Uutiset

Tutkijat valjastivat bakteerit sokerilla ja proteiinilla käyviksi 3D-tulostimiksi

Bakteerit muodostivat räätälöityjä nanonselluloosarakenteita äärimmäisen vettähylkivän pinnan ohjaamina. Ainutlaatuista materiaalia voidaan käyttää esimerkiksi kudosvaurioiden korjaamisessa.
Bakteerien valmistamaa nanoselluloosaa
Mikroskooppikuva bakteerien valmistamasta nanoselluloosamateriaalista. Kuitujen asettumista ohjattiin säätelemällä bakteerien hapensaantia. Kuva: Luiz Greca

Äärimmäisen vettähylkivät eli superhydrofobiset pinnat torjuvat paitsi kosteutta myös likaa, pölyä ja erilaisia taudinaiheuttajia, kuten bakteereja.

Nyt Aalto-yliopiston tutkijat ovat hyödyntäneet superhydrofobisia pintoja saadakseen Komagataeibacter medellinensis -bakteerit tekemään nanoselluloosasta räätälöityjä, kolmiulotteisia rakenteita.

”Meillä oli tavallaan käytössämme miljardeja pienenpieniä 3D-tulostimia. Oikeilla raaka-aineilla ja ohjeilla ne osaavat tehdä erinomaisia materiaaleja”, tohtorikoulutettava Luiz Greca sanoo.

Vaikka bakteerien valmistaman yksittäisen nanoselluloosakuidun paksuus on vain hiuksen halkaisijan tuhannesosa, kuitujen muodostama rakenne on sekä vahva että sitkeä. Aiemmat tutkimukset ovat myös osoittaneet, että nanoselluloosa on bioyhteensopiva eli se ei aiheuta haittaa elimistölle. Tutkijat uskovatkin, että bakteerien kasvattamia nanoselluloosarakenteita voidaan käyttää tukirakenteina uusille kudoksille tai elimille.

”On kiehtovaa, miten jykeviä materiaaleja bakteerit pystyvät tuottamaan. Tutkimme parhaillaan, voisiko nanoselluloosamateriaaleja hyödyntää esimerkiksi ikääntymisestä johtuvien kudosvaurioiden hoidossa”, tutkimusryhmää johtava professori Orlando Rojas kertoo.

Tutkimuksen tulokset julkaistiin juuri ACS Nano -tiedelehdessä.

Bakteerien valmistama, verisuonia jäljittelevä rakenne. Kuva: Valeria Azovskaya
Bakteerien valmistama, verisuonia jäljittelevä rakenne. Kuva: Valeria Azovskaya

Happea piikkimatolla

Tutkijat laittoivat vettähylkiviksi pinnoitetut silikonimuotit kasvatusmaljoihin, joissa oli bakteerien ravintonaan käyttämää, sokeria ja proteiineja sisältävää vesiliuosta.

Koska Komagataeibacter medellinensis on aerobinen eli happea tarvitseva bakteeri, se suuntaa normaalisti kasvatusmaljassa liuoksen pinnalle ja rakentaa siihen nanoselluloosakuiduista ohuen kalvon eräänlaiseksi suojakilveksi.

Vettähylkivät hiukkaset taas muodostavat muotin pintaan piikkimattoa muistuttavan rakenteen. Vesiliuos lepää piikkien kärkien varassa, ja piikkien väliin jää ilmaa, jota kohti bakteerit hakeutuvat kasvattamaan nanoselluloosakuitujaan. Tutkijat säätivät paineen avulla ilmakerroksen paksuutta ja ohjasivat näin bakteerit kasvattamaan nanoselluloosakuituja haluttuun suuntaan. Lopputuloksena oli kulloisenkin muotin mallinen, kolmiulotteinen nanoselluloosarakennelma.

Nanoselluloosarakennelmien koko vaihteli halkaisijaltaan hiuksen kymmenesosasta jopa 20 senttimetriin. Tutkijat saivat bakteerit rakentamaan muun muassa keuhkorakkuloita jäljitteleviä rakenteita. Menetelmä mahdollistaa paitsi kuitujen suunnan ohjaamisen myös pinnan paksuuden ja muodon säätämisen, mikä on äärimmäisen tärkeää, kun materiaalia halutaan käyttää tukirakenteina tiettyjen lihasten ja aivojen kudosten korjaamisessa.

“Toivomme, että tulokset rohkaisevat sekä bakteereja hylkivien pintojen kanssa työskenteleviä että bakteerien avulla materiaaleja valmistavia tutkijoita”, sanoo tutkijatohtori Blaise Tardy.

Julkaisu:

Greca, L. G., Rafiee, M., Karakoç, A., Lehtonen, J., Mattos, B. D., Tardy, B. L., & Rojas, O. J. (2020). Guiding Bacterial Activity for Biofabrication of Complex Materials via Controlled Wetting of Superhydrophobic Surfaces. ACS Nano. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c03999

Lisätietoa

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:

Lue lisää uutisia

People at the campus
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

CESAER Task Force Openness of Science and Technology vierailee Aallossa

Aalto-yliopisto järjestää CESAER Task Force Openness of Science and Technologyn tapaamisen 16.–17.4.2024.
Kesäinen Otaniemen rantanäkymä, jossa Aalto-yliopiston logo ja tapahtuman nimi sekä VTT:n ja Avoimen tieteen logot.
Kampus, Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Avoimen tieteen ja tutkimuksen kesäpäivät 2024 järjestetään Aalto-yliopistossa

Aalto-yliopisto järjestää Avoimen tieteen ja tutkimuksen kesäpäivät 2024 yhdessä Avoimen tieteen ja tutkimuksen kansallisen koordinaation ja Teknologian tutkimuskeskus VTT:n kanssa.
Jukka Pekola, kuva: Riitta Supperi, Suomen Kulttuurirahasto
Palkinnot ja tunnustukset Julkaistu:

Jukka Pekolalle Suomen Kulttuurirahaston palkinto – ”kvantti kiinnostaa tiede- tai scifi-maailmaa laajemmin”

Professori Jukka Pekola saa Suomen Kulttuurirahaston palkinnon kvanttiteknologiatutkimuksen pitkäaikaisesta edistämisestä ja osallistumisesta ihmiskunnan haasteiden ratkaisemiseen.
Cone Calorimeter Testing
Tutkimus ja taide Julkaistu:

BIOSUOJA-hanke pelastaa ihmishenkiä kehittämällä biopohjaisia palonestopinnoitteita

Lahjakas ryhmä nuoria tutkijoita pyrkii tekemään puusta myrkyttömiä palonestoaineita.