Znajdź zawartość

Na Uniwersytecie w Linköping powstał akumulator, któremu można nadać dowolny kształt. Dzięki płynnym elektrodom można go będzie w dowolny sposób integrować z urządzeniami przyszłości. Tekstura materiału przypomina pastę do zębów. Można go będzie, na przykład, wykorzystać w drukarce 3D do wykonania akumulatora o dowolnym kształcie, mówi jeden z twórców nowatorskiego urządzenia, Aiman Rahmanudin. Ludzkość używa coraz więcej gadżetów i urządzeń elektronicznych. Coraz więcej z nich to urządzenia noszone na ciele, jak pompy insulinowe, rozruszniki serca, implanty słuchu, w przyszłości coraz więcej elektroniki będzie zintegrowanej z ubraniami. Jeśli to wszystko ma działać i nie przeszkadzać użytkownikowi w codziennym funkcjonowaniu, potrzebne są nowe rodzaje baterii. Baterie to największy składnik każdej elektroniki. Dzisiaj są to sztywne ciała stałe i dość nieporęczne. Jednak dzięki miękkim wygodnym bateriom możemy pozbyć niedogodności z nimi związanych. Można je będzie integrować w zupełnie inny sposób, niż obecnie, dodaje Rahmanudin. Chcąc uniknąć błędów innych zespołów pracujących nad elastycznymi akumulatorami, naukowcy ze Szwecji wykorzystali polimery oraz ligninę. Ich urządzenie może być ładowane i rozładowywane ponad 500 razy i zachowuje swoją pojemność. Może być też rozciągnięte na 2-krotność swojej oryginalnej długości i wciąż dobrze działa. Obecnie twórcy baterii pracują nad zwiększeniem napięcia. Nasza bateria nie jest doskonała. Sama koncepcja jest dobra, ale musimy poprawić wydajność. Obecnie możemy uzyskać 0,9 V. Szukamy innych związków chemicznych, by zwiększyć napięcie. Jedną z rozważanych przez nas opcji jest wykorzystanie cynku lub manganu, które powszechnie występują w skorupie ziemskiej, dodaje Rahmanudin. Ze szczegółami nowej baterii można zapoznać się na łamach Science Advances. « powrót do artykułu

Szwedzcy uczeni dokonali czegoś niezwykłego. Połączyli indywidualne komórki z organicznymi elektrodami. Ich osiągnięcie daje nadzieję, że w przyszłości będziemy w stanie bardzo precyzyjnie leczyć choroby neurologiczne. I nie tylko je. Mózg jest kontrolowany przez sygnały elektryczne, które są z kolei przekładane na substancje chemiczne służące do komunikacji między komórkami. Nie od dzisiaj wiemy, że mózg można stymulować za pomocą prądu elektrycznego. Jednak stosowane metody są bardzo nieprecyzyjne i wpływają na duże obszary mózgu. W zwiększeniu precyzji pomagają metalowe elektrody. Jednak ich mocowanie do mózgu stwarza ryzyko uszkodzenia tkanki, pojawienia się stanu zapalnego czy blizn. Rozwiązaniem mogą być miękkie polimerowe elektrody. Naszym celem jest połączenie układu biologicznego z elektrodami, używając przy tym organicznych polimerów przewodzących. Polimery są miękkie i wygodne w używaniu, mogą przekazywać zarówno sygnał elektryczny, jak i jony. Są więc lepszym materiałem niż konwencjonalne elektrody, mówi Chiara Musumeci z Uniwersytetu w Linköping. Uczona wraz z kolegami z Karolinska Institutet opracowała technikę mocowania organicznych elektrod do błon komórkowych pojedynczych komórek. Dotychczas udawało się to osiągnąć w przypadku genetycznie modyfikowanych komórek, zmienionych tak, by ich błony komórkowe łatwiej łączyły się z elektrodami. Szwedzi są pierwszymi, którzy wykonali takie połączenie z niezmodyfikowanymi komórkami, uzyskali ścisłe dopasowanie, a elektroda nie wpłynęła na funkcjonowanie komórek. Technika połączenia jest dwuetapowa. W pierwszym kroku wykorzystywana jest molekuła kotwicząca, za pomocą której tworzy się punkt zaczepienia do błony komórkowej. Na drugim końcu molekuły znajduje się struktura, do której mocowana jest następnie elektroda. Na kolejnym etapie badań naukowcy będą starali się opracować sposób na bardziej równomierne zaczepianie molekuły kotwiczącej, uzyskanie bardziej stabilnego połączenia oraz zbadanie, jak takie połączenie zachowuje się z upływem czasu. Przed nimi jeszcze sporo wyzwań. Naukowcy wciąż nie są w stanie z całą pewnością stwierdzić, że ich technika sprawdzi się w przypadku żywych tkanek. Na razie skupiają się nad uzyskaniem pewnego, stabilnego i bezpiecznego połączenia z komórką. Jeśli okaże się, że takie połączenia sprawdzają się w żywych organizmach, przyjdzie czas na badania, które dadzą odpowiedź na pytanie, w terapiach jakich chorób można będzie zastosować elektrody łączone z poszczególnymi komórkami. « powrót do artykułu

Guoliang Liu z Wydziału Chemii Virginia Polytechnic Institute and State University (Virginia Tech), opracował metodę przetwarzania plastików – od „kartonowych” pojemników na napoje, poprzez pojemniki na żywność i foliowe torebki – na mydło. Jego tajemnica polega na podgrzewaniu długichł łańcuchów polimerowych i ich gwałtownym chłodzeniu. Mamy tutaj więc do czynienia z tzw. upcyclingiem, czyli uzyskiwaniem z przetwarzanego przedmiotu produktu o wysokiej wartości. W tym przypadku są do surfaktanty, które może zamienić w mydło czy detergent. Bardzo często recykling wiąże się z downcyklingiem, gdy poddany mu przedmiot można zamienić na produkt o niższej wartości. Zamiana plastiku na mydło może być zaskakująca, ale oba te produkty mają wiele wspólnego na poziomie molekularnym. Struktura chemiczna polietylenu, jednego z najpowszechniej używanych tworzyw sztucznych, ma niezwykle podoba do struktury kwasów tłuszczowych używanych do produkcji mydła. Oba te materiały mają długie łańcuchy węglowe, jednak kwasy tłuszczowe mają na końcu łańcucha dodatkową grupę atomów. Guoliang Liu od dłuższego czasu uważał, że dzięki temu podobieństwu powinno się udać zamienić polietylen w kwas tłuszczowy do produkcji mydła. Pytanie brzmiało, jak podzielić długie łańcuchy polimerowe na krótsze, ale nie za krótkie, i zrobić to efektywnie. Jeśli by się to udało, można by z plastikowych odpadów o niskiej wartości uzyskać produkt o wysokiej wartości. Inspiracją dla naukowca stało się dymu z palącego się w kominku drewna. Drewno kominkowe składa się głównie z polimerów, jak celuloza. Jego spalanie rozrywa polimery na mniejsze łańcuchy, następnie na małe gazowe molekuły, które w końcu utleniają się do tlenku węgla. Jeśli podobnie przerwiemy molekuły polietylenu, ale przerwiemy proces zanim staną się one molekułami gazowymi, powinniśmy otrzymać krótkie łańcuchy podobne do molekuł polimerów, stwierdził. W swoim laboratorium wykorzystał termolizę z gradientem temperatury. Na dole urządzenia do termolizy panuje wystarczająco wysoka temperatura, by poprzerywać łańcuchy polimerowe, a na górze jest ono na tyle schłodzone, że proces przerywania łańcuchów nie zachodzi. Po termolizie naukowcy zebrali sadzę z góry pieca i okazało się, że zawiera ona woski. Potrzebnych było jeszcze kilka etapów obróbki chemicznej, w tym zmydlanie, by otrzymać pierwsze w historii mydło z plastiku. Cała procedura została przeanalizowana przez ekspertów od modelowania komputerowego, analiz ekonomicznych i innych dziedzin. Efektem prac jest artykuł opublikowany w Science. Nasze badania pokazują nowy sposób upcyclingu plastiku bez konieczności stosowania nowych katalizatorów czy złożonych procedur. To powinno zachęcić innych do opracowania kolejnych metod zamiany plastikowych odpadów na cenne produkty, mówi główny autor artykułu, Zhen Xu. Co więcej, analizy wykazały, że tę samą metodę można wykorzystać podczas pracy z polipropylenem. Wraz z polietylenem stanowi od większość plastiku, z jakim mamy do czynienia w codziennym życiu. Dodatkową zaletą jest fakt, że metodę Liu można wykorzystać bez potrzeby oddzielania polietylenu od polipropylenu. Można je jednocześnie przetwarzać. « powrót do artykułu

Nowa aktywowana światłem powłoka, zabija bakterie takie jak gronkowiec złocisty i Escherichia coli. Twórcami powłoki, która może znacznie zmniejszyć liczbę zakażeń szpitalnych są naukowcy z University College London. Powłokę można zastosować wewnątrz cewników czy rurek wentylacyjnych, które są ważnymi źródłami zakażeń szpitalnych. Zakażenia szpitalne to bardzo poważny problem na całym świecie. Ocenia się, że w Polsce nawet 10% pacjentów jest narażonych na zakażenia szpitalne, a bezpośrednie koszty ich leczenia to około 800 milionów złotych rocznie. W UE z powodu zakażeń szpitalnych umiera około 40 000 osób w ciągu roku. Zakażenia te najczęściej powodowane są przez Clostridioides difficile, metycylinoopornego gronkowca złocistego (MRSA) oraz E. coli. Teraz z Nature Communications dowiadujemy się o powstaniu powłoki antybakteryjnej, która jest aktywowana światłem o natężeniu zaledwie 300 luksów. Takie światło spotyka się w poczekalniach i innych tego typu pomieszczeniach szpitalnych. Opracowanie nowej powłoki oznacza, że można pokryć nią ściany i pozbyć się w ten sposób bakterii. Podobne istniejące dotychczas powłoki wymagały do aktywacji światła o natężeniu 3000 luksów. To bardzo intensywne światło, spotykane na salach operacyjnych. Nowa bakteriobójcza powłoka zbudowana jest z niewielkich fragmentów zmodyfikowanego złota zamkniętego w polimerze pokrytym fioletem krystalicznym, który ma właściwości grzybo- i bakteriobójcze. Barwniki takie jak fiolet krystaliczny to obiecujący kandydaci do utrzymywania sterylnych powierzchni. Są obecnie szeroko stosowane do odkażania ran. Gdy zostają wystawione na działanie światła wytwarzają reaktywne formy tlenu, które zabijają bakterie uszkadzając ich błony komórkowe i DNA. Połączenie tych barwników z metalami takimi jak złoto, srebro czy tlenek cynku wzmacnia efekt bakteriobójczy, mówi główny autor badań, doktor Gi Byoung Hwang Inne powłoki zabijające bakterie wymagają albo zastosowania światła ultrafioletowego, które jest niebezpieczne dla człowieka, albo bardzo intensywnego źródła światła, co nie jest zbyt praktyczne. Zaskoczyło nas, że nasza powłoka skutecznie zwalcza gronkowca złocistego i E. coli w warunkach naturalnego oświetlenia. Jest więc bardzo obiecującym materiałem, który można by stosować w służbie zdrowia, dodaje współautor badań, profesor Ivan Parkin. W ramach eksperymentów naukowcy nakładali na nową powłokę oraz na powłokę kontrolną kolonie bakterii w ilości 100 000 sztuk na mililitr. Eksperymenty prowadzono z użyciem gronkowca złocistego oraz E. coli. Porównywano ilość bakterii w ciemności oraz w oświetleniu o intensywności od 200 do 429 luksów. Okazało się, że powłoka kontrolna, składająca się z samego polimeru i fioletu krystalicznego nie zabijała bakterii w warunkach naturalnego oświetlenia. Tymczasem powłoka antybakteryjna znacząco wpłynęła na zmniejszenie rozprzestrzeniania się bakterii. E. coli była bardziej odporna na jej działanie niż S. aureus. Do znacznej redukcji liczby E. coli doszło po dłuższym czasie. Prawdopodobnie dzieje się tak, gdyż ściana komórkowa E. coli zbudowana jest z podwójnej membrany, a S. aureus z pojedynczej, wyjaśnia doktor Elaine Allan. Ku zdumieniu naukowców okazało się, że powłoka antybakteryjna wytwarza nadtlenek wodoru, który wchodzi w skład wody utlenionej. Działa on bezpośrednio na ścianę komórkową, zatem wolniej niszczy bakterie o grubszej ścianie. Obecne w naszej powłoce złoto jest kluczem do powstawania nadtlenku wodoru. Jako, że nasza powłoka wymaga zastosowania znacznie mniejszej ilości złota niż podobne powłoki, jest ona też tańsza, zapewnia kolejny z autorów badań, profesor Asterios Gavriilidis. « powrót do artykułu

Na North Carolina State Univeristy powstała nowa technika ochrony elektroniki przed promieniowaniem jonizującym. Jest ona tańsza od istniejących metod, a składnikiem, który zapewnił jej sukces jest... rdza. Dzięki naszej technice można albo zatrzymać tyle samo promieniowania co wcześniej, obniżając wagę osłon o 30% lub więcej, albo też zachować zachować wagę osłon, ale zatrzymać o co najmniej 30% więcej promieniowania, mówi współautor badań profesor Rob Hayes. Promieniowanie jonizujące może uszkodzić urządzenia elektroniczne lub powodować, że będą nieprawidłowo działały. Dlatego też elektronika narażona na takie promieniowanie, jak na przykład podzespoły pracujące w przestrzeni kosmicznej, jest chroniona specjalnymi osłonami. Waga jest bardzo ważnym czynnikiem branym pod uwagę przy projektowaniu urządzeń mających trafić poza Ziemię. Najczęściej w formie osłon wykorzystuje się aluminium, będące kompromisem pomiędzy wagą a poziomem oferowanej ochrony. Nowa technika polega na wymieszaniu sproszkowanego tlenku metalu, rdzy, z polimerem i wyprodukowanie z tego osłony. Sproszkowany tlenek metalu zapewnia słabszą osłonę niż sproszkowany metal, jednak jest mniej toksyczny i nie ma tutaj obawy o to, że zaburzy pracę urządzenia, wyjaśnia Hayes. Obliczenia wskazują, że sproszkowany tlenek metalu zapewnia podobną ochronę co tradycyjne osłony. Przy promieniowaniu o niskiej energii proszek taki zmniejsza promieniowanie gamma 300-krotnie i zmniejsza nawet o 225% liczbę uszkodzeń spowodowanych przemieszczeniem atomów w sieci krystalicznej w wyniku kolizji z neutronami, wyjaśnia główny autor badań, Mike DeVanzo. Jednocześnie, jakie osłony są lżejsze. Symulacje komputerowe wskazują, że w najgorszym scenariuszu takie rozwiązanie absorbuje o 30% więcej promieniowania co tradycyjna osłona o tej samej wadze, dodaje Hayes. Dodatkowo materiał ten jest tańszy niż czysty metal. Z artykułem Ionizing radiation shielding properties of metal oxide impregnated conformal coatings można zapoznać się na łamach Radiation Physics and Chemistry. « powrót do artykułu

Durian to azjatycki owoc, który mimo intensywnego nieprzyjemnego zapachu jest przez wielu ludzi uznawany za prawdziwy przysmak. Okazuje się, że włókna z jego skórki mogą znaleźć zastosowanie m.in. w biodegradowalnych opakowaniach na żywność, a także w druku 3D. Naukowcy z International Islamic University Malaysia zmieszali włókna ze skórki duriana z epoksydowanym olejem roślinnym. W ten sposób powstał biodegradowalny polimer, któremu można nadać postać pojemników/tacek na żywność. Po 3 miesiącach w glebie degradacji ulega ok. 83% opakowania. Zespół podkreśla, że biokompozyt może też znaleźć zastosowanie jako alternatywny filament (tworzywo) do druku 3D. Durian jest uznawany za najbardziej śmierdzący owoc świata. Ma nawet własny znak zakazu. Mieszkańcy Azji nie mogą mu się jednak oprzeć. Wg nich, pachnie jak piekło, ale smakuje jak niebo. Odór owoców duriana jest tak mocny, że stoisko z tymi owocami można ponoć wyczuć z odległości kilkudziesięciu metrów. Obmyślając zastosowanie dla włókien z jego skórki, Malezyjczycy odciążają wysypiska (normalnie skórki tam by trafiły). « powrót do artykułu

Opracowany w USA nowy ubieralny "e-tatuaż" jest tak elastyczny i lekki, że można go nosić nad sercem przez długi czas, w ogóle tego nie czując. Urządzenie monitoruje akcję serca na 2 sposoby, dzięki czemu lekarze zdobywają wiele cennych informacji nt. stanu zdrowia pacjenta. Nanshu Lu z Uniwersytetu Teksańskiego w Austin od dawna pracuje nad technologią elektronicznego tatuażu, a więc nad bazującymi na grafenie ubieralnymi urządzeniami, które umieszcza się na skórze, by mierzyć różne reakcje organizmu (od sygnałów elektrycznych po biomechaniczne). Najnowsze osiągnięcia zespołu opisano na łamach Advanced Science. Urządzenie Amerykanów wykonuje jednocześnie elektrokardiografię (EKG) i sejsmokardiografię (SKG). EKG polega na rejestracji czynności elektrycznej mięśnia sercowego z powierzchni klatki piersiowej. SKG to z kolei rejestracja na klatce piersiowej wibracji wytwarzanych przez serce. Zasilany ze smartfona e-tatuaż jest pierwszym ultracienkim rozciągliwym urządzeniem rejestrującym zarówno EKG, jak i SKG. Zbierając synchronicznie dane z obu tych źródeł, uzyskujemy o wiele lepszy wgląd w stan zdrowia czyjegoś serca - podkreśla Lu i dodaje, że można powiedzieć, że sejsmokardiografia spełnia funkcję kontroli jakości i wskazuje na trafność zapisu EKG. O ile miękkie e-tatuaże do EKG były już szeroko opisywane, o tyle czujniki do SKG nadal bazowały albo na sztywnych akcelerometrach (przyspieszeniomierzach), albo na nierozciągliwych membranach piezoelektrycznych. By rozwiązać ten problem, zespół Lu wykonał e-tatuaż z piezoelektrycznego polimeru - poli(fluorku winylidenu) - który tworzy "meandrującą" sieć o grubości 28 mikrometrów. Zintegrowanie w pojedynczej platformie czujnika SKG i dwóch złotych elektrod pozwala uzyskać miękki tatuaż, wykrywający sygnały elektro-mechano-akustyczne. By zmapować wibracje klatki piersiowej (zarejestrować i przeanalizować pola przemieszczeń i odkształceń) i w ten sposób wyznaczyć miejsce, w którym najlepiej umieścić e-tatuaż, naukowcy wykorzystali technikę cyfrowej korelacji obrazu 3D. Obecnie ekipa Lu pracuje nad ulepszeniem zbierania i przechowywania danych, a także nad metodami bezprzewodowego zasilania tatuażu przez dłuższy czas. Stworzona ostatnio aplikacja na smartfony nie tylko bezpiecznie przechowuje dane, ale i pokazuje na ekranie bicie serca w czasie rzeczywistym. « powrót do artykułu

Amerykańscy naukowcy opracowali syntetyczne rozwiązanie, które wykazuje fototropizm, czyli podąża za kierunkiem padającego światła. Jest ono porównywane do sztucznego słonecznika. Opis systemu SunBOT (od ang. sunflower-like biomimetic omnidirectional tracker) ukazał się w periodyku Nature Technology. Akademicy podkreślają, że wiele sztucznych materiałów wykazuje reakcje nastyczne, co oznacza. że kierunek wygięcia nie zależy od tego, z jakiego miejsca działa bodziec. Niestety, dotąd żaden nie wykrywał i nie podążał precyzyjnie za kierunkiem bodźca, a więc nie wykazywał tropizmu. SunBOT powstał z połączenia 2 rodzajów nanomateriałów: światło- i termowrażliwego. Pierwszy pochłania światło i przekształca je w ciepło, drugi zaś kurczy się pod wpływem ekspozycji na ciepło. Zespół nadał polimerowi formę łodygi i oświetlał ją pod różnymi kątami. Okazało się, że łodyga wyginała się, nakierowując się na źródło światła. Jak tłumaczą Amerykanie, światło było absorbowane przez konkretny fragment łodygi, a powstające ciepło prowadziło do kurczenia się materiału po stronie źródła światła, przez co łodyga wyginała się w jego kierunku. Łodyga zatrzymywała się, gdy zaczynała częściowo zasłaniać promień. Podczas testów na łodydze umieszczano też "kwiat" będący małym panelem słonecznym. Wyniki pokazują, że urządzenie można wykorzystać do utrzymania ogniw fotowoltaicznych nakierowanych na słońce (znacząco podwyższa to ich wydajność).     « powrót do artykułu

Plastik, który ulega błyskawicznej degradacji, nie znalazłby zbyt wielu zastosowań w życiu codziennym. Jednak taki znikający materiał znajduje się w kręgu zainteresowań tych, którzy zajmują się np. działalnością wywiadowczą. Dlatego też Pentagon i CIA z pewnością będą uważnie śledziły American Chemical Society Fall 2019 National Meeting & Exposition, gdzie zostaną zaprezentowane ostatnie postępy w pracach nad takim materiałem. To nie jest coś, co powoli rozkłada się przez rok, jak biodegradowalny plastik, do którego konsumenci mogą być przyzwyczajeni. Ten polimer znika natychmiast, jak za włączeniem guzika, mówi doktor Paul Kohl z Georgia Institute of Technology (Georgia Tech), którego zespół pracuje nad błyskawicznie rozkładającym się polimerem. Polimer powstaje z myślą o potrzebach Pentagonu. Dzięki niemu mogłyby powstać np. urządzenia czy pojazdy, które dosłownie znikają w oczach. To znakomicie ułatwiłoby przeprowadzanie tajnych misji, gdyż można by takie urządzenia i pojazdy pozostawiać, nie martwiąc się, że przeciwnik je znajdzie. Z chemicznego punktu widzenia wykorzystano tutaj temperaturę polimeryzacji, która jest powiązana z napięciem sterycznym, czyli rodzajem odpychania się elektronów. Jeśli temperatura polimeryzacji pozostaje w pewnym przedziale, materiał jest stabilny. Jednak powyżej pewnej granicy temperatury napięcie steryczne rośnie do tego stopnia, że materiał się rozpada. Zjawisko to możemy obserwować np. w przypadku polistyrenu. To bardo stabilny materiał w granicach temperatury polimeryzacji. Jednak wystarczy wsadzić go do ognia i błyskawicznie się rozpływa. Tutaj mamy do czynienia z rozpadem tysięcy wiązań chemicznych. Natomiast w materiale opracowanym przez zespół Kohla wystarczy, by doszło do rozpadku jednego wiązania, a następuje efekt domina i rozpadają się wszystkie. Różne zespoły naukowe już wcześniej pracowały nad podobnymi rozwiązaniami, jednak problemem była ich stabilność w temperaturze pokojowej. Kohlowi udało się przezwyciężyć te problemy. Początkowo stworzyliśmy materiał, który był wrażliwy na ultrafiolet. Mogliśmy więc wytwarzać go w pomieszczeniu dobrze oświetlonym lampami fluorescencyjnymi i pozostawał on stabilny, mówi Kohl. Jednak po wystawieni na działanie światła słonecznego materiał odparowywał lub zamieniał się w formę ciekłą. Można więc wyprodukować z niego pojazd, który będzie poruszał się w nocy czy nad ranem, a zniknie w pełnym słońcu. To jednak był początek prac. Uczeni z Georgia Tech stworzyli też polimer reagujący na sztuczne światło. Mamy polimery przystosowane do działania w pomieszczeniach. Wchodzisz do pomieszczenia, zapalasz światło i urządzenie znika, mówi Kohl. Jakby jeszcze tego było mało, naukowcy opracowali sposób na odroczenie depolimeryzacji materiału. Możemy opóźnić depolimeryzację o konkretną ilość czasu – godzinę, dwie, trzy. Trzymasz swoje urządzenie w ciemności do czasu, aż chcesz je użyć. Potem wystawiasz je na działanie światła słonecznego, a ono działa przez trzy godziny i następnie się rozkłada, wyjaśnia Kohl. Naukowiec mówi, że nowy materiał przyda się nie tylko w zastosowaniach wojskowych czy wywiadowczych. Wyobraża on sobie czujniki środowiskowe, które zbierają dane, a po zakończeniu badań rozpuszczają się, wywierając minimalny wpływ na środowisko. « powrót do artykułu

Naukowcy z Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) opracowali plastik nowej generacji, który można wielokrotnie poddawać recyklingowi, nadając mu różne kształty i kolory. Obecnie plastik, ze względu na to, że zawiera najróżniejsze dodatki jak barwniki, wypełniacze czy opóźniacze zapłonu, stanowi poważny problem, m.in. dlatego, że tylko niewielka jego część może zostać poddana recyklingowi. Nawet najłatwiejszy w recyklingu PET jest powtórnie wykorzystywany jedynie w 20-30%. Materiał opracowany w Berkeley Lab może całkowicie zmienić reguły gry. Nowy plastik można rozłożyć na molekuły, a później ponownie je złożyć w dowolny kształt czy kolor, nie tracąc przy tym jego właściwości ani jakości. O opracowaniu nowego materiału, nazwanego PDK poli(diketoenoamina), poinformowano na łamach Nature Chemistry. Większość plastiku nie powstała z myślą o recyklingu. My odkryliśmy nowy sposób na tworzenie plastiku, który bierze pod uwagę recykling z perspektywy molekularnej, mówi główny autor badań, Peter Christensen. Wszystkie plastiki tworzone są z dużych molekuł, polimerów. Te z kolei składają się z powtarzalnych sekwencji krótszych monomerów zawierających węgiel. Problem z recyklingiem plastiku polega na tym, że związki chemiczne, które są dodawane doń, by był użyteczny, powodujące np. że jest elastyczny, wytrzymały, twardy itp., bardzo silnie łączą się z monomerami i pozostają w nich nawet podczas procesu recyklingu. Jako, że ścisłe oddzielenie od siebie plastików zawierających różne dodatki nie jest możliwe, plastik jest w procesie recyklingu rozdrabniany i roztapiany, ale trudno jest przewidzieć, jakie właściwości będzie miał produkt wyjściowy. To zaś oznacza, że plastik poddany recyklingowi jest znacznie mniej użyteczny niż ten nowo wyprodukowany. W związku z tym większość plastiku trafia na wysypiska lub do spalarni. Jako, że ludzkość nie ma najmniejszego zamiaru rezygnować z plastiku, a materiał ten staje się coraz większym problemem dla środowiska naturalnego, jednym praktycznym rozwiązaniem jest stworzenie plastiku, który można bez problemu poddać recyklingowi. Teraz pojawiła się na to szansa. Plastik, który można bez końca poddawać recyklingowi może być tworzony z polimerów zbudowanych z PDK. W PDK nienaruszalne wiązania tradycyjnego plastiku zostały zastąpione odwracalnymi wiązaniami, które pozwalają na efektywny recykling materiału, mówi materiałoznawca Brett Helms z Berkeley Lab. W przeciwieństwie do tradycyjnego plastiku monomery PDK można odzyskiwać i odczepić od nich każdy związek chemiczny. Cały proces jest wyjątkowo prosty i polega na zanurzeniu materiału w silnym kwasie. Ten oddziela monomery od dołączonych doń związków. Do odkrycia niezwykłych właściwości plastiku bazującego na PDK doszło, gdy Christensen eksperymentował z różnymi kwasami dodawanymi do kleju zawierającego PDK i zauważył, że skład kleju się zmienił. Zaintrygowany tym zbadał swoją próbkę za pomocą jądrowego rezonansu magnetycznego. Ku naszemu zdziwieniu w próbce mieliśmy oryginalne monomery, mówi Helms. Naukowcy przystąpili do eksperymentów i okazało się, że kwas nie tylko rozbija polimer PDK na monomery, ale również uwalnia monomery od wszelkich dodatków. Następnie uczeni dowiedli, że takie monomery mogą zostać ponownie połączone w polimery, a z polimerów tych można wyprodukować plastik, który nie odziedziczy żadnych właściwości po wcześniejszym materiale. To zaś oznacza, że powstał plastik, z którego można np. wyprodukować torbę foliową, tę z kolei można przerobić na część samochodową, z której po zużyciu powstanie pasek do zegarka. Znajdujemy się w takim punkcie historii, w którym musimy zacząć myśleć o przyszłej infrastrukturze radzącej sobie z segregacją i przetwarzaniem naszych śmieci. Jeśli taka infrastruktura będzie tworzona z myślą o recyklingu PDK i podobnych plastików, to będziemy w stanie bardziej efektywnie pozbyć się plastiku z gleby i oceanów. To dobry czas, by pomyśleć o projektowaniu materiałów i zakładów przetwórczych umożliwiających obieg plastiku w gospodarce, dodaje Helms. Teraz badacze chcą skupić się na stworzeniu całego wachlarza plastiku PDK o różnych właściwościach termicznych i mechanicznych. Chcą udowodnić, że ich materiał nadaje się do przemysłu odzieżowego, druku 3D i produkcji pianek technicznych. Będą też szukali sposobów na wzbogacenie poli(diketoenoaminy) o materiał pochodzenia roślinnego i z innych źródeł odnawialnych. « powrót do artykułu

Odpady plastikowe są wszędzie: na wysypiskach śmieci, w lasach, morzach i oceanach... Naukowcy mają mnóstwo pomysłów na to, jak z nimi walczyć. W ten trend ten wpisuje się też wynalazek z UMK w Toruniu: preparat przyspieszający proces rozkładu plastiku. Preparat, którego twórczynią jest dr hab. Grażyna Dąbrowska - genetyk z toruńskiego Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, może przyspieszyć nawet o 20 proc. rozkład plastikowych materiałów zalegających na wysypiskach śmieci. Zawiera on mikroorganizmy (zwłaszcza grzyby) zdolne do wytwarzania enzymów hydrolitycznych degradujących plastik. Dr hab. Dąbrowska pracuje w Zakładzie Genetyki na Wydziale Biologii i Ochrony Środowiska UMK, gdzie zajmuje się m.in. genetyką roślin, ich interakcjami z mikroorganizmami oraz biodegradacją tworzyw sztucznych, zanieczyszczających glebę i wody. Ta wiedza pozwoliła jej dobrać składniki preparatu. Co grzyby mają wspólnego z plastikowymi odpadami? Jak się okazuje, całkiem sporo. Jak tłumaczy badaczka, składniki preparatu mają szczególne właściwości, dzięki którym mogą wejść w reakcję chemiczną z plastikiem. Dzięki temu tworzywa sztuczne tracą swoje właściwości: stają się na przykład mniej rozciągliwe czy bardziej przepuszczalne dla gazów, pary wodnej, tlenu czy dwutlenku węgla - opisuje dr hab. Dąbrowska. Efekty wynalazku z Torunia można zaobserwować po kilku miesiącach działania. Jak tłumaczy jego twórczyni, działanie preparatu wzmacniają wytwarzane przez grzyby białka, tworzące na powierzchni plastiku (zwłaszcza PET) specyficzną warstwę, ściśle przylegającą do danego tworzywa. Rosnąca grzybnia przylega więc do polimeru, równocześnie wytwarzając enzymy degradujące i zmieniające jego strukturę. Co znacznie zwiększa skuteczność procesu przyspieszania biodegradacji - tłumaczy dr hab. Dąbrowska. Twórczyni preparatu widzi jego zastosowanie przede wszystkim pod sam koniec cyklu życiowego wysypisk śmieci, w procesie rekultywacji. Przez wiele lat w Polsce nie była prowadzona poprawna selekcja odpadów i właściwie większość tworzyw sztucznych znajduje się w tym momencie na składowiskach odpadów. Ich ilości są olbrzymie - dlatego tak pomocne byłoby zmniejszenie ich gabarytów, przyspieszenie procesu ich rozkładu na samym początku procesu odzyskiwania terenu składowiska - opowiada badaczka. Rekultywacja wysypiska śmieci to długi i skomplikowany proces. Jego ostatecznym celem jest zmniejszenie negatywnego wpływu zebranych śmieci na środowisko - oraz zintegrowanie terenu wysypiska z jego otoczeniem. Odpady są prasowane przez ciężki sprzęt, po czym obsypuje się je kolejnymi warstwami gleby, aby wreszcie - w ostatnim etapie - obsiać roślinami. Preparat mógłby być dodawany do pierwszej warstwy gleby - ma on bowiem jeszcze jedną ważną właściwość. Mikroorganizmy dobraliśmy w taki sposób, żeby charakteryzowały się dodatkowo zdolnością do wchodzenia w interakcje z roślinami i stymulowania roślin do wzrostu - mówi badaczka. Jest to działanie kompleksowe - podkreśla. W ten sposób możemy równocześnie przyspieszamy degradację tego, co niekorzystne - jak i pozytywnie oddziaływać na rośliny i inne organizmy. Skąd pomysł stworzenia preparatu? Impulsem była obserwacja: mam trójkę dzieci i widzę, ile potrafimy wyprodukować plastikowych odpadów w jednym gospodarstwie domowym... To właśnie troska o to, co się stanie z naszym środowiskiem, natchnęła mnie do tego, aby do walki z plastikiem zalegającym na wysypiskach zastosować badania, które prowadzę na co dzień - podsumowuje toruńska biolog. « powrót do artykułu

Po paru tygodniach mikroorganizmy glebowe kolonizują i zaczynają rozkładać powierzchnię polimeru - poli(adypinianu-co-tereftalanu butylenu), PBAT. To pokazuje, że warto by nim zastąpić polietylen, wykorzystywany np. w foliach do ściółkowania. Naukowcy ze Szwajcarii wyjaśniają, że skażenie plastikiem zagraża glebom uprawnym, bo rolnicy z całego świata stosują bardzo dużo polietylenowej folii do ściółkowania. Zwalczają w ten sposób chwasty, podwyższają temperaturę gleby i utrzymują jej wilgotność, co łącznie pozwala zwiększyć plony. Niestety, po zbiorach często trudno zebrać filmy w całości, zwłaszcza gdy mają one zaledwie parę mikrometrów grubości. Resztki akumulują się w glebie i ograniczają jej żyzność, zaburzają transport wody i ostatecznie - zmniejszają wzrost roślin. W ramach ostatniego studium zespół z Politechniki Federalnej w Zurychu i Eidgenössische Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz (Eawag) wykazał, że mikroorganizmy glebowe rozkładają folie z alternatywnego polimeru, wspominanego na początku PBAT. Autorzy publikacji z pisma Science Advances zademonstrowali, że węgiel z PBAT jest wykorzystywany do zwiększania biomasy i produkcji energii. To badanie jako pierwsze pokazuje, że mikroorganizmy glebowe mineralizują filmy PBAT i transferują węgiel z polimeru do swojej biomasy - wyjaśnia Michael Sander. Szwajcarzy podkreślają, że PBAT został już sklasyfikowany jako biodegradowalny w kompoście, dlatego zespół postanowił sprawdzić, czy ulega on biodegradacji także w glebach rolnych. Dla porównania, polietylen (PE) nie jest biodegradowany ani w kompoście, ani w glebie. W ostatnich latach potwierdzono tylko, że jest rozkładany zarówno przez bakterie z przewodu pokarmowego larw omacnicy spichrzanki (Plodia interpunctella), czyli mola spożywczego, jak i gąsienice barciaka większego (Galleria mellonella). W eksperymentach wykorzystano materiał z PBAT, który zsyntetyzowano na zamówienie; miał on zawierać zadaną ilość stabilnego izotopu węgla 13C. Takie znakowanie izotopem pozwoliło naukowcom śledzić węgiel pochodzący z polimeru (biodegradując PBAT, bakterie uwalniały go bowiem z polimeru). Za pomocą spektrometrii mas jonów wtórnych (NanoSIMS) akademicy odkryli, że 13C z PBAT był przekształcany w dwutlenek węgla w wyniku oddychania i stawał się częścią biomasy mikroorganizmów kolonizujących powierzchnię polimeru. Dla odmiany, wiele polimerów po prostu kruszy się do drobnych kawałeczków, które pozostają w środowisku w postaci mikroplastiku [...] - opowiada Hans-Peter Kohler. W ramach eksperymentu zespół wsypywał do szklanego naczynia 60 g gleby. Na tym podłożu umieszczano film z PBAT. Po 6 tygodniach inkubacji oceniano stopień skolonizowania powierzchni polimeru przez mikroorganizmy glebowe. Później analizowano ilość CO2 utworzonego w naczyniach oraz zawartość 13C. Na razie Szwajcarzy nie wiedzą, w jakim czasie PBAT uległby degradacji w naturalnym środowisku. Dlatego też potrzeba długoterminowych badań terenowych na różnych glebach i w różnych warunkach. Sander zaznacza, że nadal daleko nam do rozwiązania globalnego problemu skażenia plastikiem, ale zrobiliśmy 1. ważny krok w kierunku biodegradowalności plastików w glebie. Wyniki dotyczące gleby nie mogą być jednak bezpośrednio transferowane na pozostałe środowiska naturalne. Ze względu na inne warunki oraz inne społeczności bakteryjne biodegradacja polimerów w słonej wodzie może np. być znacznie wolniejsza. Jak dotąd tylko kilka koncernów chemicznych rozpoczęło produkcję i sprzedaż bardziej przyjaznych środowisku, ale i sporo droższych filmów z PBAT. « powrót do artykułu

Naukowcy z Korea Advanced Institute of Science opracowali czujnik umożliwiający mierzenie gęsiej skórki w czasie rzeczywistym. By określić, jak duże są wzgórki i jak długo się utrzymują, na skórę nakleja się przezroczysty przewodzący polimer. Urządzenie bazuje na zapisie spadków pojemności elektrycznej, do których dochodzi w wyniku odkształcania się skóry. Elektrodę wykonano z polimeru PEDOT:PSS; wybór był podyktowany tym, że popularne materiały metalowe są zbyt sztywne i łamliwe, by odkształcać się na miękkim substracie. Wg autorów artykułu z pisma Applied Physics Letters, wynalazek będzie można wykorzystać do badania zmian emocji. W przyszłości ludzkie emocje będą postrzegane jak inne typowo biometryczne dane, np. temperatura ciała czy ciśnienie krwi - uważa prof. Young Ho-cho. Mimo że trzeba będzie przeprowadzić dodatkowe badania, by skorelować pomiary z konkretnymi stanami emocjonalnymi i że gęsią skórkę wywołają wyłącznie silne reakcje, akademicy i tak przekonują, że technologia posłuży do stworzenia spersonalizowanych reklam lub silniej oddziałującej muzyki. Koreańczycy wyjaśniają, że cienki kwadratowy czujnik o boku o długości ok. 2 cm testowano na ręce ochotnika, który trzymał w dłoni kostki lodu. « powrót do artykułu