Intelligente Materialien aus Einzeller 3D-gedruckt

Forscher der University of California in San Diego haben zusammen mit der University of Amsterdam weiche und dennoch belastbare Materialien entwickelt, die bei mechanischer Belastung wie Stauchung, Dehnung oder Verdrehung zu leuchten beginnen. Die Lumineszenz beruht auf biolumineszenten Algen vom Typ Dinoflagellaten.

Inspiriert von den Leuchterscheinungen der Roten Tide an den Stränden von San Diego, haben die Forscher Dinoflagellaten und das Polymer Alginat vermischt und mit einem 3D-Drucker in verschiedene Formen wie Gitter, Spiralen oder Kugeln gebracht. Wird das Material gestaucht, gedehnt oder verdreht, reagieren die Dinoflagellaten mit Lichtaussendung. Dies entspricht ihrem Abwehrmechanismus gegen Fressfeinde in der Natur.

Je stärker die Krafteinwirkung, desto heller das Leuchten. Die Forscher konnten dies quantifizieren und in einem Modell vorhersagen. Um die Materialien belastbarer zu machen, wurde ein zweites Polymer namens Poly(ethylenglykol)diacrylat zugesetzt. Mit einer Ummantelung aus dem Gummi-ähnlichen Polymer Ecoflex wurden die Stoffe auch gegen Säuren und Laugen beständig gemacht und konnten monatelang im Meerwasser gelagert werden.

Die Dinoflagellaten benötigen zyklisches Licht und Dunkelheit. In der Lichtphase betreiben sie Photosynthese, im Dunkeln setzen sie bei Krafteinwirkung Licht frei. Dies entspricht ihrem Verhalten bei der Roten Tide.

Laut den Forschern demonstriert die Studie eine einfache Methode, lebende Organismen und unbelebte Komponenten zu intelligenten Materialien zu kombinieren. Denkbar sind Anwendungen als Druck- oder Dehnungssensoren oder in der Medizintechnik. Allerdings sind noch Verbesserungen nötig, bevor solche Anwendungen realisierbar sind.