Forskere bruger nanocellulose til at skabe materialer med nye egenskaber

Når nanocellulose kombineres med forskellige typer metal nanopartikler, materialer er dannet med mange nye og spændende egenskaber. De kan være antibakterielle, skifte farve under pres, eller omdanne lys til varme.

"For at sige det enkelt, vi laver guld af nanocellulose, " siger Daniel Aili, lektor i Afdelingen for Biofysik og Bioteknik ved Institut for Fysik, Kemi og biologi ved Linköpings Universitet.

Forskergruppen, ledet af Daniel Aili, har brugt en biosyntetisk nanocellulose produceret af bakterier og oprindeligt udviklet til sårpleje. Forskerne har efterfølgende dekoreret cellulosen med metalnanopartikler, primært sølv og guld. Partiklerne, ikke større end et par milliardtedele af en meter, er først skræddersyet til at give dem de ønskede egenskaber, og derefter kombineret med nanocellulosen.

"Nanocellulose består af tynde tråde af cellulose, med en diameter cirka en tusindedel af diameteren af ​​et menneskehår. Trådene fungerer som et tredimensionelt stillads for metalpartiklerne. Når partiklerne binder sig til cellulosen, et materiale, der består af et netværk af partikler og celluloseformer, " forklarer Daniel Aili.

Forskerne kan med høj præcision bestemme, hvor mange partikler der vil hæfte sig, og deres identiteter. De kan også blande partikler af forskellige metaller og med forskellige former - sfæriske, elliptiske og trekantede.

I den første del af en videnskabelig artikel offentliggjort i Avancerede funktionelle materialer , gruppen beskriver processen og forklarer, hvorfor den fungerer, som den gør. Anden del fokuserer på flere anvendelsesområder.

Et spændende fænomen er måden, hvorpå materialets egenskaber ændrer sig, når der påføres tryk. Optiske fænomener opstår, når partiklerne nærmer sig hinanden og interagerer, og materialet skifter farve. Når trykket stiger, materialet ser til sidst ud til at være guld.

"Vi så, at materialet skiftede farve, da vi tog det op i en pincet, og først kunne vi ikke forstå hvorfor, " siger Daniel Aili.

Forskerne har navngivet fænomenet "den mekanoplasmoniske effekt, " og det har vist sig at være meget nyttigt. En nært beslægtet applikation er i sensorer, da det er muligt at aflæse sensoren med det blotte øje. Et eksempel:Hvis et protein klæber til materialet, den skifter ikke længere farve, når den sættes under tryk. Hvis proteinet er en markør for en bestemt sygdom, manglende farveskift kan bruges til diagnosticering. Hvis materialet ændrer farve, markørproteinet er ikke til stede.

Et andet interessant fænomen vises ved en variant af materialet, der absorberer lys fra et meget bredere spektrum af synligt lys og genererer varme. Denne egenskab kan bruges til både energibaserede applikationer og i medicin.

"Vores metode gør det muligt at fremstille kompositter af nanocellulose og metalnanopartikler, der er bløde og biokompatible materialer til optiske, katalytisk, elektriske og biomedicinske applikationer. Da materialet er selvsamlende, vi kan producere komplekse materialer med helt nye veldefinerede egenskaber, " slutter Daniel Aili.