ENGINEERINGNET.BE - De belangrijkste ingrediënten van de bioluminiscente materialen zijn dinoflagellaten, een eencellige algensoort, en een polymeer uit zeewier dat alginaat heet.
De elementen werden gemengd in een oplossing dat in een 3D-printer werd omgezet naar allerlei vormen, zoals roosters, spiralen, spinnenwebben, ballen, blokken en piramide-achtige structuren.
Als de materialen onderworpen worden aan samendrukken, uitrekken of draaien, reageren de dinoflagellaten erin door licht uit te zenden. Die reactie is vergelijkbaar met wat er in de oceaan gebeurt als dinoflagellaten lichtflitsjes produceren als onderdeel van een beschermingsstrategie tegen roofdieren.
In tests gloeiden de materialen op wanneer de onderzoekers erop drukten of patronen tekenden op het oppervlak. De materialen waren zelfs gevoelig genoeg om onder het gewicht van een schuimrubberen bal die over het oppervlak rolde op te lichten.
Hoe groter de uitgeoefende druk, hoe helderder het gloeien werd. De onderzoekers wisten dit gedrag kwantitatief te beschrijven, en ontwikkelden een wiskundig model dat de intensiteit van de gloed kan voorspellen op basis van de grootte van de mechanische spanning die wordt uitgeoefend.
De onderzoekers ontwikkelden ook technieken om de materialen bestendig te maken tegen verschillende experimentele omstandigheden. Om de materialen te versterken zodat ze substantiële mechanische lading kunnen weerstaan, werd een tweede polymeer, poly (ethyleen glycol) diacrylaat, toegevoegd aan het oorspronkelijke mengsel.
Ook zorgde het aanbrengen van een laagje van een uitrekbare rubberachtige polymeer voor bescherming in zure en basische oplossingen. Zo konden de materialen tot vijf maanden in zeewater worden opgeslagen zonder hun vorm of bioluminiscente eigenschappen te verliezen.
Om te blijven werken, hebben de dinoflagellaten in de materialen periodieke cycli van licht en duisternis nodig. Gedurende de lichte fase gebruiken ze fotosynthese om voedsel en energie te produceren, die in de donkere fase gebruikt worden om licht uit te zenden als mechanische spanning wordt uitgeoefend.
"Het nieuwe werk toont een eenvoudige methode om levende organismen te combineren met niet-levende componenten om zo nieuwe materialen te maken die zichzelf in stand houden en die gevoelig zijn voor mechanische prikkels die in de natuur voorkomen," zegt promovendus Chenghai Li van de University of California.
De materialen kunnen mogelijk gebruikt worden als mechanische sensoren om druk of spanning te meten. Of in zachte robotica en medische apparaten die lichtsignalen gebruiken om een behandeling uit te voeren of gecontroleerd medicijnen toe te dienen.
Aan dit onderzoek werkte ook de Nederlandse Universiteit van Amsterdam mee.
