Polymerkompositer är hållbara, lätta ersättningar för trä, metall eller andra material och används i stor utsträckning i allt från rörledningar och bruksstolpar till flygplan och bilar.

Forskning vid University of Wisconsin – Madison kastar nytt ljus över hur vanliga bakterier kan bryta ned dessa material.

"Många studier har fokuserat på hur dessa polymermaterial skulle reagera på miljöförhållanden som temperatur, fukt eller ultraviolett ljus, " säger Pavana Prabhakar, en UW–Madison professor i civil- och miljöteknik. "De har sällan studerats i samband med mikrobiella interaktioner."

Prabhakar och hennes medarbetare identifierade fyra bakteriegrupper som har skadliga interaktioner med akrylatet, estrar och bisfenol som vanligtvis finns i polymerkompositer. Gruppen - inklusive UW – Madison bakteriologiprofessor Karthik Anantharaman och Adam Breister och Muhammad Imam, en forskningstekniker och en postdoktorand i Anantharaman och Prabhakar labb, respektive – publicerade nyligen sina resultat i tidskriften Kommunikationsmaterial .

Forskning om mikroorganismer som interagerar med polymerkompositer har fokuserat på individuella typer av odlade mikrober som inte nödvändigtvis är vanliga i naturliga miljöer, enligt Prabhakar. Istället, hon och Anantharaman studerade mikrober som finns oftare i naturen.

"Vi ville titta på hela den mångfaldiga gruppen av mikrober som finns i miljön för att se hur de påverkar våra polymerkompositer, "Säger Prabhakar.

Hur bakterier påverkar dessa material kan variera, säger Anantharaman. Vissa bakterier livnär sig direkt på materialen för att konsumera dem som kolföreningar. Andra typer av bakterier producerar väte och vätesulfidgaser i kompositerna, som kan försvaga den strukturella integriteten.

"Det vi har observerat är att ingen organism bryter ner alla tre materialen - akrylatet, estrar och bisfenol - samtidigt, " Anantharaman säger. "Var och en påverkar en typ av material, men genom att interagera, de kan bryta ner hela kompositen mycket snabbare."

Prabhakar och Anantharaman använde metagenomik, som återvinner ett brett spektrum av genetiskt material direkt från miljöprover, att undersöka mikroorganismer som lever på ytorna av polymerkompositer i naturliga miljöer. Prabhakar säger att det är första gången tekniken har använts på ett sådant sätt och det gav en enorm fördel för att studera hela mikrobiella samhällen samtidigt.

Som ett resultat, forskningen lägger grunden för framtida studier. Till exempel, om forskare vill studera mikrobiomets inverkan på polymerkompositer under vattnet eller i dräneringsrör, de kan använda duons plattform och metoder för att bättre förstå interaktioner i de sammanhangen.

Prabhakar, vars arbete finansieras av Office of Naval Research, säger att studien också kan hjälpa konstruktionsingenjörer att förstå miljöstressfaktorer hos polymerkompositmaterial och hur man designar dem för att motstå mikrobiell nedbrytning. Hon vill göra ytterligare forskning för att fastställa hur mikrobiomet kan, till exempel, skapa mikrosprickor.

"Just nu, vi tittar på den totala nedbrytningen av materialet, säger Prabhakar, Charles G. Salmon Fellow of Structural Engineering. "Men kan de orsaka lokaliserade stressfaktorer utöver andra stressfaktorer som finns i miljön? Det är något vi kommer att fortsätta titta på."