När nanocellulosa kombineras med olika typer av metallnanopartiklar, material bildas med många nya och spännande egenskaper. De kan vara antibakteriella, ändra färg under tryck, eller omvandla ljus till värme.

"För att uttrycka sig enkelt, vi gör guld av nanocellulosa, säger Daniel Aili, docent vid avdelningen för biofysik och bioteknik vid institutionen för fysik, Kemi och biologi vid Linköpings universitet.

Forskargruppen, ledd av Daniel Aili, har använt en biosyntetisk nanocellulosa producerad av bakterier och ursprungligen utvecklad för sårvård. Forskarna har därefter dekorerat cellulosan med nanopartiklar av metall, främst silver och guld. Partiklarna, inte större än några miljarddels meter, är först skräddarsydda för att ge dem de egenskaper som önskas, och kombineras sedan med nanocellulosa.

"Nanocellulosa består av tunna trådar av cellulosa, med en diameter ungefär en tusendel av diametern på ett människohår. Trådarna fungerar som en tredimensionell ställning för metallpartiklarna. När partiklarna fäster sig på cellulosan, ett material som består av ett nätverk av partiklar och cellulosaformer, Daniel Aili förklarar.

Forskarna kan med hög precision avgöra hur många partiklar som kommer att fästa, och deras identiteter. De kan också blanda partiklar av olika metaller och med olika former - sfäriska, elliptisk och triangulär.

I den första delen av en vetenskaplig artikel publicerad i Avancerade funktionella material , gruppen beskriver processen och förklarar varför den fungerar som den gör. Den andra delen fokuserar på flera användningsområden.

Ett spännande fenomen är det sätt på vilket materialets egenskaper förändras när tryck appliceras. Optiska fenomen uppstår när partiklarna närmar sig varandra och interagerar, och materialet ändrar färg. När trycket ökar, materialet verkar så småningom vara guld.

"Vi såg att materialet ändrade färg när vi tog upp det i en pincett, och först kunde vi inte förstå varför, säger Daniel Aili.

Forskarna har kallat fenomenet "den mekanoplasmoniska effekten, " och det har visat sig vara mycket användbart. En närbesläktad applikation finns inom sensorer, eftersom det är möjligt att avläsa sensorn med blotta ögat. Ett exempel:Om ett protein fastnar på materialet, den ändrar inte längre färg när den utsätts för tryck. Om proteinet är en markör för en viss sjukdom, misslyckandet med att ändra färg kan användas vid diagnos. Om materialet ändrar färg, markörproteinet är inte närvarande.

Ett annat intressant fenomen visas av en variant av materialet som absorberar ljus från ett mycket bredare spektrum av synligt ljus och genererar värme. Denna egenskap kan användas för både energibaserade tillämpningar och inom medicin.

"Vår metod gör det möjligt att tillverka kompositer av nanocellulosa och metallnanopartiklar som är mjuka och biokompatibla material för optiska, katalytisk, elektriska och biomedicinska tillämpningar. Eftersom materialet är självmonterande, vi kan producera komplexa material med helt nya väldefinierade egenskaper, " avslutar Daniel Aili.