VIDEO: Novi superčvrsti materijali od bakterija

Znanstvenici sa Sveučilišta Rice i Sveučilišta u Houstonu razvili su inovativan, skalabilan pristup pretvaranju bakterijske celuloze u visokočvrste, multifunkcionalne materijale. Studija, objavljena u časopisu Nature Communications, predstavlja tehniku dinamičke biosinteze koja poravnava vlakna bakterijske celuloze u stvarnom vremenu, što rezultira robusnim biopolimernim pločama s iznimnim mehaničkim svojstvima.

Zagađenje plastikom i dalje postoji jer se tradicionalni sintetički polimeri razgrađuju u mikroplastiku, oslobađajući štetne kemikalije poput bisfenola A (BPA), ftalata i karcinogena. Tražeći održive alternative, istraživački tim predvođen Muhammadom Maksudom Rahmanom, docentom strojarstva i zrakoplovnog inženjerstva na Sveučilištu u Houstonu i izvanrednim docentom znanosti o materijalima i nanoinženjeringa na Riceu, iskoristio je bakterijsku celulozu, jedan od najzastupljenijih i najčišćih biopolimera na Zemlji, kao biorazgradivu alternativu.

Bakterijska celulozna vlakna obično se formiraju nasumično, što ograničava njihovu mehaničku čvrstoću i funkcionalnost. Iskorištavanjem kontrolirane dinamike fluida unutar svog novog bioreaktora, istraživači su postigli 'in situ' poravnanje celuloznih nanofibrila, stvarajući listove s vlačnom čvrstoćom koja doseže i do 436 megapaskala, kao što možete vidjeti u ovom videu.

Štoviše, uključivanje nanoslojeva borovog nitrida tijekom sinteze rezultiralo je hibridnim materijalom s još većom čvrstoćom, oko 553 megapaskala i poboljšanim toplinskim svojstvima, pokazujući brzinu odvođenja topline tri puta veću od kontrolnih uzoraka.

„Proces sinteze je poput treniranja disciplinirane bakterijske kohorte“, objasnio je MASR Saadi, doktorand na Sveučilištu Rice. „Umjesto da se bakterije kreću nasumično, mi ih upućujemo da se kreću u određenom smjeru, čime precizno usklađujemo njihovu proizvodnju celuloze. Ovo disciplinirano kretanje i svestranost tehnike biosinteze omogućuju nam da istovremeno konstruiramo i poravnanje i multifunkcionalnost.“

Znanstvenici kažu da je ovaj rad izvrstan primjer interdisciplinarnog istraživanja na presjeku znanosti o materijalima, biologije i nanoinženjeringa i vjeruju da će ove jake, višenamjenske i ekološki prihvatljive bakterijske celulozne ploče postati sveprisutne, zamijeniti plastiku u raznim industrijama i pomoći u ublažavanju štete po okoliš.