View source for Okolju prijazna vezava hitozana kot biopolimera na volno, z uporabo peroksidaze hrena

Volna je naravno proteinsko vlakno, ki ima široko uporabo v industriji. Do sedaj so bili encimi in hitozan pogosto uporabljeni v postopku modifikacije volne, z namenom zmanjševanja onesnaževanja v tekstilni industriji. Lotili so se novega, alternativnega postopka predelave volne z vezavo hitozana na volno s pomočjo peroksidaze hrena (HRP), z namenom, da bi izboljšali in obogatili njene lastnosti. 
Hitozan je drugi najpogosteje uporabljen naravni polimer, takoj za kolagenom. Proizvedejo ga s postopkom odstranjevanja acetilne skupine iz hitina. Hitin pa najdemo v celičnih stenah gliv ali pa zunanjem skeletu rakov. Hitozan so uporabili zato, ker je ne toksičen, biokompatibilen, biorazgradljiv, vpija vlago, kemijsko je reaktiven ter deluje mikrobno. Da se hitozan boljše veže, ga moramo obdelati z encimi, kar je hkrati tudi način, ki velja za okolju najbolj prijaznega. Obdela se ga z encimom peroksidaze iz hrena [2]. 


== Eksperimentalni del ==

=== Priprava vzorcev ===
Meritve so opravili na treh različnih vrstah vzorcev volne. V prvem vzorcu so izvedli encimsko reakcijo med hitozanom in vzorčnimi spojinami volne. Hitozanski raztopini so v procesu dodali HRP, PHAD (p-hidroksifenilacetamid) in peroksid, da so dobili končno raztopino polimera. Drugi vzorec je bila obdelana volna s 3% DCCA (dikloroizocijanuronsko kislino). V primeru tretjega vzorca volne, so 5g volne inkubirali v pufru, hitozanu in HRP. Tako so dobili predhodno obdelana vlakna volne s hitozanom. Kontrolni vzorci so bili obdelani s HRP ali z vodikovim peroksidom [1].

=== Meritve ===
Opravili so UV-Vis sprektroskopijo za analizo absorpcije vezanega hitozana na PHAD. IR spektroskopija s Fourierovo transformacijo (FTIR) je bila izvedena za analizo strukture vezanega hitozana s PHAD in vezanega hitozana na obdelano volno. Termično analizo spremembe temperature mase vzorca skozi čas, so opravili s termogravimetrično analizo. Termične lastnosti volne so opazovali še s DSC tehniko. Morfologijo vzorcev so preverili s mikroskopskim elektronskim slikanjem(SEM). Učinkovitost kemijske vezave hitozana so določili z modrim bromofenolom ter jo računsko določili. Preko meritve kontaktnega kota so določili kako se volna zmoči pri sobni temperaturi. Proces barvanja so ovrednotili s parametrom K/S, ki nam pove moč oziroma intenziteto obarvanosti vzorca. Krčenje blaga so izrazili v procentih, natezno trdnost pa izmerili z elektronsko napravo za določanje trdnosti vlaknin. Na koncu pa so naredili še antibakterijski test za rast bakterije ''E. coli'' na volni.

== Rezultati in analiza ==

UV-Vis spektroskopija je pokazala, da je hitozan lahko vstavljen na PHAD s sistemom HRP/H2O2. Iz primerjave spektra FTIR analize lahko vidimo, da ni bilo nobene očitne razlike med neobdelano volno in predhodno obdelano volno in nanjo vezanim hitozanom. Iz grafov termične analize je bilo razvidno, da je imela neobdelana volna višjo temperaturo, pri kateri poteče proces pretvorbe iz trdnega v viskozno stanje. Zaključek termične analize je bil, da ima obdelana volna s hitozanom boljšo termično stabilnost. Z metodo SEM so primerjali morfologijo površja. Vlakna predhodno obdelane volne so videti bolj gladka, kar je lahko posledica oksidacije. Učinkovitost vezave hitozana na obdelano volno je bila boljša, kot v primeru vezave hitozana na neobdelano volno. Do te razlike je prišlo zato, ker je predhodna obdelava volne uničila vlakna in s tem omogočila boljšo izpostavljenost za vezavo hidrofilnih skupin. Kontaktni kot je pri neobdelani volni bil večji kot pri obdelani, kar so pripisali uničenju vlaken v procesu obdelave z oksidacijo DCCA in nastanek polarnih skupin na površju vlaken. K/S vrednost se je očitno izboljšala in pokazala, da je volna obdelana s hitozanom bila boljša od ostalih vzorcev. Krčenje volne se je pri obdelani volni izboljšalo skoraj za polovično vrednost. Pri opazovanju natezne trdnosti pa v nobenem primeru ni prišlo do vidnega izboljšanja. Pri antibakterijskem testu proti rasti bakterije ''E.coli'', je neobdelana volna dodatno širila rast bakterije, pri čemer je predhodno obdelana volna s hitozanom, se izkazala za boljšo, saj ni vzpodbujala rasti bakterije [1]. 

== Zaključek ==

Če povzamemo rezultate vseh vrst meritev, ki so bile opravljene na različnih vzorcih predhodno obdelane ali neobdelane volne, lahko rečemo da je predhodno obdelana volna na katero še vežemo hitozan izboljšala lastnosti volne in se izkazala za učinkovit proces priprave. V primerjavi s klasičnimi kemijskimi in fizikalnimi metodami, je metoda obdelave volne s HRP/H2O2 sistemom boljša v tem, da izboljša skoraj vse karakteristike volne, razen natezne trdnosti. 
Gre torej za novo metodo encimske modifikacije vlaken volne, z namenom da dobimo kemijsko modificirano volno z boljšimi lastnostmi.

== Viri ==

[1] L. Xu, N. Zhang: ''Eco-friendly grafting of Chitosan as a Biopolymer onto Wool Fabrics Using Horseradish Peroxidase'', Fibers and Polymers, 20, 261-270 (2019). 

[2] Honarkar, H. & Barikani, M. Monatsh Chem: ''Applications of biopolymers I: chitosan'', Chemical Monthly, 140, 1403 (2009).

[3] M. Ranjabar-Mohammadi, M. Arami:'' Grafting of chitosan as a biopolymer onto wool fabric using anhydride bridge and its antibacterial property'', Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 76, 397-403 (2010).
Subashchandrabose, S. R., Venkateswarlu, K. & Venkidusamy, K. Bioremediation of soil long-term contaminated with PAHs by algal–bacterial synergy of Chlorella sp. MM3 and Rhodococcus wratislaviensis strain 9 in slurry phase. Sci. Total Environ. 659, 724–731 (2019).