نانوسلولز؛ ابرماده‌ای انقلابی به ضخامت پوست

نانوسلولز نوعی پلیمر طبیعی با خواص تخریب‌پذیری زیستی و قابل بازیافت است. برای تولید آن سلولز به ذراتی ریز (در ابعاد نانو) و تحت فشار بالا به نانوکریستال تبدیل می‌شوند. تولیدکنندگان، محصول به دست آمده را به‌صورت دلخواه روی هم می‌گذارند و بافت مورد نظر را شکل می‌دهند.

پژوهشگران فنلاندی بافتی از جنس نانوسلولز تولید کرده‌اند که ویژگی‌های مکانیکی فوق‌العاده‌ای دارد. به ادعای این پژوهشگران، با استفاده از این بافت می‌توان قایق‌هایی ساخت که تنها نیم کیلوگرم وزن دارند، اما می‌توانند حدود ۵۰۰ کیلوگرم بار حمل کنند.

از بافت‌های نانوسلولزی همچنین می‌توان فیلتر ساخت؛ فیلترهایی که یا در سیگار به کار می‌روند یا در دستگاه‌های آب‌شیرین‌کن برای حذف املاح موجود در آب دریا.

بافت‌های نانوسلولزی این قابلیت را دارند که در آینده در کنار الیاف کربن به یک ابرماده تبدیل شوند. در حال حاضر از بافت‌های بسیار سبک اما فوق مقاوم ساخته‌شده از الیاف کربن، از جمله در صنایع خودروسازی و هواپیماسازی استفاده می‌شود.

بافت نانوسلولزی مقاومت کششی بیشتر از کِولار دارد، از کاغذ نازک‌تر است و می‌تواند در شرایط خاص رسانای جریان الکتریکی باشد. کولار نوعی الیاف مصنوعی است که نسبت استحکام به وزن آن بسیار بالاست. این الیاف با وزن یکسان، ۵ برابر فولاد مقاومت کششی دارند.

تولید الیاف نانوسلولزی

سلولز به وفور در دسترس است. تولیدکنندگان برای رسیدن به ویژگی‌های الیاف نانوسلولزی مثلا به سراغ پوست درختان می‌روند؛ بافت آن را می‌شکافند تا به الیاف بسیار ریز (در مقیاس نانو) برسند. برای این کار دستگاه‌های مختلف و مواد شیمیایی متفاوتی لازم است. این فرایند نه‌تنها به انرژی نیاز دارد، بلکه به الیاف‌ها هم آسیب می‌رساند.

برای تولید الیاف نانوسلولزی راه‌های دیگری هم وجود دارد؛ مثلا به کمک باکتری‌ها. باکتری‌ها و مخمرهایی که از انگور سرکه می‌سازند یا حتی قارچ کامبوچا در این‌جا به کمک پژوهشگران می‌آیند. این باکتری‌ها برای تخمیر به مقدار بسیار زیادی افزودنی از جمله شکر و مایعات و همچنین منبع‌های عظیم نگهداری مایعات نیاز دارند.

در این میان محققان دانشگاه تکزاس آمریکا راه‌حلی یافته‌اند که با استفاده از آن بافت‌های پرکاربرد نانوسلولزی را ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر می‌توان تولید کرد. به نوشته پایگاه اینترنتی "دی‌ولت"، پژوهشگران برای این کار ساختار ژنتیکی جلبک‌ها را با استفاده از دی‌ان‌ای (DNA) باکتری‌های سرکه تغییر می‌دهند. جلبک‌های تغییریافته برای تولید الیاف نانوسلولز به کارگرفته می‌شوند.

این روش مزیت‌های فراوانی دارد؛ از جمله این‌که مواد مورد نیاز – آب و نور خورشید برای پرورش جلبک – به اندازه کافی وجود دارد. علاوه بر این، جلبک‌ها دی‌اکسید کربن را هم جذب می‌کنند. این ماده یکی از ترکیبات اصلی است که ورود آن به جو تأثیر بسزایی در تشدید پدیده گرمایش زمین دارد.

کاربرد صنعتی

تولید الیاف نانو سلولزی به کمک جلبک‌ها در حال حاضر از مقیاس آزمایشگاهی خارج شده و در حوزه صنعت تحت بررسی است. پیش‌بینی می‌شود در ۵ تا ۱۰ سال آینده تولید این الیاف در مقیاس وسیع انجام شود. یک شرکت لهستانی تلاش می‌کند تا پایان سال جاری (۲۰۱۳) با روش‌های معمول (شیمیایی) الیاف نانوسلولزی را به تولید انبوه برساند.

در تولید تقریبا هر محصولی می‌توان از الیاف نانوسلولزی استفاده کرد

سرپرست تیم مطالعاتی دانشگاه تکزاس که بر روی تولید الیاف به کمک جلبک‌ها کار می‌کند، می‌گوید با استفاده از این روش «تولید مقرون به صرفه‌ی الیاف نانو سلولز در مقیاس انبوه» امکان‌پذیر می‌شود و بدین ترتیب ماده خامی «برای تولید دیرپای سوخت‌های زیستی و بسیاری محصولات دیگر» به دست می‌آید.

به عنوان مثال می‌توان با استفاده از الیاف یادشده جلیقه‌های ضدگلوله بسیار سبک و در عین حال فوق‌العاده مقاوم تولید کرد. الیاف بسیار ریز سلولزی را می‌توان چنان فشرده در کنار هم چید که گلوله نتواند ساختار نهایی الیاف را بدرد. با توجه به ساختار فوق‌العاده فشرده این الیاف، می‌توان از آن برای عایق‌بندی ساختمان‌ها نیز استفاده کرد.

امکان تولید ایمپلنت؟

الیاف نانوسلولزی با توجه به بافت متخلخل، جاذب بسیار خوب مایعات است. بدین ترتیب می‌توان با این الیاف، تامپون یا چسب زخم و گاز استریل با قابلیت جذب بسیار زیاد مایعات تولید کرد. با این حساب نیازی به تعویض زودهنگام پانسمان زخم نیست. این ویژگی در بخش سوانح سوختگی بیمارستان‌ها که در آنها تعویض پانسمان اندام سوخته با درد و سوزش بسیار شدید همراه است، کاربرد فراوانی خواهد داشت.

علاوه بر این، بافت الیاف نانو سلولزی شباهت فراوانی به بافت اندام بدن دارد. با توجه به این نکته پژوهشگران دانشگاه "یِنا" در آلمان آزمایش‌های حیوانی را آغاز کرده‌اند تا ببینند آیا می‌توان از این الیاف برای تولید درون‌کاشت‌ها (ایمپلنت) استفاده کرد.

از بافت‌های نانوسلولزی حتی می‌توان به جای کاغذ استفاده کرد؛ البته اگر حجم تولید به حد مصرف کنونی کاغذ برسد.

افزودن قابلیت رسانایی به بافت‌های نانوسلولزی دریچه دیگری را به روی محققان صنعتی می‌گشاید. به‌عنوان مثال می‌توان شیشه یا پلاستیک را از صفحه نمایش تلویزیون یا کامپیوتر حذف کرد و نمایشگرهایی انعطاف‌پذیر به ضخامت پوست ساخت. پایونیر، تولیدکننده ژاپنی دستگاه‌های صوتی و تصویری، بر همین اساس روی تلویزیونی کار می‌کند که نمایشگر آن را می‌توان مانند کاغذ دیواری روی دیوار نصب کرد.