Учёные создали прочный биоразлагаемый материал для замены пластика.
Проблема загрязнения пластиком по-прежнему остаётся одной из самых острых экологических угроз: обычные полимеры разлагаются на микропластик и выделяют токсичные соединения — такие как бисфенол А (BPA), фталаты и даже канцерогены.
Фото: Generated by AI (DALL·E 3 by OpenAI) is licensed under Free for commercial use (OpenAI License)
Биоразлагаемый материал
В ответ на этот вызов группа учёных из Университета Райса и Хьюстонского университета представила прорывное решение — биоразлагаемый материал с прочностью, сравнимой с металлом и стеклом, но при этом лёгкий, гибкий и безопасный для окружающей среды.
Научный прорыв: материал из бактериальной целлюлозы
Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, представляет собой результат междисциплинарной работы, объединившей материалы, биотехнологии и нанотехнологии. Руководителем проекта выступил доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники Хьюстонского университета Мухаммад Максуд Рахман.
Основой нового материала стала бактериальная целлюлоза — натуральный биополимер, один из самых чистых и прочных в природе. Ключ к успеху исследователи нашли в управлении процессом роста этой целлюлозы.
Умный биореактор и выравнивание волокон
Вместо того чтобы позволить бактериям действовать хаотично, они использовали ротационный биореактор, который направляет их движение, выравнивая волокна в нужном направлении.
«Наш подход заключался в создании ротационного биореактора, который направляет движение бактерий, производящих целлюлозу, выравнивая их расположение в процессе роста», — пояснил М.А.С.Р. Саади, ведущий автор исследования и аспирант Университета Райса.
Такое выравнивание значительно улучшает механические свойства материала, делая его прочным, как некоторые металлы и стекло, но при этом гибким, прозрачным и экологически безопасным.
Уникальная прочность и гибкость
В обычных условиях волокна бактериальной целлюлозы формируются случайно, что ограничивает их прочность. Новый же метод позволяет создавать биополимерные листы с растяжением до 436 мегапаскалей — это крайне высокий показатель для биоразлагаемых материалов.
Усиление за счёт нанотехнологий
Учёные усилили свойства материала, введя в процесс синтеза нанолисты нитрида бора. Получившийся гибрид демонстрирует прочность около 553 мегапаскалей и обладает теплопроводностью в три раза выше по сравнению с обычными образцами.
«Этот метод позволяет не только создавать более прочные материалы, но и легко интегрировать различные нанодобавки, настраивая свойства под конкретные задачи», — отметил Саади.
Процесс синтеза можно сравнить с тренировкой бактерий: вместо хаотичного движения мы направляем их, чтобы они производили целлюлозу в заданном направлении.
Где можно использовать новый материал
Потенциальные области применения нового материала впечатляют: от экологичной упаковки и текстиля до терморегулирующих систем, электроники, строительных конструкций и даже хранения энергии.
Источник новости и фото: https://www.pravda.ru/…