Vlaga vremenom može uništiti malter - na primer, nastajanjem pukotina koje su rezultat mraza. Tim naučnika sa Tehničkog univerziteta u Minhenu (TUM) je pronašao neobičan način da se malter zaštiti od vlage: Kada se meša materijal, doda mu se biofilm - meka, vlažna sustanca koju proizvodi bakterija.
Oliver Lieleg obično ima vrlo malo dodira sa ciglama, malterom i betonom. Kao profesor biomehanike na Institutu za medicinsko inženjerstvo (IMETUM) i Odseku za mašinstvo, on se uglavnom bavi hidrogelovima na bazi biopolimera ili, grubo rečeno, sluzom koju formiraju živi organizmi.
Ovo uključuje bakterijske biofilmove, kao što je zubna naslaga i crni ljigavi premaz koji se formira u kanalizacionim cevima. „Biofilmovi se generalno smatraju nepoželjnim i štetnim. Oni su nešto čega želite da se rešite", kaže Oliver Lieleg. „Dakle, bio sam uzbuđen zbog toga što sam pronašao neku korist od njih."
Inspiracija iz razgovora
Tokom razgovora sa kolegom sa Tehničkog univerziteta u Minhenu, Lieleg je došao na ideju korišćenja biofilma u menjanju svojstva građevinskih materijala. Profesor Christian Grosse je glavni za ispitivanje bez razaranja (Non-destructive Testing). Između ostalog, on istražuje samoobnavljajući beton čije pukotine se same zatvaraju. Jedna od varijanti betona sadrži dodatu bakteriju. Kada vlaga prodre, bakterija zatvara pukotine sa metaboličkim proizvodma koji sadrže kalcijum.
Za svoj projekat, Lieleg koristiti malter umesto betona. Umesto popravke pukotina nakon što nastane šteta, on na prvom mestu želi da spreči vlagu da prodre u malter. Takav ulazak vode može izazvati ozbiljne probleme, na primer izazivanje rasta buđi ili proširenje postojećih mikro-pukotina kroz cikluse smrzavanja-odmrzavanja. Da bi se sprečilo takvo prodiranje vode, on se oslanja na prednost koja proističe iz činjenice da su neki bakterijski filmovi visoko vodootporni. U časopisu „Advanced Materials“, Lieleg i njegove kolege opisuju kako napraviti hibridni vodootporni malter.
Oglas
Bakterija iz zemljišta proizvodi bio-dodatak
Ključni sastojak u novim materijalima je biofilm koji proizvodi bakterija Bacillus subtilis. „Bacillus subtilis normalno živi u zemljištu i vrlo je čest mikroorganizam", objašnjava Oliver Lieleg. „Za naše eksperimente, koristili smo jednostavni soj stvoren u laboratoriji koji raste brzo, formira dovoljno biomase i potpuno je bezopasan“. Lielegov tim uzgaja bakterijski film na standardnim kulturama u laboratoriji. Oni zatim dodaju vlažne biofilmove malteru u prahu.
U generisanom hibridnom malteru, voda je znatno manje u stanju da vlaži površinu u poređenju sa netretiranim malterom. Za procenu ove podloge, naučnici su merili ugao kontakta između kapljice vode i površine. Što je strmiji ugao, kapi su više sfernije, i manja je verovatnoća da će se tečnost utopiti u materijal. Dok je ovaj ugao samo 30 stepeni ili manji na netretiranom malteru, tri puta je veći za kapi na hibridnom malteru. Kapljice vode na politetrafluoroetilenu, poznatije pod komercijalnim nazivom „teflon“ imaju slično visok ugao kontakta.
Nanostrukture u malteru
Objašnjenje za vodootporna svojstva hibridnih maltera se mogu naći u elektronskim mikroskopskim slikama: Površina je prekrivena sitnim kristalnim šiljcima. Ovo rezultira u ono što je poznato kao efekat lotosa, koji se javlja na listovima biljke lotosa. Male uniformne strukture na površini obezbeđuju da samo mali deo kapljice vode dođe u kontakt sa površinom lista. Površinski napon kapljice je stoga jači od snage koja pridržava list. Shodno tome, kapljica lako silazi niz list kada je nagnut. Presek hibridnog maltera pokazuje da kristalni šiljci nisu samo ravnomerno raspoređeni na površini maltera, već se mogu naći u celom malteru. Ovo smanjuje kapilarne sile koje su obično odgovorne za izlazak vode iz maltera, kada se materijal uroni u tečnost.
Iako slične šiljcima javljaju se i na netretiranom malteru, one su preduge, retke i rasute da bi se dogodio efekat lotosa. Istraživači pretpostavljaju da bi se dodavanjem biofilma stimulisao uniformi rast kristala po celoj zapremini hibridnog materijala.
Trenutno se vrše mehanička ispitivanja u okviru odeljenja Christian Grossea, da bi se saznalo da li je hibridni malter dovoljno otporan da se zaista može koristiti u građevinarstvu, „Ako je malter pogodan, ne bi trebalo biti problema za kompanije da ga proizvode u velikim razmerama“, kaže Oliver Lieleg. I bakterijski soj i kultura koja se koristi su standardni i relativno jeftini. „U našim eksperimentima smo otkrili da suvo-zamrznuti biofilmovi mogu da se koriste jednako dobro. Zatim, u obliku praha, biološki materijal može da se čuva, transportuje i dodaje na mnogo lakši način. U budućnosti, naučnici žele da ispitaju da li se biofilm može koristiti i za zaštitu betona od vode.
