Przekształcanie roślin w innowacyjne materiały
Przejście na bardziej ekologiczną i zrównoważoną gospodarkę będzie wymagało zastosowania nowych materiałów opartych na źródłach odnawialnych. Obiecujące w tej dziedzinie są nano- i mikrocząsteczki celulozy i ligniny, ponieważ są wytwarzane z roślin (są materiałami biopochodnymi). W ramach projektu BioELCell, finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych, naukowcy opracowali nowe metody pozwalające na rozkład polimerów pochodzenia roślinnego i ponowne łączenie ich w funkcjonalne materiały, które będą wspierać przyszłą biogospodarkę w Europie i na całym świecie. „Zespół BioELCell opracował nanomateriały celulozowe pochodzące z zasobów roślinnych, w tym pozostałości biomasy”, mówi Orlando Rojas, profesor wizytujący na Uniwersytecie w Aalto i były koordynator projektu BioELCell.
Ekologiczne nanowytwarzanie
W projekcie BioELCell opracowano nowe metody wykorzystujące ekologiczne przetwarzanie i nanowytwarzanie w celu stworzenia szeregu nowych materiałów na bazie roślin. W większości przypadków wymagało to izolacji, frakcjonowania i zmniejszenia struktur polimerowych występujących w przyrodzie. „Odgórna dekonstrukcja prowadzi do powstania elementów budulcowych umożliwiających następnie tworzenie nowych struktur, w których wykorzystywane są funkcje właściwe dla tych naturalnych materiałów, tyle że w postaci zaprojektowanych architektur – przy użyciu oddolnego procesu syntezy”, wyjaśnia Rojas.
Duże zainteresowanie nowymi nanomateriałami
Zespół BioELCell stworzył kilka nowych materiałów, które spotkały się z dużym zainteresowaniem społeczeństwa, jak i mediów. Ich przykładem są włókna produkowane z nanocelulozy, które znajdują zastosowanie w biomedycynie jako materiały elektroaktywne i strukturalne. Owocem projektu są także włókna, folie i materiały wytwarzane przy pomocy obróbki przestrzennej na drodze upcyklingu odpadów rolno-leśnych. Mogą być one szeroko stosowane, w tym do adsorpcji CO2, jako materiały budowlane, a nawet do budowy struktur wspierających rafy. „Zespół BioELCell opracował nowatorskie metody biowytwarzania złożonych geometrii poprzez kierowanie mikroorganizmami (przy pomocy aerotaksji), które zostały następnie wykorzystane do produkcji implantów biomedycznych”, dodaje Rojas. Architektury otrzymane z odpadów pochodzących z przycinania gałązek borówki zostały wykorzystane w warunkach podwodnych, w tym w eksperymentach na wybrzeżu meksykańskiej wyspy Cozumel mających na celu stworzenie struktury podpierającej na potrzeby odbudowy rafy koralowej.
Rozwój badań nad nanomateriałami
„W ostatnim czasie zespół BioELCell uczestniczył w odkryciach naukowych, które miały istotny wpływ na rozwój nanomateriałów opartych na chitynie i ligninie”, mówi Rojas. Pierwszy z nich to biopolimer otrzymywany z biomasy oceanicznej (np. pozostałości krewetek i krabów), grzybów i owadów, podczas gdy drugi to biomakromolekuła aromatyczna występująca w roślinach. Ważnym osiągnięciem projektu BioELCell jest także stworzenie systemu aerozolowego do produkcji suchych cząstek ligniny, które zostały wykorzystane m.in. do stabilizacji emulsji i wychwytywania dwutlenku węgla oraz w barwnikach fotonicznych i bioatramentach. Zespół wykorzystał też uczenie maszynowe do projektowania mikrostruktur taninowych. Co więcej, wykorzystując indukowaną parowaniem samoorganizację nanokryształów celulozy, uczeni stworzyli „klej superglue” na bazie wody o skuteczności porównywalnej z najnowszymi mikrowytwarzanymi odpowiednikami. „Możliwe są także liczne bardziej zaawansowane zastosowania, na przykład w urządzeniach biomedycznych, czujnikach i materiałach energetycznych”, mówi Rojas.
Nawiązywanie nowych partnerstw
W ramach Boreal Alliance i jak dodatkowy element projektu BioELCell udało się nawiązać bliską współpracę między Finlandią a Kanadą. Dwie organizacje z Uniwersytetu w Aalto i Uniwersytetu Kolumbii Brytyjskiej zajmują się obecnie wspieraniem rozwoju biogospodarki o obiegu zamkniętym w sektorze leśnym. Wspólnym celem tych organizacji jest zmniejszenie ryzyka związanego z technologiami przekształcania zasobów odnawialnych w bioprodukty, wspieranie transferu wiedzy i wykorzystywanie materiałów, które do niedawna były uważane za odpady.
Słowa kluczowe
BioELCell, lignina, nanokryształy, pozostałości, nanomateriał, badania naukowe, rośliny, zrównoważona gospodarka, materiały
