NC State-onderzoekers veranderen houtbijproducten in sensorische hydrogels die kunnen reageren op verschillende stimuli en, door geavanceerde productiemethoden, worden gemaakt tot duurzame, biologisch afbreekbare slimme materialen die kunnen worden gebruikt in de landbouw, gezondheidszorg en zelfs diergeneeskunde.

"De toekomst is duurzamer, en nanotechnologie, nanomaterialen en biomaterialen, die maken deel uit van die toekomst, " zei Lokendra Pal, een universitair hoofddocent bosbiomaterialen aan het College of Natural Resources.

Hydrogels zijn poreus, polymere materialen die tot 90 procent uit water bestaan. Omdat ze waterzwaar zijn, ze zijn permeabel op moleculair niveau, wat betekent dat ze kunnen worden veranderd door chemische en mechanische modificaties om fysiek en chemisch te veranderen wanneer ze worden geconfronteerd met bepaalde stimuli, zoals temperatuur, druk en vocht. Deze veranderingen kunnen worden gevolgd door elektrische of mechanische transducers of gewoon door zicht.

Onderzoekers van de afdeling Bosbiomaterialen hebben carboxymethylcellulose en cellulose-nanomaterialen omgezet, die ruimschoots beschikbaar zijn uit bomen en landbouwresten, in biologisch afbreekbare hydrogels met behulp van geavanceerde productie. De innovatie is een duurzame oplossing voor een scala aan grote problemen. Nemen, bijvoorbeeld, voedselonzekerheid, die wordt beïnvloed door ongedierte, plantenziekte en klimaatverandering.

"We kijken naar groene landbouw, Pal zei. "Sommige planten reageren op verschillende golflengten van licht, zodat het materiaal kan worden gebruikt in kassen of andere geschikte plaatsen. Golflengten kunnen worden gericht zodat de planten sneller kunnen groeien. Landbouw, vooral in de dichtstbevolkte gebieden van de wereld, zullen lijden onder overmatige stress op de planten als gevolg van klimaatverandering. Deze materialen kunnen een micro-omgeving bieden om ermee om te gaan."

En naarmate de wereldbevolking ouder wordt, er is een toenemende behoefte aan begeleide zorg, diagnostische hulpmiddelen en sensorische apparaten. Het materiaal kan zelfs worden gebruikt in contactlenzen, wrijving van de ogen ontmoeten, zuurstof- en comforteisen.

"We kunnen de eigenschappen van de materialen afstemmen, zoals zuurstoftransmissiesnelheid, en ze kunnen worden aangepast aan de behoeften van mensen en op aanvraag worden vervaardigd met behulp van een 3D-printer, "Zei Pal. "Er is geen one-size-fits-all."

De hydrogels zijn zo aanpasbaar dat Pal en zijn collega's onderzoeken hoe ze een vergelijkbare lens voor dieren kunnen maken. Tijdens hun deelname aan het Innovation Corps-programma van de National Science Foundation, ze realiseerden zich dat dieren die herstellen van oogletsel of operaties baat zouden kunnen hebben bij een sensorisch gelachtig verband.

"Mensen kunnen je vertellen of ze problemen hebben met hun ogen, Pal zei. "Omdat deze hydrogels een detectiemechanisme hebben, een trigger kan ervoor zorgen dat het van kleur verandert of een andere reactie krijgt. Dieren kunnen niet met je praten, maar met deze je kunt zien wat er aan de hand is."

Het doel is nu om samen te werken met het NC State's College of Veterinary Medicine voor verder onderzoek en testen. Terwijl dat proces gaande is, het kan een jaar duren voordat het team sensorische hydrogels voor de landbouw op de markt brengt, het bestuderen van gewasbescherming en biologische landbouw. Dat proces, te, is zeer collaboratief, net zoals het College of Natural Resources is.

"Als je naar onze universiteit kijkt, een van onze grootste troeven zijn onze verschillende afdelingen, " zei Pal. "Bosbouw kan genetisch en biotechnologisch zaden ontwerpen en planten voor sneller groeiende en ziektevrije bomen en bossen. Onze afdeling neemt die en werkt door middel van meer groene chemische verwerking en geavanceerde productie om ze om te zetten in verschillende bioproducten, biochemicaliën en bio-energie. parken, Recreatie- en toerismemanagement kijkt naar alle menselijke aspecten. Samen kunnen we bomen gaan kweken door middel van duurzaam bosbeheer en toekomstige biogebaseerde materialen creëren die zowel de samenleving als het milieu als geheel ten goede komen."