ليف طبيعي

ألياف من مصدر حيواني

ألياف الطيور: مثل الريش والزغب.

ومن جهة أخرى، تتكون الألياف ذات المصدر الحيواني عمومًا من بروتينات مثل الكولاجين والكيراتين والفيبرين؛ ومنها ألياف الحرير، والصوف، وأمعاء القطط، والأنغورة، والمخير، والألبكة.

من جانب آخر، شعر الحيوانات (صوف أو شعر): ألياف أو صوف مأخوذ من الحيوانات أو الثدييات ذات الشعر. مثلًا صوف الأغنام وشعر الماعز (كشمير ، موهير) ، شعر الألبكة ، شعر الخيل ، إلخ.

علاوةً على ذلك، ألياف الحرير: الألياف التي تفرزها الحشرات من غدد (الموجودة غالبًا بالقرب من الفم) أثناء تحضير الشرانق.

الكيراتين

كذلك، الكيراتين هو بروتين هيكلي ومكون موجود للمواد الصلبة في الكثير من الفقاريات. وله شكلان ألفا كيراتين، وبيتا كيراتين، الموجودان في فئات مختلفة من الحبليات. يصطلح في تسمية الكيراتين بحسب هيكل البروتين: ألفا كيراتين حلزوني، وبيتا كيراتين صفائحي. يوجد ألفا كيراتين في شعر الثدييات والجلد والأظافر والقرون والريش، في حين أنه يمكن العثور على بيتا كيراتين في أنواع الطيور وحراشف الزواحف والريش والمناقير. إن التركيبين المختلفين للكيراتين لهما خواص ميكانيكية متباينة، كما يظهر في تطبيقاتهما المتباينة. فالمحاذاة النسبية للييفات الكيراتين لها تأثير كبير على الخواص الميكانيكية. في شعر الإنسان تكون محاذاة شعيرات ألفا كيراتين عالية مما يعطي متانة شد تبلغ قرابة 200 ميغا باسكال. هذه المتانة أعلى مما تبديه أظافر الإنسان (20 ميغا باسكال)، لأن شعيرات الكيراتين في شعر الإنسان تكون أكثر محاذاة.

الخواص

التطبيقات

المواد المركبة من الألياف الطبيعية

وعلى صعيد آخر، يمكن أن يكون للألياف الطبيعية مزايا مختلفة عن ألياف التقوية الاصطناعية. وأبرزها أنها قابلة للتحلل البيولوجي ومتجددة. فضلًا عن ذلك، غالبًا ما يكون لها كثافات منخفضة وتكاليف معالجة أقل من المواد الاصطناعية. ومن مشاكل التصميم المتعلقة بالمواد المركبة التي تستعمل الألياف الطبيعية، المتانة الضعيفة (الألياف الطبيعية ليست بقوة الألياف الزجاجية مثلا) وصعوبة ربط الألياف والمادة الأساس، فالمادة المقوية التي تكون عادة من بوليمر كاره للماء لا يلتصق بشكل جيد بالألياف الطبيعية المحبة للماء.

وفي هذا السياق، تُستعمل الألياف الطبيعية في المواد المركبة إضافة إلى الألياف الاصطناعية أو الزجاجية. تسمى هذه المواد المركبة بالمواد المركبات الحيوية، وهي تستعمل الألياف الطبيعية في مادة الأساس. وأول استخدام للألياف في المواد المركبة كان لألياف السيليولوز المستعملة مع الفينولات في سنة 1908. وتستعمل هذه المواد المركبة كذلك في التطبيقات التي تتطلب امتصاصًا مهمًا للطاقة، مثل العزل، وألواح امتصاص الضوضاء، والمناطق القابلة للصدم في السيارات.

الكولاجين

وفي السياق ذاته، الكولاجين هو بروتين هيكلي، وغالبًا ما يشار إليه باسم «صلب المواد الحيوية». هناك أنواع متعددة من الكولاجين: النوع الأول (يشمل الجلد والأوتار والأربطة والأوعية الدموية والأعضاء، وكذلك الأسنان والعظام)؛ النوع الثاني مكون الغضروف؛ النوع الثالث ويوجد غالبًا في ؛ وأنواع أخرى. يحتوي الكولاجين على بنية هرمية تشكل البنى اللولبية واللييفات والألياف.

الاستخدام الصناعي

ومن جهة أخرى، أربعة ألياف حيوانية لها أهمية صناعية وهي الصوف، والحرير، وشعر الإبل، والأنغورة إلى جانب أربعة ألياف نباتية وهي القطن، والكتان، والقنب، والجوت.

الكايتوزان

ومن جهة أخرى، الكايتوزان هو مشتق منزوع الأسيتيل من الكايتين. عندما تقل نسبة التركيب المأستل في البوليمر المشترك عن 50% يكون كايتوزان. الكايتوزان هو بوليمر شبه بلوري لـ بيتا-(1-4)-أمينو-2-ديوكسي-د-جلوكوز. أحد الاختلافات بين الكايتين والكايتوزان هو أن الأخير قابل للذوبان في المحاليل المائية الحمضية. الكايتوزان أسهل في المعالجة من الكايتين، لكنه أقل استقرارًا لأنه أكثر حبًا للماء وحساس لدرجة الحموضة. ونظرًا لسهولة معالجته، يُستعمل الكايتوزان في التطبيقات الطبية الحيوية.

الكايتين

وفي هذا الصدد، يشكل الكايتين بلورات تشكل لييفات تحاط بالبروتينات. يمكن لهذه اللييفات أن تتجمع لتكوين ألياف أكبر تساهم في البنية الهرمية للعديد من المواد الأحيائية. يمكن أن تشكل هذه اللييفات شبكات موجهة عشوائيًا تعطي المتانة الميكانيكية للمواد العضوية في المواد الحيوية المختلفة.

وعلى صعيد آخر، الكايتين هو ثاني أكثر البوليمرات الطبيعية وفرة في العالم بعد الكولاجين. وهو عديد سكاريد خطي.الكايتين شديد التبلور ويتكون عادة من سلاسل منظمة في صفائح β. ونظرًا لارتفاع نسبة التبلور والتركيب الكيميائي لها، فهي غير قابلة للذوبان في الكثير من المذيبات. وهي ذات سمية منخفضة في الجسم وخاملة في الأمعاء. وللكايتين كذلك خصائص مضادة للبكتيريا.

من جهة ثانية، في الطبيعة، لا يوجد كايتين نقي. وبدلاً من ذلك، فهو موجود كبوليمر مشترك مع مشتق الكايتين منزوع الأسيتيل، . عندما تزيد نسبة التركيب المأستل في تركيبة البوليمر المشترك عن 50% فإنها تكون كايتين. هذا البوليمر المشترك من الكايتين والكايتوزان هو بوليمر مشترك عشوائي أو كتلي.

إضافةً إلى ذلك، يوفر الكايتين الحماية والدعم الهيكلي للعديد من الكائنات الحية. وتشكل جدران خلايا الفطريات والخمائر، وأصداف الرخويات، والهياكل الخارجية للحشرات والمفصليات. وفي الأصداف والهياكل الخارجية ، تدخل ألياف الكايتين في تكوين بنيتها الهيكلية.