Des « matériaux vivants » artificiels pourraient un jour aider à nettoyer los angeles air pollution de l’eau

L. a. air pollution de l’eau est une préoccupation croissante à l’échelle mondiale, des recherches estimant que les industries chimiques déversent chaque année entre 300 et 400 mégatonnes (600 à 800 milliards de livres) de déchets industriels dans les plans d’eau.

En tant qu’équipe de scientifiques des matériaux, nous travaillons sur un « matériau vivant » qui pourrait transformer les colorants chimiques polluants de l’industrie textile en matériaux inoffensifs.

L. a. air pollution de l’eau est un problème environnemental et humanitaire qui peut affecter à los angeles fois les écosystèmes et los angeles santé humaine. Nous espérons que le matériel que nous développons sera l’un des outils disponibles pour aider à lutter contre ce problème.

Ingénierie los angeles matière vivante

Le « matériau vivant artificiel » sur lequel notre équipe travaille contient des bactéries programmées intégrées dans un hydrogel mou. Nous avons d’abord publié un record de recherche démontrant l’efficacité potentielle de cette substance dans Communications naturelles En août 2023.

L’hydrogel qui constitue los angeles base du matériau a des propriétés similaires à celles du Jell-O, étant doux et composé principalement d’eau. Notre hydrogel est composé d’un polymère naturel et biodégradable à base d’algues appelé alginate, un ingrédient courant dans certains aliments.

L’hydrogel d’alginate fournit un solide soutien body aux cellules bactériennes, de los angeles même manière que les tissus soutiennent les cellules du corps humain. Nous avons intentionnellement choisi ce matériau pour que les bactéries que nous avons plantées puissent se développer et prospérer.

Nous avons choisi l’alginate extrait d’algues comme matériau de base automotive il est poreux et peut retenir l’eau. Il permet également aux cellules bactériennes de puiser les nutriments du milieu environnant.

Après avoir préparé l’hydrogel, nous avons incorporé dans le gel des bactéries photosynthétiques – ou captant los angeles lumière du soleil – appelées cyanobactéries.

Les cyanobactéries présentes dans le matériau doivent encore absorber los angeles lumière et le dioxyde de carbone pour effectuer los angeles photosynthèse, ce qui les maintient en vie. L’hydrogel était suffisamment poreux pour permettre cela, mais pour rendre los angeles formation aussi efficace que conceivable, nous avons imprimé le gel en 3D dans des formes personnalisées : grilles et nids d’abeilles. Ces constructions ont un rapport floor/quantity plus élevé, permettant à davantage de lumière, de dioxyde de carbone et de nutriments de pénétrer dans le matériau.

Les cellules étaient satisfaites de cette géométrie. Nous avons observé une croissance cellulaire et une densité plus élevées au fil du temps dans les gels d’alginate dans des constructions maillées ou en nid d’abeille par rapport à los angeles forme du disque virtuel.

Nettoyage des colorants

Comme toutes les autres bactéries, les cyanobactéries possèdent différents circuits génétiques, qui indiquent aux cellules quels résultats produire. Notre équipe a génétiquement modifié l’ADN bactérien pour que les cellules produisent une enzyme spécifique appelée laccase.

L’enzyme laccase produite par les cyanobactéries agit en effectuant une réaction chimique avec un contaminant qui los angeles transforme en une forme qui n’est plus lively. En rompant les liaisons chimiques, il peut se transformer en polluant toxique et non toxique. L’enzyme est régénérée à los angeles fin de los angeles réaction et est libérée pour compléter d’autres réactions.

Une fois que nous avons incorporé ces cyanobactéries productrices de laccase dans l’hydrogel d’alginate, nous les avons placées dans une resolution d’un colorant industriel contaminé pour voir si elles pouvaient nettoyer le colorant. Dans ce check, nous voulions voir si notre matériau pouvait modifier los angeles construction d’un pigment pour qu’il passe de coloré à incolore. Mais, dans d’autres cas, los angeles substance peut modifier sa construction chimique de toxique à non toxique.

Le colorant que nous avons utilisé, le carmin d’indigo, est un polluant courant des eaux usées industrielles et se trouve couramment dans l’eau à proximité des usines textiles – et constitue le main colorant des denims. Nous avons constaté que notre matériau élimine toute los angeles couleur de los angeles majeure partie du colorant en 10 jours environ.

C’est une bonne nouvelle, mais nous voulions nous assurer que notre matériau n’ajoutait pas de déchets à l’eau polluée en filtrant les cellules bactériennes. Nous avons donc également conçu des bactéries pour qu’elles produisent une protéine vulnerable d’endommager los angeles membrane cellulaire de los angeles bactérie, un kill transfer programmable.

Le circuit génétique a été programmé pour répondre à un produit chimique inoffensif appelé théophylline, que l’on trouve couramment dans los angeles caféine, le thé et le chocolat. En ajoutant de los angeles théophylline, on peut détruire à volonté les cellules bactériennes.

Le domaine des matériaux vivants modifiés est toujours en évolution, mais cela signifie qu’il existe de nombreuses opportunités de développer de nouveaux matériaux contenant des composants vivants et non vivants.

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