بخشی از مقاله
چکیده
در این کار تحقیقاتی امکان تولید نانوذرات از الیاف ابریشم ضایعاتی مورد بررسی قرار گرفته شده است. برای این منظور ابتدا عملیات آبکافت آنزیمی با غلظتهای متفاوت آنزیم پروتئاز بر روی ابریشم انجام شد و سپس جهت تولید ذرات بسیار ریز ابریشم از عملیات مکانیکی توسط آسیاب ساچمهای استفاده شد. بر اساس نتایج بدست آمده برای دستیابی به کمترین قطر الیاف ابریشم باید
از غلظت بالای آنزیم و زمان طولانی عملیات استفاده کرد، در چنین شرایطی ابریشم از نواحی متعددی گسسته شده و در نتیجه تخریب بیشتری رخ می دهد. تصاویر SEM نشان میدهد که اندازه ذرات پس از انجام عملیات آسیاب به کمتر از 100 نانومتر رسیده است. نتایج طیف سنجی مادون قرمز نیز نشان دهنده تخریب زیستی ابریشم به وسیله آنزیم به ویژه بر روی مناطق آمورف لیف و وجود ساختار صفحات بتا در الیاف آبکافت شده می باشد. همچنین تغییرات قابل توجهی در ساختار شیمیائی ابریشم بعد از فرایند سایش صورت نگرفته است.
مقدمه
رشد روز افزون مصرف سوخت های فسیلی، افزایش قیمت نفت، قابل بازیافت نبودن پلیمرهای مصنوعی متنوع و در نتیجه مشکلات زیست محیطی ایجاد شده توسط این مواد، سبب افزایش تقاضا برای بکارگیری مواد طبیعی، تجدیدپذیر، قابل بازیافت و زیست تخریبپذیر شده است. از این رو مطالعات متعددی جهت بررسی راههای گوناگون بازیافت و استفاده مجدد از الیاف طبیعی انجام شده است.
- 1 - الیاف پروتئینی ابریشم از دو جزء اصلی سریسین و فیبروئین تشکیل شده است که توسط کرم ابریشم به شکل رشته ای ساخته می شود. ساختار منحصر به فرد ابریشم، تنوع فرآوری، زیست سازگاری، شیمی سطحی مناسب و تخریب پذیری کنترل شده، ابریشم را در کاربردهای متعددی از جمله پزشکی، آرایشی و بهداشتی و غذایی به ماده ای بی نظیر بدل کرده است . - 2 - فیبروئین ابریشم از توالی آمینواسیدهای تکراری آبدوست و آبگریز شامل گلایسین، سرین و آلانین تشکیل شده است. این آمینواسیدها نقش مهمی را در کنترل آرایش پروتئینهای لیفی ابریشم ایفا میکنند. از آنجائی که پروتئین میتواند در فرایند ریسندگی تحت درجه حرارت بالا به آسانی تخریب شود، این احتمال وجود دارد که الیاف زیستی پروتئینی خواص اولیه خود را از دست بدهد .
- 3 - درحالی که پودر پروتئینی میتواند خواص اولیه خود را بدون تخریب ساختار میکرو حفظ کند. پودر ابریشم، یکی از اشکال فیزیکی مفید پروتئین فیبروئین ابریشم میباشد که در مقایسه با حالت لیفی و فیلم ابریشم برای کاربردهای زیستی از خواص منحصر بفردی برخوردار است . - 4 - پودر فیبروئین ابریشم به دو روش شیمیایی و مکانیکی تهیه می شود. بکارگیری روشهای مکانیکی نیاز به مصرف انرژی بالایی داشته و دارای استهلاک زیادی هستند.
استفاده از مواد شیمیایی نیز برای محیط زیست و انسان خطرناک و سمی بوده و بعضاً قابلیت جابجایی دشواری هم دارند . - 5 - برای غلبه بر این مشکلات در این کار تحقیقاتی از عملیات آبکافت آنزیمی به عنوان فرایند دوستدار محیط زیست به منظور کاهش استحکام الیاف قبل از مرحله سایش مکانیکی استفاده شده است. با توجه به اهمیت مواد نانو در جهان امروز، یکی از زمینههای کاربردی الیاف ابریشم، استفاده از پودر بسیار ظریف ابریشم به شکل فیلم و یا کامپوزیت در موارد مختلفی نظیر بیبافتها، پوشش سطحی، ژل، فوم، غشاء، سیستم حمل دارو و ... میباشد.
مواد و روشها
در این مطالعه، از الیاف ابریشم ایرانی - تهیه شده توسط صنایع ابریشم شرق گیلان، ایران - استفاده شد. در ابتدا، به منظور تعیین غلظت بهینه آنزیم مورد استفاده در عملیات هیدرولیز، چهار غلظت 5، 10، 15 و 20 گرم بر لیتر برای هر دو آنزیم ساویناز - Novozyme - و لاکاز - Denilite II S - در دمای 55 درجه سانتیگراد - بر اساس پیشنهاد شرکت سازنده - به مدت زمان 8 ساعت در نظر گرفته شد تا به این ترتیب بتوان اثر نوع و غلظت آنزیم مصرفی را بر هیدرولیز ابریشم بررسی کرد. برای بررسی تاثیر آنزیم در میزان هیدرولیز ابریشم، قطر متوسط الیاف عمل شده با استفاده از میکروسکوپ نوری - Projectina - اندازه گیری گردید.
پس از بهینه سازی عملیات آبکافت آنزیمی، الیاف ابریشم با مقدار بهینه آنزیم به مدت 48 ساعت در محلول بافر بورات - pH=8.5 - تحت دمای 55 درجه سانتیگراد عمل شدند. سپس الیاف هیدرولیز شده در یک آسیاب ساچمه ای - RETSCH PM400, Gmbh - به مدت 3 دقیقه با سرعت بسیار بالا به پودر بسیار ظریف ابریشم تبدیل شدند. در نهایت خواص فیزیکی و شیمایی پودر ابریشم بدست آمده با استفاده از آنالیز میکروسکوپ الکترونی پویشی - SEM, Tescan XL30 - و طیف سنجی مادون قرمز Nexus - FTIR, Nicolet 670 - مورد ارزیابی قرار گرفت.
نتایج و بحث
نتایج اندازهگیری قطر الیاف آبکافت شده نشان داد که با افزایش غلظت آنزیم قطر الیاف کاهش می یابد و مقدار بیشینه کاهش قطر الیاف در غلظت 20 g/l آنزیم اتفاق افتاده است. بر اساس نتایج بدست آمده در جدول 1 هر دو آنزیم مورد استفاده در کاهش قطر الیاف موثر بوده اند، هر چند مقدار کاهش قطر متوسط الیاف برای آنزیم ساویناز بیشتر از آنزیم لاکاز می باشد. از طرفی با توجه به اینکه اختلاف معناداری در کاهش قطر الیاف در غلظتهای 15 g/l و 20 g/l وجود نداشته و تغییر فاحشی در قطر متوسط الیاف عمل شده با آنزیم ساویناز رخ نداده است، بنابراین مقدار g/l 15 به عنوان غلظت بهینه آنزیم در عملیات هیدرولیز آنزیمی الیاف ابریشم در نظر گرفته شد.
از طرف دیگر بررسی اثر زمان نشان داد که قطر الیاف ابریشم با طولانی تر شدن زمان عملیات
آنزیمی از حدود 2 میکرون 8 - ساعت - به 0/6 میکرون 48 - ساعت - کاهش یافته است. خواص سطحی الیاف عمل شده با آنزیم و پودر ابریشم در شکل 1 نشان داده شده است. تصویر ابریشم عمل شده با آنزیم پس از 48 ساعت نشان داد که ساویناز در کاهش قطر میانگین الیاف ابریشم موثر بوده است. همانطور که دیده میشود، در طول عملیات آنزیمی، فرسایش و ترک خوردگی در سطح الیاف افزایش مییابد.
