Живые материалы, которые создаются путем добавления биологических клеток в неживой каркас, в последнее время пользуются все большим спросом, поскольку, как признают ученые, наиболее прочными и надежные материалами получаются те, которые имитируют природные структуры.
Международная команда ученых из Рочестерского Университета и Делфтского технологического университета в Нидерландах впервые использовала 3D-принтеры и новую технологию биопечати для вживления водорослей в живые фотосинтетические материалы, которые получаются прочными и при этом эластичными.
Материалы могут найти широкое применение в энергетике, медицине, индустрии моды и исследованиях космоса. Результаты работы ученых были опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.
«Технология трехмерной печати позволяет изготавливать живые функциональные материалы, обладающих огромным потенциалом для применения в широком диапазоне областей,
- говорит научный сотрудник Делфтского технологического университета Сриккант Баласубраманьян.
– Нам удалось впервые создать фотосинтетический материал, который обладает достаточной физической прочностью для использования на практике».
Чтобы создать фотосинтетический материал, исследователи начали работать с неживой бактериальной целлюлозой - органическим соединением, которое вырабатывается и выделяется бактериями. Она обладает множеством уникальных физико-механических свойств - гибкостью, твердостью, прочностью и способностью сохранять свою форму даже при скручивании, сдавливании или других деформациях.
Бактериальная целлюлоза подобна бумаге в принтере, а живые микроводоросли играют роль чернил. Исследователи использовали 3D-принтер, чтобы нанести живые водоросли на бактериальную целлюлозу.
Комбинация живых и неживых компонентов – микроводорослей и бактериальной целлюлозы соответственно - привела к появлению уникального материала, который обладает фотосинтезирующими свойствами водорослей и прочностью бактериальной целлюлозы.
Новый материал является прочным и эластичным, а также экологически безопасным и биоразлагаемым. К тому же процесс его производства достаточно прост и легко расширяется до промышленных масштабов.
Растительная природа материала означает, что он может использовать фотосинтез для собственной «подпитки» в течение многих недель, а также обладает регенеративными свойствами. В частности, небольшой образец материала можно использовать для выращивания материалов в больших объемах.
Искусственные листья, фотосинтетическая кожа и био-одежда
Уникальные характеристики материала делают его идеальным кандидатом для применения в разных областях, включая создание новых продуктов, как например, искусственные листья, фотосинтетическая кожа и фотосинтетическая био-одежда.
Искусственные листья - это материал, имитирующий настоящие листья растений. Он использует солнечный свет для преобразования воды и углекислого газа в кислород и энергию, подобно тому, как это делают живые листья во время процесса фотосинтеза.
Листья накапливают химическую энергию в молекулах сахаров, которую затем можно преобразовать в топливо. Таким образом, искусственные листья можно будет использовать для производства чистой энергии там, где плохо растут растения, например, в колониях космических поселенцев.
Исследователям из Делфта и Рочестера удалось создать искусственные листья без использования токсичных химических веществ, которые обычно применяются в таких технологиях. Новый материал ориентирован исключительно на производство чистой энергии.
Еще одна область применения живого материала – создание фотосинтетической кожи, которая вполне пригодна для пересадки людям. Выделение кислорода способствует ускоренному заживлению повреждений и ран, и тем более под воздействием солнечного света, говорят разработчики.
Помимо чистой энергетики и медицины, материал может найти широкое применение в индустрии моды. Био-одежда из высококачественных тканей, изготовленных из водорослей, которые к тому же полностью биоразлагаемы, может заменить одежду из текстиля, производство которого наносит ущерб окружающей среде.
Такая одежда также будет очищать воздух, удаляя углекислый газ посредством фотосинтеза, и ее не нужно будет стирать так часто, как обычную одежду, что сокращает потребление воды.
«Наши живые материалы имеют хорошие перспективы, поскольку они способны сохранять жизнеспособность в течение нескольких дней без воды и питательных веществ, а сам материал можно использовать в качестве семян для выращивания новых живых материалов,
- говорит доцент кафедры бионанотехнологий в Делфте Мари-Ив Обен-Там.
- Это открывает возможности для применения технологии в удаленных районах, и даже в космосе, где материал можно засеять и выращивать в местных условиях».
Подписывайтесь на канал, читайте новости мира науки и технологий, ставьте лайки, если вам нравятся эти материалы.