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

Esiintyjiä tapahtumassa
Mediatiedotteet Julkaistu:

Sustainability Science Days keräsi ennätysyleisön – ensi vuonna tapahtumassa puhkaistaan kestävyyskupla

Suomen suurin kestävän kehityksen tutkimuksen ja innovaatioiden tapahtuma keräsi yhteen yli 1500 asiantuntijaa yli sadasta eri maasta. Tapahtuma järjestettiin Aalto-yliopistolla ja Helsingin yliopistolla tänä vuonna yhteistyössä maailman suurimman kestävän kehityksen kongressin, SRI:n kanssa.
vaalea-asuinen nainen istuu ikkunan edessä ja hymyilee
Nimitykset, Yliopisto Julkaistu:

Professori Maarit Salolainen: ”Tekstiilialan kestävyysongelmiin voidaan vastata monialaisen yhteistyön avulla”

Tekstiilisuunnittelun professori haluaa tiivistää yhteistyötä niin eri alojen tutkimuksen kuin yliopiston ja alan teollisuuden sekä jälleenmyyjien välillä, jotta muutos parempaan tapahtuu.
Vili Lehdonvirta, kuva:Mikko Raskinen, Aalto-yliopisto
Mediatiedotteet Julkaistu:

Lepääkö valtionhallinto kellarista löytyvien palvelimien vai Amazonin päällä? Vili Lehdonvirta tarkastelee kehitystä ajan ja pilvien yli

Tietotekniikan laitoksen professori Vili Lehdonvirta on saanut Euroopan tutkimusneuvoston Advanced Grant -rahoituksen. Sen suuruus on 2,5 miljoonaa euroa, ja hanke kestää viisi vuotta. Tutkimuksessaan Lehdonvirta kehittää menetelmiä, joiden avulla voidaan piirtää kartalle pilvi-imperiumien laajuus ja sijainti.
Tiny plant with text aside Unite! Seed Fund 2024
Palkinnot ja tunnustukset, Yhteistyö Julkaistu:

Unite! Seed Fund 2024: Aalto mukana 13 rahoitusta saaneessa hakemuksessa

Unite! Seed Fund -rahaston tavoitteena on kannustaa ja tukea opettajien, tutkijoiden ja opiskelijoiden yhteistyöhankkeita.