اختصاصی بسپار/ زیستبسپاری گیاهی که در آب شور تجزیه میشود؛ گام تازه ژاپن برای مهار بحران ریزپلاستیک ها
گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ایران پلیمر گروهی از پژوهشگران ژاپنی از زیستبسپاری نوآورانه رونمایی کردهاند که میتواند معادلات مقابله با آلودگی ریزپلاستیکها (Microplastic) را تغییر دهد. این مادهی تازه که از سلولز اصلاحشدهی گیاهی ساخته شده، نهتنها استحکام و انعطافپذیری زیادی دارد، بلکه در محیطهای طبیعی، بهویژه آب شور، بهسرعت تجزیه میشود و اثری از ریزپلاستیکهای ماندگار برجای نمیگذارد؛ موضوعی که سالها یکی از ضعفهای اصلی بسپارهای زیستتخریبپذیر بوده است.
این زیستبسپار جدید از کربوکسیمتیل سلولز (Carboxymethyl Cellulose – CMC) حاصل از خمیر چوب و عوامل پیونددهندهی ایمن ساخته شده است. CMC یکی از مشتقات شناختهشده و زیستتخریبپذیر سلولز به شمار میرود که بهطور گسترده در صنایع غذایی و دارویی نیز کاربرد دارد. ترکیب این مادهی پایه با یک سامانهی پیونددهی نوآورانه، بسپاری ایجاد کرده که هم مقاوم است و هم در شرایط طبیعی بهسرعت فرو میپاشد.
رهبری این پژوهش را Takuzo Aida، پژوهشگر مرکز Riken Center for Emergent Matter Science (CEMS) در ژاپن بر عهده داشته و نتایج آن در نشریهی Journal of the American Chemical Society منتشر شده است. Aida در توضیح اهمیت این دستاورد به یک واقعیت بنیادین اشاره میکند: طبیعت هر سال حدود یک تریلیون تن سلولز تولید میکند. به گفتهی او، بهرهگیری هوشمندانه از این منبع فراوان طبیعی، امکان ساخت بسپاری را فراهم کرده که هم انعطافپذیر و مقاوم است و هم در اقیانوسها بهطور ایمن تجزیه میشود؛ فناوریای که میتواند نقش مهمی در حفاظت از زمین در برابر آلودگی بسپاری ایفا کند.
بحران ریزپلاستیکها به یکی از جدیترین چالشهای زیستمحیطی دهههای اخیر تبدیل شده است. این ذرات بسیار ریز، با اندازهای کمتر از پنج میلیمتر، اکنون در آبها، خاک، زنجیرههای غذایی و حتی بافت بدن انسان شناسایی شدهاند. اگرچه بسپارهای زیستتخریبپذیر بهعنوان راهحل معرفی شدهاند، اما بسیاری از آنها در محیطهای دریایی بهطور کامل تجزیه نمیشوند و خود به منبع تازهای از ریزپلاستیک بدل میگردند. نوآوری گروه Aida دقیقا به این نقطهی ضعف پاسخ میدهد.
این گروه پیشتر نوعی بسپار فوقمولکولی معرفی کرده بود که ظرف چند ساعت در آب شور حل میشد و هیچ ریزپلاستیکی بر جای نمیگذاشت. با این حال، آن ماده برای تولید در مقیاس صنعتی چندان عملی نبود. زیستبسپار جدید که با نام CMC Supramolecular Plastic یا CMCSP شناخته میشود، نسخهی تکاملیافتهی آن ایده است و با استفاده از مواد تاییدشده و زیستتخریبپذیر، مسیر را برای کاربردهای واقعی هموار کرده است.
نقطهی کلیدی این نوآوری، افزودن یونهای گوانیدینیوم پلیاتیلنایمین (Polyethylene-imine guanidinium ions) با بار مثبت به ساختار CMC است. این یونها شبکهای از پیوندهای عرضی ایجاد میکنند که بهواسطهی «پلهای نمکی» برگشتپذیر کنار هم نگه داشته میشوند. زمانی که این بسپار در معرض آب شور قرار میگیرد، این پلهای نمکی میشکنند و ساختار بسپار بهطور کنترلشده فرو میپاشد. به این ترتیب، تجزیه بدون تولید ریزپلاستیکهای پایدار انجام میشود.
برای رفع شکنندگی اولیهی ماده، پژوهشگران از کلرید کولین (Choline Chloride) بهعنوان نرمکننده استفاده کردهاند؛ مادهای که بهعنوان افزودنی غذایی مورد تایید FDA است. این افزودن هوشمندانه به این گروه اجازه داده است میزان انعطافپذیری بسپار را بهدقت تنظیم کند، بهگونهای که طیفی از بافتها، از حالت سخت و شیشهمانند تا کشسان، قابل دستیابی باشد. چنین دامنهای از خواص مکانیکی، کاربردپذیری ماده را بهطور چشمگیری میافزاید.
از نظر فنی، این زیستبسپار قابلیت تبدیل به فیلمهای بسیار نازک را دارد؛ بهطوری که فیلمهایی با ضخامت تنها ۰.۰۷ میلیمتر با آن تولید شدهاند که استحکامی همتراز با بسپارهای متداول نفتپایه دارند. نکتهی مهم دیگر، حفظ ترانمایی (Transparency)، فرایندپذیری و بازیافتپذیری این ماده است؛ ویژگیهایی که آن را برای کاربردهایی چون بستهبندی، تجهیزات پزشکی و کالاهای مصرفی مناسب میکند.
به گفتهی Aida، اگرچه پژوهشهای پیشین بیشتر جنبهی مفهومی داشتند، اما این دستاورد جدید نشاندهندهی یک طراحی عملی و مقیاسپذیر است. استفاده از مواد اولیهی ارزان و در دسترس، در کنار کارکرد زیستمحیطی برجسته، CMCSP را به گزینهای جدی برای کاهش پسماندهای بسپاری و حفاظت از زیستبومهای دریایی تبدیل میکند.
در مجموع، این نوآوری ژاپنی را میتوان گامی مهم در مسیر زیستپایداری (Sustainability) دانست؛ گامی که نشان میدهد با اتکا به منابع طبیعی و طراحی مولکولی هوشمندانه، میتوان بسپارهایی ساخت که هم پاسخگوی نیازهای صنعتی باشند و هم بار آلودگی از دوش محیطزیست بردارند.
