Nấm có thể giúp thay thế nhựa trong vật liệu siêu nhẹ hiệu suất cao mới
bởi Trung tâm nghiên cứu kỹ thuật VTT của Phần Lan
Ảnh: Trung tâm nghiên cứu kỹ thuật VTT của Phần Lan
Một nhóm nghiên cứu từ Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật VTT của Phần Lan đã mở khóa bí mật đằng sau các tính chất cơ học phi thường và trọng lượng siêu nhẹ của một số loại nấm. Thiết kế kiến trúc phức tạp của nấm có thể được bắt chước và sử dụng để tạo ra vật liệu mới thay thế nhựa. Kết quả nghiên cứu đã được công bố vào ngày 22 tháng 2 năm 2023 trên tạp chí Science Advances.
Nghiên cứu của VTT lần đầu tiên cho thấy những đặc điểm phức tạp về cấu trúc, hóa học và cơ học thích nghi trong suốt quá trình tiến hóa của nấm móng (Fomes fomentarius). Các tính năng này phối hợp với nhau để tạo ra một loại vật liệu hiệu suất cao hoàn toàn mới.
Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng như một nguồn cảm hứng để phát triển từ dưới lên thế hệ tiếp theo của vật liệu bền vững nhẹ và bền về mặt cơ học cho nhiều ứng dụng trong điều kiện phòng thí nghiệm. Chúng bao gồm các mô cấy chống va đập, thiết bị thể thao, áo giáp, bộ xương ngoài cho máy bay, thiết bị điện tử hoặc lớp phủ bề mặt cho kính chắn gió.
Làm sáng tỏ cấu trúc vi mô độc đáo của nấm Fomes
Thiên nhiên cung cấp thông tin chi tiết về các chiến lược thiết kế do các sinh vật sống phát triển để tạo ra các vật liệu chắc chắn. Nấm bùi nhùi Fomes là một loài đặc biệt thú vị cho các ứng dụng vật liệu tiên tiến. Nó là cư dân chung của cây bạch dương, với chức năng quan trọng là giải phóng carbon và các chất dinh dưỡng khác từ thân cây đã chết. Các thể đậu quả Fomes là những thiết kế sinh học gọn nhẹ khéo léo, đơn giản về thành phần nhưng hiệu quả về hiệu suất. Chúng đáp ứng nhiều nhu cầu cơ học và chức năng khác nhau, chẳng hạn như bảo vệ khỏi côn trùng hoặc cành gãy, nhân giống, sống sót (kết cấu và mùi vị không ưa thích đối với động vật) và cơ thể đậu quả nhiều năm phát triển mạnh qua các mùa thay đổi.
Nghiên cứu mới của VTT tiết lộ rằng quả thể Fomes là một vật liệu được phân loại theo chức năng với ba lớp riêng biệt trải qua quá trình tự lắp ráp theo cấp bậc đa cấp.
"Mạng lưới sợi nấm là thành phần chính trong tất cả các lớp. Tuy nhiên, trong mỗi lớp, sợi nấm thể hiện một cấu trúc vi mô rất riêng biệt với hướng ưu tiên, tỷ lệ khung hình, mật độ và chiều dài nhánh ưu tiên duy nhất. Một ma trận ngoại bào hoạt động như một chất kết dính gia cố khác nhau ở mỗi lớp Pezhman Mohammadi, nhà khoa học cấp cao tại VTT cho biết.
Cấu trúc có thể thay đổi cho phép các tính năng khác nhau
Cấu trúc của Fomes là phi thường vì nó có thể được sửa đổi để tạo ra các vật liệu đa dạng với hiệu suất khác biệt. Những thay đổi tối thiểu về hình thái tế bào và thành phần polyme ngoại bào dẫn đến các vật liệu đa dạng với các tính năng hóa lý khác nhau vượt qua hầu hết các vật liệu tự nhiên và nhân tạo. Trong khi các vật liệu truyền thống thường phải đối mặt với sự đánh đổi tài sản (ví dụ: tăng trọng lượng hoặc mật độ để tăng cường độ hoặc độ cứng), Fomes đạt được hiệu suất cao mà không cần đánh đổi.
"Thiết kế kiến trúc và các nguyên tắc sinh hóa của nấm Fomes mở ra những khả năng mới cho kỹ thuật vật liệu, chẳng hạn như sản xuất các cấu trúc kỹ thuật siêu nhẹ, chế tạo vật liệu tổng hợp nano với các đặc tính cơ học nâng cao hoặc khám phá các lộ trình chế tạo mới cho thế hệ vật liệu có thể lập trình tiếp theo với các chức năng hiệu suất cao .
Pezhman giải thích: "Hơn nữa, việc phát triển vật liệu bằng cách sử dụng các thành phần đơn giản có thể giúp khắc phục chi phí, thời gian, sản xuất hàng loạt và tính bền vững của cách chúng ta tạo ra và tiêu thụ vật liệu trong tương lai".
