13 февраля 2024 года журналист Сара Дероуин опубликовала на Live Science материал про разработку, которая смотрится как научная фантастика, но подкреплена вполне конкретным исследованием. Речь о биоматериале на основе пекарских дрожжей Saccharomyces cerevisiae, который можно напечатать на 3D-принтере в виде листов, панелей или занавесей. Исследование вышло 12 января 2024 года в журнале Advanced Functional Materials (издательство Wiley, DOI: 10.1002/adfm.202309876) и выполнено в MIT Media Lab, в рамках группы Mediated Matter.
Авторы работы — Патрик Гийом (ведущий автор), Сунанда Шарма, В. Майкл Бов-мл. и Нери Оксман, основательница бюро Oxman Architects, которая руководила группой Mediated Matter в Массачусетском технологическом институте. Оксман давно занималась идеей «выращивать дома, а не строить их», и эта работа — одна из конкретных попыток воплотить такую концепцию в виде измеримого результата.
Сам материал устроен довольно просто по составу: живые клетки Saccharomyces cerevisiae (обычные дикие, немодифицированные дрожжи, не ГМО) смешиваются с натриевым альгинатом — полисахаридом из бурых водорослей — в концентрации примерно 2–4% по массе/объёму. Эта смесь выдавливается через сопло принтера по методу прямого экструзионного письма (Direct Ink Writing, DIW). При контакте с раствором хлористого кальция (CaCl₂) альгинат мгновенно сшивается ионами кальция и превращается в гель, фиксируя форму. Клетки при этом остаются живыми внутри матрицы и продолжают метаболизировать глюкозу.
Жизнеспособность клеток в напечатанных образцах сохранялась более четырёх недель — это задокументированный минимум в рамках исследования, и авторы не исключают более долгого периода при правильном уходе. Дрожжи потребляют сахар и выделяют CO₂ и этанол. Концентрация этанола в тонких листах достаточно мала, чтобы не создавать пожарного риска и вести себя в рамках допустимых норм для жилых помещений. CO₂ выделяется в измеримых количествах, что открывает идею пассивного газообмена или даже пневматической активации структур без внешних насосов — дрожжи создают давление изнутри.
Почему именно дрожжи, а не бактерии, которых в ELM-исследованиях (Engineered Living Materials) обычно использовали раньше? E. coli или Bacillus subtilis в строительных биоматериалах создают практические проблемы: запах, биоплёнки, риски с эндотоксинами, регуляторные ограничения. Дрожжи — это другая история. FDA относит их к категории GRAS (Generally Recognized As Safe), они не патогенны, не производят слизи и не пахнут чем-то неприятным. «Это то, что уже есть у нас на кухне», — примерно такой была логика исследователей. Дрожжевой запах, конечно, присутствует — лёгкий хлебный или пивной аромат — но это совсем другое, чем запах живых бактериальных культур.
Механические свойства материала можно регулировать. Жёсткость зависит от концентрации альгината и плотности кальциевых сшивок. При правильных параметрах получаются свободностоящие конструкции толщиной 1–2 мм, достаточно устойчивые для архитектурного масштаба — скажем, для панели или занавеси. Материал реагирует на влажность и температуру: набухает и сжимается, что потенциально можно использовать для динамической фильтрации света или теплоизоляции через воздушные карманы. По истечении срока службы альгинат и дрожжи разлагаются полностью, без микропластика.
Предполагаемые области применения, которые команда рассматривала: настенные покрытия, шторы и занавеси, акустические панели с пористыми решётчатыми структурами, активная упаковка, реагирующая на порчу продукта, и мягкая робототехника, где дрожжевой CO₂ создаёт давление вместо компрессора. Для домашнего интерьера особенно интересна идея пассивной буферизации влажности и потенциальной фильтрации воздуха.
Но есть и честный список проблем. Дрожжи едят запасы сахара внутри матрицы, и без регулярного «кормления» (например, опрыскивания раствором сахарной воды) активность постепенно затухает. Альгинат растворяется при контакте с хелатирующими агентами или в условиях высокой влажности — это ограничивает использование в ванных и на кухнях без дополнительного защитного покрытия. Циклы набухания и усыхания со временем создают трещины. Принтеры типа DIW работают медленно, и напечатать занавески длиной в несколько метров займёт ощутимое время. Питательная среда в геле, если за ней не следить, может стать точкой роста плесени или посторонних бактерий.
Принципиальный вопрос — не столько техника, сколько культурное восприятие. Готовы ли люди жить рядом с обоями, которые дышат, ферментируют и требуют полива? Авторы пока используют дикий тип дрожжей, без генетических модификаций, но в будущем возможны варианты с хромопротеинами для смены цвета или другими функциями. Это поднимет уже регуляторные вопросы, особенно в Европе с её строгими нормами по ГМО. Пока же — обычные дрожжи, альгинат из водорослей, хлористый кальций и 3D-принтер. Довольно скромный набор для материала, который в перспективе хотят видеть на стенах жилых домов.
Авторы работы — Патрик Гийом (ведущий автор), Сунанда Шарма, В. Майкл Бов-мл. и Нери Оксман, основательница бюро Oxman Architects, которая руководила группой Mediated Matter в Массачусетском технологическом институте. Оксман давно занималась идеей «выращивать дома, а не строить их», и эта работа — одна из конкретных попыток воплотить такую концепцию в виде измеримого результата.
Сам материал устроен довольно просто по составу: живые клетки Saccharomyces cerevisiae (обычные дикие, немодифицированные дрожжи, не ГМО) смешиваются с натриевым альгинатом — полисахаридом из бурых водорослей — в концентрации примерно 2–4% по массе/объёму. Эта смесь выдавливается через сопло принтера по методу прямого экструзионного письма (Direct Ink Writing, DIW). При контакте с раствором хлористого кальция (CaCl₂) альгинат мгновенно сшивается ионами кальция и превращается в гель, фиксируя форму. Клетки при этом остаются живыми внутри матрицы и продолжают метаболизировать глюкозу.
Жизнеспособность клеток в напечатанных образцах сохранялась более четырёх недель — это задокументированный минимум в рамках исследования, и авторы не исключают более долгого периода при правильном уходе. Дрожжи потребляют сахар и выделяют CO₂ и этанол. Концентрация этанола в тонких листах достаточно мала, чтобы не создавать пожарного риска и вести себя в рамках допустимых норм для жилых помещений. CO₂ выделяется в измеримых количествах, что открывает идею пассивного газообмена или даже пневматической активации структур без внешних насосов — дрожжи создают давление изнутри.
Почему именно дрожжи, а не бактерии, которых в ELM-исследованиях (Engineered Living Materials) обычно использовали раньше? E. coli или Bacillus subtilis в строительных биоматериалах создают практические проблемы: запах, биоплёнки, риски с эндотоксинами, регуляторные ограничения. Дрожжи — это другая история. FDA относит их к категории GRAS (Generally Recognized As Safe), они не патогенны, не производят слизи и не пахнут чем-то неприятным. «Это то, что уже есть у нас на кухне», — примерно такой была логика исследователей. Дрожжевой запах, конечно, присутствует — лёгкий хлебный или пивной аромат — но это совсем другое, чем запах живых бактериальных культур.
Механические свойства материала можно регулировать. Жёсткость зависит от концентрации альгината и плотности кальциевых сшивок. При правильных параметрах получаются свободностоящие конструкции толщиной 1–2 мм, достаточно устойчивые для архитектурного масштаба — скажем, для панели или занавеси. Материал реагирует на влажность и температуру: набухает и сжимается, что потенциально можно использовать для динамической фильтрации света или теплоизоляции через воздушные карманы. По истечении срока службы альгинат и дрожжи разлагаются полностью, без микропластика.
Предполагаемые области применения, которые команда рассматривала: настенные покрытия, шторы и занавеси, акустические панели с пористыми решётчатыми структурами, активная упаковка, реагирующая на порчу продукта, и мягкая робототехника, где дрожжевой CO₂ создаёт давление вместо компрессора. Для домашнего интерьера особенно интересна идея пассивной буферизации влажности и потенциальной фильтрации воздуха.
Но есть и честный список проблем. Дрожжи едят запасы сахара внутри матрицы, и без регулярного «кормления» (например, опрыскивания раствором сахарной воды) активность постепенно затухает. Альгинат растворяется при контакте с хелатирующими агентами или в условиях высокой влажности — это ограничивает использование в ванных и на кухнях без дополнительного защитного покрытия. Циклы набухания и усыхания со временем создают трещины. Принтеры типа DIW работают медленно, и напечатать занавески длиной в несколько метров займёт ощутимое время. Питательная среда в геле, если за ней не следить, может стать точкой роста плесени или посторонних бактерий.
Принципиальный вопрос — не столько техника, сколько культурное восприятие. Готовы ли люди жить рядом с обоями, которые дышат, ферментируют и требуют полива? Авторы пока используют дикий тип дрожжей, без генетических модификаций, но в будущем возможны варианты с хромопротеинами для смены цвета или другими функциями. Это поднимет уже регуляторные вопросы, особенно в Европе с её строгими нормами по ГМО. Пока же — обычные дрожжи, альгинат из водорослей, хлористый кальций и 3D-принтер. Довольно скромный набор для материала, который в перспективе хотят видеть на стенах жилых домов.
