104
14 апреля 2026
Ученые из Университета Райса и Хьюстонского университета разработали инновационный метод производства высокопрочного и многофункционального материала на основе бактериальной целлюлозы. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, предлагает новый подход к динамическому биосинтезу, который позволяет выравнивать волокна целлюлозы в реальном времени, создавая прочные биополимерные листы с выдающимися механическими свойствами.
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», п – 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».
Фото: Новая наука
Источник:
Новая наука
