Reino Unido – Los investigadores de la University of Rochester utilizan la impresión 3D para crear materiales novedosos y ambientalmente amigable elaborados con algas, que tienen aplicaciones no solo para la producción de energía y medicinas, sino también para la moda y la exploración espacial.
Los materiales vivos, que se elaboran albergando células biológicas dentro de una matriz inerte, han ganado popularidad en los últimos años, debido a que los científicos reconocen que los materiales más robustos son los que imitan la naturaleza.
Por primera vez, los investigadores de la University of Rochester y Delft University of Technology (Países Bajos) usaron las impresoras 3D y una novedosa técnica de la 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, salud y de la moda.
“La impresión tridimensional ha demostrado ser una tecnología eficaz para fabricar materiales vivos que tienen muchos beneficios ambientales y de otro tipo” dijo Anne S. Meyer, profesora asociada de biología en Rochester.
“Nuestros materiales vivos fotosintéticos son un gran paso hacia adelante para el campo, debido a que son el primer ejemplo de un material fotosintético diseñado que es lo suficientemente robusto físicamente para ser implementado en aplicaciones del mundo real”.
El trabajo para desarrollar un material de base biológica es el último de una serie de esfuerzos de investigación dirigidos por el laboratorio de Meyer.
Meyer y su equipo de investigación han sido líderes en el uso de bacterias para desarrollar materiales de importancia industrial como el nácar artificial y el grafeno.
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 importantes, que incluyen flexibilidad, tenacidad, resistencia y capacidad para retener su forma, incluso cuando se retuerce, aplasta o deforma físicamente.
Mientras que las microalgas actúan como tinta, la celulosa bacteriana es como el papel de una impresora. Meyer y sus colegas 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 suave y resistente, además de 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 sitio para producir más materiales.
Hojas artificiales, pieles fotosintéticas y prendas biológicas
Las características 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, un factor importante del cambio climático, en oxígeno y en 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, potencialmente, las colonias en el espacio exterior.
Las hojas artificiales producidas por Meyer y sus colegas 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 las plantas, los tallos y las raíces, que necesitan recursos pero no producen energía” dijo Meyer.
“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, dijo Meyer.
“El oxígeno generado ayudaría a iniciar la curación del área dañada, o podría llevar a cabo la curación de heridas activada por luz”.
Moda verde
Además de ofrecer energía sostenible y tratamientos médicos, los materiales también podrían cambiar la moda.
Las prendas biológicas hechas de algas abordarán 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.
Estos materiales también trabajan para purificar el aire, eliminando el dióxido de carbono mediante la fotosíntesis y no necesitan lavarse con tanta frecuencia como las prendas convencionales, lo que reduciría el uso de agua.
“Nuestros materiales vivos son emocionantes debido a que pueden mantenerse por sí mismos durante períodos de semanas y pueden multiplicarse en el sitio, por lo que tienen el potencial de ser realmente duraderos y pueden compartirse en todo el mundo fácilmente” finalizó Meyer.
Referencia:
Srikkanth Balasubramanian Kui Yu Anne S. Meyer Elvin Karana Marie-Eve Aubin-Tam. Bioprinting of Regenerative Photosynthetic Living Materials. Advanced Functional Materials. https://doi.org/10.1002/adfm.202011162
