科学家们正在利用细胞制造新型材料，这些材料可以生长、自我修复，甚至对环境做出反应。这些固体“工程活体材料”是通过将细胞嵌入形成所需形状的无生命基质中制成的。现在，研究人员在《ACSCentral Science》上报告说，他们已经 3D 打印出一种含有植物细胞的生物墨水，然后对其进行基因改造，生产出可编程材料。未来可能应用于生物制造和可持续建筑。

最近，研究人员一直在开发工程活体材料，主要依靠细菌和真菌细胞作为活体成分。但植物细胞的独特特性激发了人们对其在工程植物活体材料 (EPLM) 中的应用的热情。然而，迄今为止制造的基于植物细胞的材料结构相当简单，功能有限。Ziyi Yu、Zhenao Di 和同事希望通过制造形状复杂的 EPLM 来改变这一现状，这些 EPLM 包含具有可定制行为和功能的基因工程植物细胞。

研究人员将烟草植物细胞与含有农杆菌的明胶和水凝胶微粒混合，农杆菌是一种常用于将 DNA 片段转移到植物基因组中的细菌。然后将这种生物墨水混合物 3D 打印在平板上或装有另一种凝胶的容器内，形成网格、雪花、叶子和螺旋等形状。接下来，用蓝光固化打印材料中的水凝胶，使其结构变硬。在接下来的 48 小时内，EPLM 中的细菌将 DNA 转移到正在生长的烟草细胞中。然后用抗生素清洗材料以杀死细菌。在接下来的几周里，随着植物细胞在 EPLM 中生长和复制，它们开始产生由转移的 DNA 决定的蛋白质。

在这项概念验证研究中，转移的 DNA 使烟草植物细胞能够产生绿色荧光蛋白或甜菜红素——红色或黄色的植物色素，可作为天然着色剂和膳食补充剂。通过使用两种不同的生物墨水打印叶形 EPLM(一种沿着叶脉产生红色色素，另一种在叶子的其余部分产生黄色色素)，研究人员表明他们的技术可以产生复杂、空间可控和多功能的结构。研究人员表示，这种 EPLM 结合了生物体的特性和非生物物质的稳定性和耐久性，可以用作细胞工厂来大量生产植物代谢物或药用蛋白，甚至可以用于可持续的建筑应用。