„Stellen Sie sich vor, Gebäude zu schaffen, die sich selbst heilen“, sagte Dr. Datta.
Für Dr. Joshi könnte die beste Analogie die Verwandlung eines Samenkorns in einen Baum sein. Ein Samen hat alle Informationen, die er braucht, um die Energie der Sonne zu ernten und sein Wachstum und seine Entwicklung zu etwas so Komplexem und Großartigem wie einem Baum zu organisieren. In einem manipulierten lebenden System könnte eine einzelne manipulierte Zelle wie ein Samen funktionieren.
Mikroben allein sind nicht gut darin, klar definierte Formen in drei Dimensionen zu erzeugen. „Denken Sie an Teichabschaum“, sagte Dr. Joshi. „Das ist die Komplexität, mit der Bakterien sich wohl fühlen, wenn es um die Herstellung von Formen geht.“
Typischerweise beruhen mikrobielle Tinten auf einem Polymergerüst, um ihre schaumigen Formen zu versteifen. Polymere haben jedoch ihre eigenen Grenzen und können die mechanischen Eigenschaften der Tinte auf unerwünschte Weise verändern, sagte Dr. Datta. Außerdem müssen die Polymere biokompatibel sein, damit die Mikroben nicht absterben. Und synthetische Polymere wie Polyethylen werden aus Erdöl gewonnen und sind nicht erneuerbar.
Der Verzicht auf Polymere und die ausschließliche Verwendung von Mikroben „bietet eine viel bessere Einstellbarkeit dessen, was Sie drucken können“, sagte R. Kōnane Bay, ein Physiker für weiche Materie und angehender Assistenzprofessor an der University of Colorado Boulder, der nicht an der Forschung beteiligt war.
Viele technisch hergestellte lebende Materialien liegen in Form von Hydrogelen vor, Strukturen, die wie Gelatine große Mengen Wasser aufnehmen können. Im Jahr 2018 haben Dr. Joshi und Anna Duraj-Thatte, Ingenieurin an der Virginia Tech und Autorin des neuen Papiers, erfolgreich ein Hydrogel vollständig aus E. coli hergestellt, das wachsen und sich regenerieren kann.
Obwohl das Hydrogel durch eine Spritze gepresst werden konnte, war es nicht steif genug, um alleine zu stehen. „Sie konnten keine Strukturen erstellen“, sagte Dr. Duraj-Thatte.
Die Forscher mussten die Substanz festigen. „Wir haben diese Strategie entwickelt, bei der wir Fibrin verwenden, ein Polymer, das bei der Blutgerinnung beim Menschen und vielen anderen Tieren verwendet wird“, sagte Teammitglied Avinash Manjula-Basavanna, der die Arbeit als Forscher an der Harvard University abgeschlossen hatte.