Команда из Массачусетского технологического института (MIT, США) разработала композит, состоящий в основном из нанокристаллов целлюлозы, смешанных с небольшим количеством синтетического полимера. В будущем из такого материала можно будет изготавливать, например, зубные имплантаты, сообщает MIT. Подробно разработка описана в статье, опубликованной в журнале Cellulose.
Ежегодно из коры, древесины или листьев растений синтезируется более 10 миллиардов тонн целлюлозы – самого распространенного в природе полимера. Большая часть целлюлозы используется для производства бумаги и текстиля, а часть ее перерабатывается в порошок для пищевых загустителей и косметики. Внутри каждого волокна находятся нанокристаллы целлюлозы, представляющие собой цепочки органических полимеров, образующие почти идеальные кристаллические узоры.
Ученые MIT создали композит на основе этого материла. Смешав частицы полимера и нанокристаллы целлюлозы, они получили гель, одну часть которого использовали для 3D-печати, а другую – залили в форму. Пока образцы высыхали, материал сжался, оставив после себя твердый композит, состоящий в основном из нанокристаллов целлюлозы (60-90% материала). Исследователи также использовали ультразвуковой датчик, чтобы разрушить любые комки целлюлозы в геле, что повысило вероятность образования прочных связей растительного материала с молекулами полимера.
Полученный композит оказался прочнее и жестче, чем некоторые типы костей, и тверже, чем обычные алюминиевые сплавы. Материал имеет кирпично-строительную микроструктуру, как у перламутра – твердой внутренней оболочки раковины некоторых моллюсков. Такая структура препятствует образованию трещин.
Ученые также придали композиту форму зуба, чтобы показать, что однажды этот материал можно будет использовать для изготовления зубных имплантатов на основе целлюлозы, которые будут прочнее, жестче и устойчивее. В целом, новый материал может стать более экологичной альтернативой современным пластмассам.
«Создавая композиты с нанокристаллами целлюлозы при высоких нагрузках, мы можем придать материалам на основе полимеров механические свойства, которых у них раньше не было, – отмечают авторы работы. – Если мы сможем заменить немного пластика на нефтяной основе целлюлозой природного происхождения, это, вероятно, будет лучше и для планеты».
[Фото: IMAGE COURTESY OF A. JOHN HART, ABHINAV RAO; EDITED BY MIT NEWS]
