Vil dit fremtidige tøj være lavet af alger?

Levende materialer, som er lavet ved at huse biologiske celler i en ikke-levende matrix, har vundet popularitet i de senere år, da videnskabsmænd erkender, at de mest robuste materialer ofte er dem, der efterligner naturen.

For første gang, et internationalt team af forskere fra University of Rochester og Delft University of Technology i Holland brugte 3D-printere og en ny bioprintteknik til at printe alger ind i livet, fotosyntetiske materialer, der er seje og modstandsdygtige. Materialet har en række anvendelser inden for energien, medicinsk, og modesektorer. Forskningen er publiceret i tidsskriftet Avancerede funktionelle materialer .

"Tredimensionel print er en kraftfuld teknologi til fremstilling af levende funktionelle materialer, der har et enormt potentiale inden for en bred vifte af miljø- og menneskebaserede applikationer." siger Srikkanth Balasubramanian, en postdoktoral forskningsassistent ved Delft og den første forfatter til papiret. "Vi giver det første eksempel på et konstrueret fotosyntetisk materiale, der er fysisk robust nok til at blive implementeret i virkelige applikationer."

Sådan bygger du nye materialer:Levende og ikke-levende komponenter

For at skabe de fotosyntetiske materialer, forskerne begyndte med en ikke-levende bakteriel cellulose - en organisk forbindelse, der produceres og udskilles af bakterier. Bakteriel cellulose har mange unikke mekaniske egenskaber, herunder dens fleksibilitet, sejhed, styrke, og evnen til at bevare sin form, selv når det er snoet, knust, eller på anden måde fysisk forvrænget.

Den bakterielle cellulose er som papiret i en printer, mens levende mikroalger fungerer som blækket. Forskerne brugte en 3D-printer til at deponere levende alger på den bakterielle cellulose.

Kombinationen af ​​levende (mikroalger) og ikke -levende (bakteriel cellulose) komponenter resulterede i et unikt materiale, der har algernes fotosyntetiske kvalitet og robustheden af ​​bakteriecellulosen; materialet er sejt og elastisk, samtidig med at det er miljøvenligt, biologisk nedbrydeligt, og enkel og skalerbar at producere. Materialets plantelignende natur betyder, at det kan bruge fotosyntese til at "fodre" sig selv over perioder på mange uger, og det er også i stand til at blive regenereret - en lille prøve af materialet kan dyrkes på stedet for at lave flere materialer.

Kunstige blade, fotosyntetiske skind, og bio-tøj

Materialets unikke egenskaber gør det til en ideel kandidat til en række forskellige applikationer, herunder nye produkter såsom kunstige blade, fotosyntetiske skind, eller fotosyntetiske bio-beklædningsgenstande.

Kunstige blade er materialer, der efterligner faktiske blade ved, at de bruger sollys til at omdanne vand og kuldioxid - en væsentlig drivkraft bag klimaændringer - til ilt og energi, meget som blade under fotosyntese. Bladene lagrer energi i kemisk form som sukkerarter, som så kan omdannes til brændstoffer. Kunstige blade tilbyder derfor en måde at producere bæredygtig energi på steder, hvor planter ikke vokser godt, inklusive kolonier i det ydre rum. De kunstige blade produceret af forskerne i Delft og Rochester er desuden lavet af miljøvenlige materialer, i modsætning til de fleste kunstige bladteknologier, der i øjeblikket er i produktion, som fremstilles ved hjælp af giftige kemiske metoder.

"For kunstige blade, vores materialer er som at tage de 'bedste dele' af planter - bladene - som kan skabe bæredygtig energi, uden at skulle bruge ressourcer til at producere dele af planter - stænglerne og rødderne - der har brug for ressourcer, men som ikke producerer energi, " siger Anne S. Meyer, en lektor i biologi ved Rochester. "Vi laver et materiale, der kun er fokuseret på bæredygtig produktion af energi."

En anden anvendelse af materialet ville være fotosyntetiske skind, som kunne bruges til hudtransplantationer, siger Meyer. "Den genererede ilt ville hjælpe med at kickstarte helingen af ​​det beskadigede område, eller den kan muligvis udføre lysaktiveret sårheling."

Udover at tilbyde bæredygtig energi og medicinske behandlinger, materialerne kan også ændre modesektoren. Bio-beklædningsgenstande fremstillet af alger ville afhjælpe nogle af de negative miljøvirkninger af den nuværende tekstilindustri ved, at det ville være tekstiler af høj kvalitet, der ville være bæredygtighedsfremstillede og fuldstændigt bionedbrydelige. De ville også arbejde på at rense luften ved at fjerne kuldioxid gennem fotosyntese og ville ikke skulle vaskes så ofte som konventionelt tøj, reducere vandforbruget.

"Vores levende materialer er lovende, fordi de kan overleve i flere dage uden adgang til vand eller næringsstoffer, og selve materialet kan bruges som frø til at dyrke nye levende materialer, " siger Marie-Eve Aubin-Tam, en lektor i bionanovidenskab i Delft. "Dette åbner døren for applikationer i fjerntliggende områder, selv i rummet, hvor materialet kan sås på stedet."