ديدان القز تتغذى على السليلوز النانوي لإنتاج حرير أقوى يلائم الاستخدامات الطبية

عمرو شكر: دائما ما يرتبط الحرير بصناعة الملابس، لكن استخداماته متنوعة بشكل لا يصدق، وذلك بفضل قوته وخصائصه المرنة، فالحرير من الألياف الطبيعية الموجودة كخيط متصل، وهذه الميزة الفريدة تساهم في تنوع استخدامات ألياف الحرير.

استخدامات الحرير

تنفث ديدان القز بروتين الفايبروين (الحرير) من خلال ثقوب صغيرة في فكيها (غدتين لعابيتين) على هيئة خيط متصل، ويتكون الفايبروين من أوراق الأشجار المهضومة والبروتين الذي يتغذى عليه دود القز.

حاليا، يتزايد الاهتمام بالتقنيات المتقدمة المستخدمة في معالجة وهندسة الحرير بغرض إنتاج مجموعة واسعة من الأدوات العملية الجديدة، حيث تتميز ألياف الحرير المستخرجة من دود القز بتوافقية حيوية رائعة وقابلية امتصاص حيوية، لذلك يتم استعمالها على نطاق واسع في المجال الطبي بسبب انخفاض مخاطر حدوث تفاعلات التهابية.

لذا دأب الباحثون على دراسة طرق لتقوية الحرير، مثل معالجة خيوط الحرير المستخرج من دود القز باستخدام مواد كيميائية خلال عملية الغزل، إلا أن هذه المواد الكيميائية سامة وتضر بصحة الإنسان والبيئة.

حمية طبيعية تحل المعضلة

ألياف السليلوز النانوية هي ألياف مشتقة من النباتات، يتم تكريرها إلى مستوى مصغر، وتعتبر مادة واعدة من المواد النانوية الصديقة للبيئة، يمكن استخدامها لتكوين مركبات نانوية منخفضة التكلفة وخفيفة الوزن وعالية القوة ومتجددة ومستدامة.

أنتج باحثو جامعة توهوكو (Tohoku University) اليابانية حرير السليلوز النانوي (CNF) بشكل طبيعي من خلال تعديل بسيط في غذاء ديدان القز، ونشروا نتائج أبحاثهم في دورية "ماتيريالز آند ديزاين" (Materials and Design) في الأول من فبراير/شباط الماضي.

وبحسب ما جاء في تقرير لموقع "سايتيك ديلي" (Scitech Daily) منشور يوم 21 مارس/آذار الماضي، فإن الغرض من هذه الدراسة هو تطوير ألياف تحوي حرير دودة القز وسليلوز نانوي (نانوسليلوز)، عن طريق التغذية المباشرة لدودة القز بالمواد النانوية.

وتمت إضافة ألياف السليلوز النانوي إلى الحمية الاعتيادية لدودة القز بغرض تحسين قوة شد الحرير المنتج، ثم أجروا اختبار الشد لفهم الخصائص الميكانيكية لألياف الحرير، كما درسوا سطح ألياف الحرير أيضا لتأكيد وجود واصطفاف الألياف النانوية.

اصطفاف أفضل للألياف

أظهرت المواد المركبة القائمة على ألياف السليولوز النانوي -والتي تم تصنيعها في دراسات سابقة- القليل من التحسينات الميكانيكية، رغم استخدام معدات متطورة، لعدم وجود اصطفاف جيد للألياف النانوية (نانوفايبرل).

وقال الدكتور فوميو ناريتا مهندس علم المواد بجامعة توهوكو -المشارك في البحث- "جاءت فكرة بحثنا عندما أدركنا أن طريقة تعزيز التدفق (flow-focusing) التي تنتج بها ديدان القز الحرير، هي الأمثل لاصطفاف (alignment) الألياف النانوية للسليولوز".

ويعزى اصطفاف الألياف النانوية الملحوظ إلى الآلية الطبيعية التي تحدث داخل ديدان القز أثناء عملية الغزل، حيث تنتج ديدان القز الحرير بطريقة تعزيز التدفق، فهي تنفث الحرير موجهة الألياف مع اتجاه التدفق، وبالتالي يحدث اصطفاف أفضل للألياف النانوية.

وفي هذه الدراسة الحديثة، تم تقسيم يرقات دودة القز إلى 3 مجموعات، وتغذيتها على طعام يحتوي على كميات مختلفة من ألياف السليولوز النانوي، ثم أجرت مجموعة البحث اختبارات قوة على ألياف الحرير المسحوبة، والتي وُجدت أقوى بنحو مرتين من الحرير الناتج من دودة القز التي لا تتغذى على ألياف السليولوز النانوي.

ويعلق الدكتور فوميو ناريتا قائلا "توضح النتائج التي توصلنا إليها طريقة صديقة للبيئة لإنتاج مواد حيوية مستدامة عن طريق استخدام ألياف السليولوز النانوي غذاء (لدودة القز)".