• Thursday July 18,2019

Neu programmierte Bakterien bauen Selbstheilung "lebende Materialien "

Anonim

Wie praktisch wäre es, wenn Sie Ihre defekte Platine nicht (noch einmal) in die Genius Bar bringen würden, sondern einfach dazu auffordern, sich selbst zu heilen? Dies ist die futuristische Möglichkeit, die Forscher kürzlich mit der Entwicklung von hybriden "lebenden Materialien", die aus Bakterienzellen und anorganischer Materie hergestellt werden, leicht vorangetrieben haben. Die Entdeckung könnte den Weg für elektrische Komponenten bereiten, die selbstheilend und umweltbewusst sind.

Das Ingenieurteam des MIT hat E. coli- Bakterien neu programmiert, um sich an Goldnanopartikeln und Quantenpunkten zu winden - winzige, halbleitende Kristalle. Mit lebenden Zellen und anorganischem Material könnten Wissenschaftler die Zellen zu Biofilmen (einer dünnen, miteinander verbundenen Bakterienschicht) zusammensetzen, die elektrischen Strom leiten könnte. Da die Zellen auch miteinander kommunizieren, kann sich das entstehende „lebende Material“ an veränderte Umweltbedingungen anpassen.

Bislang haben Wissenschaftler nur elektrisch leitfähige Nanodrähte gebaut. Die Forscher glauben jedoch, dass die Demonstration ihres neuen Materials die Tür für komplexere Geräte wie Solarzellen, selbstheilende Materialien oder Diagnosesensoren öffnet.

Entführung von E. coli

Die neuen „lebenden Materialien“ ähneln unseren Knochen, die aus Zellen bestehen, die nicht lebende Mineralien wie Calcium enthalten, um lebendes Gewebe zu bilden. Unsere Knochen geben unserem Körper nicht nur Struktur, sie wachsen und heilen als Reaktion auf Umweltreize.

Das Team entschied sich für die Arbeit mit E. coli, da es sich bei anderen Arten seiner Spezies mit Hilfe von als Curli-Fasern bezeichneten Proteinen auf natürliche Art einfügt. Die Ingenieure programmierten E. coli zur Herstellung von Curli-Fasern, die Goldpartikel aufnahmen. Sie veranlaßten dann die Bakterien, sich zu einem Biofilm mit Goldschnüren zusammenzusetzen - im Wesentlichen ein elektrisch leitendes Netzwerk von Gold-Nanodrähten. Mit derselben Technik programmierten sie auch Curli-Fasern, um Quantenpunkte aufzunehmen. Durch gemeinsames Wachsen der Gold- und Quantenpunktbakterien könnte ein Hybridmaterial mit beiden Leitertypen erzeugt werden.

Und weil die Bakterien miteinander kommunizieren, kann das Material theoretisch selbstheilend sein. Die Forscher zeigten, dass ihr technisches Bakterium seine normalen Nachbarn dazu veranlassen könnte, ebenfalls Goldraubmaschinen zu werden. Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse am Sonntag in der Zeitschrift Nature Materials .

Zukünftige Anwendungen

"Es zeigt, dass man tatsächlich Zellen herstellen kann, die miteinander sprechen und die Zusammensetzung des Materials im Laufe der Zeit verändern können", sagte Timothy Lu, Assistenzprofessor für Elektrotechnik und Biotechnologie in einer MIT-Pressemitteilung. „Letztendlich möchten wir nachahmen, wie sich natürliche Systeme wie Knochen bilden. Niemand sagt dem Knochen, was er tun soll, aber er erzeugt ein Material als Antwort auf Umweltsignale. “

Je nachdem, was Ingenieure Bakterien zum Aufnehmen programmieren, können diese Hybridmaterialien die Basis für zukünftige Batterien und Solarzellen oder sogar für Diagnosegeräte und Gerüste für das Tissue Engineering bilden. Die Forscher sind auch daran interessiert, die Biofilme mit Enzymen zu beschichten, die Cellulose abbauen könnten, was für die Umwandlung von landwirtschaftlichen Abfällen in Biokraftstoffe nützlich sein könnte.


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