বিজ্ঞানীরা মনে করেন তাদের বায়োটেকনোলজির সাফল্য প্লাস্টিক বর্জ্য চিরতরে শেষ করতে পারে

জর্ডান জোসেফ (Jordan Joseph)
Earth.com এর কর্মী লেখক

সারা বিশ্বে ২০২৪ সালে প্রায় ৪৮৫ বিলিয়ন পাউন্ড প্লাস্টিক বর্জ্য তৈরি হয়েছে -এত বিশাল পরিমাণ যে তা উপলব্দি করা অবিশ্বাস্যরকম কঠিন। প্লাষ্টিক বর্জ্য প্রায়শই শতাব্দী ধরে স্থায়ী হয়, তাই গবেষকরা প্রকৃতিতে এমন উপকরণ খুঁজতে থাকেন যা ব্যবহারের পরে প্লাস্টিক বর্জ্য নিরাপদে অদৃশ্য হয়ে যায়।

হিউস্টন বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন যান্ত্রিক প্রকৌশলী মাকসুদ রহমান এবং রাইস বিশ্ববিদ্যালয়ের সহযোগীরা ব্যাকটেরিয়া সেলুলোজ শীট রিপোর্ট করেছেন যা শক্তির জন্য ধাতুর প্রতিদ্বন্দ্বী কিন্তু কাগজের মতো কম্পোস্ট।

ব্যাকটেরিয়া সেলুলোজ শীট কেন দরকারী

এই বায়োপলিমারটি নোভাসেটিমোনাস হ্যানসেনি (Taxonomy browser -Novacetimonas hansenii)এর মতো প্রজাতির কোষ প্রাচীরের বাইরে কাটা হয়, মাত্র কয়েক ন্যানোমিটার পুরু ফিতা তৈরি করে যা ভেলক্রোর মতো একসাথে আটকে থাকে এবং ৪০০ এমপিএর উপরে প্রসার্য শক্তি মান অর্জন করতে পারে।

ব্যাকটেরিয়া সেলুলোজ শীট কেন দরকারী

এই বায়োপলিমারটি নোভাসেটিমোনাস হ্যানসেনি (Taxonomy browser -Novacetimonas hansenii)এর মতো প্রজাতির কোষ প্রাচীরের বাইরে কাটা হয়, মাত্র কয়েক ন্যানোমিটার পুরু। যেহেতু ফাইবার নেটওয়ার্কটি বিশুদ্ধ, ছিদ্রযুক্ত এবং মানুষের টিস্যু রসায়নের সাথে মিলে যায়, তাই চিকিত্সকরা ইতিমধ্যেই এটিকে একটি স্বচ্ছ ক্ষত আবরণ হিসাবে পরীক্ষা করেছেন যা ব্যথা কমায় এবং নিরাময়কে ত্বরান্বিত করে।

RCSB-PDB-4HS4: Gluconacetobacter hansenii, Gh-ChrR থেকে প্রাপ্ত একটি পুটেটিভ ক্রোমেট রিডাক্টেসের স্ফটিক কাঠামো, যার মধ্যে Y129N প্রতিস্থাপন রয়েছে।

K. hansenii ATCC 23769 এবং এর CS… এর স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি চিত্র |

 জীবাণু শক্তিশালী চাদর তৈরি করে

প্রকৌশলী মাকসুদ রহমান (Dr Maksud Rahman, a BUET Mechanical Engineer, now Assistant Professor, University of Houston), বলেন, “আমরা কল্পনা করি যে এই শক্তিশালী, বহুমুখী এবং পরিবেশ বান্ধব ব্যাকটেরিয়া সেলুলোজ শিটগুলি সর্বব্যাপী হয়ে উঠবে, বিভিন্ন শিল্পে প্লাস্টিক প্রতিস্থাপন করবে এবং পরিবেশগত ক্ষতি কমাতে সাহায্য করবে।” তিনি বলেন,”অক্সিজেন প্রবেশযোগ্য সিলিন্ডারের ভিতরে ধীর, ক্রমাগত ঘূর্ণনের দ্বারা পরিচালিত, ব্যাকটেরিয়াগুলি এক দিকে সাঁতার কাটে এবং প্রতিটি সুতা পাশাপাশি রাখে, এলোমেলো ম্যাটগুলিকে 436 MPa এবং 32 GPa মডুলাসে পৌঁছানোর জন্য সুশৃঙ্খল তারে পরিণত করে।

গবেষক ডক্টরেট এম.এস. আর সায়েদি বলেন, “ফলস্বরূপ ব্যাকটেরিয়া সেলুলোজ শিটগুলি উচ্চ প্রসার্য শক্তি (Tensile strength), নমনীয়তা, ভাঁজযোগ্যতা, অপটিক্যাল স্বচ্ছতা এবং দীর্ঘমেয়াদী যান্ত্রিক স্থিতিশীলতা প্রদর্শন করে।”

ব্যাকটেরিয়া সেলুলোজ শিট বৃদ্ধি

তারপর দলটি ষড়ভুজাকার বোরন নাইট্রাইড ফ্লেক্সে মিশ্রিত করে, একটি 2D উপাদান যার ইয়ং’স মডুলাস 0.8 TPa এর কাছাকাছি থাকে এবং যার তাপ পরিবাহিতা 700 Wm⁻¹K⁻¹ অতিক্রম করতে পারে।

সেলুলোজ ফিতার মধ্যে ফ্লেক্সগুলি আটকে থাকার ফলে, শক্তি 553 MPa-তে উন্নীত হয় এবং তাপ তিনগুণ দ্রুত বিলুপ্ত হয়, যার ফলে মাকসুদ রহমান বলেন, “একক ধাপ প্রক্রিয়াটিকে বিভিন্ন ন্যানোম্যাটেরিয়ালসহ একটি স্কেলেবল, নমনীয় জৈব সংশ্লেষণ পদ্ধতি।”

বাস্তব জীবনে ব্যাকটেরিয়া শীটের ব্যবহার

এ শক্ত শীটটি একটি ডিসপোজেবল জলের বোতলে ভাঁজ করা যেতে পারে, একটি শিপিং থলিতে লাইন করা যেতে পারে, অথবা মাইক্রোপ্লাস্টিকের টুকরো না ফেলে ফাইবার ভিত্তিক ইলেকট্রনিক্সকে শক্তিশালী করা যেতে পারে।

বায়োমেডিক্যাল কোম্পানিগুলি পোড়া ড্রেসিং এবং টিস্যু স্ক্যাফোল্ডের জন্য একই প্ল্যাটফর্মের দিকে নজর দেয়, কারণ ব্যাকটেরিয়া সেলুলোজ তরল শোষণ করে কিন্তু ক্ষতগুলিকে আর্দ্র রাখার জন্য যথেষ্ট ধীরে ধীরে ছেড়ে দেয়।

পেট্রোলিয়াম ভিত্তিক প্লাস্টিকগুলি সঠিকভাবে টিকে থাকে কারণ তাদের কার্বন ব্যাকবোন মাইক্রোবিয়াল আক্রমণ প্রতিরোধ করে, যেখানে সেলুলোজ সাধারণ কম্পোস্টিং পরিস্থিতিতে ভেঙে যায় এবং বায়ুমণ্ডলকে অতিরিক্ত জীবাণু থেকে প্রাপ্ত CO₂ সংরক্ষণ করে।

 সময়ের সাথে সাথে ধরে রাখা

একটি ল্যাব রিঅ্যাক্টরে এখন ফলন প্রায় 7.5mgday⁻¹; শিল্প ড্রামগুলিকে জীবাণুগুলির প্রয়োজনীয় সূক্ষ্ম অক্সিজেন ভারসাম্যকে কাত (without tilting the delicate)oxygen balance the microbes require.) না করেই এই সংখ্যাটি গুণ করতে হবে।

বোরন নাইট্রাইড খরচ এবং খনির পদচিহ্ন যোগ করে, তাই ইঞ্জিনিয়াররা অন্যান্য খনিজ প্লেট বা এমনকি উদ্ভিদ থেকে প্রাপ্ত ন্যানোফাইবার পরীক্ষা করবেন যা কম দামে একই রকম দৃঢ়তা সরবরাহ করতে পারে।

স্থায়িত্ব পরীক্ষায় দেখা গেছে যে ঘূর্ণনশীল ব্যাকটেরিয়া সেলুলোজ শীটগুলি ১০,০০০ যান্ত্রিক লোডিং চক্রের পরেও তাদের আকৃতি এবং শক্তি বজায় রেখেছে।

বাস্তব-বিশ্বের ক্লান্তি অনুকরণকারী চাপের পরিস্থিতিতে, তাদের গঠন কোনও দৃশ্যমান ফ্র্যাকচার বা পৃষ্ঠ বিচ্ছেদ ছাড়াই অক্ষত ছিল।

বারবার টানের প্রতি উপাদানটির প্রতিক্রিয়া ইঙ্গিত দেয় যে এটি নমনীয় ইলেকট্রনিক্স, চিকিৎসা ডিভাইস বা হালকা ওজনের লোড-বেয়ারিং অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে দীর্ঘমেয়াদী ব্যবহার পরিচালনা করতে পারে যেখানে স্থিতিস্থাপকতা এবং দৃঢ়তা উভয়ই অপরিহার্য।

নতুন বৈশিষ্ট্যের জন্য অন্যান্য উপকরণের সাথে মিশ্রণ

গবেষক দলটি শক্তি এবং তাপ পরিবাহিতা বাড়ানোর জন্য বোরন নাইট্রাইড ন্যানোশিট ব্যবহার করেছে, তবে একই সেটআপ অন্যান্য সংযোজন গ্রহণ করতে পারে।

গ্রাফিন অক্সাইড, সেলুলোজ ন্যানোক্রিস্টাল, বা কাদামাটির ন্যানোশিটের মতো উপকরণ ব্যবহারের ক্ষেত্রে নির্ভর করে পরিবাহিতা, শিখা প্রতিরোধ বা আর্দ্রতা নিয়ন্ত্রণ আনতে পারে।

কারণ ব্যাকটেরিয়া রিয়েল টাইমে সেলুলোজ ঘোরায়, যুক্ত কণাগুলি সরাসরি ফাইবার নেটওয়ার্কে এমবেড করা হয়।

এটি গবেষকদের উৎপাদনের পরে অতিরিক্ত উৎপাদন পদক্ষেপের প্রয়োজনের পরিবর্তে বৃদ্ধির সময় প্রতিটি শীটের আচরণ কাস্টমাইজ করতে দেয়।

জীবনচক্র মূল্যায়ন, নিয়ন্ত্রক যাচাই-বাছাই এবং ভোক্তা উপলব্ধি অধ্যয়ন এখনও সামনে রয়েছে, তবুও প্রবাহ নির্দেশিত পদ্ধতি ভবিষ্যতের দিকে ইঙ্গিত দেয় যেখানে প্যাকেজিং শক্তি আর স্থায়ী দূষণের অর্থ নয়।

ব্যাকটেরিয়া শীট উৎপাদন কীভাবে স্কেল করা যায়

এই মুহূর্তে, সেটআপটি একটি কাস্টম-নির্মিত ঘূর্ণন কালচার ডিভাইস ব্যবহার করে যা 60 rpm এ ঘোরে এবং প্রতিদিন প্রায় 7.5 মিলিগ্রাম শুষ্ক উপাদান উৎপন্ন করে।

এটি ল্যাব পরীক্ষার জন্য কাজ করে, তবে শিল্প অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য অনেক বেশি আয়তন এবং দ্রুত থ্রুপুট (throughput) প্রয়োজন হবে।

স্কেল বাড়ানোর জন্য, ইঞ্জিনিয়ারদের অক্সিজেন প্রবাহ, পুষ্টির সাইক্লিং এবং ব্যাকটেরিয়া স্ট্রেন কর্মক্ষমতা অপ্টিমাইজ করতে হবে এবং সারিবদ্ধতা অক্ষত রাখতে হবে।

যদি সফল হয়, তবে পদ্ধতিটি ছোটখাটো রেট্রোফিটিংসহ বিদ্যমান ফার্মেন্টেশন বা জৈব-চুল্লির অবকাঠামোর সাথে খাপ খাইয়ে নেওয়া যেতে পারে।

ব্যাকটেরিয়া সেলুলোজ শীট বনাম প্লাস্টিক এবং ধাতু

প্রসারিত ব্যাকটেরিয়া সেলুলোজ শীটগুলি ইতিমধ্যেই অনেক বাণিজ্যিক পলিমার এবং কাচকে ছাড়িয়ে যায় যখন অ্যাশবি প্লটে ম্যাপ করা হয়, প্রসার্য শক্তি এবং ইয়ংয়ের মডুলাসের ঘনত্বের তুলনা করে। এই চার্টগুলি দেখায় যে উপাদানটি কিছু ধাতুর কাছাকাছি কঠোরতা মান অর্জন করে এবং অনেক হালকা থাকে।

শক্তি এবং কম ওজনের ভারসাম্য এটিকে মহাকাশ, কাঠামোগত প্যাকেজিং বা তাপ নিরোধকের জন্য আকর্ষণীয় করে তুলতে পারে যেখানে লোড হ্রাস করা গুরুত্বপূর্ণ কিন্তু কর্মক্ষমতা আপস করা যায় না।

গবেষণাটি নেচার কমিউনিকেশনস (Nature Communications) এ প্রকাশিত হয়েছে।

Earth.com এর সৌজন্যে।
(বাংলায় অনুবাদ করেছেন- রহমান মাহফুজ)