جایگزینی احتمالی برای پلاستیک: تولید سلولز بهبودیافته توسط باکتری‌های چرخان
در جهانی که زباله‌های پلاستیکی سراسر آن را فراگرفته و مشکلات زیست‌محیطی بی‌شماری ایجاد کرده است، مکسود رحمان، استادیار مهندسی مکانیک و هوافضا در دانشگاه هیوستون، روشی ابداع کرده که با استفاده از سلولز باکتریایی، یک ماده زیست‌تخریب‌پذیر، آن را به ماده‌ای چند منظوره با قابلیت جایگزینی پلاستیک تبدیل می‌کند.
این ماده پتانسیل آن را دارد که به بطری آب یکبار مصرف بعدی شما تبدیل شود و حتی کاربردهای بیشتری چون مواد بسته‌بندی یا پانسمان زخم داشته باشد که همگی ساخته‌شده از یکی از فراوان‌ترین و زیست‌تخریب‌پذیرترین بیوپلیمرهای زمین یعنی سلولز باکتریایی می‌باشند.
رحمان می‌گوید: «ما این صفحات سلولز باکتریایی قوی، چندمنظوره و دوستدار محیط زیست را فراگیر و جایگزین پلاستیک‌ها در صنایع مختلف کرده و همچنین عاملی برای کاهش آسیب‌های زیست‌محیطی تصور می‌کنیم.»
او افزود: «ما یک راهبرد ساده، تک‌مرحله‌ای و مقیاس‌پذیر را گزارش می‌کنیم که با بهره‌گیری از نیروهای برشی ناشی از جریان سیال در یک دستگاه چرخشی، به سنتز زیستی صفحات سلولز باکتریایی مستحکم با نانوالیاف‌های هم‌راستا و همچنین ساخت صفحات هیبریدی چندمنظوره مبتنی بر سلولز باکتریایی منجر می‌شود.»
ماسر سعدی، دانشجوی دکترا در دانشگاه رایس و نویسنده اول این پژوهش، گفت: «صفحات سلولز باکتریایی به‌دست‌آمده از این روش، دارای استحکام کششی بالا، انعطاف‌پذیری، تا شوندگی، شفافیت نوری و پایداری مکانیکی بلندمدت هستند.» دکتر شیام بهکته، فوق‌دکترای زیست‌شناسی دانشگاه رایس، نیز در پیاده‌سازی زیستی پژوهش همکاری داشته است.
- نگرانی‌های فزاینده درباره آثار زیانبار مواد نفتی غیرقابل تجزیه بر محیط زیست، تقاضا برای جایگزین‌های پایدار مانند مواد طبیعی یا زیستی را افزایش داده است. سلولز باکتریایی به عنوان یک ماده زیستی امیدبخش مطرح شده که به طور طبیعی فراوان، زیست‌تخریب‌پذیر و زیست‌سازگار است.
برای تقویت سلولز و ایجاد ویژگی‌های جدید، تیم پژوهشی، نانولایه‌های نیترید بور را به محلولی که باکتری‌ها را تغذیه می‌کند اضافه کردند و صفحات ترکیبی سلولز باکتریایی-نیترید بور با خواص مکانیکی بهتر (استحکام کششی تا حدود ۵۵۳ مگاپاسکال) و ویژگی‌های حرارتی بهبود یافته (سرعت دفع حرارت سه برابر بیشتر نسبت به نمونه‌های معمولی) تولید کردند.
رحمان می‌گوید: «این روش زیست‌ساخت مقیاس‌پذیر و تک‌مرحله‌ای برای تولید صفحات سلولز باکتریایی منظم، قوی و چندمنظوره، می‌تواند راه را برای کاربردهایی در مواد ساختاری، مدیریت حرارتی، بسته‌بندی، منسوجات، الکترونیک سبز و ذخیره‌سازی انرژی هموار کند.»
او ادامه می‌دهد: «ما عملاً باکتری‌ها را به گونه‌ای هدایت می‌کنیم که هدفمند عمل کنند؛ به جای حرکت تصادفی، جهت حرکت آنها را تعیین می‌کنیم تا سلولز را به صورت منظم تولید کنند. این رفتار کنترل‌شده، همراه با روش انعطاف‌پذیر زیست‌سنتز ما با انواع مختلف نانومواد، به ما این امکان را می‌دهد که هم‌زمان به نظم ساختاری و ویژگی‌های چندمنظوره در این ماده دست یابیم.«
و منظور رحمان از «حرکت»، چرخش است؛ او دستگاه کشت چرخشی ویژه‌ای طراحی کرده که در آن باکتری‌های سلولزساز در یک انکوباتور استوانه‌ای با قابلیت عبور اکسیژن، که به طور مستمر با یک محور مرکزی چرخانده می‌شود، کشت داده می‌شوند تا جریان سیال جهت‌داری ایجاد شود. این جریان باعث حرکت منظم و هم‌جهت باکتری‌ها می‌شود.
رحمان می‌افزاید: «این کار به شکل چشمگیری باعث نظم‌یافتگی نانوالیاف‌ها در صفحات سلولز باکتریایی حجیم می‌شود. این پژوهش نمادی از علم میان‌رشته‌ای در تقاطع علوم مواد، زیست‌شناسی و نانو مهندسی است.»
نویسنده خبر: مهدیه رنجبر
منبع:
بدون دیدگاه