Selvhelbredende materialer inspireret af planter

Forskere ved EPFL's Laboratory for Processing of Advanced Composites (LPAC) og University of Freiburgs botaniske have har undersøgt, hvordan hørplanten heler sig selv, efter at den er blevet såret. Som en del af et tværfagligt EU-forskningsprojekt, de målte ændringer i plantens mekaniske egenskaber, som stivhed og dæmpning, og undersøgte plantens selvreparerende mekanismer. Fordi naturlige fibre i stigende grad bliver brugt til at fremstille kompositmaterialer, at forstå, hvordan sådanne mekanismer virker, kan hjælpe forskere med at udvikle selvhelbredende materialer med bedre ydeevne, trække på metoder inspireret af naturen.

Forskningen blev for nylig offentliggjort i PLOS ET .

Forestil dig billak, der automatisk kan reparere sig selv efter en ridse, eller en korrosionsbestandig belægning, der automatisk kan genoprette sig selv efter at være blevet skåret af. Dette er blot to af de lovende nye applikationer til selvhelbredende materialer - selvom der stadig er mange forhindringer. "Hver type materiale udgør en anden udfordring, siger Véronique Michaud, en af ​​undersøgelsens forfattere og leder af LPAC. "Nogle materialer kan allerede regenerere takket være et system af væsker inde i dem. Hvis materialet bliver ridset, væsken strømmer ud og reagerer med den omgivende luft, for eksempel, at udfylde bunden. Det svarer til, hvordan dit blod koagulerer, hvis du skærer i fingeren." Men andre materialer er mere komplicerede, og fremskridt er stadig på laboratoriestadiet. Det gælder især for kompositmaterialer, som bruges i fly og sportsudstyr – og er i fokus for forskernes arbejde.

Ændringer i planters mekaniske egenskaber

Ude i naturen, planter skal håndtere en række belastninger såsom vind, regn og brud. Det er derfor, forskerne besluttede at undersøge, hvordan stænglerne på hørplanter ændrer sig, efter at de er blevet skåret. "Vi valgte hør, fordi dets fibre allerede bruges til at lave kompositmaterialer, og fordi det er en almindelig plante, der vokser hurtigt, " siger Michaud. De lavede snit på langs og på tværs i stilkene på to forskellige familier af hørplanter og lod dem vokse i 25 dage ved siden af ​​planter, der ikke var blevet klippet. Derefter målte de ændringer i stilkenes stivhed og dæmpningsegenskaber. Forskerne, som omfattede EPFL-forskere og en biologi post-doc forsker fra University of Freiburg, påført en dynamisk trækbelastning på stilkene for at måle mængden af ​​kraft, der er nødvendig for at belaste dem og deres tidsmæssige reaktion både på intakte stilke og selvreparerede. Stivhed og dæmpning er også egenskaber, som forskere konstant stræber efter at forbedre i materialer; de skal altid finde den rigtige afvejning mellem disse to faktorer, om målet er at undgå ubehagelige vibrationer i en bil, sørg for, at en cykel kan køre jævnt over ujævnheder eller udvikle en responsiv tennisketsjer. De testmetoder og maskiner, som forskerne brugte i deres forskning på hørstængler, er de samme som dem, der blev brugt til at teste kompositmaterialer.

Forskellige reaktioner afhængig af typen af ​​sår

Forskerne så også på, hvordan stilkene helede fra snittene. De fandt ud af, at responsen var forskellig afhængig af, om snittet var på langs eller på tværs. Til længdesnit, plantecellerne omringede såret og skabte en slags hud, men stammen regenererede ikke. Imidlertid, til tværgående snit, cellerne fyldte rummet skabt af såret og helede det næsten fuldstændigt; de regenererede planter genvandt 95 % af deres mekaniske egenskaber. Andre test udført ved universitetet i Freiburg viste, at selvhelbredende resultater kan variere alt efter plantearten og skadens alvor for både planten og dens overlevelse i dens habitat. Selvhelende planter viste sig ikke at vokse så høje som deres intakte modstykker, men de dannede blomster og frø. Denne undersøgelse markerer første gang, at forskere har kvantificeret hørplantens mekaniske egenskaber og evne til at regenerere. Det er også første gang, at LPAC-forskere udførte test på planter ved hjælp af udstyr designet til at studere syntetiske materialer. Forskerne håber at fortsætte med at trække fra mekanismer, der forekommer i naturen, for at foreslå nye strategier til at skabe kompositmaterialer.