Gli scienziati dell'Università di Friburgo hanno sviluppato sistemi di materiali composti da componenti biologici e materiali polimerici e in grado di percepire ed elaborare le informazioni. Questi sistemi bioibridi sono stati progettati per svolgere determinate funzioni, come il conteggio degli impulsi del segnale al fine di rilasciare molecole o farmaci bioattivi al momento giusto, o per rilevare enzimi e piccole molecole come gli antibiotici nel latte. Il team interdisciplinare ha presentato i propri risultati in alcune delle principali riviste del settore, Compreso Materiale avanzato e Materiali oggi .

I sistemi viventi (come le cellule e gli organismi) e i sistemi elettrici (come i computer) rispondono a diverse informazioni di input, e hanno diverse capacità di output. Però, la proprietà fondamentale condivisa da questi sistemi complessi è la capacità di elaborare le informazioni. Negli ultimi due decenni, gli scienziati hanno applicato i principi dell'ingegneria elettrica per progettare e costruire cellule viventi che percepiscono ed elaborano le informazioni ed eseguono le funzioni desiderate. Questo campo è chiamato biologia sintetica, e ha molte interessanti applicazioni in campo medico, biotecnologia, settore energetico e ambientale.

"Grazie ai grandi progressi nella nostra comprensione dei componenti e del cablaggio dei processi di segnalazione biologica, siamo ora in una fase in cui possiamo trasferire moduli biologici dalla biologia sintetica ai materiali, " spiega il ricercatore capo Prof. Wilfried Weber della Facoltà di Biologia e del Centro BIOSS per gli studi sui segnali biologici. Un passo fondamentale nello sviluppo di questi sistemi di materiali intelligenti è stato quello di allineare in modo ottimale l'attività dei mattoni biologici. Simile ai computer, l'incompatibilità dei singoli componenti potrebbe causare il crash dell'intero sistema. La chiave per superare questa sfida sono stati i modelli matematici quantitativi sviluppati dal prof. Jens Timmer e dal dott. Raphael Engesser della Facoltà di matematica e fisica.

"Una cosa grandiosa di questi sistemi di materiali ispirati alla biologia sintetica è la loro versatilità, "dice Hanna Wagner, il primo autore di uno degli studi e un dottorando presso la Spemann Graduate School of Biology and Medicine (SGBM). Il concetto di design modulare presentato in questi studi fornisce un modello per l'ingegneria di sistemi di materiali bioibridi in grado di rilevare ed elaborare diversi materiali fisici, segnali chimici o biologici e svolgono le funzioni desiderate, come l'amplificazione dei segnali, l'archiviazione delle informazioni, o il rilascio controllato di molecole bioattive. Questi materiali innovativi potrebbero quindi avere ampie applicazioni nella ricerca, biotecnologie e medicina.