اخبار و مطالب روز نساجی: نخ، الیاف،پارچه

منسوجات مبتنی بر تکنولوژی Bio و پیش‌بینی روند رشد این منسوجات در آینده

Bio Tech Textiles – Future Trend

1- مقدمه
فرایند بیوتکنولوژی، به‌عنوان کاربرد موجودات زنده و اجزای آنها در محصولات و فرایندهای صنعتی، به‌خودی‌خود یک صنعت نیست، بلکه یک فناوری مهم است که تأثیر زیادی بر بسیاری از بخش‌های مختلف صنعتی در آینده خواهد داشت. در بسیاری از فرایندهای نساجی، حذف آنزیمی توسط آهار نشاسته از پارچه‌های بافته شده در یک قرن، بیشترین استفاده را داشته است و خمره رنگرزی احتمالاً به‌عنوان قدیمی‌ترین فرایند رنگرزی شناخته شده است. بیوتکنولوژی یک انگیزه جدید در چند سال اخیر بوده که پیشرفت‌های بسیار سریع در تکنیک‌های دست‌کاری ژنتیکی (مهندسی ژنتیک) را شامل می‌شود. بیوتکنولوژی همچنین پتانسیل فرایندهای صنعتی جدیدی را ارائه می‌دهد که به انرژی کمتری نیاز دارند و بر اساس مواد خام تجدیدپذیر هستند. توجه به این نکته حائز اهمیت است که بیوتکنولوژی تنها با زیست‌شناسی سروکار ندارد، بلکه یک موضوع واقعاً بین‌رشته‌ای است که شامل ادغام علوم طبیعی و مهندسی می‌شود. بیوتکنولوژی مانند یک کارخانه عظیم است که نه‌تنها ایده‌های نوآورانه را در اختیار سایر صنایع قرار می‌دهد، بلکه دانش مناسب را نیز تأمین می‌کند. در این پژوهش ابتدا با کاربرد بیوتکنولوژی مدرن در پزشکی و کشاورزی که به‌اصطلاح بیوتکنولوژی قرمز و سبز گفته می‌شود، آشنا می‌شویم. تولید پنیر، برنج طلایی، ساخت انسولین و اینترفرون، حسگرهای زیستی، استفاده از آنزیم‌ها در مواد شوینده، اینها همه نمونه‌هایی از کاربرد فرایند بیوتکنولوژی در عمل هستند. در واقع این بخش دائماً رو به پیشرفت و گسترش به سایر بخش‌های صنعتی بوده و نیروی محرکه واقعی کاربردهای بین‌رشته‌ای با پتانسیل بیوتکنولوژی در صنعت نساجی است.

2- معرفی
تولید منسوجات شامل استفاده انحصاری از الیاف طبیعی مانند: پنبه، کنف، کتان، و غیره است. اختراع الیاف مصنوعی در قرن بیستم دامنه کاربرد مواد نساجی را بسیار گسترش داد. پیشرفت‌های بزرگی در منسوجات فنی از دهه 1980 صورت گرفته است که در حال حاضر تقریباً 40 درصد از کل تولید منسوجات را تشکیل می‌دهد. بنابراین، پتانسیل عظیم نوآوری در منسوجات، آنها را به نیروی محرکه در صنعت روبه‌رشد نساجی تبدیل می‌کند. اختراع پارچه‌های مدرن و مشارکت‌های میان رشته‌ای خاص بین متنوع‌ترین زمینه‌های علمی، صنعت را قادر می‌سازد تا چندین ویژگی را در یک ماده ترکیب کند. پارچه‌های جدید ممکن است دارای قابلیت تنفس، تنظیم دما، سبک‌وزن، ضد ضربه، دافع آب و کثیفی و بسیاری موارد دیگر باشند. در واقع اینها چند کارکردی هستند که کاربرد منسوجات مدرن را گسترش می‌دهد که علاوه بر استفاده به‌عنوان لباس، می‌توانند در خودروسازی، فناوری فضایی، کشاورزی یا فناوری زیست‌پزشکی استفاده شوند. مواد نوآورانه‌ای نیز در زمینه پزشکی یافت می‌شود و کاربردهای زیادی از مهندسی بافت گرفته تا پانسمان زخم و کاشت ممکن است داشته باشند. در زمینه فناوری زیست‌پزشکی، زیست‌شناسان و مهندسان همکاری نزدیکی دارند. در واقع این افراد مواد زیستی و ایمپلنت‌ها و همچنین روش‌هایی را توسعه می‌دهند که امکان بازسازی بافت را فراهم می‌کند. به‌عنوان‌مثال الیاف‌های سه‌بعدی شکل‌پذیر که در آن‌ها سلول‌های غضروف بیماران می‌توانند رشد کنند، یکی از این موارد است.
فرصت‌های جدیدی برای منسوجات مدرن در درمان زخم‌ها نیز گشوده شده است. باتوجه‌به رشد روزافزون افراد مسن و دیابتی در جامعه مدرن، درمان زخم‌های مشکل‌ساز یکی از حوزه‌های کاربردی اصلی این‌گونه منسوجات است. منسوجات پزشکی نوآورانه بی‌گمان نقش مهمی در درمان زخم و پوست در آینده خواهند داشت. ادغام مواد درمانی، منسوجات را به محصولات پزشکی نوآورانه تبدیل می‌کند.

3- کاربردهای عمده بیوتکنولوژی مواد در صنعت نساجی
از کاربردهای عمده فرایندهای بیوتکنولوژی در صنعت نساجی عبارت‌اند از:
•    بهبود گونه‌های گیاهی مورداستفاده در تولید الیاف نساجی و خواص الیاف؛
•    بهبود الیاف مشتق شده از حیوانات و مراقبت‌های بهداشتی از حیوانات؛
•    تولید الیاف جدید از پلیمرهای زیستی و میکروارگانیسم‌های اصلاح شده ژنتیکی؛
•    جایگزین‌کردن بسیاری از درمان‌های شیمیایی سخت و انرژی‌بر توسط آنزیم‌ها در فراوری نساجی؛
•    ایجاد مسیرهای سازگار با محیط‌زیست به مواد کمکی نساجی مانند مواد رنگ‌زا؛
•    استفاده‌های جدید از آنزیم‌ها در تکمیل پارچه؛
•    توسعه مواد شوینده مبتنی بر آنزیم کم‌انرژی؛
•    ابزارهای تشخیصی جدید برای تشخیص تقلب و کنترل کیفیت منسوجات؛
•    مدیریت پسماند در صنعت نساجی؛

4- الیاف و پلیمرهای زیستی
طبیعت الیاف نساجی مانند پنبه، پشم و ابریشم را در اختیار ما قرار داده است، اما اکنون پتانسیل استفاده از بیوتکنولوژی و تولید الیاف جدید یا اصلاح شده و همچنین بهبود بازده تولید الیاف موجود وجود دارد. پنبه دارای ویژگی آسیب‌پذیری بالایی است که در برابر بسیاری از حشرات آسیب‌پذیر است و برای حفظ محصول، این حشرات باید با مقادیر زیادی آفت‌کش مدیریت شوند. پنبه همچنین مستعد هجوم علف‌های هرز بوده که تحت شرایط آبیاری شدیدی که پنبه در طول چرخه رشد خود به آن نیاز دارد رشد می‌کند. علاوه بر این پنبه به هر یک از علف‌کش‌های مورداستفاده امروزی تحمل ضعیفی دارد؛ بنابراین جای تعجب نیست که شرکت‌های بیوتکنولوژی اهداف کوتاه‌مدت خود را بر مهندسی ژنتیکی مقاومت در برابر حشرات، بیماری‌ها و علف‌کش‌ها در گیاه پنبه متمرکز کرده‌اند.
اهداف بلندمدت شامل اصلاح کیفیت و خواص الیاف (مانند طول و استحکام) است که منجر به توسعه پنبه‌هایی با کارایی بالا می‌شود. در حال حاضر بازار کوچکی برای پنبه‌هایی با رنگ طبیعی وجود دارد، اما طیف رنگی که با استفاده از تکنیک‌های انتخاب کلاسیک ایجاد شده است، محدود است. توسعه پنبه‌های تراریخته با رنگ‌های شدید (مانند آبی و قرمز روشن) روزی می‌تواند جایگزین نیاز به سفیدکننده‌ها و رنگ‌ها در فرایندهای شیمیایی نساجی شود.
انتظار می‌رود بیوتکنولوژی تأثیر بسیار زیادی بر تولید الیاف حیوانی داشته باشد. طیف وسیعی از فناوری‌های جدید از جمله لقاح آزمایشگاهی و انتقال جنین، تشخیص، واکسن‌های مهندسی ژنتیکی و داروهای درمانی در دسترس هستند. اصلاح ژنتیکی گوسفند برای مقاومت در برابر حمله لارو مگس با مهندسی مربوطه که شامل ماده دافع حشره است را از فولیکول‌های مو و برش بیولوژیکی پشم ترشح می‌کند. روش دوم متکی بر یک فاکتور رشد مصنوعی اپیدرمی است که وقتی به گوسفند تزریق می‌شود، رشد مو را قطع می‌کند. یک ماه بعد، شکاف‌هایی در الیاف پشم ظاهر می‌شود و پشم گوسفند را می‌توان در نیمی از مدت زمانی موردنیاز از بدن گوسفند جدا کرد. همچنین تحقیقات قابل‌توجهی در چندین کشور باهدف تولید پشم ریزتر و در نتیجه ارزشمندتر از گوسفند در حال انجام است.

5- الیاف جدید
بیوپلیمرهای جدید تشکیل‌دهنده الیاف، اکنون با استفاده از تجهیزات تخمیر در مقیاس بزرگ تولید می‌شوند. به‌عنوان‌مثال، ترکیب و ذخیره‌سازی باکتری پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB) توسط Zeneca Bioproducts بخش کشاورزی ICI سابق تولید شده است و با نام تجاری Biopol تولید می‌شود. این پلی‌استر خطی با وزن مولکولی بالا دارای خواص ترموپلاستیک خوبی است (نقطه ذوب 180 درجه سانتیگراد) و می‌تواند به‌صورت ذوب شده به الیاف تبدیل شود. زیست سازگاری و زیست تخریب پذیری این الیاف باعث می‌شود تا الیاف PHB برای استفاده جراحی مناسب باشند. بخیه‌های ساخته شده از PHB به آرامی توسط آنزیم‌های بدن قابل تجزیه است.
دانه‌های Zeneca در حال حاضر از Biopol در کاربردهای پلاستیکی معمولی مانند بطری‌های شامپو استفاده می‌کند. قیمت پلیمر هنوز برای بسیاری از کاربردهایی از الیاف، بسیار بالا در نظر گرفته می‌شود و در نهایت ممکن است Biopol توسط گیاهان تولید شود. دانه‌های Zeneca در حال آزمایش توسط انواع روش‌های ژنتیکی بوده که می‌تواند Biopol را سنتز کنند. الیاف مصنوعی ساخته شده از منابع تجدیدپذیر زیست‌توده از نظر زیست‌محیطی پایدار هستند و به طور فزاینده‌ای از نظر اقتصادی پایدار می‌شوند. همچنین پلیمرهای مصنوعی زیست‌تخریب‌پذیر شامل الیاف جدیدی مانند پلی گلیکولیم اسید  و پلی لاکتیک اسید  هستند که از مواد اولیه طبیعی ساخته‌شده‌اند. لازم به ذکر است که همه الیاف جدید مصنوعی نیستند؛ بلکه ممکن است به طور طبیعی مشتق شوند.

برخی از الیاف بیولوژیکی طبیعی که از مواد اولیه موجود در طبیعت به دست می‌آیند، عبارت‌اند از:
• کیتین: نوعی پلیمر قندی موجود در بدن سخت‌پوستان است.
• کلاژن: نوعی پروتئین است که در بافت هم‌بند حیوانات یافت می‌شود.
•آلژینات: نوعی پلیمر قندی موجود در باکتری‌های خاص نمونه بارز الیاف زیست‌توده مصنوعی پلی لاکتیک اسید است (PLA) است که از تخمیر نشاسته ذرت یا گلوکز به اسیدلاکتیک و سپس تبدیل شیمیایی آن به فیبر پلیمری ساخته می‌شود.  این پلیمر دارای خواصی شبیه به سایر الیاف مصنوعی، مواد مبتنی بر PLA بادوام و احساس ابریشمی هستند که ممکن است با پشم یا پنبه ترکیب شوند.

6- پلی لاکتیک اسید (PLA)
پلی لاکتیک اسید کاربردهای بالقوه‌ای در چندین زمینه دارد که برخی از آن‌ها عبارت‌اند از:
• کاربرد در منسوجات لباس، مد و اثاثیه یا لوازم داخلی؛
• تشک‌های گیاهی کشاورزی، تورهای درختی، محصولات کنترل فرسایش خاک؛
• دستمال مرطوب بهداشتی خانگی، محصولات پوشک؛
•  پوشاک یکبار مصرف دارویی، منسوجات پزشکی؛
پلی لاکتیک اسید زباله‌های محیطی را به حداقل می‌رساند، زیرا امکان تجزیه آن به طور کامل توسط میکروارگانیسم‌ها تحت شرایط مناسب به دی‌اکسیدکربن و آب وجود دارد. برخلاف منابع نفتی تجدیدناپذیر که برای ساخت الیاف مصنوعی سنتی استفاده می‌شود، انتظار می‌رود عرضه زیست‌توده ذرت تجدیدپذیر موردنیاز برای ساخت پلی لاکتیک اسید در آینده پیش‌بینی‌شده از تقاضا امروزه پیشی بگیرد. الیاف مصنوعی زیست‌تخریب‌پذیر و الیاف بیولوژیکی طبیعی ممکن است برای ساخت منسوجات برای کاربردهای پزشکی استفاده شوند. دیگر پلیمرهای زیستی که در حال حاضر در کاربردهای ترمیم زخم استفاده می‌شوند عبارت‌اند از: پلی‌ساکاریدهای کیتین، آلژینات، دکسترین و اسید هیالورونیک.
کیتین و کیتوزان مشتق از آن، اجزای مهم دیواره‌های سلولی قارچ هستند، اگرچه این پلیمرها در حال حاضر از ضایعات غذاهای دریایی (صدف) ساخته می‌شوند. استفاده از رشته‌های قارچی دست‌نخورده به‌عنوان منبع مستقیم کیتین یا فیبر کیتوزان برای تولید پانسمان زخم ارزان و سایر مواد جدید ضروری است. آزمایش‌های انجام شده در دانشکده داروسازی ولز نشان می‌دهد که این محصولات دارای خواص بهبود سریع زخم هستند. پانسمان‌های زخم بر پایه الیاف آلژینات کلسیم قبلاً توسط Courtaulds ساخته‌شده‌اند و با نام تجاری "Sorbsan" به بازار عرضه می‌شوند.
منابع فعلی این پلی‌ساکارید به استخراج آن از جلبک‌های دریایی قهوه‌ای بستگی دارد. بااین‌حال، پلیمری با ساختار مشابه نیز می‌تواند با تخمیر از گونه‌های خاصی از باکتری‌ها تولید شود. دکستران که با تخمیر ساکارز توسط مزانترویدهای  Leuconostoc یا گونه‌های مرتبط با باکتری‌ها تولید می‌شود نیز به‌عنوان یک منسوج بی بافت برای مصارف نهایی خاص مانند پانسمان زخم درحال‌توسعه است. پلیمرهای زیستی اضافی که قبلاً در مقیاس بزرگ در دسترس نبودند، اکنون به لطف بیوتکنولوژی وارد بازار می‌شوند. یکی از این نمونه‌ها اسید هیالورونیک یک پلی دی‌ساکارید  از D-گلوکورونیک اسید  و N-استیل گلوکز امین  است که در ماتریس بافت هم‌بند مهره‌داران یافت می‌شود و در کپسول برخی از باکتری‌ها نیز وجود دارد.
روش اصلی تولید با استخراج از شانه خروس بسیار ناکارآمد بود به‌گونه‌ای که 5 کیلوگرم شانه خروس برای تأمین 4 گرم اسید هیالورونیک نیاز داشت. یک شرکت بیوتکنولوژی بریتانیایی، اکنون اسید هیالورونیک را با تخمیر تولید می‌کند. همان مقدار اسید هیالورونیک خالص شده با کیفیت بالا را می‌توان از 4 لیتر آبگوشت تخمیرشده در برابر 5 کیلوگرم شانه خروس به‌دست‌آورد. دو مسیر بیوتکنولوژیکی مختلف برای تولید سلولز در آزمایشگاه‌های مختلف در سراسر جهان در دست بررسی است. سلولز به‌عنوان یک پلی‌ساکارید اضافی سلولی بوده که توسط تعدادی باکتری مختلف به‌شکل میکروفیبریل‌های نوار مانند تولید می‌شود. از اینها می‌توان برای تولید مواد قالب‌گیری با استحکام نسبتاً بالا استفاده‌کرد. یک مسیر جایگزین برای سلولز که هنوز در مراحل اولیه رشد است، مربوط به کشت آزمایشگاهی سلول‌های گیاهی است. قبلاً نشان‌داده‌شده است که الیاف پنبه را می‌توان در شرایط آزمایشگاهی با کشت سلول‌های گونه‌های مختلف گوسیپیوم  تولید کرد.
مزایای بالقوه این مسیر شامل یک محصول یکنواخت‌تر است که ویژگی‌های مطلوبی را نشان می‌دهد. کشت بافت گیاهی می‌تواند عرضه ثابت و تمام سال محصولات را بدون محدودیت‌های اقلیمی یا جغرافیایی و عاری از آلودگی آفات فراهم کند. گروه دیگری از پلیمرهای زیستی که موردتوجه ویژه بیوتکنولوژیست‌ها هستند، پروتئین‌ها هستند؛ زیرا امکان استفاده از تکنیک‌های دست‌کاری ژنتیکی جدید وجود دارد؛ بنابراین ژن‌های پروتئین‌های حیوانی و گیاهی (مانند کلاژن، ابریشم‌های مختلف) اکنون می‌توانند به میزبان‌های میکروبی مناسب و پروتئین‌های تولید شده توسط تخمیر منتقل شوند. ارتش ایالات متحده مایل است تا ابریشم عنکبوت را به‌عنوان الیافی با کارایی بالا برای استفاده در محصولاتی مانند جلیقه‌های ضدگلوله بسازد.

7- آنزیم‌ها
واسطه واکنش‌های شیمیایی توسط پروتئین‌های کاتالیزوری (آنزیم‌ها) یکی از ویژگی‌های اصلی سیستم‌های زنده است. سلول‌های زنده آنزیم می‌سازند، اگرچه خود آنزیم‌ها زنده نیستند و ما می‌توانیم سلول‌های زنده را تشویق کنیم تا آنزیم‌های بیشتری از آنچه که معمولاً می‌سازند بسازند یا نوع کمی متفاوت از آنزیم (مهندسی پروتئین) با ویژگی‌های بهبودیافته از ویژگی‌ها، پایداری و عملکرد مناسب در کاربردهای صنعت بسازند. فرایندهای این آنزیم‌ها معمولاً در شرایط ملایم pH و دما عمل می‌کنند. بسیاری از آنزیم‌ها ویژگی و گزینش‌پذیری استریو  زیادی از خود نشان می‌دهند. به‌استثنای حذف آهار نشاسته توسط آنزیم‌های آمیلاز، توجه کمی به کاربرد آنزیم‌ها در فراوری نساجی شده است. تهیه الیاف نساجی خاص مانند کتان و کنف با شبنم زدایی شامل عمل آنزیم‌های پکتولیتیک  از میکروارگانیسم‌های مختلف است که پکتین را در لایه میانی این الیاف گیاهی تجزیه می‌کند. استفاده از آنزیم‌های جدا شده برای حذف چربی‌ها و موم‌ها، پکتین، مواد پوشش دانه و ناخالصی‌های رنگی از پارچه‌های بافته شده و پنبه - پلی‌استر که منجر به فرایند جدید و کم‌انرژی می‌شود، همگی جزو روش‌های آماده‌سازی پارچه برای جایگزینی فرایندهای شیمیایی دیگر است.
استفاده از آنزیم‌های آماده شده تجاری موجود به دلیل ماهیت سرکش برخی از اجزا و فرایند بسیار کند آن‌ها، برای کاربردهای فعلی غیراقتصادی هستند. یکی از آنزیم‌هایی که در حال حاضر در پردازش نساجی برای حذف پراکسید هیدروژن قبل از رنگرزی استفاده می‌شود، کاتالاز است. پیش‌بینی می‌شود استفاده از آنزیم‌های میکروبی در بسیاری از زمینه‌های دیگر صنعت نساجی گسترش یابد و جایگزین فرایندهای شیمیایی یا مکانیکی موجود در آینده نه‌چندان دور شود. برخلاف فراوری نساجی، از زمان معرفی آنها در دهه 1960، استفاده از آنزیم‌ها در شوینده‌ها افزایش چشمگیری داشته است. پودرهای لباسشویی به‌دلیل اینکه حاوی آنزیم هستند به‌عنوان مواد بیولوژیک شناخته می‌شوند. اکنون آنزیم‌هایی در دسترس هستند که می‌توانند طیف وسیعی از لکه‌ها را تخریب کنند و استفاده از آنها در شرایط شستشوی ملایم‌تر و دماهای پایین‌تر را فراهم کنند که هم در مصرف انرژی صرفه‌جویی کرده و هم از پارچه محافظت می‌کند. اخیراً کشف شد که آنزیم‌های سلولاز می‌توانند جایگزین سنگ‌های پوکه مورداستفاده صنعت برای تولید لباس‌های جین (سنگشویی منسوجات جین) شوند. سنگ‌ها می‌توانند به لباس‌ها، به‌ویژه لبه‌ها و کمربند آسیب برسانند، و اکثر تولیدکنندگان اکنون از درمان آنزیمی برای ایجاد ظاهری خاص در منسوجات جین استفاده می‌کنند. یکی دیگر از کاربردهای جدید آنزیم‌های سلولاز در بیوپولیش کردن ، حذف فاز  از سطح الیاف سلولزی است که با حذف پرز، پارچه‌ها را صاف‌تر و تمیزتر می‌کند. همچنین در این حوزه، فرایند مشابهی با استفاده از آنزیم‌های پروتئاز برای پشم ایجاد شده‌است.
کاربردهای آینده‌نگر بیشتر برای آنزیم‌ها در زمینه تبدیل زیستی است. تبدیل زیستی به‌عنوان تبدیل بیو کاتالیستی یک ماده شیمیایی به دیگری تعریف می‌شود. در عمل، سلول‌های دست‌نخورده، عصاره‌ای از این سلول‌ها یا یک آنزیم جدا شده ممکن است به‌عنوان سیستم کاتالیزور یک واکنش خاص استفاده شوند. اگر چه غلظت آنزیم‌های منفرد در سلول‌ها معمولاً کمتر از 1 درصد است، اما اکنون می‌توان با استفاده از تکنیک‌های تقویت ژن آن‌ها را افزایش داد. انتظار نمی‌رود که حداقل در آینده نزدیک، تولید فعلی مواد شیمیایی یه طور عمده توسط فرآیندهای مبتنی بر نفت با بسیاری از فرایندهای زیستی جایگزین شود. با این حال، مناطقی وجود دارد که می‌توان انتظار داشت که بیوتکنولوژی با سنتز شیمیایی رقابت کند. در آینده با گسترس فرایندهای بیولوژیکی، نیاز به فعالیت نوری مواد شیمیایی مانند پیش سازهای پلیمری احتمالاً افزایش می‌یابد و در اینجا مسیر تبدیل زیستی دارای برتری خاصی نسبت به‌روش‌های شیمیایی سنتی می‌شود.

8- سلولز و سلولاز
سلولازها در سال‌های اخیر بیشترین تأثیر را بر فراوری نساجی داشته‌اند. کاربردهای تجاری کنونی شامل بیوستونینگ ، جلوگیری زیستی و به‌عنوان روشن‌کننده پارچه‌های پنبه‌ای است. تعادل خوبی بین ایجاد اثر موردنظر و ایجاد آسیب بیش از اندازه به الیاف وجود دارد که منجر به کاهش غیرقابل‌قبول استحکام می‌شود. استفاده از اندوگلوکاناز  تک‌جزئی یا کمپلکس‌های سلولاز غنی شده با اندوگلوکاناز همراه با سطح بالایی از هم زدن مکانیکی می‌تواند عملکرد مطلوب را تنها با کاهش محدود استحکام کششی به‌دست‌آوردن. بیشتر این کار با استفاده از پارچه‌های بافته شده بود. با انجام فرایند بخاردهی، دسترسی نخ‌ها به آنزیم‌ها افزایش می‌یابد. همچنین با کاهش دسترسی نخ‌ها به آنزیم‌ها، میزان پرمویی و تمایل به قرص عمدتاً به فعالیت اندوگلوکاناز نسبت داده شد.

9- بیوتکنولوژی آنزیمی در منسوجات
از طریق بیوتکنولوژی، آنزیم‌ها برای درمان و اصلاح الیاف در طول تولید، فراوری منسوجات، و پس از آن در مراقبت از محصول استفاده می‌شوند. برخی از برنامه‌های کاربردی عبارت‌اند از:

1. آهارزدایی پنبه
نخ‌های پنبه‌ای فراوری نشده هنگام بافته شدن در پارچه به‌راحتی می‌شکنند. برای جلوگیری از این شکستگی، آنها را با یک ماده ژله‌مانند از طریق فرایندی به نام آهارزنی می‌پوشانند. بااین‌حال، پس از بافته شدن نخ‌ها و تبدیل آن‌ها به پارچه، مواد موردنیاز برای تکمیل بیشتر مواد نمی‌توانند به پارچه‌های پوشش داده شده با ژله بچسبند؛ بنابراین، عوامل و مواد آهار محافظ باید با فرایندی به نام آهارزدایی حذف شوند. آنزیم‌های آمیلاز به طور گسترده در آهارزدایی استفاده می‌شوند، زیرا الیاف پنبه را ضعیف یا تحت‌تأثیر قرار نمی‌دهند و به محیط‌زیست آسیب نمی‌رسانند.


2. ریتینگ کتان
گیاهان کتان منبع مهمی از الیاف نساجی هستند. الیاف مفید کتان از طریق فرایندی به نام ریتینگ از ساقه‌های سخت گیاه جدا می‌شوند. روش‌های سنتی آب‌پاشی مقدار زیادی آب و انرژی مصرف می‌کنند. باکتری‌هایی که ممکن است پرورش یا مهندسی ژنتیک شوند تا حاوی آنزیم‌های لازم باشند، می‌توانند این فرایند را به یک فرایند کارآمدتر جهت صرفه‌جویی در مصرف آب و انرژی تبدیل کنند.
3.    تجزیه پراکسید هیدروژن
هنگامی که پنبه سفید می‌شود، یک ماده شیمیایی به نام پراکسید هیدروژن که می‌تواند با رنگ‌های دیگر واکنش نشان دهد، روی پارچه باقی می‌ماند. آنزیم‌های کاتالاز به طور خاص پراکسید هیدروژن را تجزیه می‌کنند و ممکن است برای حذف این ماده شیمیایی فعال قبل از رنگرزی استفاده شوند.

4. بیوستونینگ و بیوپلیشینگ
به‌جای استفاده از ابزارهای ساینده مانند سنگ‌ برای ایجاد اثر سنگ شویی یا برای ازبین‌بردن تیرگی سطح، ممکن است از آنزیم‌های سلولاز برای سنگ شویی و صیقل‌دادن مؤثر پارچه‌ها بدون آسیب سایشی به الیاف استفاده شود.

5.مواد شوینده
یک آنزیم به مواد شوینده اجازه می‌دهد تا به طور مؤثر لباس‌ها را تمیز کرده و لکه‌ها را از بین ببرند. آنها می‌توانند لکه‌های خاصی مانند لکه‌های ایجاد شده توسط کثیفی‌ها و عرق را به طور مؤثرتری نسبت به شوینده‌های بدون آنزیم از بین ببرند. بدون آنزیم، انرژی زیادی برای ایجاد دماهای بالا و تکان‌دادن شدید موردنیاز برای تمیزکردن مؤثر لباس‌ها موردنیاز است. آنزیم‌های مورداستفاده در شوینده‌های لباسشویی باید ارزان، پایدار و ایمن باشند. در حال حاضر، تنها آنزیم‌های پروتئاز و آمیلاز در مواد شوینده گنجانده شده‌اند. همچنین آنزیم‌های لیپاز به‌راحتی در ماشین لباسشویی تجزیه می‌شوند و در مواد شوینده بسیار مفید هستند. بااین‌حال، پایداری بسیاری از آنزیم‌ها در حال مطالعه و توسعه بیشتر از طریق روش‌هایی مانند غربالگری و اصلاح ژنتیکی است.


6.لوازم جانبی در تولید منسوجات و کاربرد در صنعت نساجی
مواد کمکی نساجی مانند رنگ‌ها را می‌توان از طریق تخمیر یا از گیاهان در آینده تولید کرد. قبل از اختراع رنگ‌های مصنوعی در قرن نوزدهم، بسیاری از رنگ‌هایی که برای رنگرزی منسوجات استفاده می‌شد، از گیاهان نیل (رنگزای ایندیگو) استخراج شده بودند. بسیاری از میکروارگانیسم‌ها در طول رشد خود رنگ‌دانه‌هایی تولید می‌کنند که با رنگ‌آمیزی دائمی که اغلب با رشد کپک روی منسوجات و پلاستیک‌ها همراه است مشخص می‌شود. برای برخی از گونه‌ها غیرمعمول نیست که تا 30 درصد وزن خشک خود را به‌عنوان رنگ‌دانه تولید کنند. چندین مورد از این رنگ‌دانه‌های میکروبی نشان‌داده‌شده است که مشتقات بنزوکینون ، نفتوکینون ، آنتراکینون ، پرینافتنون  و بنزوفلورانتنکینون  هستند که در برخی موارد شبیه به گروه مهم رنگ‌های خمی می‌باشند.
بنابراین، به نظر می‌رسد که میکروارگانیسم‌ها پتانسیل زیادی برای تولید مستقیم رنگ‌های نساجی جدید یا واسطه‌های رنگی با تکنیک‌های تخمیر کنترل‌شده دارند که جایگزین سنتز شیمیایی می‌شوند که مشکلات ذاتی دفع زباله (مانند ترکیبات سمی فلزات سنگین) را خواهند داشت. یکی دیگر از مسیرهای بیوتکنولوژیکی برای تولید رنگ‌دانه برای استفاده در صنایع‌غذایی، آرایشی و بهداشتی یا نساجی، کشت سلول‌های گیاهی است. یکی از موفقیت‌های اصلی بیوتکنولوژی گیاهی تاکنون، تولید تجاری رنگ‌دانه قرمز شیکونین  در ژاپن از سال 1983 بوده است که در طیف جدیدی از لوازم آرایشی گنجانده شده است.
به طور سنتی، شیکونین از ریشه گیاهان پنج‌ساله گونه Lithosperum erythrorhiz استخراج می‌شد که حدود 1 تا 2 درصد وزن خشک‌ریشه‌ها را تشکیل می‌دهد. در کشت بافت، بازده رنگ‌دانه حدود 15 درصد وزن خشک سلول‌های ریشه حاصل شده‌است.

10- مدیریت پسماند
بیوتکنولوژی را می‌توان در فرایندهای تولید جدید استفاده کرد که خود آلودگی کمتری نسبت به فرایندهای سنتی دارند و میکروب‌ها یا آنزیم‌های آنها در حال حاضر برای تجزیه زباله‌های سمی استفاده می‌شود. تصفیه زباله احتمالاً بزرگ‌ترین کاربرد صنعتی بیوتکنولوژی است. مشکلات خاص مربوط به صنعت نساجی عبارت‌اند از حذف رنگ از پساب خانه رنگ، ترکیبات سمی فلزات سنگین و پنتاکلروفنول که در خارج از کشور به‌عنوان یک درمان ضدپوسیدگی پارچه‌های پنبه‌ای استفاده می‌شود؛ اما در طی فراوری‌های بعدی در کشورهای توسعه‌یافته شسته می‌شود.

11- منسوجات نوآورانه توسط بیوتکنولوژی
مشارکت‌های میان‌رشته‌ای خاص بین رشته‌های گوناگون، صنعت را قادر می‌سازد تا چندین ویژگی را در یک ماده ترکیب کند. پارچه‌های جدید ممکن است قابلیت تنفس، تنظیم دما، سبک‌وزن، ضدضربه، ضد آب و کثیفی داشته باشند. در ادامه به توضیح برخی از منسوجات نوآورانه توسط فرایندهای بیولوژیکی پرداخته می‌شود.

1. منسوجات در پزشکی
مواد نوآورانه‌ای نیز در زمینه پزشکی یافت می‌شود و کاربردهای زیادی از مهندسی بافت گرفته تا پانسمان زخم و کاشت ممکن است داشته باشند. در زمینه فناوری زیست‌پزشکی، زیست‌شناسان و مهندسان، همکاری نزدیکی دارند و مواد زیستی و ایمپلنت‌ها و همچنین روش‌هایی را توسعه می‌دهند که امکان بازسازی بافت را فراهم می‌کنند. به‌عنوان‌مثال پشم‌های قابل‌جذب، سه‌بعدی و شکل‌پذیر که در آن سلول‌های غضروف خود بیماران می‌توانند رشد کنند. همچنین فرصت‌های جدیدی برای منسوجات مدرن در درمان زخم‌ها نیز باز شده است. باتوجه‌به رشد روزافزون سالمندان و افراد دیابتی در جامعه مدرن، درمان زخم‌های مشکل‌ساز یکی از حوزه‌های کاربردی اصلی این‌گونه منسوجات است. تنها در آلمان، سالانه حدود 2 میلیون بیمار از زخم‌های شدید و مزمن رنج می‌برند. منسوجات پزشکی نوآورانه نقش مهمی در درمان زخم و پوست در آینده خواهند داشت. ادغام مواد درمانی و منسوجات، منسوجات را به محصولات پزشکی نوآورانه تبدیل می‌کند.

2. منسوجات فنی هوشمند
منسوجات فنی هوشمند یکی دیگر از نمونه‌های بین‌رشته‌ای از منسوجات نوآورانه مورداستفاده در زمینه بهداشت و ایمنی هستند. در این دسته از منسوجات، منسوجات با میکروسیستم‌ها یکپارچه هستند که در کاربردهای بالینی برای اندازه‌گیری و نظارت بر پارامترهای حیاتی مانند فشارخون، نبض یا تنفس استفاده می‌شوند.

3. طراحی مجازی منسوجات جدید
درگذشته، توسعه ساختارهای نساجی جدید برای حوزه‌های کاربردی نوآورانه بر اساس آزمایش‌های واقعی شامل انواع اشکال و مخلوط‌های مختلف الیاف بود. امروزه با استفاده از رایانه می‌توان خواص مواد را از پیش تعیین کرد. همچنین خواص ویژه منسوجات را می‌توان به‌منظور توسعه بهترین محصول ممکن آزمایش کرد. فناوری شبیه‌سازی ریزساختار که خواص مواد بسیار پیچیده و طراحی منسوجات جدید را برای کاربرد در پزشکی و بهداشت ممکن می‌سازد، یکی از مهم‌ترین کاربردهای طراحی مجازی در منسوجات است.

4. تکمیل با مواد نانو
طبیعت سطوحی را پیدا کرده است که به لطف ساختارهای میکرو و نانو پیچیده، کثیفی قادر به چسبیدن به آنها نیست. اثر خود تمیزکنندگی چنین سطوح گیاهی میکرو و نانوساختار آب‌گریز خارق‌العاده توسط Barthlott  در دانشگاه هایدلبرگ در سال 1975 کشف و توضیح داده شد. لباس‌های فضای باز و خیمه‌های تزئینی، در پزشکی یکی دیگر از مواد ابداعی پلی لاکتید (PLA) است که می‌توان آن را در ظروف یا بسته‌بندی‌های پذیرایی زیست تخریب‌پذیر یافت و به یک ماده محبوب در میان تولیدکنندگان لباس تبدیل کرد. پلی‌لاکتیدها یک محصول طبیعی هستند که از کربن‌های گیاهی ساخته می‌شوند. برخلاف الیاف نایلون و پلی‌استر ساخته شده از بنزین تجدید ناپذیر،PLA  از کربنی استفاده می‌کند که توسط گیاهان ذرت در طول فتوسنتز از هوا جذب می‌شود.
میزان پیشرفت در حال حاضر در بیوتکنولوژی و سطح فعلی سرمایه‌گذاری توسط دولت‌ها و شرکت‌های فردی پیامدهای تجاری عظیمی برای بسیاری از بخش‌های صنعت در سال‌های آینده دارد. بیوتکنولوژی قبلاً محصولات جدیدی را توسعه داده است، بازارهای جدیدی را بازکرده، تولید را سرعت بخشیده و به پاک‌سازی محیط کمک کرده است. صنعت نساجی به‌عنوان بخش کلیدی شناسایی شد که در آن فرصت‌های موجود از انطباق بیوتکنولوژی زیاد است، اما آگاهی فعلی از بیوتکنولوژی کم است.
کاربردهای بالقوه مواد نساجی تولید شده معمولی در فرایندهای بیوتکنولوژیکی به‌عنوان‌مثال، فراوری پایین‌دستی پس از تخمیر حداقل 70 درصد، هزینه‌های تولید در بیوتکنولوژی را تشکیل می‌دهد و نیاز به بهبود تکنیک‌های فیلتراسیون و جداسازی وجود دارد. الیاف و غشاهای توخالی که مولکول‌ها را بر پایه اندازه جدا می‌کنند، کاربرد بیشتری در این زمینه پیدا می‌کنند.

5. ماهیت بیوتکنولوژی
کاربردهای صنعتی مختلف بیوتکنولوژی دارای چندین مورد مشترک هستند، هم از نظر بهبود خروجی و هم از نظر کاهش ردپای محیطی. آنها می‌توانند برخی یا همه مزایای که در ادامه گفته می‌شود را ارائه دهند.

12- روند فعلی
مواد شیمیایی، منسوجات و چرم، مواد غذایی، خوراک دام، کاغذ و خمیرکاغذ، انرژی، فلزات، مواد معدنی و فراوری ضایعات صنایعی هستند که امروزه از فرایندهای بیوتکنولوژی استفاده می‌کنند. فرایندهای زیستی در حال حاضر 15 میلیون تن محصولات شیمیایی از جمله اسیدهای آمینه آلی، آنتی‌بیوتیک‌ها، آنزیم‌های صنعتی و غذایی، مواد شیمیایی خوب و همچنین مواد فعال برای حفاظت از محصولات، محصولات دارویی و اتانول سوخت را تشکیل می‌دهند. سه مورد از چهار واکنش شیمیایی با حجم بالا که در صنعت امروزی به کار می‌رود، فرایندهای اکسیداسیون نامیده می‌شوند که برای نمونه در تولید پلاستیک استفاده می‌شوند. این واکنش‌های شیمیایی کمترین پایداری را دارند. اگر فرایندهای زیستی بتوانند جایگزین اکسیداسیون شوند، بیوتکنولوژی سفید عمیقاً صنعت را تغییر خواهد داد و دستاوردهای پایداری واقعی را به‌همراه خواهد داشت. روند مشابهی در سایر بخش‌ها انجام خواهد شد که شامل منسوجات، خمیر کاغذ، کاغذ و انرژی است.

13- مطالعات آینده
بیوتکنولوژی قبلاً محصولات جدیدی را توسعه داده است، بازارهای جدیدی را بازکرده، تولید را سرعت بخشیده و به پاک‌سازی محیط کمک کرده است. در نسخه آینده، این زمینه فرصت‌هایی را که می‌توان در کاربرد بیوتکنولوژی در صنعت نساجی کشف کرد. درگذشته، صنایع سازگار با محیط‌زیست عمدتاً با فناوری‌هایی مرتبط بوده‌اند که به‌جای پیشگیری از ضایعات، بر تصفیه زباله متمرکز داشته‌اند. بیوتکنولوژی‌های صنعتی نوین پیشگیرانه هستند و بر فرایندهای تولید تمیزتر تمرکز می‌کنند تا در وهله اول ضایعات را به حداقل برسانند. بیوتکنولوژی سفید از ابزارهای مشابه مرتبط با طبیعت یعنی میکروارگانیسم‌ها مانند کپک‌ها، مخمرها یا باکتری‌ها و آنزیم‌ها به‌عنوان کارخانه‌های سلولی برای تولید کالاها و خدماتی مانند آنتی‌بیوتیک‌ها، ویتامین‌ها، مواد شوینده و سوخت‌های زیستی استفاده می‌کند. بیوتکنولوژی سفید همچنین می‌تواند از کشت‌های سلولی مشتق شده از سلول‌های حیوانی برای تولیدداروها و واکسن‌های جدید استفاده کند. کاربردهای آتی فناوری در مقیاس بزرگ به میزان زیادی به اهداف مصرف و تولید پایدار از یک سوء و تولید ثروت از سوی دیگر کمک کند.

14- نتیجه گیری
بیوتکنولوژی با به‌کارگیری دانش فرایندهای بیولوژیکی و بیوشیمی گروهی، امکان دستیابی به توسعه جهانی پایدار و بی‌خطر از نظر زیست‌محیطی و توسعه اقتصاد بر پایه زیست را فراهم می‌کند. در جایی که کاربردهای هوشمند زیست‌شناسی به عامل اصلی محرک رشد و خلق ثروت تبدیل می‌شود. بیوتکنولوژی سفید دارای پتانسیل فوق‌العاده‌ای برای تغییر تولید انرژی بوده و منجر به فرایندهای صنعتی پایدارتر می‌شود.
در واقع استفاده از فرایندهای بیوتکنولوژی نقش به سزایی در کاهش گازهای گلخانه‌ای، استفاده از سوخت‌های فسیلی و مواد خام دارد و منجر به ایجاد صنایع پاک‌تر و سبزتر می‌شود. در تأمین مواد خام از کشاورزی، بیوتکنولوژی سفید افزون بر این می‌تواند به رقابت بیشتر کمک کند. کاربردهای بالقوه مواد نساجی تولید شده معمولی در فرایندهای بیوتکنولوژیکی الیاف و غشاهای توخالی که مولکول‌ها را بر پایه اندازه جدا می‌کنند، کاربرد بیشتری در این زمینه پیدا می‌کنند. در فرایندهای پایین‌دستی پس از تخمیر حداقل 70 درصد هزینه‌های تولید در بیوتکنولوژی را شامل می‌شود و نیاز به بهبود تکنیک‌های فیلتراسیون و جداسازی است.

♦ منابع مرتبط :

►https://www.fibre2fashion.com

1. Commission Communication COM (2002) 27 Life science and biotechnology - A Strategy for Europe

2. Commission Report COM (2002) 122 Environmental technology for sustainable development

3. US Presidential Executive Order 13134: Developing and Promoting Biobased Products and Bioenergy (a plan to triple the sector by 2010)

4. Biopolymer Research and Development in Europe and Japan. Retieved December 2, 2002 from www.wws.princeton.edu/cgi-

5. Byrne, Chris. (1995). Biotechnology in Textiles. Retrieved November 6, 2002 from www.davidrigbyassociates.co.uk/assets/Biotechnology.pdf

6. Plant/crop-based renewable resources 2020 - a vision to enhance U.S. economic security through renewable plant/crop-based resource use (DOE/GO-10097-385 January 1998)

♦ لینک اشتراک گذاری :

 B2n.ir/nassajyar1184 ►

♦ مطالب پیشنهادی :

- کانتون قدیمی ترین و با سابقه ترین نمایشگاه در دنیا CANTON FAIR

- اطلاعیه ثبت نام شانزدهمین نمایشگاه صنعت نساجی و پوشاک اصفهان

- کاربرد بیوتکنولوژی در پارچه های جین
- جایزه برای الیاف لایوسل ساخته شده از سلولز باکتریایی

-کاربرد بیوتکنولوژی در صنعت نساجی

.

.

لطفاً ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید.