搭建自然科学和工程学之间的桥梁

可以肯定的说，未来的生物技术将与今日大不同。目前，亥姆霍兹联合会“分子间相互作用工程”(MIE)项目正在对印刷生物技术的美好愿景进行研究。

图1.依靠数字微镜器件(DMD)，利用玻璃上的生物素产生配合基图案。

印刷生物技术描述的是将具有生物活性的分子或是整个细胞固定于一个表面，或是排列成薄薄一层，利用先进技术使其相互连接形成回路的一种方法。除了用于表面涂层的印刷应用以外，其中也有一些在分子层面上产生面或薄膜的方法。此外，与印刷法相似的微流体系统也属于印刷生物技术。不管怎么说，它涉及到的大部分是还有待研发建立的、新颖的、有远见的技术。

蛋白质具有广阔的技术应用前景，因此具有不同功能的蛋白质也将扮演重要的角色。这包括：从药物治疗的应用到利用信号蛋白和调节蛋白进行过程的控制，以及酶技术的应用。为了保持蛋白质的某些具有活性的区域可以利用，需要在其表面上进行方位指向的固定。此外，还可以通过保持某个方位指向并将蛋白质固定在表面的方法来实现。

第一个例子就是光刻DMD(数字微镜器件)方法。该法的特点在于：一、可以控制固定蛋白质的空间指向;二、可以实现较高的空间分辨率;三、可以产生一个确定的表面密度。该法会使许多技术成为可能，例如可以有针对性地将酶固定在表面上，同时保持其功能性。可以预见的是，未来我们将可以使用此法，利用大量的蛋白质打印有针对性的二维结构。

搭建自然科学和工程学之间的桥梁

图2.利用分迪科技的YASARA软件生成溶菌酶分子的动态显示图。在特定条件下，可以根据表面的着色确定该分子区域是带正电荷或负电荷。

印刷生物技术是德国联邦教育与研究部资助的研究项目“分子间相互作用工程”(MIE)的核心部分。在这里，为了给未来全新的、灵活的生产系统打下坚实的基础，来自不同生物技术学科的科学家们聚集在一起。给MIE项目中自然科学和工程学之间桥梁的搭建，带来全新的理念，从而进一步使可打印生物技术，能最终应用于无细胞生物技术。

该项目还将探索一些新方法进一步发展印刷生物技术，从而开辟出基于生物技术的混合技术应用新方式。例如，让印刷酶级联的精细化学品可在化学实验室中轻易合成的美好愿景的实现。靶向酶、微流体系统与表面的结合将使未来任何人工级联反应的建立都成为可能。

正在研究中的项目

卡尔斯鲁厄理工大学、于利希研究中心和亥姆霍兹格斯塔特(泰尔托的)的工作组都参与了这项分子间相互作用的工程研究项目。在五年的资助期之中，三个亥姆霍兹研究中心齐心协力，对这个可持续发展的生物技术的混合系统进行了研究。该研究项目“分子间相互作用工程”得名的原因是因为生物系统的许多突出的能力都是以分子组分的特异性相互作用为基础的。这些过程可以发生在表面和其它界面或连续介质中，例如，在液体中。分子间相互作用显著影响着物质的宏观性质，正如纳米技术时代中它一直是可视的 。因此，从分子层面，到微观层面，甚至直到宏观层面下，有必要密切注意各种尺度的数量级，并在技术开发时考虑到它。

在这种精神的指导下，人们正在结构工程中探索分子间相互作用，分子相互作用机制是如何产生影响的，人们应如何利用它们，以及如何将它们移植到未来的技术上去。人们正在力求基于自然的原则对生物技术混合系统进行开发，并系统地利用它们。通过这种方式，应该为生物技术开发新的基础技术。为此，该项目共分为四个主要课题。研究范围包括：建立新的分子元件、对特异性相互作用的机制进行选择性研究、有针对性地对分子间的相互作用进行设计，以及在技术环境下对它们进行多组分系统中的整合。这表明，长期地开发定制用于各种工业应用的生物分子和生物混合系统将成为可能。为此，科学家们密切合作，利用基础生物学、工程学、化学、物理和生物技术等进行科研开发。

对于“新型酶”这一主要课题，生物学家和生物工程师还正在共同进行用于特定催化反应的非天然存在酶的开发。此外，他们还研究这些生化化合物在不同的环境条件是如何发生反应的，以及在不同的应用场合应如何对他们进行提纯和稳定化。研究“生物传感器”这一课题的科学家将实现分子层面上的细胞内外传感器。这可能将使某些过程的控制调节方法成为可能，就像人们已经可以读取某些基因序列，或是制造、检测或触发一个蛋白质分子一样。

材料科学家正在研究新的物质，如基于多功能聚合物的生物材料。科学家可以有针对性地设计和合成这些聚合物。此外，他们还在开发可改变形状，但施以适当的外部刺激(如温度)即可复原的形状记忆聚合物。在相似的许多个分子间相互作用工程项目的工作组中，化学家和工程师正在着手研究“表面生物分子”的目标应用。在这里，科学家们面临的挑战是保持这些分子的功能性。在项目中，这些不同的实验工作得到了几个小组的支持，他们对模型的操作进行了描绘和仿真。此外，通过“建立模型和执行仿真”还使得基于模型的实验设计和数据分析成为可能。因此，在分子间相互作用工程的研究项目中，常常会将貌似毫不相关的研究领域联合起来。然而，只有这些研究领域的融合才可以实现印刷生物技术的美好愿景。

分子间相互作用工程

分子间相互作用工程 (MIE) 是一个受到德国联邦教育与研究部(BMBF)资助的研究项目，它是“生物工程 2020+”计划的结构项目。联合组织正在研究关于分子层面的相互作用是如何影响界面的，以及如何将它们移植应用到未来技术上去。