فهرست نشریات علمی دسترسی آزاد ایران

بیان مساله و اهداف: افزایش آگاهی­های جهانی نسبت به مسائل زیست‌محیطی، تقاضا برای بیوپلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر را به­طور چشمگیری افزایش داده است. در حالی­که منابع بیوپلیمری زمینی، منجر به بهره‌برداری بی‌رویه از زمین و منابع آبی می‌شوند، ماکروجلبک‌های دریایی به­عنوان منابعی پایدار و مستقل از اکوسیستم‌های خشکی، پتانسیل بالایی برای تولید پلی‌ساکاریدهای زیست فعال نظیر سلولز و کاهش آلودگی‌های پلاستیکی اقیانوسی از خود نشان می­دهند. این تحقیق بر بررسی پتانسیل ماکروجلبک‌ها در تولید سلولز و نانوسلولز (NCs)، روش‌های استخراج و کاربردهای منحصربه‌فرد این مواد تمرکز دارد. مواد و روشها: استخراج و خالص‌سازی سلولز و نانوسلولز (NCs) از ماکروجلبک‌ها، با بهره‌گیری از شباهت‌های ساختاری سلولز جلبکی به سلولز گیاهی، متکی بر رویکردهای ترکیبی شیمیایی و مکانیکی است که اغلب با روش‌های شیمی سبز و بیولوژیکی تکمیل می‌شوند. فرآیندها معمولاً با پیش تیمار قلیایی مانند هیدروکسید سدیم (NaOH)، جهت حذف همی سلولزها، موم‌ها و لیپیدها و خالص‌سازی فیبرهای سلولزی آغاز می‌شود. در ادامه، خمیر سلولزی با عوامل سفیدکننده نظیر پراکسید هیدروژن (H2O2)، کلریت سدیم (NaClO2) رنگ‌بری می‌شود که در این میان، استفاده از (H2O2) به دلیل سازگاری زیست‌محیطی ارجحیت بیشتری دارد. در مرحله­ی نهایی، جهت تولید نانوسلولز فیبریله (CNF)، روش‌های مکانیکی انرژی بر، مانند آسیاب سوپردیسکی، هموژنایزر یا میکرومایع‌ساز به کار گرفته می‌شوند، در حالی­که جهت سنتز نانوسلولز کریستالی (CNC)، هیدرولیز اسیدی کنترل شده با اسیدهای قوی نظیر هیدروکلریک اسید (HCl) یا سولفوریک اسید (H2SO4) انجام می‌پذیرد. همچنین، روش‌های بیولوژیکی از جمله هیدرولیز آنزیمی با استفاده از آنزیم‌های سلولاز (تولید شده توسط میکروارگانیسم‌ها) به­عنوان جایگزینی پایدار و کم انرژی تر، منجر به کاهش مصرف حلال‌های شیمیایی و بهبود بازده نانوسلولز خواهند شد. نتایج: تحقیقات گسترده بر روی استخراج سلولز و نانوسلولز (NCs) از گونه‌های مختلف ماکروجلبک‌ها (قهوه‌ای، سبز و قرمز) نتایج امیدوارکننده‌ای را به ارمغان آورده است. خواص برجسته نانوسلولز جلبکی، از جمله استحکام مکانیکی بالا، سطح ویژه وسیع و زیست سازگاری عالی، آن را به یک ماده‌ی بسیار ارزشمند با کاربردهای گسترده تبدیل کرده است. مطالعات نشان می‌دهند که نانو سلولزهای استخراج شده، به‌عنوان مثال از گونه­ی جلبکی (Chara corallina)، دارای ساختار کریستالی بسیار منظم (با شاخص کریستالیتی تا 64/85 درصد) و مورفولوژی نانو میله‌ای همراه با سطح ویژه قابل توجه (823/5 مترمربع بر گرم) هستند که پتانسیل کاربردی آن‌ها را به شکل چشمگیری افزایش می‌دهند. در حوزه بسته‌بندی و بیوپلاستیک، نانوسلولز جلبکی در تولید فیلم‌های نانو کامپوزیت (مانند فیلم‌های حاصل از جلبک‌های قهوه‌ای، کامبو (Laminaria japonica) سارگاسوم (Sargassum natans) با خواص فیزیکی و مکانیکی بهبودیافته، از جمله افزایش مقاومت در برابر نفوذ آب و اکسیژن، به کار گرفته‌شده است. علاوه بر این، سلولز استخراج شده از جلبک سبز (Cladophora sp)، به­عنوان جزء اصلی در ساخت بیوپلاستیک‌های با عملکرد بالا، با استحکام کششی 33/9 مگاپاسکال و زیست‌تخریب‌پذیری بیش از 40 درصد در 5 روز، مورد استفاده قرار گرفته است. در زمینه تصفیه آب، غشاهای نانو سلولزی استخراج شده از ماکرو­جلبک آب شیرین (Chara corallina)، قابلیت بالایی در حذف یون‌های فلزات سنگین (نظیر کادمیوم، نیکل و سرب) با بازدهی به ترتیب 20/98 ، 15/95 و 80/93 درصد از آب‌های آلوده نشان داده‌اند که راهکاری پایدار برای این معضل زیست‌محیطی محسوب می‌شود. همچنین، در کاربردهای زیست‌پزشکی، نانوسلولز استخراج شده از جلبک سبز (Ulva lactuca)، خواص ضد باکتریایی قابل توجهی در برابر باکتری‌های گرم مثبت و گرم منفی از خود نشان داده است. علاوه بر این، نانو سلولزهای حاصل از دو گونه جلبک قهوه­ای، (Laminaria digitata) و (Saccharina latissima)، به دلیل پایداری طولانی مدت در محلول‌های ژل‌مانند و خواص زیست سازگاری، پتانسیل چشمگیری در توسعه باندپیچی‌های پزشکی پیشرفته و هیدروژل‌ها دارند. نتیجه­ گیری: ماکروجلبک‌های دریایی به­عنوان یک منبع فراوان، تجدیدپذیر و پایدار، پتانسیل بی‌نظیری برای تولید سلولز و نانوسلولز باکیفیت بالا دارند. این مواد زیستی با خواص فیزیکوشیمیایی و مکانیکی برجسته، از جمله استحکام بالا، سطح ویژه وسیع و زیست سازگاری، راه را برای کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف هموار می‌کنند. توسعه روش‌های استخراج سبز و مقرون‌به‌صرفه، مانند هیدرولیز آنزیمی و بهبود فرآیندهای شیمیایی، اهمیت بالایی در تجاری‌سازی و افزایش بهره‌وری این مواد دارد. با توجه به چالش‌های زیست‌محیطی فعلی، استفاده از نانو سلولزهای استخراج شده از جلبک‌ها، نه تنها راهکاری پایدار برای تولید مواد جدید فراهم می‌کند، بلکه به مدیریت پسماندهای جلبکی و کاهش ردپای کربن نیز کمک شایانی می‌نماید. این پژوهش بر نقش حیاتی ماکروجلبک‌ها در آینده بیوپلیمرهای پایدار و کاربردهای نوین آن‌ها تأکید می‌کند و مسیر را برای تحقیقات و توسعه بیشتر در این حوزه هموار می‌سازد.