Artykuły z IF: 12.804 (2018)

Naukowcy z Wydziału Technologii Chemicznej Politechniki Poznańskiej we współpracy z międzynarodowym zespołem badawczym, TU Bergakademie Freiberg, opracowali materiał grafitowy o unikatowych właściwościach strukturalnych, wykorzystując proteinowe szkielety gąbek morskich jako surowca. Odkrycie to otwiera nowe możliwości dla współczesnej nauki o materiałach, szczególnie w nowej dziedzinie jaką jest Ekstremalna biomimetyka.

Ekstremalna biomimetyka jest dziedziną naukową zapoczątkowaną w 2010 roku przez Prof. Hermanna Ehrlicha z TU Bergakademie Freiberg, a obecnie intensywnie rozwijaną we współpracy z zespołem prof. Teofila Jesionowskiego 
w Politechnice Poznańskiej. Dotyczy to badania zjawisk naturalnych oraz biomateriałów, które występują „poza strefą komfortu człowieka” i przeniesieniu tej wiedzy do praktyki laboratoryjnej celem syntezy bioinspirowanych materiałów nowej generacji, o właściwościach, które predysponują do wykorzystania ich 
w warunkach ekstremalnego obciążenia na skalę przemysłową. Ekstremalna biomimetyka cieszy się dużym zainteresowaniem na całym świecie dzięki opracowaniu nowych trójwymiarowych kompozytów o hierarchicznej strukturze. W tym celu, naukowcy proponują wykorzystanie odnawialnych, naturalnie występujących i nietoksycznych białkowych szkieletów o wymiarach od centymetra do metra. Zaprojektowana struktura odzwierciedla kształt i rozmiar sponginy, struktury białkowej zawierającej kolagen, z której zbudowne są szkielety gąbek morskich. Struktura sponginy składa się z nanowłókien, które tworzą wielowarstwowe włókna o średnicy 100 mikronów. Włókna te łączą się, tworząc złożoną porowatą hierarchiczną sieć 3D o wyjątkowych właściwościach strukturalnych, mechanicznych i termicznych. Spongina jest białkiem o wysokiej stabilności termicznej aż do 360°C w atmosferze utleniającej. Bez dostępu tlenu, spongina może zostać zwęglona w temperaturze 1200°C bez utraty struktury na poziomie nanometrycznym. Co ciekawe, do podgrzewania gąbki naukowcy zastosowali te same urządzenia jakie wykorzystuje się do wytopu stali. W tak niezwykłych warunkach dla biopolimerów spongina przekształciła się w rodzaj nanoporowatego grafitu, ale co ciekawe uzyskany w ten sposób materiał węglowy odzwierciedlał strukturę potrójnej helisy charakterystyczną dla oryginalnego kolagenu. Zaskakująco, grafit uzyskany ze zwęglenia sponginy, odznaczał się na tyle wysoką stabilnością mechaniczną, że mógł zostać przycięty do dowolnego kształtu 
z wykorzystaniem piły do metalu.

Teraz, gdy przeanalizowaliśmy nanostrukturę włókien grafitu uzyskanego ze zwęglenia sponginy, możemy zasugerować przygotowanie dla zaawansowanych zastosowań praktycznych bioinspirowanych katalizatorów wielkości centymetra, wytwarzanych przez powlekanie powierzchni wybranymi metalami funkcjonalnymi” - mówi Prof. Teofil Jesionowski.

 

 

 

Przez dwa lata, 28-osobowy zespół badał prefabrykowane trójwymiarowe biopolimerowe szkielety gąbek (organizmów, które pojawiły się na Ziemi 600-milionów lat temu) aby opracować systemy modeli biomimetycznych, które posłużą jako alternatywa dla analogicznych struktur z tworzyw sztucznych 
w zaawansowanej chemii materiałowej.

 

Znaleźliśmy nowy sposób na wykorzystanie gąbek, znanych już od czasów starożytnych, które dotychczas stosowano w celach higienicznych 
i kosmetycznych. Od teraz także w nowoczesnych technologiach
” – mówi Prof. Hermann Ehrlich

 

Wyniki badań zostały niedawno opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Science Advances.

https://advances.sciencemag.org/content/5/10/eaax2805.

Co dowodzi, że Ekstremalna biomimetyka otwiera nowe perspektywy badawcze i tworzy nowe wartości w nauce.