Ob Maschine, Gebäude oder Flugzeug: Es ist immer hilfreich zu wissen, ob ein Bauteil mechanischer Belastung ausgesetzt ist. Ein neues Material nutzt integrierte lichtemittierende Algen, um Inspektoren schnell und einfach zu informieren. Die experimentelle Substanz, die von Wissenschaftlern der University of California in San Diego entwickelt wurde, besteht hauptsächlich aus algenbasierten Polymeren, sogenannten Alginaten, kombiniert mit lebenden, einzelligen Algen, sogenannten Dinoflagellaten. Es enthält außerdem ein Polymer namens Poly(ethylenglykol)diacrylat, das ihm hilft, hohen Belastungen standzuhalten.

Bild einer teilweise 3D-gedruckten Struktur aus biolumineszierenden Materialien/UC San Diego Jacobs School of Engineering

Im Meer erzeugen Dinoflagellaten Lichtblitze, um Raubtiere abzuschrecken. In kleinen 3D-gedruckten Strukturen aus dem neuen Material leuchten sie auch, wenn das Material gequetscht, gedehnt oder gedreht wird – je größer die mechanische Belastung, desto heller das Licht.

Wichtig ist, dass mechanische Spannungssensoren aus diesem Material keine Stromversorgung oder Elektronik benötigen. Dennoch benötigen Dinoflagellaten für die Photosynthese regelmäßige Hell-Dunkel-Zyklen – die aus dem Licht gewonnene Energie wird genutzt, um im Dunkeln Biolumineszenz zu erzeugen. Bisher sind die 3D-gedruckten Strukturen wartungsarm und können unter „harten Bedingungen“ etwa fünf Monate lang funktionieren.

Nach einer Weiterentwicklung ist es denkbar, dass dieses Material auch in Bereichen wie Soft-Robotik oder medizinischen Implantaten Anwendung finden könnte, die Lichtsignale nutzen, um Wirkstoffe freizusetzen oder Behandlungen durchzuführen.

„Die aktuelle Arbeit zeigt eine einfache Möglichkeit, lebende und nicht lebende Komponenten zu kombinieren, um neue Materialien zu schaffen, die sich selbst erhalten und empfindlich auf grundlegende mechanische Reize in der Natur reagieren“, sagte Chenghai Li, Doktorand im Labor von Professor Shengqiang Cai, dem leitenden Autor der Studie.

Ein Artikel über die Forschung wurde kürzlich in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht. Im Video unten sehen wir eine Struktur aus diesem leuchtenden Material.