Los nanocompuestos basados ​​en biomasa de alto rendimiento están emergiendo como materiales prometedores para futuras aplicaciones estructurales y funcionales debido a que son respetuosos con el medio ambiente, características renovables y sostenibles. Las nanocelulosas de origen biológico (una especie de nanofibras) obtenidas de plantas y la fermentación bacteriana son las materias primas más abundantes en la tierra. Han atraído una gran atención recientemente debido a sus atractivos méritos inherentes, incluida la biodegradabilidad, baja densidad, estabilidad térmica, disponibilidad global de recursos renovables, así como impresionantes propiedades mecánicas. Estas características los convierten en bloques de construcción apropiados para hilar la próxima generación de macrofibras avanzadas para aplicaciones prácticas.

En décadas pasadas, Se han seguido varias estrategias para obtener macrofibras a base de celulosa con resistencia y rigidez mejoradas. Sin embargo, casi todos ellos se han logrado a expensas del alargamiento y la tenacidad, porque la resistencia y la tenacidad son siempre mutuamente excluyentes para los materiales estructurales artificiales. Por lo tanto, este dilema es bastante común para las macrofibras a base de celulosa reportadas anteriormente, lo que limita enormemente sus aplicaciones prácticas.

En un nuevo artículo publicado en el Revista Nacional de Ciencias , Recientemente, un equipo de investigación en biónica dirigido por el profesor Yu Shuhong de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) buscó inspiración para resolver este problema a partir de estructuras biológicas. Descubrieron que las fibras biosintetizadas generalizadas, como algunas fibras vegetales, seda de araña, y pelos de animales, todos tienen algunas características similares. Ambos son fuertes y duros, y tienen estructuras helicoidales jerárquicas en múltiples escalas de longitud con bloques de construcción fibrosos a nanoescala rígidos y fuertes incrustados en matrices blandas que disipan energía.

Inspirado por estas características estructurales en fibras biosintetizadas, presentaron una estrategia de diseño para fabricar macrofibras a base de nanocelulosa con características estructurales similares. Usaron nanofibras de celulosa bacteriana como bloques de construcción fuertes y rígidos, alginato de sodio como matriz blanda. Al combinar un proceso de hilado en húmedo fácil con un procedimiento de torsión en húmedo múltiple posterior, obtuvieron con éxito macrofibras de nanocompuestos helicoidales jerárquicos biomiméticos, y se dieron cuenta de una mejora impresionante de su resistencia a la tracción, alargamiento y tenacidad simultáneamente como se esperaba.

Este logro certifica la validez de su diseño bioinspirado y proporciona una ruta potencial para seguir creando muchos otros materiales de fibra nanocompuestos fuertes y resistentes para diversas aplicaciones.