محققان شرکت میتسوبیشی کمیکال با همکاری پژوهشگرانی از RMIT و دانشگاه متروپولیتن توکیو با الهام از بال‌های کشنده باکتری در حشراتی مانند سیکادا، یک بافت ضدباکتری طبیعی را برای استفاده در بسته‌بندی مواد غذایی ارائه کردند.
تقلید از بال حشرات برای ایجاد بسته‌بندی‌های ضدباکتری
این فناوری برای بهبود ماندگاری و کاهش ضایعات ایجاد صنعت بسته‌بندی مواد غذایی قابل استفاده است. نانوبافت ساخته شده در آزمایشگاه توسط تیمی از دانشمندان استرالیایی-ژاپنی تا ۷۰ درصد از باکتری‌ها را از بین می‌برد و کارایی خود را در صورت انتقال به پلاستیک حفظ می‌کند.
بیش از ۳۰ درصد مواد غذایی تولید شده برای مصرف انسان تبدیل به زباله می‌شود و در صورت تشخیص رشد باکتری، کل محموله‌ها معدوم می‌شوند. این تحقیق زمینه را برای کاهش قابل توجه ضایعات، به ویژه در صادرات گوشت و لبنیات، و همچنین افزایش ماندگاری و بهبود کیفیت، ایمنی و یکپارچگی مواد غذایی بسته‌بندی شده در مقیاس صنعتی فراهم می‌کند.
النا ایوانوا از دانشگاه RMIT گفت که تیم تحقیقاتی آنها با موفقیت یک پدیده طبیعی را بر روی یک ماده مصنوعی، پلاستیک، اعمال کرده است. او گفت: «از بین بردن آلودگی‌های باکتریایی گام بزرگی در افزایش ماندگاری مواد غذایی است.»
النا ایوانوا می‌گوید: «ما می‌دانستیم بال‌های سیکادا و سنجاقک‌ها کشنده بسیار کارآمد باکتری‌ها هستند و می‌توانند به یک راه‌حل در صنعت بسته‌بندی ختم شود، اما تقلید از طبیعت برای استفاده صنعتی همیشه یک چالش است. ما اکنون نانوبافتی ایجاد کرده‌ایم که اثر تخریب باکتری بال‌های حشرات را تقلید می‌کند و زمانی که روی پلاستیک چاپ می‌شود خاصیت ضدباکتری دارد. این نتایج یک گام بزرگ به سوی فناوری حل بسته‌بندی طبیعی، غیر شیمیایی و ضد باکتری برای صنایع غذایی و تولیدی است.»
نتایج این تحقیق که در نشریه ACS Applied Nano Materials منتشر شده است، نتیجه همکاری RMIT، دانشگاه متروپولیتن توکیو و مؤسسه KAITEKI متعلق به شرکت میتسوبیشی کمیکال (Mitsubishi Chemical) است. در سال ۲۰۱۵، استرالیا ۳٫۱ میلیارد دلار مواد غذایی و کشاورزی به ژاپن صادر کرد که آن را به پنجمین صادرکننده بزرگ این محصولات به این کشور تبدیل کرده است.
بال‌های سنجاقک و سیکادا توسط مجموعه وسیعی از نانوستون‌ها، خوشه‌هایی به اندازه سلول‌های باکتری، پوشانده شده‌اند. هنگامی که باکتری ها روی بال این حشرات مستقر می شوند، این نانوستون‌ها سلول‌ها را از هم جدا می کند و غشاء آنها را پاره کرده و در نهایت باکتری‌ها را می کشد. ایوانووا گفت: «این فرآیند همانند کشیدن یک دستکش لاتکس است. همانطور که به آرامی کشیده می شود، ضعیف ترین نقطه لاتکس نازک تر شده و در نهایت پاره می‌شود.»
تیم ایوانووا نانوبافت خود را با تکثیر نانو ستون‌های موجود روی بال حشرات و توسعه نانوالگوهای خود ساختند. برای ارزیابی توانایی ضد باکتریایی این الگو، سلول‌های باکتری در مرکز میکروسکوپی و میکروآنالیز کلاس جهانی RMIT بررسی شدند. بهترین الگوهای ضدباکتریایی با تیم ژاپنی به اشتراک گذاشته شد تا راهی برای بازتولید الگوها روی پلیمر پلاستیکی ایجاد کردند.
در استرالیا، تیم ایوانووا نانوالگوهای پلاستیکی را آزمایش کردند و نمونه‌ای را پیدا کردند که بهترین عملکرد را روی بال‌های حشرات داشت، و در عین حال ساخت آنها نیز آسان‌تر است. ایوانووا گفت که کار با پلاستیک به دلیل انعطاف‌پذیری آن نسبت به سایر مواد مانند سیلیکون و فلزات دشوارتر است. او گفت: «نانو بافت ایجاد شده در این مطالعه زمانی که روی پلاستیک سفت و سخت استفاده می‌شود، ساختار و عملکرد خود را حفظ می‌کند. چالش بعدی ما تطبیق این فناوری برای استفاده در پلاستیک‌های نرم‌تر است.»
از زمانی که ایوانووا و همکارانش یک دهه پیش ماهیت کشنده باکتری بال‌های حشرات را کشف کردند، در حال طراحی نانوالگوی بهینه برای مهار قدرت کشتن باکتری و استفاده از آن بر روی طیف وسیعی از مواد بوده‌اند. تا همین اواخر، یافتن فناوری مناسب برای بازتولید این نانوبافت در مقیاسی مناسب برای ساخت دشوار بود.
اما اکنون این فناوری برای افزایش مقیاس و اعمال خواص ضد باکتریایی در بسته بندی، در میان طیف وسیعی از کاربردهای بالقوه دیگر، مانند تجهیزات حفاظت شخصی، وجود دارد.
تحقیقات جدید آنها بر اساس یک مطالعه در سال ۲۰۲۰ طراحی شده که روی استفاده از نانومواد الهام گرفته از حشرات برای مبارزه با ابر میکروب‌ها متمرکز بوده است. این تیم مشتاق به همکاری با شرکای بالقوه در مرحله بعدی تحقیق است.
