Новоразработена техника за производство на бактериална целулоза може да доведе до здрави, многофункционални материали, способни да заменят пластмасите.

Ами ако следващото поколение високоефективни материали не произлиза от фабрика, пълна с пластмаси на петролна основа, а от живи бактерии?

Учени от университета "Райс" и Университета на Хюстън са разработили нов начин за превръщане на бактериалната целулоза в ултраздрав, многофункционален материал, който евентуално би могъл да замени пластмасите в продукти, вариращи от опаковки до електроника. Техните открития, публикувани в Nature Communications, описват мащабируем производствен процес, който насочва бактериите към изграждане на високоорганизирани целулозни структури със забележителна здравина и термични характеристики.

Пластмасовите отпадъци остават основен екологичен проблем, тъй като синтетичните пластмаси постепенно се разграждат на микропластмаси, които могат да отделят вредни вещества като бисфенол А (BPA), фталати и канцерогени. За да проучи по-устойчива алтернатива, екипът, ръководен от Мохамед Максуд Рахман, доцент по машинно и аерокосмическо инженерство в Университета в Хюстън, се фокусира върху бактериалната целулоза, един от най-чистите и най-разпространените естествени биополимери на Земята.

„Нашият подход включваше разработване на ротационен биореактор, който насочва движението на бактериите, произвеждащи целулоза, като подравнява движението им по време на растеж“, каза М.А.С.Р. Саади, първият автор на изследването и докторант по материалознание и наноинженерство в „Райс“. „Това подравняване значително подобрява механичните свойства на микробната целулоза, създавайки материал, толкова здрав, колкото някои метали и стъкла, но същевременно гъвкав, сгъваем, прозрачен и екологичен.“

Бактериалните целулозни влакна обикновено растат по произволни модели, което ограничава тяхната здравина и производителност. Използвайки контролирана флуидна динамика в специално проектиран биореактор, изследователите подредиха целулозни нанофибрили по време на растеж, произвеждайки листове с якост на опън до 436 мегапаскала.

Екипът добави и нанолистове от боров нитрид по време на синтеза, създавайки хибриден материал с още по-голяма якост от около 553 мегапаскала. Модифицираният материал също така показа подобрени термични свойства, разсейвайки топлината три пъти по-бързо от контролните проби.

„Този ​​подход на динамична биосинтеза позволява създаването на по-здрави материали с по-голяма функционалност“, каза Саади. „Методът позволява лесното интегриране на различни наномащабни добавки директно в бактериалната целулоза, което прави възможно персонализирането на свойствата на материала за специфични приложения.“

Тъй като процесът е мащабируем и се извършва в една стъпка, изследователите смятат, че той може да се използва в широк спектър от индустрии. Потенциалните приложения включват структурни материали, системи за управление на температурата, опаковки, текстил, зелена електроника и технологии за съхранение на енергия.

Снимка: Unsplash/University of Houston

Виж още: Oткриха огромен океан, приклещен на 700 км дълбочина под земната повърхност