Biyolojik hücreleri cansız bir matris içinde barındırarak yapılan canlı materyaller, bilim adamlarının çoğu zaman en sağlam materyallerin doğayı taklit edenler olduğunu kabul etmesiyle son yıllarda popülerlik kazanmıştır.
Hollanda’daki Rochester Üniversitesi ve Delft Teknoloji Üniversitesi’nden uluslararası bir araştırma ekibi ilk kez, algleri dayanıklı ve dayanıklı olan canlı, fotosentetik malzemelere basmak için 3D yazıcılar ve yeni bir biyo-baskı tekniği kullandı. Malzemenin enerji, tıp ve moda sektörlerinde çeşitli uygulamaları vardır. Araştırma, Advanced Functional Materials dergisinde yayınlandı .
“Üç boyutlu baskı, çok çeşitli çevresel ve insan tabanlı uygulamalarda büyük bir potansiyele sahip canlı işlevsel malzemelerin imalatı için güçlü bir teknolojidir.” Delft’te doktora sonrası araştırma görevlisi ve makalenin ilk yazarı olan Srikkanth Balasubramanian, diyor. “Fiziksel olarak gerçek hayattaki uygulamalarda kullanılabilecek kadar sağlam olan, tasarlanmış bir fotosentetik malzemenin ilk örneğini sunuyoruz.”
YENİ MALZEMELER NASIL YAPILIR: YAŞAYAN VE YAŞAYAN BİLEŞENLER
Araştırmacılar, fotosentetik materyalleri oluşturmak için, bakteriler tarafından üretilen ve atılan organik bir bileşik olan cansız bir bakteriyel selülozla başladı. Bakteriyel selüloz, büküldüğünde, ezildiğinde veya başka bir şekilde fiziksel olarak bozulduğunda bile esnekliği, tokluğu, gücü ve şeklini muhafaza etme yeteneği dahil olmak üzere birçok benzersiz mekanik özelliğe sahiptir.
Bakteriyel selüloz bir yazıcıdaki kağıt gibidir, canlı mikroalg ise mürekkep görevi görür. Araştırmacılar, canlı algleri bakteriyel selüloza yerleştirmek için bir 3D yazıcı kullandılar.
Canlı (mikroalg) ve cansız (bakteriyel selüloz) bileşenlerin kombinasyonu, alglerin fotosentetik kalitesine ve bakteriyel selülozun sağlamlığına sahip benzersiz bir malzeme ile sonuçlandı; malzeme sağlam ve dayanıklı olmasının yanı sıra çevre dostu, biyolojik olarak parçalanabilir ve üretimi basit ve ölçeklenebilir. Malzemenin bitki benzeri doğası, fotosentezi haftalarca kendini “beslemek” için kullanabileceği anlamına gelir ve ayrıca yeniden oluşturulabilir – malzemenin küçük bir örneği, daha fazla malzeme yapmak için yerinde yetiştirilebilir. .
YAPAY YAPRAKLAR, FOTOSİNETİK CİLTLER VE BİYO GİYSİLER
Malzemenin benzersiz özellikleri onu yapay yapraklar, fotosentetik kaplamalar veya fotosentetik biyo-giysiler gibi yeni ürünler dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için ideal bir aday haline getirmektedir.
Yapay yapraklar, fotosentez sırasındaki yapraklar gibi, su ve karbondioksiti oksijene ve enerjiye dönüştürmek için güneş ışığını kullandıkları için gerçek yaprakları taklit eden malzemelerdir. Yapraklar enerjiyi şeker olarak kimyasal formda depolar ve bu daha sonra yakıta dönüştürülebilir. Bu nedenle yapay yapraklar, uzay kolonileri dahil, bitkilerin iyi gelişmediği yerlerde sürdürülebilir enerji üretmenin bir yolunu sunar. Delft ve Rochester’daki araştırmacılar tarafından üretilen yapay yapraklar, toksik kimyasal yöntemler kullanılarak üretilen ve şu anda üretimde olan çoğu yapay yaprak teknolojisinin aksine, ek olarak çevre dostu malzemelerden yapılmıştır.
“Yapay yapraklar için malzemelerimiz, bitkilerin ihtiyaç duyduğu kısımları – gövdeler ve kökler – üretmek için kaynakları kullanmaya gerek kalmadan sürdürülebilir enerji yaratabilen bitkilerin ‘en iyi kısımlarını’ – yapraklar – almak gibidir. Rochester’da biyoloji doçenti olan Anne S. Meyer, enerji üretmiyor, “diyor. “Sadece sürdürülebilir enerji üretimine odaklanan bir malzeme yapıyoruz.”
Meyer, malzemenin başka bir uygulamasının, deri greftleri için kullanılabilecek fotosentetik deriler olacağını söylüyor. “Üretilen oksijen, hasarlı bölgenin iyileşmeye başlamasına yardımcı olabilir veya ışıkla etkinleştirilen yara iyileşmesini gerçekleştirebilir.”
Sürdürülebilir enerji ve tıbbi tedaviler sunmanın yanı sıra, materyaller moda sektörünü de değiştirebilir. Alglerden yapılan biyo-giysiler, sürdürülebilir şekilde üretilmiş ve tamamen biyolojik olarak parçalanabilen yüksek kaliteli kumaşlar olması nedeniyle mevcut tekstil endüstrisinin bazı olumsuz çevresel etkilerini ele alacaktır. Ayrıca fotosentez yoluyla karbondioksiti gidererek havayı arındırmaya çalışırlar ve geleneksel giysiler kadar sık yıkanmaları gerekmeyerek su kullanımını azaltırlar.
Biyonanobilim doçenti Marie-Eve Aubin-Tam, “Canlı malzemelerimiz umut verici çünkü su veya besin erişimi olmadan birkaç gün hayatta kalabilirler ve malzemenin kendisi yeni canlı malzemeler yetiştirmek için bir tohum olarak kullanılabilir,” diyor biyonanobilim profesörü Marie-Eve Aubin-Tam Delft’te. “Bu, malzemenin sahada tohumlanabileceği uzak alanlarda, hatta uzayda bile uygulamalara kapı açıyor.”