Зависимость человечества от пластика-это серьезная проблема. Этот материал получают из нефти и, как правило,он заканчивает свой срок службы в качестве свалки и / или в мусоросжигательном заводе. В любом случае, это неприемлемо. Так почему бы не разработать биокомпозиты, которые являются более экологически чистыми?
Это не так просто, как кажется. Большинство биоразлагаемых пластмасс опираются на матричную структуру, полученную из нефти. Это связано с тем, что биологические матрицы обычно не обладают достаточной прочностью для большинства инженерных и конструкционных применений.
Таким образом, существует острый интерес к поиску путей превращения обычных растений в биокомпозиты, которые являются устойчивыми и сопоставимыми по механическим характеристикам с обработанной древесиной и обычными пластмассами.
Элефтерия Румели и ее коллеги из Калифорнийского технологического института нашли способ превратить клетки из табачных растений в чрезвычайно прочный материал с механическими свойствами, подобными дереву. “Мы разработали новый метод создания природных биокомпозитных материалов на основе растительных клеток”, - говорят они. "Жесткость и прочность [материалов] превосходит жесткость и прочность коммерческих пластмасс аналогичной плотности, таких как полистирол и полиэтилен низкой плотности, будучи при этом полностью биоразлагаемыми.”
Производственный процесс прост. Команда начинает с клеток из травянистого растения Nicotiana tabacum, которые они культивируют в жидкой суспензии в лаборатории. Это широко выращенное растение производит листья, которые перерабатываются в табак.
Эти клетки хорошо изучены и легко доступны исследователям. Некоторые клеточные линии, такие как линия BY-2, могут размножаться в 100 раз в течение недели при выращивании в суспензии. Румели и Ко не говорят, какую клетку они используют, хотя клетки BY-2 кажутся разумным выбором, учитывая ссылки на статью.
Каждая клетка имеет клеточную стенку, укрепленную микрофибриллами из белков и целлюлозы, которые эффективно связывают стенки вместе. Клеточная стенка заключает в себе ядро клетки, различные виды биомолекулярных машин для обработки энергии и т. д., а также цитоплазму, большая часть которой является водой. (Линии клеток BY-2 не фотосинтезируют и поэтому не содержат хлорофилл).
Культивировав клетки, команда собирает урожай и сжимает их в форму. “Во время сжатия вода диффундирует через клеточную стенку растения, и объем клетки постепенно уменьшается”, - говорят они.
Действительно, клетки теряют 98% своего веса во время этого процесса. Большая часть этого происходит из-за испарения воды, но есть и другие процессы, такие как деградация сложных биомолекул, включая пектины, гемицеллюлозу и фенольные соединения.
Затем команда нагревает обезвоженный материал. Это приводит к тому, что микрофибриллы подвергаются фазовым переходам и образуют кристаллические структуры. "Полученный материал представляет собой биокомпозит, состоящий из гетерогенной смеси естественно синтезированных биополимеров”, - говорят Румели и ко.
И это удивительно трудно. Команда измерила его механические свойства и сравнила его с хвойными породами, такими как сосна; лиственными породами, такими как тополь, дуб и грецкий орех; и коммерческой фанерой и МДФ. Они также сравнили его с синтетическими пластмассами аналогичной плотности, такими как полистирол, полипропилен и полиэтилен низкой плотности.
- Результаты показывают, насколько хорош этот материал. "Механические характеристики наших биокомпозитов сравнимы с техническими характеристиками коммерческих древесных материалов и пластмасс”, - говорят в компании Roumeli and co. “Они превосходят все литературные данные, сообщаемые для материалов, состоящих из растительных клеток, мицелия или дрожжевых матриц.