需要合適的生活環境,會產生廢物。我們仍然需要將這些想法與現實世界的限制進行對比。

        參考資料:

        [1] Scientists look to synthetic biology and 3-D printing for life support in space

        [2] Feasible Life support systems in space


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