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Engineering homeostasis into living materials

Description du projet

Un nouvel «organe» homéostatique pour les matériaux vivants d’ingénierie

Des systèmes d’ingénierie de toutes sortes sont conçus pour conserver leurs propriétés face aux changements environnementaux. Les revêtements physiques ou chimiques résistants à la température ou à l’humidité en sont des exemples simples. Ces constructions ne sont pas adaptables mais plutôt stables, avec un déclin indiscernable de la fonction au fil du temps en raison de l’usure et des dommages. La véritable homéostasie, l’adaptation à l’environnement pour ramener un point de consigne à la valeur souhaitée malgré les fluctuations, fait défaut aux matériaux d’ingénierie, voire aux matériaux vivants d’ingénierie. Le projet STEADY, financé par l’UE, prévoit de combler cette lacune grâce à un système homéostatique modulaire composé d’un capteur, d’un contrôleur et d’un actionneur qui agiront de concert pour diriger un matériau vers son point de consigne souhaité.

Objectif

Engineered Living Materials (ELMs) are dynamically emerging at the intersection of synthetic biology and materials sciences and are providing solutions in a rapidly growing number of application fields. Current areas of application comprise, for example, biomedicine, textiles, sensors, soft robotics, electronics, or construction materials. From a conceptual point of view, ELMs provide the opportunity of endowing materials with properties and functions long sought for in materials sciences, such as adaptivity and interactivity, evolvability, hierarchical design, self-reproduction, energy harvesting from the environment, synthesis from renewable resources, as well as biodegradability. Despite intensive research, however, a key defining property of life is largely missing in ELMs, that is homeostasis. Homeostasis is the ability of a system to maintain an inner steady state despite external fluctuations that impact this state. For example, mammals maintain a constant body temperature despite varying external temperatures. In STEADY, we will develop and test the concept of engineering homeostasis into living materials. To this aim, we will develop three genetically encoded modules, (i) a sensor to sense the actual state of a specific mechanical property of the material, (ii) a controller to process the sensor signal, and (iii) an actuator, that, based on the controller’s output, steers the material towards the setpoint. The design of the homeostatic system will be highly modular, so that the sensor and actuator can be adapted in order to maintain homeostasis for other properties or functions of the material. The tools developed here are not restricted to ELMs but may also be used to confer homeostasis to polymer-based soft materials with regard to maintaining a desired feature. Thus, STEADY will open novel opportunities for engineering materials to be robust and resilient to changing environmental conditions.

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Institution d’accueil

LEIBNIZ-INSTITUT FUER NEUE MATERIALIEN GEMEINNUETZIGE GMBH
Contribution nette de l'UE
€ 2 358 250,00
Adresse
CAMPUS D2 2
66123 Saarbruecken
Allemagne

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Région
Saarland Saarland Regionalverband Saarbrücken
Type d’activité
Research Organisations
Liens
Coût total
€ 2 358 250,00

Bénéficiaires (2)