Kalkproducerende bacteriën tegen betonrot 
/2 reacties
-
door: Enith Vlooswijk over: biotech, materiaal op: 4 september 2008 Betonrot, maar ook afbladderende verf en loszittende prothesen zijn straks verleden tijd
Universiteiten en 60 bedrijven zijn betrokken bij onderzoeksprogramma Self Healing Materials
Als kapotte brugdekken zichzelf nou eens zouden herstellen. En als afbladderende verf, loszittende heupprothesen, bekraste treinruiten en barstend asfalt dat ook zouden doen. We zouden jaarlijks al snel miljoenen euro’s besparen aan reparatie- en vervangingskosten. Dit toekomstbeeld lijkt utopisch, maar is wel het doel van de verschillende Nederlandse onderzoeksprojecten naar zelfherstellende materialen.
Onderzoek
Het onderzoek vindt plaats binnen het nationale Innovatiegerichte Onderzoeksprogramma (IOP) Self Healing Materials, door het ministerie van Economische Zaken gesubsidieerd met tien miljoen euro, verspreid over acht jaar. De toepassingsgebieden variëren van wegenbouw tot beschermende coatings en medische technologie. Zo richt een van de onderzoeksprojecten zich op het zelfherstellend vermogen van botcement. Dat is een soort plexiglas dat met lijmvloeistof uithardt in het lichaam. Het zorgt ervoor dat de pen van een heupprothese niet van het bot losraakt. Helaas vertoont het cement na verloop van tijd kleine barstjes en brokkelt het langzaam af. De prothesepen laat daarom na een jaar of vijftien los, waarna de patiënt opnieuw moet worden geopereerd.
Botcement met lijmcapsules
“Een derde operatie is problematisch, dus bij jonge mensen met heupproblemen wordt zo lang mogelijk gewacht met het inbrengen van een nieuwe heup”, vertelt hoogleraar Jan van Hest van het Institute for Molecules and Materials van de Radboud Universiteit Nijmegen. “We willen de levensduur van een prothese zo veel mogelijk rekken, zonder dat de patiënt daar pijn van ondervindt.”
Het instituut ontwikkelt daarom, samen met de afdeling orthopedie van het Universitair Medisch Centrum in Nijmegen, botcement waarin minuscule lijmcapsules zijn verwerkt. Zodra zich een scheurtje vormt in het cement, knappen de capsules en vult de vrijkomende lijm de scheur op. “Het is een soort tweecomponentenlijm”, legt Van Hest uit. “Zolang de lijm in de capsule blijft, gebeurt er niets. Maar als de lijm in aanraking komt met een stofje dat standaard in het cement zit, hardt de lijm uit.”
Huid
Pre-klinisch onderzoek naar de toepasbaarheid in het lichaam gaat vermoedelijk over enkele maanden van start. Er valt veel te leren van het zelfherstellend vermogen van onze huid. “Bij het herstel van huidwonden grijpen ten minste zes chemische processen op complexe wijze in elkaar”, verklaart Sybrand van der Zwaag, directeur van het Delft Centre for Materials en voorzitter van het nationale onderzoeksprogramma. “Als duidelijk is hoe het systeem werkt, kunnen chemici op grond van dat principe gericht werken aan zelfherstellende oppervlaktecoatings en andere materialen.”
Nanotechnologie Silly Putty tegen inslagschade
Kent u het nog: het kleiachtige spul dat breekt als je eraan rukt, maar lange draden vormt als je er langzaam aan trekt? Silly Putty, al in 1950 in de Verenigde Staten op de markt gebracht als kinderspeelgoed, blijkt reuze geschikt als grondstof voor zelfherstellend kogelwerend materiaal, of zelfhelende scheenbeschermers.
Silly Putty is gemaakt van siliconenolie met boorzuur. De uiteinden van de boorzuurgroepen kruipen naar elkaar toe en klitten aan elkaar vast. Dat maakt het polymeermateriaal reversibel: leg twee losse delen tegen elkaar aan en na enige tijd vormen ze weer één klomp Silly Putty. Door de polymeren met behulp van zeepachtige moleculen te binden aan nanodeeltjes (kristaldeeltjes op nanogrootte), ontstaat een zeer stijve Silly Putty, die niettemin zijn zelfhelende eigenschappen behoudt. ‘Nano Putty’ noemen onderzoekers van de afdeling Nanostructured Materials van de Technische Universiteit Delft hun uitvinding.
‘Een plaat Nano Putty blijkt bij een harde inslag te scheuren’, vertelt hoogleraar Stephen Picken. ‘Maar zodra de belasting eraf is, groeien de delen weer aan elkaar.’
Interesse van bedrijfsleven
Het pioniersgehalte van veel onderzoeksprojecten is groot. Toch is de betrokkenheid van het bedrijfsleven bij het onderzoeksveld aanzienlijk. Naast verschillende universiteiten zijn zo’n zestig bedrijven bij de projecten betrokken. Firma’s als Daf Trucks, TNO, DSM, Akzo Nobel, Stork Fokker en KLM tonen interesse in de resultaten.
Die interesse van het bedrijfsleven is begrijpelijk, gezien de winst die grotere duurzaamheid van allerlei materialen kan opleveren. Neem asfaltwegen en betonnen bruggen. De onderhoudskosten daar bedragen vaak de helft van de aanlegkosten. Onderzoeker Henk Jonkers van de Delftse faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen werkt daarom aan een alternatieve methode om beton zelfherstellend te maken. Bacteriën spelen de hoofdrol. “We hebben miljarden sporen van kalksteenproducerende bacteriën toegevoegd aan het beton”, vertelt Jonkers. “Tijdens het mengen en het uitharden bevinden ze zich in een slapende toestand. Zodra zich microscheurtjes in een brug of een gebouw vormen en water binnendringt, ontstaat er een perfect leefmilieu voor de sporen, die hierdoor ontkiemen.”
