منتجات جلدية قابلة للتحلل بيولوجيًا مطبوعة ثلاثية الأبعاد مصنوعة من الحرير

طور فريق من الباحثين من جامعة Tufts مادة طباعة ثلاثية الأبعاد تشبه الجلد مصنوعة من الحرير. بالإضافة إلى كونها تأتي من مصدر مستدام ، فإن المادة قابلة لإعادة التدوير بالكامل وقابلة للتحلل البيولوجي ، وكل ذلك مع توفير خصائص ميكانيكية مماثلة لتلك الموجودة في الجلد الطبيعي. استخدم العلماء بالفعل صيغتهم الجديدة للطباعة ثلاثية الأبعاد لمحفظة قابلة للاستخدام ، مع وجود منتجات استهلاكية عصرية أخرى في طور الإعداد.

يوضح Fiorenzo Omenetto ، يتركز عملنا على استخدام المواد المشتقة بشكل طبيعي التي تقلل من استخدام المواد الكيميائية السامة مع الحفاظ على أداء المواد ، وذلك لتوفير بدائل للمنتجات الشائعة وعلى نطاق واسع تستخدم اليوم.

الآثار الضارة للجلد

يتميز الجلد بمتانته ومرونته. عنصر أساسي في صناعة الأزياء ، وعادة ما يتم إنشاء المواد عن طريق دباغة جلود الحيوانات مثل الماشية. بقدر ما هو مفيد ، فإن الحصول على الجلود للأسف ليس صديقًا للبيئة ، حيث تشغل مزارع الماشية مساحات شاسعة من الأرض بينما تتطلب أطنانًا من المياه كل عام. علاوة على ذلك ، تنتج الأبقار نفسها وفرة من الميثان ، والتي لديها أكثر من 80 ضعفًا من قوة الاحترار لثاني أكسيد الكربون ، مما يؤدي إلى اضطرار الدببة القطبية للسباحة.

هناك أيضًا قضية معالجة الجلود ، والتي تعتمد على المواد الكيميائية القاسية لإنتاج المنتج النهائي. تشمل القائمة غير الشاملة لعوامل الدباغة أملاح الكروم والفورمالديهايد ومجموعة من الزيوت الثقيلة وكلها يمكن أن يكون لها آثار ضارة على النباتات والحيوانات.

لذلك ليس من الصعب معرفة كيف قد تكون هناك حاجة لإيجاد بدائل أكثر مراعاة للبيئة. الحرير بمفرده لا يشبه الجلد ، لكن فريق Tufts وجد طريقة لمعالجة الحرير لجعله أقوى وأكثر صرامة ومتوافقًا مع طابعة ثلاثية الأبعاد ببثق هوائي مصمم خصيصًا. تميز النظام نفسه بعمارة CNC ذات 3 محاور ، وسرير طباعة 1 متر × 1 متر ، ووحدة تحكم في صمام الاستغناء Nordson EFD ValveMate.

تضمنت عملية الصياغة خلط ألياف الحرير من شرانق دودة القز في مزيج يشبه الطين. تم تقسيم الألياف إلى مكونات البروتين الأساسية ، ثم تم خلطها مع مادة ملدنة ومكثف صمغ نباتي ، مما أعطى المادة الناتجة قابلية البثق. لإضافة قوة إلى المادة ، قام العلماء أيضًا بدمج طبقة أساسية من الشيتوزان ، وهو السكر الذي يعطي المحار الهياكل الخارجية صلابة. أفضل ما في الأمر أن العملية تعتمد فقط على مواد كيميائية خفيفة ويمكن إجراؤها في بيئة معملية قياسية.

باستخدام الحرير ، وكذلك السليلوز من مخلفات المنسوجات والزراعية ، والشيتوزان من نفايات المحار ، وجميع الكيماويات اللطيفة نسبيًا المستخدمة في دمجها ، فإننا نحرز تقدمًا نحو هدفنا.

وفقًا للدراسة ، يمكن طباعة المادة النهائية الشبيهة بالجلد ثلاثية الأبعاد بأي شكل هندسي تقريبًا ، بأحجام ميزات تتراوح من 0.25 مم إلى 5 مم. مع بعض الإصلاح ، يمكن أيضًا إيداع المادة بمرونة وعتامة متفاوتة ، مما يفسح المجال لمجموعة متنوعة من تطبيقات الموضة. بمجرد وصولها إلى نهاية عمرها الإنتاجي ، يمكن إعادة تدوير المادة مرة أخرى إلى مزيج حريري لإعادة استخدامها ، أو التخلص منها تمامًا لأنها قابلة للتحلل تمامًا.

يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد للمواد الحيوية مثل الحرير أن تفعل المعجزات للاقتصاد الدائري. استخدم علماء من جامعة دلفت للتكنولوجيا (TU Delft) مؤخرًا تقنية جديدة للطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد لإنشاء مادة أوراق اصطناعية حية مصنوعة من خلايا الطحالب. اشتمل البحث على طباعة ثلاثية الأبعاد للطحالب الدقيقة مباشرة في السليلوز البكتيري غير الحي وهو مركب إفراز عضوي تنتجه البكتيريا لإنشاء مادة صلبة ومرنة قادرة على التمثيل الضوئي.

في مكان آخر ، قام باحثون في جامعة سنغافورة للتكنولوجيا والتصميم (SUTD) سابقًا باستكشاف الطباعة ثلاثية الأبعاد للمركبات الحيوية القائمة على الكيتين والتي يتم الحصول عليها من نفايات الطعام في المناطق الحضرية. على وجه التحديد ، استخدم الفريق ذباب الجندي الأسود لتحويل نفايات الطعام العضوية إلى مادة كيتين ثلاثية الأبعاد قابلة للطباعة ، والتي كانت تستخدم لتصنيع أشياء طبيعية قابلة للتحلل.