تعتمد البوليمرات على إعادة تدوير المنتجات الثانوية لصناعة المواد الغذائية
جريدة المواد المتقدمة يشير إلى نجاح باحثي التخنيون في إنشاء أجهزة موصلة، ذات صلة من بين أمور أخرى بإنتاج الطاقة الشمسية والهندسة الطبية الحيوية، باستخدام المنتجات الثانوية لصناعة الأغذية التي كان سيتم إلقاؤها في سلة المهملات. تتيح التكنولوجيا الموضحة في المقالة إنتاجًا بسيطًا وسريعًا ورخيصًا وصديقًا للبيئة لمختلف المكونات بما في ذلك أجهزة الاستشعار لمراقبة المؤشرات الفسيولوجية.
تم إجراء البحث في كلية شوليش للكيمياء في التخنيون بقيادة الدكتور نداف أمدورسكي، رئيس مختبر البوليمرات البيولوجية والإلكترونيات الحيوية، وطالبي الدكتوراه راميش ناندي ويوفال أغام. وبحسب الدكتور أمدورسكي فإن "الاتجاه الأخضر الذي يجتاح العالم لا يغيب عن الصناعة، وتعمل العديد من المجموعات حول العالم على حلول جديدة من شأنها أن تقلل من التلوث الناجم عن إنتاج المواد الاصطناعية ووجودها ذاته". أحد البدائل بالطبع هو استخدام المواد الطبيعية، والتحدي الكبير هو تكييفها مع الحاجة المطلوبة".
الاتجاهان الرئيسيان في الكيمياء الصديقة للبيئة هما الكيمياء البيئية - إنشاء مواد صديقة للبيئة؛ والكيمياء المستدامة - الإنتاج على أساس المواد المتاحة غير القابلة للتلف والعمليات الموفرة للطاقة. ويجمع البحث الحالي بين هذين الاتجاهين من خلال عملية إنتاج صديقة للبيئة تنتج منتجات صديقة للبيئة، وذلك في إطار البوليمرات الموصلة.
المنتجات الصديقة للبيئة
البوليمرات عبارة عن سلاسل طويلة من آلاف الوحدات البنائية تسمى المونومرات. تعتبر ألياف الحرير والصوف والقطن أمثلة على البوليمرات الطبيعية، في حين أن النايلون والـ PVC عبارة عن بوليمرات صناعية. البوليمرات الموصلة إنها مجموعة فرعية من البوليمرات، ويتم استخدامها في مجموعة كبيرة ومتنوعة من التطبيقات في مجال الإلكترونيات وتخزين الطاقة وخلايا الوقود والطب والمزيد. واليوم، يتم إنتاج هذه البوليمرات بعمليات مكلفة وملوثة من مشتقات النفط والغاز والوقود الأحفوري.
البديل الذي قدمه باحثو التخنيون هو بوليمرات البروتين - الجزيئات الموجودة في الأنسجة البيولوجية المختلفة مثل ألياف الحرير والصوف وشبكات العنكبوت والشعر والأظافر. هنا، كما ذكرنا، تم أخذها من المنتجات الثانوية لصناعة المواد الغذائية التي كان من الممكن أن يتم إلقاؤها في سلة المهملات. وفقًا للدكتور أمدورسكي، "إن الإلهام لاستخدام البروتينات لإنشاء بوليمرات موصلة للكهرباء ينبع من الوظيفة الفريدة للبروتينات في الطبيعة، وهي المسؤولة الوحيدة عن نقل حاملات الشحنات المختلفة في عالم الحيوان والنبات - على سبيل المثال، نقل في عملية التنفس الخلوي أو في عملية البناء الضوئي في النباتات."
مستوحاة من هياكل البروتين الطبيعية التي ابتكرها الباحثون صفائح بوليمر شفافة ذات موصلية عالية. هذه الألواح مناسبة للاستخدامات البيولوجية والطبية لأنها غير سامة، وتتحلل في جسم الإنسان ويمكن تمديدها بحوالي 400% من طولها الأصلي دون الإضرار بشكل كبير بخصائصها الكهربائية. تعتبر موصليتها الكهربائية واحدة من أعلى المعدلات الموجودة في المواد البيولوجية.
وفقا للدكتور أمدورسكي، "إن إنتاج اللوحات في بحثنا هو عملية مستمرة (عملية الوعاء الواحد)، عفوية، رخيصة، سريعة، موفرة للطاقة وغير ملوثة. في المقالة نوضح استخدام هذه الأوراق"جلد اصطناعي" يراقب الإشارات الكهربية بشكل غير جراحي تلعب مثل هذه الإشارات دورًا مهمًا في نشاط الدماغ والعضلات، لذا فإن مراقبتها الخارجية تمثل تحديًا مهمًا للغاية.
ويؤكد الدكتور أمدورسكي أنه بما أن هذه التقنيات مخصصة للتطبيق والتسويق، فإن "الاعتبار الاقتصادي هو أمر أساسي وبالتالي من المهم جدًا تخفيض تكلفة عمليات الإنتاج بحيث تنتج منتجًا ينافس أيضًا البوليمرات القائمة على البتروكيماويات في السعر. وأنا سعيد لأننا نجحنا في القيام بذلك". هذا بالإضافة إلى تقليل الأضرار البيئية سواء في مرحلة الإنتاج أو في مرحلة الاستخدام. ويمكن للبوليمر الجديد أن يتحلل بيولوجيًا بالكامل في أقل من 48 ساعة، وهذا على النقيض من البوليمرات الاصطناعية غير القابلة للتحلل الحيوي وبالتالي تلوث عالمنا."
تم دعم هذا البحث من قبل مؤسسة غوتويرت (منحة دراسية لراميش ناندي)، ومؤسسة العلوم الثنائية الأمريكية الإسرائيلية، ووزارة العلوم والتكنولوجيا ومنحة PhosAgro/اليونسكو/IUPAC في مجال الكيمياء الخضراء. يشكر الباحثون برنامج الطاقة الكبير في التخنيون (GTEP) على الدعم المالي من خلال برنامج NEVET ومعهد راسل بيري لتقنية النانو في التخنيون (RBNI) لإتاحة الفرصة لهم لاستخدام البنية التحتية البحثية للمعهد.
للمقال في المجلة المواد المتقدمة
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
