近日，我院周加境特聘研究員、林煒研究員團(tuán)隊(duì)與澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)Joseph J Richardson教授團(tuán)隊(duì)合作在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Advanced Materials在線(xiàn)發(fā)表了題為“Space-Efficient 3D Microalgae Farming with Optimized Resource Utilization for Regenerative Food”的研究論文，并入選卷首插圖。我院碩士研究生劉海為論文第一作者，我院周加境特聘研究員、林煒研究員和皇家墨爾本理工大學(xué)Joseph J Richardson教授為共同通訊作者，本研究還得到了高分子科學(xué)與工程學(xué)院肖明特聘研究員團(tuán)隊(duì)、我院周建飛教授以及深圳大學(xué)劉賓教授團(tuán)隊(duì)的協(xié)助，輕工科學(xué)與工程學(xué)院為該論文的第一通訊單位。
隨著全球氣候變化與人口持續(xù)增長(zhǎng)，現(xiàn)有食物系統(tǒng)已難以充分滿(mǎn)足全人類(lèi)的食物供給需求。據(jù)聯(lián)合國(guó)統(tǒng)計(jì)，全球有近8.2億人無(wú)法獲得營(yíng)養(yǎng)充足的食物，1.4億5歲以下兒童因營(yíng)養(yǎng)不良而發(fā)育遲緩。因此，開(kāi)發(fā)新型可持續(xù)的食物來(lái)源迫在眉睫。微藻是一種富含蛋白質(zhì)和其他關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)元素的生物質(zhì)資源，因其生長(zhǎng)迅速、光合效率高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特性，有望成為一種新型食物來(lái)源，對(duì)構(gòu)建可持續(xù)食物系統(tǒng)具有積極作用。然而，微藻農(nóng)業(yè)在光合自養(yǎng)生產(chǎn)過(guò)程中，存在水資源需求大、自遮蔽效應(yīng)以及收獲困難等難題，制約了微藻食品的高效規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用。
團(tuán)隊(duì)提出了一種融合3D打印技術(shù)和垂直農(nóng)業(yè)理念的微藻固態(tài)培養(yǎng)范式，通過(guò)3D打印技術(shù)構(gòu)建了具有定制化結(jié)構(gòu)的活性藻基凝膠，開(kāi)發(fā)了用于微藻3D固體培養(yǎng)的負(fù)載微藻的水凝膠（Biogenic Microalgae-laden Hydrogel，BMH）系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了垂直固態(tài)培養(yǎng)，顯著降低微藻農(nóng)業(yè)對(duì)土地和水資源的需求。BMH有效減輕了光自遮蔽的工程難題，實(shí)現(xiàn)了光能的高效利用。BMH作為一種活性凝膠材料，具備響應(yīng)外部環(huán)境變化的能力，賦予了其潛在的4D打印能力。該BMH系統(tǒng)能夠制造天然糧食原料，如蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂類(lèi)、葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素，為健康食物供給提供了良好的支持。團(tuán)隊(duì)也進(jìn)一步擴(kuò)大了BMH的制備規(guī)模，論證了量產(chǎn)化進(jìn)行食物生產(chǎn)的可行性。BMH充分展示了其在可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)中的巨大潛力，有助于應(yīng)對(duì)全球糧食挑戰(zhàn)和增強(qiáng)糧食安全。該研究進(jìn)一步推動(dòng)了我校在生物質(zhì)材料的跨學(xué)科發(fā)展，并為“大食物觀”指導(dǎo)下的微藻綠色食物制造的發(fā)展提供了新思路。
該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（52203273）、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金、皮革化學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（四川大學(xué)）開(kāi)放課題基金和溫州鞋革產(chǎn)業(yè)研究院的資助。
文獻(xiàn)鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202401172
