Forskere tager et fingerpeg fra naturen om at skabe skudsikre belægninger

Reje, hummer og svampe virker måske ikke som gode redskaber til slagmarken, men tre ingeniører fra University of Houston bruger kitin-et derivat af glukose, der findes i leddyr og svampes cellulære vægge-og 3D-trykningsteknikker til at producere flerlagsbelægninger med stor effekt, der kan beskytte soldater mod kugler, lasere, giftig gas og andre farer.

Selvom majs er bedre kendt som en bæredygtig, biobaseret materiale, kitin tilbyder løfte som et almindeligt tilgængeligt materiale, der kunne behandles og bruges i nogle produkter, der nu kræver oliebaseret plast, sagde Alamgir Karim, Dow Chair Professor i kemisk og biomolekylær teknik.

"Hvad hvis vi kunne behandle disse materialer og få dem til et vist ydelsesniveau, så vi kunne gøre nogle rigtig gode ting i plastverdenen? "spurgte han." De ville være biologisk nedbrydelige ved design, så de kunne nedbrydes og vende tilbage til Moder Natur. "

Karim, der også fungerer som direktør for International Polymer &Soft Matter Center og for materialeteknikprogrammet ved UH, er hovedforsker på projektet, finansieret af $ 660, 000 tilskud fra det amerikanske forsvarsministerium. Venkatesh Balan, adjunkt i teknikteknologi, og Megan Robertson, lektor i kemisk og biomolekylær teknik, er medforstander.

De er anklaget for at udvikle hårde, holdbare og antimikrobielle flerlagsfilm, der er i stand til at modstå påvirkning fra projektiler eller lasere, samtidig med at de absorberer giftig gas. Karim sagde, at arbejdet også vil have applikationer ud over militæret, potentielt udvide sine miljømæssige fordele.

Kitin er den primære komponent i cellevægge i svampe og leddyrs eksoskeletoner, herunder krebsdyr, insekter og bløddyr. Det findes også i fiskeskalaer. Det kan høstes og behandles for at producere chitosan, eller de-acetyleret kitin, en fiber, der også produceres og sælges som kosttilskud til behandling af fedme, højt kolesteroltal, forhøjet blodtryk og Crohns sygdom. Chitosan er lettere at håndtere end den sprøde kitin.

Balan, hvis laboratorium producerer biomolekyler til medicinsk og industriel brug, bruger kemiske og enzymatiske processer til at producere kitosanmolekylerne ved hjælp af krebsdyrskaller. "Vi forsøger at gøre det samme med svampe, " han sagde, bemærker, at svampe giver en mere konsekvent grad af polymerisering bæredygtigt, hjælper med at standardisere produktionen af ​​kitin og derefter behandle det til at blive kitosan.

En stabil kilde til chitosanpolymerer vil kun være begyndelsen. Robertson vil bestemme, hvordan man ændrer atomsammensætningen på overfladen af ​​kitosan for at forbedre, hvordan det interagerer med de funktionelle lag. Hendes forskning omfatter design af bæredygtige og bionedbrydelige polymerer, der stammer fra vedvarende ressourcer.

Den forbedrede kompatibilitet mellem chitosan og polymeren vil forbedre belægningens evne til at fange gas eller absorbere stødet fra et projektil, hun sagde.

Det er her Karim kommer ind-han konstruerer et flerlagssystem, der vil bestå af et hærdet slagfast lag; et energiabsorberende knuslag, der minder om den måde, moderne biler er designet til at krølle ved stød, beskyttelse af passagerkapslen et lag til at absorbere giftig gas, med kul nanopartikler spredt i chitosan; og et tekstilklæbende lag, som vil binde belægningen til lærred og andre tekstiler.

Det vil involvere 3D-udskrivning af forskellige chitin-nanopartikler og chitosan-fremstillede eller forstærkede knusningsdesignstrukturer og teste dem for at bestemme deres evne til at modstå en påvirkning.

"Det er meget godt, miljøvenligt projekt, "Karim sagde, og en, der vil have applikationer til bilen, byggeri og andre industrier.