Entwicklung neuer Materialien, die so stark wie Metall und so flexibel wie Kunststoff sind

Einer Gruppe amerikanischer Wissenschaftler ist es gelungen, ein neues Material zu entwickeln, das so haltbar wie Metall, so transparent wie Glas und so flexibel wie Kunststoff ist, dabei aber völlig unschädlich für die Umwelt.

Dank seiner Fähigkeit, sich seine Form zu merken und sich bei Wärmeeinwirkung selbst zu verändern, eröffnet dieses neue Flüssigkristallmaterial eine Reihe zukünftiger Anwendungen – Foto: Jorge Vidal/Rice University

Die am 22. Juli in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichte Studie beschreibt ein neues Biosyntheseverfahren, bei dem Bakterien gezielt Zellulosefasern – das reinste biologische Material der Erde – herstellen. Die so gewonnenen Biomaterialfolien weisen eine Zugfestigkeit von bis zu 553 Megapascal auf und übertreffen damit die von herkömmlichen Polymermaterialien deutlich.

Neue Materialien aus Bakterien und synthetischer Biologie

Laut dem Forschungsteam um Professor Muhammad Maksud Rahman (Universität Houston) wird das neue Material aus von Bakterien produzierter Zellulose hergestellt. Der Unterschied besteht jedoch darin, dass die Zellulosefasern nicht mehr zufällig angeordnet sind, sondern dank eines speziellen biologischen Rotationssystems, eines sogenannten „rotierenden Bioreaktors“, ausgerichtet werden.

„Wir haben eine rotierende Kulturkammer entwickelt, um die Bewegung der Bakterien während der Zelluloseproduktion zu steuern“, erklärt MASR-Student Saadi. „Durch die Kontrolle der Wachstumsrichtung wird die Festigkeit des Materials deutlich erhöht, während gleichzeitig die Weichheit, Transparenz und Flexibilität von Biokunststoffen erhalten bleiben.“

Das Material ist nicht nur haltbarer, sondern dem Forschungsteam gelang es auch, Bornitrid-Nanoschichten zu integrieren, wodurch das Material Wärme dreimal schneller leitet als die Kontrollprobe. Dies eröffnet potenzielle Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen Elektronik, thermische Verpackung und Energiespeicherung.

Viele nützliche Anwendungen

Im Gegensatz zu herkömmlichen synthetischen Kunststoffen, die Mikroverschmutzung verursachen und giftige Substanzen wie BPA und Phthalate freisetzen, ist das neue Material vollständig biologisch abbaubar und kann leicht für eine Vielzahl von Anwendungen wie Verpackungen, Textilien, Baumaterialien, umweltfreundliche Elektronik und Batterien angepasst werden.

„Dieser Biosyntheseprozess ist wie das Training eines Teams disziplinierter Bakterien“, vergleicht Saadi. „Wir lenken sie in eine bestimmte Richtung und erzeugen daraus ein Produkt mit den gewünschten Eigenschaften.“

Dank seiner Fähigkeit, sich seine Form zu merken und sich durch Wärmeeinwirkung selbst zu verändern, eröffnet dieses neue Flüssigkristallmaterial eine Reihe zukünftiger Anwendungsmöglichkeiten. Eine der erwarteten Einsatzrichtungen sind Softroboter – flexible Maschinen, die kriechen, schlängeln und sich durch enge Spalten zwängen können, ohne dass komplexe mechanische Strukturen erforderlich sind.

In der Medizin kann dieses Material zur Herstellung von Stents (Gefäßstützen) oder implantierbaren Geräten im Körper verwendet werden, die sich je nach Temperatur oder biologischen Bedingungen ausdehnen und ihre Form verändern können, wodurch die Invasivität minimiert und die Wirksamkeit der Behandlung erhöht wird.

Sie bergen auch vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten in der biegsamen Elektronik, bei intelligenten Sensoren und sich selbst entfaltenden Strukturen im Weltraum.

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MINH HAI

Quelle: https://tuoitre.vn/tao-ra-vat-lieu-moi-ben-nhu-kim-loai-deo-nhu-nhua-2025072215151939.htm