स्पेनमधील कॅटालोनियाच्या बायोइंजिनियरिंग इन्स्टिट्यूटने अलीकडेच जागतिक बाजारपेठेत एक अद्वितीय वैशिष्ट्य असलेल्या कोळंबीच्या कवचापासून बनवलेल्या क्रांतिकारक बायोपॉलिमरच्या विकासाची घोषणा केली. पारंपारिक प्लॅस्टिक आणि इतर जैवविघटनशील पदार्थांपेक्षा वेगळे जे त्यांची कडकपणा गमावतात किंवा ओले असताना खराब होतात, हे नवीन कंपाऊंड जेव्हा पाण्याच्या थेट संपर्कात येते तेव्हा ते 50% पर्यंत अधिक प्रतिरोधक बनते.
शोधात डायनॅमिक आण्विक नेटवर्क तयार करण्यासाठी निकेल आयनच्या संरचनेसह क्रस्टेशियन्सच्या एक्सोस्केलेटनमधून काढलेले एक नैसर्गिक पॉलिमर चिटोसन वापरते. ही वैज्ञानिक प्रगती पेट्रोलियम-व्युत्पन्न प्लास्टिक बदलण्यासाठी एक व्यवहार्य, उच्च-कार्यक्षमता पर्याय ऑफर करण्याचा प्रयत्न करते, जे सध्या स्थलीय आणि सागरी परिसंस्थांवर भार टाकत आहे. उत्पादन प्रक्रियेत मासेमारी उद्योगातील कचऱ्याचा वापर केला जातो, जे अन्यथा कचऱ्याचे कमी पर्यावरणीय प्रभाव आणि दमट वातावरणात उच्च टिकाऊपणा असलेल्या तांत्रिक कच्च्या मालामध्ये रूपांतर करते.
निसर्ग आणि जैविक यंत्रणा पासून प्रेरणा
स्पॅनिश संशोधकांच्या टीमने जास्त आर्द्रतेच्या पार्श्वभूमीवर सामान्य बायोप्लास्टिक्सच्या नाजूकपणाची समस्या सोडवण्यासाठी सागरी जीवशास्त्रातील संदर्भ शोधले. प्रजातींच्या सागरी वर्म्सचे निरीक्षण करतानाNereis virens, शास्त्रज्ञांच्या लक्षात आले की त्यांच्या जबड्याची ताकद थेट त्यांच्या नैसर्गिक रचनेत धातूच्या आयनांच्या उपस्थितीवर अवलंबून असते. जेव्हा हे झिंक आयन प्रयोगशाळेत काढले गेले तेव्हा नमुन्यांचे जबडे लगेच मऊ झाले, हे सिद्ध होते की विशिष्ट धातू जलीय वातावरणात बायोपॉलिमरची संरचनात्मक अखंडता ठरवू शकतात.
या प्रभावाची कृत्रिम सामग्रीमध्ये प्रतिकृती तयार करण्यासाठी, अभियंत्यांनी चिटोसन रेणूंशी संवाद साधण्याच्या उत्कृष्ट क्षमतेमुळे निकेल आयन वापरणे निवडले. या धोरणात्मक निवडीमुळे सामग्रीला केवळ पाणीच नाही तर त्याचे अंतर्गत यांत्रिक सामर्थ्य राखण्यासाठी सक्रिय एजंट म्हणून वापरता आले. परिणाम म्हणजे पारंपारिक पॉलिमरच्या तर्काला नकार देणारे उत्पादन, जेथे हायड्रेशन बहुतेकदा रासायनिक बंध कमकुवत करणारे विद्रावक म्हणून कार्य करते.
आण्विक पुनर्रचनेत निकेलची भूमिका
सामान्य प्लास्टिकच्या विपरीत, जेथे पाणी आत प्रवेश करते आणि आण्विक साखळ्यांना वेगळे करते ज्यामुळे मऊ होते, नवीन बायोप्लास्टिक त्याच्या अंतर्गत कनेक्शनची पुनर्रचना करण्यासाठी द्रव वापरते. चिटोसन बेसमध्ये घातलेले निकेल आयन बंधांचे मोबाइल नेटवर्क तयार करतात जे सतत तुटलेले असतात आणि सूक्ष्म स्व-दुरुस्ती चक्रात सुधारतात. जेव्हा सामग्री बुडविली जाते, तेव्हा पाण्याची उपस्थिती ही बंधांची देवाणघेवाण सुलभ करते, ज्यामुळे संरचना यांत्रिक तणावाचे बिंदू काढून टाकते आणि घनता बनते.
- पाण्यात पूर्ण बुडवल्यानंतर एकूण कडकपणामध्ये 50% वाढ.
- सिंथेटिक पॉलिमरपेक्षा उच्च ऊर्जा अपव्यय क्षमता.
- संरचनात्मक समर्थन न गमावता लवचिकता राखणे.
- विविध प्रकारच्या पेट्रोलियम-व्युत्पन्न प्लास्टिकला उत्कृष्ट प्रतिकार.
नैसर्गिक चक्रांमध्ये टिकाव आणि विघटन
आवश्यक कडकपणाची हमी देण्यासाठी त्याच्या रचनामध्ये धातूंचा समावेश असला तरी, सामग्री चिटोसनचे मूळ रासायनिक स्वरूप राखते, जी त्याची संपूर्ण जैवविघटनक्षमता टिकवून ठेवते. याचा अर्थ, विल्हेवाट लावल्यानंतर, पॉलिमरवर सूक्ष्मजीवांद्वारे प्रक्रिया केली जाऊ शकते आणि विषारी अवशेष किंवा सतत मायक्रोप्लास्टिक न सोडता नैसर्गिक चक्रात परत येऊ शकते. सेंद्रिय कचऱ्याचा वापर करून पुन्हा एकदा माती किंवा समुद्रासाठी पोषक ठरेल अशी उपयुक्ततावादी वस्तू तयार करण्यासाठी नवकल्पना उत्पादनाचे जीवन चक्र बंद असल्याची खात्री करते.
पर्यावरणीय अखंडतेचे जतन हा या प्रकल्पाचा एक आधारस्तंभ आहे, कारण निकेल नियंत्रित प्रमाणात वापरले जाते जे विघटन करणाऱ्या क्रियेला अडथळा आणत नाही. तज्ज्ञांनी असे नमूद केले आहे की टिकाऊपणा आणि कठोर पर्यावरणीय कायद्यांचे पालन करणाऱ्या उद्योगांनी तंत्रज्ञानाचा मोठ्या प्रमाणावर अवलंब केला जाण्यासाठी हे वैशिष्ट्य आवश्यक आहे. तांत्रिक कार्यक्षमतेमुळे महासागरांच्या आरोग्याशी तडजोड होणार नाही अशी वर्तुळाकार अर्थव्यवस्था निर्माण करण्यावर भर दिला जातो.
आधुनिक उद्योगात व्यावहारिक अनुप्रयोग
या नवीन सामग्रीचे यांत्रिक गुणधर्म विविध प्रकारच्या ऍप्लिकेशन्ससाठी दरवाजे उघडतात, विशेषत: अशा क्षेत्रांमध्ये जे द्रव किंवा वाफांच्या सतत संपर्कात असतात. ताजे अन्न पॅकेजिंग, सागरी घटक आणि अगदी वैद्यकीय उपकरणांना प्लास्टिकचा फायदा होऊ शकतो जो उच्च आर्द्रतेच्या परिस्थितीत अपयशी ठरत नाही. chitosan च्या अष्टपैलुत्वामुळे स्ट्रक्चरल वापरासाठी पातळ, लवचिक फिल्म्सपासून घन, कडक ब्लॉक्सपर्यंत सामग्री वेगवेगळ्या आकारात बनवता येते.
- मासेमारीच्या जाळ्यांचे उत्पादन जे समुद्रात कर्षण गमावत नाहीत.
- थंडगार आणि गोठलेल्या उत्पादनांसाठी पॅकेजिंगचे उत्पादन.
- सिवनी आणि तात्पुरत्या बायोमेडिकल उपकरणांचा विकास.
- बाह्य कार्यक्रमांसाठी उच्च-प्रतिरोधक डिस्पोजेबल भांडी तयार करणे.
पारंपारिक पॉलिमरसह कामगिरीची तुलना
प्रयोगशाळेच्या चाचण्यांमध्ये असे दिसून आले आहे की चिटोसन आणि निकेल बायोप्लास्टिक हे दोन्ही ओले असताना तन्य आणि संकुचित शक्तीच्या बाबतीत पारंपारिक प्लास्टिकपेक्षा जास्त कामगिरी करतात. नायलॉनसारखे पॉलिमर ओलावा शोषून घेतात आणि मितीय स्थिरता गमावू शकतात, नवीन कंपाऊंड स्थिर होते आणि कडकपणा मिळवते, उच्च तांत्रिक अंदाज देते. हे वर्तन अशा अभियंत्यांसाठी आवश्यक आहे ज्यांना पावसात किंवा पाण्याखाली काम करणाऱ्या पायाभूत सुविधांसाठी विश्वसनीय साहित्य आवश्यक आहे.
ब्रूट स्ट्रेंथ व्यतिरिक्त, निकेलची आण्विक अनुकूलता बायोप्लास्टिकला कायमस्वरूपी फ्रॅक्चर न होता वारंवार होणाऱ्या प्रभावांना तोंड देण्यास अनुमती देते. या लवचिकतेचे श्रेय आयनिक बॉन्ड्स शॉक शोषून घेण्याच्या मार्गाला दिले जाते, ही मालमत्ता क्वचितच कमी किमतीच्या सामग्रीमध्ये आढळते. लॉजिस्टिक उद्योग आंतरराष्ट्रीय सागरी वाहतुकीत मालाच्या संरक्षणासाठी या वैशिष्ट्यांमध्ये विशेष स्वारस्य दर्शवितो.
जागतिक स्तरावरील उत्पादनासाठी आव्हाने
नियंत्रित वातावरणात आश्वासक परिणाम असूनही, प्रयोगशाळेच्या खंडापासून कारखान्यांपर्यंतच्या संक्रमणासाठी लॉजिस्टिक आणि खर्चाच्या आव्हानांवर मात करणे आवश्यक आहे. उच्च-शुद्धता असलेल्या चिटोसनचा सतत आणि एकसमान पुरवठा सुनिश्चित करण्यासाठी क्रस्टेशियन शेल्सचे संकलन आणि प्रक्रिया ऑप्टिमाइझ करणे आवश्यक आहे. सध्या, संशोधक निकेल आयनिक समावेश प्रक्रिया जलद आणि उत्पादकांसाठी स्वस्त करण्यासाठी संश्लेषण पद्धतींच्या शुद्धीकरणावर काम करत आहेत.
विश्लेषणाधीन आणखी एक मुद्दा म्हणजे जागतिक महासागरांमध्ये आढळणाऱ्या क्षारता आणि तीव्र तापमानाच्या विविध स्तरांवर सामग्रीचे वर्तन. उष्णकटिबंधीय पाणी आणि ध्रुवीय प्रदेश या दोन्ही ठिकाणी बळकटीकरण होते याची खात्री करणे हे निश्चित व्यावसायिक प्रमाणीकरणाच्या दिशेने एक निर्णायक पाऊल आहे. बायोइंजिनियरिंग इन्स्टिट्यूट ऑफ कॅटालोनियाने वास्तविक परिस्थितीत बायोपॉलिमरच्या कार्यक्षमतेवर प्रभाव टाकू शकणाऱ्या सर्व चलांचा नकाशा तयार करण्यासाठी दीर्घकालीन चाचण्या सुरू ठेवल्या आहेत.
टिकाऊ साहित्य तंत्रज्ञानाचे भविष्य
भौतिक विज्ञान संक्रमणाचा एक क्षण अनुभवत आहे जिथे बायोमिमिक्री, किंवा निसर्गाचे अनुकरण, भविष्यासाठी मुख्य नवकल्पना साधन बनते. या “पाणी-प्रेमळ” प्लास्टिकचे यश एक प्रतिमान बदलाचे संकेत देते, जिथे सेंद्रिय पदार्थांची नैसर्गिक नाजूकता बुद्धिमान आण्विक अभियांत्रिकीद्वारे दुरुस्त केली जाते. अंतिम ध्येय म्हणजे कृत्रिम पदार्थांवरील मानवी अवलंबित्व दूर करणे, ज्यांचे विघटन होण्यास शतके लागतात, त्यांच्या जागी पर्यावरणाबरोबर विकसित होणारे उपाय.
स्पॅनिश यश बुरशी, शैवाल आणि इतर जैविक उपउत्पादनांच्या गुणधर्मांचा शोध घेणाऱ्या इतर संशोधन केंद्रांसाठी एक मॉडेल म्हणून काम करते. जैवविघटनशील पदार्थ पोलाद किंवा हार्ड प्लॅस्टिकसारखे मजबूत असणे शक्य आहे हे सिद्ध करून, विज्ञानाने हरित तंत्रज्ञानाचा मोठ्या प्रमाणावर अवलंब करण्यामधील शेवटचा मोठा अडथळा दूर केला. अपेक्षा अशी आहे की, येत्या काही वर्षांत, या अभ्यासातून मिळालेल्या पेटंट्समुळे पर्यावरणपूरक औद्योगिक उत्पादनांच्या नवीन पिढीचा उदय होईल.
