نوآوری در فرایندهای تولید پارچه پایه زیستی (Biofabrication processes) در حال متحول نمودن بخش های مختلف صنعت است. در صنعت نساجی زیست ساخت به معنای تولید مواد و منسوجات با استفاده از فرایندهای زیستی و موجودات زنده (یا اجزای آن‌ها) به‌جای روش‌های مکانیکی و شیمیایی متداول است. در نساجی  بیوفابریکیشن به فرایندهایی اطلاق می گردد که در آنها از قارچ ها، باکتری ها یا سلول ها و آنزیم ها برای تولید مستقیم الیاف، شیت‌ها یا ساختارهای پارچه‌مانند استفاده می‌شود بدون آنکه نیازی به اجرای عملیات ریسندگی، بافندگی یا تکمیل داشته باشد. مثال‌های رایج:

•    میسلیوم : قارچی که به‌صورت ورقه‌ای شبیه چرم رشد می‌کند.
•    سلولز باکتریایی که در تولید منسوجات سبک و پزشکی بکار می رود.
•    چرم‌های زیستی (bio-leather)

در جامعه مدرن، هم تولیدکنندگان و هم مصرف‌کنندگان به دنبال روش هایی هستند تا بتوانند به عنوان مسئولیتشان در قبال جامعه، به نحوی به حفظ محیط زیست کمک کنند. نوآوری اقتصاد زیستی (بیواکونومی)(Bioeconomy) در حوزه تولید مواد، مسیری امیدبخش برای آینده به شمار می‌رود. اتحادیه اروپا در این راستا بر روی پروژه MY-FI سرمایه گذاری نمود، که در آن به صورت ویژه بر بسته نتایج «آینده منسوجات» تأکید شده بود. کنسرسیومی از دانشمندان، تولیدکنندگان و متخصصان بازار در این پروژه گرد هم آمدند تا بتوانند ماده‌ای جدید و باکیفیت با هزینه زیست‌محیطی پایین تولید کنند.

بهره‌برداری حداکثری از قارچ‌ها

بیشتر موادی که در پوشاک امروزی استفاده می‌شوند از جمله پنبه، کتان، پشم و چرم  منشأ گیاهی یا حیوانی دارند و تعداد زیادی از آن‌ها نیز منشأ مصنوعی یا فسیلی دارند. منابعی که در فرایند تولید این مواد اولیه مصرف می شوند پرهزینه‌اند و فرایندهای تولیدشان اثرات منفی بر محیط‌ زیست بجا می گذارد. به‌عنوان جایگزینی برای این مواد متداول، میسلیوم (mycelium) پرورش یافته در شرایط مشخص، قابل استفاده است. ماده اصلی تشکیل دهنده قارچ کیتین (chitin) است، درصد کمی هم گلوکان‌ (glucan) و پروتئین‌ دارد. این مواد شبکه لیفی و به‌هم‌پیوسته می سازند که به میسلیوم استحکام ساختاری و انعطاف‌پذیری می بخشد. کیتین همانند سلولز –پلی‌ساکارید رایج در صنعت نساجی – ماده‌ای غیرسمی و زیست‌تخریب‌پذیر است و در کنار گلوکان‌ها و پروتئین‌ها، به میسلیوم کمک می کند که به‌عنوان یک زیست‌ماده پایدار عمل نماید.

میسلیوم قارچ (mycelium) در واقع همان ریشه قارچ می‌باشد. میسلیوم شبکه‌ای متشکل از رشته‌های در هم پیچیده با نام هیف/هیفا (نخینه) (hyphae) می‌باشد که علاوه بر جذب مواد لازم برای رشد قارچ‌ها، به عنوان سیستم ارتباطی قارچ نیز عمل می‌کند.

رشته‌های میسلیوم اما بسیار پیشرفته تر از ریشه گیاهان است؛ ریشه گیاهان فقط مواد مغذی و آب را جذب و به گیاه انتقال می‌دهند، اما میسیلیوم علاوه بر انتقال آب و مواد غذایی، مواد عالی را تجزیه می‌کند و همچنین مانند رشته‌های عصبی، سیگنال‌های حاوی پیام ارتباطی بین قارچ‌ها را نیز انتقال می‌دهند.

هنگامی که میسلیوم تحت شرایط کاملاً کنترل‌شده و بر روی بسترهای آلی مانند پسماندهای کشاورزی، خاک‌اره، پوسته‌ها یا مواد لیگنوسلولزی رشد داده می‌شود، در سطح گسترش یافته و یک لایه یا توده‌ای درهم‌تنیده تشکیل می‌دهد. این ساختار قارچی سپس خشک، فشرده، قالب‌گیری و فرآوری شده و از آنها پارچه‌ یا مواد شبه‌چرم حاصل می شود که زیست‌تخریب‌پذیر و سازگار با محیط‌ زیست هستند.

برخلاف روش های متداول تولید چرم طبیعی که به دامداری، مواد شیمیایی سمی دباغی و فرایندهای پرمصرف آب متکی است، یا چرم مصنوعی که پایه پلاستیکی داشته و زیست‌تجزیه پذیر نیست، زیست‌پارچه‌های مبتنی بر میسلیوم با کمترین منابع رشد کرده و جایگزینی پایدار و همسو با اصول اقتصاد چرخشی برای چرم طبیعی و مصنوعی محسوب می شود.

زیست‌فناوری‌های نوآورانه و اقتصاد چرخشی

در پروژه MY-FI از دو فرایند تخمیر (fermentation processes) برای رشد میسلیوم استفاده شد. 

1)    در فرایند تخمیر در محیط مایع پویا (Dynamic liquid fermentation): فرایندی است که در آن میکروارگانیسم‌ها (مانند قارچ‌ها یا باکتری‌ها) در یک محیط مایع که به‌طور مداوم هم زده می‌شود رشد می‌کنند تا ترکیبات زیستی زیست‌توده تولید شوند.  در این پروژه از راکتورهای همزن دار برای رشد الیاف استفاده شد. پس از انجام یک فرایند قلیایی، ماده جامد جدا شده و در نتیجه آن ماده‌ای انعطاف‌پذیر و نیمه‌شفاف حاصل شد.

2)    فرایند تخمیر در محیط مایع سطحی (surface liquid fermentation): فرایندی است که در آن میکروارگانیسم‌ها (به‌ویژه قارچ‌ها) روی سطح محیط مایع و در تماس مستقیم با هوا رشد می‌کنند، و در کل حجم مایع غوطه ور نمی شوند. در این پروژه فرایند تخمیر قارچ ها تحت شرایط  معین در بسترمد نظر رشد کردند. سپس برداشت شده و خشک گردیدند، ماده باقیمانده ورقه‌های (شیت های) سفید و نرم میسلیوم خالص بود.

پرورش الیاف میسلیوم به این روش مزایای زیست‌محیطی فراوانی دارد. در فرایندهای تخمیر می‌توان از محصولات جانبی مختلف صنایع کشاورزی–غذایی یا حتی سایر صنایع، مانند پسماندهای نساجی و تفاله‌های تولیدشده در کارخانه‌های آبجوسازی، به‌عنوان خوراک استفاده کرد و بدین ترتیب به چرخش‌پذیری بین‌بخشی (Intersectoral circularity) کمک نمود. همچنین در طی فرایندهای تخمیر میزان انتشار گازهای گلخانه ای به حداقل می رسد و انرژی اندکی در طی آنها مصرف می شود. از آنجا ییکه تخمیر را به صورت محلی می‌توان انجام داد، لذا تولید نزدیک‌به‌بازار مصرف امکان‌پذیر است که باعث می شود هزینه‌های حمل‌ونقل کاهش یافته و زنجیره‌های تأمین کوتاه‌تر شوند.

با توجه به نتایج امیدبخش پروژه MY-FI ، سازگاری با بازار این محصول در آینده‌ نزدیک قابل پیش‌بینی است. فرایند تخمیر در محیط مایع سطحی که توسط شرکت SQIM انجام گرفت، مؤثرترین روش محسوب می گردد. پیاده‌سازی این  فرایند در مقیاس صنعتی محور اصلی تحقیق و بررسی ها در سال‌های آینده خواهد بود.

ویژگی‌ها و کاربردهای میسلیوم

مواد نسل جدید بر پایه میسلیوم یک دست، بادوام و دارای عملکرد بالا هستند. این مواد جایگزین ایده‌آل چرم در تولید محصولات لوکس صنعت مد به شمار می‌روند؛ محصولاتی مانند کیف پول، کمربند، کیف دستی، کفش و سایر اکسسوری ها. ماهیت این ماده همچنین آن را برای کاربرد در صنعت خودرو، از جمله در تولید روکش صندلی‌، تکیه گاه سر‌ و فرمان‌ بسیار مناسب می‌سازد.

پژوهش‌های MY-FI در حوزه تولید پارچه زیستی تنها آغاز راه است.  در صورتیکه گسترده تر و جامع تر به نقش قارچ‌ در بیواکونومی  پرداخته شود در می یابیم که عملاً هیچ محدودیتی در کاربردهای بالقوه آن‌ وجود ندارد. قارچ در بخش‌های مختلف از جمله داروسازی، پاکسازی زیستی (Bioremediation) و کشاورزی، و بسیاری حوزه‌های دیگر قابل کاربرد است.

مواد باکیفیت برپایه میسلیوم اکنون در حال ورود به بازار هستند. نوآوری‌هایی که در پروژه  MY-FI برای تولید مواد خام کاملاً زیست‌تجزیه پذیر با استفاده از محصولات جانبی کم‌ارزش مورد استفاده قرار گرفتند، نقطه آغاز تحول سبز در صنعت مد به شمار می‌آیند.

پارچه زیستی بر پایه میسلیوم چگونه تولید می‌شود؟

1.    انتخاب بستر (Substrate Selection) : مواد پایه آلی مانند خاک‌اره، پسماندهای کشاورزی، تفاله نیشکر یا خرده‌های کنف به‌عنوان بسترهای غنی از مواد مغذی برای رشد قارچ استفاده می شوند.

2.    تلقیح: (Inoculation) هاگ یا کشت میسلیوم به بستر اضافه می‌شوند تا فرایند کلونیزاسیون آغاز شود.

3.    رشد / کلونیزاسیون (Growth/Colonization): در محیط‌های کنترل‌شده (از نظر رطوبت، دما، اکسیژن و نور)، میسلیوم در بستر رشد کرده و با آن شبکه منسجمی تشکیل می دهد.

4.    قالب گیری یا شکل‌دهی: (Molding or Shaping) هم‌زمان با رشد میسلیوم می‌توان با استفاده از قالب‌هایی به شکل اندازه‌های مشخص پارچه، آن را به صورت ورقه‌های شبه‌چرم یا بافت‌های سه‌بعدی پیچیده فرم داد.

5.    خشک کردن و غیرفعال‌سازی  :(Drying & Deactivation) رشد میسلیوم از طریق خشک‌کردن، حرارت‌دهی یا تثبیت شیمیایی متوقف می‌شود و دیگر از نظر زیستی فعال نخواهد بود.

6.    تکمیل / کوتینگ (Finishing/Coating) :برای افزایش دوام، انعطاف‌پذیری و زیبایی ظاهری، فرایندهای تکمیل مانند وکس های طبیعی، پیگمنت های رنگی ‌ یا کوتینگ های زیست‌تجزیه پذیر را می توان انجام داد.

مزایای زیست‌پارچه‌های مبتنی بر میسلیوم

*زیست‌تجزیه پذیری و تأثیرات کم زیست‌محیطی

مواد خالص مبتنی بر میسلیوم ذاتاً زیست‌تخریب‌پذیر هستند. از آنجا که ماده پایه منشأ زیستی دارد، لذا تحت شرایط مناسب به محیط‌زیست باز می گردد، بدون آنکه ریزپلاستیک یا آلاینده‌های سمی بر جای بگذارد. این ویژگی، پارچه‌های میسلیومی را به گزینه‌ای ایده‌آل برای سیستم‌های مد چرخشی تبدیل می‌کند.

*انتشار کمتر گازهای گلخانه ای

برخلاف چرم حیوانی (که فرایند تولید آن شامل دامداری، انتشار متان و استفاده از مواد شیمیایی دباغی است)، کامپوزیت‌های میسلیومی به آب، انرژی و فرایندهای بسیار کمتری نیاز دارند. در نتیجه، ردپای کربنی آن‌ها به‌طور چشمگیری کاهش یافته و سازگاری بیشتری با اهداف اقلیمی دارند.

* چندکاربردی بودن و قابلیت تنظیم

میسلیوم قابلیت آن را دارد که طیف گسترده‌ای از بافت‌ها و خواص مکانیکی را داشته باشد. با تنظیم شرایط محیطی و عملیات پس از‌فرآوری (مانند خشک‌کردن، پرس کرده و کوتینگ)، این ماده می‌تواند بافتی نرم شبیه پارچه، ساختاری محکم مانند چرم، یا حتی کامپوزیت‌های نیمه‌سخت را بخود بگیرد.

* قابلیت ترکیب شدن با پسماند و اقتصاد چرخشی

میسلیوم روی پسماندهای کشاورزی و نساجی به‌خوبی رشد می‌کند و زیست‌توده دورریز را به مواد کاربردی در صنعت مد تبدیل می‌سازد. این مدل چرخشی، «پسماند» را به «منبع» تبدیل کرده، چرخه مواد را می‌بندد و اثرات دفن زباله را به حداقل می‌رساند.

چالش‌ها و موانع تولید پارچه زیستی از میسلیوم

اگرچه زیست‌الیاف مبتنی بر میسلیوم وعده‌های فراوانی در خود دارند، چالش‌های قابل توجهی در حال حاضر مانع از پذیرش گسترده و تجاری‌سازی آنها شده اند. درک این موانع برای ترسیم یک نقشه‌راه واقع‌بینانه برای توسعه‌ی آینده، امری حیاتی است.

•    تولید انبوه با کیفیت یکسان یک مانع بزرگ محسوب می‌شود. بسیاری از کاربردهای فعلی در مرحله نمونه اولیه یا تولید در مقیاس کوچک هستند که مانع از تحقق صرفه‌جویی ناشی از مقیاس می شوند.

•    هزینه‌های ثابت مانند استریلیزه کردن بستر کشت، اتاق‌های رشد با شرایط کنترل‌شده، اتاق‌های تمیز و تجهیزات پسا-پردازش، بر هزینه‌های سرمایه‌ای می‌افزایند.

•    چالش‌های لجستیکی مرتبط با افزایش حجم تولید (فضا، نگهداری، تضمین کیفیت) هزینه هر واحد را افزایش می‌دهد. از این رو در حال حاضر این مواد توان رقابت با الیاف مصنوعی را ندارد که در مقیاس انبوه تولید می شوند.

•    پژوهشگران اظهارداشته اند که مادامی که هزینه‌های ورودی (بستر کشت، انرژی، نیروی کار) به طور قابل توجهی کاهش نیابد، پذیرش گسترده این مواد با چالش مواجه خواهد بود.

مشکلات خواص مکانیکی

•    هم‌تراز کردن عملکرد مکانیکی مواد میسلیومی با چرم متداول یا منسوجات مهندسی‌شده کار ساده‌ای نیست:
o    استحکام پارگی، استحکام کششی، مقاومت سایشی و مقاومت در برابر سوراخ‌شدگی هنوز استانداردهای صنعتی را براورده نمی سازند.
o    انعطاف‌پذیری در چرخه‌های تکرارشونده، عمل آمدن تحت تابش فرابنفش/نور، پایداری حرارتی و مقاومت در برابر تغییرات رطوبت و دما همچنان در حال بررسی و مطالعه‌اند.

•    برخی کامپوزیت‌های میسلیومی ممکن است در مواجهه طولانی‌مدت با شرایط سخت ترک‌خورده، پوسته پوسته شدت و یا از بین  بروند.

•    دستیابی به رفتار مکانیکی یکنواخت در ورقه‌های بزرگ میسلیوم از نظر فنی همچنان چالش‌برانگیز است.

فرایندهای تکمیل و مواد افزودنی

برای افزایش دوام، مقاومت در برابر آب، رنگ‌پذیری یا ایجاد بافت در زیست‌پارچه‌های میسلیومی، اغلب از کوتینگ یا مواد افزودنی‌ استفاده می‌شود.

این تکمیل ها (از جمله استفاده از  پلیمرهای مصنوعی، رزین‌ها، رنگ‌ها و عوامل ایجادکننده پیوند عرضی (crosslinkers) می‌توانند زیست تجزیه پذیری ذاتی ماده را کاهش دهند. یافتن عوامل تکمیل نهایی که در عین زیست‌سازگار و زیست‌تخریب‌پذیر بودن بر عملکرد نیز تأثیر منفی نگذارند، یکی از محورهای فعال پژوهشی به شمار می‌رود. علاوه بر این، سازگاری بین ماتریس میسلیوم و عامل کوتینگ باید به‌دقت مدیریت شود تا بافت پوسته پوسته نشده یا ترک‌ نخورد.

نمونه هایی از دنیای مد

میسلیوم دیگر به آزمایشگاه‌ها محدود نیست. در سال‌های اخیر، این ماده راه خود را به صحنه‌های مد جهانی و خطوط تولید تجاری باز کرده است. در ادامه نمونه‌هایی معرفی می‌شوند که در آن‌ها زیست‌پارچه‌های قارچی با موفقیت به پوشاک قابل استفاده یا نمونه‌های مقیاس‌پذیر صنعتی تبدیل شده‌اند:

1. شرکت بیوتک ایتالیایی اسکوئیم (Sqim) در سال ۲۰۲۲، بالنسیاگا (Balenciaga) را به عنوان نخستین برند لوکس تولید شده از افی (Ephea)، جایگزین چرم بر پایه  میسلیوم، را راه اندازی نمود. پالتوی مشکی اورسایز Balenciaga که از افی ساخته شده بود، در نمایش هفته مد پاریس ارائه شد و جهشی نمادین برای ورود پارچه‌های قارچی به دنیای مد سطح بالا به شمار آمد. افی با استفاده از فناوری‌های تخمیر ثبت اختراع شده پرورش می یابد که امکان کنترل دقیق بافت و ضخامت را فراهم می سازند. افی استانداردهای سخت‌گیرانه زیست‌محیطی را برآورده می‌کند؛ این ماده فاقد پلاستیک بوده و زیست‌تخریب‌پذیر است.

2. مایکوورکس (MycoWorks)، شرکتی بیوتک است که در سنفرانسیسکو مستقر است. این شرکت در تولید میسیلیوم ظریف  پیشگام بوده است که شکل مهندسی‌شده‌ای از میسیلیوم محسوب می‌شود و از آن برای تولید ریشی (Reishi) استفاده نموده است. ریشی جایگزین لوکس برای چرم است که بر روی گیاه رشد می‌کند. برندهای لوکس از ریشی در تولید کلاه، کیف‌دستی، کیف پول و کالاهای چرمی کوچک استفاده کرده اند.  این محصول، حس، بافت و دوام چرم گوساله را القا می کند. در سال ۲۰۲۳، شرکت مایکوورکس یک کارخانه در کارولینای جنوبی راه‌اندازی کرد تا امکان توزیع تجاری وسیع‌تر را فراهم آورد.

3.شرکت بولت تریدز (Bolt Threads) ، شرکت بیومتریال آمریکایی، مایلو (Mylo) را تولید کرد. مایلو جایگزین چرم مبتنی بر میسلیوم است که بافتی نرم و انعطاف‌پذیر دارد. برندهای ذیل از مایلو در تولید محصولاتشان استفاده کرده اند.
*   استلا مک‌کارتنی (Stella McCartney) (کیف‌های دستی، بوستیر)
*   آدیداس (کفش مفهومی استن اسمیت (concept Stan Smith))
*   لولولِمون* (Lululemon) (زیرانداز (مت) یوگا، اکسسوری‌ها)

♦ منابع مرتبط :

https://cordis.europa.eu►

https://bangladeshtextilejournal.com►

https://hagg.ir►

♦ لینک اشتراک گذاری :

B2n.ir/nassajyar1923►

♦ مطالب پیشنهادی :

 - نصب و راه اندازی اولین دستگاه بسته بندی اتوماتیک بوبین نخ در شرکت صنایع نساجی ایرانیان مهر سپاهان

 - فیلم نصب و راه‌اندازی 10 دستگاه بافندگی رپیری WL808 وانلی در بوشهر

.

.

لطفاً ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید.