תהליך חדש להפקת ננו-תאית
מאת דר. משה נחמני
חוקרים משוויץ פיתחו עתה תהליך ייצור להכנת אבקת ננו-תאית, חומר הגלם עבור הכנת פולימרים מרוכבים שיוכלו לשמש, לדוגמה, לפיתוח מבנים קלי-משקל לתעשיית המכוניות או כחומר סינון ליישומים ביו-רפואיים
מזה זמן מה נמצא החומר ננו-תאית במרכז ההתעניינות של מגזרי המדע והתעשייה כביו-חומר חדשני. יישומים אפשריים של חומר זה משתרעים החל מהיצירה של סוגים חדשים של חומרים בעלי שימוש מסחרי, עבור ביישומים של טכנולוגיה רפואית וכלה במוצרי מזון ורפואה חדשים. חוקרים משוויץ פיתחו עתה תהליך ייצור להכנת אבקת ננו-תאית, חומר הגלם עבור הכנת פולימרים מרוכבים שיוכלו לשמש, לדוגמה, לפיתוח מבנים קלי-משקל לתעשיית המכוניות או כחומר סינון ליישומים ביו-רפואיים.
תאית הינה ביו-פולימר המורכב משרשראות ארוכות של גלוקוזה בעל תכונות מבניות ייחודיות הקיים, למעשה, באספקה בלתי נדלית. תאית מצויה בדופנות התאים של צמחים שם היא משמשת לאספקת מסגרת תומכת – סוג של שלד. תאית הינה חומר קשיח במיוחד וניתנת לשינויים כימיים באופנים רבים מספור, תוך שינוי התכונות שלה. בנוסף, תאית הינה חומר המתפרק ביולוגית.
בחיפוש אחר חומרים פולימריים חדשניים בעלי תכונות מבוקשות, מדענים הצליחו לפתח חומרים בעלי ביצועים גבוהים המכילים בתוכם ננו-סיבים של תאית. בזכות יכולתם להוות חומר מבני קל-משקל, חומרים אלו הם בעלי תכונות מכניות הדומות לפלדה, ותך כדי תפקודם כביו-קצפים ננו-נקבוביים הם מספקים חלופה לחומרי בידוד רגילים.
כימיית תאית רגילה בקנה מידה תעשייתי משמשת בעיקר בתעשיות ציפויי העץ, הנייר והסיבים. המחקר המסחרי מתמקד כיום בבידוד ובאפיון של תאית בצורה של ננו-סיבים. סוג זה של תאית, המכונה ננו-תאית, מורכב מסיבים או גבישים בעלי קוטר של פחות ממאה ננומטרים. מדעני חומרים מקווים שהם יוכלו להשתמש בננו-תאית על-מנת לפתח חומרים קלי-משקל חדשניים שהינם גם בעלי חוזק מכני גבוה – בקיצור, החומר המושלם להכנת חומרים קלי-משקל.
המומחים לתאית ממעבדת העץ של מכון Empa הצליחו לבודד ננו-סיבי תאית מעיסת עץ. ננו-סיבים אלו הם בעלי אורך של מספר מיקרומטרים, העובי שלהם הוא מספר ננומטרים בלבד והם קשורים יחדיו באופן הדוק.
לסיבים אלו יש שטח פנים גבוה במיוחד שעל גביו יכולות להתרחש תגובות כימיות עם חומרים כגון מים, כימיקלים אורגניים ואי-אורגניים ותרכובות פולימריות. לפיכך, ננו-סיבי תאית יכולים לשמש כחומר גלם יציב ופעיל במיוחד עבור יישומים טכניים בעודם משמרים את היתרונות הנוספים שלהם כחומרים המופקים מהטבע והניתנים לפירוק ביולוגי.
יישומים כאלו כוללים ביו-פולימרים מחשלים שנועדו ליצירת חומרי בנייה מבטיחים במיוחד לנוכח בטיחותם הסביבתית וקלות-משקלם עבור תעשיית הרכבים, וכן לשם הפיתוח של קרומיות או חומרי סינון עבור יישומים בתחום האריזות והביו-רפואה.
ננו-תאית המבודדת מתוך עיסת עץ קיימת בתחילה בצורה של תרחיף מבוסס-מים. אם תערובת זו מתייבשת, סיבי התאית נדבקים זה לזה ויוצרים גושים קשיחים המאבדים את התכונות המכניות יוצאות הדופן שלהם. לאור עובדה זו, החוקרים החליטו לפתח תהליך שיאפשר להם לייבש את ננו-התאית מבלי שייוצרו גושים קשיחים אלו. לשם כך, החוקרים טיפלו בתאית בשיטה הניתנת ליישום בקלות בקנה מידה גדול וכן היא בלתי מזיקה לחלוטין, והיא אפילו מתאימה ליישומים בתעשיית המזון. השיטה החדשה מונעת מסיבי התאית מלהפוך לגושים הנדבקים יחדיו.
לאחר פיזורם מחדש במים, אבקת הננו-תאית היבשה החדשה מחזירה לעצמה את התכונות יוצאות הדופן כפי שהיו במקור בתאית שלא יובשה ושלא שונתה. התהליך הופך את המוצר החדש לחלופה טובה לתרחיפי תאית רגילים עבור הסינתזה של ביו-ננו-חומרים. התרחיפים המשמשים היום בתעשייה מכילים יותר מתשעים אחוזים של מים, מאפיין המביא לגאות בעלויות ההובלה ולהגברת הסיכון לפירוקם ע"י חיידקים או פטריות. בנוסף, העבודה עם תרחיפי תאית מימיים קשה מאחר ובתהליכים כימיים יש צורך בהחלפת ממסים.
המחקר בנוגע לפיתוח של תהליכי ייצור חדשים וזיהוי יישומים עבור השימוש בננו-תאית כמרכיב בביופולימרים שונים זכה להכרה לאחרונה בצורת קבלת פרס המחקר של המכון לשנת 2011. במיזם משותף עם אוניברסיטתLule2 בשבדיה, החוקרים ממכוןEmpa השתמשו באבקת הננו-תאית החדשה על-מנת לחזק חומרי-הדבקה, הידרו-ג'לים וחומרים סינתטיים ביו-מתפרקים.