Уявіть заводи. Але не ті, галасливі та димні, що ми звикли бачити. Подумайте про тихі резервуари. Живі резервуари.
Пластик зламаний. Він розпадаються на мікрочастинки, які залишаються в наших організмах, океанах та повітрі. Бісфенол А, фталати, канцерогени – список того, що залишає після себе пластик, довгий та неприємний. Нам потрібна альтернатива. Щось, що росте.
Дослідники з Райського університету та Університету Х’юстона знайшли це рішення. Або точніше навчилися його створювати.
Вони розробили нову технологію виробництва бактеріальної целюлози. Цей матеріал створюється не людиною в колбі, а «ткнеться» мікроорганізмами. І якщо процес виконаний правильно, його властивості можуть змагатися зі сталлю та склом. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Communications. Суть? Масштабується. Міцно. Це заміна одноразового пластику, світ якого ми збудували.
«Танцюючі» клітини створюють міцніші листи
Зазвичай волокна бактеріальної целюлози ростуть хаотично. Випадково. Як сушняк, занесений вітром. Випадкове зростання означає слабкі конструкції. Матеріал не витримує навантаження.
Керівником групи став Мухаммад Максуд Рахман, доцент Університету Х’юстона та ад’юнкт-професор Райського університету. Він добре розуміється на матеріалах і зрозумів, що хаос — це проблема. Тому його команда, включаючи головного автора М.А.С.Р. Сааді – доктора філософії, – створила ротаційний біореактор.
Це не статична судина. Він обертається. Це змушує бактерії рухатися.
«Ми спрямовуємо їхній рух за певною схемою», — пояснив Сааді.
Бактерії підкоряються. Їхній рух вибудовує целюлозні нановолокна в порядок. Уявіть, що ви розгладжуєте складку на молекулярному рівні. Результат? Листи з міцністю на розтяг до 436 мегапаскалів. Це дуже. Дуже сильно для біополімеру.
Але команда на цьому не зупинилася. Вони додали нанопластини нітриду бору. Тепер йдеться про гібридні матеріали. Міцність зросла приблизно до 553 мегапаскалів. Матеріал також гнучкий. Згинається. Прозорий. І він чудово справляється з теплом. Він розсіює тепло утричі швидше, ніж контрольні зразки. Відведення тепла – ключовий момент. Якщо ваш телефон не перегрівається, а електроніка не плавиться, ви маєте справу з переможцем.
Не тільки міцний, а й розумний
Це просто чергова лабораторна дивина? Ні. Сааді назвав цей процес «дресируванням дисциплінованої когорти бактерій». Мені подобається цей образ. Бактерії, що вишиковуються в стрункі ряди.
Вирівнювання відбувається під час зростання. Це один крок. Жодної брудної постобробки. У цьому полягає магія. Зазвичай, масштабування з’їдає ефективність на сніданок, але не в цьому випадку. Ви можете коригувати добавки. Налаштовувати виведення матеріалу.
Шьям Бхакта з Райсського університету допоміг із біологічною частиною. Пулікеель Аджаян і Маттео Паскуалі зробили внесок у матеріалознавство. Це міждисциплінарна робота, хаотична людська діяльність, ідеально скоординована.
Що саме замінює цей матеріал?
- структурні компоненти
- Системи теплового керування
- Упаковка
- Екологічна електроніка
- Текстиль
- накопичувачі енергії
Пластик усюди. Цей матеріал може зайняти самі ніші. Різниця лише в тому, що вона не залишає токсичних відходів. Рахман представляє ці листи повсюдно. Він хоче покласти край пануванню пластику. Це амбітно. Можливо, надто амбітно для завтрашнього дня, але наука тут на висоті.
Це дослідження фінансувалося Національним науковим фондом (NSF), Фондом США для лісів та угруповань, а також Фондом Велча. Виражені погляди належать авторам, а чи не обов’язково спонсорам.
Отже, ми. Міцний, прозорий лист, створений мікроорганізмами, які слухаються резервуара, що обертається. Він поглинає тепло краще за метал. Міцніше деяких керамічних матеріалів. І він розкладається, не отруюючи ґрунт.
Заводи можуть залишатися тихими поки що. Але резервуари вже крутяться. Чи дозволимо ми заповнити світ?
