ננוצלולוזה היא משאב הביומסה הנפוץ ביותר על פני כדור הארץ. יש לו יתרונות של פירוק קל, מתחדש, לא רעיל, זול וקל להשגה, והוא צפוי להחליף משאבים פטרוכימיים מסורתיים ולשמש לייצור חומרים פונקציונליים מתקדמים שונים עם ערך מוסף גבוה. על פי שיטת ההכנה והמקור לננוצלולוזה, ניתן לחלק את ננוצלולוזה לשלוש קטגוריות: ננו-צלולוז תאית (CNC), ננוצלולוזה תאית (CNF) ותאית חיידקית (BC).

איור 1. מקורות, מבנה מיקרו ויישומים פוטנציאליים של ננוצלולוזה

חומרים פונקציונליים של ננוצלולוזה לפוטוניקה כיראלית

כיראליות נמצאת בכל מקום בטבע והיא ממלאת תפקיד חשוב במדעי החיים ובמדעי החומר. CNC הוא חומר קריסטל פוטוני ננומטרי. מבנה שלב הגביש הנוזלי הכיראלי הנמטי של CNC יכול לשמש לא רק להכנת חומרי סרט פונקציונליים בעלי תכונות מכניות גבוהות ותכונות אופטיות מיוחדות, אלא גם לשמש כמעין תבנית רכה גולמית כדי לגרום לננו-חלקיקים ליצור חומרים פונקציונליים בעלי מבנה כיראלי. לכן, לקטליזה כיראלית, מטא-חומרים כיראליים, הצפנת קיטוב וביוסנסינג יש ערך יישום חשוב.

איור 2. יישום של חומרים פונקציונליים ננוצלולוזה בפוטוניקה כיראלית

חומרים פונקציונליים של ננוצלולוזה למנהלי התוכנה

בשנים האחרונות, מדענים עיצבו בצורה גאונית מגוון של מפעילים חכמים ביו-מימטיים המבוססים על חומר רך שמקורו בפולימרים סינתטיים שונים, כגון הידרוג'לים טיפוסיים, אלסטומרים של גביש נוזלי ופולימרים עם זיכרון צורות, כדי לחקות או אפילו לעלות על התנהגות הנהיגה של אורגניזמים חיים. עם זאת, חומרים מסורתיים המבוססים על פולימרים מסונתזים בדרך כלל באמצעות תהליכים מורכבים, הם יקרים וקשים לפירוק או מיחזור, מה שעלול להטיל עומס מסוים על הסביבה. ראוי לציין שמנהלי תוכנה ביומימטיים המבוססים על ננוצלולוזה משכו יותר ויותר תשומת לב בשל הגמישות המכנית המעולה שלהם, יכולת ספיגת לחות גבוהה, קיימות או ידידותיות לסביבה, לשימוש חוזר או מתכלה ותאימות ביולוגית.

חומרים פונקציונליים של ננוצלולוזה לאחסון אנרגיה

תאנה. 3. יישום חומרים פונקציונליים מבוססי ננו-צלולוזה בתחום מנהלי התוכנה

לננוצלולוזה יש שטח פנים ספציפי גדול, גמישות מכנית מעולה, יציבות כימית טובה וידידותיות לסביבה, והסיבים שלובים זה בזה. קל ליצור מבנה נקבובי להובלת יונים ואלקטרונים. קבוצות פונקציונליות הידרופיליות כגון קבוצת הידרוקסיל וקבוצת קרבוקסיל מחוברות על פני הסיב, בעל יכולת שימור לחות טובה בתמיסת אלקטרוליטים, מה שהופך את החומרים הפונקציונליים המופקים לבעלי סיכוי יישום רחב בתחום אגירת האנרגיה. חומרים פונקציונליים מבוססי ננוצלולוזה אינם יכולים לשמש רק כרכיבים שונים של התקני אחסון אנרגיה, כגון דיאפרגמה, אלקטרוליט, דבק ומנשא. במקביל, ניתן להשתמש בפחמיזציה בטמפרטורה גבוהה, בפילמור כימי במקום ובאסטרטגיות שיקוע אלקטרוכימיים לשילוב עם חומרים אלקטרואקטיביים כדי להשיג ננו-מבנים עדינים יותר ותכונות אלקטרוכימיות מצוינות.

איור 4. יישום של חומרים פונקציונליים מבוססי ננוצלולוזה בתחום אחסון אנרגיה

חומרים פונקציונליים של ננו-צלולוזה ליישומים ביו-רפואיים

במצב יבש, התכונות המכניות של ננוצלולוזה דומות לעצם האנושית, בעוד שבמצב רטוב, התכונות הפיזיקליות והכימיות של ננוצלולוזה דומות למטריצה ​​החוץ-תאית. בינתיים, בנוסף לתכונות פיסיקליות וכימיות מצוינות, לננוצלולוזה יש תאימות גבוהה עם פולימרים אחרים או חומרים פונקציונליים, מה שגורם לחומרים פונקציונליים של ננוצלולוזה להיות בעלי ערך מעשי טוב ואפשרויות יישום רחבות בתחום הביו-רפואי.

איור 5. יישום של חומרים פונקציונליים מבוססי ננוצלולוזה בתחום הביו-רפואי