Представьте себе заводы. Но не те, шумные и дымные, что мы привыкли видеть. Подумайте о тихих резервуарах. Живых резервуарах.
Пластик сломан. Он распадаются на микрочастицы, которые остаются в наших организмах, океанах и воздухе. Бисфенол А, фталаты, канцерогены — список того, что оставляет после себя пластик, длинный и неприятный. Нам нужна альтернатива. Что-то, что растет.
Исследователи из Райсского университета и Университета Хьюстона нашли это решение. Или, точнее, научились его создавать.
Они разработали новую технологию производства бактериальной целлюлозы. Этот материал создается не человеком в колбе, а «ткется» микроорганизмами. И если процесс выполнен правильно, его свойства могут соперничать со сталью и стеклом. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications. Суть? Масштабируемо. Прочно. Это замена одноразовому пластику, мир которого мы построили.
«Танцующие» клетки создают более прочные листы
Обычно волокна бактериальной целлюлозы растут хаотично. Случайно. Как сушняк, занесенный ветром. Случайный рост означает слабые конструкции. Материал не выдерживает нагрузки.
Руководителем группы стал Мухаммад Максуд Рахман, доцент Университета Хьюстона и адъюнкт-профессор Райсского университета. Он хорошо разбирается в материалах и понял, что хаос — это проблема. Поэтому его команда, включая главного автора М.А.С.Р. Саади — доктора философии, — создала ротационный биореактор.
Это не статический сосуд. Он вращается. Это заставляет бактерии двигаться.
«Мы направляем их движение по определенной схеме», — объяснил Саади.
Бактерии подчиняются. Их движение выстраивает целлюлозные нановолокна в порядок. Представьте, что вы разглаживаете складку на молекулярном уровне. Результат? Листы с прочностью на растяжение до 436 мегапаскалей. Это сильно. Очень сильно для биополимера.
Но команда не остановилась на этом. Они добавили нанопластины нитрида бора. Теперь речь идет о гибридных материалах. Прочность возросла примерно до 553 мегапаскалей. Материал также гибкий. Сгибаемый. Прозрачный. И он отлично справляется с теплом. Он рассеивает тепло в три раза быстрее, чем контрольные образцы. Отвод тепла — ключевой момент. Если ваш телефон не перегревается, а электроника не плавится, вы имеете дело с победителем.
Не только прочный, но и умный
Это просто очередная лабораторная диковинка? Нет. Саади назвал этот процесс «дрессировкой дисциплинированной когорты бактерий». Мне нравится этот образ. Бактерии, выстраивающиеся в стройные ряды.
Выравнивание происходит во время роста. Это один шаг. Никакой грязной постобработки. В этом и заключается магия. Обычно масштабирование съедает эффективность на завтрак, но не в этом случае. Вы можете корректировать добавки. Настраивать вывод материала.
Шьям Бхакта из Райсского университета помог с биологической частью. Пуликеель Аджаян и Маттео Паскуали внесли вклад в материаловедение. Это междисциплинарная работа, хаотичная человеческая деятельность, скоординированная идеально.
Что именно заменяет этот материал?
- Структурные компоненты
- Системы теплового управления
- Упаковка
- Экологичная электроника
- Текстиль
- Накопители энергии
Пластик повсюду. Этот материал может занять те же ниши. Разница лишь в том, что он не оставляет токсичных отходов. Рахман представляет эти листы повсеместно. Он хочет положить конец господству пластика. Это амбициозно. Возможно, слишком амбициозно для завтрашнего дня, но наука здесь на высоте.
Это исследование финансировалось Национальным научным фондом (NSF), Фондом США для лесов и сообществ, а также Фондом Велча. Выраженные взгляды принадлежат авторам, а не обязательно спонсорам.
Итак, вот мы. Прочный, прозрачный лист, созданный микроорганизмами, которые слушаются вращающегося резервуара. Он поглощает тепло лучше металла. Прочнее некоторых керамических материалов. И он разлагается, не отравляя почву.
Заводы могут оставаться тихими пока что. Но резервуары уже вращаются. Позволим ли мы им заполнить мир?
