Matières vivantes, qui sont fabriqués en logeant des cellules biologiques dans une matrice non vivante, ont gagné en popularité ces dernières années, car les scientifiques reconnaissent que les matériaux les plus robustes sont souvent ceux qui imitent la nature.

Pour la première fois, une équipe internationale de chercheurs de l'Université de Rochester et de l'Université de technologie de Delft aux Pays-Bas a utilisé des imprimantes 3D et une nouvelle technique de bio-impression pour imprimer des algues dans le vivant, matériaux photosynthétiques résistants et résistants. Le matériau a une variété d'applications dans l'énergie, médical, et les secteurs de la mode. La recherche est publiée dans la revue Matériaux fonctionnels avancés .

"L'impression tridimensionnelle est une technologie puissante pour la fabrication de matériaux fonctionnels vivants qui ont un potentiel énorme dans un large éventail d'applications environnementales et humaines." dit Srikkanth Balasubramanian, un associé de recherche postdoctoral à Delft et le premier auteur de l'article. "Nous fournissons le premier exemple d'un matériau photosynthétique conçu qui est suffisamment robuste physiquement pour être déployé dans des applications réelles."

Comment construire de nouveaux matériaux :composants vivants et non vivants

Pour créer les matériaux photosynthétiques, les chercheurs ont commencé avec une cellulose bactérienne non vivante, un composé organique produit et excrété par les bactéries. La cellulose bactérienne possède de nombreuses propriétés mécaniques uniques, y compris sa flexibilité, dureté, force, et la capacité de conserver sa forme, même tordu, écrasé, ou autrement physiquement déformé.

La cellulose bactérienne est comme le papier d'une imprimante, tandis que les microalgues vivantes agissent comme l'encre. Les chercheurs ont utilisé une imprimante 3D pour déposer des algues vivantes sur la cellulose bactérienne.

La combinaison de composants vivants (microalgues) et non vivants (cellulose bactérienne) a donné un matériau unique qui possède la qualité photosynthétique des algues et la robustesse de la cellulose bactérienne ; le matériau est résistant et résilient tout en étant respectueux de l'environnement, biodégradable, et simple et évolutif à produire. La nature végétale du matériau signifie qu'il peut utiliser la photosynthèse pour se "nourrir" sur des périodes de plusieurs semaines, et il est également capable d'être régénéré - un petit échantillon du matériau peut être cultivé sur place pour fabriquer plus de matériaux.

Feuilles artificielles, peaux photosynthétiques, et vêtements bio

Les caractéristiques uniques du matériau en font un candidat idéal pour une variété d'applications, y compris de nouveaux produits tels que les feuilles artificielles, peaux photosynthétiques, ou des bio-vêtements photosynthétiques.

Les feuilles artificielles sont des matériaux qui imitent les feuilles réelles en ce sens qu'elles utilisent la lumière du soleil pour convertir l'eau et le dioxyde de carbone - un des principaux moteurs du changement climatique - en oxygène et en énergie, un peu comme les feuilles pendant la photosynthèse. Les feuilles stockent l'énergie sous forme chimique sous forme de sucres, qui peuvent ensuite être convertis en carburants. Les feuilles artificielles offrent donc un moyen de produire de l'énergie durable dans des endroits où les plantes poussent mal, y compris les colonies de l'espace extra-atmosphérique. Les feuilles artificielles produites par les chercheurs de Delft et Rochester sont en outre fabriquées à partir de matériaux respectueux de l'environnement, contrairement à la plupart des technologies de feuilles artificielles actuellement en production, qui sont produits à l'aide de méthodes chimiques toxiques.

"Pour les feuilles artificielles, nos matériaux sont comme prendre les « meilleures parties » des plantes, les feuilles, qui peuvent créer une énergie durable, sans avoir besoin d'utiliser des ressources pour produire des parties de plantes - les tiges et les racines - qui ont besoin de ressources mais ne produisent pas d'énergie, " dit Anne S. Meyer, professeur agrégé de biologie à Rochester. "Nous fabriquons un matériau uniquement axé sur la production durable d'énergie."

Une autre application du matériau serait les peaux photosynthétiques, qui pourrait être utilisé pour les greffes de peau, dit Meyer. "L'oxygène généré aiderait à démarrer la guérison de la zone endommagée, ou il pourrait être capable d'effectuer une cicatrisation des plaies activée par la lumière."

En plus d'offrir une énergie durable et des traitements médicaux, les matières pourraient aussi changer le secteur de la mode. Les bio-vêtements fabriqués à partir d'algues résoudraient certains des effets négatifs sur l'environnement de l'industrie textile actuelle en ce qu'ils seraient des tissus de haute qualité qui seraient produits de manière durable et entièrement biodégradables. Ils travailleraient également à purifier l'air en éliminant le dioxyde de carbone par photosynthèse et n'auraient pas besoin d'être lavés aussi souvent que les vêtements conventionnels, réduire la consommation d'eau.

"Nos matériaux vivants sont prometteurs car ils peuvent survivre plusieurs jours sans accès à l'eau ni aux nutriments, et le matériau lui-même peut être utilisé comme une graine pour faire pousser de nouveaux matériaux vivants, " dit Marie-Ève ​​Aubin-Tam, professeur agrégé de bionanoscience à Delft. "Cela ouvre la porte à des applications dans des régions éloignées, même dans l'espace, où le matériel peut être ensemencé sur place.