Forskare vid EPFL:s laboratorium för bearbetning av avancerade kompositer (LPAC) och University of Freiburgs botaniska trädgård har studerat hur linväxten läker sig själv efter att den har skadats. Som en del av ett tvärvetenskapligt forskningsprojekt inom EU, de mätte förändringar i anläggningens mekaniska egenskaper, som stelhet och dämpning, och undersökte anläggningens självreparationsmekanismer. Eftersom naturfibrer alltmer används för att tillverka kompositmaterial, förstå hur sådana mekanismer fungerar kan hjälpa forskare att utveckla självläkande material med bättre prestanda, bygger på metoder inspirerade av naturen.

Forskningen publicerades nyligen i PLOS ONE .

Tänk dig bilfärg som automatiskt kan reparera sig själv efter en repa, eller en korrosionsbeständig beläggning som automatiskt kan återställa sig själv efter att den har hackats av. Detta är bara två av de lovande nya tillämpningarna för självläkande material-även om många hinder kvarstår. "Varje typ av material utgör en annan utmaning, "säger Véronique Michaud, en av studiens författare och chef för LPAC. "Vissa material kan redan regenereras tack vare ett system med vätskor inuti dem. Om materialet är repigt, vätskan rinner ut och reagerar med omgivande luft, till exempel, att fylla i repan. Det liknar hur ditt blod koagulerar om du skär fingret. "Men andra material är mer komplicerade, och framstegen är fortfarande på laboratoriestadiet. Det gäller särskilt kompositmaterial, som används i flygplan och sportutrustning - och är i fokus för forskarnas arbete.

Förändringar i anläggningarnas mekaniska egenskaper

Ute i naturen, växter måste hantera en mängd olika påfrestningar som vind, regn och brott. Det är därför forskarna bestämde sig för att studera hur stammarna av linväxter förändras efter att de har klippts. "Vi valde lin eftersom dess fibrer redan används för att göra kompositmaterial, och eftersom det är en vanlig växt som växer snabbt, "säger Michaud. De gjorde snitt i längden och på tvären i stjälkarna av två olika familjer av linväxter och lät dem växa i 25 dagar bredvid växter som inte hade klippts. De mätte sedan förändringar i stjälkens styvhet och dämpande egenskaper. Forskarna, som inkluderade EPFL-forskare och en biologisk postdoktoral forskare från University of Freiburg, applicerade en dynamisk draglast på stjälkarna för att mäta mängden kraft som är nödvändig för att anstränga dem och deras tidsmässiga svar både på intakta stjälkar och självreparerade. Styvhet och dämpning är också egenskaper som forskare ständigt strävar efter att förbättra i material; de måste alltid hitta rätt avvägning mellan dessa två faktorer, om målet är att undvika obehagliga vibrationer i en bil, se till att en cykel kan köra smidigt över stötar eller utveckla en lyhörd tennisracket. Testmetoderna och maskinerna som forskarna använde i sin forskning om linstammar är desamma som de som används för att testa kompositmaterial.

Olika reaktioner beroende på sårtyp

Forskarna tittade också på hur stjälkarna läkte från snitten. De fann att svaret var olika beroende på om snittet var längs eller tvärs. För längsgående snitt, växtcellerna omringade såret och skapade ett slags hud, men stammen återskapades inte. Dock, för tvärgående snitt, cellerna fyllde i det utrymme som skapades av såret och läkte det nästan helt; de regenererade plantorna återvann 95% av sina mekaniska egenskaper. Andra tester som utförts vid universitetet i Freiburg visade att självläkande resultat kan variera beroende på typen av växt och skadans svårighetsgrad för både växten och dess överlevnad i dess livsmiljö. Självläkta växter visade sig inte växa lika höga som deras intakta motsvarigheter, men de bildade blommor och frön. Denna studie markerar första gången som forskare har kvantifierat linväxtens mekaniska egenskaper och förmåga att regenerera. Det är också första gången som LPAC -forskare utförde tester på växter med hjälp av utrustning avsedd att studera syntetmaterial. Forskarna hoppas kunna fortsätta att dra från mekanismer som förekommer i naturen för att föreslå nya strategier för att skapa kompositmaterial.