Biofoam
বায়োফোম হল জৈবিক বা জৈবিকভাবে উদ্ভূত ফেনা, যা হালকা এবং ছিদ্রযুক্ত কোষীয় কঠিন পদার্থ তৈরি করে। একটি তুলনামূলকভাবে নতুন শব্দ, সক্রিয় স্লাজ উদ্ভিদের উপর গঠিত ময়লার সাথে সম্পর্কিত 1980-এর দশকে একাডেমিয়ায় এর ব্যবহার শুরু হয়েছিল। বায়োফোমস একটি বিস্তৃত ছাতা শব্দ যা প্রাকৃতিকভাবে ঘটে যাওয়া ফেনা, পাশাপাশি সয়া তেল এবং সেলুলোজের মতো জৈবিক পদার্থ থেকে উত্পাদিত ফেনা সহ বিভিন্ন বিষয়কে অন্তর্ভুক্ত করে। বায়োফোমগুলি ক্রমাগত গবেষণার একটি বিষয় হয়ে দাঁড়িয়েছে কারণ সংশ্লেষিত বায়োফোমগুলিকে ঐতিহ্যবাহী পেট্রোলিয়াম-ভিত্তিক ফোমের বিকল্প হিসাবে বিবেচনা করা হচ্ছে। সংশ্লেষিত ফেনাগুলির পরিবর্তনশীল প্রকৃতির কারণে, তাদের বিভিন্ন বৈশিষ্ট্য এবং উপাদান বৈশিষ্ট্য থাকতে পারে যা তাদের প্যাকেজিং, নিরোধক এবং অন্যান্য প্রয়োগের জন্য উপযুক্ত করে তোলে। প্রাকৃতিকভাবে পাওয়া ফেনা বিভিন্ন জীবের মধ্যে প্রাকৃতিকভাবে তৈরি হতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, কাঠ, কর্ক এবং উদ্ভিদ পদার্থের সবকিছুরই ফেনা উপাদান বা কাঠামো থাকতে পারে। ছত্রাক সাধারণত মাইসেলিয়াম দ্বারা গঠিত, যা অন্যান্য উপাদানের সাথে আবদ্ধ চিটিন ন্যানোফাইবারের ফাঁপা ফিলামেন্ট দিয়ে তৈরি। ক্যানসেলাস হাড়, ঘোড়ার নালের কাঁকড়ার খোসা, টাকান ঠোঁট, স্পঞ্জ, প্রবাল, পালক এবং শিংয়ের মতো প্রাণীর অংশগুলিতে ফেনা জাতীয় কাঠামো থাকে যা অন্যান্য বস্তুগত বৈশিষ্ট্যের ব্যয়ে সামগ্রিক ওজন হ্রাস করে। হাড়, শিং এবং খোলের মতো কাঠামোগুলিতে শক্তিশালী উপাদান রয়েছে যার মধ্যে দুর্বল কিন্তু হালকা উপাদান রয়েছে। হাড়গুলিতে কম্প্যাক্ট, ঘন বাহ্যিক অঞ্চল থাকে, যা অভ্যন্তরীণ ফেনা-এর মতো বাতিল হাড়কে রক্ষা করে। একই নীতি ঘোড়ার নালের কাঁকড়ার খোসা, টকান ঠোঁট এবং শিংয়ের ক্ষেত্রেও প্রযোজ্য। পালকের বার্ব এবং শাফ্টগুলিতে একইভাবে বদ্ধ-কোষের ফেনা থাকে। প্রতিরক্ষামূলক ফেনা বাহ্যিকভাবে মূল জীব দ্বারা বা পরিবেশের সাথে মিথস্ক্রিয়া করে ডিম দ্বারা গঠিত হতে পারেঃ তরল-ভিত্তিক ফেনা তৈরি করতে সমুদ্রের জলের সাথে ডিমের মিশ্রণ; গাছের ব্যাঙের ডিম উপরে এবং জলের উপর প্রোটিন ফেনাতে জন্মায় (চিত্র 1 দেখুন); কিছু মিঠা জলের মাছ তাদের শ্লেষ্মা থেকে পৃষ্ঠের ফেনাতে ডিম পাড়ে; গভীর সমুদ্রের মাছ দ্বৈত স্তরযুক্ত ফেনাগুলির সুইম্ব্ল্যাডারে ডিম তৈরি করে; এবং কিছু পোকামাকড় তাদের লার্ভা ফেনাতে রাখে। বায়োমিমেটিক সিন্থেটিক ফোম হানিকম্ব বলতে জৈব অনুপ্রাণিত নিদর্শনগুলিকে বোঝায় যা শক্তি শোষণকারী কাঠামোর জন্য একটি হালকা নকশা প্রদান করে। মধুচক্রের নকশা বিভিন্ন কাঠামোগত জৈবিক উপাদান যেমন স্পঞ্জি হাড় এবং উদ্ভিদ ভাস্কুলেচারে পাওয়া যায়। জৈবিকভাবে অনুপ্রাণিত মধুচক্রের কাঠামোর মধ্যে রয়েছে কেলভিন, ওয়েয়ার এবং ফ্লোরেট মধুচক্র (চিত্র 2 দেখুন); প্রাকৃতিক ষড়ভুজাকার মধুচক্রের তুলনায় প্রত্যেকটির কাঠামো কিছুটা আলাদা। জৈবিক নকশার এই বৈচিত্রগুলি ঐতিহ্যবাহী ষড়ভুজাকার মধুচক্র জৈব ফোমের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত শক্তি শোষণ ফলাফল অর্জন করেছে। এই বর্ধিত শক্তি শোষণ কর্মক্ষমতার কারণে, গাড়ির ক্রাম্পল জোনের অভ্যন্তরে ব্যবহারের জন্য মধুচক্র অনুপ্রাণিত কাঠামো নিয়ে গবেষণা করা হচ্ছে। মধুচক্রের কাঠামোকে অভ্যন্তরীণ কেন্দ্র হিসাবে ব্যবহার করে এবং কাঠামোটিকে আরও কঠোর কাঠামোগত শেল দিয়ে ঘিরে রেখে, এই উপাদানগুলি ক্র্যাশের সময় প্রভাব শক্তি শোষণ করতে পারে এবং চালকের অভিজ্ঞতার পরিমাণ হ্রাস করতে পারে। অ্যারোজেল অ্যারোজেলগুলি কম ঘনত্ব এবং কম তাপ পরিবাহিতা সহ বিশেষ বৈশিষ্ট্যযুক্ত ন্যূনতম উপাদান দিয়ে বড় পরিমাণে পূরণ করতে সক্ষম। এই অ্যারোজেলগুলির অভ্যন্তরীণ কাঠামো খোলা বা বদ্ধ কোষ কাঠামো হিসাবে শ্রেণীবদ্ধ থাকে, একই কোষ কাঠামো যা অনেক ত্রিমাত্রিক মধুচক্র জৈব ফোম সংজ্ঞায়িত করতে ব্যবহৃত হয়। প্রাণীদের চুলের অভ্যন্তরীণ ফেনা কাঠামোকে প্রতিফলিত করার জন্য অ্যারোজেলগুলিও ইঞ্জিনিয়ার করা হচ্ছে (চিত্র 3 দেখুন)। এই বায়োমিমেটিক অ্যারোজেলগুলি তাদের আশাব্যঞ্জক স্থিতিস্থাপক এবং নিরোধক বৈশিষ্ট্যের জন্য সক্রিয়ভাবে গবেষণা করা হচ্ছে। উপাদানগত বৈশিষ্ট্য ফেনা কোষের কাঠামো একটি ফেনাকে খোলা কোষ হিসাবে বিবেচনা করা হয় যদি এর কমপক্ষে দুটি দিক দেয়ালের পরিবর্তে ছিদ্র হয়। এই ক্ষেত্রে ফেনাটির উপর সম্পূর্ণ ভারটি কোষের প্রান্তগুলি তৈরি করে এমন ক্রস-বিমে থাকে। যদি কোষের একটির বেশি দেওয়ালে ছিদ্র না থাকে, তবে ফেনাটিকে বদ্ধ-কোষ হিসাবে বিবেচনা করা হয়। বেশিরভাগ সিন্থেটিক ফোমের ক্ষেত্রে, ফোমিং প্রক্রিয়া চলাকালীন কোষগুলি ফেটে যাওয়ার এবং তারপরে ম্যাট্রিক্স দৃঢ় হওয়ার কারণে বদ্ধ কোষ এবং খোলা কোষের চরিত্রের মিশ্রণ দেখা যায়। ফেনাটির যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি তখন গিবসন এবং অ্যাশবি দ্বারা উদ্ভূত ফেনাটির বদ্ধ কোষের বৈশিষ্ট্যের উপর নির্ভর করেঃ যেখানে E হল স্থিতিস্থাপক মডুলাস, ρ হল উপাদানটির ঘনত্ব, φ হল মুখের আয়তনের সাথে উপাদানটির প্রান্তের আয়তনের অনুপাত, এবং সাবস্ক্রিপ্ট s ফেনা নমুনার পরিবর্তে উপাদানটির বাল্ক বৈশিষ্ট্যকে নির্দেশ করে। তরল এবং কঠিন ফেনা অনেক পলিমারিক ফেনাগুলির জন্য, একটি তরল পলিমার মিশ্রণকে পলিমারাইজ এবং ফোম করে এবং তারপরে সেই ফেনাকে শক্ত হতে দিয়ে একটি শক্ত ফেনা তৈরি করা হয়। সুতরাং, তরল ফেনা বার্ধক্যজনিত প্রভাবগুলি দৃঢ়ীকরণের আগে ঘটে। তরল ফেনাতে, মহাকর্ষীয় শক্তি এবং অভ্যন্তরীণ চাপ ফেনাটির নীচের দিকে তরলের প্রবাহ ঘটায়। এর ফলে কিছু ফেনা কোষ তরল নিষ্কাশন হিসাবে অনিয়মিত পলিহেড্রায় পরিণত হয়, যা প্রচলিত ফেনাটির গোলাকার কাঠামোর তুলনায় কম স্থিতিশীল কাঠামো। তবে এই কাঠামোগুলি একটি সার্ফ্যাক্ট্যান্টের উপস্থিতি দ্বারা স্থিতিশীল করা যেতে পারে। ঘনীভূত হওয়ার আগে ফেনা কাঠামোটি সহজাতভাবে অস্থিতিশীল, কারণ উপস্থিত শূন্যস্থানগুলি কাঠামোর পৃষ্ঠ মুক্ত শক্তিকে ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি করে। কিছু সিন্থেটিক বায়োফোমে, ফেনাটির পৃষ্ঠের মুক্ত শক্তি কমাতে এবং তাই ফেনাকে স্থিতিশীল করার জন্য একটি সার্ফ্যাক্ট্যান্ট ব্যবহার করা যেতে পারে। কিছু প্রাকৃতিক জৈবফোমে, প্রোটিনগুলি ফেনা গঠনের এবং স্থিতিশীল হওয়ার জন্য সার্ফ্যাক্ট্যান্ট হিসাবে কাজ করতে পারে। ফাইবার শক্তিবৃদ্ধি সিন্থেটিক বায়োফোমের দৃঢ়করণের সময়, ম্যাট্রিক্সের জন্য শক্তিবৃদ্ধি এজেন্ট হিসাবে ফাইবার যুক্ত করা যেতে পারে। এটি অতিরিক্তভাবে ফোমিং প্রক্রিয়া চলাকালীন ফেনাটির বায়ু পকেটের জন্য একটি বৈচিত্র্যময় নিউক্লিয়েশন সাইট তৈরি করবে। যাইহোক, ফাইবারের পরিমাণ বাড়ার সাথে সাথে এটি ম্যাট্রিক্সের কোষীয় কাঠামো গঠনে বাধা দিতে শুরু করতে পারে। অ্যাপ্লিকেশন প্যাকেজিং প্যাকেজিং সম্পর্কিত, স্টার্চ এবং বায়োপলিয়েস্টার এই বায়োফোমগুলি তৈরি করে কারণ এগুলি প্রসারিত পলিস্টাইরিনের পর্যাপ্ত প্রতিস্থাপন। পলিল্যাকটিক অ্যাসিড (পি. এল. এ) এই জৈবফোমের ভিত্তির একটি সাধারণ রূপ কারণ তারা পলিওলিফিন-ভিত্তিক ফেনাগুলির বিকল্প প্রদান করে যা সাধারণত স্বয়ংচালিত যন্ত্রাংশ, ফার্মাসিউটিক্যাল পণ্য এবং স্বল্প-জীবনকালীন নিষ্পত্তিযোগ্য প্যাকেজিং শিল্পে তাদের জৈব-ভিত্তিক এবং জৈব-অবক্ষয়যোগ্য বৈশিষ্ট্যের কারণে ব্যবহৃত হয়। রিং-ওপেনিং পলিমারাইজেশনের মাধ্যমে ব্যাকটেরিয়ার গাঁজনের কারণে ল্যাকটিক অ্যাসিড থেকে উৎপাদিত ল্যাকটাইড গঠন থেকে পি. এল. এ আসে, যেখানে প্রক্রিয়াটি চিত্র 4-এর মাধ্যমে দেখানো হয়েছে। প্যাকেজিং শিল্পে জৈব অবক্ষয়ের জন্য পি. এল. এ-র সবচেয়ে কাঙ্ক্ষিত বৈশিষ্ট্য নেই কারণ এতে কম তাপ বিকৃতি তাপমাত্রা থাকে এবং এর প্রতিকূল জল বাধা বৈশিষ্ট্য রয়েছে। অন্যদিকে, পি. এল. এ-তে উচ্চ অতিবেগুনী আলোর বাধা বৈশিষ্ট্য এবং কম গলন এবং কাচের রূপান্তর তাপমাত্রা সহ পছন্দসই প্যাকেজিং বৈশিষ্ট্য রয়েছে বলে দেখানো হয়েছে। সম্প্রতি, প্যাকেজিং শিল্পে পিজিএ চালু করা হয়েছে কারণ এটি একটি ভাল দ্রাবক এবং পিএলএর সাথে তুলনীয়। টেবিল 1 বায়োফোম উভয়ের বৈশিষ্ট্য এবং কীভাবে তাদের তুলনা করা হয় তা দেখায়। যেমন দেখানো হয়েছে, পিজিএ-তে একটি শক্তিশালী স্টেরিওকেমিস্ট্রি কাঠামো রয়েছে যার ফলে এটির উচ্চ বাধা এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে যা এটি প্যাকেজিং শিল্পের জন্য পছন্দসই করে তোলে। পিজিএ এবং পিএলএ উভয়ের মিশ্রণের অধ্যয়নটি পিজিএ-র জন্য কপোলিমারাইজেশন ব্যবহার করে অন্বেষণ করা হয়েছে যাতে প্যাকেজিংয়ে ব্যবহার করার সময় পিএলএ-এর বাধা বৈশিষ্ট্যগুলি উন্নত করতে সহায়তা করে। টেবিল 1: পিজিএ-র তুলনায় পিএলএ-র বৈশিষ্ট্য। বায়োমেডিক্যাল ডিভাইস ব্যবহারের ক্ষেত্রে সবচেয়ে জনপ্রিয় বায়োফোম হল পি. এল. এ। পি. এল. এ-র বৈশিষ্ট্যগুলি বায়োমেডিকাল প্রয়োগগুলিতেও কাম্য, বিশেষত অন্যান্য পলিমারের সংমিশ্রণে। বিশেষত, এর জৈব সামঞ্জস্যতা এবং জৈব অবক্ষয়শীলতা এফডিএম-3ডি প্রিন্টিং ব্যবহারের মাধ্যমে টিস্যু ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের ক্ষেত্রে এটিকে অনুকূল করে তোলে। পি. এল. এ এই মুদ্রণ পরিবেশে ভাল কাজ করে কারণ এর কাচের রূপান্তর তাপমাত্রার পাশাপাশি আকৃতির মেমোরি ছোট। সাম্প্রতিক গবেষণায়, হাড়ের ব্যর্থতা মেরামতের ক্ষেত্রে নমুনার মডুলাসকে আরও অনুকূল করার জন্য পি. এল. এ-কে বিশেষভাবে হাইড্রোক্সিয়াপ্যাটাইটের (এইচ. এ) সঙ্গে যুক্ত করা হয়েছে। বিশেষত টিস্যু ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের ক্ষেত্রে, এইচ. এ-কে অস্টিওব্লাস্ট এবং প্রাক-অস্টিওব্লাস্টিক কোষগুলিকে ট্রিগার করে অস্টিওজেনেসিস তৈরি করতেও দেখানো হয়েছে। এইচ. এ একটি শক্তিশালী উপাদান, যা পি. এল. এ-তে যোগ করা আদর্শ করে তোলে, কারণ পি. এল. এ-র ব্যর্থতার আগে 10 শতাংশ দৈর্ঘ্য সহ দুর্বল দৃঢ়তা রয়েছে। এফএফএফ-ভিত্তিক থ্রিডি প্রিন্টিং ব্যবহার করা হয়েছিল পাশাপাশি চিত্র 5-এ প্রদর্শিত সংকোচন পরীক্ষাও করা হয়েছিল। ফলাফলগুলি দেখায় যে নমুনার একটি স্ব-নিরাময় ক্ষমতা ছিল, যা নির্দিষ্ট বায়োমেডিকাল অনুশীলনে ব্যবহার করা যেতে পারে। পরিবেশগত প্রভাব জলবায়ু পরিবর্তন, বিশ্ব উষ্ণায়ন এবং স্থায়িত্বের দিকে সাম্প্রতিক মনোযোগের সাথে সাথে জৈব-অবক্ষয়যোগ্য পণ্যগুলির সৃষ্টি এবং স্থায়িত্ব সম্পর্কিত গবেষণার একটি নতুন তরঙ্গ রয়েছে। এই গবেষণাটি পরিবেশগতভাবে ক্ষতিকারক বা যার উৎপাদন অস্থিতিশীল হতে পারে এমন অন্যান্য ফেনা প্রতিস্থাপনের অভিপ্রায় নিয়ে বায়োডিগ্রেডেবল বায়োফোমের সৃষ্টি অন্তর্ভুক্ত করার জন্য বিকশিত হয়েছে। এই শিরাকে অনুসরণ করে, গুনাওয়ান এবং অন্যান্যরা। "প্রাকৃতিক পরিবেশে জৈব অবনমন করতে পারে এমন বাণিজ্যিকভাবে প্রাসঙ্গিক পলিউরিথেন পণ্য" তৈরি করার জন্য গবেষণা পরিচালনা করা হয়েছে। এই ধরনের একটি পণ্যের মধ্যে রয়েছে ফ্লিপ-ফ্লপ, তাই গবেষণার অংশ হিসাবে শৈবাল থেকে প্রাপ্ত পলিউরিথেন থেকে তৈরি একটি ফ্লিপ-ফ্লপ প্রোটোটাইপ করা হয়েছিল (চিত্র 7 দেখুন)। এই গবেষণার ফলস্বরূপ শেষ পর্যন্ত এই সিদ্ধান্তে উপনীত হয় যে, কম্পোস্ট এবং মাটির উভয় পরিবেশেই (প্রতিটি পরিবেশে উপস্থিত বিভিন্ন অণুজীব) শৈবালের তেল থেকে তৈরি পলিউরিথেন ফেনাতে উল্লেখযোগ্য অবক্ষয় ঘটে। একইভাবে, গবেষণা করা হয়েছে যেখানে শৈবাল তেল (এও) এবং অবশিষ্ট পাম তেল (আরপিও) বিভিন্ন অনুপাতে ফোম পলিউরিথেনে তৈরি করা হয়েছে যাতে নির্ধারণ করা যায় যে কোন অনুপাতের সর্বোত্তম জৈব অবক্ষয় রয়েছে। পাম অয়েল মিলের বর্জ্য থেকে আর. পি. ও উদ্ধার করা হয় এবং এটি সেই উৎপাদন প্রক্রিয়ার একটি উপজাত। জৈব অবক্ষয়যোগ্যতার পাশাপাশি থার্মোগ্রাভিমেট্রিক বিশ্লেষণ নির্ধারণের জন্য একটি পরীক্ষার মধ্য দিয়ে যাওয়ার পরে, দলটি নির্ধারণ করেছিল যে এই উপাদানটি এও/আরপিও অনুপাতের উপর নির্ভর করে নিরোধক বা অগ্নি প্রতিরোধকগুলির মতো প্রয়োগগুলিতে ব্যবহার করা যেতে পারে। বায়োফোম গবেষণার আরেকটি কেন্দ্রবিন্দু হল বায়োফোমের বিকাশ যা কেবল বায়োডিগ্রেডেবল নয়, তবে সাশ্রয়ী এবং উৎপাদনের জন্য কম শক্তির প্রয়োজন হয়। লুও এবং অন্যান্য। বায়োফোমের এই ক্ষেত্রে গবেষণা পরিচালনা করেছেন এবং শেষ পর্যন্ত একটি বায়োফোম তৈরি করেছেন যা "প্রকৃতির জৈব সম্পদ উপকরণের উচ্চতর সামগ্রী" থেকে উত্পাদিত হয় এবং "ন্যূনতম [সংখ্যক] প্রক্রিয়াকরণ পদক্ষেপ" ব্যবহার করে। প্রক্রিয়াকরণের ধাপগুলির মধ্যে রয়েছে নির্দিষ্ট প্রয়োগের জন্য পেট্রোলিয়াম ভিত্তিক ফেনাগুলির বিকল্প হিসাবে পলিউরিথেন জৈবফোমের বিকাশ সম্পর্কে এফ ঝাং এবং এক্স লুও দ্বারা প্রকাশিত ফেনা প্রস্তুতির এক-পাত্র পদ্ধতি। সম্ভাব্য জৈব অবক্ষয়যোগ্য ফেনা পণ্য তৈরিতে প্রাকৃতিক উপাদান ব্যবহার করার জন্য চলমান গবেষণা প্রচেষ্টা করা হয়েছে। বিভিন্ন উদ্দেশ্যে বায়োফোম তৈরি করতে মাইসেলিয়াম (চিত্র 8), চিটোসান (চিত্র 9), গমের গ্লুটেন (চিত্র 10) এবং সেলুলোজ (চিত্র 11) ব্যবহার করা হয়েছে। গহমের গ্লুটেনের উদাহরণটি একটি পরিবাহী জৈব ফেন তৈরি করার চেষ্টা করার জন্য গ্রাফিন সংমিশ্রণে ব্যবহার করা হয়েছিল। মাইসেলিয়াম-ভিত্তিক, চিটোসান-ভিত্তিক এবং সেলুলোজ-ভিত্তিক জৈবফোমের উদাহরণগুলি সাশ্রয়ী এবং কম ঘনত্বের উপাদান বিকল্প হয়ে ওঠার উদ্দেশ্যে তৈরি করা হয়েছে। রেফারেন্স ফেনা