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.

Mit der Fähigkeit, sich seine Form zu merken und sich bei Wärmeeinwirkung selbst zu verändern, eröffnet dieses neue Flüssigkristallmaterial eine breite Palette zukünftiger Anwendungen – Foto: Jorge Vidal/Rice University

Die am 22. Juli in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichte Arbeit beschreibt einen neuen Biosyntheseprozess, bei dem Bakterien „instruiert“ werden, Zellulosefasern, das reinste biologische Material der Welt, zu erzeugen. Die daraus resultierenden Biomaterialschichten 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 (University of Houston) wird das neue Material aus von Bakterien produzierter Zellulose hergestellt. Der Unterschied besteht jedoch darin, dass die Zellulosefasern nicht mehr zufällig geformt, sondern dank eines speziellen biologischen Rotationssystems, einem sogenannten „rotierenden Bioreaktor“, ausgerichtet sind.

„Wir haben eine rotierende Kulturkammer entwickelt, um die Bewegung der Bakterien bei der Zelluloseproduktion zu steuern“, sagte MASR-Student Saadi. „Die Kontrolle der Wachstumsrichtung erhöht die Festigkeit des Materials deutlich, während gleichzeitig die Weichheit, Transparenz und Faltbarkeit von Biokunststoffen erhalten bleibt.“

Es ist nicht nur haltbarer, dem Forschungsteam gelang es auch, Bornitrid-Nanoschichten zu integrieren, wodurch das Material Wärme dreimal schneller leitet als die Kontrollprobe und so potenzielle Anwendungen in den Bereichen Elektronik, Wärmeverpackung und Energiespeicherung eröffnet.

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 problemlos 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“, sagte Saadi. „Wir lenken sie in eine bestimmte Richtung und kreieren daraus ein Produkt mit den gewünschten Eigenschaften.“

Mit der Fähigkeit, sich Formen zu merken und sich bei Wärmeeinwirkung selbst zu verändern, eröffnet dieses neue Flüssigkristallmaterial eine Reihe zukünftiger Anwendungen. Eine der erwarteten Anwendungsrichtungen sind Softroboter – flexible Maschinen, die ohne komplexe mechanische Strukturen kriechen, schlängeln und sich durch enge Lücken zwängen können.

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

Sie sind außerdem vielversprechend für Anwendungen in biegsamer Elektronik, intelligenten Sensoren und selbstentfaltenden 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