Wetenschappers van EPFL's Laboratory for Processing of Advanced Composites (LPAC) en de Botanical Garden van de Universiteit van Freiburg hebben onderzocht hoe de vlasplant zichzelf geneest nadat hij gewond is geraakt. Als onderdeel van een interdisciplinair EU-onderzoeksproject, ze maten veranderingen in de mechanische eigenschappen van de plant, zoals stijfheid en demping, en onderzocht de zelfherstellende mechanismen van de plant. Omdat natuurlijke vezels steeds vaker worden gebruikt om composietmaterialen te maken, begrijpen hoe dergelijke mechanismen werken, kan wetenschappers helpen bij het ontwikkelen van zelfherstellende materialen met betere prestaties, op door de natuur geïnspireerde methoden.

Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in PLOS EEN .

Stel je autolak voor die zichzelf automatisch kan herstellen na een kras, of een corrosiebestendige coating die zichzelf automatisch kan herstellen nadat hij is afgebroken. Dit zijn slechts twee van de veelbelovende nieuwe toepassingen voor zelfherstellende materialen – hoewel er nog tal van obstakels zijn. "Elk type materiaal vormt een andere uitdaging, " zegt Véronique Michaud, een van de auteurs van de studie en hoofd van de LPAC. "Sommige materialen kunnen al regenereren dankzij een systeem van vloeistoffen erin. Als het materiaal wordt bekrast, de vloeistof stroomt naar buiten en reageert met de omringende lucht, bijvoorbeeld, om de kras in te vullen. Het is vergelijkbaar met hoe je bloed stolt als je in je vinger snijdt." Maar andere materialen zijn ingewikkelder, en de vooruitgang bevindt zich nog in het laboratoriumstadium. Dat geldt vooral voor composietmaterialen, die worden gebruikt in vliegtuigen en sportuitrusting - en die de focus vormen van het werk van de wetenschappers.

Veranderingen in de mechanische eigenschappen van planten

In het wild, planten hebben te maken met verschillende soorten spanningen, zoals wind, regen en breuk. Daarom besloten de wetenschappers te onderzoeken hoe de stengels van vlasplanten veranderen nadat ze zijn afgesneden. "We hebben voor vlas gekozen omdat de vezels ervan al worden gebruikt om composietmaterialen te maken, en omdat het een gewone plant is die snel groeit, ", zegt Michaud. Ze maakten langs- en dwarsdoorsneden in de stengels van twee verschillende families vlasplanten en lieten ze 25 dagen groeien naast planten die niet waren gesneden. Vervolgens maten ze veranderingen in de stijfheid en dempende eigenschappen van de stengels. De wetenschappers, waaronder EPFL-onderzoekers en een postdoctoraal onderzoeker biologie van de Universiteit van Freiburg, oefende een dynamische trekbelasting uit op de stelen om de hoeveelheid kracht te meten die nodig is om ze te spannen en hun temporele respons, zowel op intacte stelen als op zelf gerepareerde stelen. Stijfheid en demping zijn ook eigenschappen die onderzoekers voortdurend proberen te verbeteren in materialen; ze moeten altijd de juiste afweging vinden tussen deze twee factoren, of het doel is om onaangename trillingen in een auto te vermijden, zorg ervoor dat een fiets soepel over hobbels kan rijden of ontwikkel een responsief tennisracket. De testmethoden en machines die de wetenschappers gebruikten bij hun onderzoek naar vlasstelen zijn dezelfde als die waarmee composietmaterialen worden getest.

Verschillende reacties afhankelijk van het type wond

De wetenschappers keken ook hoe de stengels van de incisies genazen. Ze ontdekten dat de respons anders was, afhankelijk van of de incisie in de lengte of dwars was. Voor insnijdingen in de lengte, de plantencellen omsloten de wond en vormden een soort huid, maar de stengel regenereerde niet. Echter, voor dwarse incisies, de cellen vulden de door de wond gecreëerde ruimte op en genazen deze bijna volledig; de geregenereerde planten herstelden 95% van hun mechanische eigenschappen. Andere tests uitgevoerd aan de Universiteit van Freiburg toonden aan dat de resultaten van zelfgenezing kunnen variëren afhankelijk van het soort plant en de ernst van de schade voor zowel de plant als zijn overleving in zijn habitat. Zelfgenezende planten bleken niet zo groot te worden als hun intacte tegenhangers, maar ze vormden wel bloemen en zaden. Deze studie is de eerste keer dat wetenschappers de mechanische eigenschappen en het vermogen van de vlasplant om te regenereren hebben gekwantificeerd. Het is ook de eerste keer dat LPAC-onderzoekers tests hebben uitgevoerd op planten met apparatuur die is ontworpen voor het bestuderen van synthetische materialen. De onderzoekers hopen voort te kunnen gaan met mechanismen die in de natuur voorkomen om nieuwe strategieën voor te stellen voor het maken van composietmaterialen.