ন্যানোসেলুলোজ

ন্যানোসেলুলোজ বলতে এমন একদল সেলুলোজীয় পদার্থকে বোঝায়, যাদের অন্তত একটি মাত্রা ন্যানোস্কেলে থাকে। ন্যানোসেলুলোজীয় পদার্থের উদাহরণ হলো মাইক্রোফিব্রিলেটেড সেলুলোজ, সেলুলোজ ন্যানোফাইবার বা সেলুলোজ ন্যানোক্রিস্টাল। বিভিন্ন উৎপাদন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে প্রাকৃতিক সেলুলোজ তন্তু থেকে ন্যানোসেলুলোজ পাওয়া যেতে পারে। এই শ্রেণীর পদার্থের বেশ কিছু আকর্ষণীয় বৈশিষ্ট্য রয়েছে যা বিভিন্ন ক্ষেত্রে ব্যবহারের জন্য উপযোগী।

 পরিভাষা 

 মাইক্রোফিব্রিলেটেড সেলুলোজ 

মাইক্রো সেলুলোজ (এমএফসি) এক ধরনের ন্যানোসেলুলোজ যা সেলুলোজ ন্যানোফাইবার বা ন্যানোক্রিস্টালের চেয়ে বেশি অসমসত্ত্ব (হেটেরোজেনেউস), কারণ এতে ন্যানো এবং মাইক্রো স্কেলের কণার মিশ্রণ থাকে। শব্দটি কখনও কখনও ভুলবশত সেলুলোজ ন্যানোফাইবারের পরিবর্তে ব্যবহৃত হয়।

 সেলুলোজ ন্যানোফাইবার 

সেলুলোজ ন্যানোফাইবার (সিএনএফ), যা ন্যানোফিব্রিলেটেড সেলুলোজ (এনএফসি) নামেও পরিচিত, হলো উচ্চ অ্যাসপেক্ট রেশিও (দৈর্ঘ্য ও প্রস্থের অনুপাত) বিশিষ্ট ন্যানো-আকারের সেলুলোজ তন্তু। সাধারণত এই তন্তুগুলোর প্রস্থ ৫–২০ ন্যানোমিটার এবং দৈর্ঘ্য কয়েক মাইক্রোমিটার পর্যন্ত হয়ে থাকে।

প্রাকৃতিক সেলুলোজ, সাধারণত কাঠের মণ্ড থেকে উচ্চ-চাপ, উচ্চ-তাপমাত্রা এবং উচ্চ-গতিসম্পন্ন হোমোজেনাইজেশন, গ্রাইন্ডিং বা মাইক্রোফ্লুইডাইজেশনের মাধ্যমে এই তন্তুগুলো পৃথক করা যায় (দেখুন উৎপাদন)।

 সেলুলোজ ন্যানোক্রিস্টাল 
সেলুলোজ ন্যানোক্রিস্টাল (সিএনসি) বা ন্যানোক্রিস্টালিন সেলুলোজ (এনসিসি) হলো অত্যন্ত কেলাসিত, দণ্ডের মতো দেখতে ন্যানোকণা। এগুলো সাধারণত ঋণাত্মক চার্জযুক্ত গ্রুপ দ্বারা আবৃত থাকে যা এদের পানিতে কলয়েডীয় ভাবে স্থিতিশীল রাখে। এগুলো সাধারণত সিএনএফ এর তুলনায় ছোট হয় এবং এদের দৈর্ঘ্য সাধারণত ১০০ থেকে ১০০০ ন্যানোমিটারের মধ্যে থাকে।

 ব্যাকটেরিয়াল ন্যানোসেলুলোজ 
সেলুলোজ উৎপাদনকারী কিছু ব্যাকটেরিয়াকেও ন্যানোসেলুলোজীয় পদার্থ তৈরিতে ব্যবহার করা হয়েছে, যা ব্যাকটেরিয়াল ন্যানোসেলুলোজ নামে পরিচিত। এর সবচেয়ে সাধারণ উদাহরণ হলো মেডুসোমাইসেস গিসেভি (কম্বুচা তৈরিতে জড়িত ব্যাকটেরিয়া) এবং কোমাগাটাইব্যাক্টর জাইলিনাস। বিস্তারিত জানার জন্য ব্যাকটেরিয়াল সেলুলোজ দেখুন। কাঠ বা তুলার সেলুলোজ থেকে তৈরি ন্যানোসেলুলোজের তুলনায় এই ব্যাকটেরিয়া-জাতীয় উপাদানের আকার ও গঠন কিছুটা ভিন্ন হয়। বাস্তবে ব্যাকটেরিয়াল ন্যানোসেলুলোজ প্রায়ই কাঠ বা তুলার ন্যানোসেলুলোজের তুলনায় আকারে বড় হয়।

 ইতিহাস 

ন্যানোসেলুলোজীয় পদার্থের আবিষ্কারের ইতিহাস ১৯৪০-এর দশকের শেষের দিকে সেলুলোজ তন্তুর আর্দ্রবিশ্লেষণ সংক্রান্ত গবেষণায় খুঁজে পাওয়া যায়। এক পর্যায়ে লক্ষ্য করা যায় যে, সেলুলোজের আর্দ্রবিশ্লেষণ মূলত তন্তুর অনিয়মিত আন্তঃকেলাসিত অংশগুলোতে বেশি ঘটে। এর ফলে কলয়েডীয় ভাবে স্থিতিশীল এবং উচ্চ কেলাসিত ন্যানো-দণ্ড সদৃশ কণা পাওয়া সম্ভব হয়। এই কণাগুলোকে প্রথমে 'মাইসেল' বলা হতো, পরবর্তীতে এর বিভিন্ন নাম দেওয়া হয় যেমন সেলুলোজ ন্যানোক্রিস্টাল (সিএনসি), ন্যানোক্রিস্টালিন সেলুলোজ (এনসিসি) বা সেলুলোজ ন্যানোহুইসকার। যদিও শেষোক্ত নামটি বর্তমানে কম ব্যবহৃত হয়। পরবর্তীতে ও. এ. বাতিস্তার গবেষণায় দেখা যায় যে, মৃদু আর্দ্রবিশ্লেষণ অবস্থায় এই কেলাসিত ন্যানো-দণ্ডগুলো মাইক্রন আকারের বস্তু হিসেবে একত্রিত হয়ে থাকে। এই উপাদানটি পরে মাইক্রোক্রিস্টালিন সেলুলোজ (এমসিসি) নামে পরিচিতি পায় এবং এফএমসি কর্পোরেশন এটি 'আভিসেল' নামে বাজারজাত করে।


মাইক্রোফিব্রিলেটেড সেলুলোজ (এমএফসি) পরবর্তীতে ১৯৮০-এর দশকে ওয়াশিংটনের শেলটনে আইটিটি রেয়নিয়ার ল্যাবে টারবাক, স্নাইডার এবং স্যান্ডবার্গ আবিষ্কার করেন। উচ্চ তাপমাত্রা ও চাপে কাঠের মণ্ডকে হোমোজেনাইজারের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত করে এই জেল-সদৃশ উপাদানটি তৈরি করা হয়েছিল। পরবর্তীতে ২০১০ সালে সুইডেনের ইনভেনটিয়া এবি  দ্বারা প্রথম এমএফসি পাইলট উৎপাদন প্ল্যান্ট স্থাপিত হয়।

 উৎপাদন 

 সেলুলোজ উৎস 
যেকোনো প্রাকৃতিক সেলুলোজ উৎস থেকে ন্যানোসেলুলোজ প্রস্তুত করা যেতে পারে, যার মধ্যে রয়েছে কাঠ, তুলা, কৃষিগত বা গৃহস্থালি বর্জ্য, শৈবাল, ব্যাকটেরিয়া বা টিউনিকেট। বর্তমানে ন্যানোসেলুলোজের শিল্প উৎপাদনের জন্য কাঠের মণ্ডই সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত কাঁচামাল।

 ন্যানোসেলুলোজ তন্তু 
যান্ত্রিক পদ্ধতি ব্যবহার করে সেলুলোজ তন্তু থেকে ন্যানোসেলুলোজ ফিব্রিল (এমএফসি এবং সিএনএফ) আলাদা করা যায়। এজন্য উচ্চ-চাপের হোমোজেনাইজার বা গ্রাইন্ডার ব্যবহার করা হয়। এই প্রক্রিয়ায় প্রচুর শক্তির প্রয়োজন হয়।

এই সমস্যার সমাধানে কখনও কখনও এনজাইমেটিক বা যান্ত্রিক প্রাক-প্রক্রিয়াকরণ ব্যবহার করা হয়। এছাড়া কাঁচা উদ্ভিজ্জ বায়োমাস থেকে সরাসরি কার্বোক্সিসেলুলোজ ন্যানোফাইবার তৈরির জন্য 'নাইট্রো-অক্সিডেশন' পদ্ধতি উদ্ভাবন করা হয়েছে। এই পদ্ধতিটি সাশ্রয়ী এবং দক্ষ হিসেবে প্রমাণিত হয়েছে। নাইট্রো-অক্সিডেশনের মাধ্যমে প্রাপ্ত ন্যানোফাইবারগুলো পানি থেকে সীসা, ক্যাডমিয়াম এবং ইউরেনিয়ামের মতো ভারী ধাতুর অপদ্রব্য অপসারণে চমৎকার কাজ করে।

 সেলুলোজ ন্যানোক্রিস্টাল 
সেলুলোজ ন্যানোক্রিস্টাল (সিএনসি) সাধারণত সালফিউরিক বা হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড ব্যবহার করে প্রাকৃতিক সেলুলোজ তন্তুর আর্দ্রবিশ্লেষণের মাধ্যমে তৈরি করা হয়। অ্যাসিডের প্রভাবে সেলুলোজের অনিয়মিত অংশগুলো ভেঙে যায় এবং অবশিষ্ট কেলাসিত অংশগুলো সেন্ট্রিফিউগেশনের মাধ্যমে সংগ্রহ করা হয়।

 গঠন ও বৈশিষ্ট্য 

 মাত্রা এবং কেলাসিতা 
বিভিন্ন উৎস থেকে প্রাপ্ত ন্যানোসেলুলোজের অতি-গঠন ব্যাপকভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছে। এর আকার ও প্রকৃতি নির্ধারণের জন্য ট্রান্সমিশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি টিইএম , স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (এসইএম) এবং অ্যাটোমিক ফোর্স মাইক্রোস্কোপি (এএফএম) এর মতো কৌশল ব্যবহার করা হয়। ন্যানোসেলুলোজ সাধারণত সেলুলোজ ক্রিস্টাল-১ কাঠামোর অধিকারী এবং এর কেলাসিতার মাত্রা (ক্রিস্টালিনিটি) সাধারণত ৬৩% এর কাছাকাছি থাকে।

 সান্দ্রতা 
ন্যানোসেলুলোজ ডিসপারশনের সান্দ্রতা এবং প্রবাহ বৈশিষ্ট্য (রিওলজি) পরীক্ষা করে দেখা গেছে যে এগুলো অত্যন্ত 'শিয়ার থিনিং' ধর্ম প্রদর্শন করে। অর্থাৎ বল প্রয়োগ করলে বা নাড়ালে এর সান্দ্রতা কমে যায় এবং স্থির অবস্থায় রাখলে পুনরায় জেল অবস্থায় ফিরে আসে। এই বৈশিষ্ট্যটিকে থিক্সোট্রপি বলা হয়, যা বিভিন্ন কোটিং বা প্রলেপ তৈরির কাজে খুব দরকারী।

 যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য 
কেলাসিত সেলুলোজের দৃঢ়তা প্রায় ১৪০–২২০ জিপিএ , যা কেভলারের সাথে তুলনীয় এবং গ্লাস ফাইবারের চেয়ে উন্নত। ন্যানোসেলুলোজ থেকে তৈরি ফিল্মের শক্তি অনেক বেশি (২০০ এমপিএ-র উপরে)। এর শক্তি ও ওজনের অনুপাত স্টেইনলেস স্টিলের তুলনায় ৮ গুণ বেশি।

 রোধী গুণাবলী 
উচ্চ কেলাসিতা এবং তন্তুগুলোর ঘন নেটওয়ার্কের কারণে ন্যানোসেলুলোজ একটি চমৎকার প্রতিবন্ধক বা রোধী (ব্যারিয়ার) উপাদান হিসেবে কাজ করতে পারে। বিশেষ করে অক্সিজেন রোধী হিসেবে ন্যানোসেলুলোজ ফিল্মের পারফরম্যান্স বেশ ভালো। গবেষণায় দেখা গেছে যে, পলিপ্রোপাইলিন বা পিএলএ ফিল্মের উপর ন্যানোসেলুলোজের একটি স্তর দিলে তার অক্সিজেন প্রবেশযোগ্যতা ৭০০ গুণেরও বেশি কমে যায়।

 সম্ভাব্য ব্যবহার 
ন্যানোসেলুলোজের বিশেষ যান্ত্রিক গুণাবলী এবং উচ্চ সান্দ্রতার কারণে এটি অনেক ক্ষেত্রে ব্যবহারের উপযোগী।

 কাগজ এবং বোর্ড: কাগজ শিল্পে ন্যানোসেলুলোজ ব্যবহারের ফলে কাগজের তন্তুর মধ্যকার বন্ধন শক্তিশালী হয় এবং কাগজের শক্তি বৃদ্ধি পায়। এটি তেল-রোধী কাগজ তৈরিতেও ব্যবহৃত হয়।
 কম্পোজিট: প্লাস্টিককে শক্তিশালী করতে ন্যানোসেলুলোজ ব্যবহার করা হয়। ন্যানোসেলুলোজ থেকে তৈরি সুতা মাকড়সার রেশমের চেয়েও শক্ত হতে পারে।
 খাদ্য: খাবারে ঘনকারক (থিকনার) বা ক্যালরিবিহীন পরিপূরক হিসেবে এটি ব্যবহার করা যেতে পারে। এটি সস, পুডিং বা স্যুপের স্থায়িত্ব বাড়াতে সাহায্য করে।
 চিকিৎসা ও প্রসাধনী: ক্ষত ড্রেসিং, স্যানিটারি ন্যাপকিন এবং ওষুধের ট্যাবলেটে এটি ব্যবহারের প্রস্তাব করা হয়েছে।
 ইলেকট্রনিক্স: ন্যানোসেলুলোজ ব্যবহার করে নমনীয় এবং পরিবেশবান্ধব ইলেকট্রনিক ডিভাইস, সৌরকোষ এবং সুপারক্যাপাসিটর তৈরির গবেষণা চলছে।

 আরও দেখুন 
 সেলুলোজ
 সেলুলোজ ফাইবার
 মাইক্রোক্রিস্টালিন সেলুলোজ
 কম্পোজিট উপাদান

 তথ্যসূত্র 

বিষয়শ্রেণী:পলিমার
বিষয়শ্রেণী:সেলুলোজ
বিষয়শ্রেণী:কাঠজাত দ্রব্য
বিষয়শ্রেণী:জৈব উপাদান