用于压电器件的生物基聚合物的新专利

UD工程师是一项新专利的主要发明人，该专利使用Nodax(一种可生物降解的生物基聚合物)制造压电设备，例如传感器和执行器。

每年生产超过4亿吨塑料，其中包括购物袋和饮水杯等一次性物品。由于这些材料可以在很长一段时间内不降解地进入环境，因此研究人员和公司正在寻找具有与传统塑料相似的物理特性但能快速生物降解且不会对植物和动物造成伤害的材料。

由特拉华大学工程学院材料科学与工程系副教授IsaoNoda发明、设计和化学合成的聚合物就是这样一种生物基且可生物降解的替代材料。通过与材料科学与工程系KarlW.和RenateBöer教授JohnRabolt的持续合作，人们发现这种聚合物具有令人惊讶的高压特性，这意味着它在弯曲或变形时能够发电。

现在，特拉华大学的研究团队已获得美国专利，使用这种创新材料生产压电设备。连同其他几个国家已授予的专利，这一成就为广泛的潜在应用和商业化机会铺平了道路。

以工业规模制造天然聚合物

在宝洁公司担任工业科学家期间，野田的任务是寻找一种用于一次性尿布和包装的新型可生物降解材料。他开始研究一类称为聚羟基脂肪酸酯(PHA)的聚合物，这是一种由细菌、其他微生物和植物制成的天然聚酯。

野田解释说，问题在于当时已知的PHA太硬太脆，无法在大多数实际应用中发挥作用。

“我做了很多光谱表征，并意识到我们应该能够找到能够以特定方式修改PHA分子结构的细菌，”Noda解释道，他指的是聚合物烷基侧基的链长。

“这些支链可以是甲基或乙基，它们不容易熔化或加工。但是，当你将这个支链延伸到三个碳，即丙基，甚至更长时，材料突然能够更容易加工并变得具有延展性。、坚韧且有用的聚合物。”

这种可生物降解的聚合物的商品名为Nodax，目前由DanimerScientific进行工业规模生产，DanimerScientific是一家生物技术公司，专注于创造可持续替代材料来替代传统塑料。特拉华大学还与Danimer保持着持续的合作关系，Danimer支持最近的专利申请工作。

与标准塑料的制造方式不同，Nodax是使用植物原料在大型水箱中由细菌制造的。然后，其他公司购买配制好的Nodax聚合物来制造各种最终用途产品，其生物降解率与纤维素或食物垃圾的生物降解率相似。

KeithA表示：“DanimerScientific率先实现了天然PHA的商业化生产，为许多不同的食品服务和包装应用提供可再生且经过充分认证的可生物降解和可堆肥材料，例如吸管、餐具、纸张涂层、咖啡包和柔性薄膜。”爱德华兹(Edwards)，Danimer业务开发副总裁。

Nodax聚合物用于制造各种最终用途产品，其生物降解率与纤维素或食物垃圾相似。图片来源：特拉华大学

通过基础研究发现新特性

但当Nodax生物聚合物大规模生产后，这项工作并没有停止。2012年在特拉华大学做了受邀演讲后，野田会见了长期同事拉博尔特，并决定转让他多年来积累的一些材料来支持基础研究的新途径。野田先生于2013年至2019年期间担任DanimerScientific高级副总裁，目前仍担任董事会成员，并于2012年作为附属教员加入特拉华大学。

在博士领导的努力下。特拉华大学的研究团队发现，除了Noda和Rabolt之外，还有校友梁工(现就职于3M)、BrianSobieski(现就职于FXI)、ChanghaoLiu(现就职于A123Systems)和材料科学与工程研究教授BruceChase，以及Noda和RaboltPHA的更多独特特性。其中包括发现这种材料的一种形式是高压电，这意味着它在施加机械力后保持电荷。

“这是一次伟大的合作——我们拥有化学家、流变学家、物理学家，他们拥有正确的技能组合，能够理解这种独特的材料并用它做不同的事情，”拉博尔特说。

这一发现促使特拉华大学经济创新与合作办公室(OEIP)于2019年申请了使用Nodax作为可生物降解聚合物制造压电设备的专利;该专利于今年早些时候获得批准并颁发，发明人包括蔡斯、野田和拉博尔特。

OEIP副总裁JuliusKorley表示：“特拉华大学和DanimerScientific之间的合作成果令人兴奋，这有可能引发连锁反应。”

“随着公司将Nodax融入到对公众有用的设备中，专利使用费将返还给大学，以奖励我们的发明者，并进一步加大对研究和创新的投资，让我们的学生一路学习成为创新者。”

释放新型压电聚合物的潜力

Nodax具有高压特性的发现意味着它有可能用于传感器或执行器。Nodax还可以作为聚偏二氟乙烯(PVDF)的可能替代品，聚偏二氟乙烯(PVDF)是一种常见的压电材料，由全氟烷基物质和多氟烷基物质(PFAS)制成，是一类与负面健康结果相关的“永久化学物质”。

虽然这种材料仍处于早期开发阶段，但在基础研究和潜在应用方面进一步开展工作的可能性令野田感到兴奋。他说：“我们希望发现尚未探索的其他特性，了解如何改进材料并适应工业规模的加工，并总体上继续进行基础研究，以帮助其他公司未来的应用。”

“有趣的部分就是能够随着时间的推移尝试不同的东西——也许会开发材料的铁电或热释电能力，诸如此类的东西，”拉博尔特补充道。“我们真的只是了解这种新材料的冰山一角。”

Danimer已与合作伙伴合作，使用Nodax生产纺织纤维，以替代PET和聚丙烯等传统材料。现在有机会扩展到压电纤维应用，这是一个令人兴奋的发展。

“PHA作为一种在许多应用中更完美的聚合物的未来就在眼前，Danimer再次与UD等优秀合作伙伴一起开创新的生物技术解决方案，”Edwards说。