Garnaal, kreeften en paddenstoelen lijken misschien geen geweldige hulpmiddelen voor het slagveld, maar drie ingenieurs van de Universiteit van Houston gebruiken chitine - een derivaat van glucose dat wordt aangetroffen in de celwanden van geleedpotigen en schimmels - en 3D-printtechnieken om meerlaagse coatings met hoge impact te produceren die soldaten kunnen beschermen tegen kogels, lasers, giftig gas en andere gevaren.

Hoewel maïs beter bekend staat als een duurzame, biobased materiaal, chitine is veelbelovend als algemeen verkrijgbaar materiaal dat kan worden verwerkt en gebruikt in sommige producten waarvoor nu op aardolie gebaseerde kunststoffen nodig zijn, zei Alamgir Karim, Dow-leerstoelhoogleraar chemische en biomoleculaire engineering.

"Wat als we deze materialen zouden kunnen verwerken en ze op een bepaald prestatieniveau kunnen krijgen, dus we zouden echt goede dingen kunnen doen in de wereld van de kunststoffen?", vroeg hij. "Ze zouden door het ontwerp biologisch afbreekbaar zijn, zodat ze konden ontbinden en terugkeren naar Moeder Natuur."

Karim, die ook dienst doet als directeur van het International Polymer &Soft Matter Centre en van het materiaaltechnologieprogramma aan de UH, is hoofdonderzoeker van het project, gefinancierd door een $ 660, 000 subsidie ​​van het Amerikaanse ministerie van Defensie. Venkatesh Balan, assistent-professor technische technologie, en Megan Robertson, universitair hoofddocent chemische en biomoleculaire engineering, zijn co-hoofdonderzoekers.

Ze zijn belast met het ontwikkelen van taaie, duurzame en antimicrobiële meerlagige films die bestand zijn tegen een impact van projectielen of lasers en tegelijkertijd giftig gas absorberen. Karim zei dat het werk ook toepassingen zal hebben buiten het leger, mogelijk de voordelen voor het milieu vergroten.

Chitine is het primaire bestanddeel van celwanden in schimmels en de exoskeletten van geleedpotigen, inclusief schaaldieren, insecten en weekdieren. Het wordt ook gevonden in vissenschubben. Het kan worden geoogst en verwerkt om chitosan te produceren, of gedeacetyleerde chitine, een vezel die ook wordt geproduceerd en verkocht als voedingssupplement om obesitas te behandelen, hoge cholesterol, hoge bloeddruk en de ziekte van Crohn. Chitosan is gemakkelijker te hanteren dan het broze chitine.

Balan, wiens lab bio-moleculen produceert voor medisch en industrieel gebruik, gebruikt chemische en enzymatische processen om de chitosan-moleculen te produceren met behulp van schaaldieren. "We proberen hetzelfde te doen met paddenstoelen, " hij zei, opmerkend dat paddenstoelen duurzaam een ​​meer consistente polymerisatiegraad opleveren, helpen om de productie van chitine te standaardiseren en het vervolgens te verwerken tot chitosan.

Een stabiele bron van chitosanpolymeren is nog maar het begin. Robertson zal bepalen hoe de atomaire samenstelling aan het oppervlak van de chitosan kan worden gewijzigd om de interface met de functionele lagen te verbeteren. Haar onderzoek omvat het ontwerpen van duurzame en biologisch afbreekbare polymeren die zijn afgeleid van hernieuwbare bronnen.

Die verbeterde compatibiliteit tussen het chitosan en het polymeer zal het vermogen van de coating om gas op te vangen of de impact van een projectiel te absorberen verbeteren, ze zei.

Dat is waar Karim van pas komt:hij ontwerpt een meerlaags systeem dat zal bestaan ​​uit een geharde slagvaste laag; een energieabsorberende crush-laag die doet denken aan de manier waarop moderne auto's zijn ontworpen om te kreuken bij een botsing, het beveiligen van de passagierscapsule; een laag om giftig gas te absorberen, met houtskool nanodeeltjes gedispergeerd in de chitosan; en een textielhechtingslaag, die de coating aan canvas en ander textiel zal binden.

Dat omvat het 3D-printen van verschillende chitine-nanodeeltjes en door chitosan vervaardigde of versterkte ontwerpstructuren van de crush-zone en deze testen om te bepalen of ze bestand zijn tegen een impact.

"Het is een heel goed milieuvriendelijk project, " zei Karim, en een die toepassingen voor de auto zal hebben, bouw en andere industrieën.