کدام پلیمر سلولز طبیعی نامیده می شود؟

سلولز طبیعی یک پلیمر پیچیده است که جزء ساختاری اصلی دیواره سلولی گیاه است. این پلی ساکارید در ایجاد استحکام، استحکام و پشتیبانی از سلول های گیاهی نقش حیاتی دارد و به ساختار کلی بافت گیاهی کمک می کند.

سلولز طبیعی یک پلی ساکارید است، کربوهیدراتی متشکل از زنجیره های بلند واحدهای گلوکز که توسط پیوندهای β-1،4-گلیکوزیدی به هم مرتبط شده اند. این یکی از فراوان ترین ترکیبات آلی روی زمین است و عمدتاً در دیواره سلولی گیاهان یافت می شود. آرایش منحصر به فرد مولکول های سلولز به بافت گیاه استحکام و دوام فوق العاده ای می دهد و آن را به یک جزء ضروری از ساختار و عملکرد گیاه تبدیل می کند.

ساختار سلولز طبیعی

واحد ساختاری سلولز یک زنجیره خطی از مولکول های β-D-گلوکز است که در آن هر واحد گلوکز توسط یک پیوند β-1،4-گلیکوزیدی به واحد گلوکز بعدی متصل می شود. پیوندهای بتا به سلولز ساختار خطی و بدون انشعاب منحصر به فرد آن را می دهد. برخلاف نشاسته (پلی ساکارید دیگری که از گلوکز ساخته شده است)، سلولز به دلیل وجود پیوندهای بتا که آنزیم هایی مانند آمیلاز قادر به شکستن آن نیستند، توسط اکثر موجودات زنده قابل هضم نیست.

واحدهای گلوکز تکراری در زنجیره‌های سلولزی زنجیره‌های مستقیم طولانی را تشکیل می‌دهند که توسط پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی به هم متصل می‌شوند. این پیوندها به تشکیل میکروفیبریل‌ها کمک می‌کنند، که بیشتر تجمع می‌کنند و ساختارهای بزرگ‌تری به نام الیاف سلولزی تشکیل می‌دهند. آرایش این الیاف استحکام و استحکام دیواره سلولی گیاه را فراهم می کند.

منبع فیبر طبیعی

گیاه:

چوب: چوب غنی از سلولز است و منبع اصلی برای کاربردهای صنعتی است.

پنبه: الیاف پنبه تقریباً سلولز خالص است و پنبه را به یکی از ارزشمندترین منابع طبیعی این پلیمر تبدیل می کند.

کنف: مانند پنبه، فیبر کنف عمدتاً از سلولز تشکیل شده است.

جلبک:

انواع خاصی از جلبک ها حاوی سلولز در دیواره سلولی خود هستند که به یکپارچگی ساختاری این موجودات فتوسنتزی کمک می کند.

باکتری ها:

برخی از باکتری ها سلولز تولید می کنند و یک لایه محافظ به نام بیوفیلم تشکیل می دهند. این سلولز باکتریایی دارای خواص منحصر به فردی است که آن را در کاربردهای مختلف ارزشمند می کند.

بیوسنتز سلولز

بیوسنتز سلولز عمدتاً در غشای پلاسمایی سلول های گیاهی اتفاق می افتد. این فرآیند شامل آنزیم کمپلکس سلولز سنتاز است که پلیمریزاسیون واحدهای گلوکز را به زنجیره های سلولزی کاتالیز می کند. این زنجیره ها از غشای پلاسمایی خارج شده و میکروفیبریل ها را در دیواره سلولی تشکیل می دهند.

خواص سلولز طبیعی

حل نشدنی:

سلولز به دلیل ساختار بسیار کریستالی آن به طور کلی در آب و اکثر حلال های آلی نامحلول است.

آب دوستی:

اگرچه سلولز نامحلول است، اما دارای خواص آب دوست است و به آن اجازه می دهد آب را جذب و حفظ کند.

زیست تخریب پذیری:

سلولز زیست تخریب پذیر است و بنابراین سازگار با محیط زیست است. میکروارگانیسم هایی مانند باکتری ها و قارچ ها دارای آنزیم هایی هستند که سلولز را به ترکیبات ساده تر تجزیه می کنند.

مقاومت مکانیکی:

آرایش منحصر به فرد مولکول های سلولز به الیاف سلولز استحکام مکانیکی عالی می بخشد و آنها را برای کاربردهای مختلف مناسب می کند.

کاربردهای سلولز طبیعی

نساجی:

پنبه عمدتاً از سلولز تشکیل شده و ماده اولیه اصلی صنعت نساجی است.

کاغذ و خمیر کاغذ:

خمیر چوب غنی از سلولز است و در تولید کاغذ و مقوا استفاده می شود.

کاربردهای زیست پزشکی:

سلولز باکتریایی به دلیل زیست سازگاری و خواص منحصر به فردش در پانسمان زخم، مهندسی بافت و دارورسانی کاربرد دارد.

صنایع غذایی:

از مشتقات سلولز مانند کربوکسی متیل سلولز (CMC) در صنایع غذایی به عنوان قوام دهنده و تثبیت کننده استفاده می شود.

سوخت های زیستی:

زیست توده سلولزی می تواند به عنوان ماده اولیه برای تولید سوخت های زیستی استفاده شود و به انرژی پایدار کمک کند.

چالش ها و چشم اندازهای آینده

با وجود تطبیق پذیری آن، چالش هایی در به حداکثر رساندن استفاده از سلولز وجود دارد. روش‌های استخراج کارآمد، بهبود تجزیه‌پذیری زیستی و بهبود عملکرد مواد مبتنی بر سلولز، زمینه‌های تحقیقات در حال انجام است. علاوه بر این، پیشرفت در بیوتکنولوژی ممکن است مهندسی گیاهان با ساختارهای سلولزی اصلاح شده را برای کاربردهای صنعتی خاص امکان پذیر کند.

سلولز طبیعی پلیمری مترادف با دیواره سلولی گیاهی است و نقش مهمی در شکل دادن به خواص فیزیکی گیاهان دارد. ساختار منحصر به فرد آن ناشی از آرایش واحدهای گلوکز است که توسط پیوندهای β-1،4-گلیکوزیدی به هم مرتبط شده اند و به بافت های گیاه استحکام و سفتی قابل توجهی می بخشد. سلولز از منابع مختلف، از چوب گرفته تا پنبه و سلولز باکتریایی به دست می آید و کاربردهای همه جانبه ای در بخش های مختلف صنعتی به آن می دهد.

با ادامه پیشرفت فناوری و بیوتکنولوژی، اکتشاف پتانسیل سلولز در حال گسترش است. از کاربردهای سنتی در منسوجات و کاغذ گرفته تا کاربردهای نوآورانه در مهندسی زیست پزشکی و انرژی پایدار، سلولز طبیعی یک ماده بسیار مهم باقی مانده است. درک ساختار، خواص و منشاء آن برای بازگشایی پتانسیل کامل این پلیمر قابل توجه برای رفع چالش ها و نیازهای دنیایی که به سرعت در حال تکامل است، حیاتی است.