KTH-forskare utvecklar urstarkt biomaterial

2018-05-16 10:26  

Forskare vid KTH, University of Michigan och Desy utvecklar ett biomaterial med bättre mekaniska egenskaper än spindeltråd. Materialet skulle bland annat kunna användas för implantat i kroppen och bli ett hållbart alternativ till glasfiber, säger forskaren Daniel Söderberg.

Nanofibrillerna är trädets starkaste del. Det är dessa som forskare vid KTH, University of Michigan och Desy har utgått ifrån när de har tagit fram det nya biobaserade materialet som är åtta gånger styvare och starkare än spindeltråd, som brukar användas som en sorts guldstandard. Materialet, som har en dragstyvhet på 86 gigapascal och draghållfasthet på 1,57 gigapascal, ska också ha bättre mekaniska egenskaper än många metaller, legeringar och glasfibrer. Och är dessutom förnybart, nedbrytbart, tillgängligt och ogiftigt.

– Vi når inte hundra procent upp till egenskaperna i nanofibrillerna ännu, men vi har kommit en bra bit på väg, säger Daniel Söderberg, forskare vid KTH.

I en studie som har publicerats i American Chemical Society förklarar forskarna hur de kan kontrollera strukturen så att nanofibrillerna lägger sig på önskat sätt. Fibrerna, som omges av vatten, får flöda i en millimeterbred kanal. Vatten och vatten med lågt pH ansluts vinkelrätt mot flödesriktningen, vilket får nanofibrerna att orientera sig i flödets riktning. Därefter låser man fast dem. Resultatet blir urstarkt material, jämförbart med kevlar.

– En viktig egenskap är att materialinnehållet är 100 procent cellulosa och inte en blandning, det vill säga att vi inte har använt oss av någon syntes eller fossila komponenter. Det är viktigt att lyfta fram när vi diskuterar de utmaningar som finns i dag. Vi har tagit naturens material och har lyckats nyttja dess egenskaper. Att jaga nya material handlar inte bara om att utveckla något helt eget, utan om att titta på de fantastiska som naturen har utvecklat och som vi kanske inte helt förstår.

Kompatibel med mänsklig vävnad

Nanofibrillerna är biokompatibla med mänsklig vävnad och kan därför i framtiden tänkas bli aktuella bland annat inom det medicintekniska området, berättar Daniel Söderberg. Det skulle kunna användas i interaktion med implantat eller användas som senor, till exempel.

– Vi har även visat att det går att skapa ledande trådar av materialet och att det går att funktionalisera så att det inte bara är snällt mot kroppen, utan också innehåller aktiva komponenter för att till exempel stödja celltillväxt.

De biobaserade fibrerna eller filament som forskarna tillverkar från nanofibrillär cellulosa kan även bli lättviktsmaterial till bilar, flygplan och möbler. Daniel Söderberg ser materialet som ett möjligt alternativ till glasfiber, som visserligen är en mycket billigare produkt, men som inte är lika hållbar.

Den typ av nanocellullosa som forskarna har använt tillverkas även i industriell skala i Japan i dag. Utmaningen är att få upp en tillräcklig produktion av materialet.

– Vi kommer sannolikt ligga på samma prisnivå som kevlar, med vilken materialet också tävlar sett till dess egenskaper. Sedan tror jag inte att det är någon idé att tro att vårt material ska användas till att göra kläder, utan framför allt för att utveckla högvärdesprodukter. Eftersom nanocellullosan finns och det är en skalbar teknik tror jag att vi kan se en högvärdesprodukt inom medicinteknik redan inom fem år.

Något som Daniel Söderberg också lyfter fram är vikten av avancerad utrustning för att kunna ta fram den här typen av nya material.

– Vi har samarbetat med Desy i Tyskland som har en synkrotronljusanläggningen, lik den som MAX IV i Lund har. Det här arbetet hade aldrig kunnat bli av om vi inte haft tillgång till den.

Så står sig KTH-materialet jämfört med stål

Det biobaserade material som bland annat forskare vid KTH utvecklar är starkare än normalstål, det stål som betecknas A36, och de flesta stålsorter, uppger KTH-forskaren Daniel Söderberg. Dragstyrkan är 1 570 megapascal, att jämföra med A36-stålets 500 megapascal. Sandvik har starkare material, i Daniel Söderbergs exempel är det Sandviks Sanicro 36Mo, men det nya materialet uppnår en betydligt högre dragstyrka/vikt än detta.

Det nya materialet uppnår också en högre styvhet/vikt än normalstål, enligt Daniel Söderbergs siffror.

Källa: Daniel Söderberg, KTH

Ania Obminska

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

Här är reglerna för kommentarerna på NyTeknik

  Kommentarer

Dagens viktigaste nyheter

Aktuellt inom

Debatt