Шаг вперед в поисках живых строительных материалов и не только

Определенные инженерные живые материалы могут сочетать в себе прочность обычных строительных материалов с быстродействием живых систем, сообщает spacedaily.

* Это не желе. * Этот блок “M” состоит из искусственно созданных бактерий и кремнезема – материала, обычно используемого в гипсе, – сшивающихся вместе. Пурпурный оттенок – это белок, вырабатываемый бактериями. Если “M” был бы поврежден, исследователи могли добавить питательные вещества, и любые трещины зажили бы сами.

Представьте самовосстанавливающийся бетон, краску, меняющую цвет при обнаружении определенного химического вещества, или материал, который может воспроизводиться и заполнять трещину при ее образовании. Это произведет революцию в строительстве и обслуживании с далеко идущими экономическими и экологическими последствиями.

Увидеть эту новую категорию адаптивных материалов на потребительских полках, возможно, будет нескоро. Тем не менее, критические ранние исследования Университета Миннесоты проливают новый свет на это захватывающее достижение, которое показывает многообещающие перспективы, выходящие за рамки строительных материалов, в том числе биомедицинских приложений.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, исследователи из Колледжа биологических наук демонстрируют, как превратить кремнезем – обычный материал, используемый в гипсе и других строительных материалах – в самособирающийся, динамичный и упругий материал.

В настоящее время большинство инженерных живых материалов полагается на добавление живого компонента в материал. Хотя этот аддитивный подход имеет свои преимущества, он не соответствует желаемому материалу – продукту, который растет, самоорганизуется и самовосстанавливается. Другим исследователям удалось создать бактерии для производства целевого материала, но они могли выжить только в идеальных лабораторных условиях. Это не повлияло бы на реальные приложения.

Исследователи под руководством Клаудии Шмидт-Даннерт, выдающегося профессора Макнайта с кафедры биохимии, молекулярной биологии и биофизики, использовали хорошо изученную и доброкачественную бактерию Bacillus subtilis, которая в неблагоприятных условиях бездействует и оживает в благоприятных условиях для роста. Эта черта сделала ее сильным кандидатом, так как будущие продукты в конечном итоге должны быть стабильными при хранении и легко активируемыми. Затем исследовательская группа разработала бактерии и изучила оптимальный подход для их интеграции в структуру кремнезема.

«Первый раз, когда мы увидели, что бактерии и диоксид кремния сшиваются и образуют жесткий материал, это было решающим моментом. В тот момент мы знали, что это работает», – говорит Шмидт-Даннерт.

Результаты обеспечивают основу для разработки новых инженерных живых материалов для покрытий и штукатурок, основных строительных материалов.

Команда исследователей Schmidt-Dannert начинает поиск новых исходных материалов. «Сейчас мы заинтересованы в том, чтобы выйти за рамки диоксида кремния, используя разные клетки – возможно, даже несколько типов клеток – для разработки новых инженерных живых материалов для целого ряда приложений».

Исследование финансировалось Министерством обороны – Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны – Программой инженерных живых материалов (номер контракта HR0011-17-2-0038).