– Mycket förenklat kan man säga att vi kan göra guld av nanocellulosa, säger Daniel Aili, biträdande professor vid Avdelningen biofysik och bioteknik, Institutionen för fysik, kemi och biologi, vid Linköpings universitet.
Forskargruppen, under ledning av Daniel Aili, har utgått ifrån en biosyntetisk nanocellulosa som tillverkas av bakterier, framtagen för sårvård. De har sedan dekorerat cellulosan med nanopartiklar av metall, främst silver och guld. Metallpartiklarna, som inte är större än några miljarddels meter, skräddarsys först för att få önskade egenskaper, och kombineras sedan med nanocellulosan.
Nanocellulosa. Foto Magnus Johansson– Nanocellulosa består av tunna trådar av cellulosa, med en diameter på ungefär en tusendel av ett hårstrå. Trådarna fungerar som en tredimensionell byggställning för metallpartiklarna. När partiklarna fastnar på cellulosan får vi material som består av ett nätverk av partiklar och cellulosa, förklarar Daniel Aili.
Forskarna kan med stor precision styra hur mycket partiklar som ska fastna och av vilken sort. De kan även blanda partiklar av olika metaller och i olika former, runda, avlånga och triangulära.
I den första delen av en vetenskaplig artikel, publicerad i Advanced Functional Materials visar gruppen hur det går till och varför det fungerar som det gör. I den andra delen ligger fokus på olika användningsområden.
Ett spännande fenomen är till exempel att materialets egenskaper ändras när man trycker på det. Optiska fenomen uppstår när partiklarna kommer närmare och interagerar med varandra och materialet byter färg. Trycker man ihop det allt hårdare ser det till slut ut som guld.
– Vi upptäckte att materialet bytte färg under pincetten när vi lyfte upp det och vi förstod först inte varför, berättar Daniel Aili.
Olof Eskilsson, doktorand och förste författare. Foto Magnus Johanssonfärg, inget protein.
Ett annat intressant fenomen är att en variant absorberar ljus från ett mycket bredare spektrum än det synliga ljuset och avger värme. En egenskap som kan användas för både energiapplikationer och inom medicinen.
– Vår metod gör det möjligt att tillverka kompositer av nanocellulosa och metallnanopartiklar som är mjuka och biokompatibla material för optiska, katalytiska, elektriska och biomedicinska tillämpningar. Tack var att materialet bygger upp sin egen struktur (self assembly) på de här viset kan vi tillverka komplexa material med nya typer av väl definierad egenskaper, konstaterar Daniel Aili.
Forskningen är finansierad bland annat av medel från Stiftelsen för Strategisk forskning, den strategiska satsningen på Avancerade funktionella material, AFM, vid Linköpings universitet, Vinnova-finansierade kompetenscentrum Funmat II och Knut och Alice Wallenbergs stiftelse.
Olof Eskilsson, Stefan B. Lindström, Borja Sepulveda, Mohammad M. Shahjamali, Pau Güell- Grau, Petter Sivlér, Mårten Skog, Christopher Aronsson, Emma M. Björk, Niklas Nyberg, Hazem Khalaf, Torbjörn Bengtsson, Jeemol James, Marica B. Ericson, Erik Martinsson, Robert Selegård, and Daniel Aili, Advanced Functional Materials, 2020, doi 10.1002/adfm.202004766
Forskargruppen, under ledning av Daniel Aili, har utgått ifrån en biosyntetisk nanocellulosa som tillverkas av bakterier, framtagen för sårvård. De har sedan dekorerat cellulosan med nanopartiklar av metall, främst silver och guld. Metallpartiklarna, som inte är större än några miljarddels meter, skräddarsys först för att få önskade egenskaper, och kombineras sedan med nanocellulosan.
Tredimensionell byggställning
Forskarna kan med stor precision styra hur mycket partiklar som ska fastna och av vilken sort. De kan även blanda partiklar av olika metaller och i olika former, runda, avlånga och triangulära.
I den första delen av en vetenskaplig artikel, publicerad i Advanced Functional Materials visar gruppen hur det går till och varför det fungerar som det gör. I den andra delen ligger fokus på olika användningsområden.
Ett spännande fenomen är till exempel att materialets egenskaper ändras när man trycker på det. Optiska fenomen uppstår när partiklarna kommer närmare och interagerar med varandra och materialet byter färg. Trycker man ihop det allt hårdare ser det till slut ut som guld.
– Vi upptäckte att materialet bytte färg under pincetten när vi lyfte upp det och vi förstod först inte varför, berättar Daniel Aili.
Mekanoplasmonisk effekt
Fenomenet har forskarna valt att kalla mekanoplasmonisk effekt och den har visat sig vara mycket användbar. Ett närliggande användningsområde är för sensorer eftersom det går att avläsa sensorn med blotta ögat. Ett exempel: Om ett protein fastnar på materialet, låt säga ett protein som är en sjukdomsmarkör, byter det inte längre färg när man trycker på det. Byter materialetEtt annat intressant fenomen är att en variant absorberar ljus från ett mycket bredare spektrum än det synliga ljuset och avger värme. En egenskap som kan användas för både energiapplikationer och inom medicinen.
– Vår metod gör det möjligt att tillverka kompositer av nanocellulosa och metallnanopartiklar som är mjuka och biokompatibla material för optiska, katalytiska, elektriska och biomedicinska tillämpningar. Tack var att materialet bygger upp sin egen struktur (self assembly) på de här viset kan vi tillverka komplexa material med nya typer av väl definierad egenskaper, konstaterar Daniel Aili.
Forskningen är finansierad bland annat av medel från Stiftelsen för Strategisk forskning, den strategiska satsningen på Avancerade funktionella material, AFM, vid Linköpings universitet, Vinnova-finansierade kompetenscentrum Funmat II och Knut och Alice Wallenbergs stiftelse.
Olof Eskilsson, Stefan B. Lindström, Borja Sepulveda, Mohammad M. Shahjamali, Pau Güell- Grau, Petter Sivlér, Mårten Skog, Christopher Aronsson, Emma M. Björk, Niklas Nyberg, Hazem Khalaf, Torbjörn Bengtsson, Jeemol James, Marica B. Ericson, Erik Martinsson, Robert Selegård, and Daniel Aili, Advanced Functional Materials, 2020, doi 10.1002/adfm.202004766