منسوجات زیستی

منسوجات زیستی چیست؟

منسوجات زیستی، منسوجات پایدار، بیوپارچه یا Biofabrics نوعی منسوجات پیشرفته هستند که با استفاده از مواد بیولوژیکی مانند پروتئین‌ها، آنزیم‌ها و سایر ترکیبات آلی به جای الیاف مصنوعی سنتی مانند پلی استر یا نایلون تولید می‌شوند.

این مواد را می‌توان با استفاده از تکنیک‌های بیوتکنولوژی، مانند مهندسی ژنتیک و تخمیر، که امکان ایجاد پارچه‌های منحصر به فرد و بسیار با کیفیت با طیف وسیعی از خواص را فراهم می‌کنند، پرورش داد.

منسوجات زیستی نسبت به منسوجات سنتی مزایای بالقوه‌ای دارند؛ به عنوان مثال، می‌توان آن‌ها را با استفاده از منابع پایدار و تجدید پذیر، مانند مواد گیاهی یا محصولات زائد حاصل از فرآیندهای صنعتی، تولید کرد.

آنها همچنین می‌توانند به گونه ای طراحی شوند که دارای خواص خاصی مانند زیست تخریب پذیری یا ضد میکروبی باشند که می‌تواند آنها را برای کاربرد در مراقبت‌های بهداشتی یا مهندسی محیط زیست ایده آل کند.

تاریخچه تولید منسوجات زیستی

تاریخچه بیوپارچه یا منسوجات زیستی به اوایل قرن بیستم بر می‌گردد، زمانی که دانشمندان شروع به بررسی استفاده از مواد بیولوژیکی در تولید منسوجات کردند.

یکی از اولین نمونه‌ها کشف ریون بود، نوعی پارچه ساخته شده از الیاف سلولزی که برای ایجاد یک ماده نرم و بادوام از نظر شیمیایی پردازش می‌شد.

در دهه‌های بعد، محققان به توسعه روش‌های جدید برای تولید منسوجات زیستی ادامه دادند. به عنوان مثال، در دهه 1970، دانشمندان راهی برای تولید سلولز باکتریایی کشف کردند که نوعی سلولز تولید شده توسط سویه‌های خاصی از باکتری است.

مشخص شد که این ماده دارای خواص منحصر به فردی از جمله استحکام و انعطاف پذیری بالا است و در حوزه‌های مختلفی از جمله پانسمان‌های پزشکی و منسوجات استفاده می‌شود.

در دهه 1990، محققان شروع به بررسی استفاده از ارگانیسم های اصلاح شده ژنتیکی (GMOs) برای تولید منسوجات زیستی با خواص تخصصی تر کردند.

یکی از شناخته شده ترین نمونه ها، ابریشم عنکبوت است که به دلیل استحکام و کشش باورنکردنی خود شناخته شده است. دانشمندان توانستند الیاف ابریشم عنکبوت را با وارد کردن ژن هایی که پروتئین های ابریشم عنکبوت را رمزگذاری می کنند در باکتری ها یا موجودات دیگر تولید کنند.

در سال‌های اخیر، پیشرفت‌های بیوتکنولوژی منجر به توسعه طیف وسیعی از منسوجات پایدار مبتنی بر مواد زیستی، از جمله جایگزین‌های چرم مبتنی بر میسلیوم، الیاف گیاهی و سایر مواد تولید شده با استفاده از تخمیر یا سایر تکنیک‌های پردازش زیستی شده است. 

به طور کلی، تاریخچه بیوفبریک ها یکی از نوآوری ها و اکتشافات مداوم است، زیرا دانشمندان و محققان به توسعه روش های جدید برای کنترل خواص منحصر به فرد مواد بیولوژیکی برای ایجاد منسوجات جدید و پایدار برای طیف گسترده ای از حوزه ها ادامه می دهند.

منسوجات زیستی چگونه تولید می شوند؟

منسوجات زیستی را می توان با استفاده از روش های مختلف و بسته به محصول مورد نظر نهایی و خواص مطلوب محصول نهایی تولید کرد؛ با این حال، بیشتر روش‌های تولید بیوپارچه شامل نوعی پردازش زیستی است که شامل استفاده از ارگانیسم‌های بیولوژیکی یا آنزیم‌ها برای تبدیل مواد خام به منسوجات زیستی نهایی می‌شود.

در اینجا به چند نمونه از روش های رایج مورد استفاده در تولید بیوفبریک اشاره می کنیم:

• تخمیر:

این فرآیند شامل استفاده از میکروب هایی مانند باکتری ها، مخمرها یا قارچ ها برای تخمیر مواد خام مانند مواد گیاهی یا ضایعات حاصل از فرآیندهای صنعتی است؛ سپس مواد حاصل را می توان به طیف وسیعی از منسوجات مختلف، مانند الیاف مبتنی بر سلولز یا چرم مبتنی بر میسلیوم، فرآوری کرد.

• مهندسی ژنتیک:

این فرآیند شامل دستکاری DNA موجودات زنده برای تولید صفات یا خواص دلخواه، مانند توانایی تولید پروتئین‌های ابریشم عنکبوت است؛ سپس این موجودات اصلاح شده را می‌توان برای تولید مواد زیستی کشت و برداشت کرد.

• کاتالیز زیستی:

این فرآیند شامل استفاده از آنزیم‌ها برای کاتالیز واکنش‌های شیمیایی است که مواد خام را به منسوجات نهایی تبدیل می‌کند؛ به عنوان مثال، از آنزیم‌ها می‌توان برای تجزیه مواد گیاهی یا سایر ضایعات زیستی و تبدیل آن‌ها به الیاف قابل استفاده یا مواد دیگر استفاده کرد.

• چاپ سه بعدی:

این فرآیند شامل استفاده از یک چاپگر تخصصی برای ایجاد ساختارهای پیچیده با استفاده از مواد زیستی مانند سلولز یا میسلیوم است. این روش امکان کنترل دقیق بر ساختار نهایی و خواص مواد را فراهم می‌کند.

به طور کلی، تولید بیوپارچه شامل طیف وسیعی از تکنیک‌ها و فرآیندهای مختلف است که هر یک از آن‌ها می‌تواند برای ایجاد مواد منحصر به فرد و بسیار تخصصی با طیف گسترده‌ای از خواص و کاربردهای بالقوه مورد استفاده قرار گیرد.

انواع منسوجات زیستی

انواع مختلفی از منسوجات زیستی وجود دارد که می‌توان با استفاده از طیف وسیعی از مواد بیولوژیکی مختلف و فرآیندهای گوناگون تولید کرد؛ در ادامه به چند نمونه از انواع متداول بیوپارچه اشاره می‌کنیم:

پارچه‌های سلولزی:

این پارچه‌ها با استفاده از الیاف سلولزی تولید می‌شوند که می‌توان آن را از انواع مواد گیاهی مانند بامبو، پنبه یا خمیر چوب به دست آورد. سلولز همچنین می‌تواند با استفاده از باکتری‌ها یا سایر میکروارگانیسم‌ها تولید شود؛ این پارچه‌ها را می‌توان به انواع منسوجات از جمله ریون، لیوسل و ویسکوز تبدیل کرد.

پارچه‌های مبتنی بر ابریشم عنکبوت:

ابریشم تولید شده توسط عنکبوت به دلیل استحکام و انعطاف پذیری شناخته شده است و می‌تواند با استفاده از تکنیک‌های مهندسی ژنتیک تولید شود. پارچه‌های بر پایه ابریشم عنکبوت را می‌توان در حوزه‌های مختلفی از جمله منسوجات پزشکی و لباس‌های محافظ استفاده کرد.

مواد مبتنی بر میسلیوم:

میسلیوم ساختار ریشه مانند قارچ‌ها است و می‌تواند به اشکال و بافت‌های مختلف برای تولید موادی مانند چرم یا مواد بسته بندی رشد کند. مواد مبتنی بر میسلیوم زیست تخریب پذیر هستند و می‌توانند با استفاده از منابع پایدار و تجدید پذیر تولید شوند.

پارچه‌های مبتنی بر جلبک:

از جلبک‌ها می‌توان برای تولید طیف وسیعی از مواد، از جمله الیافی که در تولید پارچه استفاده می‌شود، استفاده کرد؛ پارچه‌های مبتنی بر جلبک زیست تخریب پذیر هستند و می‌توانند با استفاده از منابع پایدار مانند نور خورشید و دی اکسید کربن تولید شوند.

پارچه‌های مبتنی بر پروتئین:

از پروتئین‌هایی مانند کلاژن یا کراتین می‌توان برای ایجاد پارچه‌هایی با خواص خاص مانند انعطاف پذیری یا مقاومت در برابر آب استفاده کرد. این پارچه‌ها را می‌توان برای کاربردهای مختلفی از جمله منسوجات پزشکی و مد استفاده کرد.

 کاربرد منسوجات زیستی

منسوجات زیستی دارای طیف گسترده‌ای از کاربردهای بالقوه در زمینه‌های مختلف از جمله مد، مراقبت‌های بهداشتی و مهندسی محیط زیست هستند. در ادامه به چند نمونه از کاربردهای بیوپارچه اشاره می‌کنیم:

• مد پایدار:

از منسوجات زیستی می توان برای ایجاد منسوجات پایدار و سازگار با محیط زیست برای استفاده در صنعت مد استفاده کرد؛ به عنوان مثال، الیاف گیاهی مانند بامبو یا کنف را می توان برای ایجاد پارچه هایی استفاده کرد که تجزیه پذیر هستند و در مقایسه با پارچه های سنتی پنبه ای یا مصنوعی به آب و انرژی کمتری برای تولید نیاز دارند.

• منسوجات پزشکی:

پارچه‌های زیستی را می‌توان به گونه‌ای طراحی کرد که دارای ویژگی‌های خاصی باشد که آن‌ها را برای استفاده در حوزه پزشکی، مانند پانسمان زخم یا ایمپلنت‌های جراحی ایده‌آل می‌کند؛ به عنوان مثال، از سلولز باکتریایی می‌توان برای ایجاد پانسمان‌های بسیار جاذب و سازگار با بدن استفاده کرد، در حالی که از الیاف ابریشم عنکبوت می‌توان برای ایجاد بخیه‌های قوی و انعطاف پذیر استفاده کرد.

• مهندسی محیط زیست:

منسوجات زیستی را می‌توان برای ایجاد موادی با ویژگی‌های خاص استفاده کرد که می‌تواند به رفع چالش‌های محیطی کمک کند؛ به عنوان مثال، از مواد مبتنی بر میسلیوم می‌توان برای ایجاد بسته بندی یا مواد عایق زیست تخریب پذیر استفاده کرد، در حالی که از الیاف گیاهی می‌توان برای تولید فیلترهای زیست تخریب پذیر استفاده کرد.

مزایا و معایب منسوجات زیستی

مزایای منسوجات زیستی:

• پایداری: بیوفبریک‌ها از منابع تجدیدپذیر مشتق می‌شوند و وابستگی به سوخت‌های فسیلی تجدیدناپذیر را که معمولاً در تولید پارچه‌های مصنوعی دیده می‌شود، ندارند. این مساله می‌تواند به کاهش ردپای کربن ناشی از صنعت نساجی کمک کند.
• زیست تخریب پذیری: بسیاری از منسوجات زیستی، زیست تخریب پذیر هستند، به این معنی که می‌توانند به طور طبیعی در طول زمان تجزیه شوند و اثرات زیست محیطی زباله‌های صنعت نساجی را کاهش دهند.
• کاهش استفاده از مواد شیمیایی: بیوپارچه اغلب به مواد شیمیایی و انرژی کمتری در طول فرآیند تولید نیاز دارند که به چرخه تولید پاک‌تر و سازگارتر با محیط زیست کمک می‌کند.
• مصرف آب کمتر: تولید برخی از منسوجات پایدار ممکن است به آب کمتری در مقایسه با تولید منسوجات به روش سنتی نیاز داشته باشد، که می‌تواند در مناطق کم آب پراهمیت باشد.
• پتانسیل برای نوآوری: استفاده از مواد زیستی امکان نوآوری در توسعه پارچه را فراهم می‌کند که منجر به تولید بافت‌های خاص و ارائه کاربردهای جدید می‌شود.

معایب منسوجات زیستی:

• دسترسی محدود: از آنجایی که بیوپارچه‌ها در صنعت نساجی نسبتاً جدید هستند، در دسترس بودن و تنوع آنها ممکن است در مقایسه با پارچه‌های معمولی محدود باشد.
• هزینه: تولید و منبع منسوجات زیستی گران‌تر است که می‌تواند منجر به قیمت‌های خرده‌فروشی بالاتر برای مصرف‌کنندگان شود.
• دوام و عملکرد: برخی از بیوپارچه‌ها ممکن است دوام و ویژگی‌های عملکرد پایین‌تری نسبت به پارچه‌های مصنوعی داشته باشند که بر طول عمر و قابلیت استفاده آنها تأثیر می‌گذارد.
• استفاده از زمین و رقابت با تولید مواد غذایی: برخی از مواد زیستی خاصی که در بیوفبریک‌ها استفاده می‌شوند، مانند الیاف گیاهی، می‌توانند با محصولات غذایی برای زمین‌های کشاورزی رقابت کنند و نگرانی‌هایی را در مورد تخصیص منابع ایجاد می‌کنند.
• الزامات مراقبت ویژه: برخی از بیوفبریک‌ها ممکن است نیاز به مراقبت ویژه در طول شستشو و نگهداری داشته باشند تا خواص طبیعی خود را حفظ کنند.

نویسنده : زهرا جهان‌بخش

تهیه شده در آکادمی بیوتکنولوژی ایران