В основу исследования исследователи положила результаты наблюдения за семействами бактерий "чайного гриба", которые производят наноцеллюлозу в естественной среде обитания, пишет британская газета The Daily Mail.
Наноцеллюлозу можно делать из обычных водорослей, а перспективы ее использования огромны, считают ученые. Ведь она прочнее кевлара, который, в свою очередь, по прочности в пять раз превосходит сталь, и при этом наноцеллюлоза может быть тоньше бумаги.
Возможно, скоро появятся фермы, производящие наноцеллюлозу в больших количествах и недорого. Она может стать сырьем для промышленного производства множества разных изделий, а водоросли, к тому же, поглощают углекислый газ, ведущий к глобальному потеплению.
Профессор биологии из Университета штата Техас в Остине Малькольм Браун называет открытие своей группы "одним из важнейших в истории ботаники".
Для изготовления этого вещества в обычных условиях и в промышленных масштабах, говорят ученые, требуется огромное количество сахара, питательных веществ и бродильных чанов. Однако они придумали, как получить наноцеллюлозу небактериальным способом из простых зеленых водорослей, используя только солнечный свет и воду.
Команда, по сути, воссоздала на генном уровне работу завода по производству органических соединений, и с помощью этой технологии, уверяют ученые, можно производить наноцеллюлозу в промышленных масштабах.
Генетически измененные морские водоросли сами для себя вырабатывают продукты питания, взаимодействуя с солнечными лучами и воды, и плюс ко всему поглощают углекислый газ из атмосферы, естественным способом уменьшая количество парникового газа, сокращая его пагубное воздействие на окружающую среду.
В настоящее время группа работает над синтезом более устойчивой формы материала, и уже есть прогресс. Если все пойдет по плану, новый метод может сыграть решающую роль сразу для нескольких секторов экономики.
Отметим, в 2011 года шведская исследовательская компания Innventia уже открыла первый в мире экспериментальный завод по производству наноцеллюлозы из древесных волокон. Шведские ученые пошли по другому пути, обойдясь без генной модификации и занявшись снижением энергоемкости процесса.
Целлюлоза является наиболее распространенным органическим полимером на Земле. Этот материал, подобно сахару, состоит из молекул углерода, водорода и кислорода, связанных друг с другом в длинные цепи. В природе целлюлоза представлена в виде клетчатки - клеточных стенок деревьев и других высших растений. Организм человека не в состоянии переварить целлюлозу, однако она полезна как "клетчатка", способствующая очищению кишечника. В желудке некоторых животных, например овец, коров и верблюдов, имеются бактерии, которые позволяют этим животным переваривать целлюлозу.
Сейчас в промышленности используются лишь два источника целлюлозы – хлопок и древесная масса. После химической обработки целлюлозы из нее можно получить самые разные изделия - волокна вискозы для производства тканей, целлофан и другие пластические материалы. Целлюлоза также применяется при изготовлении бумаги. А, например, хлопок, на 99,8% состоящий из целлюлозы, после обработки смесью азотной и серной кислоты превращается в пироксилин, являющийся взрывчатым веществом.
Наноцеллюлоза похожа на обычную целлюлозу, но еще более универсальна. Она представляет собой набор наноразмерных волокон целлюлозы с высоким отношением длины к ширине. Типичная ширина такого волокна — 5-20 нм, а продольный размер варьируется от 10 нм до нескольких микрон. Материал обладает свойством псевдопластичности - он становится вязким при обычных условиях и ведет себя как жидкость при физическом взаимодействии (тряске, взбалтывании). Такие свойства позволяют создавать из него сверхлегкие и сверхпрочные материалы. До сих пор основным сдерживающим фактором распространения этого материала были высокая себестоимость и сложность производства.
Недавно техноблог Gizmodo составил список потенциальных способов применения перспективного материала. Это, например:
- легкие и прочные бронежилеты,
- супергибкие экраны,
- высокоэффективные фильтры для воды или для сигарет (структура наноцеллюлозы напоминает графен),
- гибкие батареи,
- ультраабсорбирующие аэрогели (пена из наноцеллюлозы может вобрать в себя других веществ массой, в 10 тыс. раз превышающей ее собственную),
- сверхлегкие детали энергоэффективных автомобилей,
- биотопливо (потребуются новые генные модификации).