Një grup shkencëtarësh nga Universiteti i Rice dhe Universiteti i Hjustonit ka zhvilluar një metodë novatore dhe të shkallëzueshme për të transformuar celulozën bakteriale në materiale shumëfunksionale me forcë të lartë. Studimi, i publikuar në Nature Communications, prezanton një teknikë dinamike biosinteze që orienton fibrat e celulozës bakteriale në kohë reale, duke rezultuar në fletë biopolimeri me veti mekanike të jashtëzakonshme.
Plastika vazhdon të jetë një ndotës serioz, pasi polimerët sintetikë tradicionalë degradohen në mikroplastikë, duke lëshuar kimikate të dëmshme si bisfenoli A (BPA), ftalatet dhe substanca kancerogjene. Në kërkim të alternativave të qëndrueshme, ekipi hulumtues i udhëhequr nga Muhammad Maksud Rahman, profesor asistent i inxhinierisë mekanike dhe ajrore në Universitetin e Hjustonit dhe profesor i ftuar në shkencën e materialeve dhe nano-inxhinieri në Rice, përdori celulozën bakteriale, një nga biopolimerët më të pastër dhe më të bollshëm në Tokë — si alternativë të biodegradueshme ndaj plastikës.
Një grup shkencëtarësh nga Universiteti i Rice dhe Universiteti i Hjustonit ka zhvilluar një metodë novatore dhe të shkallëzueshme për të transformuar celulozën bakteriale në materiale shumëfunksionale me forcë të lartë. Studimi, i publikuar në Nature Communications, prezanton një teknikë dinamike biosinteze që orienton fibrat e celulozës bakteriale në kohë reale, duke rezultuar në fletë biopolimeri me veti mekanike të jashtëzakonshme.
Plastika vazhdon të jetë një ndotës serioz, pasi polimerët sintetikë tradicionalë degradohen në mikroplastikë, duke lëshuar kimikate të dëmshme si bisfenoli A (BPA), ftalatet dhe substanca kancerogjene. Në kërkim të alternativave të qëndrueshme, ekipi hulumtues i udhëhequr nga Muhammad Maksud Rahman, profesor asistent i inxhinierisë mekanike dhe ajrore në Universitetin e Hjustonit dhe profesor i ftuar në shkencën e materialeve dhe nano-inxhinieri në Rice, përdori celulozën bakteriale, një nga biopolimerët më të pastër dhe më të bollshëm në Tokë — si alternativë të biodegradueshme ndaj plastikës.
“Ne zhvilluam një bioreaktor rrotullues që drejton lëvizjen e baktereve prodhuese të celulozës, duke i orientuar ato gjatë procesit të rritjes,” shpjegon M.A.S.R. Saadi, autori i parë i studimit dhe doktorant në shkencën e materialeve dhe nano-inxhinieri në Rice. “Ky orientim rrit ndjeshëm vetitë mekanike të celulozës mikrobiale, duke krijuar një material të fortë sa disa metale dhe qelqe, por gjithashtu fleksibël, palosshëm, transparent dhe miqësor me mjedisin.” Fibrat e celulozës bakteriale zakonisht formohen në mënyrë të rastësishme, gjë që kufizon forcën dhe funksionalitetin e tyre.
Lexo edhe: Walmart prezanton “super agjentët” me AI për të përmirësuar përvojën e blerjes online
Duke përdorur dinamika të kontrolluara të lëngjeve brenda bioreaktorit të tyre, studiuesit arritën të orientojnë fibrat nanometrike në vend, duke krijuar fletë me rezistencë në tërheqje deri në 436 megapaskalë. Më tej, duke përfshirë fletëza të nitrit të borit gjatë biosintezës, ata krijuan një material hibrid me rezistencë edhe më të lartë, rreth 553 megapaskalë, si dhe veti të përmirësuara termike, me një shkallë të shpërndarjes së nxehtësisë tre herë më të shpejtë se mostrat kontrolluese. “Kjo qasje dinamike biosinteze na mundëson të krijojmë materiale më të forta dhe me funksione të zgjeruara,” shton Saadi. “Metoda e lejon përfshirjen e drejtpërdrejtë të aditivëve nanoskopikë në celulozën bakteriale, duke mundësuar përshtatjen e vetive të materialit sipas përdorimit specifik.”
Në studim kontribuoi edhe Shyam Bhakta, studiues postdoktoral në Departamentin e BioShkencave në Rice, duke avancuar aspektet biologjike të kërkimit. Pjesë e ekipit ishin gjithashtu profesorët Pulickel Ajayan, Matthew Bennett dhe Matteo Pasquali nga Universiteti i Rice. “Procesi i biosintezës është në thelb si të trajnoshe një grup bakteresh të disiplinuara,” shpjegon Saadi. “Në vend që të lëvizin në mënyrë të rastësishme, ne i udhëzojmë të ndjekin një drejtim të caktuar, duke orientuar në mënyrë të saktë prodhimin e celulozës. Kjo lëvizje e organizuar dhe fleksibiliteti i teknikës biosintetike na lejon të dizajnojmë njëkohësisht orientimin dhe shumëfunksionalitetin.”
Procesi është i realizueshëm në shkallë të gjerë dhe me një hap të vetëm, dhe ka potencial të lartë për aplikime industriale në fusha si: materiale ndërtimi, zgjidhje për menaxhimin e nxehtësisë, paketim, tekstile, elektronikë të gjelbër dhe sisteme për ruajtjen e energjisë. “Kjo punë përfaqëson një shembull të shkëlqyer të bashkëpunimit ndërdisiplinor mes shkencës së materialeve, biologjisë dhe nano-inxhinierisë,” tha Rahman. “Ne parashikojmë që këto fletë celuloze bakteriale, të forta, shumëfunksionale dhe miqësore me mjedisin, do të bëhen të pranishme në shumë industri, duke zëvendësuar plastikën dhe duke kontribuar në mbrojtjen e mjedisit.”
