Udforskning af biomimik – opbygning af den næste generation af tilpasningsdygtige materialer fra naturen

"Tilpasse, dyrke, heal" lyder sandsynligvis som vismands forældreråd til studerende, der lige er på vej til college. Faktisk, det er den biologiske begrundelse bag nyere forskning ved University of Maine, der studerer biomimik. Et af biomimicrys grundlæggende spørgsmål er, hvordan organismer tilpasser sig, dyrke, hele, og endda overleve.

I et forsøg på at finde svaret, biomimicry bruger virkelige levende systemer til at inspirere design og fremstilling af den næste generation af materialer, der kan løse problemer som naturen gør, fra helende sår til forebyggelse af infektioner, til en dag, måske, "voksende" raketter og biler.

"Videnskabeligt det mest betydningsfulde og interessante aspekt af dette arbejde er først at bruge denne tilgang til at forstå, hvordan disse grænsefladedrevne fænomener opstår, og derefter arbejde på at bruge denne forståelse til at drive det biologiske system til at gøre, hvad vi vil have det til at gøre, eller at reproducere det kunstigt, " sagde University of Maine professor i biologisk ingeniørvidenskab, Caitlin Howell.

Howells teams arbejde vil blive præsenteret under AVS 64th International Symposium and Exhibition, 29. okt.-nov. 3, 2017, i Tampa, Florida.

Howell begyndte sin undersøgelse af levende systemer med svampe, forsker i, hvordan disse mindste livsformer nedbryder gigantiske træer, nogle af de få organismer, der er i stand til det. Hun og hendes team fokuserer nu på at generere ny teknologi baseret på, hvordan levende systemer som disse gør, hvad de gør.

Et stort område med potentiel anvendelse for deres arbejde er i bakteriel adhæsion, der fører til biofilmdannelse. Biofilm forårsager en lang række problemer inden for industri og medicin. Ved at bruge en metode inspireret af Nepenthes kandeplante, som bruger en tynd, immobiliseret lag af vand for at frastøde insekter, Howells gruppe kan skabe selektive mønstre af bakteriel vedhæftning ved hjælp af almindelige laboratoriematerialer og enkle bordoverfladebehandlinger.

"Inspireret af planters og dyrs vaskulære systemer, vi kan derefter gøre disse overflader kontinuerligt selvfornyende ved at indlejre kanaler i selve materialet. Kanalerne fyldes derefter med overskydende væske, som kan diffundere til overfladen og hele udtømte eller beskadigede områder, " sagde Howell.

Holdet arbejder også på at udvikle disse materialer på papirsubstrater for at skabe lave omkostninger, letvægts-patogen-håndteringsmaterialer til brug i diagnostik eller analyse. "Gennem dette arbejde, vi sigter mod at udvikle nye og alsidige værktøjer til efterforskning og kontrol af mikroorganismer, " sagde Howell.

For mange, ideen om at designe selvhelbredende systemer eller dyrke en raket eller bil, med overfladefunktioner, der ændres efter behov for at være varmebestandige, stråleafvisende, camoufleret, blød eller hård, lyder som science fiction. Men videnskabelig fantasi er selve essensen af ​​teknologisk innovation; den bunder i det tilsyneladende fantastiske.

"Fly og trådløs kommunikation var engang science fiction, også, " sagde Howell. "Jeg ser, at mit arbejde er blandt de grundlæggende elementer, der bruges til at gøre denne type ting mulige."