موضوع مقاله: سلولز | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # سلولز | مقدمه: این ترکیب از زنجیره‌های بلند مولکول‌های گلوکز ساخته شده که مثل رشته‌های محکم در کنار هم قرار می‌گیرند و اسکلت گیاه را تشکیل می‌دهند. | ## بخش 1: سلولز | وجود سلولز به گیاهان کمک می‌کند صاف بایستند، در برابر فشار مقاوم باشند و از آسیب دیدن سلول‌ها جلوگیری شود. برای ما انسان‌ها، سلولز منبع اصلی تولید کاغذ، پارچه‌های پنبه‌ای و حتی بعضی مواد صنعتی است. دستگاه گوارش انسان نمی‌تواند سلولز را تجزیه کند، اما فیبر آن برای سلامت روده‌ها بسیار مهم است و به گواردن بهتر غذا کمک می‌کند. این ترکیب، یک پلی‌ساکارید متشکل از یک زنجیرهٔ خطی شامل صدها تا هزاران واحد دی-گلوکز است که با پیوند گلیکوزیدی به یکدیگر متصل هستند. سلولز یک جزء ساختاری مهم دیواره سلولی اولیهٔ گیاهان سبز، بسیاری از اشکال جلبک‌ها و آب‌کپک‌ها است. این ماده همچنین به طیف گسترده‌ای از محصولاتی چون سلفون و ابریشم مصنوعی تبدیل می‌شود. تولید و عرضهٔ زیست‌سوخت‌هایی مانند اتانول سلولزی از سلولز به‌عنوان یک منبع سوخت تجدیدپذیر در حال توسعه است. سلولز برای مصارف صنعتی عمدتاً از خمیر کاغذ و پنبه با انجام یک سری از فرایندها، به‌دست می‌آید. دستگاه گوارش انسان، قادر به هضم سلولز نیست، بنابراین باکتری‌های موجود در دستگاه گوارش واقع در روده بزرگ سلولز را به گلوکز تبدیل کرده و مصرف می‌کنند. برخی جانوران مثل نشخوارکننده‌ها و موریانه‌ها می‌توانند سلولز را به کمک میکروارگانیسم‌هایی چون تاژک‌پری‌ها که به‌صورت همزیست، در دستگاه گوارش آن‌ها زندگی می‌کنند، هضم کنند. در تغذیه انسان، سلولز یک ترکیب غیرقابل هضم و یک فیبر غذایی نامحلول است که به‌عنوان یک عامل افزایش حجم آب‌دوست در مدفوع عمل می‌کند و به‌طور بالقوه به دفع مدفوع و جلوگیری از یبوست، کمک می‌کند. تاریخچه سلولز در سال ۱۸۳۸ توسط شیمی‌دان فرانسوی آنسلم پین کشف شد که آن را از مواد گیاهی جدا کرد و فرمول شیمیایی آن را تعیین کرد.Payen, A. سلولز برای تولید نخستین پلیمر ترموپلاستیک موفق، سلولوئید، توسط شرکت تولیدی‌هایت در سال ۱۸۷۰ استفاده شد. تولید ابریشم مصنوعی از سلولز در دههٔ ۱۸۹۰ آغاز شد و سلفون در سال ۱۹۱۲ اختراع شد. این ترکیب برای نخستین بار در سال ۱۹۹۲ توسط کوبایاشی و شدا (بدون استفاده از آنزیم‌های بیولوژیکی) به‌صورت شیمیایی سنتز شد. ویژگی‌ها پیوند= میکروسکوپی سلولز سلولز طعم ندارد، بی‌بو و آب‌دوست با زاویه تماس ۲۰ تا ۳۰ درجه است. در پژوهشی در سال ۲۰۱۶، نشان داده شد که سلولز، در ۴۶۷ درجهٔ سانتی‌گراد، ذوب می‌شود. سلولز را می‌توان با استفاده از اسیدهای معدنی غلیظ در دمای بالا به زیرواحدهای گلوکز تجزیه کرد. هر ۵ مولکول سلوبیوز با آرایش فضایی مکعبی، شکل، بلور سلولز را به وجود می‌آورند و از مجموعه بلورهای سلولز، رشته ابتدایی یا میسل سلولز تشکیل می‌شود. | ## بخش 2: سلولز | مجموعه میسل‌ها، میکروفیبریل سلولزی را به وجود می‌آورند که قطری حدود ۲۵ نانومتر دارد. ابعاد سلولز از واحدهایی با قطر ۳۵ آنگستروم تشکیل شده که آن‌ها را رشته‌های ابتدایی می‌نامند. این قطر اغلب درست است اما حتمی نیست؛ مثلاً در برخی نمونه‌ها مثل سلولز جلبک والونی ۳۰۰ آنگستروم و در ترکیبات موسیلاژی برخی میوه‌ها تنها ۱ آنگستروم است. به این ترتیب تصور حالت همگن برای رشته‌های ابتدایی سلولز، کنار گذاشته شد و اشکال مختلف (استوانه‌ای - منشوری با قاعده مربعی - روبان کم و بیش پهن) منظور گردید. دو عامل در محدودیت ابعاد این واحدها دخالت دارد: یکی همی‌سلولزها که همانند پوششی، رشد جانبی رشته‌های سلولزی را محدود می‌کنند و دیگری آرایش یا سازمان‌یافتگی حاصل از مجموعه سلولز سنتتازی (آنزیم تولیدکننده سلولز) غشای سلولی که رشته‌های اولیهٔ سلولزی را می‌سازد. سلولز در برابر تیمارهای آنزیمی و شیمیایی پلیمریزاسیون مولکول‌های پیش‌ساز سلولز تشکیل می‌شود. پس از تشکیل مولکول‌های سلولز، تجمع آن‌ها به صورت بلورهای سلولز و رسیدن به حد میکروفیبرل‌ها و ماکروفیبریل‌های سلولزی بر پایهٔ پدیدهٔ خودآرایی با برقراری پیوندهای هیدروژنی بین‌مولکولی است. فرم‌های سلولز به سه نوع دسته‌بندی شده‌اند: α - سلولز: این فرم از سلولز در محلول ۱۷٫۵ درصد از هیدروکسید سدیم در ۲۰ درجه سانتی‌گراد حل نمی‌شود. β - سلولز: β - سلولز در این محلول، حل شده اما به محض اسیدی کردن محلول ته‌نشین می‌شود. γ - سلولز: در محلول ۱۷٫۵ درصد هیدروکسید سدیم حل می‌شود اما با اسیدی شدن محلول ته‌نشین نمی‌شود. اگزوسلولازها قدرت عمل بیشتری دارند و بر انواع مختلف سلولز چه سلولز بلوری و چه سلولز غیربلوری که در نتیجهٔ آسیب یا تخریب بخش‌های سلولزی بلوری ایجاد می‌شود اثر می‌کنند و در مرحلهٔ اول عمل خود، موجب گسستن پیوندهای بین‌مولکولی می‌شوند. آندوسلولازها بر محصول عمل اگزوسلولازها اثر می‌کنند و موجب گسستن پیوندهای درون‌مولکولی می‌گردند؛ بنابراین سلولازها اشتراک یا تعاون عمل دارند. کاربردها پیوند= با بیش از ۹۰ درصد محتوای سلولز، خالص‌ترین منبع طبیعی این پلی‌ساکارید است. سلولز همچنین در تولید کاغذهای عایق الکتریکی مورد استفاده است و در اَشکال مختلف در ترانسفورماتورها، کابل‌ها و سایر تجهیزات الکتریکی به‌عنوان عایق الکتریکی مورد استفاده است. محصولات مصرفی: سلولز میکروکریستالی (E460i) و سلولز پودری (E460ii) به‌عنوان پرکننده‌های غیرفعال در قرص‌ها استفاده می‌شوند. و طیف گسترده‌ای از مشتقات سلولز محلول، شماره E461 تا E469، به‌عنوان امولسیفایر، غلیظ‌کننده‌ها و تثبیت‌کننده‌های مواد غذایی استفاده می‌شوند. سلولز به‌طور طبیعی در برخی از غذاها وجود دارد و یک افزودنی در غذاهای تولیدی است، که به یک جزء غیرقابل هضم برای ایجاد بافت و حجم مناسب محصول، کمک می‌کند و به‌طور بالقوه نیز به اجابت مزاج کمک می‌کند. مصالح ساختمانی: پیوند هیدروکسیل سلولز در آب، ماده‌ای قابل پاشیدن و قالب‌گیری را به‌عنوان جایگزینی برای استفاده از پلاستیک و رزین تولید می‌کند. این مادهٔ قابل بازیافت را می‌توان در برابر آب و آتش مقاوم کرد که استحکام کافی برای استفاده به‌عنوان مصالح ساختمانی را فراهم می‌کند. | ## بخش 3: سلولز | عایق سلولزی ساخته‌شده از کاغذهای بازیافتی به‌عنوان یک ماده ارجح از نظر زیست‌محیطی برای عایق‌بندی ساختمان مورد توجه قرار گرفته است. این ماده پایه سلولوئیدی است که تا اواسط دههٔ ۱۹۳۰ برای فیلم‌های عکاسی و تصویربرداری استفاده می‌شد. از سلولز برای تولید پیونده و چسب‌های محلول در آب مانند متیل سلولز و کربوکسی متیل سلولز استفاده می‌شود. سلولز مادهٔ خام در ساخت نیتروسلولز (نیترات سلولز) است که در تولید باروت بی‌دود استفاده می‌شود. داروها: مشتقات سلولز مانند سلولز میکروکریستالی (MCC) دارای مزایایی چون حفظ آب، تثبیت‌کنندگی و غلیظ‌کنندگی بوده و در تولید قرص‌ها کاربرد دارند. سلولز همچنین در آزمایشگاه به‌عنوان جزء عمل‌کنندهٔ فاز جامد در کروماتوگرافی لایه‌نازک، استفاده می‌شود. سلولز در چاپ سه‌بعدی سلولز به عنوان فراوان‌ترین پلیمر طبیعی روی زمین، در سال‌های اخیر تحولی چشمگیر در صنعت چاپ سه‌بعدی و ساختارهای دیجیتال ایجاد کرده است. این ماده نه‌تنها به دلیل تجدیدپذیری و سازگاری زیستی، بلکه به خاطر خواص مکانیکی منحصر به فردش، به عنوان جایگزینی پایدار برای پلیمرهای پایه نفتی مورد توجه قرار گرفته است. پیشرفت‌های اخیر نشان می‌دهد که سلولز می‌تواند بسیاری از محدودیت‌های مواد سنتی در چاپ سه‌بعدی را برطرف کند. این ویژگی از تخریب حرارتی سلولز جلوگیری می‌کند و امکان چاپ سریع‌تر را فراهم می‌سازد. پس از چاپ، با یک فرایند شیمیایی ساده، استحکام قطعات به سطحی بالاتر از پلاستیک‌های رایج می‌رسد. پژوهشگران با ترکیب این نانوکریستال‌ها با پلیمرهای مصنوعی، ژل‌هایی ساخته‌اند که می‌توانند به راحتی چاپ یا قالب‌گیری شوند. این کامپوزیت‌ها با دارا بودن تا ۹۰٪ محتوای سلولزی، استحکامی قابل مقایسه با برخی آلیاژهای آلومینیوم دارند و در عین حال بسیار سبک‌تر هستند. با افزودن رنگدانه‌های ضد باکتری به جوهر استات سلولز، می‌توان ابزارهای جراحی چاپ کرد که تحت نور فلورسنت باکتری‌ها را از بین می‌برند. همچنین نانوکریستال‌های سلولزی در ترکیب با پلیمرها امکان تولید ایمپلنت‌های دندانی با استحکام و زیست‌سازگاری بالا را فراهم کرده‌اند که قادرند ساختار پیچیده دندان را تقلید کنند. همچنین امکان بازیافت حلال‌های استفاده‌شده در فرایند چاپ، این روش را به یکی از پایدارترین فناوری‌های تولید تبدیل کرده است. از نظر اقتصادی نیز سلولز به دلیل قیمت پایین و فراوانی، گزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه محسوب می‌شود. محققان در حال توسعه روش‌هایی مانند اصلاح شیمیایی یا افزودن نانوذرات برای رفع این مشکلات هستند. | ## جمع‌بندی | استفاده از نانوالیاف ابریشم در جوهرهای سلولزی یکی از راهکارهای امیدوارکننده برای بهبود ویسکوزیته بدون آسیب به ساختار سلولز است.