Material puede usar la fotosíntesis para "alimentarse" a sí mismo durante períodos de muchas semanas
Los materiales vivos, que se fabrican al albergar células biológicas dentro de una matriz no viva, han ganado popularidad en los últimos años a medida que los científicos reconocen que a menudo los materiales más robustos son los que imitan la naturaleza.
Por primera vez, un equipo internacional de investigadores de la Universidad de Rochester y la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos utilizó impresoras 3D y una nueva técnica de bioimpresión para imprimir algas en materiales vivos y fotosintéticos que son duros y resistentes. El material tiene una variedad de aplicaciones en los sectores energético, médico y de la moda.
"La impresión tridimensional es una poderosa tecnología para la fabricación de materiales funcionales vivos que tienen un enorme potencial en una amplia gama de aplicaciones ambientales y humanas", dice Srikkanth Balasubramanian, investigador asociado postdoctoral en Delft y primer autor del artículo. "Ofrecemos el primer ejemplo de un material fotosintético diseñado que es físicamente lo suficientemente robusto para ser implementado en aplicaciones de la vida real".
Cómo construir nuevos materiales: componentes vivos y no vivos
Para crear los materiales fotosintéticos, los investigadores comenzaron con una celulosa bacteriana muerta, un compuesto orgánico que es producido y excretado por bacterias. La celulosa bacteriana tiene muchas propiedades mecánicas únicas, incluida su flexibilidad, dureza, resistencia y capacidad para retener su forma, incluso cuando se retuerce, aplasta o deforma físicamente.
La celulosa bacteriana es como el papel de una impresora, mientras que las microalgas vivas actúan como tinta. Los investigadores utilizaron una impresora 3D para depositar algas vivas en la celulosa bacteriana.
La combinación de componentes vivos (microalgas) y no vivos (celulosa bacteriana) resultó en un material único que tiene la calidad fotosintética de las algas y la robustez de la celulosa bacteriana; el material es resistente y resilente a la vez que ecológico, biodegradable y simple y escalable de producir.
La naturaleza vegetal del material significa que puede usar la fotosíntesis para "alimentarse" a sí mismo durante períodos de muchas semanas, y también se puede regenerar; una pequeña muestra del material se puede cultivar en el lugar para producir más materiales.
Hojas artificiales, pieles fotosintéticas y prendas biológicas
Las características únicas del material lo convierten en un candidato ideal para una variedad de aplicaciones, incluidos nuevos productos como hojas artificiales, pieles fotosintéticas o bioprendas fotosintéticas.
Las hojas artificiales son materiales que imitan a las hojas reales en el sentido de que utilizan la luz solar para convertir el agua y el dióxido de carbono, uno de los principales impulsores del cambio climático, en oxígeno y energía, al igual que las hojas durante la fotosíntesis. Las hojas almacenan energía en forma química como azúcares, que luego pueden convertirse en combustibles.
Por lo tanto, las hojas artificiales ofrecen una forma de producir energía sostenible en lugares donde las plantas no crecen bien, incluidas las colonias del espacio exterior. Las hojas artificiales producidas por los investigadores de Delft y Rochester también están hechas de materiales ecológicos, en contraste con la mayoría de las tecnologías de hojas artificiales actualmente en producción, que se producen mediante métodos químicos tóxicos.
"Para las hojas artificiales, nuestros materiales son como tomar las 'mejores partes' de las plantas, las hojas, que pueden crear energía sostenible, sin necesidad de utilizar recursos para producir partes de plantas, los tallos y las raíces, que necesitan recursos pero no producen energía ", dice Anne S. Meyer, profesora asociada de biología en Rochester. "Estamos haciendo un material que solo se enfoca en la producción sustentable de energía".
Otra aplicación del material serían las pieles fotosintéticas, que podrían usarse para injertos de piel, dice Meyer. "El oxígeno generado ayudaría a iniciar la curación del área dañada, o podría llevar a cabo la curación de heridas activada por luz".
Además de ofrecer tratamientos médicos y energéticos sostenibles, los materiales también podrían cambiar el sector de la moda. Las prendas biológicas hechas de algas abordarían algunos de los efectos ambientales negativos de la industria textil actual en el sentido de que serían telas de alta calidad que serían producidas de manera sostenible y completamente biodegradables. También trabajarían para purificar el aire eliminando el dióxido de carbono mediante la fotosíntesis y no necesitarían lavarse con tanta frecuencia como las prendas convencionales, lo que reduciría el uso de agua.
"Nuestros materiales vivos son prometedores porque pueden sobrevivir durante varios días sin acceso al agua ni a los nutrientes, y el material en sí puede usarse como semilla para cultivar nuevos materiales vivos", dice Marie-Eve Aubin-Tam, profesora asociada de bionanociencia en Delft. "Esto abre la puerta a aplicaciones en áreas remotas, incluso en el espacio, donde el material se puede sembrar en el sitio".
La investigación se publica en la revista Advanced Functional Materials: Bioprinting of Regenerative Photosynthetic Living Materials
