Бактериальная целлюлоза может заменить пластик: вращение придает материалу прочность
Исследователи из Хьюстонского университета под руководством доцента Максуда Рахмана разработали метод превращения бактериальной целлюлозы — биоразлагаемого материала — в многофункциональный материал, способный заменить пластик. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Проблема и решение
Растущая озабоченность вредным воздействием нефтехимических, неразлагаемых материалов на окружающую среду усилила спрос на устойчивые альтернативы. Бактериальная целлюлоза — это природный, биоразлагаемый и биосовместимый биополимер.
Метод производства
Ученые использовали простое, одноэтапное и масштабируемое снизу-вверх решение:
- Бактерии, производящие целлюлозу, культивировались в специальном вращающемся устройстве.
- Вращение создавало направленный поток жидкости, заставляя бактерии двигаться упорядоченно.
- Это привело к значительному улучшению выравнивания нанофибрилл в объемных листах бактериальной целлюлозы.
Свойства материала
Полученные листы обладают:
- Высокой прочностью на разрыв
- Гибкостью и способностью к складыванию
- Оптической прозрачностью
- Долгосрочной механической стабильностью
Улучшение свойств
Для усиления целлюлозы и придания дополнительной функциональности команда внедрила в питательную среду нанолисты нитрида бора. В результате были созданы гибридные нанолисты бактериальная целлюлоза–нитрид бора с улучшенными свойствами:
- Прочность на разрыв до ~553 МПа
- Скорость рассеивания тепла в 3 раза выше, чем у обычных образцов
Перспективы применения
Масштабируемый метод открывает путь к применению материала в:
- Структурных материалах и упаковке (например, для бутылок)
- Терморегулировании
- Текстиле, "зеленой" электронике и накопителях энергии
- Медицине (например, в повязках для ран)
Как отметил Максуд Рахман: «Мы представляем, что эти прочные, многофункциональные и экологически чистые листы бактериальной целлюлозы станут повсеместными, заменяя пластик в различных отраслях и помогая смягчить ущерб окружающей среде».