تولید و ارزیابی آیروژل نانوکامپوزیتی بر پایه نانوفیبریل‌های سلولزی و پروتئینی

Abstract

سابقه و هدف: زیست نانوکامپوزیتها گروهی از نانوکامپوزیتهای پلیمری هستند که از ترکیب پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر و جامدات غیرآلی تشکیل شده‌اند و حداقل یکی از ابعادشان در حد نانومتر است. آیروژل‌ها، موادی با ساختار شبکه‌ای سه‌بعدی حاوی حفره‌های به‌هم‌پیوسته و متشکل از ترکیب مواد مختلف هستند. این مواد به دلیل ویژگی‌های بسیار جالب‌توجهی نظیر سطح مخصوص، منافذ زیاد، و چگالی بسیار کم خواص جالب‌توجه و مصارف پرکاربردی در علوم مختلف دارند. در این پژوهش، آیروژل‌های نانوکامپوزیتی زیست‌سازگار از مواد غیرسمی و تجدیدپذیر که اغلب محصولات جانبی صنایع لبنی و ضایعات کشاورزی هستند تولید شده‌اند. این آیروژل‌های زیست نانوکامپوزیتی، حاوی مقادیر فراوان پلی‌ساکارید و پروتئین بوده و به دلیل ماهیت غیرسمی، تجدیدپذیری و زیست‌تخریب‌پذیری، کاربردهای گسترده‌ای در مصارف مختلف دارند. مواد و روش‌ها: در این مطالعه چند نوع آیروژل نانوکامپوزیتی متشکل از ترکیب نانوفیبریل‌های سلولزی، کیتوسان و نانوفیبریل پروتئینی با استفاده از خشک‌کن انجمادی تهیه شده و سپس با استفاده از روش‌های آنالیزی متعدد محتویات این آیروژل‌ها مورد بررسی و تأیید قرار گرفت. در نهایت کارایی این آیروژل‌ها در حذف رنگزای آزو از آب، بر روی یک مدل رنگزای آنیونیکی ارزیابی گردید.یافته‌ها: آیروژل‌های سه‌جزئی فوق‌سبک (mg cm-3 15) و بسیار متخلخل (۹۱/۹۸ درصد)، با موفقیت تولید شدند. در این آیروژل‌ها از نانوالیاف سلولزی به‌عنوان تقویت‌کننده و کیتوسان و نانوفیبریل‌های پروتئینی به‌عنوان بهبوددهنده استفاده گردید. نتایج آزمون نشر تیوفلاوین-تی بر روی آیروژل‌های نانوکامپوزیتی با نسبت‌های ترکیب مختلف، وجود فیبریل‌های پروتئینی را تأیید می‌نماید. به‌طورکلی در آیروژل‌های دوجزئی نانوالیاف سلولزی/پروتئین، با کاهش جزء سلولز و افزایش جزء پروتئین تا ۹۰ درصد استحکام در حالت تر کاهش می‌یابد. درحالی‌که آیروژل‌های سه‌جزئی (حتی در حالتی که جزء پروتئین بیشترین مقدار را نسبت به کیتوسان داشت)، علاوه بر بهره‌وری از ثبات ابعادی و پایداری بسیار خوب در آب، در حذف رنگزای آنیونیکی نیز عملکرد بسیار مؤثری نشان دادند. نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش نشان می‌دهد افزودن مواد پرکنندة طبیعی نظیر نانوالیاف سلولزی، تأثیر بسزایی در تقویت خواص مکانیکی آیروژل کیتوسان و نانوفیبریل پروتئینی دارد. ساختار بسیار متخلخل آیروژل سه‌جزئی متشکل از مقادیر بهینه نانوفیبریل‌های سلولزی، کیتوسان و نانوفیبریل‌های پروتئینی است که پس از فرایند خشک‌شدن در دستگاه خشک‌کن انجمادی با برقراری پیوندهای یونی و هیدروژن میان اجزا به‌خوبی حاصل شده است. با ارزیابی نتایج پایداری و جذب آب آیروژل‌های کامپوزیتی می‌توان آیروژل‌های حاوی ۵۰ درصد سلولز و نسبت‌های برابر کیتوسان/نانوفیبریل‌های پروتئینی را به‌عنوان نمونه‌های مطلوب برای ادامه مطالعات در نظر گرفت. لازم به ذکر است، کلیه آیروژل‌های سه‌جزئی حاوی نانوفیبریل‌های پروتئینی با گنجایش جذب حداکثر mg g-1 70 و بازدهی100 درصد رنگزای کنگو رد را جذب نمودند.واژه‌های کلیدی: آیروژل، نانوفیبریل‌های سلولزی، کیتوسان، نانوفیبریل‌های پروتئینی

Keywords

• آیروژل
• نانوفیبریل‌های سلولزی
• کیتوسان
• نانوفیبریل‌های پروتئینی