الیاف پلیمری حاصل از تخمیر پروتئین

ترجمه: آزاده موحد

 الیاف پلیمری مصنوعی دارای کاربردهایی هستند که با استفاده از الیاف طبیعی دست یافتن به آن ها ممکن نبود. 

به گزارش سرویس اطلاع‌رسانی نساجی امروز، استفاده از الیاف پلیمری مصنوعی به دلیل فاکتورهایی چون هزینه، راحتی فرایند و تنوع در کاربرد در بخش های مختلفی از زندگی روزمره ما به چشم می خورد.

با این وجود منشا این پلیمرها منابع نفتی می باشد که محدود است. علاوه بر آن پلیمرهای مصنوعی ضمن استحکام بسیار بالا در پایان عمر مفید خود مشکلاتی به همراه دارند.

در حال حاضر کمپانی ژاپنی Spiber، فعال در عرصه بیوتکنولوژی در جستجوی راهی برای مهار پتانسیل بیوتکنولوژی در جهت خلق مواد اولیه صنعتی به شیوه ای متناسب با اقتصاد گردشی می باشد.

پلیمرهای پروتئینی

طبیعت همواره از پلیمرهای پروتئینی به عنوان مواد اولیه کارکردی و ساختاری استفاده کرده است. الیاف پروتئینی طبیعی مانند کراتین(برای مثال پشم) و ابریشم صدها سال است که مورد استفاده انسان قرار می گیرند.

البته پروتئین های طبیعی تنها زیرمجموعه ای از مواد اولیه پروتئینی هستند که می توان از واحدهای ساختاری آمینو اسید تهیه کرد. کمپانی اسپایبر با الهام از طبیعت در حال توسعه پلیمرهای پروتئینی جدید و رفع نیازهای موجود در بازار می باشد.

این کمپانی که در سال 2007 تاسیس شده، پلتفورم کاملی از طراحی و تولید را ایجاد کرده است که این امکان را برای ما فراهم می کند تا با یک ایده اولیه شروع و یک پروتئین پلیمری تهیه کنیم.

آن ها با الهام از مواد اولیه پروتئینی طبیعی مانند ابریشم عنکبوت، پلیمر را از روی اطلاعات درون ژن آن طراحی کرده اند. با استفاده از میکروب فرایند تخمیر در ماده اولیه پلیمری خام انجام می شود. پس از آن پلیمر خام تصفیه شده و با انجام فرایند بر روی آن به مواد اولیه ای نظیر الیاف یا پلاستیک تبدیل می شود(شکل 1).

شکل1-مواد اولیه به دست آمده از پروتئین تخمیر شده: الیاف پروتئینی، فیلم، پلاستیک و سایر مواد اولیه تولید شده به روش اختصاصی تخمیر کمپانی اسپایبر.

مواد اولیه حاصل از تخمیر پروتئین ( .پروتئین تخمیر شده یا Brewed Protein نشان تجاری مخصوص کارخانه اسپایبر است.) از پروتئین های ساختاری تولید شده به روش تخمیر میکروبی، تهیه می شوند. ترکیبات پلیمر پروتئینی اسپایبر در سطح ملکولی قابل تغییر است و خواص آن نیز با توجه به کاربرد نهایی آن قابل تنظیم می باشد.

برای تولید الیاف از پروتئین تخمیر شده روش صنعتی ریسندگی محلول به کار گرفته شده است(شکل 2، سمت چپ). می توان با تغییر پارامترهای فرایند و یا ترکیبات شیمیایی خود پلیمر، خواص الیاف و نخ را به دلخواه تغییر داد. پس از این مرحله با استفاده از ماشین های نساجی استاندارد می توان نخ های فیلامنتی را به الیاف استیپل، نخ های ریسیده شده، پارچه های تاری پودی و کشباف تبدیل کرد.

پوشاک و خودرو

کمپانی اسپایبر در حال حاضر بر روی استفاده از پروتئین تخمیر شده در بخش پوشاک و خودروسازی تمرکز کرده است. 

اسپایبر در بخش خودروسازی با کمپانی Kojima Press همکاری و مواد اولیه با کارایی بالای خود نظیر کامپوزیت های لیفی SMC(نوعی پلاستیک تقویت شده با الیاف شیشه) را برای استفاده در خودرو عرضه کرده است(شکل2، سمت راست). به گزارش سرویس اطلاع‌رسانی نساجی امروز، آن ها همچنین در بخش پوشاک نیز همکاری نزدیکی با کمپانی Goldwin داشته و الیاف و نخ هایی را که برای استفاده در پوشاک مناسب هستند، تامین کرده اند. 

شکل2-نخ های تهیه شده از پروتئین تخمیر شده(سمت چپ) که با استفاده از فرایند اسپایبر برای استفاده در بخش پوشاک و خودروسازی(سمت راست) تولید شده اند.

استفاده از اجزای سبک تر در خودروسازی باعث افزایش کارایی وسیله نقلیه می شود ضمن این که عملکرد ماده اولیه نیز باید حفظ شود. در بخش پوشاک نیز استفاده از پلیمرهای طبیعی به جای پلیمرهای مصنوعی ضمن حفظ ویژگی های محصول می تواند نگرانی های مربوط به پایان عمر مفید محصول را به ویژه در بازار فست فشن از بین ببرد.

از پروتئین تخمیر شده می توان به عنوان ماده اولیه در هر دو بخش پوشاک و خودروسازی استفاده کرد. 

اسپایبر با همکاری کمپانی گولدوین دو محصول را که حاوی پروتئین تخمیر شده است با برند North Face در ژاپن عرضه کرده است. تی شرت Planetary Equilibrium(شکل 3، سمت چپ) از نخ ریسیده شده متشکل از ترکیب پنبه و پروتئین تخمیر شده تهیه می شود و هدف از تهیه آن نشان دادن تعادل بین گونه های زیستی متنوع در زمین می باشد.

شکل 3-تی شرت Planetary Equilibrium(سمت چپ) و Moon Parka(سمت راست) که حاوی الیافپروتئینی تخمیر شده هستند .

محصول دیگر Moon Parka بوده که به صورت یک کاپشن طراحی شده است(شکل 3، سمت راست). قسمت بیرونی کاپشن از پارچه تاری پودی صد در صد تهیه شده از پروتئین تخمیر شده تشکیل می شود که دارای یک لایه ضد آب و Clean Down(یک محصول کرکی ویژه تولید کمپانی Kawada Feather) نیز هست.

کمپانی اسپایبر برای برآورده ساختن نیازهای کاربردی مختلف از الیافی که دارای دو ترکیب متفاوت از پروتئین تخمیر شده هستند، استفاده می کند. از آن جایی که پارچه تی شرت با پوست بدن در تماس است پس باید حس نرمی و راحتی به شخص بدهد. کاپشن هم چون در فضاهای بیروی مورد استفاده قرار می گیرد باید در برابر شرایط آب و هوایی مقاوم باشد و از شخص محافظت کند.

در تی شرت الیاف پروتئینی تخمیر شده را با پنبه با کیفیت بالا ترکیب کرده ایم تا به نوعی کامل کننده آن باشد. نخ به دست آمده با این روش باعث ایجاد زیردستی نرم و لطیف در پارچه های سنگین می شود.

در مورد کاپشن هم یک پلیمر پروتئینی آبگریز طراحی شده است که پس از ریسندگی و بافندگی با استانداردهای گولدوین از نظر کیفیت ماده اولیه مورد نیاز برای قسمت بیرونی لباس مطابقت دارد. در نتیجه کاپشن جدید برای استفاده در فضاهای بیرونی در فصل زمستان و همچنین خیابان های توکیو مناسب است. 

کمپانی اسپایبر علاوه بر گولدوین با طراح اوت کوتور ژاپنی، یوئیما ناکازاتو نیز همکاری داشته است.به گزارش سرویس اطلاع‌رسانی نساجی امروز،  ابریشم عنکبوت طبیعی در آب دچار جمع شدگی بسیار زیاد(جمع شدگی تا 50 درصد) می شود. ناکازاتو از این ویژگی برای خلق طرح های سه بعدی و تهیه پوشاک از نخ پروتئینی تخمیر شده استفاده کرده است. او نام این روش را "بیواسماکینگ" یا چین چین کردن پارچه به روش زیستی گذاشته است.

ناکازاتو تکنیک بیواسماکینگ را در دو شوی کوتور در هفته مد پاریس به کار گرفت. تنوع ساختار پارچه و رنگ ها در لباس های نمایش داده شده به خوبی قابل مشاهده بودند. بسیاری از اکسسوری ها نیز از مواد اولیه به دست آمده از پروتئین تخمیر شده تهیه شده بودند.

این مواد اولیه دارای منشا زیستی بوده و از پلیمرهای پروتئینی مشتق می شوند و دارای قابلیت زیست تجزیه پذیری هستند. با بهره گیری از منابع تجدیدپذیر برای مواد اولیه مورد نیاز می توان یک سری از مشکلاتی را که در رابطه با پایایی مواد اولیه پلیمری سنتی وجود دارد، برطرف کرد.

پایان عمر محصول

مواد اولیه تهیه شده از پروتئین تخمیر شده مشکلات مربوط به پایان عمر محصول را ندارد. تست اولیه زیست تجزیه پذیری نتایج مثبتی را برای ماده اولیه خام در محیط های مختلف نشان داده است. همان طور که می توان خصوصیات ماده اولیه به دست آمده از پروتئین تخمیر شده را با توجه به کاربرد نهایی آن تغییر داد، زیست تجزیه پذیری مواد اولیه نیز قابلیت اصلاح در آینده را دارد.

کمپانی اسپایبر در حال حاضر برای به کارگیری مواد اولیه پلیمری پروتئینی در صنعت با دو چالش بزرگ روبرو است: هزینه و مقیاس. در شرایط فعلی تولید این مواد اولیه در مقیاس انبوه دارای محدودیت هایی است. 

اسپایبر در اواسط سال 2019 پروژه ساخت نخستین کارخانه تولیدی پروتئین تخمیر شده را در تایلند آغاز کرد. زمانی که این کارخانه شروع به کار کند، امکان تولید صدها تن محصول در سال وجود دارد.

اسپایبر نشان داد که مواد اولیه تهیه شده از پلیمرهای پروتئینی از نظر صنعتی راهکاری مناسب و قابل پیشرفت هستند. آن ها همچنان به تلاش خود ادامه می دهند و سعی دارند تا با الهام از طبیعت و تمرکز بر عملکرد مواد اولیه محصولاتی را عرضه کنند که قابلیت استفاده در صنایع مختلف را داشته باشد.