[发明专利]一种基于光固化水凝胶3D打印的微生物结构体及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种基于光固化水凝胶3D打印的微生物结构体，所述结构体上分布有若干三维孔道，所述微生物作为结构体的组成成分分布于结构体的内部或表面；

所述结构体为亲水三维网络结构，小分子能够在所述三维网络中穿行并与微生物作用，优选地，所述小分子为水和/或氨氮盐，例如为氮盐。

2.根据权利要求1所述的基于光固化水凝胶3D打印的微生物结构体，其特征在于，所述三维孔道贯穿或不贯穿所述结构体；

优选地，所述三维孔道为圆柱形、矩形、椭圆形、正六边形、正八边形或不规则形状，例如为圆柱形；

优选地，所述结构体上均匀分布有若干中空的孔道，优选地，所述孔道的直径为0.7-1mm，例如为0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm；

优选地，所述结构体由若干层堆叠而成；优选地，所述结构体的层数为20-30层，例如为26层；优选地，每层的厚度为0.3-0.5mm，例如为0.4mm；

优选地，所述结构体具有磁性，能够在外加磁场作用下发生移动。

3.根据权利要求1所述的基于光固化水凝胶3D打印的微生物结构体，其特征在于，所述结构体由凝胶前聚物、微生物菌液混合后3D打印得到；

优选地，所述结构体由凝胶前聚体、光引发剂和微生物菌液混合后进行3D打印和光固化得到；

优选地，所述结构体由凝胶前聚体、光引发剂、磁性材料和微生物菌液混合后3D打印和光固化得到。

4.根据权利要求1所述的基于光固化水凝胶3D打印的微生物结构体，其特征在于，所述凝胶前聚物包括凝胶前聚体A和凝胶前聚体B，所述凝胶前聚体A包括分散在水中的海藻酸钠和聚乙烯醇；所述凝胶前聚体B包括PEGDA和支撑材料；

优选地，所述支撑材料为高岭土和/或二氧化硅；

优选地，所述结构体具有如图4所述的扫描电镜图。

5.一种权利要求1至4中任一项所述微生物结构体的制备方法，包括以下步骤：

将海藻酸钠和聚乙烯醇加入纯水中混合均匀，得到凝胶前聚体A；将PEGDA和支撑材料混合均匀得到凝胶前聚体B，将凝胶前聚体A、凝胶前聚体B、光引发剂和微生物菌液混合均匀，进行3D打印和光固化。

6.根据权利要求5所述的微生物结构体的制备方法，其特征在于，所述微生物为脱氮微生物，优选地，所述微生物为硝化细菌和/或反硝化细菌，例如为硝化细菌和反硝化细菌；

优选地，所述微生物的浓度为20-60mg/g，优选地，所述微生物的浓度为30-50mg/g，例如为40mg/g；

优选地，所述支撑材料为高岭土和/或二氧化硅，优选地，为高岭土，所述高岭土的浓度为2.5％w/v；

优选地，所述光引发剂选自2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮或2,2'-偶氮(2-甲基-N-(2-羟基乙基)丙酰胺)，例如为2,2'-偶氮(2-甲基-N-(2-羟基乙基)丙酰胺)；

优选地，所述海藻酸钠的质量为凝胶前聚物总质量的2.5-5％，例如为2.5％，3.5％，4％或5％；

优选地，所述海藻酸钠和聚乙烯醇的质量比为1:1-1:3，优选地，为1:1；

优选地，所述支撑材料的质量为凝胶前聚物总质量的1.5-3.5％，优选地，为2-3％，例如为1.5％，2％，2.5％，3％或3.5％；

优选地，所述PEGDA与支撑材料的质量比为10-30％，优选地，为20％。

优选地，所述光引发剂为凝胶前聚物总质量的0.1-0.2％，优选地，为0.08-0.15％，例如为0.1％，0.05％，0.08％，0.15％或0.2％。

优选地，所述海藻酸钠和聚乙烯醇加入纯水中混合均匀在温度为80℃的条件下搅拌12h进行。