Pentru a rezuma această descoperire fascinantă: oamenii de știință au reușit să ghideze bacteriile pentru a produce celuloză perfect aliniată, creând un material revoluționar, la fel de rezistent ca unele metale, dar flexibil ca plasticul și complet biodegradabil. Folosind un bioreactor rotativ, ei au transformat cel mai pur biopolimer de pe Pământ într-o alternativă performantă capabilă să transporte căldură, să integreze nanomateriale avansate și să transforme ambalajele, electronica și chiar stocarea energiei.
O echipă de cercetători de la Universitatea Rice și Universitatea din Houston a dezvoltat o metodă inovatoare pentru a crea un material de înaltă rezistență, care ar putea pune capăt dependenței noastre de plastic. Într-un studiu publicat în Nature Communications, oamenii de știință descriu cum au reușit să „antreneze” bacterii pentru a produce foi de celuloză cu proprietăți mecanice excepționale, deschizând calea către o nouă eră a materialelor durabile.
Problema poluării cu plastic este una persistentă, deoarece polimerii sintetici se descompun în microplastice, eliberând în mediu substanțe chimice dăunătoare precum bisfenol A (BPA) și ftalați. În căutarea unei soluții, echipa condusă de Muhammad Maksud Rahman, profesor la Universitatea din Houston, s-a orientat către celuloza bacteriană – unul dintre cei mai abundenți și puri biopolimeri de pe Pământ, arată Science Daily.
Secretul stă în aliniere
În mod natural, fibrele de celuloză bacteriană se formează într-o rețea aleatorie, ceea ce le limitează rezistența. Noua abordare rezolvă această problemă fundamentală.
„Am dezvoltat un bioreactor rotativ care direcționează mișcarea bacteriilor producătoare de celuloză în timpul creșterii. Această aliniere îmbunătățește semnificativ proprietățile mecanice, creând un material la fel de puternic ca unele metale și sticle, dar care rămâne flexibil, pliabil, transparent și ecologic.”, a explicat M.A.S.R. Saadi, autorul principal al studiului și doctorand la Rice.
Gândiți-vă la acest proces ca la antrenarea unui grup disciplinat de bacterii. „În loc să lăsăm bacteriile să se miște aleatoriu, le instruim să se miște într-o direcție specifică, aliniind astfel cu precizie producția de celuloză”, a adăugat Saadi.
Prin controlul dinamicii fluidelor în bioreactor, cercetătorii au obținut foi de material cu o rezistență la tracțiune remarcabilă, de până la 436 de megapascali.
Mai puternic și mai inteligent
Versatilitatea tehnicii permite, de asemenea, crearea de materiale hibride cu funcționalități extinse. Prin încorporarea de nanofoi de nitrură de bor în timpul procesului de sinteză, echipa a produs un bionanocompozit și mai rezistent – atingând aproximativ 553 de megapascali – și cu proprietăți termice superioare. Acest material hibrid a demonstrat o capacitate de a disipa căldura de trei ori mai rapidă decât probele de control.
„Metoda permite integrarea ușoară a diverselor aditivi la scară nanometrică direct în celuloza bacteriană, făcând posibilă personalizarea proprietăților materialului pentru aplicații specifice”, a spus Saadi.
Viitorul materialelor: adio, poluare cu plastic?
Acest proces scalabil, realizat într-o singură etapă, deschide perspective uriașe pentru numeroase industrii. Printre aplicațiile potențiale se numără materiale structurale ultra-rezistente, soluții avansate de management termic pentru electronică, ambalaje complet biodegradabile, textile inteligente și chiar sisteme de stocare a energiei.
Shyam Bhakta, cercetător la Rice, a jucat un rol cheie în aspectele biologice ale studiului, la care au contribuit și profesorii Pulickel Ajayan, Matthew Bennett și Matteo Pasquali.
„Această lucrare este un exemplu excelent de cercetare interdisciplinară la intersecția dintre știința materialelor, biologie și nanoinginerie. Ne imaginăm că aceste foi de celuloză bacteriană rezistente, multifuncționale și ecologice vor deveni omniprezente, înlocuind plasticul în diverse industrii și contribuind la atenuarea daunelor aduse mediului.”, a concluzionat Rahman.
