Røntgenspredningsteknikker hjælper Cellugy til at indfri potentialet med bakteriel cellulose

Startup-virksomheden Cellugy får hjælp af Teknologisk Institut til at optimere deres oprensningsprocedure for bakteriel cellulose, en potentiel erstatning for en række fossilbaserede kemikalier. Gennem avancerede røntgenanalyser opnår Cellugy en dybere forståelse for cellulosens unikke egenskaber, hvilket er afgørende for virksomhedens fortsatte udvikling og levering af høj kvalitet.

– Som en innovativ, udviklingsfokuseret startup er det helt essentielt for os, at vi har adgang til avancerede målemetoder og de bedste værktøjer til at skabe ny viden. Der har Teknologisk Institut været en stor hjælp, og sikret at vi kan blive ved med at udvikle os, så vi kan levere en konsekvent høj kvalitet af vores bakterielle cellulose, udtaler Deby Fapyane, CSO hos Cellugy.

Røntgenanalyserne foregår på den delvis danskfinansierede beamlinje DanMAX ved synkrotronen MAX-IV, som Cellugy har fået adgang til via samarbejdet med Teknologisk Institut. Det giver større indsigt i, hvordan forskellige oprensningsprocesser påvirker cellulosen.

Billeder af setup’et der er brugt til målingerne af celluloseprøverne. Til venstre ses prøven (tyndt glas-kapillarrør) der bliver bestrålet med røntgenstråler, der kommer fra røret i bunden af billedet. Når røntgenstrålerne rammer prøven, bliver de spredt og herefter målt af detektoren, som er den sorte kasse på billedet til højre.

Gav ny viden om bakteriel cellulose

– Vi har opnået unik viden om den bakterielle cellulose ved at udføre målingerne ved DanMAX, og vi har trykket al den information ud, vi kan om faser, krystalstørrelse og krystallinitet. Herefter har vi haft løbende dialog med Cellugy om, hvordan resultaterne kan guide dem i optimeringen af deres oprensningsproces, siger Peter Nørby, seniorkonsulent på Teknologisk Institut.

Samarbejdet har givet Cellugy helt ny viden om deres unikke bakterielle cellulose, der har potentiale for at blive anvendt i en bred vifte af industrielle sammenhænge. Lige nu anvendes cellulosen som reologi-modifikator, hvilket betyder, at den kan ændre og kontrollere viskositeten af forskellige materialer og substanser, fx til at give præcis ansigtscremer den helt rette konsistens.

Om cellulose og krystallinitet

Cellulose er et af de mest almindelige materialer, der findes, og alle planter og træer indeholder store mængder af det. Fra et kemisk perspektiv er cellulose en kompleks polymer, hvis ”rygrad” består af en meget lange rækker af sukker-molekyler, der sidder sammen i enten lineært eller forgrenede netværk. Ud over denne rygrad findes der i plante- og bakteriel cellulose også celler, proteiner eller andre modifikationer på de enkelte sukker-molekyler.

De fysiske egenskaber af cellulose afhænger i høj grad af de krystallografiske parametre, krystallinitet og størrelsen på disse krystallinske områder. Krystallinitet er et mål for, hvor stor en del af cellulosen, der pakker på en ordnet måde på en 10-20 nanometer-skala eller ca. 100 gange enhedscellen. En enhedscelle er den mindste enhed, der kan beskrive den måde, hvorpå atomerne sidder i et krystallinsk materiale.

– Synkrotronen MAX-IV tillader røntgenanalyser, der producerer ekstremt højopløselige data. Røntgenanalyserne gør, at vi kan se meget små detaljer og variationer i prøverne, som ikke ville være synlige med andre metoder. Derudover giver synkrotronens høje intensitet og stabilitet os mulighed for at lave målinger med stor præcision, hvilket er afgørende for at forstå de fine detaljer i, hvordan oprensningsprocesser påvirker cellulosen, fortæller seniorkonsulent Peter Nørby fra Teknologisk Institut, hvis team af specialister står for planlægning og udførelse af røntgenanalyserne.

Til venstre ses en illustration af krystallinske områder, hvor der en orden i mønstret. Det ses også, at de forskellige polymerer er sat sammen med nogle uordnede (amorfe) områder eller har ender med uorden. Det ordnede område vil svare til krystalstørrelsen, og krystalliniteten er forholdet mellem ordenede og uordenede områder i prøven. Til højre er data fra målingen.

Få bedre forståelse af dit produkt

Er din virksomhed usikker på, hvordan forskellige komponenter interagerer, hvordan kemiske forbindelser er struktureret, eller hvordan grundstoffer og molekyler er fordelt i dine produkter? Her kan avanceret karakterisering måske være løsningen. Kontakt seniorkonsulent Peter Nørby for at høre mere.

Læs også mere om, hvordan røntgenanalyser hjalp RadiSurf til en bedre forståelse af deres polymerbørste-teknologi.