Instituto από Bioengenharia από Diferente σε σύγκριση με τα συμβατικά πλαστικά και άλλα βιοδιασπώμενα υλικά που χάνουν την ακαμψία τους ή διασπώνται όταν είναι υγρά, αυτή η νέα ένωση γίνεται έως και 50% πιο ανθεκτική όταν έρχεται σε άμεση επαφή με το νερό.
Η ανακάλυψη χρησιμοποιεί χιτοζάνη, ένα φυσικό πολυμερές που εξάγεται από τον εξωσκελετό των καρκινοειδών, σε συνδυασμό με μια δομή ιόντων νικελίου για να δημιουργήσει ένα δυναμικό μοριακό δίκτυο. Η επιστημονική πρόοδος Este επιδιώκει να προσφέρει μια βιώσιμη και υψηλής απόδοσης εναλλακτική λύση για την αντικατάσταση των πλαστικών που προέρχονται από το πετρέλαιο, τα οποία επί του παρόντος επιβαρύνουν τα χερσαία και θαλάσσια οικοσυστήματα. Η διαδικασία κατασκευής χρησιμοποιεί απόβλητα από την αλιευτική βιομηχανία, μετατρέποντας αυτά που διαφορετικά θα ήταν σκουπίδια σε τεχνολογική πρώτη ύλη με χαμηλές περιβαλλοντικές επιπτώσεις και υψηλή αντοχή σε υγρά περιβάλλοντα.
Έμπνευση από τη φύση και τους βιολογικούς μηχανισμούς
Η ομάδα των Ισπανών ερευνητών αναζήτησε αναφορές στη θαλάσσια βιολογία για να λύσει το πρόβλημα της ευθραυστότητας των κοινών βιοπλαστικών ενόψει της υπερβολικής υγρασίας. Κατά την παρατήρηση θαλάσσιων σκουληκιών του είδουςNereis virens, οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι η δύναμη των σιαγόνων τους εξαρτιόταν άμεσα από την παρουσία μεταλλικών ιόντων στη φυσική τους σύνθεση. Quando αυτά τα ιόντα ψευδαργύρου αφαιρέθηκαν στο εργαστήριο, οι σιαγόνες των δειγμάτων μαλάκωσαν αμέσως, αποδεικνύοντας ότι συγκεκριμένα μέταλλα μπορούν να υπαγορεύσουν τη δομική ακεραιότητα των βιοπολυμερών σε υδάτινα περιβάλλοντα.
Για να αντιγράψουν αυτό το φαινόμενο στο τεχνητό υλικό, οι μηχανικοί επέλεξαν να χρησιμοποιήσουν ιόντα νικελίου λόγω της εξαιρετικής ικανότητάς τους να αλληλεπιδρούν με μόρια χιτοζάνης. Η στρατηγική επιλογή Essa επέτρεψε στο υλικό όχι μόνο να απωθεί το νερό, αλλά να το χρησιμοποιήσει ως ενεργό παράγοντα για τη διατήρηση της εσωτερικής μηχανικής του αντοχής. Το αποτέλεσμα είναι ένα προϊόν που αψηφά τη λογική των παραδοσιακών πολυμερών, όπου η ενυδάτωση συχνά δρα ως διαλύτης που αποδυναμώνει τους χημικούς δεσμούς.
Ο ρόλος του νικελίου στη μοριακή αναδιάρθρωση
Σε αντίθεση με το κοινό πλαστικό, όπου το νερό διεισδύει και διαχωρίζει τις μοριακές αλυσίδες προκαλώντας μαλάκωμα, το νέο βιοπλαστικό χρησιμοποιεί υγρό για να αναδιοργανώσει τις εσωτερικές του συνδέσεις. Τα ιόντα νικελίου που εισάγονται στη βάση της χιτοζάνης δημιουργούν ένα κινητό δίκτυο δεσμών που διαρκώς σπάνε και αναμορφώνονται σε έναν μικροσκοπικό κύκλο αυτοεπισκευής. Quando το υλικό είναι βυθισμένο, η παρουσία νερού διευκολύνει αυτή την ανταλλαγή δεσμών, επιτρέποντας στη δομή να εξαλείψει σημεία μηχανικής τάσης και να γίνει πιο πυκνή.
- 50% αύξηση της συνολικής σκληρότητας μετά από πλήρη εμβάπτιση σε νερό.
- Υψηλότερη ικανότητα διασποράς ενέργειας από τα συνθετικά πολυμερή.
- Διατήρηση ευελιξίας χωρίς απώλεια δομικής στήριξης.
- Ανώτερη αντοχή σε διάφορους τύπους πλαστικών που προέρχονται από πετρέλαιο.
Βιωσιμότητα και αποσύνθεση σε φυσικούς κύκλους
Αν και περιέχει μέταλλα στη σύνθεσή του για να εγγυηθεί την απαραίτητη σκληρότητα, το υλικό διατηρεί την αρχική χημική φύση της χιτοζάνης, η οποία διατηρεί την πλήρη βιοδιασπασιμότητά της. Isso σημαίνει ότι, μετά την απόρριψη, το πολυμερές μπορεί να υποστεί επεξεργασία από μικροοργανισμούς και να επιστρέψει στον φυσικό κύκλο χωρίς να αφήσει τοξικά υπολείμματα ή ανθεκτικά μικροπλαστικά. Η καινοτομία διασφαλίζει ότι ο κύκλος ζωής του προϊόντος κλείνει, χρησιμοποιώντας οργανικά απόβλητα για τη δημιουργία ενός χρηστικού στοιχείου που θα αποτελέσει και πάλι θρεπτικό συστατικό για το έδαφος ή τη θάλασσα.
Η διατήρηση της περιβαλλοντικής ακεραιότητας είναι ένας από τους πυλώνες αυτού του έργου, καθώς το νικέλιο χρησιμοποιείται σε ελεγχόμενες ποσότητες που δεν εμποδίζουν τη δράση του αποσυνθέτη. Ο Especialistas επισημαίνει ότι αυτό το χαρακτηριστικό είναι απαραίτητο για την υιοθέτηση της τεχνολογίας σε μεγάλη κλίμακα από βιομηχανίες που αναζητούν σφραγίδες βιωσιμότητας και συμμόρφωσης με αυστηρούς περιβαλλοντικούς νόμους. Η εστίαση παραμένει στη δημιουργία μιας κυκλικής οικονομίας όπου η τεχνική αποτελεσματικότητα δεν θέτει σε κίνδυνο την υγεία των ωκεανών.
Πρακτικές εφαρμογές στη σύγχρονη βιομηχανία
Οι μηχανικές ιδιότητες αυτού του νέου υλικού ανοίγουν την πόρτα σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, ειδικά σε τομείς που ασχολούνται με συνεχή έκθεση σε υγρά ή ατμούς. Embalagens φρέσκων τροφίμων, θαλάσσιων εξαρτημάτων και ακόμη και ιατρικών συσκευών μπορούν να επωφεληθούν από το πλαστικό που δεν αποτυγχάνει σε συνθήκες υψηλής υγρασίας. Η ευελιξία της χιτοζάνης επιτρέπει στο υλικό να χυτεύεται σε διαφορετικά σχήματα, από λεπτές, εύκαμπτες μεμβράνες έως συμπαγείς, άκαμπτες πλάκες για δομική χρήση.
- Κατασκευή διχτυών ψαρέματος που δεν χάνουν πρόσφυση στον ωκεανό.
- Παραγωγή συσκευασιών για διατηρημένα με απλή ψύξη και κατεψυγμένα προϊόντα.
- Ανάπτυξη ραμμάτων και προσωρινών βιοϊατρικών συσκευών.
- Δημιουργία σκευών μιας χρήσης υψηλής αντοχής για υπαίθριες εκδηλώσεις.
Σύγκριση απόδοσης με παραδοσιακά πολυμερή
Εργαστηριακές δοκιμές έδειξαν ότι το βιοπλαστικό χιτοζάνης και νικελίου υπερτερεί πολλών συμβατικών πλαστικών όσον αφορά την αντοχή σε εφελκυσμό και θλίψη όταν και τα δύο είναι υγρά. Τα πολυμερή Enquanto όπως το νάιλον μπορούν να απορροφήσουν υγρασία και να χάσουν τη σταθερότητα των διαστάσεων, η νέα ένωση σταθεροποιείται και αποκτά ακαμψία, προσφέροντας ανώτερη τεχνική προβλεψιμότητα. Η συμπεριφορά Esse είναι κρίσιμη για μηχανικούς που χρειάζονται αξιόπιστα υλικά για υποδομές που λειτουργούν στη βροχή ή υποβρύχια.
Εκτός από την ωμή αντοχή, η μοριακή προσαρμοστικότητα του νικελίου επιτρέπει στο βιοπλαστικό να αντέχει σε επαναλαμβανόμενες κρούσεις χωρίς να υποστεί μόνιμα κατάγματα. Η ελαστικότητα Essa αποδίδεται στον τρόπο με τον οποίο κινούνται οι ιοντικοί δεσμοί για να απορροφήσουν τους κραδασμούς, μια ιδιότητα που σπάνια συναντάται σε υλικά χαμηλού κόστους. Η βιομηχανία logistics δείχνει ιδιαίτερο ενδιαφέρον για αυτά τα χαρακτηριστικά για την προστασία του φορτίου στις διεθνείς θαλάσσιες μεταφορές.
Προκλήσεις για την παγκόσμια παραγωγή
Παρά τα υποσχόμενα αποτελέσματα σε ένα ελεγχόμενο περιβάλλον, η μετάβαση από τον πάγκο του εργαστηρίου στα εργοστάσια απαιτεί να ξεπεραστούν οι προκλήσεις υλικοτεχνικής υποστήριξης και κόστους. Η συλλογή και η επεξεργασία κελύφους καρκινοειδών πρέπει να βελτιστοποιηθεί για να διασφαλιστεί η σταθερή και ομοιόμορφη παροχή χιτοζάνης υψηλής καθαρότητας. Atualmente, οι ερευνητές εργάζονται για τη διύλιση των μεθόδων σύνθεσης για να κάνουν τη διαδικασία συμπερίληψης ιόντων νικελίου ταχύτερη και φθηνότερη για τους παραγωγούς.
Ένα άλλο σημείο υπό ανάλυση είναι η συμπεριφορά του υλικού σε διαφορετικά επίπεδα αλατότητας και ακραίες θερμοκρασίες που βρίσκονται στους παγκόσμιους ωκεανούς. Garantir ότι η ενίσχυση συμβαίνει τόσο σε τροπικά ύδατα όσο και σε πολικές περιοχές είναι ένα αποφασιστικό βήμα προς την οριστική εμπορική επικύρωση. Instituto από Bioengenharia από
Το μέλλον της τεχνολογίας βιώσιμων υλικών
Η επιστήμη των υλικών βιώνει μια στιγμή μετάβασης όπου η βιομιμητεία, ή η μίμηση της φύσης, γίνεται το κύριο εργαλείο καινοτομίας για το μέλλον. Η επιτυχία αυτού του πλαστικού που αγαπά το νερό σηματοδοτεί μια αλλαγή παραδείγματος, όπου η φυσική ευθραυστότητα των οργανικών υλικών διορθώνεται μέσω της έξυπνης μοριακής μηχανικής. Απώτερος στόχος είναι να εξαλειφθεί η ανθρώπινη εξάρτηση από συνθετικές ουσίες που χρειάζονται αιώνες για να αποσυντεθούν, αντικαθιστώντας τις με λύσεις που εξελίσσονται με το περιβάλλον.
Η ισπανική ανακάλυψη χρησιμεύει ως πρότυπο για άλλα ερευνητικά κέντρα που εξερευνούν τις ιδιότητες των μυκήτων, των φυκών και άλλων βιολογικών υποπροϊόντων. Αποδεικνύοντας ότι είναι δυνατό να έχουμε ένα βιοδιασπώμενο υλικό τόσο ισχυρό όσο ο χάλυβας ή το σκληρό πλαστικό, η επιστήμη αφαιρεί το τελευταίο σημαντικό εμπόδιο στη μαζική υιοθέτηση των πράσινων τεχνολογιών. Η προσδοκία είναι ότι, τα επόμενα χρόνια, τα διπλώματα ευρεσιτεχνίας που προκύπτουν από αυτή τη μελέτη θα επιτρέψουν την εμφάνιση μιας νέας γενιάς φιλικών προς το περιβάλλον βιομηχανικών προϊόντων.
