في السنوات الأخيرة، حظيت البوليمرات الطبيعية باهتمام كبير بفضل قابليتها للتحلل الحيوي، وتجددها، وخصائصها متعددة الوظائف. ومن بين هذه البوليمرات، برز الكيتوزان، وهو بوليمر حيوي مشتق من الكيتين، كمادة أساسية في التطبيقات الطبية الحيوية والصيدلانية والبيئية.
ومع ذلك، فإن القيود الكامنة في الكيتوزان، مثل ضعف ذوبانه في الماء، دفعت إلى تطوير مشتقات الكيتوزان ذات خصائص مُحسّنة. ومن بين هذه المشتقات إيثيل أمين هيدروكسي إيثيل كيتوزان (EHC)، الذي يتميز بذوبان وتوافق حيوي ونشاط بيولوجي مُحسّن. وعلى وجه الخصوص، أظهر إيثيل أمين هيدروكسي إيثيل كيتوزان خصائص مضادة للبكتيريا واعدة ضد مسببات الأمراض الشائعة مثل الإشريكية القولونية (E. coli)، مما يجعله مرشحًا مناسبًا لتطبيقات مُختلفة في صناعات النسيج والطب الحيوي.
يستكشف هذا البحث تركيب مادة EHC، وخصائص ذوبانها، وقدراتها المضادة للبكتيريا، وتطبيقاتها المحتملة في إنتاج ألياف ليوسيل المضادة للبكتيريا والمصنوعة من EHC/السليلوز. كما سنتناول عملية ليوسيل، وهي طريقة مستدامة وصديقة للبيئة لتصنيع الألياف، وكيف يُحسّن دمج EHC خصائص الألياف الناتجة. وستُناقش التطبيقات المحتملة لهذه الألياف في مختلف الصناعات، مع التركيز على المنسوجات المضادة للميكروبات.
يتضمن تخليق EHC تعديل الكيتوزان بإضافة مجموعات إيثيل أمين وهيدروكسي إيثيل إلى بنيته الجزيئية. يُشتق الكيتوزان نفسه من نزع أسيتيل الكيتين، وهو بوليمر طبيعي موجود في الهياكل الخارجية للقشريات والحشرات.
مع ذلك، فإن الكيتوزان في صورته الطبيعية غير قابل للذوبان في الماء، مما يحد من نطاق استخدامه. بإضافة مجموعات إيثيل أمين وهيدروكسي إيثيل، تُعزز ذوبان الكيتوزان بشكل ملحوظ، لا سيما في المذيبات المائية مثل N-ميثيل مورفولين-N-أكسيد (NMMO). يُعد NMMO، وهو مذيب أخضر، فعالاً بشكل خاص في إذابة مشتقات الكيتوزان، مما يجعله خيارًا مثاليًا لمعالجة الألياف.
تُضفي مجموعة الإيثيلامين شحنات موجبة على مشتق الكيتوزان، مما يُحسّن قابليته للذوبان ومحبته للماء. يسمح هذا التعديل للبوليمر بالذوبان في NMMO في ظروف مُتحكم بها، وهو أمرٌ بالغ الأهمية لمزيد من المعالجة في الألياف.
تُعزز مجموعة الهيدروكسي إيثيل الاستقرار الكيميائي والتوافق الحيوي للبوليمر، مما يسمح له بالتفاعل بكفاءة أكبر مع مختلف الركائز.
من أهم مزايا EHC مقارنةً بالكيتوزان الطبيعي هو تحسين قابليته للذوبان في المذيبات المائية، وخاصةً NMMO. تُعد هذه الخاصية بالغة الأهمية في إنتاج ألياف الليوسيل، حيث يتطلب الأمر ذوبانًا عاليًا في البوليمر لإنتاج ألياف متجانسة وعالية الجودة. تسمح قابلية ذوبان EHC بمزجه مع السليلوز، وهو بوليمر طبيعي يُشكل المادة الأساسية لألياف الليوسيل.
يُنتَج الليوسيل من خلال عملية تعتمد على المذيبات، وتتضمن إذابة السليلوز في NMMO، يليها البثق عبر المغازل لتشكيل الألياف. يُحسّن دمج EHC في هذه العملية الخواص الميكانيكية ووظائف الألياف الناتجة.
تُمكّن قابلية ذوبان EHC في NMMO من اندماجه بسلاسة مع السليلوز، مُشكّلاً مادة مركبة ذات خصائص فائقة مقارنةً بألياف السليلوز التقليدية.
من أبرز تطبيقات EHC الواعدة نشاطها المضاد للبكتيريا. إذ يُعزز إدخال مجموعات الإيثيلامين في البنية الأساسية للبوليمر قدرته على التفاعل مع أغشية الخلايا الميكروبية، مما يُظهر تأثيرات قاتلة للبكتيريا. وقد وُجد أن EHC فعال بشكل خاص ضد الإشريكية القولونية (E. coli)، وهي بكتيريا ممرضة شائعة مقاومة للعديد من المضادات الحيوية التقليدية.
يعود النشاط المضاد للبكتيريا لـ EHC بشكل رئيسي إلى التفاعلات الكهروستاتيكية بين مجموعات الإيثيلامين الموجبة الشحنة والأغشية الخلوية السالبة الشحنة للبكتيريا.
يُعطل هذا التفاعل غشاء الخلية البكتيرية، مما يؤدي إلى تسرب محتوياتها، وفي النهاية موتها.
إضافةً إلى ذلك، تُسهم مجموعات الهيدروكسي إيثيل في EHC في ذوبانيتها وتوافقها الحيوي، مما يضمن أمان استخدامها في تطبيقات مُختلفة، بما في ذلك المنسوجات والأجهزة الطبية الحيوية.
يُنتج دمج EHC مع السليلوز في عملية الليوسيل ألياف الليوسيل EHC/السليلوز، التي تجمع بين المزايا الطبيعية لألياف السليلوز وخصائص EHC المضادة للميكروبات. تُنتج هذه الألياف باستخدام عملية صديقة للبيئة لا تتطلب مواد كيميائية قاسية، مما يجعلها خيارًا جذابًا لإنتاج المنسوجات المستدامة.
في عملية الليوسيل، يُذاب السليلوز في NMMO، ويُضاف EHC إلى المحلول قبل عملية البثق. تُحسّن الألياف الناتجة خصائصها الميكانيكية، مثل زيادة قوة الشد والمرونة، مقارنةً بالألياف المصنوعة من السليلوز النقي.
كما تُضفي إضافة EHC خصائص مضادة للبكتيريا على الألياف، مما يُقلل بشكل كبير من نمو الكائنات الدقيقة الضارة، وخاصةً الإشريكية القولونية، على سطح الألياف.
تتمتع هذه الألياف بإمكانيات هائلة في التطبيقات التي تتطلب خصائص صحية ومضادة للميكروبات، مثل المنسوجات الطبية، ومنتجات النظافة، والملابس الخارجية. بالإضافة إلى ذلك، تُحسّن ألياف EHC/السليلوز خصائص احتباس الماء، مما يعزز متانتها وراحتها في مختلف الظروف البيئية.
لقد ثبت أن دمج EHC في ألياف السليلوز يؤدي إلى تحسين العديد من الخصائص المهمة:
الخصائص الميكانيكية: يُعزز EHC قوة الشد ومرونة ألياف السليلوز، مما يجعلها أكثر متانة ومقاومة للتآكل. هذا يجعل ألياف EHC/السليلوز مناسبة للتطبيقات عالية الأداء التي تُعدّ المتانة الميكانيكية أمرًا بالغ الأهمية.
نشاط مضاد للبكتيريا: يُضفي مُركّب EHC خصائص مضادة للميكروبات على الألياف، مما يجعلها فعّالة في منع نمو البكتيريا. يُعدّ هذا مفيدًا بشكل خاص في المنسوجات التي تتطلب مستويات عالية من النظافة، مثل الأقمشة الطبية، والأردية الجراحية، والملابس الرياضية.
الاحتفاظ بالماء: تتميز ألياف EHC/السليلوز باحتفاظ أفضل بالماء مقارنةً بألياف السليلوز النقية، مما يُحسّن راحة المواد النسيجية وقدرتها على التحكم في رطوبتها. تُعد هذه الخاصية بالغة الأهمية في الملابس الرياضية ومنسوجات الرعاية الصحية، حيث يُعد التحكم في الرطوبة أمرًا بالغ الأهمية.
الأثر البيئي: تُعدّ عملية الليوسيل، إلى جانب استخدام EHC، بديلاً مستدامًا بيئيًا لطرق إنتاج المنسوجات التقليدية. تستخدم العملية NMMO، وهو مذيب غير سام وقابل للتحلل الحيوي، مما يُقلل من البصمة البيئية لإنتاج الألياف.
المنسوجات الطبية: بفضل خصائصها المضادة للبكتيريا، تجعل ألياف الليوسيل EHC/السليلوز خيارًا مثاليًا للاستخدام في المنسوجات الطبية، بما في ذلك ضمادات الجروح والأقنعة الجراحية وبياضات المستشفيات. تساعد هذه الألياف في تقليل خطر العدوى وتحسين نتائج علاج المرضى.
منتجات النظافة: تُستخدم ألياف السليلوز/EHC في إنتاج الحفاضات والفوط الصحية والمناديل المبللة. تساعد خصائصها المضادة للبكتيريا على تقليل نمو البكتيريا الضارة، مما يُحسّن النظافة والراحة.
أزياء مستدامة: مع تزايد طلب المستهلكين على المنتجات الصديقة للبيئة، تكتسب المنسوجات المستدامة شعبية متزايدة. ألياف الليوسيل EHC/السليلوز، لكونها قابلة للتحلل الحيوي ومضادة للميكروبات، تُوفر خيارًا مستدامًا لصناعة الأزياء، وخاصةً في الملابس الرياضية والملابس الخارجية.
التطبيقات البيئية: نظرًا لقدرتها الفائقة على الاحتفاظ بالمياه وخصائصها المضادة للميكروبات، يمكن استخدام هذه الألياف في المنتجات مثل مواد الترشيح والملابس الواقية للظروف البيئية القاسية.
لقد فتح تطوير إيثيل أمين هيدروكسي إيثيل كيتوزان (EHC) كمشتق من الكيتوزان آفاقًا جديدة لتصنيع ألياف مضادة للبكتيريا. فمن خلال دمج EHC مع السليلوز في عملية الليوسيل، يُمكن إنتاج ألياف EHC/سليلوز تتميز بخصائص ميكانيكية مُحسّنة، واحتباس للماء، ونشاط مضاد للبكتيريا. تتميز هذه الألياف بالاستدامة البيئية، وقابلية التحلل الحيوي، وتطبيقاتها الواسعة في صناعات النسيج والطب الحيوي.
ويمكن أن تُركز الأبحاث المستقبلية على تحسين تركيب EHC، وتحسين قابليته للذوبان، واستكشاف تطبيقات إضافية لهذه الألياف في مختلف القطاعات الصناعية.
