فرمولاسيون نانو الياف پروتئيني كلاژن-سيكلودكسترين حاوي ذرات نانو رس با استفاده از فرآيند الكتروريسي

Formulation of Collagen-Cyclodextrin protein nanofibers containing nano clay using electrospinning process

با توجه به آلودگي­هاي ناشي از پليمرهاي زيست تخريب ناپذير در بسته بندي مواد غذايي، امروزه نياز به استفاده از نانوالياف طبيعي و زيست تخريب­ پذير در صنعت بسته ­بندي به ­طور چشم­ گيري احساس مي­شود و يكي از ساده ­ترين روش­هاي توليد نانوالياف الكتروريسي مي­باشد. در اين تحقيق، الكتروريسي كلاژن نوع اول (استخراج شده از دم موش) به همراه بتا سيكلودكسترين و نانورس مورد بررسي قرار گرفت و از اسيد استيك به ­عنوان­ يك حلال بي خطر به لحاظ محيط زيستي استفاده شد. جهت طراحي آزمايش، از نرم افزار طراحي آزمايش (Design Expert 7.0) استفاده شد و تاثير متغيرهاي مستقل شامل نسبت وزني-وزني بتاسيكلودكسترين به كلاژن (X1)، نسبت حجمي-وزني نانورس به كلاژن (X2) و نرخ تغذيه محلول (X3) بر روي متغير وابسته شامل قطر نانوالياف (Y1) بررسي شد. فرايند الكتروريسي با شرايط ولتاژ بهينه 12 كيلو ولت، فاصله بين نوك سوزن و جمع كننده 120 ميلي­متر، در دما و فشار محيط و بر اساس جدول طراحي صورت پذيرفت. از نانورس به ­دليل داشتن خواص ممانعتي و ضد ميكروبي و از بتاسيكلودكسترين به­ علت داشتن ساختار خاص كه باعث به ­وجود آمدن سطوح آب دوست و آب گريز مي­شود، استفاده شد. جهت بررسي شكل نانو الياف از ميكروسكوپ الكتروني روبشي، بررسي ساختار از طيف سنجي مادون قرمز، براي بررسي عناصر موجود از طيف‌نگاري فلوئورسانس اشعه ايكس و براي تعيين مقاومت حرارتي آناليز وزن سنجي حرارتي استفاده شد. نتايج حاصل نشان داد، نانوالياف بهينه با مشخصات 01/123 نانومتر و داراي ساختاري يكنواخت و بدون نقص و همچنين ويسكوزيته 33/145 ميلي پاسكال-ثانيه به­دست آمد.

Nowadays the use of natural and biodegradable nanofibers in the packaging industry due to the contamination of non-biodegradable polymers in food packaging is dramatically obvious and electrospinning is one of the easiest ways to produce these nanofibers. In this study, the electrospinning of collagen polymer type I (extracted from the rat-tail) with Beta Cyclodextrin and Nanoclay was investigated and Acetic acid was used as a safe solvent in terms of the environment. After designing the experiments using an experimental design software (Design Expert 7.0), the effects of independent variables such as weight-weight ratio of Beta Cyclodextrin to Collagen (X1), Volume-weight ratio of Nanoclay to Collagen (X2) and solution feed rate (X3) was evaluated on dependent variable, including nanofibers diameter (Y1). Also, electrospinning process was performed with a voltage of 12 Kv and the distance between the needle and the collector 120 mm at ambient temperature and pressure. Nanoclay have been used due to barrier and antimicrobial properties; in addition, Beta cyclodextrin was used for the specificity of the structure that causes hydrophilic and hydrophobic surfaces. Furthermore, to investigate the shape of nanofibers Scanning Electron Microscopy, to investigate the structure Transform Infrared Spectroscopy, to investigate existing elements X-Ray Fluorescence Spectroscopy and to determine thermal resistance Differential scanning calorimetry was applied. The results showed that optimal nanofiber with a average size of 123.01 nm and a flawless structure with a viscosity of 145.33 mpa.s was obtained