สร้างสรรค์วัสดุใหม่ที่แข็งแกร่งเท่าโลหะและยืดหยุ่นเท่าพลาสติก

กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันประสบความสำเร็จในการสร้างวัสดุชนิดใหม่ที่มีความทนทานเท่าโลหะ โปร่งใสเท่าแก้ว และยืดหยุ่นเท่าพลาสติก แต่ไม่มีอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมใดๆ เลย

ด้วยความสามารถในการจดจำรูปร่างและเปลี่ยนแปลงตัวเองเมื่อถูกกระตุ้นด้วยความร้อน วัสดุคริสตัลเหลวชนิดใหม่นี้จึงเปิดโอกาสให้มีการใช้งานที่หลากหลายในอนาคต - ภาพ: Jorge Vidal/Rice University

งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในวารสาร วิทยาศาสตร์ Nature Communications เมื่อวันที่ 22 กรกฎาคม อธิบายถึงกระบวนการสังเคราะห์ทางชีวภาพแบบใหม่ที่แบคทีเรียได้รับ "คำสั่ง" ให้สร้างเส้นใยเซลลูโลส ซึ่งเป็นวัสดุชีวภาพที่บริสุทธิ์ที่สุดในโลก แผ่นวัสดุชีวภาพที่ได้มีความแข็งแรงดึงสูงถึง 553 เมกะปาสกาล ซึ่งสูงกว่าวัสดุพอลิเมอร์ทั่วไปมาก

วัสดุใหม่จากแบคทีเรียและชีววิทยาสังเคราะห์

ตามรายงานของทีมวิจัยที่นำโดยศาสตราจารย์ Muhammad Maksud Rahman (มหาวิทยาลัยฮูสตัน) วัสดุชนิดใหม่นี้สร้างขึ้นจากเซลลูโลสที่ผลิตโดยแบคทีเรีย แต่ความแตกต่างก็คือ เส้นใยเซลลูโลสจะไม่ถูกสร้างขึ้นแบบสุ่มอีกต่อไป แต่จะถูกจัดเรียงโดยอาศัยระบบชีวภาพหมุนพิเศษที่เรียกว่า "ไบโอรีแอคเตอร์หมุน"

“เราได้พัฒนาห้องเพาะเลี้ยงแบบหมุนเพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ของแบคทีเรียในขณะที่พวกมันผลิตเซลลูโลส” ซาดี นักศึกษาจาก MASR กล่าว “การควบคุมทิศทางการเจริญเติบโตจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุได้อย่างมาก ในขณะเดียวกันก็ยังคงรักษาความนุ่ม ความโปร่งใส และความสามารถในการพับของไบโอพลาสติกเอาไว้”

นอกจากจะมีความทนทานมากขึ้นแล้ว ทีมวิจัยยังประสบความสำเร็จในการบูรณาการนาโนเลเยอร์โบรอนไนไตรด์ ซึ่งช่วยให้วัสดุนำความร้อนได้เร็วกว่าตัวอย่างควบคุมถึงสามเท่า เปิดโอกาสให้มีการประยุกต์ใช้ที่มีศักยภาพในสาขาอิเล็กทรอนิกส์ บรรจุภัณฑ์เก็บความร้อน และการจัดเก็บพลังงาน

แอปพลิเคชั่นที่มีประโยชน์มากมาย

แตกต่างจากพลาสติกสังเคราะห์แบบดั้งเดิมที่ก่อให้เกิดมลภาวะในระดับจุลภาคและปล่อยสารพิษ เช่น BPA และพทาเลต วัสดุใหม่นี้สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ 100% และสามารถปรับแต่งได้อย่างง่ายดายสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย เช่น บรรจุภัณฑ์ สิ่งทอ วัสดุก่อสร้าง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สีเขียว และแบตเตอรี่

“กระบวนการสังเคราะห์ทางชีวภาพนี้เปรียบเสมือนการฝึกฝนทีมแบคทีเรียที่มีวินัย” ซาดีกล่าว “เราชี้นำพวกเขาไปในทิศทางหนึ่ง และจากนั้นเราก็สร้างผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการ”

ด้วยความสามารถในการจดจำรูปทรงและเปลี่ยนแปลงตัวเองได้เมื่อถูกกระตุ้นด้วยความร้อน วัสดุผลึกเหลวชนิดใหม่นี้จึงเปิดโอกาสให้นำไปประยุกต์ใช้งานได้หลากหลายในอนาคต หนึ่งในทิศทางที่คาดว่าจะนำมาใช้งานจริงคือหุ่นยนต์แบบนิ่ม ซึ่งเป็นเครื่องจักรที่มีความยืดหยุ่น สามารถคลาน เลื้อย และลอดผ่านช่องว่างแคบๆ ได้โดยไม่ต้องใช้โครงสร้างเชิงกลที่ซับซ้อน

ในทางการแพทย์ วัสดุนี้สามารถนำมาใช้ทำสเตนต์ (อุปกรณ์พยุงหลอดเลือด) หรือปลูกถ่ายภายในร่างกาย ซึ่งสามารถยืดและเปลี่ยนรูปร่างได้ตามอุณหภูมิหรือสภาวะทางชีวภาพ ช่วยลดการรุกรานและเพิ่มประสิทธิภาพการรักษา

นอกจากนี้ยังมีแนวโน้มที่จะนำไปใช้งานในด้านอิเล็กทรอนิกส์แบบโค้งงอ เซ็นเซอร์อัจฉริยะ และโครงสร้างแบบปรับใช้เองในอวกาศอีกด้วย

กลับสู่หัวข้อ

มินห์ ไฮ

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