Naukowcy odnotowali bowiem aż sześciokrotny spadek tego tempa, a w innym wariancie eksperymentu zastosowanie cienkich warstw celulozy bakteryjnej zmniejszyło przepuszczalność piasku około 28 razy. A po co to wszystko? Taka strategia mogłaby w przyszłości pomóc w poprawie właściwości gleb piaszczystych, ograniczaniu strat wody i stabilizacji zdegradowanych terenów.
Publikacja poświęcona tej koncepcji trafiła na łamy Carbohydrate Polymers. Odpowiedzialny za nią zespół sprawdził, czy biologiczne struktury, podobne do tych występujących naturalnie w glebie, mogą połączyć luźne ziarna piasku i zmienić sposób przemieszczania się przez nie wody. Podstawą wdrożonego rozwiązania jest celuloza, czyli polimer znany przede wszystkim jako składnik ścian komórkowych roślin. Niektóre bakterie również potrafią ją produkować, tworząc mikroskopijne włókna, które przyczepiają się do powierzchni ziaren i łączą je ze sobą. Dzięki temu materiał zyskuje bardziej zwartą strukturę, przypominającą naturalny kompozyt.
W pierwszym wariancie badania naukowcy wprowadzili do piasku bakterie Komagataeibacter medellinensis oraz grzyby z gatunku Schizophyllum commune. Mikroorganizmy otrzymywały wodę i składniki odżywcze, co umożliwiało im rozwój i wytwarzanie włóknistych struktur.
Po siedmiu dniach próbka piasku poddanego działaniu bakterii utworzyła kolumnę o wysokości około sześciu centymetrów, którą można było wyjąć z formy i pokroić na fragmenty. Co istotne, kawałki zachowały spójność po zanurzeniu w wodzie. Próbki z udziałem grzybów również wykazywały większą spoistość niż nieprzetworzony piasek, lecz były bardziej kruche.
Druga metoda opierała się na osobnym hodowaniu cienkich arkuszy celulozy bakteryjnej, a następnie umieszczaniu ich pomiędzy warstwami piasku. Takie biologiczne wzmocnienie działało podobnie do tkaniny konstrukcyjnej: rozkładało obciążenia i ograniczało przemieszczanie się cząstek. W testach przepuszczalności wody piasek z włóknami wyhodowanymi bezpośrednio pomiędzy ziarnami wykazywał około sześciokrotnie mniejszą przepuszczalność niż materiał nieprzetworzony. W przypadku próbek wzmocnionych arkuszami celulozy wartość ta była około 28 razy niższa. Badacze sprawdzili również wytrzymałość mechaniczną materiału. W demonstracji z obciążeniem wynoszącym 10 kilogramów próbka zawierająca celulozowe warstwy zachowywała strukturę lepiej niż zwykły piasek.
Czytaj też: Zapomniany materiał sprzed lat skrywa strukturę mogącą odmienić przyszłość technologii
Wyniki wymagają jednak właściwej interpretacji. W przypadku piasku z włóknami bakteryjnymi zdolność zatrzymywania wody wzrosła z około 20,2 do 25,5 proc. To stosunkowo niewielka poprawa samej pojemności wodnej. Sześciokrotna różnica dotyczy przede wszystkim tempa przepływu wody przez materiał, a nie sześciokrotnego wzrostu ilości magazynowanej wilgoci. Na papierze takie podejście wypada genialnie, a jeśli opisywana metoda sprawdzi się poza laboratorium, mogłaby znaleźć zastosowanie w stabilizacji gleb, rekultywacji zdegradowanych terenów i ograniczaniu erozji wietrznej. Biologiczne włókna mogą również stanowić biodegradowalną alternatywę dla części syntetycznych materiałów wykorzystywanych do wzmacniania podłoża.
Źródło: Carbohydrate Polymers
