Nature Materials: functionele materialen uit 3D-geprinte schimmels
Levende materialen zoals botten, hout of schimmels kunnen zich aanpassen aan hun omgeving. Ze kunnen zichzelf vernieuwen, versterken en zelfs genezen als de omstandigheden daarom vragen. Universitair hoofddocent Aerospace Structures and Materials dr. Kunal Masania onderzoekt hoe je dit uitzonderlijke aanpassingsvermogen uit de natuur kunt toepassen in functionele materialen, bijvoorbeeld voor gebruik in de luchtvaart. In het artikel in Nature Materials beschrijven Masania en André Studart van ETH Zurich hoe zij deze levende functionele materialen kunnen maken met 3D printtechnologie en het toevoegen van een netwerk van schimmeldraden.
Een levende en functionele huid
Door de mens gemaakte materialen degraderen en kunnen zich niet aanpassen of genezen zonder menselijk ingrijpen. Biologische materialen, zoals hout, schimmels en botten, kunnen dat wel. Ze passen zichzelf aan hun omgeving aan door te groeien, zichzelf te vernieuwen en schade te herstellen. Universitair hoofddocent Aerosace Structures and Materials dr. Kunal Masiana en zijn team onderzoeken hoe je dit aanpassingsvermogen van biologische organismen kunt toepassen in functionele materialen.
In een artikel in Nature Materials (december 2022) beschrijven ze hun onderzoek. Ze gebruikten een 3D-printer om een driedimensionaal raster te printen van een hydrogel die is verrijkt met de schimmel Ganoderma lucidum. Masania: “Schimmels zijn geëvolueerd om door de openingen tussen bodemdeeltjes te groeien, om zo hun signaleringsnetwerken te herbouwen.". Het zijn daarom ideale micro-organismen om structuren te creëren die gewend zijn om open ruimtes te overbruggen bij schade.” Net als schimmels op voedsel koloniseren deze schimmels zich. De metabole activiteit van de levende schimmelkolonie laat de geprinte structuur autonoom groeien en zichzelf vernieuwen wanneer het met voedingsstoffen in water in aanraking komt. In ongeveer 20 dagen ontwikkelt zich daaruit een levende, functionele huid, bijvoorbeeld te gebruiken voor een robot of grijparm, die enerzijds robuust is en anderzijds het vermogen heeft zichzelf te vernieuwen. Masania: “Als je de huid doorsnijdt, groeit het zelf weer aan”. Toekomstig onderzoek is nodig om meer inzicht te krijgen in dit gedrag, zodat het gebruikt kan worden in materialen voor ruimtevaarttoepassingen.
Luchtvaart
Op 31 januari 2023 maakte de Europese Commissie bekend dat Masania voor zijn onderzoek naar levende composietmaterialen een ERC Consolidator Grant krijgt toegewezen. Het gebruik van levende composieten kan op twee manieren een bijdrage leveren aan het verduurzamen van de luchtvaart. De nieuwe microstructuren maken het mogelijk om ander, duurzamer natuurlijk materiaal, zoals hout, te gebruiken. Maar daarnaast kan het zelfherstellende en aanpassende vermogen van de materialen strenge – en zware - veiligheidsmaatregelen overbodig maken en zorgen voor lichtere vliegtuigen.
Ons onderzoek naar levende, functionele materialen opent opwindende nieuwe wegen voor duurzame materialen en structuren voor toepassingen in mobiliteit, windenergie en ruimtevaart.
