वैज्ञानिकों ने हाल ही में "नेचर कम्युनिकेशंस" में एक अध्ययन प्रकाशित किया है जिसमें कहा गया है कि संयुक्त राज्य अमेरिका में राइस विश्वविद्यालय और ह्यूस्टन विश्वविद्यालय की एक टीम ने एक सरल और स्केलेबल प्रक्रिया के माध्यम से बैक्टीरिया सेलूलोज़ के उत्पादन के दौरान दिशात्मक फाइबर संरेखण हासिल किया, जिससे उच्च शक्ति और बहुमुखी प्रतिभा दोनों के साथ जैव-आधारित सामग्री का उत्पादन हुआ, जिसे कुछ पारंपरिक प्लास्टिक को बदलने के लिए आशाजनक माना जाता है।
प्लास्टिक प्रदूषण लंबे समय से एक वैश्विक समस्या रही है। सामान्य सिंथेटिक पॉलिमर पर्यावरण में माइक्रोप्लास्टिक्स में विघटित हो जाते हैं और बिस्फेनॉल ए (बीपीए), फ़ेथलेट्स और कुछ कार्सिनोजेन जैसे हानिकारक रसायन छोड़ते हैं। इस उद्देश्य से, मोहम्मद मकसूद रहमान की अध्यक्षता वाली शोध टीम ने अपना ध्यान प्राकृतिक बायोपॉलिमर-बैक्टीरियल सेलूलोज़ की ओर लगाया, जो स्रोतों में समृद्ध, उच्च शुद्धता और बायोडिग्रेडेबल है।
अध्ययनों से पता चला है कि बैक्टीरियल सेलूलोज़ स्वयं नैनोस्केल फाइबर से बना है और इसमें उत्कृष्ट यांत्रिक आधार है। हालाँकि, प्राकृतिक विकास प्रक्रिया के दौरान तंतुओं की अव्यवस्थित दिशा के कारण, समग्र प्रदर्शन पूरी तरह से प्रभावित नहीं हुआ है। इसके अलावा, जब अन्य नैनोफिलर्स को इस त्रि-आयामी घने नेटवर्क में पेश किया जाता है, तो उन्हें फैलाव और प्रवेश कठिनाइयों का भी सामना करना पड़ता है, जो सामग्री के कार्यों के विस्तार को सीमित करता है। उपरोक्त समस्याओं को हल करने के लिए, टीम ने एक घूमने वाला बायोरिएक्टर डिज़ाइन किया जो सेल्युलोज-उत्पादक बैक्टीरिया की गति की दिशा को निर्देशित करने के लिए द्रव गति का उपयोग करता है ताकि विकास प्रक्रिया के दौरान उन्हें "पंक्ति में आने के लिए मजबूर" किया जा सके, जिससे दिशात्मक फाइबर विकास प्राप्त हो सके।
एम.ए.एस.आर. पेपर के पहले लेखक और राइस यूनिवर्सिटी में डॉक्टरेट छात्र सादी ने कहा कि यह विधि "बैक्टीरिया की एक अनुशासित टीम को प्रशिक्षित करने" के बराबर है, जो मूल रूप से यादृच्छिक तैराकी बैक्टीरिया को एक निर्धारित दिशा में स्थानांतरित करने की अनुमति देती है, और इस प्रक्रिया में सीधे सेलूलोज़ का उत्पादन करती है। इस गतिशील जैवसंश्लेषण रणनीति के माध्यम से, शोधकर्ताओं द्वारा उत्पादित उन्मुख जीवाणु सेलूलोज़ शीट में लगभग 436 एमपीए की तन्य शक्ति होती है, जो कुछ धातुओं और कांच की ताकत के बराबर होती है। यह लचीला, मोड़ने योग्य, पारदर्शी और पर्यावरण के अनुकूल भी है।
आगे के प्रयोगों में, टीम ने हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड नैनोशीट्स को सीधे बैक्टीरिया कल्चर पोषक तत्व समाधान में जोड़ा, जिससे उन्हें संश्लेषण प्रक्रिया के दौरान सेलूलोज़ नेटवर्क में शामिल किया जा सके। इस मिश्रित सामग्री की तन्य शक्ति को अधिकतम 553 एमपीए तक बढ़ा दिया गया है, और इसके थर्मल प्रदर्शन में भी काफी सुधार हुआ है। तापीय चालकता नियंत्रण नमूने की लगभग तीन गुना है, जो गर्मी को शीघ्रता से नष्ट करने में मदद करती है। शोधकर्ताओं ने इस बात पर जोर दिया कि यह विधि सामग्री उत्पादन चरण के दौरान कई नैनो-एडिटिव्स के "निचले एकीकरण" की सुविधा प्रदान करती है, और अनुप्रयोग आवश्यकताओं के अनुसार यांत्रिक, थर्मल और अन्य गुणों को तैयार कर सकती है।
टीम का मानना है कि इस एकल-चरण, नीचे-ऊपर तैयारी मार्ग में औद्योगिक पैमाने को बढ़ाने की क्षमता है। प्रक्रिया के सरलीकरण और भौतिक स्रोतों की विस्तृत श्रृंखला के लिए धन्यवाद, भविष्य में इसे पैकेजिंग, कपड़ा, संरचनात्मक सामग्री, थर्मल प्रबंधन, हरित इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और ऊर्जा भंडारण के क्षेत्र में लागू किए जाने की उम्मीद है। रहमान ने बताया कि यह कार्य सामग्री विज्ञान, जीव विज्ञान और नैनोइंजीनियरिंग में अंतःविषय अनुसंधान की शक्ति को प्रदर्शित करता है, जिसका अंतिम लक्ष्य इस मजबूत, बहुक्रियाशील और पर्यावरण-अनुकूल बैक्टीरिया सेलूलोज़ शीट को विभिन्न परिदृश्यों में कुछ प्लास्टिक को बदलने और पर्यावरणीय क्षति को कम करने की अनुमति देना है।
अनुसंधान टीम ने निष्कर्ष निकाला कि फाइबर अभिविन्यास और भराव प्रसार की लंबे समय से चली आ रही समस्याओं को हल करके, जिसने बैक्टीरिया सेलूलोज़ को प्रभावित किया है, यह प्रक्रिया इस प्राकृतिक बायोपॉलिमर के लिए उच्च-प्रदर्शन इंजीनियरिंग सामग्री के द्वार खोलती है। उनका मानना है कि यह बायोडिग्रेडेबल, प्रदर्शन-समायोज्य जैव-आधारित सामग्री पारंपरिक प्लास्टिक पर निर्भरता को कम करने के लिए एक यथार्थवादी मार्ग प्रदान करती है, और वैश्विक प्लास्टिक प्रदूषण नियंत्रण के लिए नई तकनीकी कल्पना भी लाती है।