Wetenschappers van de Universiteit van Freiburg hebben materiaalsystemen ontwikkeld die zijn samengesteld uit biologische componenten en polymere materialen en die informatie kunnen waarnemen en verwerken. Deze biohybride systemen zijn ontworpen om bepaalde functies uit te voeren, zoals de telsignaalpulsen om op het juiste moment bioactieve moleculen of medicijnen vrij te geven, of om enzymen en kleine moleculen zoals antibiotica in melk te detecteren. Het interdisciplinaire team presenteerde hun resultaten in enkele van de toonaangevende tijdschriften in het veld, inclusief Geavanceerde materialen en Materialen vandaag .

Levende systemen (zoals cellen en organismen) en elektrische systemen (zoals computers) reageren op verschillende invoerinformatie, en hebben diverse uitvoermogelijkheden. Echter, de fundamentele eigenschap die deze complexe systemen delen, is het vermogen om informatie te verwerken. In de laatste twee decennia, wetenschappers hebben de principes van elektrotechniek toegepast om levende cellen te ontwerpen en te bouwen die informatie waarnemen en verwerken en gewenste functies uitvoeren. Dit veld heet synthetische biologie, en het heeft veel opwindende toepassingen in de medische, biotechnologie, energie- en milieusectoren.

"Dankzij grote vooruitgang in ons begrip van de componenten en bedrading van biologische signaleringsprocessen, we zijn nu in een stadium waarin we biologische modules kunnen overzetten van synthetische biologie naar materialen, ", legt hoofdonderzoeker prof.dr. Wilfried Weber van de faculteit Biologie en het BIOSS Center for Biological Signalling Studies uit. Een cruciale stap in de ontwikkeling van deze slimme materiaalsystemen was om de activiteit van de biologische bouwstenen optimaal op elkaar af te stemmen. incompatibiliteit van afzonderlijke componenten kan het totale systeem doen crashen. De sleutel tot het overwinnen van deze uitdaging waren kwantitatieve wiskundige modellen ontwikkeld door Prof. Jens Timmer en Dr. Raphael Engesser van de Faculteit Wiskunde en Natuurkunde.

"Het mooie van deze op synthetische biologie geïnspireerde materiaalsystemen is hun veelzijdigheid, " zegt Hanna Wagner, de eerste auteur van een van de studies en een promovendus in de Spemann Graduate School of Biology and Medicine (SGBM). Het modulaire ontwerpconcept dat in deze onderzoeken naar voren is gebracht, biedt een blauwdruk voor het ontwerpen van biohybride materiaalsystemen die verschillende fysieke, chemische of biologische signalen en het uitvoeren van gewenste functies, zoals de versterking van signalen, het opslaan van informatie, of de gecontroleerde afgifte van bioactieve moleculen. Deze innovatieve materialen kunnen daarom brede toepassingen hebben in onderzoek, biotechnologie en geneeskunde.