1- مقدمه
امروزه تقاضا برای استفاده از مواد زیست ‌تخریب‌پذیر و محصولات ساخته شده از منابع تجدیدپذیر افزایش یافته و علاقه رو به رشدی در توسعه محصولات زیستی به وجود آمده است که می‌تواند منجر به کاهش بهره برداری از منابع فسیلی شود[1]. به طورکلی به هرگونه مواد، سطح یا ساختاری که با سیستم‌های زیستی اثرات متقابل داشته و سازگار باشند، مواد زیستی گفته می‌شود. زیست ‌سازگاری به توانایی یک ماده برای استفاده در کاربردی ویژه گفته می شود که با واکنش مناسب از سوی میزبان همراه باشد.
از آنجایی که در چند دهه گذشته استفاده از مواد زیستی نانو ساختار در کاربردهای مختلف از جمله تکمیل ضد میکروب منسوجات پزشکی و بهداشتی، تهیه زخم‌پوش‌ها، منسوجات آرایشی بهداشتی، تهیه منسوجات قابل کاشت در بدن (ایمپلنت‌ها)، سامانه های رهایش دارو، داربست‌های پزشکی و ... مورد توجه قرار گرفته است، در این مقاله سعی بر آن است که برخی از موارد به اختصار بیان شوند.
سه رویکرد اصلی برای تهیه نانومواد زیستی وجود داردکه در شکل 1 نشان داده شده است [2].

مهم ترین اهداف استفاده ازنانوفناوری سبز، افزایش کارایی محصولات، کاهش خطرات ناشی از به کارگیری مواد تکمیلی منسوجات بر سلامت انسان و محیط زیست و افزایش قابلیت برگشت پذیری این مواد به چرخه طبیعت می باشد.

2- ویژگی‌های مواد زیستی
مواد زیستی که توسط عوامل زیستی یا طی فرایندهای زیستی ساخته شده اند باید دارای ویژگی‌های زیر باشند[3].
●زیست‌سازگاری وعدم ایجاد پاسخ‌های سمی یا التهابی،
●طول عمر قابل قبول،
●غیرسمی بودن و قابلیت دفع متابولیکی محصولات حاصل از تخریب این مواد،
●قابلیت نفوذ وفرآیندپذیری مناسب برای کاربرد موردنظر.

3- طبقه بندی مواد زیستی
به طور کلی مواد زیستی را می‌توان در دو دسته مواد زیستی طبیعی و مواد زیستی مصنوعی طبقه‌بندی کرد[4].
3-1- مواد زیستی طبیعی
مواد زیستی طبیعی که به طور گسترده در تکمیل‌های نساجی مورد استفاده قرار می‌گیرند، شامل مواد زیستی بر پایه پلی‌ساکارید و مواد زیستی بر پایه پروتئین می‌باشند[4].
مواد مشتق شده از منابع طبیعی مانند چوب سابقه‌ای طولانی به عنوان یک ماده زیستی دارند[5]. از جمله مواد زیستی طبیعی که به طور گسترده در تکمیل‌های نساجی مورد استفاده قرار می‌گیرند، پلیمرهای کربوهیدراتی و مشتقات آن مانند سلولز، دکستران، کیتین، کایتوسان، آلجینات و هیالورونان و پروتئین‌هایی مانند کلاژن، ژلاتین و سریسین ابریشم می‌باشند.
مواد زیستی طبیعی دارای فواید ذاتی متعددی مانند زیست فعالی، حضور مکان‌های دریافت‌کننده سلول و قابلیت تغییرشکل طبیعی می‌باشند، اما گاهی زیست فعالی ذاتی این پلیمرها نیز منجر به بروز مشکلاتی، نظیر واکنش ایمنی بدن به حضور این پلیمرها شود[6].
3-1-1- سلولز
سلولز پلی‌ساکاریدی خطی با پیوند گلیکوزیدی (4→1) و یکی از فراوان‌ترین منابع طبیعی و تجدیدپذیر زیستی است که به طور گسترده‌ای درگیاهان، باکتری‌ها و جانوران پوشش‌دار یافت می‌شود [7]. این پلیمر طبیعی بی‏رنگ، بی‏بو و غیر سمی بوده و دارای خواصی از جمله مدول و استحکام مخصوص بالا، سازگاری زیستی، ثبات حرارتی نسبی، آب دوستی و ... می‌باشد [8] و این خواص سبب به کارگیری سلولز در کاربردهای متنوع و همچنین برای تهیه نانو ذرات به منظور تکمیل منسوجات شده است. سلولز باکتریایی به عنوان یک ماده زیستی سلولزی در تولید منسوجات بی‌بافت، تولید زخم‌پوش‌ها و ... استفاده می‌شود.

کیتین در پوسته خارجی خرچنگ‌ها یافت شده و پلی ساکاریدی سفید رنگ، سخت و غیر قابل انعطاف است. ساختار ایده ‌آل کیتین به صورت یک پلی ساکارید خطی با فرمول 2-استامیدو-2-داکسی-β-D-گلوگز با پیوندهای (4→1)β گلایکوسایدیک است، که در آن اکثر گروه‌های آمین استیله هستند.ساختار شیمیایی کیتین در شکل 3 نشان داده شده است[9].


کایتوسان از استیل زدایی کیتین در محیط قلیایی و هیدرولیز آنزیمی تولید می شود. کایتوسان به عنوان یک ماده زیستی طبیعی به دلیل دارا بودن خواصی چون زیست سازگاری، عدم سمیت، قابلیت تجزیه بیولوژیکی و خاصیت ضدباکتری و ضد قارچ در کاربردهای پزشکی و نساجی خصوصاً در تکمیل ضدمیکروب منسوجات به طور گسترده استفاده می‌شود[10]. متداول‌ترین کاربرد کیتین و کایتوسان استفاده از آن‌ها به عنوان یک ماده دوست دار محیط زیست در تکمیل‌ ضدمیکروب منسوجات می‌باشد. به عنوان مثال در مقالات، ایجاد خاصیت ضد باکتری(8/99٪) در پارچه‌ پنبه‌ای با استفاده از روش تکمیل خودآرای نانولایه کایتوسان گزارش شده است[11]. همچنین کایتوسان در بهبود رنگ‌پذیری پارچه نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد[12].

3-1-3- آلجینات
آلجینات پلیمری آنیونی از خانواده پلی‌ساکاریدها است که از جلبک‌های دریایی تهیه می‌شود[6] و به عنوان یک ماده زیستی به شکل ژل انعطاف پذیر، الیاف، نانو ذره و نانو پوشش مورد استفاده قرار می گیرد. این پلیمر زیست سازگار، غیرسمی و کم‌ بها بوده و به عنوان یک ماده زیستی به طور گسترده در رهایش دارو، تولید زخم پوش‌ها و چاپ، رنگرزی و تکمیل منسوجات مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال از این ماده زیستی برای تولید پوشش‌های زخم سوختگی[13] و از نانو کامپوزیت آلجینات/کایتوسان به منظور تکمیل ضدمیکروب کالای پنبه‌ای استفاده شده است[14].
3-1-4- کلاژن
کلاژن با ساختار مارپیچ سه گانه‌، یکی از فراوان‌ترین پروتئین‌های موجود در حیوانات می‌باشد. در میان شش نوع کلاژن موجود در طبیعت کلاژن نوع 1، 2 و 3 از مقادیر بیشتری برخوردار می‌باشند. متداول‌ترین منبع تهیه کلاژن غشاء ناحیه اطراف جنین است. کلاژن عمدتاً در کاربردهای پزشکی مانند مهندسی بافت برای تولید چشم، پوست، عصب و نرمه استخوان مصنوعی و همچنین برای تولید زخم پوش‌ها استفاده می‌شود[6].
در تحقیقی که پیرامون تکمیل زخم پوش های متداول با استفاده از نانوالیاف به منظور بهینه سازی پارامترهای موثر بر میزان ترمیم زخم (مانند توقف خونریزی، عدم چسبندگی، حفظ رطوبت محیط زخم و ...) صورت گرفت، از پوشش دهی نانوالیاف بر بستر زخم پوش و از پلاسمای اتمسفری برای افزایش چسبندگی و ثبات پوشش نانوالیاف و استرلیزه کردن زخم پوش کامپوزیتی استفاده شد. نانوالیاف زیست فعال/ ترمیم‌کننده از پلیمرهای طبیعی نظیر کلاژن، فیبرینوژن، کایتوسان، ابریشم و ژلاتین و پلیمرهای مصنوعی پلی آلفا هیدروکسی اسید تهیه شدند[15].

3-1-5- ابریشم
ابریشم لیفی پروتئینی شامل دو نوع پروتئین خودآرای فیبروئین و سریسین است. این ماده دارای خاصیت زیست سازگاری، زیست تخریب‌پذیری بوده و با اصلاح برخی خواص فیزیکی و شیمیایی می‌توان به خواص مکانیکی مطلوب در این پلیمر دست یافت. از فیبروئین ابریشم به دلیل استحکام کششی بالا، زیست سازگاری، عدم سمیت و خواص ضد التهابی برای کاربردهای پزشکی به ویژه در بهبودی زخم استفاده می‌شود[6]. در تحقیق دیگری که به منظور بهره گیری از ابریشم به عنوان نانوحامل دارو صورت گرفت، نانوذرات فیبروئین ابریشم به روش پراکنش افزایش یافته محلول از طریق دی اکسید کربن فوق بحرانی با متوسط اندازه 50 نانومتر تولید شد[16]. در تحقیق دیگر از کمپلکس ابریشم/ نانوذرات طلا استفاده شد. نانوذرات طلا با میانگین اندازه 5 نانومتر درون کپسولی از پروتئیـن ابریشم قرار گرفت، این ترکیب میزان رادیکـال های آزادی را که منجر به آسیب سلول ناشی از پیـری پوست می شود، کاهش داده و در مقابل پرتو فرابنفش از پوست محافظت می نماید. این ترکیب دارای رنگ منحصر به فرد بنفش مایل به قرمز است که ناشی از حضور نانوذرات طلا می باشد[17].
از نانوذرات بیان شده می توان به منظور تکمیل منسوجات بهداشتی با قابلیت رهایش دارو استفاده نمود.
3-2- مواد زیستی بشرساخت
در شکل 7 طبقه‌بندی انواع مواد زیستی بشرساخت و خلاصه‌ای از کاربرد آن‌ها مشاهده می‌شود. در این میان در صنعت نساجی عمدتاً از مواد زیستی پلیمری استفاده می شود.


3-2-1- پلی‌کاپرولاکتان(PCL)
در میان پلیمرهای زیستی، پلی‌کاپرولاکتان از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این پلیمر از طریق واکنش پلیمریزاسیون حلقه گشای مونومرکاپرولاکتان در حضور کاتالیزور اکتانوات قلع تولید می‌شود[18].کینتیک تخریب و خصوصیات مکانیکی سازگار، سهولت شکل پذیری و امکان کنترل اندازه تخلخل در ساختار داربست های پلیمری به منظور رشد سلول های بافت و همچنین امکان رهایش کنترل شده دارو از جمله ویژگی‌های پلی‌کاپرولاکتان به شمار می‌آید. اضافه کردن گروه‌های عاملی به ساختار این پلیمر می‌تواند منجر به افزایش خواص آب دوستی و زیست‌سازگاری شود. این ماده در کاربردهایی نظیر داربست‌های پزشکی، تولید نخ بخیه، انتقال دارو و پرکننده کانال ریشه دندان استفاده می‌شود[19].
3-2-2- پلی‌لاکتیک‌اسید (PLA)
پلی‌لاکتیک‌اسید پلیمری زیست تخریب‌پذیر شامل مشتقات پلی‌استر گرمانرم خطی از منابع تجدیدپذیر مانند ذرت است. متداول‌ترین کاربرد پلی‌لاکتیک‌اسید در سیستم‌های رهایش دارو و تهیه نخ بخیه می‌باشد. از نانوالیاف تهیه شده از PLA به منظور تهیه تولید داربست های زیستی استفاده می شود.

4- انواع تکمیل‌ منسوجات با استفاده از نانومواد زیستی
4-1- تکمیل ضد میکروب
در دهه‌های اخیر به دلیل بالا رفتن سطح آگاهی بشر در مورد مسائل بهداشتی و اهمیت حفظ سلامتی، تولید منسوجات با خاصیت ضد میکروب افزایش یافته است. اگرچه عوامل ضد میکروب گوناگونی برای تکمیل کالای نساجی وجود دارد، لیکن استفاده از عوامل ضد میکروب زیستی دارای اهمیت ویژه ای می‌باشد.
به عنوان مثال محصولات طبیعی از جمله کایتوسان و آلجینات به طور گسترده به منظور تکمیل ضد میکروب مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین مواد زیستی دیگر مانند آلوئه‌ورا، روغن درخت چای، روغن اکالیپتوس و ... از جمله مواد زیستی گیاهی برای این منظور می‌باشند. در جدول 1 به طور خلاصه به این عوامل ضد میکروب اشاره شده است[20].

استفاده از نانوساختارهای پلیمری (نانوکپسول، نانوگوی و نانوذرات) زیستی حاوی ترکیبات فوق می تواند برای تکمیل منسوجات مختلف به کارگرفته و استفاده از برخی پلیمرهای زیستی با خاصیت ضد میکروب می تواند منجر به هم افزایی تاثیر مواد فوق شود.
4-2- استفاده از نانو مواد زیستی برای تولید منسوجات آرایشی
به طور کلی همه منسوجات محتوی یک یا ترکیبی از چند ماده که در طول زمان امکان رهایش در بخش های مختلفی از سطح بدن انسان، به ویژه پوست را داشته و دارای عملکردهایی نظیر پاک کنندگی، عطرآگینی، تغییر ظاهر، حفاظت، ایجاد طراوت، جلوگیری از ایجاد چروک پوستی و یا اصلاح بوی بدن باشند، در دسته منسوجات آرایشی طبقه‌بندی می‌شوند. برای این منظور از عصاره‌های مواد طبیعی و زیستی برای تکمیل منسوجات استفـاده می شود. از جمله خواص شیمیایی مورد نیاز برای منسوجات آرایشی، عدم سمیت، پایداری، کارایی زیاد و ... می‌باشد. این منسوجات بر حسب نوع ماده‌ موثر موجود در آن‌ها به گروه های مختلفی با کاربردهای متنوع تقسیم‌بندی می‌شوند. در جدول2 به طور خلاصه به چند نمونه از مواد زیستی برای تکمیل آرایشی منسوجات اشاره شده است[21].

استفاده از ترکیبات یاد شده به صورت لایه نشانی نانومتری و یا نانوحامل های پلیمری حاوی ماده موثر می تواند منجر به افزایش کارایی منسوجات آرایشی با بهره گیری از خصوصیات منحصر به فرد ترکیبات در مقیاس نانومتری شود.
4-3- تکمیل منسوجات با استفاده از پلیمرهای زیستی محرک- پاسخگو
مهم‌ترین ویژگی که می‌توان با استفاده از پلیمرهای زیستی محرک-پاسخگو، در منسوجات ایجاد کرد، سازگاری آن‌ها با تغییرات محیطی است. به دلیل خصوصیاتی نظیر زیست‌سازگاری و زیست تخریب‌پذیری، هیدروژل‌های بر پایه پلیمرهای زیستی بهترین گزینه برای این منظور به شمار می آیند. از میان مواد زیستی طبیعی پلیمرزیستی کایتوسان به عنوان یک گزینه مناسب برای ترکیب با پلیمرهای محرک-پاسخگو برای تکمیل منسوجات و هوشمندسازی آن‌ها محسوب می شود. کایتوسان یک پلیمر زیستی حساس به تغییرات pH بوده که با تغییرات pH پروتون می گیرد و یا از دست می دهد. ترکیب کایتوسان با پلیمر حساس به دمای پلیN-ایزوپروپیل اکریل‌آمید(PNIPAM) منجر به تولید نانوهیدروژل های حساس به دما و pH می شود که از این ترکیب می توان برای تکمیل منسوجات رهاکننده دارو/ مواد معطر برای مصارفی چون منسوجات پزشکی، آرایشی و ورزشی استفاده کرد [22]. همچنین مواد زیستی محرک-پاسخگو بر پایه پپتیدها نیز به منظور کاربردهای پزشکی و رهایش دارو به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند[23].

بحث و نتیجه‌گیری
با توجه به اهمیت وجود خواص زیست سازگاری، زیست تخریب‌پذیری، عدم سمیت و ... در محصولات کاربردی، نظیر منسوجات،استفاده از مواد زیستی برای تولید و تکمیل منسوجات حائز اهمیت است. در این مقاله انواع مواد زیستی طبیعی و مصنوعی و ویژگی‌های آن‌ها و همچنین کاربرد این مواد در مهم‌ترین فرآیندهای تکمیلی منسوجات مورد بحث قرار گرفت.