Sellupohjainen nanokomposiitti soveltuu lentokoneen runkoon

VTT:n tutkimusryhmä on kehittänyt koivuselluloosasta ja proteiineista uudenlaisen nanokomposiitin. Sitä voitaisiin tulevaisuudessa käyttää esimerkiksi iskunkestävissä implanteissa, urheiluvälineissä, luotiliiveissä, ilma-alusten rungoissa tai tuulilasien pinnoituksissa.

Työryhmä valmisti nanokomposiitista laboratoriossa hammasimplantin kruunuja yhdessä Nanyangin teknisen yliopiston kanssa. Tutkijat ottivat mallia luonnosta: sirkkaäyriäisten eturaajan lujasta rakenteesta.

VTT tiedotti asiasta 2.9. 

Uusi materiaali on vahvempi, kovempi ja selvästi kevyempi kuin hammaskruunuissa käytetty tekninen keramiikka. 

VTT:n tutkimusryhmä onnistui luomaan uuden iskunkestävän materiaalin, jota voidaan hyödyntää sovelluksissa, joiden pitää kestää toistuvia iskuja rakenteen kärsimättä. 

Sirkkaäyriäisten raajat mallina 

Mineralisoitunut biokomposiitti muistuttaa sirkkaäyriäisen eturaajan rakennetta vahvuudeltaan, jäykkyydeltään ja iskunkestävyydeltään. Työn tulokset esiteltiin 1.9. Advanced Materials -tiedejulkaisussa.

“Kiehtovat sirkkaäyriäiset ovat yksi tappavimmista luontokappaleista. Pieneen kokoonsa nähden niillä on eläinkunnan voimakkain isku. Ne murskaavat saaliinsa voimakkailla, nopeilla iskuilla vasaraa muistuttavilla eturaajoillaan”, kertoo tiedotteessa VTT:n tutkija Dr. Pezhman Mohammadi. 

“Kovakuoriset merenelävät, kuten ravut, ovat sirkkaäyriäisten ensisijaista ravintoa. Päästäkseen käsiksi ravitsevaan sisukseen niiden on lävistettävä saaliidensa ulkoinen, kova tukiranka”, hän sanoo.

Sirkkaäyriäisten raajat muodostuvat kerroksittaisesta nanokomposiittirakenteesta. 

”Raajassa on pehmeä, iskuja vaimentava sisäkerros sekä kova ja iskunkestävä ulkokerros. Sisä- ja ulkokerros koostuvat samankaltaisista elementeistä, mutta niiden suhteellinen osuus, polymorfinen muoto ja järjestys vaihtelevat eri kerroksissa. Keskeisin elementti on kierteisesti järjestäyneet kitiininanofibrillit, jotka kiinnittyvät toisiinsa proteiinien muodostaman matriisin avulla”, sanoo Mohammadi.

Hanke kesti kaksi ja puoli vuotta

Tutkimusryhmä tuotti samankaltaisen rakenteen ja koosti komposiitin selluloosan nanokiteistä ja kahdesta geenimuunnellusta proteiinista. Toinen proteiineista lisää materiaalin lujuutta ja toinen edistää hydroksiapatiittikiteiden muodostumista. 

Tutkimustiimiin kuului synteettisen biologian, proteiinimuokkauksen, materiaalitieteen ja pehmeiden aineiden fysiikan asiantuntijoita. Kaksi ja puoli vuotta kestänyt hanke toteutettiin VTT:n ja Jenny ja Antti Wihurin rahaston rahoituksella ja osana professori Merja Penttilän johtaman Centre for Young Synbio Scientists (CYSS) -ohjelman toimintaa.