Sretoše se dva Dalmatinca uz našu obalu: „A ča si mi proda brod koji pušća vodu!“ „E, da pušća vino ne bi ti ga prodo“, odgovori mu drugi.

Pouka: brod pušta vodu, a bačva vino. Ili točnije, ne bi ih trebali propuštati ako su dobro načinjeni. Ako su duge na bačvi postavljene onako kako valja, a trup broda (naravno drvenog) sastavljen prema pravilima kalafatskog zanata. I još nešto važno, najvažnije: da bi bačva mogla držati vino, a brod zadržavati vodu oni moraju biti vlažni, dobro odležani u vodi (ili vinu). Jer drvo bubri, zna se, suho drvo ima manji volumen od vlažnog.

Drvo je po tome jedinstvena tvar. Bez bubrenja drva ne bi bilo mornarice sve do 19. stoljeća kada su porinuti prvi čelični brodovi. Ne bi bilo ni bačava, ni badnjeva, ni čutura, ni brentača, ni bukara. Ne bi bilo ni egipatskih piramida – jer su drevni Egipćani odvajali kamene blokove tako da su u rupe u stijeni stavljali drvene klinove, a zatim ih polijevali vodom. Sila upijanja vode bila je dovoljna da napravi pukotinu u kamenu te ga odvoji od ležišta. Sila je voda, no još je veća sila drvo!

No drvo nije sila radi čovjeka, ono ne bubri zato da bi čovjek mogao u bačvama držati vino i na drvenim lađama broditi, nego zato da bi moglo odoljeti snazi vjetra i da bi – poput drevnih Egipćana – moglo lomiti kamen korijenom kako bi došlo do plodne zemlje. U parenhimskom tkivu drva nalaze se stanice koje osmotskim tlakom uvlače u sebe vodu (turgor). Dakle, da bi se napravilo umjetno drvo, materijal koji će bubriti onako kako to čini drvo, treba napraviti spužvastu strukturu s polupropusnim stijenkama koja sadrži otopinu soli radi stvaranja osmotskog tlaka.

Upravo su to učinile dvije američke znanstvenice, Amrita Kataruka i Shelby B. Hutchens,  te su rezultate svojih istraživanja objavile u časopisu Matter pod naslovom „Swelling of a non-vascular-plant-inspired soft composite“. Recept za njihov sintetički analog biljnog tkiva (plant tissue analog, PTA) je jednostavan: treba napraviti pjenu od silikonske smole, od polidimetilsiloksana (PDMS) i to tako da u njoj ostane zarobljena otopina s većom ili manjom koncentracijom soli (NaCl). Prvo se napravi emulzija slane vode u heksanu u kojoj PDMS služi kao emulgator. Nakon toga slijedi nekoliko postupaka centrifugiranja i frakcioniranja kako bi se dobile jednolike i sljubljene čestice, drugim riječima silikonska pjena koja međutim ne sadrži zrak nego otopinu NaCl.

Koliko će taj sintetički analog biljnog tkiva bubriti i kolika će biti njegova čvrstoća ovisi dakako o osmotskom tlaku, a ovaj opet o koncentraciji soli. (Osmotski tlak proporcionalan je koncentraciji (c), izraženoj kao broj molova u kubičnom metru, prema formuli π = cRT, gdje je R plinska konstanta, a T apsolutna temperatura). Koncentracija soli s kojom su autorice spomenutog rada radile bila je oko 0,01 – 0,2 mol L^-1, tj. 0,6 – 12 g L^-1 (ovo „oko“ napisao sam zato da čitatelja ne gnjavim s tehničkim detaljima i razlikama između molariteta i molaliteta). No vratimo se na meritum.

A meritum je koliko je novi materijal sličan drvetu, koliko može povećavati svoj volumen i koliko je elastičan. To opet ovisi o formulaciji, jer PDMS je elastomer, dakle gumi slična tvar, čija svojstva ovise o broju poprečnih veza između lančanih molekula PDMS. Jasno je da će veći dodatak molekula za poprečno povezivanje (cross linker) povećavati čvrstoću materijala i činiti ga manje elastičnim (poput vulkanizacije gume s više ili manje sumpora): najkrući polimer može povećati volumen četiri puta, a onaj najelastičniji umalo 10 puta (duljinu pak treći korijen od toga, dakle 1,3 i 2 puta). Najveći osmotski tlak postignut u ćelijama umjetnog drva prelazio je 100 kPa.

A sada spravice. Najjednostavnije je okrugli komadić novog materijala zakopati u pijesak te ga zaliti vodom. Nakon 72 sati komadić će narasti do svoje najveće veličine. To nije ništa novo jer takva svojstva pokazuju i druge tvari, prije svega hidrogelovi (bubrenje tutkala), pa se čini da američke znanstvenice nisu učinile ništa posebno. No nije tako jer njihov PTA može što hidrogelovi ne mogu, naime opirati se vanjskoj sili. U jednom eksperimentu napravile su štap nanijevši na čvrsti sloj polimera (PDMS) umjetno drvo s unutrašnjim tlakom od 50 kPa. Umočen u vodu, štap od 12 centimetara mogao je podići uteg od pet grama.

Primjena? Prije svega u medicini. Implant od novog materijala mogao bi postepeno povećavati pritisak na organ u koji je ugrađen, bez potrebe za stezaljkama i sličnim napravama.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije i povijesti znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 3000 znanstveno-popularnih članaka te 13 znanstveno-popularnih knjiga. Upravo mu je izašla još jedna, „Kemija – muza arhitekture“, koju je napisao u koautorstvu s arhitektom Zvonkom Pađanom.