Materiale vivente stampato in 3D per la purificazione dell’acqua
Materiale vivente stampato in 3D per la purificazione dell’acquaUn team di ricercatori dell’Università della California (UCSD) ha sviluppato un metodo innovativo per creare un “materiale vivente” stampato in 3D in grado di rimuovere i contaminanti organici dall’acqua, rendendola potabile. Questa scoperta rappresenta un passo avanti significativo nel campo della scienza dei materiali e della biologia sintetica, con un potenziale ecologico e sostenibile.
Il potenziale del materiale vivente
Secondo le stime, almeno 2,2 miliardi di persone in tutto il mondo non hanno accesso all’acqua potabile e 400 milioni sono costrette a prelevare acqua da pozzi e sorgenti non protetti, o a raccoglierla direttamente da laghi, stagni, fiumi e ruscelli senza alcun trattamento preliminare. Questo comporta un alto rischio di contrarre numerose malattie. Di conseguenza, l’importanza di questo progresso scientifico è evidente, soprattutto per le opportunità future che offre, contribuendo a garantire un accesso universale ed equo all’acqua sicura e accessibile.
Un nuovo approccio alla purificazione dell’acqua
Il team di ricerca ha sviluppato un “materiale vivente” combinando un materiale polimerico con un sistema biologico. Questo materiale vivente può funzionare e rispondere a stimoli in modi che i materiali sintetici normali non possono. Il risultato è un materiale che può pulire i contaminanti dall’acqua.
Creazione di un materiale vivente per la pulizia dell’acqua
Il team di ricerca ha utilizzato la stampa 3D per creare un materiale biocomposito di cianobatteri in grado di produrre molteplici risultati funzionali in risposta a uno stimolo chimico esterno. Hanno dimostrato i vantaggi dell’uso di tecniche di fabbricazione additiva per controllare la forma del materiale fotosintetico prodotto.
Il processo di purificazione dell’acqua
Modificazione genetica delle cianobatterie
Per la prova di concetto iniziale, i ricercatori hanno utilizzato un riboswitch sintetico per regolare l’espressione di una proteina indicatrice fluorescente gialla in Synechococcus elongatus PCC 7942, all’interno di una matrice di idrogel. Hanno modificato una ceppo di S. elongatus per produrre un enzima laccasi ossidativo, che può essere utilizzato per neutralizzare alcuni contaminanti organici come antibiotici, farmaci, coloranti, ecc. In questo caso, i ricercatori hanno dimostrato che il loro biomateriale era in grado di “decontaminare” l’acqua dal colorante indigo carminio.
Utilizzo di un polimero naturale derivato dalle alghe marine
I ricercatori hanno utilizzato un polimero naturale derivato dalle alghe marine, l’alginate, che è stato idratato per ottenere un gel. Hanno poi mescolato questo gel con cianobatteri, un tipo di batteri fotosintetici che vivono nell’acqua, precedentemente modificati geneticamente per produrre un enzima in grado di trasformare i contaminanti organici in molecole innocue. In questo modo, sono stati in grado di decolorare un comune inquinante dei coloranti tessili.
Minimizzazione dell’impatto ambientale
Autodistruzione delle cellule
Queste cellule sono progettate per una morte cellulare indotta, al fine di eliminare la loro presenza una volta che la loro attività non è più necessaria, ovvero quando hanno terminato il loro lavoro. Questa funzione è molto importante per la biocontenimento e la minimizzazione dell’impatto ambientale.
Stampa 3D del materiale vivente
La miscela ottenuta come “materiale vivente” è stata infine introdotta in una stampante 3D, permettendo ai ricercatori di sperimentare diverse geometrie per trovare il design più efficiente. Hanno concluso che la struttura che meglio si adattava alle loro esigenze era una griglia. Questa forma è stata scelta perché ha un alto rapporto superficie-volume, il che pone la maggior parte dei cianobatteri vicino alla superficie del materiale per accedere a nutrienti, gas e luce. L’aumento della superficie rende il materiale più efficace durante il suo lavoro di “decontaminazione”.