Исследователи из Имперского колледжа Лондона создали трехмерные блоки, которые могут восстанавливаться в ответ на повреждения. Эти специально разработанные «живые кирпичи» используют способность биологии исцелять и восстанавливать материал.
Работа, опубликовано в Nature Communications, может привести к созданию материалов, которые обнаруживают и исцеляют собственные повреждения. Материалы, способные исправить трещину в лобовом стекле, трещину в фюзеляже самолета или дыру на дороге.
Живые кирпичи, которые сами себя ремонтируют
Интегрируя строительные блоки в самовосстанавливающиеся строительные материалы, ученые могут сократить объем необходимого обслуживания и продлить срок службы и полезность материала.
В прошлом мы создали биоматериалы жить со встроенными датчиками, способными обнаруживать сигналы и изменения окружающей среды. Теперь мы создали живые «кирпичи», которые могут обнаруживать повреждения и реагировать на них. Исцеление и восстановление.
Том Эллис, Кафедра биоинженерии Имперского колледжа, первый автор исследования
Как работают самовосстанавливающиеся материалы?
Подобно тому, как в архитектуре используются модульные кирпичи, из которых можно собирать различные строительные конструкции, это исследование демонстрирует, что тот же принцип может быть применен к проектированию и созданию материалов на основе бактериальной целлюлозы.
Чтобы создать эти материалы, исследователи с помощью генной инженерии назвали бактерии komagataeibacter rheticus чтобы заставить их производить флуоресцентные трехмерные сферические культуры клеток, известные как сфероиды, и снабдить их датчиками, обнаруживающими повреждения. Затем они организовали сфероиды в различные формы и узоры, продемонстрировав потенциал сфероидов как «модульных строительных блоков».
Результаты
Команда использовала перфоратор, чтобы повредить толстый слой бактериальной целлюлозы, материала, похожего на каркас, производимого определенными бактериями. Затем они вставили недавно выращенные сфероиды в отверстия и после их инкубации в течение трех дней обнаружили отличный структурно стабильный ремонт, который восстановил текстуру и внешний вид материала.
Поместив сфероиды в поврежденную область и инкубируя посевы, живые кирпичи смогли почувствовать повреждение и заново вырастить материал для его ремонта.
Том Эллис
Это открытие открывает новый подход, при котором культивируемые материалы могут использоваться в качестве модулей с дополнительными функциями по сравнению с конструктивными.
Возможные применения: живые кирпичи для любого использования
Возможных живых кирпичей, которые могут возникнуть из этого, много: например, из дрожжевых клеток, которые секретируют важные с медицинской точки зрения белки, можно создавать пленки, которые восстанавливают кожу, производя необходимые гормоны и ферменты самостоятельно.
Задача состоит в том, чтобы имитировать и комбинировать различные характеристики, которые может предложить биология. Речь идет не только о эмуляции этих систем, но и о разработке биологии, чтобы придать ей дополнительную функциональность.
Следующим шагом этой группы исследователей будет разработка новых живых кирпичей, сфероидов с различными свойствами. Вам также необходимо комбинировать их с такими материалами, как хлопок, графит и желе, чтобы создавать более сложные проекты.
Исследования могут привести к созданию новых имплантируемых электронных устройств или медицинских пластырей для биосенсоров.
