Fossiilimuovien korvaamiseen inspiraatiota biomimiikasta – Taulakääpä opettaa tutkijoita rakentamaan ultrakeveitä materiaaleja

VTT on selvittänyt salaisuuden taulakäävän ainutlaatuisten ominaisuuksien, etenkin keveyden takana. Sienten rakennetta jäljittelemällä eli biomimiikan keinoin on mahdollista luoda uusia, erittäin suorituskykyisiä materiaaleja korvaamaan fossiilisia muoveja.

Science Advances-lehden julkaisema tutkimus kuvaa ensimmäisen kerran taulakäävän (Fomes fomentarius) monimutkaiset rakenteelliset, kemialliset ja mekaaniset ominaisuudet, jotka ovat kehittyneet sienelle evoluution myötä.

Taulakäävän itiöemät ovat kevyitä biologisia rakenteita, joiden koostumus on yksinkertainen mutta suorituskyky hyvä. Rakenteet esimerkiksi suojaavat sientä hyönteisiltä, putoavilta oksilta ja vuodenaikojen vaihtelulta.

VTT:n tuore tutkimus paljasti, että itiöemä muodostuu kolmesta toiminnallisesti erillisestä kerroksesta, joiden taustalla vaikuttaa monitasoinen hierarkia.

“Sienirihmasto on jokaisen kerroksen pääkomponentti, mutta sen mikrorakenne on kussakin kerroksessa hyvin erilainen. Rakenne poikkeaa toisistaan eri kerroksissa esimerkiksi orientaation, pituuden ja leveyden, tiheyden tai haarojen pituuden suhteen”, kuvailee erikoistutkija Pezhman Mohammadi.

Solunulkoinen matriisi toimii puolestaan vahvistavana liimana, jonka määrä, polymeerisisältö ja yhteenkytkeytyneisyys vaihtelevat nekin eri kerroksissa.

Mallia seuraavan sukupolven materiaaleille

Taulakäävän ominaisuuksien yhdistelmää matkimalla voidaan tutkijoiden mukaan kehittää samanaikaisesti vahvoja ja keveitä, ympäristön kannalta kestäviä seuraavan sukupolven materiaaleja eri sovelluksiin.

“Taulakäävän rakenteellinen koostumus ja biokemialliset toimintaperiaatteet avaavat uusia mahdollisuuksia materiaalikehitykseen, esimerkiksi ultrakevyiden teknisten rakenteiden tai mekaanisilta ominaisuuksiltaan parannettujen nanokomposiittien valmistamiseen”, Mohammadi sanoo.

Mahdollisia sovellusalueita ovat muun muassa iskunkestävät implantit, urheiluvälineet, vartalosuojat, lentokoneiden kuorirakenteet, elektroniikka ja tuulilasien pinnoitteet.

Samalla voidaan tutkia uusia valmistusreittejä seuraavan sukupolven ohjelmoitaville, toiminnallisille materiaaleille.

“Materiaalin tuotanto yksinkertaisista ainesosista voi myös auttaa ylittämään tulevaisuuden materiaalien haasteita, jotka liittyvät kustannuksiin, aikaan, massatuotantoon ja materiaalien valmistus- ja kulutustapoihin.”

Teksti: Päivi Ikonen/ Kemiamedia.fi

Kuva: Wikimedia Commons. Koivujen ja muiden lehtipuiden rungoilla kasvava taulakääpä on Suomen yleisimpiä kääpiä.