С самого начала промышленной революции производство одежды шло по неустойчивому пути. Как и большинство производственных процессов, текстиль производится линейным способом по модели "от колыбели до могилы". Такие ткани, как хлопок, выращиваются на ферме, носятся, используются, а затем выбрасываются. Текстильная промышленность в целом ответственна за 10% глобальных выбросов углекислого газа, причем кожа особенно вредна.

Животноводство является единственной ведущей причиной обезлесения, а дубление кожи приводит к значительному химическому загрязнению. Эти проблемы побудили к поиску более экологичных текстильных изделий, особенно альтернатив коже.

Команда с опытом успешного сотрудничества может найти ответ. Исследователи биомедицинской инженерии из Columbia Engineering недавно объявили, что они создали компостируемую биопленку с превосходной огнестойкостью и низким воздействием на окружающую среду. Их микробиологическая наноцеллюлоза (MC) bioleather оказывает в 1000 раз меньшее канцерогенное воздействие, чем коровья кожа, и значительно меньший углеродный след, чем синтетическая кожа или хлопок. Их исследование было опубликовано в журнале Environmental Science: Advances.

Команда, возглавляемая Теанной Широс и Хелен Лу, вместе с кандидатом философии Ромаре Антробусом, в течение нескольких лет работала вместе в Научно-инженерном центре материаловедения Колумбии (MRSEC) над разработкой материалов для широкого спектра применений от биомедицины до энергетики, электроники и текстиля, заложив основу для изобретение этого нового универсального материала.

"Наш биоотталкивающий материал представляет собой прорыв не только для текстильной промышленности, но и показывает другим отраслям, как исследовать устойчивый производственный процесс для создания регенерирующих материалов", - сказал Лу, профессор биомедицинской инженерии и старший заместитель декана по работе с факультетами и продвижению в Columbia Engineering.

Чтобы создать высокоэффективный биотекстиль, команда использовала микробный биосинтез наноцеллюлозы, черпая вдохновение из доиндустриальной и местной науки. Широс выдвинул гипотезу, что основной компонент мозга млекопитающих, тысячелетиями используемый для дубления шкур в кожу, — лецитинфосфатидилхолин — стабилизирует взаимодействие целлюлозы как с водой, так и с липидами в эмульсии для дубления и изменяет свойства материала MC за счет его гидрофильных групп, чтобы сделать его пригодным для использования в качестве биополимера.

Когда исследователи использовали традиционные процессы дубления мозга и дыма, они отметили увеличение прочности на растяжение и пластичности MC, что стимулировало это направление исследований. Их открытие привело к разработке экологически чистого процесса "дубления" лецитина на растительной основе для получения наноцеллюлозы, который позволил получить прочную, компостируемую биологическую пену.

Этот новый процесс изменит не только будущее развитие текстильной промышленности, но и исследования культурного наследия. В то время как цивилизации по всему миру создавали экологически чистые и долговечные текстильные изделия с древних времен, большинство этих древних технологий были утрачены.

"Наша команда в настоящее время сотрудничает с учеными из Музея искусств Метрополитен, чтобы разработать базу данных исследований по сохранению артефактов из их коллекций культурного наследия и понять механизм, лежащий в основе исторического дубления мозга и органов", - сказал Широс, адъюнкт-профессор материаловедения в Технологическом институте моды и адъюнкт-младший научный сотрудник в Служба безопасности Колумбии.

Пройдя полный круг по современному дизайну, исследователи создали пару кроссовок из натуральной микробиологической кожи в сотрудничестве с Государственной школой Нью-Йорка. Кроссовки являются частью выставки "К обществу замкнутого круга: учимся у природы", которая в настоящее время представлена в Академии природы Висса Бернского университета. Они также будут представлены на отдельной выставке в Монреальском музее изящных искусств.

Это новое исследование основывается на успешном переосмыслении исследователями производства через призму биоматериалов и экономики замкнутого цикла, включая два стартапа, созданных в их лабораториях, Algiknit, который производит биоволокна на основе ламинарии, и Werewool, который создал платформу для высокоэффективных регенеративных текстильных волокон с ДНК-запрограммированным цветом. и функции, такие как растяжение или гидроизоляция, обеспечиваемые разработанными белками.

Лу и Широс ожидают, что благодаря их достижениям в использовании силы микробов и разработке экологически чистых технологий переработки, вдохновленных палео, биофабрикация сыграет решающую роль в содействии переходу к более устойчивой экономике. MC предлагает модульную инженерную платформу для высокоэффективных регенеративных материалов с различными областями применения, от тканевой инженерии до батарей, электроники, биосенсоров и устранения загрязнений, которые исследователи продолжают изучать.

Широс считает, что широкая применимость их исследований может быть только вопросом времени. Она добавила, что "разработанный здесь подход к биофабрикации может стимулировать и ускорить сдвиг парадигмы к экономике замкнутых материалов, что имеет решающее значение для глобальных климатических целей и устойчивого развития".