تاریخ شروع : 1403/01/25
مهلت ارسال : 1403/02/20
گرنت صندوق نوآوری و شکوفایی:
حمایت بلاعوض از طرح تا سقف 500 میلیون تومان
حمایت بلاعوض از طرح تا سقف 500 میلیون تومان
تولید نانوذرات کراتینی به روش فیزیکوشیمیایی از الیاف ضایعاتی پروتئینی
خلاصه فناوری:
کراتین پروتئینی نامحلول، پایدار و به لحاظ شیمیایی غیرفعال میباشد که در برابر شرایط محیطی شدید مقاوم بوده و سبب استحکام مکانیکی و قابلیت ارتجاع‌پذیری الیاف می‌گردد. علیرغم ارزش کراتین موجود در الیاف پروتئینی مقدار قابل توجهی از آن به وسیله سوزاندن و یا دفن کردن از بین می‌رود. بديهی است که دفع حجم زيادی از این الیاف در طبيعت نه تنها باعث بروز مشکلات زيست محيطی خواهد شد، بلکه با توجه به کاهش فضای در دسترس برای دفن زباله‌ها، می‌تواند مشکل‌آفرين باشد. به همين دليل يافتن راهی مناسب برای بازيافت این الياف پروتئینی و تبدیل آنها به محصولاتی با ارزش افزوده حائز اهميت است. در این طرح بازیافت کراتین از الیاف ضایعاتی پروتئینی با استفاده از روشی ساده دنبال می‌شود. در حقیقت استخراج کراتین از طریق این فرایند نه تنها سبب استفاده مجدد الیاف ضایعاتی و طبیعی فراوان پروتئینی می‌گردد، بلکه ماده‌ای زیست‌سازگار، زیست تخریب‌پذیر و دارای خواص منحصر به فرد بدست می‌آید که می‌توان از آن به فرم‌های محلول، پودر، فیلم، ژل و فیلامنت در کاربردهای پزشکی، کشاورزی، بهداشتی و آرایشی استفاده نمود. وزن مولکولی کراتین تولید شده (1000-10000 Da)، اسیدیته (pH 5-6) و پایداری/ماندگاری حداقل تا 3 ماه خواهد بود.
کراتین پروتئینی نامحلول، پایدار و به لحاظ شیمیایی غیرفعال میباشد که در برابر شرایط محیطی شدید مقاوم بوده و سبب استحکام مکانیکی و قابلیت ارتجاع‌پذیری الیاف می‌گردد. علیرغم ارزش کراتین موجود در الیاف پروتئینی مقدار قابل توجهی از آن به وسیله سوزاندن و یا دفن کردن از بین می‌رود. بديهی است که دفع حجم زيادی از این الیاف در طبيعت نه تنها باعث بروز مشکلات زيست محيطی خواهد شد، بلکه با توجه به کاهش فضای در دسترس برای دفن زباله‌ها، می‌تواند مشکل‌آفرين باشد. به همين دليل يافتن راهی مناسب برای بازيافت این الياف پروتئینی و تبدیل آنها به محصولاتی با ارزش افزوده حائز اهميت است. در این طرح بازیافت کراتین از الیاف ضایعاتی پروتئینی با استفاده از روشی ساده دنبال می‌شود. در حقیقت استخراج کراتین از طریق این فرایند نه تنها سبب استفاده مجدد الیاف ضایعاتی و طبیعی فراوان پروتئینی می‌گردد، بلکه ماده‌ای زیست‌سازگار، زیست تخریب‌پذیر و دارای خواص منحصر به فرد بدست می‌آید که می‌توان از آن به فرم‌های محلول، پودر، فیلم، ژل و فیلامنت در کاربردهای پزشکی، کشاورزی، بهداشتی و آرایشی استفاده نمود. وزن مولکولی کراتین تولید شده (1000-10000 Da)، اسیدیته (pH 5-6) و پایداری/ماندگاری حداقل تا 3 ماه خواهد بود.
ضرورت مسئله:
سالیانه حجم قابل توجهی از الياف پروتئينی طبيعي همانند پشم، مو و پر به صورت محصول جانبي دباغی‌ها، كشتارگاه‌ها، مرغداری‌‌ها، آرایشگاه‌ها، الياف پشم غيرقابل ريسندگي، فرش و لباس‌های مستعمل و غيره به هدر می‌روند؛ این در حالیست که می‌توان از این الیاف غنی از کراتین برای تهیه محصولاتی با ارزش افزوده بالا استفاده نمود. تخريب چنين ضايعاتی در طبيعت به‌دلیل حضور تعداد زياد پيوندهای عرضی دی‌سولفيدی در ساختار کراتين به کندی صورت می‌گيرد، به‌طوری‌که اين ضايعات تا مدت‌ها در طبيعت باقی می‌مانند. اين مسأله با توجه به کاهش فضای در دسترس برای دفن زباله‌ها در اغلب کشورها، می‌تواند مشکل‌آفرين باشد. بنابراین بازیافت این مواد نه تنها از لحاظ زیست محیطی لازم و ضروری است، بلکه با توجه به ارزش پروتئین موجود در این منابع، می‌توان از آن در کاربردهای متعدد استفاده نمود.
روشهای متعدد شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی به منظور استخراج کراتین از الیاف پروتئینی مختلف به کار گرفته شده است. به‌کارگیری روشهای فیزیکی نیاز به مصرف انرژی بالایی داشته و دارای استهلاک زیادی هستند. استفاده از مواد شیمیایی نیز برای محيط‌زيست و انسان خطرناك و سمي بوده و بعضاً قابليت جابجایی دشواری هم دارند. در روش بیولوژیکی از میکروارگانیسم‌های متعدد با خواص كراتينوليتيكی جهت تخريب ضايعات حاوی کراتين استفاده شده است. برخی از محققین از آنزیم‌های کراتیناز و پروتئاز تخلیص شده برای این منظور استفاده نموده‌اند که به دلیل هزینه بالای آنزیم‌های به‌کار رفته و راندمان کم تولید کراتین قابلیت تولید تجاری و صنعتی شدن را نداشتند. با توجه به مشکلات زیست محیطی و پیچیدگی‌های خاص هر یک از این روش‌ها، استفاده از روشهای جايگزين ضروری به نظر مي‌رسد. در این طرح بازیافت کراتین از الیاف ضایعاتی پروتئینی پر و تولید نانوکراتین دنبال می‌شود. در کارهای تحقیقاتی صورت گرفته از کراتین حاصل از الیاف پروتئینی به‌منظور اصلاح خواص کامپوزیت‌های پلیمری متنوع و همچنین در تهیه غذای دام و طیور، کود، اسفنج‌های جاذب آلودگی و رنگ، مواد آرایشی و بهداشتی، فیلم‌های بسته‌بندی و کشاورزی و الیاف قابل کاربرد در مصارف پزشکی همانند پانسمان و چسب زخم استفاده شده است.
مسئله اصلی تحقیق:
طبق برآورد حدودی، میزان مصرف کراتین در کشور با توجه به تولید روزانه حداقل 10 تن شامپو و محصولات حاوی کراتین (میزان متوسط 2 درصد کراتین در محصولات آرایشی و بهداشتی) بوده که، در این صورت میزان مصرف کراتین در کشور حداقل روزانه 200 کیلوگرم توسط کارخانجات بزرگ تولیدی مواد آرایشی و بهداشتی در سطح بازار میباشد. نکات حائز اهمیت در مورد محصول تولیدی، اول تضمین بالاترین درجه کیفیتی و دوم تضمین مناسب‌ترین قیمت جهانی میباشد. در بازار جهانی درجه‌های مختلفی از کراتین وجود دارند اما به علت فرآیند استخراج متفاوت با این محصول، مولکول کراتین دچار تغییرات و بعضاً شکست می‌شود که همین امر این محصول را نسبت به سایر محصولات منحصر به فرد می‌سازد. ضمن اینکه به علت طراحی بهینه فرآیند در کنار به کارگیری تجهیزات پیشرفته روز، تضمین مناسب‌ترین قیمت امری بدیهی است. این تیم تحقیقاتی قابلیت دفاع از تک تک ادعاهای خود در زمینه کیفیت، خلوص بالا، تضمین قیمت و تضمین افزایش حجم تولید را داراست. نکته حائز اهمیت دیگر در ارائه محصول، امکان دسترسی بسیار آسان به آن است. بدین گونه که مشتری هیچ کدام از چالش‌های واردات نظیر ثبت سفارش، اخذ مجوز و گمرک را نخواهد داشت. ضمن اینکه دسترسی مشتری به محصولات شرکت‌های مذکور، آن چنان که باید سهل الوصول نخواهد بود. در صورت تامین سرمایه مورد نیاز جهت افزایش ظرفیت تولید، برآورد می‌شود در فاز اول بتوان مواد اولیه شرکت‌های تولیدکننده مواد آرایشی-بهداشتی داخلی را تامین کرد. هم چنین با توجه به مصرف بسیار بالای کراتین در سطح جهان و همچنین وجود یکی از بزرگترین مصرف‌کنندگان کراتین در مجاورت ایران یعنی کشور ترکیه، صادرات این محصول به علت قیمت تمام شده پایین نسبت به رقبا و همچنین حاشیه سود بالا بسیار ایده‌آل و امکان‌پذیر به نظر می‌رسد.
سالیانه حجم قابل توجهی از الياف پروتئينی طبيعي همانند پشم، مو و پر به صورت محصول جانبي دباغی‌ها، كشتارگاه‌ها، مرغداری‌‌ها، آرایشگاه‌ها، الياف پشم غيرقابل ريسندگي، فرش و لباس‌های مستعمل و غيره به هدر می‌روند؛ این در حالیست که می‌توان از این الیاف غنی از کراتین برای تهیه محصولاتی با ارزش افزوده بالا استفاده نمود. تخريب چنين ضايعاتی در طبيعت به‌دلیل حضور تعداد زياد پيوندهای عرضی دی‌سولفيدی در ساختار کراتين به کندی صورت می‌گيرد، به‌طوری‌که اين ضايعات تا مدت‌ها در طبيعت باقی می‌مانند. اين مسأله با توجه به کاهش فضای در دسترس برای دفن زباله‌ها در اغلب کشورها، می‌تواند مشکل‌آفرين باشد. بنابراین بازیافت این مواد نه تنها از لحاظ زیست محیطی لازم و ضروری است، بلکه با توجه به ارزش پروتئین موجود در این منابع، می‌توان از آن در کاربردهای متعدد استفاده نمود.
روشهای متعدد شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی به منظور استخراج کراتین از الیاف پروتئینی مختلف به کار گرفته شده است. به‌کارگیری روشهای فیزیکی نیاز به مصرف انرژی بالایی داشته و دارای استهلاک زیادی هستند. استفاده از مواد شیمیایی نیز برای محيط‌زيست و انسان خطرناك و سمي بوده و بعضاً قابليت جابجایی دشواری هم دارند. در روش بیولوژیکی از میکروارگانیسم‌های متعدد با خواص كراتينوليتيكی جهت تخريب ضايعات حاوی کراتين استفاده شده است. برخی از محققین از آنزیم‌های کراتیناز و پروتئاز تخلیص شده برای این منظور استفاده نموده‌اند که به دلیل هزینه بالای آنزیم‌های به‌کار رفته و راندمان کم تولید کراتین قابلیت تولید تجاری و صنعتی شدن را نداشتند. با توجه به مشکلات زیست محیطی و پیچیدگی‌های خاص هر یک از این روش‌ها، استفاده از روشهای جايگزين ضروری به نظر مي‌رسد. در این طرح بازیافت کراتین از الیاف ضایعاتی پروتئینی پر و تولید نانوکراتین دنبال می‌شود. در کارهای تحقیقاتی صورت گرفته از کراتین حاصل از الیاف پروتئینی به‌منظور اصلاح خواص کامپوزیت‌های پلیمری متنوع و همچنین در تهیه غذای دام و طیور، کود، اسفنج‌های جاذب آلودگی و رنگ، مواد آرایشی و بهداشتی، فیلم‌های بسته‌بندی و کشاورزی و الیاف قابل کاربرد در مصارف پزشکی همانند پانسمان و چسب زخم استفاده شده است.
مسئله اصلی تحقیق:
طبق برآورد حدودی، میزان مصرف کراتین در کشور با توجه به تولید روزانه حداقل 10 تن شامپو و محصولات حاوی کراتین (میزان متوسط 2 درصد کراتین در محصولات آرایشی و بهداشتی) بوده که، در این صورت میزان مصرف کراتین در کشور حداقل روزانه 200 کیلوگرم توسط کارخانجات بزرگ تولیدی مواد آرایشی و بهداشتی در سطح بازار میباشد. نکات حائز اهمیت در مورد محصول تولیدی، اول تضمین بالاترین درجه کیفیتی و دوم تضمین مناسب‌ترین قیمت جهانی میباشد. در بازار جهانی درجه‌های مختلفی از کراتین وجود دارند اما به علت فرآیند استخراج متفاوت با این محصول، مولکول کراتین دچار تغییرات و بعضاً شکست می‌شود که همین امر این محصول را نسبت به سایر محصولات منحصر به فرد می‌سازد. ضمن اینکه به علت طراحی بهینه فرآیند در کنار به کارگیری تجهیزات پیشرفته روز، تضمین مناسب‌ترین قیمت امری بدیهی است. این تیم تحقیقاتی قابلیت دفاع از تک تک ادعاهای خود در زمینه کیفیت، خلوص بالا، تضمین قیمت و تضمین افزایش حجم تولید را داراست. نکته حائز اهمیت دیگر در ارائه محصول، امکان دسترسی بسیار آسان به آن است. بدین گونه که مشتری هیچ کدام از چالش‌های واردات نظیر ثبت سفارش، اخذ مجوز و گمرک را نخواهد داشت. ضمن اینکه دسترسی مشتری به محصولات شرکت‌های مذکور، آن چنان که باید سهل الوصول نخواهد بود. در صورت تامین سرمایه مورد نیاز جهت افزایش ظرفیت تولید، برآورد می‌شود در فاز اول بتوان مواد اولیه شرکت‌های تولیدکننده مواد آرایشی-بهداشتی داخلی را تامین کرد. هم چنین با توجه به مصرف بسیار بالای کراتین در سطح جهان و همچنین وجود یکی از بزرگترین مصرف‌کنندگان کراتین در مجاورت ایران یعنی کشور ترکیه، صادرات این محصول به علت قیمت تمام شده پایین نسبت به رقبا و همچنین حاشیه سود بالا بسیار ایده‌آل و امکان‌پذیر به نظر می‌رسد.
درباره تیم پژوهشی
| نام و نام خانوادگی | رشته/ مقطع تحصیلی | همکار/ مشاور طرح | وضعیت شغلی |
| نیلوفر اصلاحی | مهندسی نساجی/دکتری | مجری طرح | عضو هیئت‌علمی دانشگاه علوم و تحقیقات |
| امیرحسین آبی | شیمی پلیمر/کارشناسی ارشد | همکار | دانشجوی کارشناسیارشد دانشگاه علوم و تحقیقات |
| زهرا محمدی | شیمی پلیمر/کارشناسی ارشد | همکار | دانشجوی کارشناسیارشد دانشگاه علوم و تحقیقات |
سوابق عرضه‌کننده فناوری و مسئول اصلی تیم پژوهشی
خانم دکتر نیلوفر اصلاحی:
ایشان فارغ التحصیل ممتاز دکتری رشته مهندسی نساجی از دانشگاه صنعتی امیرکبیر و پسادکتری نانومواد از دانشگاه صنعتی شریف بوده و از سال 1394 عضو هیات علمی دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه علوم و تحقیقات تهران و از سرامدان علمی دانشگاهی می باشند. از ایشان 2 کتاب تالیفی، 3 فصل کتاب، مقالات ISI و علمی-پژوهشی متعددی در مجلات معتبر داخلی و خارجی (Google Scholar H-index: 20) به چاپ رسیده است. خانم دکتر اصلاحی مجری 6 طرح پژوهشی و استاد راهنمای چندین پایاننامه کارشناسیارشد در حوزه کراتین بوده و سوابق پژوهشی ایشان در زمینه بیوپلیمرها و نانومواد میباشد.
مزیت‌ها و نتایج مستقیم پروژه:
- بازیافت الیاف ضایعاتی دام و طیور به منظور تهیه مواد با ارزش افزوده بالا
- استخراج کراتین بدون از دست دادن خواص منحصر به فرد پروتئین اولیه
- کاهش مصرف انرژی و آلودگی زیست‌محیطی
- طراحی سیستم بازیافت در مقیاس مناسب صنعتی با توجه به حجم ضایعات ایجاد شده
- کاهش هزینه‌ها و ایجاد منافع اقتصادی
- جلوگیری از واردات کراتین و کمک به اقتصاد دانش‌بنیان
- اشتغال‌زایی با هدف اقتصاد مقاومتی و تولید داخلی
- بومیسازی فرایند تولید انواع محصولات کراتینی از الیاف ضایعاتی
- پتانسیل بالای کاربرد محصولات کراتینی در صنایع مختلف آرایشی-بهداشتی، پزشکی، کشاورزی و ...
بخش اعظم مشتریان با توجه به کاربرد گسترده کراتین در لوازم آرایشی و بهداشتی، تولید شامپو، کرم و ... سازندگان مواد آرایشی و بهداشتی می‌باشند. کاربردهای دیگر عبارتند از:
- اصلاح خواص کامپوزیت‌های پلیمری متنوع
- غذای دام و طیور
- اسفنج‌های جاذب آلودگی و رنگ
- فیلم‌های بسته‌بندی
- کشاورزی
- الیاف قابل کاربرد در مصارف پزشکی همانند پانسمان و چسب زخم
- خروجی‌های مورد انتظار تحقیق
- تعیین مشخصات فیزیکی (مورفولوژی، ابعاد، بلورینگی، حلالیت، بو، اسیدیته (pH 5-6)، غلظت و وزن مولکولی پروتئین موجود (1000-10000 Da)، دانسیته، پایداری/ماندگاری حداقل تا 3 ماه)، ساختار شیمیایی (تعیین گروههای عاملی و پیوندهای شیمیایی) و بیولوژیکی (خاصیت ضد باکتری، زیست سازگاری، زیست تخریب پذیری، حساسیت زایی) کراتین استخراج شده از الیاف ضایعاتی پروتئینی
- بهینه‌سازی فرایند ساخت نانوکراتین (با تغییر زمان و شدت امواج التراسونیک 0/5-2 h، غلظت احیاکننده 10-20 g/l، دما 60-80°C و pH) به منظور دستیابی به نانوذرات یکنواخت با ابعاد میانگین کمتر از 100 نانومتر
- مقایسه عملکرد و ویژگیهای فرم نانوکراتین با فرم غیر نانو در کاربرد نهایی
- دستیابی به MVP از محصول جهت کاربرد در مصارف آرایشی- بهداشتی مانند شامپو، صاف کننده و ماسک مو
- هزینه و زمان اجرای طرح
- هزینه اجرای طرح حدود 500 میلیون تومان برآورد می‌شود.
- مدت‌زمان اجرای طرح حدود 12 ماه برآورد می‌شود.
- مالکیت معنوی: مشارکت‌کننده در مالکیت معنوی ناشی از اجرای تحقیق سهیم خواهد بود و انتشار مقاله مشترک توسط مجری و مشارکت‌کننده در ژورنال‌های داخلی و خارجی، ارائه مقاله در کنفرانس‌ها و سمینارها با موافقت و اشاره به نام همه دست‌اندرکاران مجاز خواهد بود.
- مالکیت منافع مادی: سهم مشارکت شرکت/شتاب‌دهنده متقاضی حداقل 10 و حداکثر 35 درصد خواهد بود (منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری بر اساس توافق طرفین و مشترک خواهد بود و باتوجه‌به سهم آورده نقدی و غیرنقدی توسعه‌دهنده، سهم مالکیت قابل‌مذاکره و توافق است).
شماره تماس:
09025555482
09935640518
اینستاگرام:
iran.challenges@
09025555482
09935640518
اینستاگرام:
iran.challenges@