Bo novi supermaterial lahko nadomestil plastiko?

Znanstveniki z Univerze Rice in Univerze v Houstonu so odkrili način, kako naravni bakterijski celuloz spremeniti v izjemno močan in večfunkcionalen material, ki bi lahko dolgoročno nadomestil okolju škodljivo plastiko. Plastični odpadki namreč predstavljajo ogromno ekološko težavo, saj z razpadanjem v mikroplastiko sproščajo strupene snovi. Kot trajnostno alternativo je ekipa pod vodstvom Muhammada Maksuda Rahmana, docenta na Univerzi v Houstonu in izrednega docenta na Univerzi Rice, raziskala bakterijski celuloz, ki velja za enega najčistejših in najbolj razširjenih naravnih biopolimerov na Zemlji.

V študiji, objavljeni v reviji Nature Communications, so opisali skalabilen proizvodni proces v enem koraku. Ker vlakna bakterijskega celuloza običajno rastejo v naključnih in neurejenih vzorcih, je njihova trdnost omejena. Prvi avtor študije in doktorski študent na Univerzi Rice, M.A.S.R. Saadi, je pojasnil, da so razvili poseben rotacijski bioreaktor. Ta z uporabo nadzorovane dinamike tekočin usmerja gibanje bakterij med njihovo rastjo, s čimer natančno poravna celulozne nanofibrile v določeno smer. Rezultat discipline bakterij so plošče z natezno trdnostjo do 436 megapaskalov.

Znanstveniki so med sintezo v strukturo dodali še nano-plošče boronovega nitrida in ustvarili hibridni material, katerega trdnost se je povečala na približno 553 megapaskalov. Ta prilagojeni material je pokazal tudi bistveno boljše termične lastnosti, saj toploto odvaja kar trikrat hitreje od običajnih vzorcev. Metoda omogoča enostavno integracijo različnih nanoskopskih dodatkov neposredno v celuloz, kar odpira pot prilagajanju lastnosti materiala za specifične potrebe.

Pri biološkem delu raziskave je sodeloval Shyam Bhakta z Univerze Rice, med soavtorji pa so navedeni še Pulickel Ajayan, Matthew Bennett in Matteo Pasquali. Raziskavo so finančno podprli National Science Foundation, U.S. Endowment for Forestry and Communities ter Welch Foundation. Ker je postopek enostopenjski in primeren za množično proizvodnjo, raziskovalci verjamejo v široko uporabnost. Novi prožni, zložljivi in prozorni materiali, ki dosegajo trdnost nekaterih kovin in stekla, bi lahko našli mesto v strukturnih materialih, sistemih za upravljanje toplote, tekstilu, zeleni elektroniki, pakiranju ter tehnologijah za shranjevanje energije.