3D-gedrucktes “lebendes Material” reinigt verunreinigtes Wasser

Forscher der University of California in San Diego haben ein neuartiges Material entwickelt, das Wasser von Schadstoffen reinigen kann. Bei dem sogenannten “lebenden Material” handelt es sich um eine Kombination aus biologischen und synthetischen Komponenten. Mithilfe von 3D-Druck wurde eine strukturierte Matrix auf Basis von Algenpolymer erstellt, die mit genetisch modifizierten Bakterien versetzt ist.

Die eingebetteten Bakterien wurden so verändert, dass sie ein Enzym produzieren, welches organische Schadstoffe in ungefährliche Moleküle umwandelt. Zusätzlich wurden die Bakterien so programmiert, dass sie in Gegenwart einer bestimmten Chemikalie selbstzerstörend wirken. Dies ermöglicht ihre gezielte Elimination nach erfolgter Reinigung.

Laut dem leitenden Forscher Jon Pokorski ermöglicht die Kombination von Polymermaterial und biologischem System ein “lebendes Material”, das auf Umweltreize reagieren kann – eine Eigenschaft, die herkömmlichen Kunststoffen fehlt. In einem Proof-of-Concept zeigte das Team, dass ihr Material in der Lage ist, das Textilfarbstoff-Schadstoff Indigo Carmine aus Wasser zu entfernen.

Die genetisch modifizierten Bakterien wurden so verändert, dass sie auf das in Tee und Schokolade vorkommende Molekül Theophyllin reagieren. Theophyllin löst die Produktion eines bestimmten Proteins aus, das die Bakterien abtötet. Dies stellt laut den Forschern eine Möglichkeit dar, die Bakterien nach erfolgter Reinigung gezielt zu beseitigen.

Das “lebende Material” demonstriert einen neuartigen Ansatz, bei dem Methoden aus Biologie und Materialwissenschaft kombiniert werden. Die 3D-Druck-Fertigung erlaubt es, die Bakterien in einer strukturierten Matrix zu positionieren, die deren Überleben und Aktivität optimiert.

Die Forscher sehen in dem Ansatz großes Potenzial für eine nachhaltige Wasserreinigung. Künftig soll das System dahingehend verbessert werden, dass die Bakterien sich selbst zerstören, ohne Zugabe externer Chemikalien.

Mehr zu diesem Thema findet man in dem wissenschaftlichen Paper “Phenotypically complex living materials containing engineered cyanobacteria“, welches in Nature Communications publiziert wurde.