Un possibile sostituto della plastica potrebbe portare a materiali più resistenti ed ecologici per l'uso quotidiano
Ha il potenziale per diventare la vostra prossima bottiglia d'acqua usa e getta, e molto di più
In un mondo invaso da rifiuti di plastica, che causano incalcolabili problemi ambientali, il professore assistente di ingegneria meccanica e aerospaziale dell'Università di Houston, Maksud Rahman, ha sviluppato un modo per trasformare la cellulosa batterica - un materiale biodegradabile - in un materiale multifunzionale con il potenziale di sostituire la plastica.
Il professore assistente di ingegneria meccanica e aerospaziale dell'Università di Houston, Maksud Rahman, ha sviluppato un modo per trasformare la cellulosa batterica - un materiale biodegradabile - in un materiale multifunzionale che potrebbe sostituire la plastica.
University of Houston
Sì, può diventare la prossima bottiglia d'acqua usa e getta e molto altro ancora, come materiale da imballaggio o persino medicazioni per ferite, tutto a partire da uno dei biopolimeri più abbondanti e biodegradabili della Terra: la cellulosa batterica.
"Prevediamo che questi fogli di cellulosa batterica, forti, multifunzionali ed ecologici, diventino onnipresenti, sostituendo la plastica in vari settori e contribuendo a mitigare i danni ambientali", ha dichiarato Rahman, che ha pubblicato il suo lavoro su Nature Communications.
"Riportiamo una strategia bottom-up semplice, in un unico passaggio e scalabile per biosintetizzare robusti fogli di cellulosa batterica con nanofibrille allineate e nanofogli ibridi multifunzionali a base di cellulosa batterica utilizzando le forze di taglio del flusso fluido in un dispositivo di coltura rotazionale. I fogli di cellulosa batterica così ottenuti mostrano un'elevata resistenza alla trazione, flessibilità, pieghevolezza, trasparenza ottica e stabilità meccanica a lungo termine", ha dichiarato Rahman. M.A.S.R. Saadi, dottorando alla Rice University, è stato il primo autore dello studio, mentre Shyam Bhakta, borsista post-dottorato in Bioscienze alla Rice, ha supportato l'implementazione biologica.
La crescente preoccupazione per gli effetti nocivi sull'ambiente dei materiali non degradabili a base di petrolio ha intensificato la richiesta di alternative sostenibili, come i biomateriali naturali. La cellulosa batterica è emersa come un potenziale biomateriale naturalmente abbondante, biodegradabile e biocompatibile.
Per rafforzare la cellulosa e creare una maggiore funzionalità, il team ha incorporato nanoschede di nitruro di boro nel liquido che alimenta i batteri e ha fabbricato nanoschede ibride di cellulosa batterica e nitruro di boro con proprietà meccaniche (resistenza alla trazione fino a ~ 553 MPa) e termiche ancora migliori (velocità di dissipazione del calore tre volte superiore rispetto ai campioni).
"Questo approccio di biofabbricazione scalabile e in un unico passaggio, che produce fogli di cellulosa batterica allineati, resistenti e multifunzionali, aprirebbe la strada ad applicazioni nei materiali strutturali, nella gestione termica, nell'imballaggio, nei tessuti, nell'elettronica verde e nell'accumulo di energia", ha detto Rahman. "Stiamo essenzialmente guidando i batteri a comportarsi in modo mirato. Invece di muoversi in modo casuale, dirigiamo il loro movimento, in modo che producano cellulosa in modo organizzato. Questo comportamento controllato, combinato con il nostro metodo di biosintesi flessibile con vari nanomateriali, ci permette di ottenere contemporaneamente l'allineamento strutturale e le proprietà multifunzionali del materiale".
E per movimento, Rahman intende la rotazione, introducendo un dispositivo di coltura rotante progettato su misura in cui i batteri produttori di cellulosa sono coltivati in un incubatore cilindrico permeabile all'ossigeno che ruota continuamente grazie a un albero centrale per produrre un flusso fluido direzionale. Questo flusso si traduce in un movimento direzionale costante dei batteri.
"Questo migliora significativamente l'allineamento delle nanofibrille nei fogli di cellulosa batterica", ha detto Rahman. "Questo lavoro è un esempio di scienza interdisciplinare all'incrocio tra scienza dei materiali, biologia e nanoingegneria".
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