فیبریل ها، نمونه‌ای از نانوذرات کاربردی تولیدشده در طبیعت

مدت سه سال از آغاز همکاری پژوهشگران مؤسسه کاغذ و فیبر( PFI ) در تروندهایم و دانشمندانی از مؤسسات SINTEF و NTNU در رابطه با تحقیقی بنیادین بر روی نانوذرات فیبریل موجود در طبیعت ‌ـ‌که با حمایت مالی انجمن تحقیقاتی نروژ صورت گرفته‌ـ می‌گذرد. سرپرستی این گروه تحقیقاتی را دو نفر به نام‌های Svverud و Stenius بر عهده دارند.

فیبریل‌ها یکی از کوچک‌ترین واحدهای ساختمانی موجود در طبیعتند که می‌توان ادعا کرد که میلیون‌ها عدد از آنها در کاغذ وجود دارند. این نانوذرات در طبیعت با استفاده از نور خورشید، هوا و آب، در تمامی درختان در حال رشد، مرتباً ساخته می‌شوند و از لحاظ استقامت با نانولوله‌های کربنی قابل مقایسه نیستند( نانولوله‌های کربنی با داشتن وزنی معادل یک دهم فولاد، ده برابر آن قدرت ارتجاعی دارند )؛ ولی به اندازه‌ای استحکام دارند که بتوان آنها را در ساخت پلاستیک‌ها به کار برد. ساختمان آنها میله‌ای، مقاوم و بسیار کوچک است و از مولکول‌های قندی طویلی به نام سلولز تشکیل شده‌اند که همانند بسته‌هایی کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. آرایش همین مولکول‌های بسته‌ای‌شکل است که دیواره سلول‌های چوبی‌شده تنه درخت را تشکیل می‌دهد.

این امکان وجود دارد که بتوان فیبریل‌ها را از این سلول‌های چوبی جدا کرد و به عبارتی دیگر این مجموعه‌های مولکولی نانومتری را استخراج نمود؛ ولی انجام این کار هزینه زیادی دارد. همینک دانشمندان در آزمایشگاه‌های مختلف‌ـ از جمله این گروه تحقیقاتی در تروندهایم‌ـ در تلاشند تا این فرایند را از لحاظ قیمت و انرژی مصرفی مقرون‌به‌صرفه سازند؛ ولی باید در نظر داشت که انجام این کار ساده نیست، زیرا برای ساخت این سلول‌های چوبی در طبیعت انرژی زیادی صرف شده‌است و حال باید این انرژی را دوباره برای استخراج اجزای سلولی( فیبریل‌ها) به سلول‌ها بازگرداند؛ اما محققان معتقدند که به‌دلیل ویژگی‌هایی که فیبریل‌ها دارند، بررسی در این زمینه ارزشمند است.

یکی از این ویژگی‌ها این است که چون فیبریل‌ها در مقایسه با قطرشان طول زیادی دارند و می‌توانند در مقابل نیروهای وارده از خود انعطاف‌پذیری نشان دهند، از استحکام مطلوبی نیز برخوردارند و با توجه به همین ویژگی می‌توان از آن در ساخت پلاستیک‌ها و یا حتی به عقیده برخی از محققان، در ساخت اجزای خودرو استفاده کرد. محققان مؤسسه PFI امیدوارند تا بتوانند از فیبریل‌ها برای ساخت پلیمرهای زیستی ‌ـ که به صورت طبیعی از فرآورده هایی چون نشاسته ی ذرت به دست می‌آیند‌ـ نیز استفاده کنند. هدف از این کار ایجاد ساختارهای مرکبی است که چرخه‌شان در طبیعت کمترین اثر تخریبی را بر روی محیط زیست داشته باشد، علاوه بر این فیبریل‌ها می‌توانند برخی از ویژگی‌های این بیوپلیمر ها را بهبود بخشند و از این طریق با یک طراحی مناسب می‌توان از آن به‌عنوان الگویی برای نازک‌تر کردن دیواره فراورده‌های قالبی‌شکل استفاده کرد و مواد اولیه کمتری مصرف کرد. گروه دیگری از محققان نیز در پژوهشی هماهنگ با این پروژه تحقیقاتی، مشغول بررسی این مطلبند که از طریق ایجاد تغییر در سطوح فیبریل‌ا، آنها را با ماتریکس پلاستیک سازگارتر نمایند.

ویژگی دیگر این فیبریل‌هاداشتن سطوحی است که به‌راحتی می‌توان گروه‌های فعال دیگر را بر روی آنها متصل نمود. دانشمندان با استفاده از این ویژگی توانسته‌اند یک ماده شیمیایی باکتریوسید(کشنده باکتری) را به‌صورت محکمی به فیبریل‌ها متصل نمایند؛ از این روی این ایده شکل گرفته‌است که می‌توان از فیبریل‌ها در ساخت ظروف بسته‌بندی مواد غذایی و یا فیلترهای آب به‌منظور جلوگیری از آلودگی میکروبی استفاده نمود.

فهرست موارد احتمالی کاربرد فیبریل‌ها که تاکنون مطرح شده طولانی است و بخش وسیعی از شاخه‌های صنعت را شامل می‌گردد و هنوز هم جای تحقیق در این زمینه وجود دارد؛ اما یکی از مشکلاتی که هنوز هم توجه محققان را در این زمینه به خود مشغول داشته، کنترل پراکنش اندازه فیبریل‌ها در هنگام استخراج است.

دو روش مکانیکی متفاوت امروزه برای استخراج فیبریل‌ها از سلول‌های چوبی استفاده می‌شود: به کاربردن آسیاب و یا نازل، که هر دوی این روش‌ها فشار زیادی را ایجاد می‌نمایند و انرژی زیادی مصرف می‌کنند. همان طور که گفته شد، محققان در تلاشند تا راهی برای مقرون‌به‌صرفه کردن این فرایند بیابند و از این راه بتوانند هم محصولات مورد نظر خود را از فیبریل‌ها بسازند و هم از این نانوذرات به‌عنوان منبعی تجدیدپذیر و ارزان سلولزـ برای تأمین مصارف صنعتی‌ـ استفاده نمایند.