Tworzenie nowych materiałów tak wytrzymałych jak metal i elastycznych jak plastik

Grupie amerykańskich naukowców udało się stworzyć nowy materiał, który jest tak wytrzymały jak metal, tak przezroczysty jak szkło i tak elastyczny jak plastik, a przy tym całkowicie nieszkodliwy dla środowiska.

Dzięki zdolności zapamiętywania kształtu i samoczynnej transformacji pod wpływem ciepła ten nowy materiał ciekłokrystaliczny otwiera szereg przyszłych zastosowań – Zdjęcie: Jorge Vidal/Rice University

Praca, opublikowana w czasopiśmie naukowym „Nature Communications” 22 lipca, opisuje nowy proces biosyntezy, w którym bakterie są „instruowane”, aby tworzyć włókna celulozowe, najczystszy materiał biologiczny na świecie. Powstałe arkusze biomateriału mają wytrzymałość na rozciąganie sięgającą 553 megapaskali, znacznie przewyższającą wytrzymałość konwencjonalnych materiałów polimerowych.

Nowe materiały z bakterii i biologii syntetycznej

Według zespołu badawczego pod kierownictwem profesora Muhammada Maksuda Rahmana (Uniwersytet w Houston) nowy materiał powstaje z celulozy produkowanej przez bakterie, ale różnica polega na tym, że włókna celulozowe nie są już formowane losowo, lecz są uporządkowane dzięki specjalnemu biologicznemu systemowi obrotowemu, zwanemu „obrotowym bioreaktorem”.

„Opracowaliśmy obrotową komorę hodowlaną, która steruje ruchem bakterii podczas produkcji celulozy” – mówi studentka MASR, Saadi. „Kontrola kierunku wzrostu znacząco zwiększa wytrzymałość materiału, zachowując jednocześnie miękkość, przezroczystość i elastyczność bioplastików”.

Materiał jest nie tylko trwalszy – zespołowi badawczemu udało się również zintegrować nanowarstwy azotku boru, dzięki czemu przewodzi ciepło trzy razy szybciej niż próbka kontrolna, co otwiera potencjalne możliwości zastosowań w elektronice, opakowaniach termicznych i magazynowaniu energii.

Wiele przydatnych aplikacji

W przeciwieństwie do tradycyjnych tworzyw sztucznych, które powodują mikrozanieczyszczenia i uwalniają toksyczne substancje, takie jak BPA i ftalany, nowy materiał jest całkowicie biodegradowalny i można go z łatwością dostosować do różnych zastosowań, takich jak opakowania, tekstylia, materiały budowlane, zielona elektronika i baterie.

„Ten proces biosyntezy przypomina szkolenie zespołu zdyscyplinowanych bakterii” – porównuje Saadi. „Kierujemy je w określonym kierunku, a następnie tworzymy produkt o pożądanych właściwościach”.

Dzięki zdolności zapamiętywania kształtu i samoczynnej transformacji pod wpływem ciepła, ten nowy materiał ciekłokrystaliczny otwiera szereg przyszłych zastosowań. Jednym z przewidywanych kierunków wdrożenia są miękkie roboty – elastyczne maszyny, które mogą pełzać, ślizgać się i przeciskać przez wąskie szczeliny bez konieczności stosowania skomplikowanych konstrukcji mechanicznych.

W medycynie materiał ten można stosować do produkcji stentów (elementów podtrzymujących naczynia krwionośne) lub wszczepianych wewnątrz ciała urządzeń, które mają zdolność rozszerzania się i zmiany kształtu w zależności od temperatury lub warunków biologicznych, co pomaga zminimalizować inwazyjność i zwiększyć skuteczność leczenia.

Obiecują one również zastosowanie w elastycznych urządzeniach elektronicznych, inteligentnych czujnikach i samorozkładających się strukturach w kosmosie.

Powrót do tematu

MINH HAI

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