Revolutionär: ein 3D-gedrucktes "lebendes Material", das Trinkwasser nachhaltig machen kann!
Wissenschaftlern ist es gelungen, ein polymeres Material mit einem 3D-gedruckten biologischen System zu entwickeln, das ein großes nachhaltiges und ökologisches Potenzial hat und in der Lage ist, Schadstoffe aus dem Wasser zu entfernen.
Ein Forscherteam der University of California, San Diego (UCSD) hat ein 3D-gedrucktes "lebendes Material" entwickelt, das organische Schadstoffe aus dem Wasser entfernt und es trinkbar macht. Diese Entdeckung ist revolutionär, denn dieses Material hat ein großes Potenzial und ist umweltfreundlich und nachhaltig.
Dabika Datta, Forscherin am Department of Nanoengineering an der UCSD und Hauptautorin der vor einigen Wochen in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Arbeit, erklärt: "Obwohl es sich um ein relativ einfaches System handelt, haben wir und unser Team von Wissenschaftlern eine revolutionäre neue Strategie entwickelt, die uns dabei helfen könnte, Schadstoffe aus dem Wasser zu entfernen.
Erinnern wir uns daran, dass mindestens 2,2 Milliarden Menschen auf der Welt keinen Zugang zu Trinkwasser haben und 400 Millionen gezwungen sind, Wasser aus ungeschützten Brunnen und Quellen zu schöpfen oder es direkt aus Seen, Teichen, Flüssen und Bächen zu sammeln, ohne es vor dem Verzehr zu behandeln, mit dem Risiko, sich mit zahlreichen Krankheiten anzustecken.
Die Bedeutung dieses wissenschaftlichen Durchbruchs liegt auf der Hand, und noch mehr die Möglichkeiten, die er für die Zukunft eröffnet, indem er dazu beiträgt, den allgemeinen und gerechten Zugang zu sicherem und erschwinglichem Wasser zu erreichen, wie es in einem der 17 SDGs (Sustainable Development Goal 6) vorgesehen ist.
Jon Pokorski, Professor für Nanotechnik an der UCSD und Mitglied dieser Forschungsgruppe, sagt: "Der innovative Aspekt ist die Kombination eines Polymermaterials mit einem biologischen System, um ein 'lebendes Material' zu schaffen, das funktionieren und auf Reize reagieren kann, wie es normale synthetische Materialien nicht können".
Schafft ein "lebendes Material" mit wasserreinigenden Eigenschaften
In der zitierten Forschungsarbeit mit dem Titel "Phenotypically complex living materials containing modified cyanobacteria" wird erklärt, dass das Gebiet der "engineered living materials" an der Schnittstelle zwischen Materialwissenschaft und synthetischer Biologie liegt. Er erklärt, dass das Gebiet der "künstlich hergestellten lebenden Materialien" an der Schnittstelle zwischen Materialwissenschaft und synthetischer Biologie liegt und darauf abzielt, Materialien zu entwickeln, die die Umwelt wahrnehmen und auf sie reagieren können.
In dieser Studie verwendeten die Forscher den 3D-Druck zur Herstellung eines cyanobakteriellen Biokompositmaterials, das in der Lage ist, als Reaktion auf einen externen chemischen Stimulus mehrere funktionelle Ergebnisse zu produzieren, und demonstrierten die Vorteile des Einsatzes additiver Fertigungstechniken zur Kontrolle der Form des hergestellten photosynthetischen Materials.
Als ersten Konzeptnachweis verwendeten sie einen synthetischen Riboswitch (ein Segment der Boten-RNA einer Bakterienzelle, das ein kleines Molekül, das am normalen Stoffwechsel der Zelle beteiligt ist, erkennt und bindet) um die Expression eines gelb fluoreszierenden Indikatorproteins in Synechococcus elongatus PCC 7942 innerhalb einer Hydrogelmatrix zu regulieren.
Ein Stamm von S. elongatus wird so verändert, dass er ein oxidatives Laccase-Enzym produziert, das zur Neutralisierung bestimmter organischer Schadstoffe wie Antibiotika, Medikamente, Farbstoffe usw. verwendet werden kann. In diesem Fall konnten die Wissenschaftler mit ihrem empfindlichen Biomaterial zeigen, dass es in der Lage ist, Wasser von dem Farbstoff Indigokarmin zu "dekontaminieren".
Durch die Integration gentechnisch veränderter, reizempfindlicher Cyanobakterien in 3D-gedruckte volumetrische Designs haben Wissenschaftler programmierbare photosynthetische Biokomposit-Materialien demonstriert, die funktionelle Ergebnisse erzielen können, darunter, wie wir gesehen haben, die biologische Reinigung von Wasser von Schadstoffen.
Sauberes Wasser, das die Umwelt weniger belastet
Diese Zellen sind für einen induzierbaren Zelltod ausgelegt, so dass ihre Anwesenheit beendet ist, wenn ihre Aktivität nicht mehr benötigt wird, d.h. wenn sie ihre Arbeit beendet haben. Diese letzte Funktion ist sehr wichtig für das Biocontainment und die Minimierung der Umweltauswirkungen, weshalb wir sie aufgrund ihres großen Potenzials als revolutionäre Methode bezeichnen, die zudem nachhaltig und ökologisch ist.
Diese Zellen zerstören sich selbst, wenn sie mit dem Stoff Theophyllin in Berührung kommen, einem Molekül, das in Tee und Schokolade enthalten ist. Dank dieser Fähigkeit der UCSD verschwinden die Zellen, nachdem sie ihre Arbeit getan haben.
3D-Druck des erzeugten lebenden Materials
Diese Mischung wurde schließlich in einen 3D-Drucker gegeben, und dann experimentierten die Forscher mit verschiedenen Geometrien, um das effizienteste Design zu finden. Sie kamen zu dem Schluss, dass die für ihre Bedürfnisse am besten geeignete Struktur ein Gitter ist.
Diese Form wurde gewählt, weil sie ein großes Verhältnis zwischen Oberfläche und Volumen aufweist, wodurch die meisten Cyanobakterien nahe an der Oberfläche des Materials leben und Zugang zu Nährstoffen, Gas und Licht haben. Die größere Oberfläche macht das Material bei der "Dekontamination" effektiver.