ความก้าวหน้าและแนวโน้มการวิจัยของเซลลูโลสเชิงฟังก์ชัน

งานวิจัยเกี่ยวกับเซลลูโลสเชิงฟังก์ชันมีความคืบหน้าอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ซึ่งขับเคลื่อนโดยความต้องการวัสดุที่ยั่งยืนและหมุนเวียนได้เพิ่มมากขึ้นในอุตสาหกรรมต่างๆ เซลลูโลสเชิงฟังก์ชันหมายถึงอนุพันธ์ของเซลลูโลสหรือเซลลูโลสที่ดัดแปลงซึ่งมีคุณสมบัติและฟังก์ชันเฉพาะที่นอกเหนือจากรูปแบบดั้งเดิม ต่อไปนี้คือความคืบหน้าในการวิจัยที่สำคัญและแนวโน้มของเซลลูโลสเชิงฟังก์ชัน:

1. การประยุกต์ใช้ทางชีวการแพทย์: อนุพันธ์เซลลูโลสเชิงฟังก์ชัน เช่น คาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (CMC) ไฮดรอกซีโพรพิลเซลลูโลส (HPC) และเซลลูโลสนาโนคริสตัล (CNC) กำลังถูกสำรวจสำหรับการใช้งานทางชีวการแพทย์ต่างๆ ซึ่งรวมถึงระบบส่งยา แผ่นปิดแผล โครงสร้างวิศวกรรมเนื้อเยื่อ และไบโอเซนเซอร์ คุณสมบัติที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ ความสามารถในการย่อยสลายได้ทางชีวภาพ และคุณสมบัติที่ปรับแต่งได้ของเซลลูโลสทำให้เซลลูโลสเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานดังกล่าว
2. วัสดุที่ใช้เซลลูโลสเป็นฐาน: เซลลูโลสเป็นฐานซึ่งรวมไปถึงเซลลูโลสนาโนคริสตัล (CNC) และเซลลูโลสนาโนไฟบริล (CNF) ได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากมีคุณสมบัติเชิงกลที่โดดเด่น อัตราส่วนกว้างยาวสูง และพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ การวิจัยเน้นไปที่การใช้เซลลูโลสนาโนเป็นวัสดุเสริมแรงในวัสดุคอมโพสิต ฟิล์ม เมมเบรน และแอโรเจลสำหรับใช้ในบรรจุภัณฑ์ การกรอง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และวัสดุโครงสร้าง
3. วัสดุอัจฉริยะและตอบสนอง: การทำให้เซลลูโลสมีฟังก์ชันด้วยพอลิเมอร์หรือโมเลกุลที่ตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้นทำให้สามารถพัฒนาวัสดุอัจฉริยะที่ตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้นภายนอก เช่น ค่า pH อุณหภูมิ ความชื้น หรือแสง วัสดุเหล่านี้สามารถนำไปใช้ในระบบส่งยา การตรวจจับ การกระตุ้น และระบบการปล่อยยาแบบควบคุมได้
4. การปรับเปลี่ยนพื้นผิว: มีการศึกษาวิธีการปรับเปลี่ยนพื้นผิวเพื่อปรับแต่งคุณสมบัติของพื้นผิวของเซลลูโลสให้เหมาะกับการใช้งานเฉพาะ การต่อกิ่งพื้นผิว การปรับเปลี่ยนทางเคมี และการเคลือบด้วยโมเลกุลที่มีฟังก์ชันช่วยให้สามารถนำฟังก์ชันที่ต้องการ เช่น คุณสมบัติไม่ชอบน้ำ คุณสมบัติต้านจุลินทรีย์ หรือการยึดเกาะ มาใช้
5. สารเติมแต่งและสารตัวเติมสีเขียว: สารอนุพันธ์เซลลูโลสถูกนำมาใช้เป็นสารเติมแต่งและสารตัวเติมสีเขียวในอุตสาหกรรมต่างๆ เพิ่มมากขึ้น เพื่อทดแทนวัสดุสังเคราะห์และวัสดุที่ไม่สามารถหมุนเวียนได้ ในคอมโพสิตโพลิเมอร์ สารตัวเติมที่มีเซลลูโลสเป็นส่วนประกอบจะช่วยเพิ่มคุณสมบัติเชิงกล ลดน้ำหนัก และเพิ่มความยั่งยืน นอกจากนี้ยังใช้เป็นตัวปรับเปลี่ยนรีโอโลยี สารเพิ่มความข้น และสารทำให้คงตัวในสี สารเคลือบ กาว และผลิตภัณฑ์ดูแลส่วนบุคคลอีกด้วย
6. การแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อม: วัสดุเซลลูโลสที่ทำหน้าที่ได้กำลังถูกศึกษาวิจัยเพื่อใช้ในการแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อม เช่น การฟอกน้ำ การดูดซับมลพิษ และการทำความสะอาดคราบน้ำมัน ตัวดูดซับและเมมเบรนที่ทำจากเซลลูโลสมีแนวโน้มว่าจะกำจัดโลหะหนัก สี และมลพิษอินทรีย์จากแหล่งน้ำที่ปนเปื้อนได้
7. การกักเก็บและการแปลงพลังงาน: วัสดุที่ได้จากเซลลูโลสถูกนำมาศึกษาเพื่อใช้ในการกักเก็บและการแปลงพลังงาน รวมถึงซูเปอร์คาปาซิเตอร์ แบตเตอรี่ และเซลล์เชื้อเพลิง อิเล็กโทรด ตัวแยก และอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้เซลลูโลสเป็นนาโนมีข้อดี เช่น พื้นที่ผิวสูง รูพรุนที่ปรับได้ และความยั่งยืนของสิ่งแวดล้อม
8. การผลิตแบบดิจิทัลและแบบเติมแต่ง: วัสดุเซลลูโลสแบบฟังก์ชันกำลังถูกนำมาใช้ในเทคนิคการผลิตแบบดิจิทัลและแบบเติมแต่ง เช่น การพิมพ์ 3 มิติและการพิมพ์อิงค์เจ็ท ไบโออิงค์และวัสดุที่พิมพ์ได้ที่ใช้เซลลูโลสเป็นฐานทำให้สามารถผลิตโครงสร้างที่ซับซ้อนและอุปกรณ์ฟังก์ชันต่างๆ ที่มีการใช้งานทางชีวการแพทย์ อิเล็กทรอนิกส์ และเครื่องกลได้

งานวิจัยเกี่ยวกับเซลลูโลสเชิงฟังก์ชันยังคงก้าวหน้าต่อไป โดยได้รับแรงผลักดันจากการค้นหาวัสดุที่ยั่งยืน เข้ากันได้ทางชีวภาพ และมีประโยชน์หลากหลายในหลากหลายสาขา ความร่วมมืออย่างต่อเนื่องระหว่างสถาบันการศึกษา อุตสาหกรรม และหน่วยงานของรัฐคาดว่าจะช่วยเร่งการพัฒนาและการนำผลิตภัณฑ์และเทคโนโลยีที่ใช้เซลลูโลสเชิงนวัตกรรมออกสู่ตลาดในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า