Ученые создали сверхпрочный биоразлагаемый материал, который может заменить пластик

Пластиковое загрязнение остается серьезной проблемой, поскольку традиционные синтетические полимеры распадаются на микропластик, выделяя токсичные вещества, такие как бисфенол А (BPA), фталаты и канцерогены. В поисках экологичной альтернативы команда исследователей под руководством Мухаммада Максуда Рахмана, доцента машиностроения и аэрокосмической техники Хьюстонского университета, использовала бактериальную целлюлозу — один из самых распространенных и чистых биополимеров на Земле.

«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».

Обычно волокна бактериальной целлюлозы формируются хаотично, что ограничивает их прочность. Однако с помощью управляемой гидродинамики в новом биореакторе ученые добились точного расположения нановолокон, создав листы с пределом прочности на растяжение до 436 мегапаскалей.

Кроме того, добавление нанолистов нитрида бора в процессе синтеза позволило получить гибридный материал с прочностью около 553 мегапаскалей и улучшенными теплопроводящими свойствами — скорость рассеивания тепла оказалась в три раза выше, чем у контрольных образцов.

«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», — объяснил Саади.

Эта технология открывает перспективы для промышленного применения в производстве конструкционных материалов, терморегулирующих систем, упаковки, текстиля, экологичной электроники и систем хранения энергии.

«Наша работа — пример междисциплинарного исследования на стыке материаловедения, биологии и наноинженерии», — добавил Рахман. «Мы надеемся, что эти прочные и экологичные материалы заменят пластик в различных отраслях, помогая снизить вред окружающей среде».

Источник