Biofoam
بائیو فوم حیاتیاتی یا حیاتیاتی طور پر اخذ شدہ جھاگ ہوتے ہیں، جو ہلکے وزن اور سوراخ دار سیلولر ٹھوس مادے بناتے ہیں۔ ایک نسبتا نئی اصطلاح، تعلیمی شعبے میں اس کا استعمال 1980 کی دہائی میں اس گندگی کے سلسلے میں شروع ہوا جو فعال کیچڑ کے پودوں پر بنتی ہے۔ بائیو فومز ایک وسیع چھتری کی اصطلاح ہے جس میں قدرتی طور پر پائے جانے والے جھاگوں کے ساتھ ساتھ سویا کے تیل اور سیلولوز جیسے حیاتیاتی مواد سے پیدا ہونے والے جھاگ سمیت مختلف قسم کے موضوعات کا احاطہ کیا گیا ہے۔ بائیو فوم مسلسل تحقیق کا موضوع رہے ہیں کیونکہ مصنوعی بائیو فوم کو روایتی پٹرولیم پر مبنی فوم کے متبادل کے طور پر سمجھا جا رہا ہے۔ ترکیب شدہ جھاگوں کی متغیر نوعیت کی وجہ سے، ان میں مختلف قسم کی خصوصیات اور مادی خصوصیات ہوسکتی ہیں جو انہیں پیکیجنگ، موصلیت اور دیگر ایپلی کیشنز کے لیے موزوں بناتی ہیں۔ قدرتی طور پر پائے جانے والے جھاگ مختلف جانداروں کے اندر قدرتی طور پر بن سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر، لکڑی، کارک، اور پودوں کے مادے میں جھاگ کے اجزاء یا ڈھانچے ہو سکتے ہیں۔ پھپھوندی عام طور پر مائیسیلیم پر مشتمل ہوتی ہے، جو دیگر اجزاء سے جڑے چٹین نینو فائبر کے کھوکھلی تنوں سے بنی ہوتی ہے۔ جانوروں کے حصے جیسے کینسیلس ہڈی، ہارسشو کیکڑے کے خول، ٹکن بیکس، سپنج، مرجان، پنکھ، اور سینگ سبھی میں جھاگ جیسی ساخت ہوتی ہے جو دیگر مادی خصوصیات کی قیمت پر مجموعی وزن کو کم کرتی ہے۔ ہڈیوں، سینگوں اور خولوں جیسے ڈھانچوں میں مضبوط مواد ہوتا ہے جس کے اندر کمزور لیکن ہلکے مواد ہوتے ہیں۔ ہڈیوں میں کمپیکٹ، گھنے بیرونی علاقے ہوتے ہیں، جو اندرونی جھاگ کی طرح منسوخ ہڈی کی حفاظت کرتے ہیں۔ یہی اصول گھڑسواری کیکڑے کے خولوں، ٹکن کی چونچوں اور سینگوں پر بھی لاگو ہوتا ہے۔ پنکھوں کے بارب اور شافٹ میں اسی طرح بند خلیے کا جھاگ ہوتا ہے۔ حفاظتی جھاگ بیرونی طور پر والدین کے حیاتیات یا ماحول کے ساتھ تعامل کرنے والے انڈوں کے ذریعے بنائے جا سکتے ہیں: مائع پر مبنی جھاگ بنانے کے لیے سمندری پانی کے ساتھ انڈے کو ملا کر ٹیونکیٹ کریں ؛ درخت کے مینڈک کے انڈے پانی کے اوپر اور اوپر پروٹین کے جھاگ میں اگتے ہیں (شکل 1 دیکھیں) ؛ کچھ میٹھے پانی کی مچھلیاں اپنے میوکس سے سطح کے جھاگ میں انڈے دیتی ہیں ؛ گہری سمندری مچھلیاں دو پرتوں والے جھاگوں کے سوئمبلڈرز میں انڈے پیدا کرتی ہیں ؛ اور کچھ کیڑے اپنے لاروا کو جھاگ میں رکھتے ہیں۔ بائیومیمیٹک مصنوعی جھاگ ہنی کومب سے مراد بائیو انسپائرڈ پیٹرن ہیں جو توانائی جذب کرنے والے ڈھانچوں کے لیے ہلکا پھلکا ڈیزائن فراہم کرتے ہیں۔ ہنی کامب ڈیزائن مختلف ساختی حیاتیاتی اجزاء جیسے سپنجی ہڈی اور پلانٹ ویسکولچر میں پایا جا سکتا ہے۔ حیاتیاتی طور پر متاثر شہد کی مکھیوں کے ڈھانچے میں کیلون، ویئر اور فلوریٹ شہد کی مکھیاں شامل ہیں (شکل 2 دیکھیں) ؛ ہر ایک قدرتی ہیکساگونل شہد کی مکھیوں کے مقابلے میں قدرے مختلف ساخت کے ساتھ۔ حیاتیاتی ڈیزائن پر ان تغیرات سے روایتی ہیکساگونل ہنی کامب بائیو فوم کے مقابلے میں توانائی کے جذب کے نتائج میں نمایاں بہتری آئی ہے۔ توانائی جذب کرنے کی ان بڑھتی ہوئی کارکردگی کی وجہ سے، گاڑی کے کٹے ہوئے علاقوں کے اندر استعمال کے لیے شہد کی مکھیوں سے متاثر ڈھانچوں پر تحقیق کی جا رہی ہے۔ ہنی کامب ڈھانچوں کو اندرونی کور کے طور پر استعمال کرکے اور ڈھانچے کے ارد گرد زیادہ سخت ساختی خول کے ساتھ، یہ اجزاء حادثے کے دوران اثر توانائی کو جذب کر سکتے ہیں اور ڈرائیور کے تجربے کی توانائی کی مقدار کو کم کر سکتے ہیں۔ ایروگل ایروگلز کم کثافت اور کم تھرمل چالکتا جیسی خصوصی خصوصیات پیدا کرنے والے کم سے کم مواد کے ساتھ بڑی مقدار کو بھرنے کے قابل ہوتے ہیں۔ ان ایروگلز میں اندرونی ڈھانچے ہوتے ہیں جنہیں کھلے یا بند خلیے کے ڈھانچے کے طور پر درجہ بند کیا جاتا ہے، وہی خلیے کا ڈھانچہ جو بہت سے 3 جہتی ہنی کامب بائیو فومز کی وضاحت کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ جانوروں کے بالوں کے اندرونی جھاگ کے ڈھانچے کی عکاسی کرنے کے لیے بھی ایروگل تیار کیے جا رہے ہیں (شکل 3 دیکھیں)۔ ان بائیومیمیٹک ایروگلز پر ان کی امید افزا لچکدار اور موصلیت بخش خصوصیات کے لیے فعال طور پر تحقیق کی جا رہی ہے۔ مواد کی خصوصیات جھاگ کے خلیے کے ڈھانچے ایک جھاگ کو کھلا خلیہ سمجھا جاتا ہے اگر اس کے کم از کم دو پہلو دیواروں کے بجائے سوراخ ہوں۔ اس صورت میں جھاگ پر پورا بوجھ کراس بیم پر ہوتا ہے جو خلیے کے کناروں کو بناتا ہے۔ اگر خلیے کی دیواروں میں سے ایک سے زیادہ سوراخ نہیں ہیں، تو جھاگ کو بند خلیہ سمجھا جاتا ہے۔ زیادہ تر مصنوعی جھاگوں کے لیے، بند خلیے اور کھلے خلیے کے کردار کا مرکب جھاگ کے عمل کے دوران خلیوں کے پھٹنے اور پھر میٹرکس کے مضبوط ہونے کی وجہ سے دیکھا جاتا ہے۔ جھاگ کی مکینیکل خصوصیات پھر جھاگ کے بند خلیے کے کردار پر منحصر ہوتی ہیں جیسا کہ گبسن اور ایشبی نے اخذ کیا ہے: جہاں E لچکدار ماڈیولس ہے، ρ مواد کی کثافت ہے، φ چہرے کے حجم کا مواد کے کنارے کے حجم کا تناسب ہے، اور سبسکرپٹ s جھاگ کے نمونے کے بجائے مواد کی بلک پراپرٹی کی نشاندہی کرتا ہے۔ مائع اور ٹھوس جھاگ بہت سے پولیمرک جھاگوں کے لیے، مائع پولیمر کے مرکب کو پولیمرائز اور جھاگ دے کر اور پھر اس جھاگ کو مضبوط ہونے دے کر ایک ٹھوس جھاگ بنتا ہے۔ اس طرح، مائع جھاگ کی عمر بڑھنے کے اثرات ٹھوس ہونے سے پہلے ہوتے ہیں۔ مائع جھاگ میں، کشش ثقل اور اندرونی دباؤ جھاگ کے نچلے حصے کی طرف مائع کے بہاؤ کا سبب بنتے ہیں۔ اس کی وجہ سے جھاگ کے کچھ خلیات مائع نالیوں کے طور پر بے قاعدہ پولی ہیڈرا بن جاتے ہیں، جو روایتی جھاگ کے کروی ڈھانچے سے کم مستحکم ڈھانچے ہوتے ہیں۔ تاہم ان ڈھانچوں کو سرفیکٹینٹ کی موجودگی سے مستحکم کیا جا سکتا ہے۔ مضبوطی سے پہلے جھاگ کی ساخت فطری طور پر غیر مستحکم ہوتی ہے، کیونکہ موجود خالی جگہیں ساخت کی سطح سے آزاد توانائی میں بہت زیادہ اضافہ کرتی ہیں۔ کچھ مصنوعی بائیو فومز میں، جھاگ کی سطح سے آزاد توانائی کو کم کرنے اور اس وجہ سے جھاگ کو مستحکم کرنے کے لیے ایک سرفیکٹینٹ استعمال کیا جا سکتا ہے۔ کچھ قدرتی بائیو فومز میں، پروٹین جھاگوں کی تشکیل اور استحکام کے لیے سرفیکٹینٹس کے طور پر کام کر سکتے ہیں۔ فائبر کی کمک مصنوعی بائیو فوم کی مضبوطی کے دوران، فائبر کو میٹرکس کے لیے کمک ایجنٹ کے طور پر شامل کیا جا سکتا ہے۔ یہ اضافی طور پر جھاگ کے عمل کے دوران جھاگ کی ہوا کی جیبوں کے لیے ایک متنوع نیوکلیئشن سائٹ بنائے گا۔ تاہم، جیسے جیسے فائبر کا مواد بڑھتا ہے، یہ میٹرکس کے سیلولر ڈھانچے کی تشکیل کو روکنا شروع کر سکتا ہے۔ ایپلی کیشنز پیکیجنگ پیکیجنگ کے سلسلے میں، نشاستے اور بائیو پولیسٹر یہ بائیو فوم بناتے ہیں کیونکہ یہ توسیع شدہ پولی سٹائرین کے لیے کافی متبادل ہیں۔ پولی لیکٹک ایسڈ (پی ایل اے) ان بائیو فومز کی بنیاد کی ایک عام شکل ہیں کیونکہ وہ پولی اولیفن پر مبنی جھاگوں کا متبادل پیش کرتے ہیں جو عام طور پر آٹوموٹو پارٹس، دواسازی کی مصنوعات، اور مختصر زندگی کے وقت ڈسپوزایبل پیکیجنگ صنعتوں میں ان کی بائیو بیسڈ اور بائیوڈیگریڈیبل خصوصیات کی وجہ سے استعمال ہوتے ہیں۔ پی ایل اے رنگ اوپننگ پولیمرائزیشن کے ذریعے بیکٹیریل خمیر کی وجہ سے لیکٹک ایسڈ سے پیدا ہونے والے لیکٹائڈ کی تشکیل سے آتا ہے، جس میں یہ عمل شکل 4 کے ذریعے دکھایا گیا ہے۔ پی ایل اے میں پیکیجنگ انڈسٹری میں بائیوڈیگریڈیبلٹی کے لیے سب سے زیادہ مطلوبہ خصلتیں نہیں ہیں کیونکہ اس میں گرمی کی مسخ کا درجہ حرارت کم ہوتا ہے اور پانی کی رکاوٹ کی ناموافق خصوصیات ہوتی ہیں۔ دوسری طرف، پی ایل اے میں مطلوبہ پیکیجنگ خصوصیات دکھائی گئی ہیں جن میں اعلی بالائے بنفشی روشنی کی رکاوٹ کی خصوصیات، اور کم پگھلنے اور شیشے کی منتقلی کا درجہ حرارت شامل ہیں۔ حال ہی میں، پی جی اے کو پیکیجنگ انڈسٹری میں متعارف کرایا گیا ہے کیونکہ یہ ایک اچھا سالوینٹ ہے اور پی ایل اے سے موازنہ ہے۔ ٹیبل 1 بائیو فوم دونوں کی خصوصیات کو دکھاتا ہے اور ان کا موازنہ کیسے کرتا ہے۔ جیسا کہ دکھایا گیا ہے، پی جی اے میں ایک مضبوط سٹیریو کیمسٹری ڈھانچہ ہوتا ہے جس کے نتیجے میں اس میں اعلی رکاوٹ اور مکینیکل خصوصیات ہوتی ہیں جو اسے پیکیجنگ انڈسٹری کے لیے مطلوب بناتی ہیں۔ پی جی اے اور پی ایل اے دونوں کو ملانے کے مطالعے کو پی جی اے کے لیے کوپولیمرائزیشن کا استعمال کرتے ہوئے دریافت کیا گیا ہے تاکہ پیکیجنگ میں استعمال ہونے پر پی ایل اے کی رکاوٹ کی خصوصیات کو بڑھانے میں مدد ملے۔ جدول 1: پی جی اے کے مقابلے میں پی ایل اے کی خصوصیات۔ بائیو میڈیکل آلات کے استعمال میں سب سے زیادہ مقبول بائیو فوم پی ایل اے بھی ہے۔ پی ایل اے کی خصوصیات بائیو میڈیکل ایپلی کیشنز میں بھی مطلوب ہیں، خاص طور پر دوسرے پولیمر کے ساتھ مل کر۔ خاص طور پر، اس کی بائیو مطابقت اور بائیوڈیگریڈیبلٹی اسے ایف ڈی ایم-3 ڈی پرنٹنگ کے استعمال کے ذریعے ٹشو انجینئرنگ میں سازگار بناتی ہے۔ پی ایل اے ان پرنٹنگ کے ماحول میں اچھی کارکردگی کا مظاہرہ کرتا ہے کیونکہ اس کے شیشے کی منتقلی کے درجہ حرارت کے ساتھ ساتھ شکل کی میموری بھی کم ہے۔ حالیہ مطالعات میں، پی ایل اے کو خاص طور پر ہائیڈروکسیپیٹائٹ (ایچ اے) کے ساتھ ملایا گیا ہے تاکہ نمونے کے ماڈیولس کو ہڈیوں کی ناکامی کی مرمت میں اس کے اطلاق کے لیے زیادہ سازگار بنایا جا سکے۔ خاص طور پر ٹشو انجینئرنگ میں، ایچ اے کو آسٹیوبلاسٹس اور پری آسٹیوبلاسٹک خلیوں کو متحرک کرکے آسٹیوجینیسیس پیدا کرنے کے لیے بھی دکھایا گیا ہے۔ ایچ اے ایک مضبوط مواد ہے، جو پی ایل اے میں اضافہ کرنا مثالی بناتا ہے، اس حقیقت کی وجہ سے کہ پی ایل اے میں ناکامی سے پہلے 10 فیصد لمبائی کے ساتھ کمزور سختی ہے۔ ایف ایف ایف پر مبنی تھری ڈی پرنٹنگ کا استعمال کیا گیا تھا اور ساتھ ہی شکل 5 میں کمپریشن ٹیسٹ کا مظاہرہ کیا گیا تھا۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ نمونے کی خود شفا یابی کی صلاحیت تھی، جسے بعض بائیو میڈیکل طریقوں میں استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ماحولیاتی اثرات آب و ہوا کی تبدیلی، گلوبل وارمنگ، اور پائیداری کی طرف حالیہ توجہ کے ساتھ، بائیوڈیگریڈیبل مصنوعات کی تخلیق اور پائیداری کے حوالے سے تحقیق کی ایک نئی لہر آئی ہے۔ یہ تحقیق بائیوڈیگریڈیبل بائیو فومز کی تخلیق کو شامل کرنے کے لیے تیار ہوئی ہے، جس کا مقصد دوسرے جھاگوں کو تبدیل کرنا ہے جو ماحولیاتی طور پر نقصان دہ ہو سکتے ہیں یا جن کی پیداوار غیر مستحکم ہو سکتی ہے۔ اس رگ کے بعد، گناوان اور دیگر۔ "تجارتی طور پر متعلقہ پولی یوریتھین مصنوعات جو قدرتی ماحول میں بائیوڈیگریڈ کر سکتی ہیں" تیار کرنے کے لیے تحقیق کی گئی۔ ایسی ہی ایک پروڈکٹ میں فلپ فلاپس شامل ہیں لہذا تحقیق کے ایک حصے کے طور پر طحالب سے ماخوذ پولی یوریتھین سے بنا ایک فلپ فلاپ پروٹو ٹائپ کیا گیا تھا (شکل 7 دیکھیں)۔ اس تحقیق کے نتیجے میں بالآخر یہ نتیجہ اخذ کیا گیا کہ کھاد اور مٹی کے ماحول (ہر ماحول میں موجود مختلف مائکروجنزم) دونوں میں طحالب کے تیل سے تیار کردہ پولی یوریتھین جھاگ میں نمایاں انحطاط ہوتا ہے۔ اسی طرح، تحقیق کی گئی ہے جہاں طحالب کے تیل (اے او) اور بقایا پام آئل (آر پی او) کو مختلف تناسب پر جھاگ پولی یوریتھین میں تیار کیا گیا ہے تاکہ اس بات کا تعین کیا جا سکے کہ کس تناسب میں زیادہ سے زیادہ حیاتیاتی انحطاط ہے۔ آر پی او پام آئل مل کے فضلے سے بازیافت کیا جاتا ہے اور یہ اس مینوفیکچرنگ کے عمل کا ایک ضمنی مصنوع ہے۔ بائیوڈیگریڈیبلٹی کے ساتھ ساتھ تھرموگراویمیٹرک تجزیہ کا تعین کرنے کے لیے ٹیسٹ کروانے کے بعد، ٹیم نے طے کیا کہ اس مواد کو اے او/آر پی او تناسب کے لحاظ سے موصلیت یا آگ سے بچاؤ جیسے ایپلی کیشنز میں استعمال کیا جا سکتا ہے۔ بائیو فوم تحقیق کا ایک اور مرکز بائیو فوم کی ترقی ہے جو نہ صرف بائیوڈیگریڈیبل ہیں بلکہ لاگت سے موثر بھی ہیں اور پیدا کرنے کے لیے کم توانائی کی ضرورت ہوتی ہے۔ لو اور دیگر۔ بائیو فوم کے اس شعبے میں تحقیق کی ہے اور بالآخر ایک بائیو فوم تیار کیا ہے جو "قدرتی بائیو ریسورس مواد کے اعلی مواد" سے تیار کیا جاتا ہے اور "کم سے کم [تعداد میں] پروسیسنگ مراحل" کا استعمال کرتا ہے۔ پروسیسنگ کے مراحل میں جھاگ کی تیاری کا ایک برتن کا طریقہ شامل ہے جو ایف ژانگ اور ایکس لوو نے اپنے مقالے میں مخصوص ایپلی کیشنز کے لیے پٹرولیم پر مبنی جھاگ کے متبادل کے طور پر پولی یوریتھین بائیو فوم تیار کرنے کے بارے میں شائع کیا تھا۔ جاری تحقیقی کوششوں کو ممکنہ طور پر بائیوڈیگریڈیبل جھاگ کی مصنوعات کی تخلیق میں قدرتی اجزاء کا استعمال کرنے میں لگایا گیا ہے۔ مائیسیلیم (شکل 8)، چیٹوسن (شکل 9)، گندم کا گلوٹین (شکل 10)، اور سیلولوز (شکل 11) سبھی کو مختلف مقاصد کے لیے بائیو فوم بنانے کے لیے استعمال کیا گیا ہے۔ گندم کے گلوٹین کی مثال کو گرافین کے ساتھ مل کر استعمال کیا گیا تھا تاکہ کنڈکٹو بائیو فوم بنانے کی کوشش کی جا سکے۔ مائیسیلیم پر مبنی، چیٹوسن پر مبنی، اور سیلولوز پر مبنی بائیو فوم کی مثالوں کا مقصد لاگت سے موثر اور کم کثافت والے مواد کے اختیارات بننا ہے۔ حوالہ جات کے جھاگ