Информационно аналитический портал «25MK» / Напечатанный на 3D-принтере «живой материал» может очистить загрязненную воду

Напечатанный на 3D-принтере «живой материал» может очистить загрязненную воду


Фото из открытых источников
Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали новый тип материала, который может предложить устойчивое и экологически чистое решение для очистки воды от загрязняющих веществ. Новый дезактивирующий материал был описан в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
 
Названный «инженерным живым материалом», он представляет собой напечатанную на 3D-принтере структуру, состоящую из полимера на основе морских водорослей в сочетании с бактериями, которые были генетически модифицированы для производства фермента, преобразующего различные органические загрязнители в безопасные молекулы. Бактерии также были созданы так, чтобы самоуничтожаться в присутствии молекулы под названием теофиллин, которая часто содержится в чае и шоколаде. Это дает возможность устранить их после того, как они выполнили свою работу.
 
«Что является инновационным, так это соединение полимерного материала с биологической системой для создания живого материала, который может функционировать и реагировать на раздражители так, как не могут обычные синтетические материалы», — сказал ведущий автор исследования профессор Джон Покорски из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
 
«Это сотрудничество позволило нам применить наши знания в области генетики и физиологии цианобактерий для создания живого материала», — сказала Сьюзен Голден из Школы биологических наук. «Теперь мы можем творчески подходить к разработке новых функций цианобактерий, чтобы производить более полезные продукты».
 
Чтобы создать живой материал в этом исследовании, исследователи использовали альгинат, природный полимер, полученный из морских водорослей, гидратировали его, чтобы получился гель, и смешивали его с типом обитающих в воде фотосинтезирующих бактерий, известных как цианобактерии.
 
Смесь была подана в 3D-принтер. После тестирования различных геометрических форм материала, напечатанных на 3D-принтере, исследователи обнаружили, что решетчатая структура оптимальна для поддержания жизни бактерий. Выбранная форма имеет высокое соотношение площади поверхности к объему, что позволяет большинству цианобактерий располагаться вблизи поверхности материала, обеспечивая доступ к питательным веществам, газам и свету.
 
Увеличенная площадь поверхности также делает материал более эффективным при обеззараживании.
 
В качестве эксперимента, подтверждающего концепцию, исследователи генетически модифицировали цианобактерии в своем материале, чтобы они постоянно производили обеззараживающий фермент, называемый лакказой. Исследования показали, что лакказу можно использовать для нейтрализации различных органических загрязнителей, включая бисфенол А (BPA), антибиотики, фармацевтические препараты и красители. В этом исследовании исследователи продемонстрировали, что их материал можно использовать для обеззараживания загрязняющего вещества на основе красителя индигокармина, который представляет собой синий краситель, который широко используется в текстильной промышленности для окраски джинсов. В ходе испытаний материал обесцвечивал водный раствор, содержащий краситель.
 
Исследователи также разработали способ уничтожения цианобактерий после удаления загрязняющих веществ. Они генетически модифицировали бактерии так, чтобы они реагировали на молекулу под названием теофиллин. Молекула заставляет бактерии производить белок, который разрушает их клетки.
 
«Живой материал может воздействовать на интересующий загрязнитель, а затем можно добавить небольшую молекулу, чтобы убить бактерии», — говорит Покорски. «Таким образом, мы можем снять любые опасения по поводу сохранения генетически модифицированных бактерий в окружающей среде».
 
Предпочтительным решением, отмечают исследователи, является уничтожение бактерий без добавления химикатов. Это будет одним из будущих направлений данного исследования.
 
«Наша цель — создавать материалы, которые реагируют на стимулы, уже присутствующие в окружающей среде», — объясняет Покорски. «Мы воодушевлены возможностями, которые может открыть эта работа, и новыми захватывающими материалами, которые мы можем создать. Именно такие исследования могут стать результатом объединения усилий исследователей, обладающих междисциплинарным опытом в области материаловедения и биологических наук».
5-09-2023, 19:30
Вернуться назад