Aalto-yliopisto

Tutkijat valjastivat bakteerit sokerilla ja proteiinilla käyviksi 3D-tulostimiksi

Jaa

Bakteerit muodostivat räätälöityjä nanonselluloosarakenteita äärimmäisen vettähylkivän pinnan ohjaamina. Ainutlaatuista materiaalia voidaan käyttää esimerkiksi kudosvaurioiden korjaamisessa.

Mikroskooppikuva bakteerien valmistamasta nanoselluloosamateriaalista. Kuitujen asettumista ohjattiin säätelemällä bakteerien hapensaantia. Kuva: Luiz Greca / Aalto-yliopisto
Mikroskooppikuva bakteerien valmistamasta nanoselluloosamateriaalista. Kuitujen asettumista ohjattiin säätelemällä bakteerien hapensaantia. Kuva: Luiz Greca / Aalto-yliopisto

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 esimerkiksi 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.

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.

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.

Linkki julkaisuun

Bakteerit muodostivat räätälöityjä nanonselluloosarakenteita äärimmäisen vettähylkivän pinnan ohjaamina.

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Tohtorikoulutettava Luiz Greca
puh. 050 384 1761
luiz.greca@aalto.fi

Professori Orlando Rojas
puh. 050 512 4227
orlando.rojas@aalto.fi

Kuvat

Mikroskooppikuva bakteerien valmistamasta nanoselluloosamateriaalista. Kuitujen asettumista ohjattiin säätelemällä bakteerien hapensaantia. Kuva: Luiz Greca / Aalto-yliopisto
Mikroskooppikuva bakteerien valmistamasta nanoselluloosamateriaalista. Kuitujen asettumista ohjattiin säätelemällä bakteerien hapensaantia. Kuva: Luiz Greca / Aalto-yliopisto
Lataa
Bakteerien valmistama, verisuonia jäljittelevä rakenne. Kuva: Valeria Azovskaya
Bakteerien valmistama, verisuonia jäljittelevä rakenne. Kuva: Valeria Azovskaya
Lataa

Linkit

Tietoja julkaisijasta

Aalto-yliopisto
Aalto-yliopisto
PL 18000
00076 AALTO

09 47001, viestinta@aalto.fihttp://aalto.fi

Aalto-yliopisto. Kohti parempaa maailmaa. Aalto-yliopisto on rohkeiden ajattelijoiden yhteisö, jossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Tunnistamme ja ratkaisemme yhteiskunnan suuria haasteita ja rakennamme innovatiivista tulevaisuutta. Yliopistossa on kuusi korkeakoulua, 12 000 opiskelijaa ja 400 professoria. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat mediatiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme