Wird Ihre zukünftige Kleidung aus Algen bestehen?

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Ein Mini-T-Shirt zeigt die photosynthetischen lebenden Materialien, die im Labor der Biologin Anne S. Meyer von der Universität Rochester und der Bionanowissenschaftlerin Marie-Eve Aubin-Tam der Technischen Universität Delft mithilfe von 3D-Druckern und einer neuen Bioink-Technik hergestellt wurden. Bildnachweis: Foto der Universität von Rochester

Zum ersten Mal verwendete ein internationales Forscherteam der Universität Rochester und der Technischen Universität Delft in den Niederlanden 3D-Drucker und eine neuartige Bioprinting-Technik, um Algen in lebende, photosynthetische Materialien zu drucken, die robust und widerstandsfähig sind. Das Material hat eine Vielzahl von Anwendungen in den Bereichen Energie, Medizin und Mode. Die Forschung wird in der Zeitschrift Advanced Functional Materials veröffentlicht.

“Der dreidimensionale Druck ist eine leistungsstarke Technologie zur Herstellung lebender Funktionsmaterialien, die ein großes Potenzial für eine Vielzahl von Umwelt- und Humananwendungen haben.” sagt Srikkanth Balasubramanian, Postdoktorand bei Delft und Erstautor der Arbeit. “Wir bieten das erste Beispiel für ein entwickeltes Photosynthesematerial, das physikalisch robust genug ist, um in realen Anwendungen eingesetzt zu werden.”

So bauen Sie neue Materialien: Lebende und nicht lebende Komponenten

Um die photosynthetischen Materialien herzustellen, begannen die Forscher mit einer nicht lebenden bakteriellen Cellulose – einer organischen Verbindung, die von Bakterien produziert und ausgeschieden wird. Bakterielle Cellulose hat viele einzigartige mechanische Eigenschaften, einschließlich ihrer Flexibilität, Zähigkeit, Festigkeit und Fähigkeit, ihre Form zu behalten, selbst wenn sie verdreht, zerkleinert oder auf andere Weise physikalisch verzerrt ist.

Die bakterielle Cellulose ist wie das Papier in einem Drucker, während lebende Mikroalgen als Tinte fungieren. Die Forscher verwendeten einen 3D-Drucker, um lebende Algen auf der Bakteriencellulose abzuscheiden.

Die Kombination von lebenden (Mikroalgen) und nicht lebenden (bakterielle Cellulose) Komponenten führte zu einem einzigartigen Material, das die photosynthetische Qualität der Algen und die Robustheit der bakteriellen Cellulose aufweist. Das Material ist zäh und belastbar, umweltfreundlich, biologisch abbaubar und einfach und skalierbar herzustellen. Die pflanzenähnliche Natur des Materials bedeutet, dass es die Photosynthese verwenden kann, um sich über Zeiträume von vielen Wochen “zu ernähren”, und es kann auch regeneriert werden – eine kleine Probe des Materials kann vor Ort gezüchtet werden, um mehr Materialien herzustellen.

Künstliche Blätter, photosynthetische Häute und Biokleidung

Die einzigartigen Eigenschaften des Materials machen es zu einem idealen Kandidaten für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich neuer Produkte wie künstliche Blätter, photosynthetische Häute oder photosynthetische Biokleidung.

Die einzigartigen Eigenschaften des Materials machen es zu einem idealen Kandidaten für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich neuer Produkte wie künstliche Blätter, photosynthetische Häute oder photosynthetische Biokleidung.

“Bei künstlichen Blättern sind unsere Materialien so, als würden wir die ‘besten Teile’ von Pflanzen – die Blätter – nehmen, die nachhaltige Energie erzeugen können, ohne Ressourcen für die Herstellung von Pflanzenteilen – Stängel und Wurzeln – verwenden zu müssen, die Ressourcen benötigen, aber nicht.” keine Energie produzieren “, sagt Anne S. Meyer, Associate Professor für Biologie in Rochester. “Wir stellen ein Material her, das sich nur auf die nachhaltige Energieerzeugung konzentriert.”

Eine weitere Anwendung des Materials wären photosynthetische Häute, die für Hauttransplantationen verwendet werden könnten, sagt Meyer. “Der erzeugte Sauerstoff würde dazu beitragen, die Heilung des beschädigten Bereichs anzukurbeln, oder er könnte eine lichtaktivierte Wundheilung durchführen.”

Neben nachhaltigen Energie- und medizinischen Behandlungen könnten die Materialien auch die Modebranche verändern. Biokleidungsstücke aus Algen würden einige der negativen Umweltauswirkungen der gegenwärtigen Textilindustrie insofern angehen, als es sich um hochwertige Stoffe handelt, die nachhaltig hergestellt und vollständig biologisch abbaubar sind. Sie würden auch dazu beitragen, die Luft durch Entfernen von Kohlendioxid durch Photosynthese zu reinigen, und müssten nicht so oft gewaschen werden wie herkömmliche Kleidungsstücke, wodurch der Wasserverbrauch verringert würde.

“Unsere lebenden Materialien sind vielversprechend, da sie mehrere Tage ohne Zugang zu Wasser oder Nährstoffen überleben können und das Material selbst als Keim für den Anbau neuer lebender Materialien verwendet werden kann”, sagt Marie-Eve Aubin-Tam, Professorin für Bionanowissenschaften in Delft. “Dies öffnet die Tür für Anwendungen in abgelegenen Gebieten, auch im Weltraum, wo das Material vor Ort ausgesät werden kann.”

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