Bagong Self-Healing, Materyal na Negatibong Carbon Maaaring Tulong Lumaban Pagbabago ng Klima

Ang Biology ay kadalasan ang magiging inspirasyon ng disenyo. Karamihan sa mga kamakailan lamang, ang mga inhinyero sa MIT ay nakakuha ng isang dahon mula sa playbook ng likas na katangian upang mag-disenyo ng isang materyal na nakapagpapagaling sa sarili at carbon-negative. Ito ay isang maligayang bagong tool sa labanan laban sa pagbabago ng klima, at maaaring isang araw na papalitin ang mga emissions-heavy na materyales tulad ng kongkreto na may higit na mas mababa ang pagpapanatili, environmentally friendly na alternatibo.

Sa bagong pag-aaral na inilathala sa Mga Advanced na Materyales, nagpakita ang mga inhinyero ng kemikal kung paano mag-disenyo ng isang materyal na may kakayahang gumuhit ng carbon-dioxide na pag-init ng klima mula sa himpapawid at pagkatapos ay gamitin ito upang mapalago at maayos ang sarili nito. Ang pag-aaral, na pinangungunahan ng propesor na si Michael Strano sa MIT, ay pumipigil sa mga hadlang sa larangan ng materyal na agham, na may murang, simple upang makabuo, self-repairing polimer na nangangailangan ng kaunting materyal.

"Ang aming materyal ay nangangailangan ng walang anuman kundi ang carbon dioxide sa atmospheric at ambient light, na kung saan ay nasa lahat ng pook," ang co-akda ng Seonyeong Kwak ay nagpapaliwanag sa Kabaligtaran sa isang email.

Ang mga ari-ariang nakapagpapagaling sa sarili ay kadalasang mukhang dramatikong mga himala na nakalaan para sa mundo ng hayop, halimbawa ang mga geckos na lumalaki sa likod ng mga buntot at isdang-palad na lumalaki sa buong mga sanga (o ligaw pa rin, mga limbs na lumalaki isang buong katawan). Ang tao ay dabbled sa pagbabagong-buhay, pamamahala sa disenyo ng malambot na mga robot na maaaring repair ang kanilang sarili at isang self-nakapagpapagaling na telepono patong upang wakasan ang bangungot ng mga shattered screen. Ngunit ang mga nakaraang pamamaraan ay madalas na nangangailangan ng panlabas na input, tulad ng UV light, heating o isang kemikal na paggamot. Ang bagong polimer ay mas mababa ang pagpapanatili at may isang madaling ma-access, masaganang source ng enerhiya: carbon dioxide.

Ang Carbon-Eating Chloroplasts ay ang Key

"Isipin ang isang sintetikong materyal na maaaring maging tulad ng mga puno, pagkuha ng carbon mula sa carbon dioxide at isama ito sa backbone ng materyal," paliwanag ni Strano sa isang pahayag.

Sa pamamagitan ng paggamit ng chloroplasts, ang bahagi ng mga halaman na anihin at ibahin ang liwanag sa enerhiya, ginawa ng koponan ni Strano na posible.

Ang suspensyon sa hydrogel ay isang polimer na tinatawag na aminopropyl methacrylamide (APMA), nagpapatatag ng chloroplasts na inalis mula sa spinach, at isang enzyme na tinatawag na glucose oxidase (GOx). Kapag nakalantad sa liwanag ng araw, ang mga chloroplasts ay gumagawa ng glucose. Pagkatapos, ang enzyme GOx ay lumiliko, na nagiging gluconolactone (GL), na tumutugon sa APMA upang maging ganap na bilog, na lumilikha ng napaka materyal na bumubuo sa hydrogel mismo, glucose-containing polymethacrylamide (GPMAA). Ang mga mananaliksik ay maaaring literal na makita ang materyal na lumalaki sa isang solid mula sa likidong anyo.

Habang ang mga ito ay susi sa polimer at kaakit-akit dahil sa kanilang kasaganaan, ang mga chloroplast ay nagpakita rin ng mga mapaghamong isyu sa disenyo. Bilang biological components, ang mga chloroplasts ay hindi motivated na gumana kapag separated mula sa kanilang mga halaman sa bahay - sa sandaling inalis, ang kanilang mga potensyal na photosynthesizing huling lamang ng ilang oras sa isang araw, maximum. Sa ngayon, ang chemically treating chloroplasts ay nadagdagan ang katatagan at produksyon ng asukal, ngunit inaasahan ng mga mananaliksik na lumipat sa isang di-biolohikong alternatibo.

Self-Healing para sa pagpapanatili

Sa lumalagong pangangailangan ng madaliang pag-unlad upang magkaroon ng higit na napapanatiling pamamaraan ng pamumuhay, ang polimer ay nagtataglay ng pangako upang makatulong na i-reset ang pag-iisip tungkol sa pagpapanatili ng nakapaligid na kapaligiran sa paligid natin.

"Ang aming trabaho ay nagpapakita na ang carbon dioxide ay hindi kailangang maging isang pasanin at isang gastos," sabi ni Strano. "Ito ay isang pagkakataon din sa paggalang na ito. Mayroong carbon sa lahat ng dako. Itinayo namin ang mundo sa carbon. Ang mga tao ay gawa sa carbon. Ang paggawa ng isang materyal na maaaring ma-access ang masaganang carbon sa paligid natin ay isang mahalagang pagkakataon para sa mga materyales sa agham. Sa ganitong paraan, ang aming trabaho ay tungkol sa paggawa ng mga materyales na hindi lamang neutral carbon, ngunit negatibong carbon."

Ang materyal ay hindi sapat na malakas para sa malakihang konstruksiyon, ngunit ang mga panandaliang aplikasyon tulad ng pagpuno ng mga bitak o sa mga pintura sa sarili ay maaaring maisakatuparan sa kakaunting 1-2 taon.

"Ang agham ng materyales ay hindi kailanman gumawa ng ganito," sabi ni Strano MIT News. "Ang mga materyales na ito ay gayahin ang ilang aspeto ng isang bagay na nabubuhay, kahit na hindi ito kumakalat."