Kataloniya Biomühəndislik İnstitutu tərəfindən

Stephanie Baum tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Xavyer G. Fernandez (solda) və Akşayakumar Kompa (sağda) IBEC laboratoriyalarında material nümunəsi tuturlar. Mənbə: Kataloniya Biomühəndislik İnstitutu (IBEC)

Kataloniya Biomühəndislik İnstitutunun (IBEC) rəhbərliyi ilə aparılan yeni bir araşdırma, yalnız suya davamlı olmayan, həm də su ilə təmasda daha möhkəm olan ilk biomaterialı ortaya çıxardı. Material, atılmış karides qabıqlarından əldə edilən xitin polimer olan xitozanın quruluşuna nikelin daxil edilməsi ilə istehsal olunur. Bu yeni biomaterialın hazırlanması, yaxşı işləməsi üçün ətraf mühitdən təcrid olunmalı olan materiallar hazırlamaq kimi plastik dövrü düşüncə tərzindən uzaqlaşmanı göstərir. Bunun əvəzinə, davamlı materialların ətraf mühitlə necə əlaqə qura və istifadə edə biləcəyini, adi plastiklərdən daha yüksək mexaniki performans əldə etmək üçün ətrafdakı sudan necə istifadə edə biləcəyini göstərir.

Plastiklər davamlılığı və suya davamlılığı sayəsində müasir cəmiyyətin ayrılmaz hissəsinə çevrilib. Lakin məhz bu xüsusiyyətlər onları ekoloji dövrlərin davamlı pozucularına çevirir. Nəticədə, bərpa olunmamış plastik ekosistemlərdə toplanır və qlobal qida zəncirlərinin getdikcə daha geniş yayılmış bir hissəsinə çevrilir ki, bu da insan sağlamlığına potensial təsirlərlə bağlı artan narahatlıqlara səbəb olur.

Bu problemi həll etmək üçün biomaterialların ənənəvi plastiklərin əvəzedicisi kimi istifadəsi uzun müddətdir araşdırılır. Lakin onların geniş yayılmasının əsas çatışmazlığı var: Əksər bioloji materiallar suya məruz qaldıqda zəifləyir. Ənənəvi olaraq, bu zəiflik mühəndisləri kimyəvi modifikasiyalara və ya qoruyucu örtüklərə etibar etməyə məcbur edir və bununla da biomaterial əsaslı həllərin davamlılıq faydalarını sarsıdır.

İndi isə Kataloniya Biomühəndislik İnstitutunun (IBEC) Sinqapur Texnologiya və Dizayn Universiteti (SUTD) ilə əməkdaşlıqda apardığı son tədqiqat bu paradiqmanı alt-üst etdi. Artropod kutikulasından ilhamlanan tədqiqatçılar, sellülozadan sonra Yer kürəsində ikinci ən çox yayılmış üzvi molekul olan xitozanı nəmlənməyə davamlı və yaş olduqda möhkəmliyi əmtəə plastiklərindən daha yüksək dəyərlərə qədər artan biointeqrasiya olunmuş bir material yaratmaq üçün uyğunlaşdırdılar.

“Nature Communications” jurnalında dərc olunan metod , plastikə olan qlobal tələbatı ödəyə biləcək həm istehlak materiallarının, həm də böyük əşyaların sıfır tullantısız istehsalı ilə istehsalda paradiqma dəyişikliyi potensialını nümayiş etdirir.

Ən əsası, bu proses xitozanın bioloji təbiətini dəyişdirmir.

“Təbiətin gözündə material hələ də bioloji cəhətdən təmizdir; o, əsasən həşərat qabıqlarında və ya göbələklərdə olan eyni molekul olaraq qalır”, – deyə IBEC-də ICREA tədqiqat professoru, Biointeqrasiya olunmuş Materiallar və Mühəndislik qrupunun baş tədqiqatçısı və tədqiqatın rəhbəri Xavyer G. Fernandes izah edir. Bu təmizlik təbii ekoloji dövrlərə sorunsuz şəkildə yenidən inteqrasiya olunmağa imkan verir.

Təbiətdən ilhamlanan paradiqma dəyişikliyi

Fernandezin sözlərinə görə, plastiklərdən tutmuş mühəndislik biopolimerlərinə qədər mövcud materiallarımızın əksəriyyəti ətraf mühit şəraitinə davam gətirmək üçün hazırlanmışdır.

“Bir əsrdən çoxdur ki, təbiətdə uğur qazanmaq üçün materialların hərəkətsiz qalmalı olduğunu fərz edirik”, – deyə o bildirir. “Bu tədqiqat bunun əksini göstərir: Materiallar özlərini ətraf mühitdən təcrid etmək əvəzinə, onlarla qarşılıqlı əlaqədə inkişaf edə bilərlər.”

Tədqiqat təsadüfi bir müşahidədən ilhamlanıb: qum qurdu Nereis virens-in dişlərindən sink çıxarıldıqda, dişlər suya batırıldıqda nəmlənməyə həssas olur və yumşalır. Bu tapıntı metalların təbii materialların su ilə qarşılıqlı təsirində əsas rol oynaya biləcəyini göstərir.

Metalların bioloji strukturları gücləndirdiyi məlum olsa da , tədqiqatçılar onların xərçəngkimilər qabıqlarında tapılan təbii polimer olan xitin əsaslı materialların hidratasiyasını da idarə edə biləcəyini irəli sürdülər. Bu nəzəriyyəni sınaqdan keçirmək üçün komanda xitinlə asanlıqla qarşılıqlı təsir göstərən və suda həll olan təbii şəkildə mövcud olan iz elementi olan nikelə diqqət yetirdi.

Komanda, atılmış karides qabıqlarından əldə edilən xitindən əldə edilən bir material olan xitosana nikel əlavə edərək nazik təbəqələr halına gətirdi. Onlar materialın suya batırıldıqda daha möhkəm olduğunu və batırıldıqdan sonra möhkəmliyinin 50%-ə qədər artdığını bildirirlər.

Yeni materialda su aktiv struktur komponentə çevrilir. Zəif, geri dönən əlaqələrin dinamik şəbəkəsi nikel ionlarının və ətrafdakı su molekullarının hərəkətliliyi səbəbindən davamlı olaraq qırılır və islah olunur. Bu daimi mikroskopik yenidən konfiqurasiya materialın stressi udmasına və təbii bioloji strukturların davranışını əks etdirərək özünü yenidən təşkil etməsinə imkan verir.

Fernandes bunu “molekulyar miqyasda ‘yumşaq’ olmağın əslində onu daha möhkəm etdiyi bir material” kimi ümumiləşdirir.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Sıfır tullantı istehsal və qlobal miqyaslanma

Tədqiqat həmçinin sıfır tullantılı istehsal prosesini nümayiş etdirir. Materialın ilkin suya batırılması zamanı struktur birləşməsinə töhfə verməyən nikelin əksəriyyəti sərbəst buraxılır. Komanda bu qarışığı atmaq əvəzinə, onun növbəti material partiyasının istehsalı üçün girişə çevrildiyi və nikelin istifadəsində 100% səmərəliliyə nail olduğu bir dövrə hazırladı .

Bu yanaşma nikelin tam bərpasına və təkrar istifadəsinə imkan verir, ətraf mühitə təsirini və xərcləri kəskin şəkildə azaldır.

Miqyaslandırma eyni dərəcədə perspektivlidir. Müəlliflər xitin polimerlərinin təbiətdə geniş miqyasda istehsal olunduğunu və bu da onları gələcəkdə davamlı istehsal üçün ideal namizədlərə çevirdiyini göstərirlər.

Fernandezin qrupundakı postdoktoral tədqiqatçı və tədqiqatın ilk müəllifi Akşayakumar Kompa bildirib ki, “Hər il dünyada təxminən yüz milyard ton xitin istehsal olunur ki, bu da üç əsrlik plastik istehsalına bərabərdir”.

Bundan əlavə, xitosan tək bir qlobal mənbəyə əsaslanmaq əvəzinə, yerli olaraq istehsal edilə bilər. Karides qabıqları əsas sənaye mənbəyi olaraq qalsa da, onlar şəhər qida qalıqlarından tutmuş göbələklərin yan məhsullarına qədər üzvi tullantıların biokonversiyası yolu ilə də əldə edilə bilər.

Kompa deyir ki, “Əsas məsələ yerli mənbələrə uyğunlaşmaqdır. Məqsədimiz yaxınlıqda mövcud olan istənilən xitozan formasından istifadə etməklə bu materialların istehsalını yerli ekosistemə inteqrasiya etməkdir.”

Plastiklər üçün perspektivli bir əvəzedici

Bioloji parçalana bilən, suya davamlı materiallara təcili ehtiyac duyulan digər su ilə əlaqəli istifadə sahələrində olduğu kimi, kənd təsərrüfatında, balıqçılıq avadanlıqlarında və qablaşdırmada erkən tətbiqlərin ortaya çıxması gözlənilir.

Komanda sənaye miqyaslılığına və qiymətinə üstünlük verərək ilk növbədə kənd təsərrüfatı tətbiqlərinə diqqət yetirsə də, həm nikel, həm də xitozan müəyyən tibbi istifadə üçün FDA tərəfindən fərdi olaraq təsdiqlənib. Nəticə etibarilə, tapıntılar biomateriallar üçün suya davamlı örtüklər də daxil olmaqla, tibb sahəsində tətbiqlər üçün də yol aça bilər.

Bundan əlavə, tədqiqatda stəkanlar və böyük təbəqələrdən istifadə etməklə nümayiş etdirilən materialın su keçirməyən qablar yaratmaq qabiliyyəti, müəyyən birdəfəlik istifadə olunan plastikləri əvəz etmək potensialını vurğulayır.

Müəlliflər vurğulayırlar ki, nikel bu fenomeni yarada bilən yeganə molekul deyil. Artıq prinsip başa düşüldüyü üçün digər kombinasiyalar biomaterialların su ilə gücləndirilməsi imkanlarını genişləndirə bilər.

Fernandes qeyd edir ki, “Bu, ilk tədqiqatdır. Artıq bu effektin mövcud olduğunu bildiyimiz üçün biz və başqaları yeni materiallar və buna nail olmağın yeni yollarını axtara bilərik”.

Bu kəşf plastik dövründən uzaqlaşaraq düşüncə tərzində bir dəyişiklikdir. IBEC komandası bioloji molekulları sintetik kimi davranmağa məcbur etmək əvəzinə, təbii sistemlərin məntiqini qəbul edir: dinamik strukturlar, regional istehsal, ekoloji inteqrasiya və sıfır tullantı.

Kompa və Fernandez üçün mesaj aydındır: Davamlı bir gələcək qurmaq üçün ətraf mühitdən təcrid olunmayan, onunla işləyən materiallar dizayn etməliyik.

Nəşr detalları

Yaş olduqda daha güclüdür: Metal ionları ilə sıfır tullantı koordinasiyası yolu ilə suda möhkəm xitin cisimlər, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-69037-4

Jurnal məlumatları: Nature Communications 

Kataloniya Biomühəndislik İnstitutu tərəfindən təmin edilir