Räka, hummer och svamp kanske inte verkar vara bra verktyg för slagfältet, men tre ingenjörer från University of Houston använder kitin-ett derivat av glukos som finns i cellväggarna hos leddjur och svampar-och 3D-utskriftstekniker för att producera flerlagiga beläggningar som kan skydda soldater mot kulor, lasrar, giftig gas och andra faror.

Även om majs är bättre känd som en hållbar, biobaserat material, kitin erbjuder löfte som ett allmänt tillgängligt material som kan bearbetas och användas i vissa produkter som nu kräver petroleumbaserad plast, sa Alamgir Karim, Dow ordförande professor i kemisk och biomolekylär teknik.

"Tänk om vi kunde bearbeta dessa material och få dem till en viss prestandanivå, så vi kunde göra några riktigt bra saker i plastvärlden? "frågade han." De skulle vara biologiskt nedbrytbara av design, så att de kunde brytas ner och återvända till Moder Natur. "

Karim, som också fungerar som chef för International Polymer &Soft Matter Center och för materialteknikprogrammet vid UH, är huvudutredare för projektet, finansieras av $ 660, 000 bidrag från det amerikanska försvarsdepartementet. Venkatesh Balan, biträdande professor i ingenjörsteknik, och Megan Robertson, docent i kemisk och biomolekylär teknik, är medhuvudutredare.

De anklagas för att utveckla tuffa, hållbara och antimikrobiella flerskiktsfilmer som kan motstå påverkan från projektiler eller lasrar samtidigt som de absorberar giftig gas. Karim sa att arbetet också kommer att ha tillämpningar bortom militären, potentiellt utöka sina miljöfördelar.

Kitin är huvudkomponenten i cellväggar i svampar och leddjurens exoskeleton, inklusive kräftdjur, insekter och blötdjur. Det finns också i fiskskalor. Det kan skördas och bearbetas för att producera kitosan, eller avacetylerad kitin, en fiber som också produceras och säljs som ett kosttillskott för att behandla fetma, högt kolesterol, högt blodtryck och Crohns sjukdom. Kitosan är lättare att hantera än det spröda kitinet.

Balan, vars laboratorium producerar biomolekyler för medicinsk och industriell användning, använder kemiska och enzymatiska processer för att producera kitosanmolekylerna med hjälp av skal av kräftdjur. "Vi försöker göra samma sak med svamp, " han sa, noterar att svampar ger en mer konsekvent polymerisationsgrad på ett hållbart sätt, hjälper till att standardisera produktionen av kitin och sedan bearbeta det för att bli kitosan.

En stabil källa till kitosanpolymerer är bara början. Robertson kommer att avgöra hur man ändrar atomkompositionen på ytan av kitosan för att förbättra hur det gränsar till de funktionella skikten. Hennes forskning innefattar att utforma hållbara och biologiskt nedbrytbara polymerer som härrör från förnybara resurser.

Den förbättrade kompatibiliteten mellan kitosan och polymeren kommer att förbättra beläggningens förmåga att fånga gas eller absorbera stötar från en projektil, Hon sa.

Det är där Karim kommer in-han konstruerar ett flerskiktssystem som kommer att bestå av ett härdat slagfastt lager; ett energiabsorberande krosslager som påminner om hur moderna bilar är utformade för att skrynkla ihop vid stötar, skydd av passagerarkapseln; ett lager för att absorbera giftig gas, med kol nanopartiklar spridda i kitosan; och ett textilhäftningsskikt, som kommer att binda beläggningen till duk och andra textilier.

Det kommer att innebära 3D-utskrift av olika kitin-nanopartiklar och kitosan-tillverkade eller förstärkta krosszondesignstrukturer och testa dem för att bestämma deras förmåga att motstå en påverkan.

"Det är mycket bra, miljövänligt projekt, "Karim sa, och en som kommer att ha applikationer för bilen, bygg och andra industrier.