Gamberetto, aragoste e funghi potrebbero non sembrare ottimi strumenti per il campo di battaglia, ma tre ingegneri dell'Università di Houston stanno usando la chitina, un derivato del glucosio che si trova nelle pareti cellulari di artropodi e funghi, e tecniche di stampa 3D per produrre rivestimenti multistrato ad alto impatto che possono proteggere i soldati dai proiettili, laser, gas tossici e altri pericoli.

Sebbene il mais sia meglio conosciuto come un prodotto sostenibile, materiale a base biologica, la chitina offre la promessa come materiale comunemente disponibile che potrebbe essere lavorato e utilizzato in alcuni prodotti che ora richiedono plastiche a base di petrolio, disse Alamgir Karim, Dow Chair Professore di ingegneria chimica e biomolecolare.

"E se potessimo elaborare questi materiali e portarli a un certo livello di prestazioni, così potremmo fare delle cose davvero buone nel mondo della plastica?" ha chiesto. "Sarebbero biodegradabili in base alla progettazione, in modo che potessero decomporsi e tornare a Madre Natura."

Karim, che è anche direttore dell'International Polymer &Soft Matter Center e del programma di ingegneria dei materiali presso l'UH, è ricercatore principale del progetto, finanziato da $ 660, 000 sovvenzione dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti. Venkatesh Balan, assistente professore di tecnologia ingegneristica, e Megan Robertson, professore associato di ingegneria chimica e biomolecolare, sono co-principali investigatori.

Sono incaricati di sviluppare dure, film multistrato resistenti e antimicrobici in grado di resistere all'impatto di proiettili o laser assorbendo contemporaneamente gas tossici. Karim ha detto che il lavoro avrà anche applicazioni oltre i militari, potenzialmente ampliando i suoi benefici ambientali.

La chitina è il componente principale delle pareti cellulari dei funghi e degli esoscheletri degli artropodi, compresi i crostacei, insetti e molluschi. Si trova anche nelle squame dei pesci. Può essere raccolto e lavorato per produrre chitosano, o chitina de-acetilata, una fibra che viene anche prodotta e venduta come integratore alimentare per curare l'obesità, colesterolo alto, ipertensione e morbo di Crohn. Il chitosano è più facile da maneggiare rispetto alla chitina fragile.

bilancia, il cui laboratorio produce biomolecole per uso medico e industriale, utilizza processi chimici ed enzimatici per produrre le molecole di chitosano utilizzando gusci di crostacei. "Stiamo cercando di fare la stessa cosa con i funghi, " Egli ha detto, osservando che i funghi producono un grado più consistente di polimerizzazione in modo sostenibile, aiutando a standardizzare la produzione di chitina e poi trasformarla per diventare chitosano.

Una fonte stabile di polimeri di chitosano sarà solo l'inizio. Robertson determinerà come alterare la composizione atomica sulla superficie del chitosano per migliorare il modo in cui si interfaccia con gli strati funzionali. La sua ricerca include la progettazione di polimeri sostenibili e biodegradabili derivati ​​da risorse rinnovabili.

Quella maggiore compatibilità tra il chitosano e il polimero migliorerà la capacità del rivestimento di intrappolare il gas o assorbire l'impatto di un proiettile, lei disse.

È qui che entra in gioco Karim:sta progettando un sistema multistrato che sarà composto da uno strato indurito resistente agli urti; uno strato di schiacciamento che assorbe l'energia che ricorda il modo in cui le auto moderne sono progettate per accartocciarsi all'impatto, salvaguardare la capsula del passeggero; uno strato per assorbire il gas tossico, con nanoparticelle di carbone disperse nel chitosano; e uno strato di adesione tessile, che legherà il rivestimento alla tela e ad altri tessuti.

Ciò comporterà la stampa 3D di diverse nanoparticelle di chitina e strutture di progettazione della zona di schiacciamento fabbricate o rinforzate con chitosano e testandole per determinare la loro capacità di resistere a un impatto.

"È molto buono, progetto ecologico, "Karim ha detto, e uno che avrà applicazioni per l'automobile, edilizia e altri settori.