Міцніше за павутину і сталь: створено найтривкіший біоматеріал

Міцніше за павутину і сталь: створено найтривкіший біоматеріал

Ученим вдалося створити біорозкладаний матеріал з волокон целюлози, який за міцністю перевершує сталь і каркасну нитку павутини.

Група дослідників під орудою Данієля Седерберга з KTH Royal Institute of Technology у Стокгольмі (Швеція) повідомила про істотний прорив. Із нановолокон целюлози, вибудованих уздовж однієї осі, вони створили матеріал, який став найміцнішим на сьогодні матеріалом біологічного походження.

Як відомо, целюлоза – органічна сполука, яка не розчиняється у воді й легкодоступна, оскільки з нього переважно складається клітинна оболонка всіх вищих рослин. Целюлоза не шкодить навколишньому середовищу, легко переробляється, повсюдно використовувана у промисловості. Целюлоза також біодеградує: вона розкладається під впливом мікроорганізмів, бактерій, особливо у відповідних умовах – за певних температури, вологості тощо. Створення з неї настільки міцного матеріалу буде знахідкою для безлічі галузей.

Як стверджує пан Седерберг, нитки з односпрямованих нановолокон целюлози мають увосьмеро більшу жорсткість на розтягування і тривкіші за каркасну нитку павутини – найміцнішої з ниток, які може сплести павук (саме її зазвичай вважають найтривкішим матеріалом біологічного походження). Якщо говорити мовою цифр, учені зареєстрували в отриманого матеріалу жорсткість на розтягування 86 ГПа і міцність на розрив 1,57 ГПа.

Група дослідників описала свій метод у журналі American Chemical Society. Він багато в чому копіює використовуваний самою природою з давніх часів спосіб, коли волокна вишиковуються вздовж одної осі, як це буває, наприклад, у міцній деревині. Ось тільки вченим удалося досягти такого ж ефекту на мікрорівні. Процес створення суперцелюлози, розроблений дослідниками, такий: суспензія нановолокон целюлози в деіонізованій воді з низькою кислотністю спрямовується міліметровими каналами, протравленими в нержавкій сталі. Нановолокна проходять з’єднаними потоками, що сприяє супрамолекулярній взаємодії частинок целюлози та їхній самоорганізації у волокна високої щільності. Як стверджують науковці, застосований метод можна використовувати для створення волокон з вуглецевих нанотрубок та інших нановолокон.

За словами Данієля Седерберга, отриманий матеріал можна використовувати для створення великих конструкцій завдяки міцності нановолокон на розрив та їхній здатності витримувати механічне навантаження. Така суперцелюлоза може стати екологічною заміною пластику в літаках і автомобілях, а також, за рахунок своєї біосумісності, знайти застосування в біомедицині.

Раніше «Дім інновацій» розповідав, що вчені того самого інституту розробили біосумісний полімерний матеріал, який можна коротко назвати «клей для кісток». Така клейка речовина легко і безпечно зростить переломи кісток приблизно за п’ять хвилин.