การสร้างวัสดุใหม่ที่มีความทนทานเหมือนโลหะและมีความยืดหยุ่นเหมือนพลาสติก

ทีมนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันประสบความสำเร็จในการสร้างวัสดุใหม่ที่มีความแข็งแกร่งเทียบเท่าโลหะ โปร่งใสเทียบเท่าแก้ว และยืดหยุ่นได้เทียบเท่าพลาสติก แต่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอย่างสมบูรณ์

ด้วยความสามารถในการจดจำรูปทรงและเปลี่ยนแปลงตัวเองเมื่อได้รับความร้อน วัสดุผลึกเหลวชนิดใหม่นี้จึงเปิดโอกาสสำหรับการใช้งานในอนาคตที่หลากหลาย - ภาพ: Jorge Vidal/มหาวิทยาลัยไรซ์

งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร วิทยาศาสตร์ Nature Communications เมื่อวันที่ 22 กรกฎาคม อธิบายถึงกระบวนการสังเคราะห์ทางชีวภาพแบบใหม่ที่ "สั่งการ" ให้แบคทีเรียผลิตเส้นใยเซลลูโลส ซึ่งเป็นหนึ่งในวัสดุชีวภาพที่บริสุทธิ์ที่สุดในโลก ผลลัพธ์ที่ได้คือวัสดุชีวภาพที่มีความแข็งแรงดึงสูงถึง 553 เมกะปาสคาล ซึ่งสูงกว่าวัสดุพอลิเมอร์ทั่วไปมาก

วัสดุใหม่จากแบคทีเรียและชีววิทยาเชิงสังเคราะห์

จากข้อมูลของทีมวิจัยที่นำโดยศาสตราจารย์มูฮัมหมัด มักซุด ราห์มาน (มหาวิทยาลัยฮูสตัน) วัสดุใหม่นี้ทำจากเซลลูโลสที่ผลิตโดยแบคทีเรีย แต่แตกต่างตรงที่เส้นใยเซลลูโลสไม่ได้ก่อตัวแบบสุ่มอีกต่อไป แต่เรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบด้วยระบบการหมุนทางชีวภาพแบบพิเศษที่เรียกว่า "เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบหมุน"

“เราได้พัฒนาห้องเพาะเลี้ยงแบบหมุนเพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ของแบคทีเรียขณะที่พวกมันผลิตเซลลูโลส” MASR Saadi นักศึกษาปริญญาโทกล่าว “การควบคุมทิศทางการเจริญเติบโตช่วยเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุได้อย่างมาก ในขณะที่ยังคงรักษาความนุ่ม ความโปร่งใส และความยืดหยุ่นไว้ได้ คล้ายกับพลาสติกชีวภาพ”

นอกจากจะมีความทนทานมากขึ้นแล้ว ทีมวิจัยยังประสบความสำเร็จในการผสานนาโนเลเยอร์ของโบรอนไนไตรด์เข้าไป ทำให้วัสดุสามารถนำความร้อนได้เร็วกว่าตัวอย่างควบคุมถึงสามเท่า ซึ่งเปิดโอกาสในการประยุกต์ใช้ในด้านอิเล็กทรอนิกส์ บรรจุภัณฑ์ระบายความร้อน และการจัดเก็บพลังงาน

แอปพลิเคชันที่มีประโยชน์มากมาย

แตกต่างจากพลาสติกสังเคราะห์แบบดั้งเดิมซึ่งก่อให้เกิดมลพิษขนาดเล็กและปล่อยสารพิษ เช่น BPA และสารพทาเลต วัสดุใหม่นี้สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพอย่างสมบูรณ์และปรับแต่งได้ง่ายเพื่อการใช้งานที่หลากหลาย เช่น บรรจุภัณฑ์ สิ่งทอ วัสดุก่อสร้าง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และแบตเตอรี่

ซาอาดีกล่าวเปรียบเทียบว่า "กระบวนการสังเคราะห์ทางชีวภาพนี้เปรียบเสมือนการฝึกฝนทีมแบคทีเรียที่มีระเบียบวินัย เราชี้นำพวกมันไปในทิศทางที่เฉพาะเจาะจง และจากนั้นก็สร้างผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการ"

ด้วยความสามารถในการจดจำรูปทรงและเปลี่ยนแปลงตัวเองเมื่อได้รับความร้อน วัสดุผลึกเหลวชนิดใหม่นี้จึงเปิดโอกาสสำหรับการใช้งานในอนาคตที่หลากหลาย หนึ่งในแอปพลิเคชันที่น่าสนใจคือหุ่นยนต์อ่อนนุ่ม เครื่องจักรที่มีความยืดหยุ่น สามารถคลาน เลื้อย และบีบตัวผ่านพื้นที่แคบๆ ได้โดยไม่ต้องใช้กลไกเชิงกลที่ซับซ้อน

ในทางการแพทย์ วัสดุนี้สามารถนำมาใช้สร้างสเตนต์ (อุปกรณ์พยุงหลอดเลือด) หรืออุปกรณ์ฝังในร่างกายที่มีความยืดหยุ่นและเปลี่ยนรูปร่างได้ตามอุณหภูมิหรือสภาวะทางชีวภาพ ช่วยลดการรุกรานร่างกายและเพิ่มประสิทธิภาพในการรักษา

นอกจากนี้ ยังมีศักยภาพในการนำไปประยุกต์ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่น เซ็นเซอร์อัจฉริยะ และโครงสร้างที่สามารถติดตั้งได้เองในอวกาศ

กลับสู่หัวข้อเดิม

มินห์ ไฮ

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