توليد و ارزيابي آيروژل نانوكامپوزيتي بر پايه نانوفيبريل‌هاي سلولزي و پروتئيني

سابقه و هدف: زيست نانوكامپوزيت ها گروهي از نانوكامپوزيت هاي پليمري هستند كه از تركيب پليمرهاي زيست‌تخريب‌پذير و جامدات غيرآلي تشكيل شده‌اند و حداقل يكي از ابعادشان در حد نانومتر است. آيروژل‌ها، موادي با ساختار شبكه‌اي سه‌بعدي حاوي حفره‌هاي به‌هم‌پيوسته و متشكل از تركيب مواد مختلف هستند. اين مواد به دليل ويژگي‌هاي بسيار جالب‌توجهي نظير سطح مخصوص، منافذ زياد، و چگالي بسيار كم خواص جالب‌توجه و مصارف پركاربردي در علوم مختلف دارند. در اين پژوهش، آيروژل‌هاي نانوكامپوزيتي زيست‌سازگار از مواد غيرسمي و تجديدپذير كه اغلب محصولات جانبي صنايع لبني و ضايعات كشاورزي هستند توليد شده‌اند. اين آيروژل‌هاي زيست نانوكامپوزيتي، حاوي مقادير فراوان پلي‌ساكاريد و پروتئين بوده و به دليل ماهيت غيرسمي، تجديدپذيري و زيست‌تخريب‌پذيري، كاربردهاي گسترده‌اي در مصارف مختلف دارند. مواد و روش‌ها: در اين مطالعه چند نوع آيروژل نانوكامپوزيتي متشكل از تركيب نانوفيبريل‌هاي سلولزي، كيتوسان و نانوفيبريل پروتئيني با استفاده از خشك‌كن انجمادي تهيه شده و سپس با استفاده از روش‌هاي آناليزي متعدد محتويات اين آيروژل‌ها مورد بررسي و تأييد قرار گرفت. در نهايت كارايي اين آيروژل‌ها در حذف رنگزاي آزو از آب، بر روي يك مدل رنگزاي آنيونيكي ارزيابي گرديد. يافته‌ها: آيروژل‌هاي سه‌جزئي فوق‌سبك (mg cm^-3 15) و بسيار متخلخل (۹8/۹1 درصد)، با موفقيت توليد شدند. در اين آيروژل‌ها از نانوالياف سلولزي به‌عنوان تقويت‌كننده و كيتوسان و نانوفيبريل‌هاي پروتئيني به‌عنوان بهبوددهنده استفاده گرديد. نتايج آزمون نشر تيوفلاوين-تي بر روي آيروژل‌هاي نانوكامپوزيتي با نسبت‌هاي تركيب مختلف، وجود فيبريل‌هاي پروتئيني را تأييد مي‌نمايد. به‌طوركلي در آيروژل‌هاي دوجزئي نانوالياف سلولزي/پروتئين، با كاهش جزء سلولز و افزايش جزء پروتئين تا ۹۰ درصد استحكام در حالت تر كاهش مي‌يابد. درحالي‌كه آيروژل‌هاي سه‌جزئي (حتي در حالتي كه جزء پروتئين بيشترين مقدار را نسبت به كيتوسان داشت)، علاوه بر بهره‌وري از ثبات ابعادي و پايداري بسيار خوب در آب، در حذف رنگزاي آنيونيكي نيز عملكرد بسيار مؤثري نشان دادند. نتيجه‌گيري: نتايج اين پژوهش نشان مي‌دهد افزودن مواد پركننده طبيعي نظير نانوالياف سلولزي، تأثير بسزايي در تقويت خواص مكانيكي آيروژل كيتوسان و نانوفيبريل پروتئيني دارد. ساختار بسيار متخلخل آيروژل سه‌جزئي متشكل از مقادير بهينه نانوفيبريل‌هاي سلولزي، كيتوسان و نانوفيبريل‌هاي پروتئيني است كه پس از فرايند خشك‌شدن در دستگاه خشك‌كن انجمادي با برقراري پيوندهاي يوني و هيدروژن ميان اجزا به‌خوبي حاصل شده است. با ارزيابي نتايج پايداري و جذب آب آيروژل‌هاي كامپوزيتي مي‌توان آيروژل‌هاي حاوي ۵۰ درصد سلولز و نسبت‌هاي برابر كيتوسان/نانوفيبريل‌هاي پروتئيني را به‌عنوان نمونه‌هاي مطلوب براي ادامه مطالعات در نظر گرفت. لازم به ذكر است، كليه آيروژل‌هاي سه‌جزئي حاوي نانوفيبريل‌هاي پروتئيني با گنجايش جذب حداكثر mg g^-1 70 و بازدهي100 درصد رنگزاي كنگو رد را جذب نمودند.