Новые целлюлозные нановолокна могут стать альтернативой пластмассам на основе нефти

Одноразовые пластмассы спасли множество жизней, улучшив санитарные условия в здравоохранении. Однако огромное количество пластиковых отходов, разложение которых может занимать от десятков до сотен лет, представляет собой глобальный бич загрязнения окружающей среды. Но теперь, в исследовании, недавно опубликованном в журнале ACS Nano, ученые из Института научных и промышленных исследований (SANKEN) при Университете Осаки и сотрудничающие с ними партнеры разработали чрезвычайно универсальные гидрогели и формовочные материалы, которые могут заменить обычные пластмассы.

Глобальные масштабы пластиковых отходов срочно требуют решения, и эта проблема рассматривается с разных сторон. Например, в августе 2022 года National Geographic опубликовал статью о переработке и повторном использовании пластиковых отходов.

«Однако единственным долгосрочным решением является разработка недорогих, высокоэффективных, похожих на пластик альтернатив, которые не сохраняются в окружающей среде, — говорит Такааки Касуга, ведущий и старший автор статьи. — Это активная область исследований, но предложенные на сегодняшний день альтернативы не отвечают потребностям общества».

Исследуя глобальную потребность в заменителе пластика, Касуга и его коллеги вдохновились нановолокнами целлюлозы. Например, эти ультрамалые волокна помогают растениям сохранять жесткую, но легкую структуру. Фактически, в расчете на фунт целлюлозные нановолокна помогают древесине быть — в некоторых отношениях — прочнее стали. Способность адаптировать иерархическую природу таких нановолокон сделала их активной областью исследований в синтетических тканях и других биоинженерных контекстах.

В настоящее время существуют различные методы формирования нановолокон с контролируемой ориентацией, т.е. с проявлением анизотропии. Однако простой технологии формирования целлюлозных нановолокон от нано- до макроскопических масштабов вдоль нескольких пространственных осей долгое время не существовало. Чтобы удовлетворить эту потребность, Касуга и его коллеги использовали электрофоретическое осаждение для получения анизотропных гидрогелей и формовочных материалов на основе целлюлозы и нановолокон.

В результате этого исследования было получено несколько особенно впечатляющих результатов. Во-первых, целлюлозные нановолокна были ориентированы горизонтально, случайным образом и вертикально простым изменением приложенного напряжения. Во-вторых, был легко получен многослойный гидрогель с чередующимися ориентациями нановолокон, напоминающий биологическую ткань.

«В-третьих, мы легко изготавливали сложные конструкции, такие как микроиглы и формы для мундштуков, — делится Касуга. — Равномерная ориентация нановолокон помогла подавить растрескивание гидрогеля и, таким образом, привела к гладкой поверхности после высыхания».

Эксклюзивный перевод*

Фото: Касуга и др.

Поделиться:

Подписывайтесь на краткие, но содержательные новости со всего мира
глазами молодого поколения в Телеграм и ВКонтакте.

Почитайте также

Ученые определили диету, замедляющую старение мозга

264 Эксперимент позволил определить, какие питательные вещества замедляют снижение когнитивных способностей, и оказалось, что этот …