ნანოცელულოზა დედამიწაზე ყველაზე უხვი ბიომასის რესურსია. მას აქვს მარტივი დაშლის, განახლებადი, არატოქსიკური და იაფი და მარტივი მოსაპოვებელი თვისებები. მოსალოდნელია, რომ ის ჩაანაცვლებს ტრადიციულ ნავთობქიმიურ რესურსებს და გამოყენებული იქნება სხვადასხვა მოწინავე ფუნქციური მასალების წარმოებისთვის მაღალი დამატებული ღირებულების მქონე. ნანოცელულოზების მომზადების მეთოდებისა და წყაროების მიხედვით, ნანოცელულოზა შეიძლება დაიყოს სამ კატეგორიად: ნანოკრისტალური ცელულოზა (CNC), ცელულოზის ნანოფიბრა (CNF) და ბაქტერიული ცელულოზა (BC).

სურათი 1. ნანოცელულოზის წყაროები, მიკროსტრუქტურა და პოტენციური გამოყენება

ნანოცელულოზის ფუნქციური მასალები ქირალური ფოტონიკისთვის

ქირალურობა ბუნებაში ყველგან გვხვდება და მნიშვნელოვან როლს ასრულებს სიცოცხლის შემსწავლელ და მასალათმცოდნეობაში. CNC ნანომასშტაბიანი ქირალური ფოტონური კრისტალური მასალის სახეობაა. CNC-ს ქირალური ნემატური თხევადკრისტალური ფაზური სტრუქტურა შეიძლება გამოყენებულ იქნას არა მხოლოდ მაღალი მექანიკური თვისებების და სპეციალური ოპტიკური თვისებების მქონე ფუნქციური მემბრანული მასალების მოსამზადებლად, არამედ შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც რბილი შაბლონი ნანონაწილაკების ინდუცირებისთვის ქირალური სტრუქტურის მქონე ფუნქციური მასალების წარმოსაქმნელად. ამიტომ, ქირალურ კატალიზს, ქირალურ მეტამასალებს, პოლარიზაციის დაშიფვრას და ბიოსენსორულ ანალიზს მნიშვნელოვანი გამოყენება აქვს.

სურათი 2. ნანოცელულოზის ფუნქციური მასალების გამოყენება ქირალურ ფოტონიკაში

ნანოცელულოზის ფუნქციური მასალები პროგრამული უზრუნველყოფის დრაივერებისთვის

ბოლო წლებში, სინთეზური პოლიმერებისგან მიღებული სხვადასხვა რბილი მასალის, როგორიცაა ტიპიური ჰიდროგელები, თხევადკრისტალური ელასტომერები და ფორმის მეხსიერების პოლიმერები, საფუძველზე, მეცნიერებმა ჭკვიანურად შექმნეს სხვადასხვა ბიომიმეტიკური ინტელექტუალური აქტივატორები, რათა მიბაძონ ან თუნდაც გადააჭარბონ ორგანიზმების მართვის ქცევას. თუმცა, ეს ტრადიციული პოლიმერებზე დაფუძნებული მასალები ხშირად სინთეზირდება რთული პროცესებით, ძვირია და ძნელია მისი დაშლა ან გადამუშავება, რამაც შეიძლება გარკვეული ტვირთი დააკისროს გარემოს. აღსანიშნავია, რომ ნანოცელულოზაზე დაფუძნებული ბიომიმეტიკური პროგრამული უზრუნველყოფის აქტივატორები სულ უფრო მეტ ყურადღებას იპყრობს მათი უმაღლესი მექანიკური მოქნილობის, მაღალი ჰიგროსკოპიული უნარის, მდგრადი ან ეკოლოგიურად სუფთა, მრავალჯერადი ან ბიოდეგრადირებადი და ბიოშეთავსებადობის გამო.

სურათი 3. ნანოცელულოზაზე დაფუძნებული ფუნქციური მასალების გამოყენება პროგრამული უზრუნველყოფის დრაივერების სფეროში

ნანოცელულოზის ფუნქციური მასალები ენერგიის შესანახად

დიდი სპეციფიკური ზედაპირის ფართობის, შესანიშნავი მექანიკური მოქნილობის, კარგი ქიმიური სტაბილურობისა და გარემოსდაცვითი კეთილდღეობის, ასევე ბოჭკოებს შორის გადახლართულობის გამო, ნანოცელულოზა ადვილად ქმნის ფოროვან სტრუქტურას, რაც ხელს უწყობს იონებისა და ელექტრონების ტრანსპორტირებას. ჰიდროფილური ფუნქციური ჯგუფები, როგორიცაა ჰიდროქსილის და კარბოქსილის ჯგუფები, მიმაგრებულია ბოჭკოს ზედაპირზე და მას აქვს კარგი დატენიანების უნარი ელექტროლიტურ ხსნარში, რაც მიღებულ ფუნქციურ მასალებს ფართო გამოყენების პერსპექტივას აძლევს ენერგიის შენახვის სფეროში. ნანოცელულოზაზე დაფუძნებული ფუნქციური მასალები შეიძლება გამოყენებულ იქნას არა მხოლოდ როგორც კომპონენტები ენერგიის შესანახ მოწყობილობებში, როგორიცაა მემბრანები, ელექტროლიტები, წებოები და მატარებლები. ამავდროულად, მაღალტემპერატურული კარბონიზაცია, ადგილზე ქიმიური პოლიმერიზაცია და ელექტროქიმიური დეპონირება შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტროაქტიური მასალების შესაერთებლად უფრო წვრილი ნანოსტრუქტურების და შესანიშნავი ელექტროქიმიური თვისებების მისაღებად.

სურათი 4. ნანოცელულოზზე დაფუძნებული ფუნქციური მასალების გამოყენება ენერგიის შენახვის სფეროში

ნანოცელულოზის ფუნქციური მასალები ბიოსამედიცინო გამოყენებისთვის

მშრალ მდგომარეობაში ნანოცელულოზის მექანიკური თვისებები შედარებადია ადამიანის ძვლების თვისებებთან, ხოლო სველ მდგომარეობაში ნანოცელულოზის ფიზიკურ-ქიმიური თვისებები მსგავსია უჯრედგარე მატრიქსის თვისებებისა. ამავდროულად, შესანიშნავი ფიზიკური და ქიმიური თვისებების გარდა, ნანოცელულოზებს აქვთ მაღალი თავსებადობა სხვა პოლიმერებთან ან ფუნქციურ მასალებთან, რაც ნანოცელულოზაზე დაფუძნებულ ფუნქციურ მასალებს კარგ პრაქტიკულ ღირებულებას და ბიოსამედიცინო სფეროში ფართო გამოყენების პერსპექტივებს ანიჭებს.

სურათი 5. ნანოცელულოზზე დაფუძნებული ფუნქციური მასალების გამოყენება ბიოსამედიცინო სფეროში