Materiali viventi, che sono realizzati alloggiando cellule biologiche all'interno di una matrice non vivente, hanno guadagnato popolarità negli ultimi anni poiché gli scienziati riconoscono che spesso i materiali più robusti sono quelli che imitano la natura.

Per la prima volta, un team internazionale di ricercatori dell'Università di Rochester e della Delft University of Technology nei Paesi Bassi ha utilizzato stampanti 3D e una nuova tecnica di biostampa per stampare le alghe nella vita, materiali fotosintetici che sono resistenti e resilienti. Il materiale ha una varietà di applicazioni nell'energia, medico, e settori della moda. La ricerca è pubblicata sulla rivista Materiali funzionali avanzati .

"La stampa tridimensionale è una potente tecnologia per la fabbricazione di materiali funzionali viventi che hanno un enorme potenziale in un'ampia gamma di applicazioni ambientali e umane". dice Srikkanth Balasubramanian, un associato di ricerca post-dottorato a Delft e il primo autore del documento. "Forniamo il primo esempio di un materiale fotosintetico ingegnerizzato che è fisicamente abbastanza robusto da essere impiegato in applicazioni reali".

Come costruire nuovi materiali:componenti viventi e non viventi

Per creare i materiali fotosintetici, i ricercatori hanno iniziato con una cellulosa batterica non vivente, un composto organico prodotto ed escreto dai batteri. La cellulosa batterica ha molte proprietà meccaniche uniche, compresa la sua flessibilità, durezza, forza, e capacità di mantenere la sua forma, anche se contorto, schiacciato, o altrimenti fisicamente distorto.

La cellulosa batterica è come la carta in una stampante, mentre le microalghe viventi fungono da inchiostro. I ricercatori hanno utilizzato una stampante 3D per depositare alghe viventi sulla cellulosa batterica.

La combinazione di componenti viventi (microalghe) e non viventi (cellulosa batterica) ha portato a un materiale unico che ha la qualità fotosintetica delle alghe e la robustezza della cellulosa batterica; il materiale è resistente e resistente ma anche ecologico, biodegradabile, e semplice e scalabile da produrre. La natura vegetale del materiale significa che può usare la fotosintesi per "nutrirsi" per periodi di molte settimane, ed è anche in grado di essere rigenerato:un piccolo campione del materiale può essere coltivato in loco per produrre più materiali.

foglie artificiali, pelli fotosintetiche, e bio-indumenti

Le caratteristiche uniche del materiale lo rendono un candidato ideale per una varietà di applicazioni, compresi nuovi prodotti come foglie artificiali, pelli fotosintetiche, o bio-indumenti fotosintetici.

Le foglie artificiali sono materiali che imitano le foglie reali in quanto utilizzano la luce solare per convertire l'acqua e l'anidride carbonica, un importante motore del cambiamento climatico, in ossigeno ed energia, proprio come le foglie durante la fotosintesi. Le foglie immagazzinano energia in forma chimica sotto forma di zuccheri, che possono poi essere convertiti in combustibili. Le foglie artificiali offrono quindi un modo per produrre energia sostenibile in luoghi dove le piante non crescono bene, comprese le colonie spaziali. Le foglie artificiali prodotte dai ricercatori di Delft e Rochester sono inoltre realizzate con materiali ecologici, a differenza della maggior parte delle tecnologie di foglie artificiali attualmente in produzione, prodotti con metodi chimici tossici.

"Per le foglie artificiali, i nostri materiali sono come prendere le "parti migliori" delle piante, le foglie, che possono creare energia sostenibile, senza bisogno di utilizzare risorse per produrre parti di piante - gli steli e le radici - che necessitano di risorse ma non producono energia, "dice Anne S. Meyer, professore associato di biologia a Rochester. "Stiamo realizzando un materiale che si concentra solo sulla produzione sostenibile di energia".

Un'altra applicazione del materiale sarebbe pelli fotosintetiche, che potrebbe essere utilizzato per innesti cutanei, dice Meyer. "L'ossigeno generato aiuterebbe a dare il via alla guarigione dell'area danneggiata, o potrebbe essere in grado di eseguire la guarigione delle ferite attivata dalla luce".

Oltre a offrire energia sostenibile e cure mediche, i materiali potrebbero cambiare anche il settore della moda. I bio-indumenti realizzati con alghe affronterebbero alcuni degli effetti ambientali negativi dell'attuale industria tessile in quanto sarebbero tessuti di alta qualità che sarebbero prodotti in modo sostenibile e completamente biodegradabili. Funzionerebbero anche per purificare l'aria rimuovendo l'anidride carbonica attraverso la fotosintesi e non avrebbero bisogno di essere lavati spesso come gli indumenti convenzionali, riducendo il consumo di acqua.

"I nostri materiali viventi sono promettenti perché possono sopravvivere per diversi giorni senza accesso all'acqua o ai nutrienti, e il materiale stesso può essere usato come seme per far crescere nuovi materiali viventi, "dice Marie-Eve Aubin-Tam, professore associato di bionanoscienze a Delft. "Questo apre le porte ad applicazioni in aree remote, anche nello spazio, dove il materiale può essere seminato in loco."