زیست فناوریمقالات زیست فناوری

تلاقی بیوتکنولوژی با مد: ترندهای صنعت پوشاک

معرفی پادشاهان در حال ظهور و پیشگام در به کارگیری رویکردهای زیست شناسی مصنوعی در عصر جدید پوشاک

عنکبوت ها، قارچه ها و جلبک ها ممکن است به ساخت محصول بعدی Hilfiger، Levi و Chanel کمک کنند. ارگانیسم ها طراحان بزرگ سیاره ما هستند که مواد را در الگوهای متمایز برای عملکردهای خاص تولید می کنند. زنبورها برای ذخیره عسل کندوهای هشت ضلعی می سازند، عنکبوت ها برای به دام انداختن طعمه ، تارهای متقارن می بافند و ناتیلوس ها برای محافظت از خود پوسته مارپیچی لگاریتمی تشکیل می دهند. زیست شناسان مصنوعی که همیشه از طبیعت الهام می گیرند، از این توانایی های منحصر به فرد استفاده کرده و با هدایت مجموعه های ساختاری در سطح مولکولی، از ظرفیت طبیعت برای ایجاد تحول در پوشاک استفاده می کنند.

در اینجا سه مثال از شرکت های نوآور در توکیو، نیویورک و برکلی آمده که نحوه ایجاد مواد بهتر و پایدارتر در تلاش برای تغییر همیشگی صنایع مد و پوشاک را از طبیعت می آموزند.

کندوهای عسل هشت بعدی، پوسته ناتیلوس و تار عنکبوت
(مواد زیستی فراوان اند. کندوهای عسل هشت بعدی، پوسته ناتیلوس و تار عنکبوت نمونه هایی از مواد زیستی هستند که از آن ها برای ساختارهای رده بالاتر الگو گرفته شده است. تصویر از Pixabay)

 مهندسی پروتئین برای ساخت مصالح قوی تر از فولاد

زیست شناسان مصنوعی مدت هاست که اطلاعات ژنتیکی را برای تولید مواد شیمیایی خاص از سلول های زنده “تغییر می دهند”، اما مهندسی طرح هایی که مشخصه ساختارهای رده بالاتر هستند شاید حتی پتانسیل بیشتری داشته باشد. این امر در ابریشم عنکبوت بیشترین نمود را دارد، ماده ای که از نظر وزن پنج برابر قوی تر از فولاد است و به طور فزاینده توسط میکروب ها، و نه عنکبوت های واقعی، از طریق تخمیر تولید می شود.

دیوید لیپس، محقق Spiber Inc.، شرکت مواد زیستی مستقر در ژاپن که طیف وسیعی از مواد مبتنی بر پروتئین با عملکردهایی بسیار موثرتر از انواع طبیعی را تولید کرده است، می گوید: “خصوصا در مورد ابریشم عنکبوت، استفاده از ابریشم های مهندسی زیستی شده تنها گزینه منطقی برای تولید انبوه است. عنکبوت ها را نمی توان پرورش داد- اگر آن ها را در فضاهای کوچک باهم قرار دهیم همدیگر را می خورند- و برداشت تار از هر عنکبوت کار بسیار زمان بر و ناکارآمدی است.”

 به عنوان مثال، در حالیکه ابریشم طبیعی در تماس با آب منقبض می شود،”ماده پروتئینی ابریشم تغییریافته ای را تولید کرده که آب گریز است و در تماس با آب یا محیط مرطوب منقبض نمی شود. ما بر این باوریم که این دستاورد تغییر بزرگی در بسیاری از کاربردهای فضای باز ایجاد خواهد کرد.”

فیلمی که از مواد پروتئینی ساختاری تهیه شده
(فیلمی که از مواد پروتئینی ساختاری تهیه شده است. منبع Spiber Inc.)

در 12 سال گذشته، Spiber بی شک در دستکاری ژنتیکی ابریشم، که در کرم های ابریشم تنها از دو پروتئین بهم پیوسته ساخته شده، پیشگام بوده است، اما آن ها موفق به تولید دیگر مواد مبتنی بر پروتئین با استفاده از طراحی مولکولی، تخمیر و خط لوله نمونه سازی خود نیز شده اند.

لیپس می گوید: “همانطور که تصور می شود کاربردهای مختلف دارای مشخصات متفاوتی هستند که مواد باید به آن ها پایبند باشند، مانند میزان تحمل خاص گرما یا رطوبت، انعطاف پذیری بیشتر، سفتی بیشتر، سختی شدید یا توانایی چسبیدن به سطوح. تمام این ویژگی ها بر اساس تعامل فیزیکی که در سطح مولکولی مواد رخ می دهد تنظیم می شوند. نیازی به گفتن نیست که تغییر ترکیب مولکولی پروتئین ها با طراحی توالی آمینو اسید متفاوت می تواند عملکرد ماده را به شدت تغییر دهد. این سوال- یافتن بهترین طراحی مولکولی ممکن برای یک ماده خاص- یک فرآیند تکراری است که در هسته کار Spiber قرار دارد.”

این رویکرد Spiber را قادر ساخته تا مواد مبتنی بر پروتئین و منحصر به فردی را برای رزین های سفت، فیلم های انعطاف پذیر و فوم های نرم تولید کند. در سال 2015، Spiber با The North Face همکاری کرد تا یک کاپشن اسکی با عملکرد بالا به نام Moon Parka تولید کند که اکنون نمونه سازی اولیه آن برای نسخه نسل دوم در حال انجام است.

نمونه اولیه دومین MOON PARKA در حال آزمایش میدانی
(نمونه اولیه دومین MOON PARKA در حال آزمایش میدانی. منبع Spiber Inc)

اما آینده پوشاک به مهندسی مواد مبتنی بر پروتئین محدود نیست. زیست شناسان مصنوعی با مراجعه مستقیم به منبع، موفق به تولید مواد طرح دار و ساختار یافته شده اند.

پلتفرم های مونتاژ مولکولی برای مد

در Ecovative Design مواد سنتز نمی شوند بلکه رشد می کنند. این شرکت از میسلیوم، ساختار ریشه مانند قارچ ها، برای مونتاژ مواد پیچیده ای استفاده می کند که اغلب در حین سازگار بودن با محیط، بهتر از مواد پیشرو در صنعت عمل می کنند.

 اِبِن بایر، بنیان گذار و مدیرعامل، این شرکت را در سال 2007 راه اندازی کرد تا از سرعت رشد فوق العاده میسلیوم، مقاومت بیشتر در برابر حرارت نسبت به پلاستیک، افزایش قابلیت های عایق کاری و تخلخل قابل تنظیم آن برای مقابله با چالش های جدی در تولید زیستی استفاده کند.

امروزه در نیویورک Ecovative Design میلیون ها پوند محصول مبتنی بر میسلیوم را از ریخته گری میسلیوم پیشروی خود به صنایع بزرگ جهان تحویل داده است.

 MycoFlex “فوم میسلیوم خالص و با عملکرد بالای” Ecovative Design است که می تواند برای هر چیزی از منسوجات گرفته تا کفش استفاده شود. این فوم تنها در 9 روز رشد می کند و خواص آن طبق مشخصات تعیین شده تنظیم می شوند.

بایر می گوید: “ماموریت Ecovative استفاده از فناوری میسلیوم است که ما به آن به عنوان پلتفرم مونتاژ مولکولی برای مقابله با بزرگ ترین مشکلاتی که سیاره ما با آن ها روبروست نگاه می کنیم.” او توضیح می دهد: “پلتفرم MycoFlex ما که در فضای پوشاک به عنوان چرم استفاده می شود، در هوای آزاد مانند یک ورق رشد می کند. این میسلیوم، ماتریسی با تخلخل متغیر، استحکام کششی و سایر خواص تولید می کند. شرایط سویه، غذا و محیط همگی می توانند برای ایجاد تاثیر بر روی خواص ساختار فله یا خواص در سطح مولکولی به منظور ایجاد یک ماتریس کاملا شکل گرفته توسط طبیعت، مورد استفاده قرار گیرند.”

اطلاعات منتشر شده از شرکت همچنین برخی از خواص مربوط میسلیوم را نشان می دهد، که ساختاری متخلخل است که از رشته های هیفای لوله ایِ ساخته شده از شبکه های به هم پیوسته کیتین، گلوکان و پروتئین ها تشکیل شده است. این اطلاعات نشان می دهند که ساختارهای میسلیوم دارای “سختی کرنشی قابل توجه پیش از پارگی تحت تنش” و سفتی و استحکام مکانیکی، خاصیتی که از ریزفیبریل های کیتین بدست می آید، هستند.

مواد MycoFlex ساخته شده از میسلیوم
(مواد MycoFlex ساخته شده از میسلیوم. منبع Ecovative Design)

در حالیکه مواد میسلیوم خواص بهتری نسبت به دیگر مواد به کار رفته در صنعت پوشاک دارند- به خصوص عایق کاری تقویت شده با پلتفرم MycoFlex برای پوشاک هوشمند- این شرکت با ماموریت خود در زمینه مواد زیستی تجدیدپذیر به یک نیاز جدی و برآورده نشده در صنعت پوشاک نیز پاسخ می دهد.

صنعت پوشاک عامل 10% از انتشار جهانی کربن است- دومین آلاینده بزرگ صنعتی پس از نفت- و با این حال راه حل های اندکی برای مهار این صنعت 3 تریلیون دلاری در دسترس است.

بایر با اشاره به فوم پلاستیکی به کار رفته در هر چیزی از تشک یوگا گرفته تا کفش های کتانی، می گوید: “ما در زمینه مد یا پوشاک در حال توسعه چندین محصول از جمله فوم هستیم، مانند فوم کفی نرم برای کفش های کتانی برای جایگزینی فوم EVA. کفش های کتانی معمولا بیشتر از یک سال دوام نمی آورند و منطقی است که از مواد قابل بازیافت یا کمپوست در این کفش ها استفاده شود، و طوری که EVA امروزه در کفش های کتانی با دیگر مواد ترکیب شده به این معناست که حتی قابلیت بازیافت هم ندارد. در حالیکه کفش دارای بخش کفی Ecovative Design در واقع می تواند برای اولین قدم در بازیافت، کمپوست شود.”

بنیان گذاران Ecovative Design: گوین مک اینتایر و ابن بایر
(بنیان گذاران Ecovative Design : گوین مک اینتایر (چپ) و ابن بایر (راست) در حالیکه مواد ساختاری ساخته شده از میسلیوم را در دست نگه داشته اند. منبع: Ecovative Design)

جلبک: نیروگاه های تولید مواد

در حالیکه برخی مواد زیستی به طرز خاصی پذیرای مهندسی ژنتیک هستند- مانند ابریشم عنکبوت و مواد مبتنی بر پروتئین- و برخی دیگر می توانند به ساختارهای دلخواه با خواص قابل تنظیم تبدیل شوند- مانند میسلیوم- سایر مواد زیستی با ترکیب قابلیت های مهندسی متابولیک سویه های مصنوعی با شیمی آلی تولید می شوند. Checkerspot مستقر در برکلی در کالیفرنیا بر رویکرد مهندسی میکروجلبک ها برای تولید روغن های زیست پایه تسلط دارد که متعاقبا می توانند در اصلاحات شیمیایی پایین دستی برای سنتز محصولاتی که در غیر این صورت تولیدشان دشوار است، مورد استفاده قرار گیرند.

دکتر اسکات فرانکلین، دانشمند بنیان گذار و رئیس دفتر علمی Checkerspot می گوید: “ما از میکرو جلبک های دارای چربی بالا (حدود 70% ) برای تولید روغن هایی استفاده می کنیم که در غیر این صورت تولیدشان از طریق مواد شیمیایی دشوار خواهد بود. سویه هایی که استفاده می کنیم نیز بسیار مقاوم هستند، بنابراین می توانیم تولید این ارگانیسم ها را با اطمینان تا بیش از 625 متر مکعب افزایش دهیم.”

سویه ای از میکرو جلبک با چربی بالا که در تولید روغن های مشتق شده از بیولوژی بکار می رود
(سویه ای از میکرو جلبک با چربی بالا که در تولید روغن های مشتق شده از بیولوژی بکار می رود. منبع: Checkerspot)

صنعت پوشاک از دیرباز مجبور به انتخاب میان عملکرد و تجدیدپذیری بوده است، زیرا خواصی مانند آب گریزی یا استحکام کششی اغلب استفاده از مواد خطرناک یا مضر را می طلبند. به عنوان مثال اکثر پوشاک ورزشی با خواص ضد آب از پوشش هایی استفاده می کنند که حاوی ترکیبات پرفلورین هستند تا آن ها را آب گریز کند. اما پوشش های حاوی پرفلورین، مخصوصا انواع زنجیره کوتاه (C6 و C8)، علی رغم فراگیر بودن در محصولات تجاری با پوشش های مصنوعی، اغلب سمی هستند.

Checkerspot در تلاش برای مقابله با این چالش ها با کمک زیست شناسی مصنوعی و شیمی است و مجموعه ای از روغن های بهتر و مشتق شده از زیست را تولید می کند تا موادی بهتر با خواص آب گریزی مشابه یا برتر تولید کند.

فرانکلین می گوید: “پوشش های حاوی فلورین در بسیاری محصولات -پوشاک، ظروف آشپزی، شلوار یوگا- به کار می روند اما اغلب سمی بوده و با گذشت زمان و ریزش در محیط، عملکرد خود را از دست می دهند. ما در حال توسعه پوشش های آب گریز زیست پایه ای هستیم که فلورین نداشته و خواص مشابه یا بهتری نسبت به استانداردهای پیشین دارند. همچنین روی محصولات اولئوفوبیک یا دفع کننده روغن کار می کنیم که مشکل بسیار دشواری است.”

Checkerspot همچنین روغن جلبک را به یکی از شرکای خود، Beyond Surface Technologies (BST)، به عنوان جایگزینی برای روغن پالم- یک لیپید فراگیر دیگر- عرضه کرده است، زیرا اتحادیه اروپا سوخت های زیستی مشتق شده از روغن پالم را “ناپایدار” می نامد.

پارچه ای با روکش miDori Bio Wick
(پارچه ای با روکش miDori Bio Wick، روکشی آب دوست که با همکاری Beyond Surface Technologies ساخته شده است. منبع : Checkerspot)

شرکت های شیمیایی همچنین به سرعت به مزایای منحصر به فرد میکرو جلبک ها برای مواد پیشرفته پی بردند. نزدیک به یک سال است که Checkerspot با همکاری DIC، یک شرکت شیمیایی بزرگ ژاپنی، بر روی تولید پایدار پلی ال هایی با کارایی بالا کار می کند که در همه چیز از پوشش های اسپری گرفته تا رزین های الاستومری به کار می روند.

Checkerspot نه تنها قابلیت های خود را در بکار بردن زیست شناسی مصنوعی و شیمی برای تولید مواد پیشرفته اثبات کرده است، بلکه ابزارهای متعددی نیز برای مهندسی میکرو جلبک ها توسعه داده که باعث گسترش بسیار کاربرد این ارگانیسم ها در تولیدات بیولوژیکی می شود. فرانکلین می گوید: “تمرکز ما بر روی تولید محصولاتی پایدار و با کارایی بالاست که می توان از آن ها به عنوان داربست برای واکنش های شیمیایی آینده استفاده کرد- اما کشف اولویت دارد. کشف همیشه حرف اول را می زند.”

بنیان گذاران Checkerspot، چارلز دیملر و دکتر اسکات فرانکلین
(بنیان گذاران Checkerspot: چارلز دیملر (چپ) و دکتر اسکات فرانکلین (راست). منبع : Checkerspot)

در دنیایی که ارگانیسم ها را می توان برای تولید انسولین انسانی، سوخت های زیستی و حتی کانابینوئیدها مهندسی کرد، پیشرفت منطقی این است که بزرگ فکر کنیم و از ارگانیسم های غیر مدل برای تولید ساختارهای ماکرو مولکولی و تجدیدپذیر با ویژگی های تعریف شده و رفتارهای قابل برنامه ریزی استفاده کنیم. گاهی می توان این ساختارها را از ارگانیسم های مقاوم سازی شده تولید کرد- مانند ای. کولی و مخمر برای تولید مواد مبتنی بر پروتئین- اما در موارد دیگر، “تصویر بزرگتر” به ساخت ابزارهایی برای ارگانیسم های بلااستفاده مانند میسلیوم و میکرو جلبک نیاز دارد. Spiber، Ecovative Design و Checkerspot پادشاهان در حال ظهور و پیشگام در به کارگیری رویکردهای زیست شناسی مصنوعی در عصر جدید پوشاک هستند که در آن عملکرد بالا و پایداری همزمان و در کنار هم وجود دارند.

به این مطلب چه امتیازی می دهید ؟
[Total: 4 Average: 4]
منبع
synbiobeta

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا