राइस यूनिवर्सिटी और ह्यूस्टन यूनिवर्सिटी के वैज्ञानिकों ने बैक्टीरियल सेलुलोज पर आधारित एक मजबूत बायोमटेरियल बनाने की नई तकनीक पेश की है, जो पेट्रोकेमिकल प्लास्टिक का एक बेहतर विकल्प बन सकती है। जुलाई 2025 में 'नेचर कम्युनिकेशंस' में प्रकाशित इस शोध में एक ऐसी बड़े पैमाने पर होने वाली बायोसिंथेसिस प्रक्रिया का वर्णन किया गया है, जिसमें बैक्टीरिया सामान्य परिस्थितियों की तरह बेतरतीब ढंग से नहीं, बल्कि तरल प्रवाह के नियंत्रण में सामग्री की संरचना तैयार करते हैं।
इस शोध का नेतृत्व ह्यूस्टन विश्वविद्यालय में मैकेनिकल और एयरोस्पेस इंजीनियरिंग के एसोसिएट प्रोफेसर मुहम्मद मकसूद रहमान ने राइस यूनिवर्सिटी के सहयोग से किया है। राइस यूनिवर्सिटी के पीएचडी छात्र एम.ए.एस.आर. सादी इस लेख के मुख्य लेखक हैं, जबकि इस परियोजना में श्याम भक्त के साथ-साथ पुलिकेल अजायन, मैथ्यू बेनेट और माटेओ पास्क्वेली जैसे इंजीनियर और सामग्री वैज्ञानिक भी शामिल थे। इस कार्य को नेशनल साइंस फाउंडेशन, एंडोमेंट फॉर फोरेस्ट्री एंड कम्युनिटीज और वेल्च फाउंडेशन सहित कई अमेरिकी संस्थानों द्वारा वित्तपोषित किया गया था।
तकनीक की कार्यप्रणाली
आमतौर पर बैक्टीरियल सेलुलोज नैनोफाइबर्स के एक ढीले और बेतरतीब जाल के रूप में बढ़ता है, जिससे इसकी मजबूती और भार सहने की क्षमता सीमित हो जाती है। अपने नए दृष्टिकोण में, शोधकर्ताओं ने एक घूमने वाला बायोरिएक्टर बनाया है, जिसमें तरल का प्रवाह 'ग्लूकोनासेटोबैक्टर' बैक्टीरिया की गति और उनके द्वारा छोड़े जाने वाले रेशों की दिशा को नियंत्रित करता है।
नियंत्रित हाइड्रोडायनामिक्स की मदद से, वैज्ञानिक एक ही दिशा में संरेखित घनी चादरें प्राप्त करने में सफल रहे, जिनकी तन्यता (टेन्साइल स्ट्रेंथ) लगभग 436 मेगापास्कल तक थी। इसकी हाइब्रिड किस्म में, विकास प्रक्रिया के दौरान बोरोन नाइट्राइड नैनोशीट्स मिला देने से मजबूती करीब 553 मेगापास्कल तक पहुंच गई और सामग्री की तापीय चालकता सामान्य बैक्टीरियल सेलुलोज की तुलना में तीन गुना अधिक हो गई। यह पूरी प्रक्रिया कमरे के तापमान पर, बिना किसी जहरीले विलायक के और प्राकृतिक किण्वन स्थितियों में केवल एक चरण में पूरी होती है।
पर्यावरण अनुकूलता, गुण और संभावित उपयोग
यह बैक्टीरियल 'पेपर-प्लास्टिक' पूरी तरह से बायोडिग्रेडेबल है और इसे अधिकांश सिंथेटिक पॉलिमर की तरह जलाने या थर्मोकेमिकल रीसाइक्लिंग की आवश्यकता नहीं होती है। इसके अलावा, यह तकनीक किण्वन के लिए सरल माध्यमों और भविष्य में कृषि अपशिष्टों को पोषक आधार के रूप में उपयोग करने की अनुमति देती है, जो बड़े पैमाने पर किफायती उत्पादन के विचार का समर्थन करती है।
वैज्ञानिक इस नई सामग्री के कई क्षेत्रों में उपयोग की संभावना देखते हैं:
- पैकेजिंग, जहां यह एकल-उपयोग वाले प्लास्टिक फिल्म और बक्सों की जगह ले सकता है;
- ऑटोमोटिव और निर्माण घटक, जहां मजबूती और हल्के वजन की आवश्यकता होती है;
- थर्मल प्रबंधन तत्व, जैसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों से गर्मी निकालने वाले हिस्से;
- टेक्सटाइल और 'ग्रीन' इलेक्ट्रॉनिक्स, जिसमें लचीली स्क्रीन और सेंसर शामिल हैं;
- ऊर्जा प्रणालियां और कंपोजिट, जहां मजबूती और टिकाऊपन महत्वपूर्ण हैं।
सीमाएं और भविष्य की चुनौतियां
तमाम संभावनाओं के बावजूद, यह सामग्री अभी उत्पादन की मात्रा या लागत के मामले में पारंपरिक प्लास्टिक को पूरी तरह से विस्थापित करने के लिए तैयार नहीं है। इसके औद्योगिक कार्यान्वयन के लिए बड़े पैमाने पर उत्पादन की व्यवस्था करनी होगी, मानकीकरण और नियामक मुद्दों को सुलझाना होगा और नैदानिक, ऑटोमोटिव व औद्योगिक स्थितियों में इसकी दीर्घकालिक विश्वसनीयता साबित करनी होगी।
- बड़े पैमाने पर उत्पादन स्थापित करना;
- मानकीकरण और विनियामक मुद्दों को हल करना;
- नैदानिक, ऑटोमोटिव और औद्योगिक स्थितियों में दीर्घकालिक विश्वसनीयता साबित करना।
फिर भी, राइस यूनिवर्सिटी और ह्यूस्टन यूनिवर्सिटी की टीम इस तकनीक को उन शुरुआती तकनीकों में से एक मानती है जहां पर्यावरण के अनुकूल होने के लिए मजबूती और स्थिरता से समझौता नहीं करना पड़ता है। आने वाले वर्षों में, वे औद्योगिक भागीदारों के साथ मिलकर पायलट लाइनें विकसित करने और विशिष्ट उपयोगों के लिए सामग्री के नए संशोधनों पर शोध करने की योजना बना रहे हैं।
