Digitally Programmable Manufacturing of Living Materials Grown from Biowaste

材料科学 生物量(生态学) 形态发生 高能 生化工程 工艺工程 纳米技术 废物管理 化学 生物 生态学 工程类 生物化学 工程物理 基因
作者
Suitu Wang,Laura K. Rivera‐Tarazona,Mustafa K. Abdelrahman,Taylor H. Ware
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (17): 20062-20072 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.2c03109
摘要

Material manufacturing strategies that use little energy, valorize waste, and result in degradable products are urgently needed. Strategies that transform abundant biomass into functional materials form one approach to these emerging manufacturing techniques. From a biological standpoint, morphogenesis of biological tissues is a "manufacturing" mode without energy-intensive processes, large carbon footprints, and toxic wastes. Inspired by biological morphogenesis, we propose a manufacturing strategy by embedding living Saccharomyces cerevisiae (Baker's yeast) within a synthetic acrylic hydrogel matrix. By culturing the living materials in media derived from bread waste, encapsulated yeast cells can proliferate, resulting in a dramatic dry mass and volume increase of the whole living material. After growth, the final material is up to 96 wt % biomass and 590% larger in volume than the initial object. By digitally programming the cell viability through UV irradiation or photodynamic inactivation, the living materials can form complex user-defined relief surfaces or 3D objects during growth. Ultimately, the grown structures can also be designed to be degradable. The proposed living material manufacturing strategy cultured from biowaste may pave the way for future ecologically friendly manufacturing of materials.
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