Mokslininkai sukūrė naują supermedžiagą, kuri galėtų pakeisti plastiką

Augant plastiko taršai visame pasaulyje ir gilėjant aplinkosaugos krizėms, mokslininkai vis aktyviau atsigręžia į gamtą, ieškodami tvarių sprendimų. Hiustono universitetų (JAV) mokslininkai sukūrė pažangią technologiją, leidžiančią bakterinę celiuliozę – biologiškai suyrančią medžiagą – paversti universalia, patvaria alternatyva plastikui. 

Bakterinės celiuliozės potencialas

Pasak tyrimo autorių, bakterinė celiuliozė – natūraliai aplinkoje aptinkamas, biologiškai suyrantis biopolimeras –turi didelį potencialą kaip biomedžiaga.

Jų teigimu, artimiausiu metu ji galėtų būti naudojama kuriant kasdienius daiktus, tokius kaip vienkartiniai vandens buteliai, ekologiškos pakuotės ar net žaizdų tvarsčiai. 

Naujame tyrime Hiustono universitetų mokslininkai sukūrė paprastą ir lengvai pritaikomą metodą, leidžiantį gaminti tvirtus bakterinės celiuliozės lakštus su išrikiuotais nanofibrilais, pasitelkiant skysčio tėkmės šlyties jėgas specialiame rotaciniame įrenginyje. 

Šie lakštai pasižymi dideliu stiprumu, lankstumu, skaidrumu ir ilgalaikiu mechaniniu stabilumu.

Pasak mokslininkų, tvirti, daugiafunkciai ir aplinkai draugiški bakterinės celiuliozės lakštai gali pakeisti plastiką įvairiose pramonės šakose ir padėtų sumažinti žalą aplinkai.

Našumo didinimas pasitelkiant nanotechnologijas

Siekiant sustiprinti bakterinės celiuliozės struktūrą ir praplėsti jos panaudojimo galimybes, mokslininkai į bakterijų maitinamąjį skystį įmaišė boro nitrido nanosluoksnių. 

Dėl to susidarę hibridiniai bakterinės celiuliozės ir boro nitrido nanosluoksniai pasižymi žymiai geresnėmis savybėmis. Jų tempiamasis stipris siekia apie 553 MPa, o šiluminis laidumas yra tris kartus didesnis nei įprastų bakterinės celiuliozės pavyzdžių.

Šie hibridiniai lakštai gaminami paprastu, vieno etapo ir lengvai pritaikomu metodu, kuris leidžia tiksliai valdyti bakterijų judėjimą. Tai yra, vietoje atsitiktinio judėjimo bakterijos nukreipiamos taip, kad gamintų tolygiai išsidėsčiusius, tvirtus ir daugiafunkcius celiuliozės lakštus. 

Lyginant su įprastu plastiku, ši medžiaga ne tik yra mechaniniu požiūriu stipresnė ir atsparesnė, bet ir žymiai tvaresnė – ji neperkaista, efektyviai išsklaido šilumą ir yra biologiškai suyranti.

Svarbu pabrėžti, kad mokslininkams pavyko vienu metu užtikrinti tiek struktūrinį bakterinės celiuliozės lakštų tikslumą, tiek plačias jų funkcines savybes. 

Tam jie sukūrė specialų rotacinį kultivavimo įrenginį. Tai yra cilindrinis, deguonį praleidžiantis inkubatorius, kuriame bakterijos sukamos aplink centrinę ašį. Šis nuolatinis sukimasis sukuria kryptingą skysčio srautą, kuris skatina nuoseklų bakterijų judėjimą ir užtikrina tolygų nanofibrilių išsidėstymą visame lakšte.

Šis tyrimas yra išskirtinis tarpdisciplininis pasiekimas, apjungiantis medžiagų mokslą, biologiją ir nano-inžineriją, atveriantis naujas galimybes tvaresnių medžiagų kūrimui įvairiose srityse – nuo pakuočių ir tekstilės iki šilumos valdymo, struktūrinių komponentų bei energijos kaupimo sprendimų.