Organiczna alternatywa dla plastiku
Jednoczesne osiągnięcie wytrzymałości i rozciągliwości stanowiło ogromne wyzwanie w inżynierii materiałowej: zwiększenie wytrzymałości oznaczało utratę rozciągliwości i odwrotnie. Teraz naukowcom z Aalto University i VTT udało się pokonać to wyzwanie, inspirując się naturą.
Naukowcy stworzyli zupełnie nowy materiał pochodzenia biologicznego, sklejając ze sobą włókna celulozy drzewnej i białko jedwabiu znajdujące się w niciach z pajęczyny. Rezultatem jest bardzo twardy i sprężysty materiał, który może być stosowany w przyszłości jako ewentualny zamiennik tworzywa sztucznego, jako część kompozytów biologicznych oraz w zastosowaniach medycznych, włóknach chirurgicznych, przemyśle tekstylnym i opakowaniach.
Według profesora Uniwersytetu Aalto, Markusa Lindera, przyroda oferuje wspaniałe składniki do opracowywania nowych materiałów, takie jak twarda i łatwo dostępna celuloza oraz twardy i elastyczny jedwab, które zostały użyte w tych badaniach. Zaletą obu tych materiałów jest to, że w przeciwieństwie do plastiku, są one biodegradowalne i nie niszczą przyrody w taki sam sposób, jak mikrodrobiny.
„Nasi badacze muszą po prostu być w stanie odtworzyć naturalne właściwości”, dodaje Linder, który również kierował badaniami.
„Użyliśmy miazgi brzozowej, rozbiliśmy ją na nanowłókna celulozowe i ułożyliśmy je w sztywne rusztowanie. Jednocześnie infiltrowaliśmy sieć celulozową miękką i rozpraszającą energię matrycą z jedwabiu pajęczego rozpraszającą energię ”- mówi naukowiec Pezhman Mohammadi z VTT.
Jedwab jest naturalnym białkiem, które jest wydalane przez zwierzęta, takie jak jedwabniki, a także znajduje się w nitkach pajęczych. Jedwab z pajęczyny wykorzystywany przez badaczy z Aalto University nie jest jednak faktycznie pobierany z pajęczyn, lecz jest wytwarzany przez badaczy wykorzystujących bakterie z syntetycznym DNA.
„Ponieważ znamy strukturę DNA, możemy go skopiować i wykorzystać do produkcji cząsteczek białka jedwabiu, które są chemicznie podobne do tych, które występują w niciach pajęczej sieci. DNA zawiera wszystkie te informacje ”, wyjaśnia Linder.
„Nasza praca ilustruje nowe i wszechstronne możliwości inżynierii białek. W przyszłości moglibyśmy produkować podobne kompozyty z nieco innymi elementami składowymi i osiągnąć inny zestaw cech dla innych zastosowań. Obecnie pracujemy nad produkcją nowych materiałów kompozytowych jako implantów, przedmiotów odpornych na uderzenia i innych produktów ”- mówi Pezhman.
Projekt badawczy jest częścią pracy Centrum Doskonałości Inżynierii Molekularnej Biosyntetycznych Materiałów Hybrydowych (HYBER).
Źródło: Aalto University