Biocomposite thermoplastic polyurethanes containing evolved bacterial spores as living fillers to facilitate polymer disintegration

生物复合材料 热塑性塑料 材料科学 聚合物 复合材料 极限抗拉强度 挤压 韧性 热塑性聚氨酯 复合数 弹性体
作者
Han Sol Kim,Myung Hyun Noh,Evan M. White,Michael V. Kandefer,Austin F. Wright,Debika Datta,Hyun Gyu Lim,Ethan Smiggs,Jason Locklin,Md Arifur Rahman,Adam M. Feist,Jonathan K. Pokorski
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:15
标识
DOI:10.1038/s41467-024-47132-8
摘要

The field of hybrid engineered living materials seeks to pair living organisms with synthetic materials to generate biocomposite materials with augmented function since living systems can provide highly-programmable and complex behavior. Engineered living materials have typically been fabricated using techniques in benign aqueous environments, limiting their application. In this work, biocomposite fabrication is demonstrated in which spores from polymer-degrading bacteria are incorporated into a thermoplastic polyurethane using high-temperature melt extrusion. Bacteria are engineered using adaptive laboratory evolution to improve their heat tolerance to ensure nearly complete cell survivability during manufacturing at 135 °C. Furthermore, the overall tensile properties of spore-filled thermoplastic polyurethanes are substantially improved, resulting in a significant improvement in toughness. The biocomposites facilitate disintegration in compost in the absence of a microbe-rich environment. Finally, embedded spores demonstrate a rationally programmed function, expressing green fluorescent protein. This research provides a scalable method to fabricate advanced biocomposite materials in industrially-compatible processes.

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