Onderzoekers gebruiken nanocellulose om materialen met nieuwe eigenschappen te maken

Wanneer nanocellulose wordt gecombineerd met verschillende soorten metalen nanodeeltjes, ontstaan ​​materialen met veel nieuwe en opwindende eigenschappen. Ze kunnen antibacterieel zijn, van kleur veranderen onder druk of licht omzetten in warmte.

“Simpel gezegd, we maken goud van nanocellulose”, zegt Daniel Aili, universitair hoofddocent bij de afdeling Biofysica en Bioengineering aan de afdeling Fysica, Scheikunde en Biologie aan de Universiteit van Linköping.

De onderzoeksgroep, geleid door Daniel Aili, heeft een biosynthetische nanocellulose gebruikt die door bacteriën wordt geproduceerd en oorspronkelijk is ontwikkeld voor wondverzorging. De wetenschappers hebben de cellulose vervolgens versierd met metalen nanodeeltjes, voornamelijk zilver en goud. De deeltjes, niet groter dan een paar miljardste van een meter, worden eerst op maat gemaakt om ze de gewenste eigenschappen te geven en vervolgens gecombineerd met de nanocellulose.

“Nanocellulose bestaat uit dunne draadjes cellulose, met een diameter van ongeveer een duizendste van de diameter van een mensenhaar. De draden fungeren als een driedimensionale steiger voor de metaaldeeltjes. Wanneer de deeltjes zich hechten aan de cellulose, een materiaal dat bestaat uit van een netwerk van deeltjes en cellulosevormen, “legt Daniel Aili uit.

De onderzoekers kunnen met grote precisie bepalen hoeveel deeltjes zich zullen hechten, en hun identiteit. Ze kunnen ook deeltjes van verschillende metalen en met verschillende vormen mengen – bolvormig, elliptisch en driehoekig.

In het eerste deel van een wetenschappelijk artikel gepubliceerd in Geavanceerde functionele materialenbeschrijft de groep het proces en legt uit waarom het werkt zoals het werkt. Het tweede deel richt zich op verschillende toepassingsgebieden.

Een opwindend fenomeen is de manier waarop de eigenschappen van het materiaal veranderen wanneer er druk wordt uitgeoefend. Optische verschijnselen ontstaan ​​wanneer de deeltjes elkaar naderen en op elkaar inwerken, en het materiaal van kleur verandert. Naarmate de druk toeneemt, lijkt het materiaal uiteindelijk goud te zijn.

“We zagen dat het materiaal van kleur veranderde toen we het met een pincet oppakten, en aanvankelijk begrepen we niet waarom”, zegt Daniel Aili.

De wetenschappers hebben het fenomeen “het mechanoplasmonische effect” genoemd, en het is erg nuttig gebleken. Een nauw verwante toepassing is in sensoren, omdat het mogelijk is om de sensor met het blote oog te lezen. Een voorbeeld: Als een eiwit aan het materiaal kleeft, verandert het niet meer van kleur onder druk. Als het eiwit een marker is voor een bepaalde ziekte, kan het niet veranderen van kleur worden gebruikt bij de diagnose. Als het materiaal van kleur verandert, is het markereiwit niet aanwezig.

Een ander interessant fenomeen wordt weergegeven door een variant van het materiaal dat licht absorbeert van een veel breder spectrum van zichtbaar licht en warmte genereert. Deze eigenschap kan worden gebruikt voor zowel op energie gebaseerde toepassingen als in de geneeskunde.

“Onze methode maakt het mogelijk om composieten van nanocellulose en metalen nanodeeltjes te vervaardigen die zachte en biocompatibele materialen zijn voor optische, katalytische, elektrische en biomedische toepassingen. Omdat het materiaal zelfassemblerend is, kunnen we complexe materialen produceren met volledig nieuwe, goed gedefinieerde eigenschappen. “, Besluit Daniel Aili.