Αντίο στο πλαστικό; Ένα νέο υπερυλικό υπόσχεται επανάσταση στη βιομηχανία των υλικών

Μια εντυπωσιακή πρόοδος από ερευνητές του Rice University και του University of Houston φέρνει στο προσκήνιο ένα καινοτόμο βιοϋλικό που συνδυάζει την ανθεκτικότητα των μετάλλων, την ευελιξία του πλαστικού και την περιβαλλοντική φιλικότητα που τόσο απουσιάζει από τα παραδοσιακά συνθετικά υλικά.

Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Nature Communications, περιγράφει μια πρωτοποριακή μέθοδο δυναμικής βιοσύνθεσης που επιτρέπει την ακριβή ευθυγράμμιση των ινών βακτηριακής κυτταρίνης κατά τη διάρκεια της παραγωγής τους. Το αποτέλεσμα είναι η δημιουργία λεπτών φύλλων με εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες, ικανών να ανταγωνιστούν ακόμη και γυαλί ή μέταλλα, χωρίς τους περιβαλλοντικούς κινδύνους που συνεπάγεται η χρήση παραδοσιακών πολυμερών.

Η βακτηριακή κυτταρίνη, μια από τις καθαρότερες και πιο άφθονες φυσικές βιοπολυμερείς ουσίες στον πλανήτη, αποτέλεσε τη βάση για την έρευνα. Η ομάδα, υπό την καθοδήγηση του Muhammad Maksud Rahman, καθηγητή μηχανολογίας στο University of Houston και επίκουρου καθηγητή επιστήμης υλικών στο Rice, ανέπτυξε έναν περιστροφικό βιοαντιδραστήρα που καθοδηγεί τη φορά κίνησης των κυτταροπαραγωγών βακτηρίων. Αυτή η ελεγχόμενη κίνηση οδηγεί σε παράλληλη ευθυγράμμιση των ινών κυτταρίνης, βελτιώνοντας σημαντικά την αντοχή του τελικού υλικού.

Όπως εξηγεί ο M.A.S.R. Saadi, διδακτορικός φοιτητής στο Rice και πρώτος συγγραφέας της μελέτης,

Η προσέγγισή μας επιτρέπει τη δημιουργία ενός υλικού τόσο ανθεκτικού όσο και ευέλικτου, διατηρώντας παράλληλα διαφάνεια και βιοαποικοδομησιμότητα. Είναι μια λύση που δεν ρυπαίνει, σε αντίθεση με τα πλαστικά.

Στην παραδοσιακή τους μορφή, οι ίνες βακτηριακής κυτταρίνης σχηματίζονται τυχαία, περιορίζοντας τις μηχανικές τους ιδιότητες. Η νέα μέθοδος επιτυγχάνει ευθυγράμμιση σε πραγματικό χρόνο, με την αντοχή των φύλλων να φτάνει έως και τα 436 MPa (megapascal). Ακόμη πιο εντυπωσιακή ήταν η επίδοση του υβριδικού υλικού που προέκυψε όταν οι ερευνητές ενσωμάτωσαν νανοφύλλα βορίου-νιτριδίου κατά τη σύνθεση. Το νέο αυτό σύνθετο υλικό έφτασε τα 553 MPa και εμφάνισε θερμική αγωγιμότητα τρεις φορές μεγαλύτερη σε σχέση με τα απλά δείγματα.

Ο Saadi παρομοίασε τη διαδικασία με την εκπαίδευση ενός «πειθαρχημένου σώματος βακτηρίων»: αντί να κινούνται ανεξέλεγκτα, τους δίνονται «οδηγίες» να παράγουν κυτταρίνη σε συγκεκριμένες κατευθύνσεις, καθιστώντας δυνατή τη συγχρόνως ελεγχόμενη δομή και λειτουργικότητα.

Αξιοσημείωτο είναι πως η όλη μέθοδος είναι απλή, μονοβηματική και κατάλληλη για κλιμάκωση, γεγονός που καθιστά το υλικό ελκυστικό για πλήθος εφαρμογών: από βιοδιασπώμενα συσκευαστικά υλικά και υφάσματα, μέχρι εξαρτήματα ηλεκτρονικών συσκευών και συστήματα αποθήκευσης ενέργειας.

Ο Rahman τόνισε τη σημασία της διεπιστημονικής προσέγγισης πίσω από την ανακάλυψη:

Πρόκειται για μια εντυπωσιακή συνύπαρξη επιστήμης υλικών, βιολογίας και νανοτεχνολογίας. Οραματιζόμαστε τα φύλλα βακτηριακής κυτταρίνης να αντικαθιστούν τα πλαστικά σε πολλούς τομείς, συμβάλλοντας στη μείωση της περιβαλλοντικής ρύπανσης.

Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το National Science Foundation, το U.S. Endowment for Forestry and Communities και το Welch Foundation, ενώ η ομάδα των επιστημόνων δηλώνει έτοιμη να προχωρήσει στην περαιτέρω εξέλιξη της τεχνολογίας.

[via]