پلاستیک هوشمند چیست؟

پلاستیک های هوشمند به پلاستیک هایی گفته می شود که می توانند نسبت به تغییرات محیط اطرافشان (مانند دما، فشار، نور، رطوبت، pH یا میدان الکتریکی) واکنش نشان دهند. این نوع از پلاستیک ها با استفاده از فناوری‌های نوین تولید می‌شوند و دارای ویژگی‌های خاص و پیشرفته‌ای هستند که فراتر از خصوصیات معمول پلاستیک‌ها عمل می‌کنند.

پلاستیک ها می توانند سخت و سفت باشند مانند یگ گالن 20 لیتری و یا نرم مانند انواع اسباب بازی های پلاستیکی، اما آیا یک پلاستیک می تواند هم نرم باشد و هم مستحکم و سفت؟ یکسری از پلاستیک های هوشمند که LCE هم نامیده می شوند و مخفف liquid crystalline elastomers هست این ویژگی را دارند.

آشنایی با انواع پلاستیک هوشمند

• پلیمر‌های خودترمیم‌ شونده

این نوع پلاستیک‌ها می‌توانند پس از آسیب دیدن، به طور خودکار ترمیم شوند. این قابلیت در صنعت خودروسازی و بسته‌بندی برای افزایش طول عمر محصولات و کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری مورد استفاده قرار می‌گیرد. تصور کنید بسته بندی محصولاتتان پیس از آسیب خودشان را ترمیم کنند و همواره سالم و بدون نشتی و بریدگی باقی بمانند.

مقالات متعددی در رابطه با پلیمرهای خود ترمیم شونده توسط دانشمندان در مجله نیچر چاپ گردیده است. اگر بحث های تخصصی و علمی گذر کنیم خودترمیمی به قابلیت یک ماده برای بازیابی از آسیب‌های فیزیکی اطلاق می‌شود. برای ساخت پلیمرهای خودترمیم‌شونده از روش‌های فیزیکی و شیمیایی استفاده شده است. این روش‌ها شامل انتشار و جریان، اثرات حافظه‌شکل، سیستم‌های خودترمیم ناهمگن، بازآرایی و بازسازی پیوندهای کووالانسی، دینامیک شیمی فرامولکولی یا ترکیبی از این‌ها هستند.

• پلاستیک‌های تغییر رنگ‌دهنده

برخی از پلاستیک‌های هوشمند قادر به تغییر رنگ هستند. این ویژگی می‌تواند در بسته‌بندی هوشمند، نشان دادن وضعیت یا تازگی محصولات غذایی، یا در محصولات مصرفی که نیاز به تغییر رنگ بر اساس دما یا رطوبت دارند، کاربرد داشته باشد. این نوع از پلاستیک ها می توانند تحول شگرفی را در حوزه بسته بندی پلاستیکی ایجاد کنند. به عنوان مثال خرید بطری یک لیتری عمده را در نظر بگیرید که برای موارد مختلفی اعو از کود و سم و اکسیدان مورد استفاده قرار می گیرد. این محصولات حساس هستند و بنا به کاربردشان حتی می توانند خطرناک باشند. بسته بندی پلاستیکی هوشمند این محصولات نه تنها می تواند ظاهر شکیلی به محصولات دهد بلکه می تواند به صورت هوشمندانه از بسیاری از خطرات و آسیب ها نیز جلوگیری نماید.

• پلاستیک‌های با حافظه‌شکل

این نوع پلاستیک‌ها که با نام Shape Memory Plastics  نیز شناخته می شوند، می‌توانند به یک شکل خاص برگردند، حتی بعد از تغییر حالت! به‌طور مثال، در پزشکی برای ایمپلنت‌ها و ابزار جراحی یا در فناوری‌های پوشیدنی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

• پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر هوشمند

این پلاستیک‌ها با فناوری‌های پیشرفته طراحی شده‌اند تا بعد از مدت زمان مشخصی یا در شرایط خاصی (مانند قرار گرفتن در معرض رطوبت یا نور) تجزیه شوند. این ویژگی به کاهش زباله‌های پلاستیکی و آسیب به محیط زیست کمک می‌کند.

بسته بندی هوشمند چیست؟

بسته بندی هوشمند سیستمی است که قادر به انجام عملکردهای هوشمندانه به منظور تسهیل تصمیم گیری در جهت افزایش زمان ماندگاری، افزایش ایمنی، بهبود کیفیت، فراهم کردن اطلاعات و هشدار درباره مشکلات احتمالی است. خصوصیت منحصر بفرد در قابلیت آن برای ارتباط است، از آنجایی که بسته بندی و ماده غذایی در سرتاسر چرخه عرضه مداوما با هم حرکت می کنند، بسته بندی بهترین همراه ماده غذایی بوده و برای ارتباط با ماده غذایی، در بهترین شرایط قرار دارد.

بر اساس این تعاریف، یک بسته بندی اگر دارای توانایی ردیابی فرآورده، حس کردن محیط داخلی و خارجی بسته و سایر ملاحظات باشد، هوشمند است.

ویژگی پلاستیک های بسته بندی هوشمند چیست؟

• سنسورهای گاز

 استفاده از این سیستمها در شرایط كاربرد تكنیكهای بسته بندی  MAPو خلأ، می باشد. در بسته بندی MAP پروفیل اكسیژن و دی اكسیدكربن می تواند در طی زمان تغییر كرده و تحت تأثیر نوع فرآورده، تنفس، مواد بسته بندی، سایز بسته، نسبت های حجمی، شرایط نگهداری، سالم بودن بسته و غیره قرار بگیرد.

تعیین گازهای شاخص فضای بالای بسته میتواند سبب تعیین سریع و ارزان قیمت كیفیت فرآورده گوشتی و صحت بسته بندی آن شود. یك وسیله برای انجام این كار، تولید بسته بندی هوشمند در تركیب با تكنولوژی سنسور گازی، می باشد

بیوسنسورها

درك سریع، دقیق و درخط، برای آنالیز در محل آلوده كننده ها، تعیین و تشخیص پاتوژن ها و كنترل پارامترهای كیفی غذایی پس از فرآوری، بصورت یك نیاز تلقی می شود.

در كل، بیوسنسور یك وسیله آنالیز كننده فشرده است كه اطلاعات مربوط به واكنش های بیوشیمیایی را تشخیص داده، ثبت نموده و منتقل می سازد.

این وسیله هوشمند دارای دو جزء اولیه است: یك بیورسپتور كه آنالیت هدف را تشخیص می دهد و یك مبدل كه سیگنال های بیوشیمیایی را به پاسخ الكتریكی قابل اندازه گیری تبدیل می كند

بیورسپتور یك ماده ارگانیك یا بیولوژیكی است، نظیر یك آنزیم، آنتیژن، میكروب، هورمون یا اسید نوكلئیك. مبدل، بر اساس پارامترهای مورد اندازهگیری، می تواند به فرمهای مختلفی نظیر الكتروشیمیایی، اپتیكال، صوتی وجود داشته باشد.

• شناساگرها

شناساگر سالم بودن بسته: به استثنای بسته بندی  MAPكه حاوی مقادیر بالای اكسیژن برای گوشت تازه برای افزایش رنگ است، بسیاری از موادغذایی در اتمسفر دارای اكسیژن پایین 0-2درصد بسته بندی می شوند. در این موارد نشت معمولا سبب افزایش چشمگیر غلظت اكسیژن می شود.

تعداد زیادی شناساگر دیداری اكسیژن حاوی رنگ های اكسایش-كاهش اختراع شده اند. این تجهیزات به عنوان شناساگرهای نشت به ترتیب در استیك های تكه ای و قطعات پیتزای گوشت بستهبندی شده بصورت ، MAآزمون شده اند.

معایب این تجهیزات عبارت است از حساسیت بالا )تقریبا 0/1درصد غلظت اكسیژن برای تغییر رنگ نیاز است(، یعنی شناساگرها به اكسیژن باقی مانده در بسته MA حساس هستند( و برگشت پذیری )در جایی كه اكسیژن افزایش یافته ناشی از نشت، در طی رشد میكروبی متعاقب مصرف گردد، نامطلوب است.

• شناساگر تازگی

 نمایشگرهای تازگی اطلاعات كیفی مستقیمی از فراورده فراهم می كنند كه نتیجه رشد میكروبی یا تغییرات شیمیایی در فراورده غذایی می باشد.كیفیت میكروبیولوژیكی ممكن است بواسطه واكنش های میان شناساگرهای داخل بسته و متابولیت های رشد میكروبی، تشخیص داده شود.

تغییر در غلظت اسیدهای آلی نظیر -nبوتیرات، -لاكتیك اسید –d لاكتات و استیك اسید در طی نگهداری به عنوان متابولیت های شاخص برای تعدادی از فراورده های گوشتی، پتانسیلی را فراهم می آورند. شناساگرهای pH بر پایه رنگ، دارای پتانسیل استفاده به عنوان شاخص هایی از این متابولیت های میكروبی هستند.

• شناساگرهای زمان-دما

 دما معمولا مهمترین فاكتور محیطی است كه همانند رشد میكروبی، بر كینتیك تنزلات فیزیكی و شیمیایی در فرآورده های غذایی، مؤثر است. شناساگرهای زمان-دما (TTIs) بسیار مفید هستند، زیرا در زمانی كه مواد غذایی در معرض دماهای نامناسب قرار گیرند، می توانند به مصرف كننده اطلاع دهند.

 TTIها معمولا برچسب های كوچك خودچسبی هستند كه بر روی ظروف حمل و نقل یا بسته های تك، چسبانده می شوند.

این برچسب ها دارای نشانه های بصری از پیشینه دمایی، در طی توزیع و نگهداری هستند، كه بخصوص برای هشدار در مورد دماهای نامناسب برای فرآورده های غذایی سرد شده یا فریز شده، مفید می باشند.

همچنین این شناساگرها برای تخمین باقیمانده زمان ماندگاری فرآورده فساد پذیر به كار برده می شوند TTI .هایی كه اخیرا بصورت تجاری در دسترس بوده اند شامل شماری از سیستمهای بر پایه انتشار ،بر پایه آنزیم و بر پایه پلیمر بوده اند. تمامی این ها دارای پتانسیل كاربرد در فراورده های گوشتی میباشند.

• TTI های بر پایه انتشار

 یك شناساگر است كه وابسته به انتشار استر رنگی اسید چرب در امتداد و یك ( افروزه) متخلخل ساخته شده از كاغذ خشك كن با كیفیت بالا می باشد. پاسخ قابل اندازه گیری، مسافت انتشار پیشروی كننده از مبدأ می باشد. دامنه مفید دمایی و مدت پاسخ TTIبوسیله نوع و غلظت استر تعیین می گردد.

• TTI های بر پایه پلیمر

 TTI های Lifelines Freshness Monitor و  Fresh-check بر پایه واکنش های پلیمریزاسیون وابسته به دما بوده که در آن کریستال های در استیلن از طریق پلیمریزاسیون افزایشی به پلیمر خیلی رنگی، پلیمره می شوند.

پلیمر هوشمند چیست؟

پلیمرها به عنوان یکی از مهمترین کلاس‌های مواد در علم مواد شناخته می‌شوند. آن‌ها از زنجیره‌های بلندی از واحدهای مکرر مشتق می‌شوند و به دلیل خواص و ویژگی‌های بی‌نظیرشان، در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، پلیمرهای معمولی معمولاً واکنش نشان نمی‌دهند و نمی‌توانند به تغییرات خارجی پاسخ دهند.

پلیمرهای هوشمند به عنوان پاسخ به نیازهای جدید و پیشرفته‌تر به وجود آمده‌اند. پلیمرهای هوشمند، نوعی از پلیمرهای خاص هستند که قابلیت تغییر شکل، حجم، خواص فیزیکی و شیمیایی خود را با تغییرات محیطی مانند دما، pH، نور و میدان الکتریکی و … دارند. این ویژگی‌های منحصر به فرد پلیمرهای هوشمند، آنها را در صنایع مختلف بسیار جذاب و کاربردی می‌سازد.

ویژگی‌های پلیمرهای هوشمند شامل پاسخ دهی سریع به تغییرات محیطی، قابلیت تکرار پذیری، پایداری مکانیکی و شیمیایی، قابلیت تغییر شکل و حجم قابل تنظیم، قابلیت جذب و انتقال مواد، و قابلیت ساختاردهی دقیق است. این ویژگی‌ها به پلیمرهای هوشمند امکان کاربردهای متنوعی مانند سیستم‌های داروسازی هدفمند، سنسورهای هوشمند، اقلام پوشیدنی هوشمند، رباتیک نرم، بیومواد هوشمند و … را می‌دهد.

کاربرد پلیمر هوشمند در صنایع چیست؟

• صنعت پزشکی

تحریک داروها: پلیمرهای هوشمند می‌توانند به عنوان حامل‌های دارویی استفاده شوند و در محل مورد نیاز دارو را آزاد کنند.

پانسمان‌های هوشمند: پلیمرهای هوشمند در تولید پانسمان‌هایی که قابلیت ترشح داروها را دارند و با تغییرات محیطی ترشح دارو را کنترل می‌کنند، استفاده می‌شوند.

سیستم‌های تحریکی: پلیمرهای هوشمند می‌توانند در ساخت سیستم‌های تحریکی درمانی مانند دستگاه‌های تحریک عصبی به کار روند.

• صنعت الکترونیک

سوئیچ‌های هوشمند: پلیمرهای هوشمند می‌توانند به عنوان سوئیچ‌های الکترونیکی در ابزارها و دستگاه‌های الکترونیکی استفاده شوند.

صفحات نمایش هوشمند: پلیمرهای هوشمند می‌توانند در تولید صفحات نمایش قابل انعطاف و قابل خم شدن استفاده شوند. این صفحات قابلیت نمایش تصاویر را دارند.

باتری‌های هوشمند: پلیمرهای هوشمند می‌توانند در تولید باتری‌های قابل انعطاف و با ظرفیت بالا به کار روند.

• صنعت نانوتکنولوژی

نانوساختارهای هوشمند: پلیمرهای هوشمند می‌توانند در ساخت نانوساختارهای هوشمند مانند نانوکپسول‌ها و نانوهیدروژل‌ها به کار روند.

سیستم‌های سرشت کننده: پلیمرهای هوشمند می‌توانند در ساخت سیستم‌های سرشت کننده در نانوفارماسیوتیکال‌ها و داروهای نانومواد به کار روند.

• صنعت اپتیک

عدسی‌های هوشمند: پلیمرهای هوشمند می‌توانند در ساخت عدسی‌های هوشمند استفاده شوند که با تغییرات نوری، قابلیت تغییر فوکوس را دارند.

• صنعت خودروسازی

پنجره‌های هوشمند: پلیمرهای هوشمند می‌توانند در تولید پنجره‌های هوشمند استفاده شوند که با تغییرات دما، قابلیت تنظیم شفافیت را دارند.

لاستیک‌های هوشمند: پلیمرهای هوشمند می‌توانند در ساخت لاستیک‌های هوشمند استفاده شوند که با تغییرات دما، خواص مکانیکی خود را تغییر می‌دهند.

• صنعت مواد پوششی

رنگ‌های هوشمند: پلیمرهای هوشمند می‌توانند در تولید رنگ‌های هوشمند استفاده شوند که با تغییرات دما، رنگ آنها تغییر می‌کند.

پوشش‌های هوشمند: پلیمرهای هوشمند می‌توانند در تولید پوشش‌های هوشمند به کار روند که با تغییرات محیطی مانند دما و رطوبت، خواص و عملکرد پوشش تغییر می‌کنند.

این فقط چند مثال از کاربردهای پلیمرهای هوشمند در صنایع مختلف است. با پیشرفت تکنولوژی و تحقیقات بیشتر در این زمینه، احتمالا کاربردهای بیشتری برای این پلیمرها در آینده پیدا خواهد شد.

ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی پلیمرهای هوشمند

پاسخ به تحریک:

 پلیمرهای هوشمند قابلیت پاسخ به تحریک‌های مختلف مانند دما، نور، pH، الکتریکیته، شدت میدان مغناطیسی و غیره را دارند. زمانی که تحریکی به پلیمر اعمال می‌شود، می‌توانند تغییر شکل، حجم، رنگ، شفافیت و یا خواص دیگر را نشان دهند.

تغییر شکل:

 پلیمرهای هوشمند قابلیت تغییر شکل در پاسخ به تحریک را دارند. می‌توانند انقباض یا انبساط، انعطاف‌پذیری، خمیدگی و یا نوع دیگری از تغییر شکل را نشان دهند. این ویژگی به طور گسترده در ساختارهای هوشمند مانند رباتیک، سنسورها، فعال‌سازه‌ها و سیستم‌های کنترلی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

حساسیت و دقت:

 پلیمرهای هوشمند قابلیت حساسیت و دقت بالا در تشخیص و پاسخ به تحریک‌ها را دارند. می‌توانند به تغییرات کوچک در تحریک‌ها واکنش نشان دهند و از این طریق به عنوان سنسورها و تجهیزات تشخیصی استفاده شوند.

بازده و کارایی:

پلیمرهای هوشمند به طور کلی بازده و کارایی بالایی در تبدیل انرژی و تحویل عملکرد مورد نظر دارند. می‌توانند انرژی را به صورت مکانیکی، الکتریکی یا شیمیایی ذخیره و تحریک را به صورت قابل استفاده تحویل دهند.

جدیدترین پیشرفت های صنعت پلاستیک هوشمند

• داروسازی هدفمند

پلیمرهای هوشمند در زمینه داروسازی هدفمند پیشرفت‌های قابل توجهی داشته اند. این پلیمرها می‌توانند داروها را به صورت مستقیم به ناحیه مورد نظر در بدن رسانده و در محل مورد نیاز آزاد شوند. این روش می‌تواند باعث افزایش کارایی درمان و کاهش اثرات جانبی باشد.

• رباتیک و مواد هوشمند

پلیمرهای هوشمند در زمینه رباتیک و مواد هوشمند نیز به پیشرفت‌های چشمگیری رسیده اند. این پلیمرها می‌توانند در ساخت قطعات قابل تغییر شکل و قابل انعطاف برای ربات‌ها استفاده شوند. همچنین، آنها می‌توانند در ساخت مواد هوشمند که قابلیت تغییر شکل و واکنش به محیط را داشته باشند، مورد استفاده قرار بگیرند.

• الکترونیک هوشمند

 پلیمرهای هوشمند نیز همانند پلیمرهای هوشمند قبلی در حوزه الکترونیک هوشمند پیشرفت‌های مهمی داشته‌اند. این پلیمرها می‌توانند در ساخت سنسورهای حساس، صفحات نمایش قابل انعطاف و دستگاه‌های الکترونیکی با قابلیت تغییر شکل و انعطاف پذیری استفاده شوند.

• مواد هوشمند در مهندسی بافت

پلیمرهای هوشمند در مهندسی بافت نیز کاربردهای مهمی دارند. این پلیمرها می‌توانند در ساخت سازه‌های بافتی هوشمند که به تحریک‌های خارجی واکنش نشان می‌دهند، استفاده شوند. این امر می‌تواند در بازسازی بافت‌های آسیب دیده و کنترل تحرکات سلولی مفید باشد.