Teksti Kemia-lehti, kuvat VTT
Voisiko taulakäävän rakennetta hyödyntää esimerkiksi lentokoneen materiaaleissa? Mahdollisesti. Erittäin kevyiden sienten rakennetta jäljittelemällä voitaisiin luoda uusia materiaaleja, jotka korvaisivat muoveja.
VTT:n tutkimusryhmä on selvittänyt kääpäsienten ainutlaatuisia ominaisuuksia ja perehtynyt taulakäävän (Fomes fomentarius) monimutkaisiin rakenteellisiin, kemiallisiin ja mekaanisiin ominaisuuksiin. Käävän rakennetta jäljittelemällä olisi mahdollista kehittää uudenlaisia, suorituskyvyltään ainutlaatuisia materiaaleja.
Vahvoja ja kevyitä materiaaleja olisi mahdollista hyödyntää esimerkiksi iskunkestävissä implanteissa, urheiluvälineissä, vartalosuojissa, lentokoneiden kuorirakenteissa, elektroniikassa tai tuulilasien pinnoitteissa.
Kääpäsienten itiöemällä erikoinen mikrorakenne
Taulakääpä on yleinen koivun kääpäsieni, jonka tehtävänä on vapauttaa hiiltä ja muita ravinteita kuolleesta puusta. Taulakäävän itiöemien koostumus on yksinkertainen, mutta suorituskyky hyvä. Itiöemän rakenne auttaa sitä suojautumaan esimerkiksi hyönteisiltä tai muilta eläimiltä, putoavilta oksilta ja vuodenaikojen vaihtelulta.
VTT:n tutkimus paljastaa, että taulakäävän itiöemä muodostuu kolmesta toiminnallisesti erillisestä kerroksesta.
”Jokaisen kerroksen pääkomponenttina on sienirihmasto, mutta sen mikrorakenne on erilainen eri kerroksissa. Rakenteessa on eroja esimerkiksi orientaation, pituuden ja leveyden, tiheyden tai haarojen pituuden suhteen. Solunulkoinen matriisi toimii vahvistavana liimana, jonka määrä, polymeerisisältö ja yhteenkytkeytyneisyys vaihtelevat eri kerroksissa”, kertoo VTT:n erikoistutkija Pezhman Mohammadi.
”Taulakäävän rakenteellinen koostumus ja biokemialliset toimintaperiaatteet avaavat uusia mahdollisuuksia materiaalikehitykseen. ”
Inspiraation lähde uusille materiaaleille
Taulakäävän rakennetta voidaan muokata ja luoda näin ominaisuuksiltaan erilaisia materiaaleja. Vähäiset solumorfologian ja solunulkoisen polymeerikoostumuksen muutokset synnyttävät materiaaleja, joiden fysikokemialliset ominaisuudet päihittävät useimpien luonnossa esiintyvien tai ihmisten kehittämien materiaalien ominaisuudet.
Perinteisilllä materiaaleilla jotakin ominaisuutta voidaan yleensä parantaa vain toisen ominaisuuden kustannuksella, esimerkiksi vahvuuden tai kovuuden parantaminen vaatii usein painon tai tiheyden lisäämistä. Taulakäävän suorituskyky ei edellytä tällaista vaihtokauppaa.
”Taulakäävän rakenteellinen koostumus ja biokemialliset toimintaperiaatteet avaavat uusia mahdollisuuksia materiaalikehitykseen, esimerkiksi ultrakevyiden teknisten rakenteiden tai mekaanisilta ominaisuuksiltaan parannettujen nanokomposiittien valmistamiseen”, Pezhman sanoo.
”Myös ohjelmoitavien, toiminnallisten materiaalien kehittäminen voi olla jatkossa mahdollista. Materiaalin kasvattaminen yksinkertaisista ainesosista voi myös auttaa ratkaisemaan tulevaisuuden haasteita esimerkiksi valmistuksen kustannuksiin ja massatuotannon ongelmiin liittyen.”
Tutkimuksen tulokset esiteltiin helmikuussa Science Advances -julkaisussa.
