Katalonya Biyomühendislik Enstitüsü’nden (IBEC) araştırmacılar, Singapur Teknoloji ve Tasarım Üniversitesi (SUTD) ile işbirliği içinde, gelişmiş bir malzeme yapılmış biyolojik olarak parçalanabilir ıslandığında parçalanmak yerine güçlenen kitosan.
Araştırmanın arkasındaki araştırma ekibi, materyallerinin zararlı maddelere uygulanabilir bir alternatif sunabileceğini ileri sürüyor. plastik ve diğerleri plastik alternatifler Tek kullanımlık plastik bardaklar ve su şişeleri gibi çevreye zarar veren formlar da dahil olmak üzere suya maruz kaldığında parçalananlar.
Solucan Dişlerinden Esinlenerek Islandığında Güçlenen Malzeme
Buna göre Çalışma lideri ve IBEC araştırma profesörü Javier G. Fernández’e göre çoğu plastik ve diğer özelleştirilmiş polimerler, su da dahil olmak üzere çevresel koşullara dayanacak şekilde tasarlanıyor. Ancak plastiğin dayanıklılığı, giderek büyüyen bir çevresel krize yol açmıştır. insan vücudundaki mikroplastikler.
Bilim adamları, plastiklere göre çok daha düşük çevresel etkiye sahip, biyolojik olarak parçalanabilen malzemeleri keşfettiler. Ne yazık ki bu alternatifler plastiğe göre daha kolay bozuluyor. Biyolojik olarak parçalanabilen plastik alternatiflerinin bozulması, bu malzemeler suyla temas ettiğinde daha da belirginleşiyor.
Bu sorunla mücadele etmek için mühendisler kimyasal modifikasyonlara veya su itici kaplamalar. Bu değişiklikler plastik alternatiflerin ömrünü uzatabilir ve uygulanabilir uygulamalarını artırabilirken, bunların eklenmesi biyomateryal bazlı plastik alternatiflerin çevresel faydalarını baltalıyor.
Ucuz, biyolojik olarak parçalanabilen arayışlar sırasında, sürdürülebilir Alternatifler sunan Fernández, kum solucanı dişleri üzerine görünüşte ilgisiz bir çalışmadan elde edilen bir bulguya dikkat çekti. Önceki çalışmaya göre, kaldırma çinkoA madenkum solucanının dişlerinden Nereis virüsleri suya maruz kaldıklarında yumuşamalarını sağladı.
Araştırma ekibi, çalışmalarını duyuran bir açıklamada, “Bu bulgu, metallerin doğal malzemelerin suyla nasıl etkileşime girdiği konusunda önemli bir rol oynayabileceğini gösteriyor” dedi.
Kitosan ve Nikel Kombinasyonu Daldırma Sonrası %50 Güçleniyor
Kum solucanı dişi araştırmasından ilham alan araştırmacılar, metallerin diğer biyolojik materyallere aynı hidrofobisiteyi verip veremeyeceğini araştırdılar. Gezegendeki ikinci en bol biyolojik materyal olarak geniş bulunabilirliği göz önüne alındığında, araştırmacılar karides gibi kabuklu deniz canlılarının kabuklarından elde edilen doğal olarak oluşan bir polimer olan kitosan üzerinde yoğunlaştı.
Ekip, gelişmiş malzemelerine metal olarak çinko eklemek yerine, doğal olarak oluşan eser elementi seçti. nikel. Suda kolayca çözünmesine ek olarak nikel, kitosan’ın temel malzemesi olan kitin ile kolaylıkla etkileşime girerek çalışmayı ve imal edilmesini kolaylaştırır.
Konsepti test etmek için araştırma ekibi, atılmış karides kabuklarından ve nikelden elde edilen bir grup kitosan’ı bir su çözeltisine karıştırdı. Ekip, temel malzemeye dahil olmayan nikeli çıkardıktan sonra nikelle aşılanmış kitosan’ı ince filmler halinde işledi.
Ekip çarşafları test ettiğinde sadece suya direnç göstermekle kalmadı, aynı zamanda tepki verdiğini de gördü. Su ile kitosan/nikel hibrit malzeme arasındaki bu etkileşim, nikel iyonlarının ve çevredeki su moleküllerinin hareketliliği nedeniyle sürekli olarak kırılan ve yeniden şekillenen zayıf, tersine çevrilebilir bağlardan oluşan bir ağ oluşturur.
Fernández’e göre malzemenin mikroskobik düzeyde sürekli yeniden yapılandırılması, ona stresi emen ve kendilerini yeniden düzenleyen biyolojik sistemlerin özelliklerini yansıtan bir güç ve esneklik kazandırıyor.
Profesör, “(Bu) moleküler ölçekte ‘yumuşak’ olmasının onu gerçekten daha güçlü kıldığı bir malzemedir” diye açıkladı.
Malzemenin esnekliğine ilişkin testler, malzemenin suya daldırılmadan öncesine göre %50 daha fazla strese dayanıklı olduğunu gösterdi.
Gelişmiş Hibrit Malzeme ‘Doğanın Gözünde Biyolojik Açıdan Saf’ Kalıyor
Profesör Fernández, ıslandığında daha da güçlenen gelişmiş malzemenin laboratuvarda üretilmiş olmasına rağmen, kimyasal yapısının değişmeden kaldığını, bunun da onu “doğanın gözünde biyolojik açıdan saf” ve tamamen biyolojik olarak parçalanabilir hale getirdiğini söyledi.
“Esasen böcek kabuklarında veya mantarlarda bulunan aynı molekül olarak kalıyor” diye açıkladı.
Yeni malzemenin bir diğer faydası da sıfır atık üretim sürecidir. Çalışmanın yazarlarına göre, suya daldırma işlemi sırasında kitosan’a bağlanmayan nikelin çoğu “serbest kalıyor”. Bu kalan nikel yakalanıp bir sonraki parti için yeniden kullanılarak ekibin tanımladığı şekilde “nikel kullanımında %100 verimlilik” elde ediliyor.
“Bu yaklaşım, nikelin tamamen geri kazanılmasını ve yeniden kullanılmasını sağlayarak çevresel etkiyi ve maliyetleri büyük ölçüde azaltıyor” diye açıkladılar.
Bazı modern, gelişmiş malzemelerin aksine, ıslandığında daha da güçlenen yeni kitosan/nikel hibriti, temel malzemelerin mevcudiyeti nedeniyle kolayca ölçeklenebilir. Fernandez’in grubundaki doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın ilk yazarı Akshayakumar Kompa’ya göre, dünya her yıl tahminen yüz milyar ton kitin üretiyor.
Kompa, “(Bu) üç yüzyıllık plastik üretimine eşdeğer” diye açıkladı.
Araştırma ekibi, öncelikle karides kabuklarından elde edilen kitosanın organik atıklardan veya mantar yan ürünlerinden de elde edilebileceğini belirtiyor. Ayrıca kitosanın yerel olarak üretilebileceğini, nakliye maliyetlerinin azaltılabileceğini veya ortadan kaldırılabileceğini de belirtiyorlar.
Kompa, “Amacımız, yakınlarda mevcut olan kitosan türünü kullanarak bu malzemelerin üretimini yerel ekosisteme entegre etmektir” dedi. “Önemli olan yerel kaynaklara uyum sağlamaktır.”
Islandığında Güçlenen Malzemeden Üretilen Tek Kullanımlık Plastikler
Araştırma ekibi, ıslandığında güçlenen bir malzemenin potansiyel uygulamalarını tartışırken, tarım, paketleme ve balıkçılık endüstrilerinin birincil yararlanıcılar olduğunu vurguladı. Araştırmacılar ayrıca gelişmiş materyallerini su geçirmez kaplara dönüştürerek bardak ve su şişeleri gibi tek kullanımlık kaplara çevre dostu bir alternatif sundu.
Nikel ve kitosan daha önce bazı tıbbi uygulamalar için FDA tarafından onaylanmış olduğundan, malzeme tıbbi cihazlar ve implantlar için su geçirmez kaplamalar tasarlayan şirketlere fayda sağlayabilir. Fernández ve meslektaşları ayrıca nikelin ötesindeki diğer moleküllerin kitosan’a bu benzersiz özellikleri aşılayabileceğinden şüpheleniyorlar.
Profesör, “Bu ilk çalışma” diye açıkladı. “Artık bu etkinin var olduğunu bildiğimize göre, biz ve diğerleri bunu başarmanın yeni malzemeleri ve yeni yollarını arayabiliriz.”
Çalışmanın malzeme bilimi açısından sonuçlarını tartışırken, çalışmanın yazarları bunun “plastik çağdan uzaklaşan bir zihniyet değişimini temsil ettiğini” söyledi. Araştırmacılar, biyolojik malzemeleri sentetik malzemeler gibi davranacak şekilde tasarlamak yerine, “çevreden izole değil, onunla birlikte çalışan malzemeler tasarlamaları gerektiğini” söyledi.
Fernández, “Bir asırdan fazla bir süredir, doğada başarılı olmak için malzemelerin hareketsiz hale gelmesi gerektiğini varsaydık” dedi. “Bu araştırma bunun tersini gösteriyor: Malzemeler kendilerini çevreden izole etmek yerine çevreleriyle etkileşime girerek gelişebilirler.”
Çalışma “Islak olduğunda daha güçlü: Metal iyonlarıyla sıfır atık koordinasyonu sayesinde suda yaşayan sağlam kitin nesneler” kategorisinde yayınlandı Doğa İletişimi.
Christopher Plain, Bilim Kurgu ve Fantazi roman yazarı ve The Debrief’te Baş Bilim Yazarıdır. Onu takip edin ve onunla bağlantı kurun X, onun kitapları hakkında bilgi edinin plainfiction.comveya doğrudan şu adrese e-posta gönderin: [email protected].
