I compositi polimerici sono durevoli, sostituti leggeri per il legno, metallo o altri materiali e sono ampiamente utilizzati in tutto, dalle condutture e pali di utilità agli aeroplani e alle automobili.

La ricerca presso l'Università del Wisconsin-Madison sta gettando nuova luce su come i batteri comuni possono degradare quei materiali.

"Molti studi si sono concentrati su come questi materiali polimerici avrebbero risposto a condizioni ambientali come la temperatura, umidità o luce ultravioletta, "dice Pavana Prabhakar, un professore UW-Madison di ingegneria civile e ambientale. "Raramente sono stati studiati nel contesto delle interazioni microbiche".

Prabhakar e i suoi collaboratori hanno identificato quattro gruppi batterici che hanno interazioni dannose con l'acrilato, esteri e bisfenolo che si trovano comunemente nei compositi polimerici. Il gruppo, tra cui il professore di batteriologia UW-Madison Karthik Anantharaman e Adam Breister e Muhammad Imam, un tecnico di ricerca e un ricercatore post-dottorato nei laboratori Anantharaman e Prabhakar, rispettivamente, hanno pubblicato di recente le loro scoperte sulla rivista Materiali di comunicazione .

La ricerca sui microrganismi che interagiscono con i compositi polimerici si è concentrata su singoli tipi di microbi coltivati ​​che non sono necessariamente comuni negli ambienti naturali, secondo Prabhakar. Anziché, lei e Anantharaman hanno studiato i microbi che si trovano più frequentemente in natura.

"Volevamo esaminare l'intera comunità diversificata di microbi che esiste nell'ambiente per vedere come influenzano i nostri compositi polimerici, " dice Prabhakar.

Il modo in cui i batteri influenzano questi materiali può variare, dice Anantharaman. Alcuni batteri si nutrono direttamente dei materiali per consumarli come composti di carbonio. Altri tipi di batteri producono idrogeno e gas di idrogeno solforato all'interno dei compositi, che possono indebolire l'integrità strutturale.

"Quello che abbiamo osservato è che nessun organismo degrada tutti e tre i materiali:l'acrilato, esteri e bisfenolo, allo stesso tempo, " Anantharaman dice. "Ognuno colpisce un tipo di materiale, ma interagendo, possono degradare l'intero composito molto più velocemente."

Prabhakar e Anantharaman usarono la metagenomica, che recupera un'ampia gamma di materiale genetico direttamente da campioni ambientali, per sondare i microrganismi che vivono sulle superfici dei compositi polimerici in ambienti naturali. Prabhakar afferma che è la prima volta che la tecnica viene utilizzata in questo modo e ha fornito un enorme vantaggio per lo studio di intere comunità microbiche contemporaneamente.

Di conseguenza, la ricerca pone le basi per studi futuri. Per esempio, se i ricercatori vogliono studiare l'impatto del microbioma sui compositi polimerici sott'acqua o nei tubi di drenaggio, possono utilizzare la piattaforma e i metodi del duo per comprendere meglio le interazioni in quei contesti.

Prabhakar, il cui lavoro è finanziato dall'Ufficio di ricerca navale, afferma che lo studio può anche aiutare gli ingegneri strutturali a comprendere i fattori di stress ambientale dei materiali compositi polimerici e come progettarli per resistere alla degradazione microbica. Vuole condurre ulteriori ricerche per determinare come il microbioma può, Per esempio, creare microfratture.

"Proprio adesso, stiamo osservando il degrado complessivo del materiale, "dice Prabhakar, il Charles G. Salmon Fellow di ingegneria strutturale. "Ma possono causare fattori di stress localizzati oltre ad altri fattori di stress che esistono nell'ambiente? È qualcosa che continueremo a guardare".