Un team della Aalto University ha utilizzato i batteri per produrre oggetti tridimensionali dal design complesso fatti di nanocellulosa. Con la loro tecnica, i ricercatori sono in grado di guidare la crescita delle colonie batteriche attraverso l'uso di superfici fortemente idrorepellenti o superidrofobe. Gli oggetti mostrano un enorme potenziale per l'uso medico, compreso il supporto della rigenerazione dei tessuti o come impalcature per sostituire gli organi danneggiati. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista ACS Nano .

A differenza degli oggetti fibrosi realizzati con gli attuali metodi di stampa 3D, la nuova tecnica consente fibre, con un diametro mille volte più sottile di un capello umano, essere allineato in qualsiasi orientamento, anche tra strati, e vari gradienti di spessore e topografia, aprendo nuove possibilità di applicazione nella rigenerazione dei tessuti. Questi tipi di caratteristiche fisiche sono cruciali per i materiali di supporto nella crescita e nella rigenerazione di alcuni tipi di tessuti che si trovano nei muscoli e nel cervello.

"È come avere miliardi di minuscole stampanti 3D che entrano in una bottiglia, " spiega Luiz Greca, uno studente di dottorato alla Aalto University. "Possiamo pensare ai batteri come a microrobot naturali che prendono i mattoni forniti loro e, con il giusto input, creare forme e strutture complesse."

Una volta in uno stampo superidrofobo con acqua e sostanze nutritive:zucchero, proteine ​​e aria:i batteri aerobici producono nanocellulosa. La superficie superidrofoba intrappola essenzialmente un sottile strato d'aria, che invita i batteri a creare un biofilm fibroso che replica la superficie e la forma dello stampo. Col tempo, il biofilm diventa più spesso e gli oggetti diventano più forti.

Usando la tecnica, il team ha creato oggetti 3D con caratteristiche pre-progettate, misurando da un decimo del diametro di un singolo capello fino a 15-20 centimetri. Le fibre di dimensioni nanometriche non causano reazioni avverse se poste a contatto con i tessuti umani. Il metodo potrebbe anche essere utilizzato per sviluppare modelli realistici di organi per la formazione dei chirurghi o per migliorare l'accuratezza dei test in vitro.

"È davvero entusiasmante espandere quest'area della biofabbricazione che sfrutta le nanofibre di cellulosa resistenti e le reti che formano. Stiamo esplorando applicazioni per la degenerazione dei tessuti legata all'età, con questo metodo che è un passo avanti in questa e in altre direzioni, ", afferma il leader del gruppo di ricerca, il professor Orlando Rojas. Aggiunge che il ceppo di batteri utilizzato dal team, Komagataeibacter medellinensis, è stato scoperto in un mercato locale nella città di Medellin, Colombia, da precedenti collaboratori dell'Universidad Pontificia Bolivariana. Sia in natura che in ingegneria, Le superfici superidrofobiche sono progettate per ridurre al minimo l'adesione di particelle di polvere e microrganismi. Si prevede che questo lavoro apra nuove possibilità per l'utilizzo di superfici superidrofobiche per produrre con precisione materiali fabbricati in modo naturale.

Poiché i batteri possono essere rimossi o lasciati nel materiale finale, gli oggetti 3-D possono anche evolversi come un organismo vivente nel tempo. I risultati forniscono un passo importante verso lo sfruttamento del pieno controllo sui materiali fabbricati con batteri.

"La nostra ricerca mostra davvero la necessità di comprendere sia i dettagli fini dell'interazione dei batteri alle interfacce sia la loro capacità di realizzare materiali sostenibili. Speriamo che questi risultati ispirino anche gli scienziati che lavorano su superfici che respingono i batteri e quelli che producono materiali dai batteri, " dice il dottor Blaise Tardy.