Учените от университета „Райс“ и Университета в Хюстън са открили нов начин за повишаване на здравината и многофункционалността на бактериалната целулоза. Проучването им, публикувано в сп. Nature Communications, показва как чрез прост и мащабируем процес целулозните влакна могат да се подредят по време на растежа си, създавайки листове с впечатляваща здравина и полезни свойства.

Замърсяването с пластмаса е сериозен проблем, тъй като синтетичните полимери се разграждат до микропластмаси и отделят вредни химикали като бисфенол А (BPA), фталати и канцерогени. Изследователският екип, ръководен от Мухамад Максуд Рахман, се обърна към бактериалната целулоза като възможна алтернатива. Този естествен биополимер е в изобилие, чист и биоразградим.

Бактериалната целулоза вече има силни нанофибрилни градивни елементи, но пълният ѝ потенциал все още не е реализиран. Проблемът е, че влакната обикновено се образуват в произволни посоки, което отслабва материала. Друго предизвикателство е, че другите нанопълнители не се разпространяват лесно през гъстата триизмерна мрежа на целулозата.

За да реши този проблем, екипът проектира ротационен биореактор, който използва потока на течността, за да направлява бактериите. „Нашият подход включваше разработването на ротационен биореактор, който направлява движението на бактериите, произвеждащи целулоза, като подрежда движението им по време на растежа“, каза М.А.С.Р. Саади, първият автор на проучването и докторант в Райс. „Това подреждане значително подобрява механичните свойства на микробната целулоза, създавайки материал, който е толкова здрав, колкото някои метали и стъкла, но е гъвкав, сгъваем, прозрачен и екологичен.“

Уеднаквените целулозни листове достигнаха якост на опън от около 436 мегапаскала. Те бяха също така гъвкави, сгъваеми, прозрачни и стабилни във времето. Когато към хранителната среда бяха добавени нанолистове от борен нитрид, хибридният материал стана още по-здрав, с якост на опън до 553 мегапаскала. Той показа и по-добри термични характеристики, като разсейваше топлината три пъти по-бързо от контролните проби.

„Този динамичен подход към биосинтезата позволява създаването на по-здрави материали с по-голяма функционалност“, обяснява Саади. „Методът позволява лесното интегриране на различни наномащабни добавки директно в бактериалната целулоза, което дава възможност за персонализиране на свойствата на материала за конкретни приложения.“

Саади сравни процеса с „обучението на дисциплинирана бактериална група“, като обясни, че вместо да се движат хаотично, бактериите се насочват да се придвижват в определена посока, което синхронизира производството им на целулоза.

Изследователите смятат, че тази едноетапна стратегия, изградена отдолу нагоре, може да бъде мащабирана за промишлено приложение. Възможните приложения включват опаковки, текстил, конструкционни материали, термично управление, екологична електроника и съхранение на енергия.

„Тази работа е чудесен пример за интердисциплинарни изследвания на пресечната точка между науката за материалите, биологията и наноинженерството“, казва Рахман. Предвиждаме тези здрави, многофункционални и екологични бактериални целулозни листове да станат повсеместни, да заменят пластмасите в различни индустрии и да помогнат за смекчаване на щетите върху околната среда.“

Като се занимава с дългогодишните проблеми с подреждането на влакната и дифузията на пълнителя, проучването показва как бактериалната целулоза може да се превърне в здрав и адаптивен материал, предлагайки реалистичен път към намаляване на зависимостта от пластмасите.

Снимка: Unsplash

Виж още: Ако наскоро сте изтеглили тази популярна програма, вероятно сте инсталирали зловреден софтуер