Polymeercomposieten zijn duurzaam, lichtgewicht vervangingen voor hout, metaal of andere materialen en worden veel gebruikt in alles, van pijpleidingen en elektriciteitspalen tot vliegtuigen en auto's.

Onderzoek aan de Universiteit van Wisconsin-Madison werpt nieuw licht op hoe gewone bacteriën die materialen kunnen afbreken.

"Veel onderzoeken hebben zich gericht op hoe deze polymeermaterialen zouden reageren op omgevingscondities zoals temperatuur, vocht of ultraviolet licht, " zegt Pavana Prabhakar, een UW-Madison hoogleraar civiele techniek en milieutechniek. "Ze zijn zelden bestudeerd in de context van microbiële interacties."

Prabhakar en haar medewerkers identificeerden vier bacteriële groepen die schadelijke interacties hebben met het acrylaat, esters en bisfenol die vaak worden aangetroffen in polymeercomposieten. De groep, waaronder UW-Madison-professor bacteriologie Karthik Anantharaman en Adam Breister en Muhammad Imam, een onderzoekstechnicus en een postdoctoraal onderzoeker in de laboratoria van Anantharaman en Prabhakar, respectievelijk - publiceerden hun bevindingen onlangs in het tijdschrift Communicatiematerialen .

Onderzoek naar micro-organismen die interageren met polymeercomposieten heeft zich gericht op individuele soorten gekweekte microben die niet noodzakelijkerwijs gebruikelijk zijn in natuurlijke omgevingen, volgens Prabhakar. In plaats daarvan, zij en Anantharaman bestudeerden microben die vaker in de natuur voorkomen.

"We wilden kijken naar de hele diverse gemeenschap van microben die in de omgeving bestaat om te zien hoe ze onze polymeercomposieten beïnvloeden, ' zegt Prabhaka.

De manier waarop bacteriën deze materialen aantasten, kan variëren, zegt Anantharaman. Sommige bacteriën voeden zich rechtstreeks met de materialen om ze als koolstofverbindingen te consumeren. Andere soorten bacteriën produceren waterstof- en waterstofsulfidegassen in de composieten, die de structurele integriteit kunnen verzwakken.

"Wat we hebben waargenomen, is dat geen enkel organisme alle drie de materialen afbreekt - het acrylaat, esters en bisfenol - tegelijkertijd, ", zegt Anantharaman. "Elk heeft invloed op één type materiaal, maar door interactie, ze kunnen het hele composiet veel sneller afbreken."

Prabhakar en Anantharaman gebruikten metagenomica, die een breed scala aan genetisch materiaal rechtstreeks terugwint uit milieumonsters, om micro-organismen te onderzoeken die in natuurlijke omgevingen op de oppervlakken van polymeercomposieten leven. Prabhakar zegt dat het de eerste keer is dat de techniek op een dergelijke manier is gebruikt en dat het een enorm voordeel opleverde voor het bestuderen van hele microbiële gemeenschappen in één keer.

Als resultaat, het onderzoek legt de basis voor toekomstige studies. Bijvoorbeeld, als onderzoekers de impact van het microbioom op polymeercomposieten onder water of in drainagebuizen willen bestuderen, ze kunnen het platform en de methoden van het duo gebruiken om interacties in die contexten beter te begrijpen.

Prabhakar, wiens werk wordt gefinancierd door het Office of Naval Research, zegt dat de studie structurele ingenieurs ook kan helpen om omgevingsstressoren van polymeercomposietmaterialen te begrijpen en hoe ze kunnen worden ontworpen om microbiële degradatie te weerstaan. Ze wil verder onderzoek doen om te bepalen hoe het microbioom kan, bijvoorbeeld, microscheurtjes maken.

"Direct, we kijken naar de algehele degradatie van het materiaal, " zegt Prabhakar, de Charles G. Salmon Fellow van Structural Engineering. "Maar kunnen ze gelokaliseerde stressoren veroorzaken naast andere stressoren die in de omgeving bestaan? Daar zullen we naar blijven kijken."