东方时讯网水污染是全球日益关注的问题，研究估计化学工业每年向水体排放300-400兆吨(600-8000亿磅)工业废物。
作为一个材料科学家团队，我们正在研究一种工程“活性材料”，它可能能够将纺织工业中的化学染料污染物转化为无害物质。
水污染既是一个环境问题，也是一个人道主义问题，会影响生态系统和人类健康。我们希望我们正在开发的材料可以成为帮助解决这一问题的一种工具。
工程生命材料
我们团队一直在研究的“工程生物材料”包含嵌入软水凝胶材料中的编程细菌。我们于2023年8月首次在NatureCommunications上发表了一篇论文，展示了这种材料的潜在有效性。
构成该材料基础的水凝胶具有与果冻类似的特性——它很柔软并且主要由水组成。我们的特殊水凝胶由一种天然且可生物降解的海藻基聚合物制成，称为海藻酸盐，这是一些食品中常见的成分。
海藻酸盐水凝胶为细菌细胞提供坚实的物理支撑，类似于人体组织支撑细胞的方式。我们特意选择了这种材料，以便我们嵌入的细菌能够生长和繁殖。
我们选择以海藻为基础的海藻酸盐作为材料基料，因为它具有多孔性并且可以保留水分。它还允许细菌细胞从周围环境中吸收营养。
准备好水凝胶后，我们将称为蓝细菌的光合作用或捕获阳光的细菌嵌入到凝胶中。
嵌入材料中的蓝细菌仍然需要吸收光和二氧化碳来进行光合作用，从而保持它们的活力。水凝胶的多孔性足以实现这一点，但为了使配置尽可能高效，我们将凝胶3D打印成定制形状——网格和蜂窝状。这些结构具有更高的表面积与体积比，可以让更多的光、二氧化碳和营养物质进入材料中。
细胞对这种几何形状很满意。与默认的圆盘形状相比，我们观察到随着时间的推移，网格或蜂窝结构的藻酸盐凝胶中的细胞生长和密度更高。
清洗染料
与所有其他细菌一样，蓝细菌具有不同的遗传电路，它告诉细胞要产生什么输出。我们的团队对细菌DNA进行了基因改造，使细胞产生了一种称为漆酶的特殊酶。
蓝细菌产生的漆酶的工作原理是与污染物发生化学反应，将其转化为不再具有功能的形式。通过破坏化学键，它可以使有毒污染物无毒。酶在反应结束时再生，并继续完成更多反应。
将这些产生漆酶的蓝细菌嵌入藻酸盐水凝胶后，我们将它们放入由工业染料污染物组成的溶液中，看看它们是否可以清除染料。在这次测试中，我们想看看我们的材料是否可以改变染料的结构，使其从有色变成无色。但是，在其他情况下，该材料可能会改变化学结构，从有毒变为无毒。
我们使用的染料靛蓝胭脂红是一种常见的工业废水污染物，通常存在于纺织厂附近的水中，它是蓝色牛仔裤的主要颜料。我们发现，我们的材料在大约10天内就将大部分染料的颜色全部褪去了。
这是个好消息，但我们希望确保我们的材料不会通过浸出细菌细胞而向污水中添加废物。因此，我们还对细菌进行了改造，使其产生一种可以破坏细菌细胞膜的蛋白质——一种可编程的终止开关。
基因回路被编程为对一种无害的化学物质(称为茶碱)做出反应，这种化学物质常见于咖啡因、茶和巧克力中。通过添加茶碱，我们可以随意破坏细菌细胞。
工程活性材料领域仍在发展中，但这仅仅意味着有大量机会开发含有活性和非活性成分的新材料。