สิ่งทอชีวภาพเป็นวัสดุพิเศษที่ผลิตขึ้นจากเส้นใยธรรมชาติหรือเส้นใยสังเคราะห์ สิ่งทอเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อปฏิสัมพันธ์กับระบบชีวภาพ โดยมีคุณสมบัติ เช่นความเข้ากันได้ทางชีวภาพความพรุน และความแข็งแรงเชิงกล หรือได้รับการออกแบบให้เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสำหรับการใช้งานในครัวเรือนทั่วไป สิ่งทอชีวภาพมีประโยชน์หลายอย่างเนื่องจากเป็นหมวดหมู่ที่กว้าง การใช้งานที่พบมากที่สุดคือในทางการแพทย์หรือในครัวเรือน อย่างไรก็ตาม คำนี้อาจหมายถึงสิ่งทอที่ผลิตจากของเสียทางชีวภาพด้วย สิ่งทอชีวภาพเหล่านี้โดยทั่วไปไม่ได้ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรม

คำว่า "สิ่งทอชีวภาพ" มาจากการรวมกันของ "ชีวภาพ" ซึ่งหมายถึงชีววิทยาหรือสิ่งมีชีวิต และ "สิ่งทอ" ซึ่งบ่งชี้ถึงวัสดุที่ทอหรือเป็นเส้นใย คำนี้ครอบคลุมสาขาสหวิทยาการด้านสิ่งทอชีวการแพทย์ ซึ่งมุ่งเน้นที่การออกแบบ การผลิต และการประยุกต์ใช้วัสดุสิ่งทอในด้านการดูแลสุขภาพและวิศวกรรมชีวการแพทย์ สิ่งทอชีวภาพที่ทำจากไมซีเลียมชีวมวลพืช เซลลูโลสจากแบคทีเรียและ เส้นใย โปรตีนรีคอมบิแนนท์ถูกนำมาใช้เป็นทางเลือกแทนสิ่งทอสังเคราะห์เพื่อป้องกันและลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกมลพิษทางน้ำ และขยะฝังกลบจากอุตสาหกรรมสิ่งทอ^{[ 1 ]}สิ่งทอชีวภาพยังถูกนำมาใช้ในด้านการดูแลสุขภาพและวิศวกรรมชีวการแพทย์ เช่น อุปกรณ์ฝังในร่างกาย เช่นไหมเย็บแผลผ้าซ่อมแซมไส้เลื่อนกราฟต์หลอดเลือดแดง ผิวหนังเทียมและชิ้นส่วนของหัวใจเทียม^{[ 2 ]}

สาขาสิ่งทอชีวภาพได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากมีศักยภาพในการปฏิวัติอุตสาหกรรมสิ่งทอโดยนำเสนอทางเลือกที่ยั่งยืนแทนผ้าแบบดั้งเดิมและที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม หัวใจสำคัญของนวัตกรรมนี้คือวัตถุดิบที่ได้จากกระบวนการของธรรมชาติเอง รวมถึงไมซีเลียม เซลลูโลสจากแบคทีเรีย และชีวมวลจากผักและผลไม้ ส่วนผสมจากธรรมชาติเหล่านี้มีศักยภาพที่จะกลายเป็นแหล่งที่เชื่อถือได้สำหรับการพัฒนาสิ่งทอที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ซึ่งจะช่วยแก้ไขปัญหาการเสื่อมโทรมของสิ่งแวดล้อมและการหมดไปของส่วนผสมที่เกี่ยวข้องกับการผลิตสิ่งทอแบบดั้งเดิม^{[ 3 ]}การแปรรูปวัสดุเหล่านี้ทำให้ได้แหล่งเส้นใยธรรมชาติมากมาย การใช้โครงสร้างเส้นใยที่พบในวัสดุเหล่านี้และเนื้อเยื่อพืช เช่น ฝ้าย ป่าน ปอ และอื่นๆ ทำให้สามารถสร้างสิ่งทอที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพและหมุนเวียนได้ การซัก การอบแห้ง และเทคนิคการปั่นที่หลากหลายเป็นเรื่องปกติสำหรับการแปรรูปสิ่งทอทั้งหมด แต่คาดว่าการแปรรูปสิ่งทอชีวภาพจะผลิตของเสียที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมน้อยลงเนื่องจากคุณสมบัติในการบำบัดทางชีวภาพของวัสดุธรรมชาติหลายชนิด^{[ 4 ]}นอกจากนี้ ความก้าวหน้าในการแปรรูปยังทำให้สามารถสกัดเส้นใยสำหรับแฟชั่นจากแหล่งที่ไม่ธรรมดาได้ เช่น สับปะรด กล้วย ผลไม้ตระกูลส้ม ผลิตภัณฑ์พลอยได้จากสัตว์ และกระดูก การพัฒนาใหม่เหล่านี้มีส่วนสำคัญอย่างมากต่อโลกแห่งแฟชั่นนวัตกรรม^{[ 5 ]}

ไมซีเลียม ซึ่งเป็นส่วนสืบพันธุ์ของเชื้อรา ได้กลายเป็นวัตถุดิบอเนกประสงค์และยั่งยืนสำหรับสิ่งทอชีวภาพ ไมซีเลียมมักเจริญเติบโตใต้ดินหรือภายในสารตั้งต้น เช่น ดิน ไม้ สารอินทรีย์ที่เน่าเปื่อย หรือเศษของเสีย ในวัสดุผสมชีวภาพที่ใช้ไมซีเลียมเป็นส่วนประกอบ เชื้อราจะบริโภคคาร์โบไฮเดรตเพื่อสร้างไฮฟาซึ่งเป็นโครงข่ายของโครงสร้างคล้ายเส้นใยที่แตกแขนงออกไป ผ่านกระบวนการเจริญเติบโตที่ควบคุมได้ ไมซีเลียมสามารถเพาะเลี้ยงให้เป็นโครงข่ายเส้นใยที่หนาแน่นซึ่งถักทอเข้าด้วยกัน ก่อให้เกิดเมทริกซ์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่ทนทานและเหมาะสมสำหรับการใช้งานสิ่งทอ การเพาะเลี้ยงนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ความชื้น และค่า pH ของตัวกลาง^{[ 6 ]}

• 
  ภาพถ่ายจุลทรรศน์แสดงโครงสร้างของไมซีเลียม ซึ่งประกอบด้วยชั้นของโปรตีน กลูแคน และไคติน

เชื้อรากลุ่มเบสิดิโอไมซีสที่เน่าเปื่อยสีขาวซึ่งเป็นที่รู้จักกันทั่วไปนั้น สามารถย่อยสลายคาร์โบไฮเดรตโพลีเมอร์และนำไปใช้ในการเจริญเติบโตได้Pleurotus ostreatusเป็นเชื้อราเน่าเปื่อยสีขาวที่กินได้ ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีว่าสามารถย่อยสลายเซลลูโลสเฮมิเซลลูโลสและลิกนินได้ ดังนั้นจึงเป็นการเสริมศักยภาพในการเจริญเติบโตบนของเสีย เช่น ไม้ สิ่งทอ และเศษเหลือทางการเกษตร การเจริญเติบโตของ P. ostreatus บนเศษสิ่งทอและการผลิตไมซีเลียมได้รับการทดสอบในภาควิชาวิศวกรรมโยธาในออนแทรีโอ ประเทศแคนาดา^{[ 7 ]}การทดลองที่ดำเนินการพิสูจน์ให้เห็นถึงการประยุกต์ใช้ของเสียจากสิ่งทอเป็นวัตถุดิบที่มีศักยภาพ อย่างไรก็ตาม การสูญเสีย น้ำหนักของ ไบโอคอมโพสิต 1%–5% ได้รับการยืนยันเพิ่มเติมจากการสูญเสียน้ำในตัวอย่างและในไมซีเลียมของเชื้อรา นอกจากนี้ความแข็งแรงในการรับแรงอัด สูงสุด อยู่ที่ 270 kPa โดยใช้ไบโอคอมโพสิตที่ทำจากฝ้าย โดยรวมแล้ว ได้ไบโอคอมโพสิตน้ำหนักเบาซึ่งอาจเป็นทางเลือกที่มีศักยภาพสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ทำจากโพลีสไตรีนผลการค้นพบเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความสามารถของเชื้อราในการเจริญเติบโตบนพลาสติกโพลีเอสเตอร์ในสิ่งทอ และเป็นทางเลือกในการเปลี่ยนวัสดุพลาสติกนี้ให้เป็นวัสดุชีวภาพ นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงการเจริญเติบโตของไมซีเลียมยังสามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติความยืดหยุ่นและความแข็งของไบโอคอมโพสิตที่ได้^{[ 7 ]}

• 
  โครงสร้างโมเลกุลของเบต้ากลูแคน

สารประกอบ β-กลูแคน/ไคติน หมายถึงการรวมกันของพอลิแซ็กคาไรด์ธรรมชาติสองชนิด ( β-กลูแคนและไคติน ) ที่พบในผนังเซลล์ของเชื้อรา สารประกอบนี้เป็นส่วนประกอบหลักที่พบในผนังเซลล์ของเชื้อราหลายชนิด และยังพบในพืช สาหร่าย และแบคทีเรียบางชนิดอีกด้วย^{[ 8 ]} β-กลูแคนมีส่วนช่วยเสริมความแข็งแรงของโครงสร้างผนังเซลล์และมีบทบาทในการส่งสัญญาณของเซลล์ การปรับภูมิคุ้มกัน และการป้องกันเชื้อโรค ไคตินเป็นพอลิเมอร์สายยาวของ หน่วย N-acetylglucosamineที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะ β-glycosidic มันให้การสนับสนุนโครงสร้างและการป้องกันแก่เซลล์เชื้อรา ทำให้เซลล์มีความแข็งแกร่งและยืดหยุ่น การเพิ่มสารประกอบนี้ลงในส่วนประกอบการเจริญเติบโตที่ประกอบขึ้นเป็นเมทริกซ์เริ่มต้นซึ่งเป็นพื้นฐานของสิ่งทอชีวภาพที่เกิดขึ้นใหม่เหล่านี้ มีผลอย่างมากต่อความทนทานและประโยชน์ใช้สอยของผลลัพธ์ที่ผ่านกระบวนการ^{[ 9 ]}

• 
  โครงสร้างระดับโมเลกุลของไคติน

พอลิเมอร์ที่ทำจากพอลิแซ็กคาไรด์นั้นผลิตจากผลไม้และผัก และเส้นใยที่ให้ผลผลิตไบโอพอลิเมอร์ที่น่าสนใจที่สุด ได้แก่ เซลลูโลส แป้ง ไคติน/ไคโตซาน เพคตินอัลจิเนตและคาราจีแนนนอกจากนี้ยังสามารถสกัดเส้นใยจากพืชได้จากถั่วเหลือง เวย์ และซีอิน^{[ 8 ]}ตัวอย่างเช่น Pinatex ซึ่งเป็นหนังที่ทำจากสับปะรด โดยผลิตจากเส้นใยเซลลูโลสของใบสับปะรด เป็นทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมแทนหนังแบบดั้งเดิม เนื่องจากมีความยั่งยืนและปรับตัวได้ดี นอกจากนี้ คุณสมบัติที่เบา ยืดหยุ่น และย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ทำให้เป็นที่นิยมอย่างมากในวงการแฟชั่นใหม่ๆ^{[ 10 ]}

อัลจิเนตเป็นพอลิแซ็กคาไรด์ที่สร้างขึ้นจากสาหร่ายสีน้ำตาล สาหร่ายทะเล และแบคทีเรียบางชนิด

อัลจิเนตจากแบคทีเรียและสาหร่ายทะเลมีความแตกต่างกันในด้านองค์ประกอบ การดัดแปลงมวลโมเลกุล ความยืดหยุ่น และการกระจายตัว คุณสมบัติเฉพาะเหล่านี้ทำให้เกิดการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงการพัฒนาอัลจิเนตเป็นอนุภาคนาโน ท่อนาโน ไมโครสเฟียร์ และไมโครแคปซูล^{[ 8 ]}นอกจากนี้ ยังสามารถสร้างฟองน้ำ ไฮโดรเจล โฟม อีลาสโตเมอร์ และเส้นใยชนิดต่างๆ ได้ด้วยการเจริญเติบโตและการแปรรูป อัลจิเนตถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในด้านการผลิตทางอุตสาหกรรมหลายด้าน อัลจิเนตมักใช้เป็นสารก่อเจล สารเพิ่มความข้น และสารทำให้คงตัวในผลิตภัณฑ์อาหารหลากหลายชนิด ความสามารถในการก่อเจลภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรงทำให้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการห่อหุ้มรสชาติ วิตามิน และส่วนประกอบสำคัญอื่นๆ นอกจากนี้ยังใช้ในการพัฒนาไฮโดรเจล สารพิมพ์ และสารปรับขนาดในอุตสาหกรรมชีวการแพทย์ สิ่งทอ เครื่องสำอาง และการเกษตร โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมสิ่งทอ สารเคลือบสิ่งทอ สารยึดเกาะ และสารตกแต่งเป็นส่วนใหญ่ของสิ่งที่อัลจิเนตใช้ มากกว่าที่จะใช้ในการผลิตเส้นด้ายเอง แต่อัลจิเนตจะช่วยเสริมความแข็งแรงของวัสดุอื่นๆ^{[ 11 ]}

แตกต่างจากเซลลูโลสที่ได้จากพืช เซลลูโลสจากแบคทีเรียมีคุณสมบัติเชิงกลที่เหนือกว่า เช่น ความแข็งแรงดึงสูงและความยืดหยุ่น ทำให้เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานสิ่งทอที่หลากหลาย ยิ่งไปกว่านั้น การเพาะเลี้ยงเซลลูโลสจากแบคทีเรียสามารถทำได้โดยใช้กระบวนการหมักแบบง่ายๆ ซึ่งช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับการผลิตสิ่งทอแบบดั้งเดิม ยีสต์ เชื้อรา และสาหร่ายหลายชนิด ได้แก่ แบคทีเรียPseudomonas fluorescensยีสต์Yarrowia lipolyticaฟองน้ำ Acanthella elongata สาหร่าย Stoechospermum marginatum และเชื้อรา Candida albicans ได้รับการวิจัยถึงความสามารถในการใช้บนพื้นผิวเพื่อสร้างวัสดุคอมโพสิตจากธรรมชาติสำหรับสิ่งทอชีวภาพ^{[ 12 ]}

ยีสต์เป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่เป็นเชื้อรา พบได้ทั่วไปในธรรมชาติและมีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางชีวภาพต่างๆ ยีสต์บางชนิด เช่น Gluconacetobacter xylinus สามารถผลิตเซลลูโลสได้ผ่านกระบวนการหมัก การเพาะเลี้ยงนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ความชื้น และค่า pH ของอาหารเลี้ยงเชื้อ ในระหว่างการหมัก ยีสต์จะผลิตเซลลูโลสเป็นเมทริกซ์นอกเซลล์ ก่อตัวเป็นเครือข่ายเส้นใยเซลลูโลสที่หนาแน่น จากนั้นเซลลูโลสจุลินทรีย์นี้สามารถเก็บเกี่ยว ทำให้บริสุทธิ์ และแปรรูปเป็นเส้นใยสิ่งทอได้ อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ไม่สม่ำเสมอสำหรับยีสต์ส่วนใหญ่ เซลลูโลสจุลินทรีย์ที่ผลิตโดยยีสต์ส่วนใหญ่สามารถแปรรูปเป็นเส้นใยสิ่งทอได้หลังจากเสริมแรงด้วยเส้นใยธรรมชาติหรือเส้นใยสังเคราะห์อื่นๆ โดยใช้เทคนิคต่างๆ เช่น การปั่น การทอ หรือการถัก^{[ 12 ]}ขึ้นอยู่กับลักษณะที่ต้องการ คุณสมบัติ เช่น ความแข็งแรง ความนุ่ม หรือการดูดซับความชื้นสามารถควบคุมได้ วัสดุสิ่งทอที่ได้สามารถนำไปใช้ผลิตผลิตภัณฑ์ต่างๆ ได้มากมาย รวมถึงเครื่องแต่งกาย สิ่งทอสำหรับใช้ในบ้าน และสิ่งทอทางเทคนิค การใช้ยีสต์ในอุตสาหกรรมสิ่งทอชีวภาพมีข้อดีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและคุ้มค่าหลายประการ การหมักยีสต์สามารถดำเนินการได้โดยใช้วัตถุดิบหมุนเวียน เช่น เศษเหลือทางการเกษตร ของเสีย หรือน้ำตาลจากพืช ซึ่งช่วยลดการพึ่งพาทรัพยากรที่มีจำกัดและลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ การผลิตเซลลูโลสจากจุลินทรีย์มีประสิทธิภาพสูง โดยใช้พลังงานและน้ำค่อนข้างน้อยเมื่อเทียบกับกระบวนการผลิตสิ่งทอแบบดั้งเดิม^{[ 13 ]}วิธีการใหม่ในการสร้างสิ่งทอชีวภาพคือการเพาะเลี้ยงยีสต์ที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมให้เป็นโรงงานเซลล์ที่ผลิตโปรตีนเป้าหมายอย่างต่อเนื่อง ความก้าวหน้าล่าสุดอื่นๆ ในด้านชีววิทยาเชิงสังเคราะห์และกระบวนการหมักทำให้สามารถแสดงออกของโปรตีนลูกผสมในระดับสูงได้ โดยใช้แบคทีเรีย ยีสต์ เซลล์สัตว์ และพืชเป็นโรงงานชีวภาพ^{[ 8 ]}

คอลลาเจนไฟบรอยน์เจลาตินเคซีนและแอคติน ล้วนได้มาจากผลิตภัณฑ์จากสัตว์ตามธรรมชาติ คอลลาเจนและไหมเป็นไบโอพอลิเมอร์ที่น่าสนใจที่สุดสำหรับการพัฒนาสิ่งทอชีวภาพ

คอลลาเจนสามารถผลิตได้จากสิ่งมีชีวิตและแหล่งทรัพยากรหมุนเวียนมากมาย ลำดับกรดอะมิโนที่ซ้ำกันของคอลลาเจนช่วยให้มันสร้างโครงสร้างโปรตีนทุติยภูมิที่เสถียรของเกลียวสามชั้น เกลียวเหล่านี้สามารถประกอบกันเป็นโครงสร้างควอเทอร์นารี ทำให้คอลลาเจนอยู่ในรูปของโปรตีนเส้นใย หน่วยสร้างโปรตีนเหล่านี้สามารถนำมาผลิตวัสดุที่ทนต่อการเสียดสี ทนต่อน้ำ ระบายอากาศ น้ำหนักเบา และทนทาน โดยมีคุณสมบัติคล้ายกับหนัง^{[ 8 ]}ไหมธรรมชาติมีความแข็งแรงอย่างน่าทึ่ง โปรตีนไฟบรอยน์ในไหมประกอบด้วยสายโซ่ยาวที่ซ้ำกันของกรดอะมิโน โดยส่วนใหญ่เป็นไกลซีน อะลานีน และเซรีน กรดอะมิโนเหล่านี้เรียงตัวในลำดับที่เฉพาะเจาะจง ก่อให้เกิดโครงสร้างโมเลกุลที่เป็นเอกลักษณ์ซึ่งมีส่วนทำให้ไหมมีคุณสมบัติที่น่าทึ่ง ไหมมีความแข็งแรงดึงสูง ซึ่งสามารถอธิบายได้จากโครงสร้างนาโนคริสตัลและโมเลกุล (พันธะไฮโดรเจนและโครงสร้างเบต้าชีท) และระดับการวางแนวที่สูง^{[ 12 ]}มีความพยายามอย่างมากในการสร้างโปรตีนไหมไฟโบรอินแบบรีคอมบิแนนท์ โดยส่วนใหญ่มาจากแมงมุม แมงมุมลากเส้น หรือหนอนไหมผ่านการดัดแปลงพันธุกรรม โปรตีนที่พัฒนาขึ้นจะถูกแยกและแปรรูปเป็นเส้นใยโดยใช้เทคนิคต่างๆ เช่น การปั่น

ชาวกรีกและโรมันโบราณใช้ใยแมงมุมเพื่อห้ามเลือดและช่วยสมานแผล และในประวัติศาสตร์ยุคใหม่ ชนพื้นเมืองในหมู่เกาะโซโลมอนและชาวอะบอริจินได้สร้างอุปกรณ์ตกปลาจากใยแมงมุมโดยใช้เป็นสายเบ็ด^{[ 14 ] [ 15 ]}หนึ่งในวิธีการผลิตใยแมงมุมแบบชีวสังเคราะห์ที่พบได้บ่อยที่สุดคือการใช้แบคทีเรีย เช่นEscherichia coli (E. coli) DNA ของ เซลล์E. coliจะถูกดัดแปลงพันธุกรรมให้แสดงออกยีนใยแมงมุม ทำให้เกิดโปรตีนสไปโดรินภายในเซลล์ จากนั้นโปรตีนเหล่านี้จะถูกสกัด ทำให้บริสุทธิ์ และปั่นเป็นเส้นใย แม้ว่า E. coli จะสามารถผลิตได้ในปริมาณที่ค่อนข้างสูง (เช่น สูงถึง 2,700 มิลลิกรัมต่อลิตรสำหรับ MaSp1 บางสายพันธุ์) แต่ประสิทธิภาพของกระบวนการนั้นต่ำมาก และยังคงมีความท้าทายมากมายในการรับรองการพับตัวของโปรตีนและการละลายที่เหมาะสมเพื่อให้ได้คุณสมบัติของเส้นใยที่ดีที่สุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโครงสร้างสไปโดรินขนาดใหญ่ ซึ่งมักก่อให้เกิดความเป็นพิษต่อเซลล์และทำให้เซลล์ตาย ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

ตารางด้านล่างแสดงคุณสมบัติทางกลของใยแมงมุมจากบางสายพันธุ์ เพื่อให้เห็นภาพรวมของคุณสมบัติทางกลโดยทั่วไป จากนั้นจึงแสดงตัวอย่างใยแมงมุมสังเคราะห์ทางชีวภาพที่น่าสนใจบางส่วน ซึ่งผลิตในแบคทีเรีย E. coliจากงานวิจัยล่าสุด

คุณสมบัติเชิงกลของใยแมงมุมสังเคราะห์นั้นมีความหลากหลายอย่างมาก ขึ้นอยู่กับลำดับของสไปโดรินที่ใช้ วิธีการปั่น สายพันธุ์แมงมุมพื้นเมือง และว่าเน้นประสิทธิภาพในการผลิตหรือคุณสมบัติเชิงกลสูงสุดเป็นหลัก

กระบวนการผลิตวัสดุต่าง ๆ ขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดของสายพันธุ์และวัสดุตั้งต้น สิ่งทอที่ทำจากชีวมวลผักและผลไม้จะถูกขึ้นรูปเป็นแผ่น ในขณะที่สิ่งทอชีวภาพที่ทำจากโปรตีนหรือเซลลูโลสจากแบคทีเรียมักจะถูกดึงออกมาในระหว่างกระบวนการอัดรีดและปั่นเป็นเส้นด้ายที่แข็งแรงกว่า โดยการเพาะเลี้ยงพืชและแบคทีเรียบนวัสดุตั้งต้นที่กำหนด จะสามารถผลิตวัสดุได้โดยใช้ประโยชน์จากความสามารถในการย่อยและเปลี่ยนเซลลูโลสให้เป็นสารประกอบธรรมชาติ กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการรวบรวมวัสดุเหล่านั้นลงในโครงสร้างที่เหมาะสมและดำเนินการบำบัดทางกายภาพและเคมี เพื่อให้แผ่นชีวมวลเหล่านี้มีลักษณะคล้ายหนังและมีคุณสมบัติทางวัสดุและสัมผัสที่เทียบเคียงได้ ส่วนกระบวนการผลิตสิ่งทอจากโปรตีนนั้นเกี่ยวข้องกับเทคนิคการปั่นที่หลากหลาย ขึ้นอยู่กับชนิดและคุณภาพที่ต้องการ

ก่อนการผลิตไบโอเท็กซ์ไทล์ โครงสร้างเส้นใยเดี่ยวโดยทั่วไปจะผลิตโดยใช้เทคนิคการอัดรีดโดยดึงเส้นใยเดี่ยว ต่อเนื่องจากพอลิเมอร์หลอมเหลว เส้นใยเดี่ยวเหล่านี้สามารถนำไปใช้โดยตรงหรือแปรรูปเพิ่มเติมเป็นอุปกรณ์ทางการแพทย์ต่างๆ เช่น ไหมเย็บ ตาข่าย และ กราฟต์ หลอดเลือด ไบโอเท็กซ์ไทล์ถูกสร้างขึ้นโดยใช้เทคนิคหลายอย่าง เช่นการถักการทอและการถักเปียเพื่อสร้างโครงสร้างคล้ายผ้าที่ใช้ในงานทางการแพทย์ เทคนิคการปั่นหลักสามวิธีที่ใช้กันมาแต่เดิมในการผลิตเส้นใย ได้แก่ การปั่นแบบเปียก การปั่นแบบแห้ง และการปั่นแบบหลอมเหลว^{[ 4 ]}

ตารางที่ 1. วิธีการแปรรูปและการประยุกต์ใช้สิ่งทอชีวภาพ

การปั่นด้วยไฟฟ้าสถิตเป็นเทคนิคที่ใช้แรงไฟฟ้าสถิตในการผลิตเส้นใยละเอียดพิเศษจากสารละลายหรือสารหลอมเหลวของพอลิเมอร์ เส้นใยเหล่านี้มีคุณสมบัติเฉพาะตัว เช่น พื้นผิวขนาดใหญ่และความพรุน สูง ทำให้มีคุณค่าสำหรับการใช้งานทางชีวการแพทย์ สารละลายพอลิเมอร์จะถูกฉีดผ่านเข็มลงบนแผ่นเก็บรวบรวมโดยการใช้สนามไฟฟ้า ทำให้เกิดเส้นใยนาโนโครงสร้างเหล่านี้มีแนวโน้มที่ดีในด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อ ช่วยในการสร้างเนื้อเยื่อและอวัยวะต่างๆ ของมนุษย์ขึ้นใหม่ เช่น กระดูก ผิวหนัง หลอดเลือด ตับ และไต พวกมันมีลักษณะคล้ายกับ เมทริกซ์ นอกเซลล์ ตามธรรมชาติ ช่วยอำนวยความสะดวกในการยึดเกาะและการแพร่กระจายของเซลล์ การปั่นด้วยไฟฟ้าสถิตเป็นวิธีการที่หลากหลายในการสร้างโครงสร้างที่เข้ากันได้ทางชีวภาพที่มีโครงสร้างที่เรียบง่ายสำหรับวิศวกรรมเนื้อเยื่อ^{[ 4 ]}

การปั่นหลอมเหลวเป็นวิธีการที่มีต้นทุนต่ำและใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมสิ่งทอสำหรับการผลิตเส้นใยพอลิเมอร์โดยไม่ต้องใช้ตัวทำละลาย อย่างไรก็ตาม การประยุกต์ใช้ในโครงสร้างชีวภาพนั้นมีข้อจำกัดเนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น การสลายตัวของพอลิเมอร์ที่อุณหภูมิต่ำ การควบคุมอุณหภูมิหลอมเหลวระหว่างการปั่นที่ไม่เพียงพอ และความท้าทายในการควบคุมโครงสร้างเส้นใยขั้นสุดท้าย ในกระบวนการนี้ เม็ดพอลิเมอร์จะถูกหลอมเหลวในเครื่องอัดรีดเพื่อสร้างสารละลายสำหรับปั่น จากนั้นจึงอัดรีดผ่านหัวฉีดและทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็วเพื่อทำให้เส้นใยแข็งตัว แม้จะมีข้อเสียอยู่บ้าง แต่การปั่นหลอมเหลวของพอลิเมอร์ชีวภาพก็ได้รับการสำรวจเพื่อนำไปใช้ในงานชีวภาพต่างๆ การใช้สารเสริมแรงที่มาจากชีวภาพกำลังได้รับการตรวจสอบเพื่อเป็นแนวทางแก้ไขปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการผลิตสิ่งทอชีวภาพผ่านการปั่นหลอมเหลว^{[ 4 ]}

การปั่นแห้ง ซึ่งเป็นวิธีการปั่นแบบโบราณ จะละลายพอลิเมอร์ในตัวทำละลาย ต่างจากการปั่นหลอมเหลว สารละลายพอลิเมอร์จะถูกอัดผ่านหัวฉีดแล้วผ่านคอลัมน์ความร้อนซึ่งตัวทำละลายจะระเหยออกไป เหลือเพียงเส้นใยแห้ง ตัวทำละลายที่มีความระเหยสูงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับกระบวนการนี้ ไอน้ำหรืออากาศร้อนจะถูกใช้เพื่อทำให้เส้นใยแข็งตัวและกำจัดตัวทำละลาย เทคนิคนี้เหมาะสำหรับพอลิเมอร์ที่มีแนวโน้มที่จะเสื่อมสภาพจากความร้อนและพอลิเมอร์ที่ไม่สามารถสร้าง การหลอมเหลว ที่มีความหนืดได้ซึ่งให้คุณลักษณะพื้นผิวที่เฉพาะเจาะจง พอลิเมอร์ที่ปั่นแห้งแบบดั้งเดิม ได้แก่อะซิเตตไตรอะซิเตต อะคริลิกโมดาคริลิกอะรามิดและเส้นใยสแปนเด็กซ์ นอกจากจะมีความซับซ้อนและมีราคาแพงเนื่องจากกระบวนการกู้คืนและกลไกการถ่ายโอนมวลระหว่างการระเหยของตัวทำละลายแล้ว การปั่นแห้งยังให้เส้นใยที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัวอีกด้วย^{[ 4 ​​]}

การปั่นแบบเปียก ซึ่งนำมาใช้ใน การผลิตเส้นใย เรยอนเกี่ยวข้องกับการละลายโพลิเมอร์ในตัวทำละลายที่เหมาะสมก่อนการอัดรีด ต่างจากการปั่นแบบแห้ง ตัวทำละลายไม่จำเป็นต้องระเหยได้ ในระหว่างการปั่นแบบเปียก สารละลายโพลิเมอร์จะถูกอัดรีดผ่านหัวฉีดเข้าไปในอ่างตกตะกอน ทำให้เกิดการผกผันเฟสและการตกตะกอน โพลิเมอร์ธรรมชาติและสังเคราะห์ รวมถึงเจลาติน อัลจิเนต คอลลาเจน และเซลลูโลส ถูกนำมาแปรรูปเป็นเส้นใยผ่านการปั่นแบบเปียกสำหรับการใช้งานด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อต่างๆ เทคนิคนี้ช่วยให้สามารถผลิตเส้นใยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่และโครงสร้างที่มีรูพรุนสูงและโครงสร้างรูพรุนเปิดที่เชื่อมต่อกัน ซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในการแทรกซึม การยึดเกาะ และการแพร่กระจายของเซลล์^{[ 35 ]}

การปั่นเจลทำให้เกิดเส้นใยที่มีความแข็งแรงเป็นพิเศษหรือคุณสมบัติเฉพาะอื่นๆ ในระหว่างการอัดรีด โพลิเมอร์ไม่ได้อยู่ในสภาวะของเหลวบริสุทธิ์ โซ่โพลิเมอร์จะเชื่อมต่อกันที่ตำแหน่งต่างๆ ใน รูปแบบ ผลึกเหลวโดยแยกออกจากกันบางส่วนเช่นเดียวกับในสารละลายจริง เส้นใยที่ได้จะมีแรงระหว่างโซ่จำนวนมาก ซึ่งสามารถเพิ่มความแข็งแรงของเส้นใยได้อย่างมาก นอกจากนี้ แรง เฉือนยังทำให้ผลึกเหลวเรียงตัวตามแกนของเส้นใยในระหว่างการอัดรีด ความแข็งแรงจะเพิ่มขึ้นอีกเนื่องจากเส้นใยมีการเรียงตัวกันในระดับสูงเป็นพิเศษเมื่อแยกออกจากกัน เนื่องจากขั้นตอนการระบายความร้อนด้วยอากาศครั้งแรกของเส้นใย วิธีนี้จึงเรียกว่าการปั่นแบบแห้ง-เปียก^{[ 36 ]}

การปั่นเส้นใยด้วยสารละลาย ซึ่งรวมถึงการปั่นแบบเปียกและการปั่นแบบเปียกด้วยเจ็ทแห้ง จะสร้างเส้นใยต่อเนื่องจากวัสดุที่ไม่สามารถทนต่อการหลอมเหลวได้ เทคนิคนี้สามารถนำไปใช้ในการผลิตเส้นใยจากพอลิเมอร์ธรรมชาติและวัสดุชีวภาพ เช่น เซลลูโลสลิกนินและโปรตีนเนื่องจากอาศัยสารละลายพอลิเมอร์ การปั่นเส้นใยด้วยสารละลายจึงมีศักยภาพอย่างมากในการเพิ่มฟังก์ชันการทำงานของเส้นใยที่ปั่นแบบเปียกผ่านสูตรที่กำหนดเป้าหมาย^{[ 37 ]}

ในสิ่งทอชีวภาพ การปลูกถ่ายบนพื้นผิวหมายถึงกระบวนการยึดติดหรือเชื่อมต่อโมเลกุลที่มีฟังก์ชันการทำงาน เช่น โปรตีนเปปไทด์หรือพอลิเมอร์ เข้ากับพื้นผิวของวัสดุสิ่งทอ กระบวนการนี้มักทำเพื่อปรับเปลี่ยนคุณสมบัติของพื้นผิวสิ่งทอ เช่น การเพิ่มความเข้ากันได้ทางชีวภาพ การส่งเสริมการยึดเกาะของเซลล์ หรือการควบคุมการปลดปล่อยยา การปลูกถ่ายบนพื้นผิวสามารถทำได้ด้วยเทคนิคต่างๆ รวมถึงการดัดแปลงทางเคมี การบำบัด ด้วยพลาสมาหรือวิธีการเคลือบผิว สิ่งทอชีวภาพที่ได้รับการดัดแปลงเหล่านี้มีการใช้งานในด้านชีวการแพทย์ เช่น วิศวกรรมเนื้อเยื่อ การรักษาบาดแผล และการปล implants ทางการแพทย์ ซึ่งคุณสมบัติของพื้นผิวที่ปรับแต่งมีความสำคัญต่อปฏิสัมพันธ์ทางชีวภาพที่ต้องการ^{[ 4 ]}

การปั่นแบบเจ็ทหมุนเป็นเทคนิคที่ใช้ในการผลิตสิ่งทอชีวภาพ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการอัดรีดสารละลายหรือสารหลอมเหลวของพอลิเมอร์ผ่านหัวฉีดหมุนอย่างรวดเร็ว เมื่อสารละลายหรือสารหลอมเหลวของพอลิเมอร์ออกจากหัวฉีด มันจะได้รับแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางทำให้เกิดเส้นใยละเอียด เส้นใยเหล่านี้จะถูกรวบรวมเพื่อสร้างผ้าไม่ทอหรือโครงสร้างนั่งร้านที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานทางชีวการแพทย์ต่างๆ การปั่นแบบเจ็ทหมุนมีข้อดี เช่น การผลิตโครงสร้างที่มีรูพรุนสูงด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางและการจัดเรียงของเส้นใยที่ควบคุมได้ ทำให้มีแนวโน้มที่ดีสำหรับการวิศวกรรมเนื้อเยื่อและการส่งยาในด้านชีวการแพทย์^{[ 38 ]}

นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยไวโอมิงได้คิดค้นวิธีการนำยีนสร้างใยแมงมุมเข้าสู่แพะ ทำให้สามารถสกัดโปรตีนไหมจากนมแพะได้ นวัตกรรมนี้มีประโยชน์ในหลากหลายสาขา รวมถึงด้านการแพทย์ ซึ่งมีการโต้แย้งว่าความแข็งแรงและความยืดหยุ่นของใยแมงมุมสามารถนำมาใช้ในเอ็นเทียม เส้นเอ็น เย็บตา และซ่อมแซมขากรรไกรได้^{[ 39 ]}

ตามธรรมเนียมแล้ว การผลิตใยแมงมุมในปริมาณที่เพียงพอจำเป็นต้องจัดการประชากรแมงมุมจำนวนมาก ซึ่งมักนำไปสู่ความขัดแย้งด้านอาณาเขตและการกินพวกเดียวกันเองในหมู่แมงมุมที่เลี้ยงไว้ เพื่อหลีกเลี่ยงความท้าทายนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ดัดแปลงพันธุกรรมแพะให้ผลิตโปรตีนไหมเฉพาะในน้ำนมของพวกมันเท่านั้น โดยผ่านการผสมพันธุ์แบบคัดเลือก ลูกหลานบางส่วนจะได้รับยีนโปรตีนไหม ทำให้ได้ผลผลิตโปรตีนไหมที่สูงขึ้น

แพะดัดแปลงพันธุกรรมไม่แสดงความแตกต่างที่สังเกตได้ในด้านสุขภาพ รูปลักษณ์ หรือพฤติกรรม เมื่อเทียบกับแพะที่ไม่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรม ในอนาคต นักวิจัยตั้งเป้าที่จะถ่ายทอดยีนไหมไปยัง ต้น อัลฟัลฟาซึ่งนักวิจัยคาดว่าจะช่วยเพิ่มผลผลิตไหมได้มากยิ่งขึ้น นักวิจัยเชื่อว่าการกระจายตัวอย่างกว้างขวางและปริมาณโปรตีนสูงของอัลฟัลฟาทำให้มันเป็นพืชที่มีศักยภาพสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนไหมในปริมาณมาก

ในการร่วมมือกันระหว่างแบรนด์แฟชั่น Ganni ของเดนมาร์กและบริษัทวัสดุชีวภาพ Polybion ของเม็กซิโก ได้มีการสร้างเสื้อเบลเซอร์ต้นแบบที่ไม่เหมือนใครโดยใช้เซลลูโลสจากแบคทีเรียที่ได้จากของเสียจากผลไม้ในอุตสาหกรรม ซึ่งแตกต่างจากหนังแบบดั้งเดิม มีการระบุว่าสิ่งทอจากผลไม้ชนิดนี้เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีคาร์บอนฟุตพริ้นท์น้อยกว่าอย่างเห็นได้ชัด^{[ 40 ]}

เศษผลไม้หลากหลายชนิด โดยเฉพาะมะม่วง ถูกนำมาใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับแบคทีเรีย โดยเปลี่ยนเศษผลไม้เหล่านั้นให้กลายเป็นอาหารเลี้ยงเชื้อ แบคทีเรียที่ได้ซึ่งเรียกว่า ซีเลียม (Celium) จะผ่านกระบวนการฟอกหนังและตกแต่งผิวคล้ายกับหนัง ทำให้ได้วัสดุที่ทนทาน

สิ่งทอไมซีเลียมเริ่มต้นด้วยวัสดุตั้งต้น ที่เลือกไว้ ซึ่งเพาะเลี้ยงด้วยสปอร์ของเชื้อราหรือไมซีเลียม ในสภาพแวดล้อมที่ควบคุม ไมซีเลียมจะเจริญเติบโตไปทั่ววัสดุตั้งต้น ก่อให้เกิดเครือข่ายเส้นใยที่หนาแน่น เมื่อไมซีเลียมเจริญเติบโตเต็มที่แล้ว จะนำมาขึ้นรูปและทำให้แห้งเพื่อสร้างรูปทรงที่ต้องการ และผ่านการบำบัดเพิ่มเติมเพื่อคุณสมบัติ เช่น ความหนาแน่นหรือการตกแต่งพื้นผิว^{[ 41 ]}

สิ่งทอไมซีเลียมเป็นทางเลือกที่ยั่งยืนแทนสิ่งทอแบบดั้งเดิม ทำจากโครงสร้างรากของเชื้อรา^{[ 42 ]}ไมซีเลียม ซึ่งเป็นส่วนพืชของเชื้อรา สามารถเจริญเติบโตเป็นรูปทรงและรูปแบบต่างๆ ได้ รวมถึงสิ่งทอ สิ่งทอเหล่านี้เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ และสามารถออกแบบให้มีคุณสมบัติที่ต้องการ เช่น ความยืดหยุ่น ความทนทาน และความต้านทานต่อน้ำ มีการกล่าวว่าวัสดุนี้มีลักษณะคล้ายหนัง^{[ 43 ]}

นักวิจัยที่ UC Davis ได้พัฒนาโครงสร้างชีวสิ่งทอคอลลาเจนเพื่อช่วยในกระบวนการรักษาแผลไฟไหม้ลึกขนาดใหญ่ โครงสร้างนี้ใช้วัสดุชีวภาพที่ได้รับการออกแบบเป็นพิเศษ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพในการส่งเสริมการสร้างหลอดเลือดใหม่และลดภาวะแทรกซ้อนที่เกี่ยวข้องกับแผลไฟไหม้รุนแรง^{[ 44 ]}

งานวิจัยนี้เน้นย้ำถึงความสามารถของโครงสร้างรองรับในการเร่งการสมานแผลในแบบจำลองหนู และบรรเทาภาวะแทรกซ้อนที่เกี่ยวข้องกับการไหม้ เช่น การสูญเสียของเหลวและการติดเชื้อ จากการทดสอบโครงสร้างรองรับประเภทต่างๆ ทีมวิจัยพบว่าการรักษาแบบผสมผสานที่บรรจุเซลล์บุผนังหลอดเลือดแสดงอัตราการสมานแผลสูงสุด

ในกระบวนทัศน์ใหม่ของวิศวกรรมเนื้อเยื่อผู้เชี่ยวชาญกำลังพยายามพัฒนาสิ่งทอใหม่เพื่อให้ร่างกายสามารถสร้างเนื้อเยื่อใหม่รอบอุปกรณ์เหล่านี้ได้ โดยไม่ต้องพึ่งพาวัสดุสังเคราะห์ที่ปลูกถ่ายจากภายนอกเพียงอย่างเดียว นักศึกษาปริญญาโท เจสสิกา กลัค ได้แสดงให้เห็นว่าเซลล์ตับที่มีชีวิตและทำงานได้สามารถเจริญเติบโตบนโครงสร้างสิ่งทอได้^{[ 2 ]}

อุตสาหกรรมสิ่งทอเป็นหนึ่งในอุตสาหกรรมที่ก่อให้เกิดมลพิษทางน้ำและพื้นที่เกษตรกรรมมากที่สุด อุตสาหกรรมนี้ก่อให้เกิดผลกระทบเชิงลบมากมายต่อสิ่งแวดล้อม รวมถึงสุขภาพของมนุษย์และระบบนิเวศ มลพิษทางน้ำเนื่องจากการปล่อยน้ำเสียที่มีสีย้อมสิ่งทอเป็นปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมและระบบนิเวศที่ใหญ่ที่สุดของอุตสาหกรรมสิ่งทอ นอกจากนี้ยังมีปัญหาสุขภาพหลายประการเนื่องจากการปล่อยน้ำเสียที่ปนเปื้อนสีย้อมสิ่งทอ เช่น ปัญหาทางเดินหายใจ การระคายเคืองผิวหนัง อาการแพ้ และมะเร็ง^{[ 1 ]}สิ่งทอชีวภาพ เช่น ผ้าเดนิมจากตำแยและป่าน เริ่มถูกนำมาใช้ทดแทนสิ่งทอสังเคราะห์ในอุตสาหกรรมสิ่งทอเพื่อพยายามป้องกันผลกระทบเชิงลบต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพเหล่านี้^{[ 5 ]}

อุตสาหกรรมสิ่งทอสมัยใหม่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในเชิงลบหลายประการ เช่น การปล่อยสีย้อมและเม็ดสีสิ่งทอลงในน้ำเสีย การปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากการผลิต การผลิตที่ใช้พลังงานและทรัพยากรอย่างเข้มข้น และขยะฝังกลบจำนวนมาก มลพิษทางน้ำเป็นปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมที่สำคัญที่สุด เนื่องจากเม็ดสีและสีย้อมสิ่งทอไม่สามารถย่อยสลายได้ เองตามธรรมชาติ เมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาสุขภาพโดยตรงต่อทั้งมนุษย์และสัตว์ป่าในระบบนิเวศ^{[ 1 ]}

หนึ่งในข้อกังวลที่ใหญ่ที่สุดของอุตสาหกรรมสิ่งทอในปัจจุบันคือ สิ่งทอสังเคราะห์ไม่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพเมื่อเวลาผ่านไป มีการใช้สีย้อมประมาณ 700,000 ตันในอุตสาหกรรมสิ่งทอทุกปี 10 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์ของสีย้อมที่ใช้ในการผลิตเสื้อผ้ายังคงเป็นสีย้อมที่ไม่ยึดติด^{[ 1 ]}สีย้อมและเม็ดสีเหล่านี้ปนเปื้อนในน้ำเสียและถูกปล่อยลงสู่แหล่งน้ำในท้องถิ่น ประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ของน้ำเสียที่ผลิตทั่วโลกมาจากอุตสาหกรรมสิ่งทอ^{[ 3 ]}สีย้อมสิ่งทอทำให้คุณภาพความสวยงามของแหล่งน้ำในท้องถิ่นเหล่านี้เสื่อมโทรมลงและขัดขวางแสงแดดไม่ให้ส่องผ่านผิวน้ำ สีย้อมเหล่านี้เป็นอันตรายต่อระบบนิเวศทางน้ำ เนื่องจากมลพิษทางน้ำทำให้การสังเคราะห์แสงบกพร่องและนำไปสู่ สภาพแวดล้อม ที่มีออกซิเจนต่ำซึ่งไม่สามารถดำรงชีวิตได้ การปนเปื้อนของสีย้อมสิ่งทอยังเป็นอันตรายต่อมนุษย์ เนื่องจากสารพิษในสีย้อมเหล่านี้สามารถสะสมและเพิ่มความเข้มข้นในห่วงโซ่อาหาร ทำให้เกิดความกังวลด้านสุขภาพต่อสิ่งมีชีวิตที่อยู่บนสุดของห่วงโซ่อาหาร เช่น มนุษย์^{[ 1 ]} 

การนำเชื้อแบคทีเรียที่แยกได้ มา ใช้เป็นแนวทางแก้ปัญหาที่มีศักยภาพในการปรับปรุงคุณภาพน้ำในสภาพแวดล้อมทางทะเลที่ปนเปื้อนสีย้อม เชื้อแบคทีเรียที่แยกได้จะย่อยสลายและกำจัดสีย้อมสิ่งทอออกจากน้ำเสียด้วยวิธีการหลายวิธี รวมถึงการย่อยสลายทางชีวภาพและการดูดซับทางชีวภาพ พวกมันมีความสามารถในการย่อยสลายโมเลกุลสีย้อมที่ซับซ้อนให้เป็นโมเลกุลที่เรียบง่ายขึ้นผ่านปฏิกิริยาทางเอนไซม์ เชื้อแบคทีเรียที่แยกได้จะสลายโมเลกุลสีย้อมโดยลดสีและความเป็นพิษ ซึ่งช่วยปรับปรุงระบบนิเวศ การย่อยสลายทางชีวภาพมีข้อดีหลายประการ เช่น ประสิทธิภาพในการกำจัดสีย้อมสูง ต้นทุนต่ำ และ สามารถใช้ จุลินทรีย์ ได้หลาย ชนิด เช่น แบคทีเรีย เชื้อรา สาหร่าย และเอนไซม์ อย่างไรก็ตาม ข้อเสียคือ กระบวนการนี้ต้องการสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมสำหรับการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์เหล่านี้ ก่อให้เกิดตะกอนชีวภาพและเป็นกระบวนการที่ช้า นอกจากนี้ เชื้อแบคทีเรียที่แยกได้ยังสามารถดูดซับโมเลกุลสีย้อมที่ซับซ้อนไว้บนพื้นผิวเซลล์ของพวกมันได้ กระบวนการดูดซับนี้เกี่ยวข้องกับการจับตัวกันทางกายภาพของโมเลกุลสีย้อมกับผนังเซลล์ของแบคทีเรีย จากนั้นจึงกำจัดเชื้อแบคทีเรียที่แยกได้เหล่านี้ออกจากน้ำเสีย ข้อดีของกระบวนการนี้คือมีประสิทธิภาพในการกำจัดสีย้อมสูงและใช้เวลาในการทำปฏิกิริยาสั้น นอกจากนี้ยังมีข้อเสียด้วย เนื่องจากกระบวนการนี้ไม่สามารถใช้ได้กับสีย้อมทุกประเภทและก่อให้เกิดของเสียที่เป็นพิษ^{[ 1 ]}

การผลิตสิ่งทอสังเคราะห์มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่เป็นอันตรายอื่นๆ อีกหลายประการ รวมถึงการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจำนวนมาก การใช้พลังงานสูง และขยะที่ต้องนำไปฝังกลบ โรงงานสิ่งทอทั่วไปใช้น้ำประมาณ 1.6 ล้านลิตรในการผลิตผ้า 8,000 กิโลกรัม^{[ 1 ]}นี่เป็นปัญหาทั่วโลก เนื่องจากอุตสาหกรรมสิ่งทอมีส่วนทำให้เกิดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั่วโลกประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ ในปี 2016 เพียงปีเดียว มีเพียง 1 เปอร์เซ็นต์ของขยะสิ่งทอ 180,000 ตันเท่านั้นที่ถูกนำไปรีไซเคิลเป็นเสื้อผ้าใหม่^{[ 3 ]}เส้นใยสิ่งทอเก่าที่เหลือก็ลงเอยด้วยการถูกฝังกลบเป็นขยะ

หนึ่งในแนวทางแก้ไขที่กำลังถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมสิ่งทอเพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้คือ ระบบ รีไซเคิลแบบวงปิดในบริบทของอุตสาหกรรมสิ่งทอ ระบบรีไซเคิลแบบวงปิดเกี่ยวข้องกับการเก็บรวบรวมสิ่งทอที่ใช้แล้ว นำมาแปรรูปผ่านวิธีการรีไซเคิลเชิงกล เคมี หรือชีวภาพต่างๆ เพื่อเปลี่ยนสิ่งทอที่ใช้แล้วและเสื่อมสภาพให้กลายเป็นสิ่งทอใหม่ ภายในระบบรีไซเคิลแบบวงปิด สิ่งทอสามารถนำไปรีไซเคิลเป็นผลิตภัณฑ์ที่คล้ายคลึงกันอัพไซเคิลเป็นผลิตภัณฑ์ใหม่ที่มีคุณภาพสูงกว่า หรือดาวน์ไซเคิลเป็นผลิตภัณฑ์ใหม่ที่มีคุณภาพต่ำกว่า แนวทางนี้ช่วยลดของเสีย อนุรักษ์ทรัพยากร และลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการผลิตสิ่งทอโดยการส่งเสริมเศรษฐกิจหมุนเวียนที่วัสดุถูกรีไซเคิลและนำกลับมาใช้ใหม่ในระบบวงปิดอย่างต่อเนื่อง ดังแสดงในภาพ กลุ่มเอนไซม์เซลลูเลสพีทีเอสและเคราติเนสถูกนำมาใช้ในระบบรีไซเคิลแบบวงปิดเพื่อย่อยสลายสิ่งทอเก่า เช่น โพลีเอสเตอร์และไนลอน ให้เป็นกรดอะมิโนกลูโคสหรือโมโนเมอร์สังเคราะห์ที่เป็นส่วนประกอบ พื้นฐาน จากนั้นโมโนเมอร์เหล่านี้จะผ่านกระบวนการพอลิเมอไรเซชัน ทางเคมี และรวมกันเพื่อสร้างพอลิแลคติกแอซิด (PLA) คุณภาพสูง พอลิไฮด รอกซีอัลคาโนเอต (PHA) ไหม และพอลิเมอร์เซลลูโลสจากแบคทีเรีย หลังจากนั้น พอลิเมอร์ที่สังเคราะห์ขึ้นเหล่านี้จะถูกนำไปใช้สร้างเส้นใยสังเคราะห์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ซึ่งจะถูกนำไปใช้ทำสิ่งทอที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพใหม่ สิ่งทอเหล่านี้จะถูกใช้จนกว่าจะเสื่อมสภาพและสลายตัวเป็นพอลิเมอร์เพื่อดำเนินวงจรการรีไซเคิลแบบปิดต่อไป^{[ 3 ]}

ไบโอเท็กซ์ไทล์ถูกนำมาใช้เป็นทางเลือกแทนสิ่งทอสังเคราะห์เพื่อป้องกันและต่อสู้กับมลพิษจากน้ำและของเสียที่มากเกินไปจากอุตสาหกรรมสิ่งทอ แบรนด์ใหญ่ๆ เช่น Nike, Adidas, Hermes และ Stella McCartney เริ่มใช้ไบโอเท็กซ์ไทล์ในคอลเลกชันแฟชั่นบางส่วน หนึ่งในวิธีแก้ปัญหาที่สร้างขึ้นโดยบริษัทสิ่งทอที่ยั่งยืน เช่น Pangaia และ Agraloop คือผ้ายีนส์ที่ทำจากต้นตำแยและป่าน ต้นตำแยเป็นทรัพยากรหมุนเวียนที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ซึ่งสามารถนำมาใช้ออกแบบผ้ายีนส์ตำแยได้โดยการผสมฝ้ายออร์แกนิกและตำแยหิมาลัย ป่านเป็นพืชอีกชนิดหนึ่งที่บริษัททั้งสองกำลังพิจารณาใช้เป็นวัสดุทางเลือกสำหรับผ้ายีนส์ เนื่องจากมีความทนทานมากกว่าและใช้น้ำเพียงประมาณหนึ่งในสิบของปริมาณน้ำที่จำเป็นสำหรับฝ้าย^{[ 5 ]}

บริษัท Collina Strada กำลังพัฒนาโซลูชันสิ่งทอชีวภาพอีกแบบหนึ่งที่เรียกว่า rose sylk ซึ่งเป็นเส้นใยเซลลูโลสอินทรีย์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ซึ่งได้มาจากของเสียตามธรรมชาติของลำต้นและพุ่มกุหลาบ Collina Strada ส่งเสริมการอัพไซเคิลและการนำสิ่งทอเก่ากลับมาใช้ใหม่โดยใช้โรงงานเพื่อเปลี่ยนวัสดุเหลือใช้จากสิ่งทอของกานาให้เป็นฉนวนสำหรับเสื้อโค้ทและบ้าน โซลูชันที่สามเกี่ยวข้องกับเสื้อผ้าที่ทำจากหนังเทียมที่ทำจากสับปะรด ซึ่งปัจจุบันแบรนด์ใหญ่ๆ เช่น Nike, Hugo Boss และ H&M กำลังใช้อยู่ หนังเทียมจากสับปะรดนี้ทำจากเส้นใยเซลลูโลสที่สกัดจากใบและลำต้นของสับปะรด การใช้ของเสียทางการเกษตรจากสับปะรดแทนหนังแบบดั้งเดิมช่วยป้องกันการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศได้ประมาณ 264 ตัน ลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก^{[ 5 ]}

การปล่อยน้ำเสียที่มีสีย้อมสิ่งทอลงสู่แหล่งน้ำในท้องถิ่นส่งผลกระทบต่อสุขภาพในเชิงลบหลายประการ ปัญหาสุขภาพเหล่านี้ได้แก่ ปัญหาระบบทางเดินหายใจ การระคายเคืองผิวหนัง อาการแพ้ และมะเร็ง ปัญหาระบบทางเดินหายใจบางอย่างที่เกิดจากสีย้อมสิ่งทอ ได้แก่ อาการไอ หายใจมีเสียงหวีด โรคหอบหืด และจาม การปนเปื้อนของสีย้อมสิ่งทอทำให้เกิดการระคายเคืองผิวหนังและอาการแพ้ เช่น คันตา น้ำตาไหล แสบตา คัดจมูก และน้ำมูกไหล นอกจากนี้ น้ำเสียที่มีทั้งสีย้อมสิ่งทอและโลหะหนักในปริมาณเล็กน้อยอาจทำให้เกิดปัญหาสุขภาพในระยะยาว เช่น การระคายเคืองผิวหนังอย่างรุนแรงโรคผิวหนังอักเสบแผลที่ผิวหนังและแม้กระทั่งมะเร็ง^{[ 1 ]}

ความเข้ากันได้ทางชีวภาพของสิ่งทอต่อร่างกายมนุษย์มีความสำคัญอย่างยิ่งในการวิเคราะห์ว่าสิ่งทอสังเคราะห์และสิ่งทอชีวภาพส่งผลต่อสุขภาพของมนุษย์อย่างไร วัสดุที่ใช้ในการผลิตสิ่งทอต้องเข้ากันได้กับร่างกายมนุษย์และสัตว์อื่นๆ เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบด้านสุขภาพที่เป็นลบต่อสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ สิ่งทอสังเคราะห์ก่อให้เกิดผลกระทบด้านสุขภาพที่เป็นลบมากมายต่อทั้งมนุษย์และสัตว์ป่าในระบบนิเวศ เนื่องจากสิ่งทอสังเคราะห์คงอยู่ในสิ่งแวดล้อมและไม่ย่อยสลายได้ตามธรรมชาติ ในทางกลับกัน สิ่งทอชีวภาพไม่ก่อให้เกิดปัญหาด้านสุขภาพที่เป็นลบใดๆ ที่เป็นที่รู้จักต่อมนุษย์หรือสัตว์ เนื่องจากผลิตจากแหล่งชีวภาพที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติซึ่งสามารถย่อยสลายได้ง่ายเมื่อเวลาผ่านไป

• สิ่งทอทางเทคนิค
• วัสดุชีวภาพ
• วัสดุที่ทำจากไมซีเลียม
• สิ่งทอ