تهیه و ارزیابی ویژگی های زیستی نانوبیوکامپوزیت از نانوالیاف سلولز- نانوالیاف کیتوسان

سابقه و هدف: در سال های اخیر، توسعه مواد زیست تخریب پذیر و سازگار با محیط زیست برای کاربردهای بسته بندی به دلیل نگرانی های زیست محیطی و محدودیت های ناشی از استفاده از پلیمرهای مصنوعی، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. بیونانوکامپوزیت ها به عنوان جایگزین های پایدار برای بسته بندی مواد غذایی معرفی شده اند. در این میان، نانوبیوکامپوزیت های متشکل از نانوالیاف سلولز به عنوان فاز تقویت کننده و کیتوسان به عنوان فاز ماتریس به دلیل ویژگی های منحصر بفرد خود، از جمله تجدیدپذیری، زیست تخریب پذیری، زیست سازگاری و خواص ضدباکتریایی مورد توجه قرار گرفته اند. نانوالیاف سلولز به دلیل مقاومت مکانیکی بالا و توانایی ایجاد ساختارهای شبکه ای، نقش مهمی در بهبود خواص مکانیکی و ممانعتی فیلم های بسته بندی ایفا می کند. در مقابل، ماتریس کیتوسان خاصیت ضدمیکروبی و آنتی اکسیدانی را بهبود می بخشد که این ویژگی ها برای افزایش ماندگاری مواد غذایی و کاهش فساد مهم است. بنابراین، ترکیب این دو نانوماده می تواند منجر به تولید بیونانوکامپوزیتی شود که ضمن داشتن عملکرد مکانیکی و فیزیکی مناسب، پتانسیل بالایی برای کاربردهای بسته بندی مواد غذایی دارد. در این مطالعه، تسهیل در تولید نانوبیوکامپوزیت نانوفیبر سلولز-کیتوسان از طریق روشی نوآورانه و سپس مشخصه یابی نمونه های ساخته شده از نظر خواص فیزیکی، مکانیکی و ضدباکتریایی بوده است.مواد و روش ها: در این مطالعه، از دو نوع ماده اولیه شامل ژل نانوفیبرسلولز و ژل نانوفیبرکیتوسان که از شرکت نانو نوین پلیمر تامین شده بودند، بهره گرفته شد. پیش از آغاز فرآیند ساخت نانوبیوکامپوزیت ها، ابتدا غلظت دقیق هر یک از این ژل ها تعیین گردید و سپس با توجه به نسبت های مشخص شده، ترکیب های گوناگونی از آنها تهیه شد. اختلاط این ژل ها به همراه مقدار معینی آب مقطر و یکنواخت سازی آنها با کمک همزن مغناطیسی انجام گرفت تا سوسپانسیونی همگن حاصل شود. این محلول سپس جهت ساخت نانوکاغذ به دستگاه فیلتراسیون خلا منتقل شد و پس از شکل گیری نمد اولیه نانوکاغذها، از دستگاه خارج و برای خشک شدن کامل، به مدت ۲۴ ساعت در آون خلا با دمای ۷۰ درجه سانتی گراد قرار گرفتند. در مرحله بعد، این نانوکاغذهای خام خالص و ترکیبی به نانوبیوکامپوزیت نانوفیبر سلولز-کیتوسان تبدیل شدند که برای این منظور، از روش انحلال بهره گرفته شد. بدین صورت که نمونه ها به مدت ۴ دقیقه در محلول اسید استیک ۵/۰ درصد قرار گرفتند و سپس با سود ۱ درصد خنثی سازی شدند. پس از تثبیت ساختار از طریق چندین مرحله شستشو با آب مقطر، نمونه ها به طور کامل خشک گردیدند. در نهایت، به منظور بررسی ویژگی های این نانوکاغذها و نانوبیوکامپوزیت ها، آزمون های پراش پرتو ایکس (XRD)، آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدان (FESEM)، طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR)، آزمون کشش استاتیک و ارزیابی خاصیت آنتی باکتریالی انجام شدند.یافته ها: نتایج حاصل از آزمون های مختلف نشان داد که فرآیند ترکیب نانوفیبرسلولز و نانوفیبر کیتوسان، منجر به بهبود قابل توجهی در ویژگی های ساختاری و عملکردی نانوکاغذها و نانوبیوکامپوزیت ها شده است. آنالیزهای XRD و FTIR تایید کردند که پیوندهای شیمیایی بین اجزای کامپوزیت به درستی شکل گرفته و ساختار نهایی کریستالی برای ایجاد فازهای تقویت کننده و ماتریس مناسب است. بررسی ریزنگاره های FE-SEM نشان داد که نانوفیبر سلولز و نانوفیبر سلولز در مقیاس واقعی نانومتری (۱ تا ۱۰۰ نانومتر) قرار داشته و همچنین نانوفیبر سلولز بعنوان فاز تقویت کننده در ماتریس کیتوسان پراکنش و توزیع یکنواخت داشته است. همچنین، آزمون کششی حاکی از افزایش معنی دار مقاومت کششی در مقایسه با نمونه های نانوکاغذ خالص و ترکیبی خام بود. علاوه بر این، نتایج آزمون ضدمیکروبی نشان داد که بیونانوکامپوزیت های تهیه شده دارای خاصیت مهارکنندگی موثری در برابر باکتری های بیماری زا هستند که می تواند ماندگاری مواد غذایی را افزایش دهد.نتیجه گیری: در مجموع، روش نوآورانه تولید نانوبیوکامپوزیت نانوسلولز-کیتوسان مورد استفاده در این مطالعه به طور موفق اجرا شده و نانوبیوکامپوزیت های تهیه شده پتانسیل بالایی برای جایگزینی مواد بسته بندی دارند و می توانند به عنوان یک راهکار پایدار و زیست سازگار در صنایع بسته بندی مورد استفاده قرار گیرند.

کلیدواژه ها:

نانوبیوکامپوزیت ، نانوالیاف سلولز ، نانوالیاف کیتوسان ، بسته بندی زیست تخریب پذیر ، خواص مکانیکی