Nye smarte materialer til at tackle globale udfordringer

At forstå, hvordan naturlige materialer skabes, har hjulpet et forskerhold fra Griffith University med at skabe en smart materialeplatform til at hjælpe med at skabe nye lægemidler og endda hjælpe med at rydde op i forurenede miljøer.

Professor Bernd Rehm, en primær forskningsleder i Griffith Research Institute for Drug Discovery og direktør for Center for Cellefabrikker og Biopolymerer, arbejdet sammen med postgraduate Kampachiro Ogura om udviklingen af ​​biokonstruerede partikler, der kunne tilpasses til en række forskellige miljømæssige, industrielle og medicinske applikationer.

Resultaterne er blevet publiceret i high impact journal Avancerede funktionelle materialer .

Professor Rehm sagde, at holdet kiggede på naturen for at give indsigt i de naturlige byggesten og materialer for at skabe smarte materialer, der kunne anvendes med en ny funktionalitet og tilpasses til forskellige formål.

De smarte materialer kunne bruges til at neutralisere giftige forurenende stoffer i miljøet, som medicinske behandlinger, der kan sprøjtes ind i den menneskelige krop eller et dyr, og som et værktøj til at hjælpe med fremstillingen af ​​ny medicin.

"Vi startede fra grundlæggende videnskab ved at prøve at forstå, hvordan disse materialer er lavet naturligt, og hvis du forstår mekanismerne, kan du så gå tilbage i naturen og lave bioingeniørarbejde og rewire bakterierne til at rekombinere tingene lidt anderledes i forhold til mulige anvendelser, " sagde professor Rehm.

Bakterier blev omkoblet til at producere proteinovertrukne bioplastiske perler, som forskerne efterfølgende indkapslede i alginathydrogeler.

Proteiner, der overtrækker bioplastperlerne, forblev funktionelle, mens bioplastperlerne kunne fyldes med vanduopløselige stoffer, der repræsenterede aktive molekyler, såsom medicinske lægemidler.

De alginatgelegenskaber, som bioplastperlerne var indkapslet i, ændrede sig som reaktion på salt og surhed, og kunne kontrolleres for at forbedre funktionaliteten af ​​bioplastikperlerne til produktion af biofarmaceutiske produkter eller oprydning af forurenede miljøer.

"Denne udvikling af en ny materialeplatformteknologi kombinerer naturligt forekommende biopolymerer på en meget ny måde for at skabe funktionalitet, der ikke er opnået før, " sagde professor Rehm.

"Det er det første proof of concept; det er en platformsteknologi, der nu nemt kan tilpasses til en række miljømæssige, industrielle og medicinske applikationer."

Det naturlige smarte materiale nedbrydes over tid, så det ville ikke forurene miljøet med flere fremstillede materialer. Mens du er aktiv, det ville give intens aktivitet for at reducere forureningsbyrden.

Materialet - biokonstruerede polyhydroxybutyrat (PHB) partikler indkapslet i afstembare alginathydrogeler - er nano-/mikrostruktureret, men det kunne fremstilles i stor skala.

Professor Rehm sagde, at det næste skridt ville være, at holdet leverede et specielt funktionelt materiale til en slutbruger - såsom en organisation, regeringen eller industripartneren – for at imødekomme et udækket behov.

Artiklen "Alginate Encapsulation of Bioengineered Protein-Coated Polyhydroxybutyrate Particles:A New Platform for Multifunctional Composite Materials, " er blevet offentliggjort i Avancerede funktionelle materialer .