Ingegneri e biologi scoprono che i materiali viventi possono essere realizzati in modo sostenibile e continuo

I materiali viventi possono essere creati utilizzando una vasta gamma di ingredienti: è quanto hanno scoperto insieme biologi e ingegneri durante una sorprendente scoperta. Qual è dunque il materiale vivente del futuro che hanno creato?

Materiale vivente sostenibile, immagine SEM. — Immagine al microscopio elettronico a scansione di un materiale vivente ingegnerizzato, creato per diffusione di cellule di cianobatteri vivi (in verde) in poli(N-isopropilacrilammide), un polimero termosensibile. Crediti: Lisa Tang e Nathan Soulier.

I materiali sostenibili sono alimentati dalla luce solare e da microbi viventi che rimuovono gli inquinanti dall'acqua, rilasciano ossigeno in una ferita o si rigenerano dopo un danno. Potrebbero diventare più semplici da realizzare grazie al lavoro di squadra tra ingegneri e biologi dell'Università della California, San Diego.

Questo team interdisciplinare ha trovato un modo per realizzare materiali viventi ingegnerizzati (ELM), una classe di materiali che fonde microbi viventi con polimeri sintetici.

Questo è considerato così innovativo da rappresentare un progresso scientifico ed è stato pubblicato sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences dai ricercatori dell'UC San Diego Materials Research Science and Engineering Center (MRSEC).

Gli ELM vengono solitamente generati mescolando cellule vive in un polimero prima che si indurisca, ma è possibile utilizzare solo materiali di partenza biocompatibili. Quest'altro metodo introduce le cellule viventi dopo la formazione del polimero, sfruttando le caratteristiche di "mutaforma" di un polimero.

Materiale sostenibile. — I materiali viventi sostenibili fondono l'artificiale con il vivente (immagine creata da pisan utilizzando l'intelligenza artificiale).

Alcuni polimeri erano proibiti a causa della loro tossicità per le cellule viventi, ma questo approccio dimostra che ora è possibile utilizzare più materiali. "Abbiamo dimostrato per la prima volta che la diffusione è un metodo valido per creare ELM, consentendo ad altri di utilizzare una più ampia varietà di polimeri per creare ELM in futuro", ha affermato la coautrice Lisa Tang, dottoranda in ingegneria chimica nel gruppo di ricerca di Bae.

Il polimero sensibile alla temperatura può 'cambiare forma'

I ricercatori hanno utilizzato un polimero sensibile alla temperatura. Può essere utilizzato per espellere l'acqua, come la strizzatura di una spugna. L'incorporazione di cianobatteri ha ammorbidito il polimero e gli ha fatto cambiare forma. Questo ha portato alla scoperta di un enzima secreto precedentemente sconosciuto che degradava leggermente il materiale.

Ingegneri e biologi hanno scoperto insieme un enzima secreto precedentemente sconosciuto che degradava leggermente il materiale.

Esperimenti di questo tipo possono portare a nuove sorprese come questa. Nathan Soulier, ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Golden, ha dichiarato: "Questi risultati sorprendenti evidenziano il valore dello studio di sistemi dinamici e non in equilibrio come i materiali viventi ingegnerizzati (ELM)".

Il team si è chiesto se approcci simili possano essere applicati ad altri materiali come i polimeri pH o elettricamente conduttivi. Questo aspetto potrebbe essere oggetto di ulteriori ricerche.

Ma nel caso dei cianobatteri, questi sembrano offrire nuove possibilità per gli ELM, poiché potrebbero persino essere geneticamente modificati per produrre sostanze chimiche o svolgere attività come la depurazione di inquinanti. Questi potrebbero fungere da ingredienti sostenibili sfruttando l'energia solare.

"Integrando gli organismi fotosintetici nella scienza dei materiali, possiamo sfruttare l'energia rinnovabile del sole per creare materiali preziosi", ha affermato Bae. "C'è un grande bisogno di alternative sostenibili alle pratiche attuali che si basano su risorse finite, e gli ELM potrebbero offrire una via da seguire".

Sfruttare l'energia naturale del sole per creare materiali potrebbe diventare una componente sostenibile del futuro settore edile, se questo metodo potesse essere applicato su larga scala.

Fonte della notizia

“A responsive living material prepared by diffusion reveals extracellular enzyme activity of cyanobacteria”. Proceedings of the National Academy of Sciences.