10 augusti 2020

När nanocellulosa kombineras med olika typer av metall-nanopartiklar ger det material med många nya och spännande egenskaper, de kan bli antibakteriella, byta färg när man trycker på dem och de kan omvandla ljus till värme.

Materialet ändrar färg när man trycker på det och ser till slut ut som guld.
Materialet ändrar färg när man trycker på det och blir så småningom guldfärgat. Magnus Johansson
– Mycket förenklat kan man säga att vi kan göra guld av nanocellulosa, säger Daniel Aili, biträdande professor vid Avdelningen biofysik och bioteknik, Institutionen för fysik, kemi och biologi, vid Linköpings universitet.

Forskargruppen, under ledning av Daniel Aili, har utgått ifrån en biosyntetisk nanocellulosa som tillverkas av bakterier, framtagen för sårvård. De har sedan dekorerat cellulosan med nanopartiklar av metall, främst silver och guld. Metallpartiklarna, som inte är större än några miljarddels meter, skräddarsys först för att få önskade egenskaper, och kombineras sedan med nanocellulosan.

Tredimensionell byggställning

Nanocellulosa.Nanocellulosa. Foto Magnus Johansson– Nanocellulosa består av tunna trådar av cellulosa, med en diameter på ungefär en tusendel av ett hårstrå. Trådarna fungerar som en tredimensionell byggställning för metallpartiklarna. När partiklarna fastnar på cellulosan får vi material som består av ett nätverk av partiklar och cellulosa, förklarar Daniel Aili.

Forskarna kan med stor precision styra hur mycket partiklar som ska fastna och av vilken sort. De kan även blanda partiklar av olika metaller och i olika former, runda, avlånga och triangulära.

I den första delen av en vetenskaplig artikel, publicerad i Advanced Functional Materials visar gruppen hur det går till och varför det fungerar som det gör. I den andra delen ligger fokus på olika användningsområden.

Ett spännande fenomen är till exempel att materialets egenskaper ändras när man trycker på det. Optiska fenomen uppstår när partiklarna kommer närmare och interagerar med varandra och materialet byter färg. Trycker man ihop det allt hårdare ser det till slut ut som guld.
– Vi upptäckte att materialet bytte färg under pincetten när vi lyfte upp det och vi förstod först inte varför, berättar Daniel Aili.

Mekanoplasmonisk effekt

Fenomenet har forskarna valt att kalla mekanoplasmonisk effekt och den har visat sig vara mycket användbar. Ett närliggande användningsområde är för sensorer eftersom det går att avläsa sensorn med blotta ögat. Ett exempel: Om ett protein fastnar på materialet, låt säga ett protein som är en sjukdomsmarkör, byter det inte längre färg när man trycker på det. Byter materialet Olof Eskilsson, doktorandOlof Eskilsson, doktorand och förste författare. Foto Magnus Johanssonfärg, inget protein.

Ett annat intressant fenomen är att en variant absorberar ljus från ett mycket bredare spektrum än det synliga ljuset och avger värme. En egenskap som kan användas för både energiapplikationer och inom medicinen.

– Vår metod gör det möjligt att tillverka kompositer av nanocellulosa och metallnanopartiklar som är mjuka och biokompatibla material för optiska, katalytiska, elektriska och biomedicinska tillämpningar. Tack var att materialet bygger upp sin egen struktur (self assembly) på de här viset kan vi tillverka komplexa material med nya typer av väl definierad egenskaper, konstaterar Daniel Aili.

Forskningen är finansierad bland annat av medel från Stiftelsen för Strategisk forskning, den strategiska satsningen på Avancerade funktionella material, AFM, vid Linköpings universitet, Vinnova-finansierade kompetenscentrum Funmat II och Knut och Alice Wallenbergs stiftelse.

Self-Assembly of Mechanoplasmonic Bacterial Cellulose–Metal Nanoparticle Composites
Olof Eskilsson, Stefan B. Lindström, Borja Sepulveda, Mohammad M. Shahjamali, Pau Güell- Grau, Petter Sivlér, Mårten Skog, Christopher Aronsson, Emma M. Björk, Niklas Nyberg, Hazem Khalaf, Torbjörn Bengtsson, Jeemol James, Marica B. Ericson, Erik Martinsson, Robert Selegård, and Daniel Aili, Advanced Functional Materials, 2020, doi 10.1002/adfm.202004766

Relaterade nyheter och forskning

Nyheter

Två forskare i ett labb som sitter vid ett bord.

Sårförbandet som avslöjar infektion

Ett sårförband gjort av nanocellulosa som kan visa tidiga tecken på infektion utan att störa läkningen. Det har forskare vid Linköpings universitet utvecklat. Studien är ytterligare ett steg på vägen mot en ny typ av sårvård.

Grafren och ArgusEye

LiU-spinoffs bland "bästa startups 2022"

Tidningen NyTeknik listar årligen de 33 bästa och mest lovande startup-företagen i Sverige, i den så kallade “33-listan”. I år finns två bolag med starka band till LiU med, ArgusEye och Grafren.

Porträttbild av Daniel Aili.

Daniel Aili får stort europeiskt anslag

Daniel Aili får ett av årets ERC Consolidator Grants från det europeiska forskningsrådet ERC. Han ska utveckla en metod för att mäta en typ av cancerrelaterade enzymer, som på sikt ska kunna användas för både diagnostik och förbättrad behandling.

Forskning

Senaste nytt från LiU

Bidrag från Familjen Kamprads stiftelse förlänger forskningsprogram om smarta elnät

Forskningsprogrammet “Resistans och effekt - om smarta elnät för de många människorna” har fått ytterligare 19,8 miljoner kronor i bidrag från Familjen Kamprads stiftelse och fortsätter i tre år till.

Keti Chukhrov.

"Den svenska akademiska världen är mycket unik"

Keti Chukhrov har uppskattat sitt år vid LiU som gästprofessor i Tage Danielssons namn. Hon är imponerad av hur demokratiskt arbetet är upplagt, samt det stöd och fina samarbete som präglar IKOS.

Superdatorn Berzelius.

Superdatorn Berzelius uppgraderas till dubbla kapaciteten

Superdatorn Berzelius används för forskning inom bland annat livsvetenskaperna, maskininlärning och AI. Till hösten ska Berzelius uppgraderas, en satsning som möjliggörs av en donation på 125 miljoner kronor från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.