Дослідники створили штучний перламутр за допомогою бактерій

Дослідники з Університету Рочестера винайшли екологічний спосіб виготовлення перламутру за допомогою бактерій.

За словами вчених, цей матеріал згодом може бути використаний в ювелірному мистецтві, медицині, а також при колонізації космосу.

Часто буває так, що найбільшою міцністю відрізняються сполуки природного походження. Наприклад, кістки, зубна емаль та перламутр. Останній саме і зацікавив вчених.

Перламутр – це внутрішній шар раковин двостулкових молюсків, що має властивість відбивати світло, створюючи ефект веселки. Нашаровуючись на чужорідне тіло, що потрапило всередину живої мушлі, перламутр з часом утворює в ній перлину – це захисна реакція двостулкових молюсків на дії подразника. Молюски дуже вдало розвинули цю здатність. Вони утворюють перламутр з легкодоступних матеріалів в умовах середовища та з відносно низькими витратами енергії.

Сама речовина складається з карбонату кальцію та органічної матриці (хітин, білки шовку тощо), що розміщуються пошарово. Тобто, перламутр формується одночасно з органічних та мінеральних речовин, що надає йому особливу міцність та щільність.

Натуральний перламутр та перли в мушлі. Джерело: J. Adam Fenster

Нині науковці з Нью-Йорку знайшли економний спосіб виготовлення перламутру, який є настільки ж міцним, як натуральний, а також напрочуд гнучким.

Бактеріальна перламутрова ферма

Як і натуральний перламутр, штучний, щоб відтворити всі властивості природного, повинен мати багатошарову структуру. Головна роль у процесі виготовлення штучного перламутру відводиться «бактеріальним фермам». Скляний або пластиковий предмет-основу, на якому потрібно виростити перламутр, поміщають у суспензію з культури бактерій Sporosarcina pasteurii та сечовини. Карбонат кальцію у результаті життєдіяльності бактерії осаджується на основі. Відтак, для утворення полімерного шару, основу занурюють у розчин поліглутамату, що продукується бактеріями Bacillus licheniformis.

Штучний перламутр, утворений бактеріями, на скельці-основі. Джерело: J. Adam Fenster

Ця процедура почергового занурення предмету-основи то в один, то в інший розчин повторювалася вченими 23 рази для утворення бактеріального композиту товщиною 200 мкм. Але, зрештою, під електронним мікроскопом вчені помітили, що новоутворений матеріал вдалося створити таким, як планувалося. Він виявився дуже схожим на натуральний перламутр, який утворюють їстівні мідії (Mytilus edulis). Саме цю тварину науковці обрали як контрольний об’єкт. У штучного матеріалу відмічалася аналогічна структура, як у натурального.

Демонстрація можливостей технології від Університету Рочестера

Наступним кроком стала перевірка бактеріального композита на міцність, пластичність та розширюваність. І вона теж була успішно пройдена. Досліди показали, що навіть при великих навантаженнях, яким піддавався матеріал, не з’явилися видимі тріщини чи заломи. Як виявилося, це здобуток шарів поліглутамату. Бактеріальний перламутр показав значно вищу здатність до розширення та пластичність у порівнянні з хімічним.

Однією з найвагоміших переваг нового методу виробництва перламутру дослідники вважають те, що в ньому використовуються лише бактерії. Тобто, з використанням лише екологічно чистих та поновлюваних компонентів і без токсичних відходів. Це має розв’язувати проблему з альтернативними методами, що  використовуються сьогодні.

Раніше для виготовлення штучного перламутру часто використовували високі температури та тиск, а головне – токсичні розчинники. Немає сенсу пояснювати, що у промислових масштабах це завдає значної шкоди довкіллю. І ще одна причина, яка робить винахід надзвичайно перспективним – ціна. Так, впровадивши цю технологію, можна зменшити витрати в декілька десятків разів.

Універсальний перламутр

Очевидно, що бактеріальний перламутр – чудовий матеріал у всіх аспектах, але де його використовувати? Вчені, які його розробили, кажуть що й тут їхній винахід має чим здивувати. Варто почати з того, що він виявляє високу біосумісність. Це означає, що при вбудовуванні його у тіло тварини чи людини імунна система не буде його відторгати. Це може стати в пригоді у медицині, наприклад, як штучний кістковий імплантат або в харчовій промисловості як міцний пакувальний матеріал для продуктів.

Композит можна наносити тонким шаром на різні поверхні й таким чином захистити їх від хімічного руйнування та вивітрювання. А якщо взяти до уваги таку властивість перламутру, як легкість, то можна припустити використання його в будівництві транспортних засобів, де кожний додатковий кілограм означає більші витрати на пальне. Науковці говорять навіть про те, що бактеріальний композит може стати практично ідеальним матеріалом для будівництва житла на Місяці та інших планетах. Адже, для цього потрібно зовсім небагато «інгредієнтів»: астронавт і колби з культурами бактерій.

“На Місяці є велика кількість кальцію в місячному пилі, тому один інгредієнт вже є. Астронавт приносить із Землі бактерії, а також астронавт виділяє сечовину, яка є єдиною іншою річчю, яка необхідна, щоб почати утворювати шари кальцію карбонату,”

– зазначила Енн Мейєр, ад’юнкт-професор біології Енн Мейєр з Університета Рочестера та співавтор наукової статті.

Ну і звісно ж, не варто забувати про найочікуваніше використання перламутру – в ювелірному мистецтві.

Small (2019), doi: 10.1002/smll.201805312

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Total
17
Shares
17 Shares:
Перегляньте також
Біполярний розлад
Далі

Біполярний розлад психіки може бути пов’язаний з біологією клітин

Вчені з підрозділу Масcачусетського технологічного інституту опублікували роботу, у якій вказали на можливий зв’язок між мутацією гену, білком…
Дагеротип
Далі

Назад у минуле: прискорювач елементарних частинок допоміг отримати зображення з дагеротипів

Вчені з Університету Західного Онтаріо, що у канадському місті Лондон, розробили спосіб відновлення зображень зі старих фотографій 19…