Rivoluzionario: un "materiale vivente" stampato in 3D in grado di rendere l'acqua potabile in modo sostenibile
Gli scienziati sono riusciti a mettere a punto un materiale polimerico con un sistema biologico stampato in 3D che ha un grande potenziale sostenibile ed ecologico ed è in grado di rimuovere gli inquinanti dall'acqua.
Un gruppo di ricercatori dell'Università della California di San Diego (UCSD) ha ideato un "materiale vivente" stampato in 3D per rimuovere gli inquinanti organici dall'acqua e renderla potabile. Inoltre, questa scoperta è rivoluzionaria perché questo materiale ha un grande potenziale ed è ecologico e sostenibile.
Dabika Datta, ricercatore presso il Dipartimento di Nanoingegneria dell'UCSD e autore principale dell'articolo pubblicato qualche settimana fa sulla rivista Nature, spiega: "Sebbene si tratti di un sistema relativamente semplice, ciò che noi e il nostro gruppo di scienziati abbiamo realizzato è una nuova strategia rivoluzionaria che potrebbe aiutarci a pulire i contaminanti dall'acqua".
Ricordiamo che almeno 2,2 miliardi di persone nel mondo non hanno accesso all'acqua potabile e 400 milioni sono costrette ad attingere l'acqua da pozzi e sorgenti non protette o a raccoglierla direttamente da laghi, stagni, fiumi e torrenti senza alcun trattamento preventivo prima del consumo, con il rischio di contrarre molteplici malattie.
L'importanza di questa scoperta scientifica è evidente, e ancora di più le opportunità che apre per il futuro, contribuendo a raggiungere l'accesso universale ed equo all'acqua sicura e a prezzi accessibili, come indicato in uno dei 17 SDG (Sustainable Development Goal 6).
Jon Pokorski, professore di nanoingegneria all'UCSD e parte di questo gruppo di ricerca, afferma: "L'aspetto innovativo è la combinazione di un materiale polimerico con un sistema biologico per creare un 'materiale vivente' che può funzionare e rispondere agli stimoli in modi che i normali materiali sintetici non possono fare".
Crea un "materiale vivente" con proprietà detergenti per l'acqua
Il documento di ricerca citato, intitolato "Phenotypically complex living materials containing modified cyanobacteria", spiega che il campo dei "materiali viventi ingegnerizzati" si trova all'intersezione tra scienza dei materiali e biologia sintetica. Spiega che il campo dei "materiali viventi ingegnerizzati" si trova all'intersezione tra la scienza dei materiali e la biologia sintetica e mira a sviluppare materiali in grado di percepire e rispondere all'ambiente.
In questo studio, i ricercatori hanno utilizzato la stampa 3D per fabbricare un materiale biocomposito cianobatterico in grado di produrre molteplici output funzionali in risposta a uno stimolo chimico esterno e hanno dimostrato i vantaggi dell'uso di tecniche di produzione additiva per controllare la forma del materiale fotosintetico fabbricato.
Come prova iniziale del concetto, hanno utilizzato un riboswitch sintetico (un segmento di RNA messaggero di una cellula batterica che riconosce e lega una piccola molecola coinvolta nel normale metabolismo della cellula) per regolare l'espressione di una proteina indicatrice fluorescente gialla in Synechococcus elongatus PCC 7942, all'interno di una matrice di idrogel.
Un ceppo di S. elongatus viene modificato per produrre un enzima laccasi ossidativo, che può essere utilizzato per neutralizzare alcuni inquinanti organici come antibiotici, farmaci, coloranti, ecc. In questo caso, gli scienziati hanno usato il loro biomateriale sensibile per dimostrare che era in grado di "decontaminare" l'acqua dal colorante indaco carminio.
Integrando cianobatteri geneticamente modificati sensibili agli stimoli in progetti volumetrici stampati in 3D, gli scienziati hanno dimostrato materiali biocompositi fotosintetici programmabili in grado di produrre risultati funzionali, tra cui, come abbiamo visto, il biorisanamento delle acque dagli inquinanti.
Acqua pulita che riduce ogni impatto ambientale
Queste cellule sono progettate per la morte cellulare inducibile, in modo da eliminare la loro presenza quando la loro attività non è più necessaria, cioè quando hanno terminato il loro lavoro. Quest'ultima funzione è molto importante per il biocontenimento e la riduzione al minimo dell'impatto ambientale, per questo motivo la citiamo come metodo rivoluzionario per il suo grande potenziale che è anche sostenibile ed ecologico.
Queste cellule si autodistruggono quando entrano in contatto con la sostanza teofillina, una molecola che si trova nel tè e nel cioccolato. Grazie a questa capacità dell'UCSD, le cellule scompariranno dopo aver svolto il loro lavoro.
Stampa 3D del materiale vivente creato
Questa miscela è stata infine introdotta in una stampante 3D, quindi i ricercatori hanno sperimentato diverse geometrie per arrivare al design più efficiente. La conclusione è stata che la struttura più adatta alle loro esigenze era un reticolo.
Questa forma è stata scelta perché ha un elevato rapporto superficie/volume, che pone la maggior parte dei cianobatteri vicino alla superficie del materiale per accedere a nutrienti, gas e luce. La maggiore superficie rende il materiale più efficace durante il lavoro di "decontaminazione".