(4).jpg)
رضیه برجیان
نانو ذرات و ویژگی‌های آن‌ها
می‌دانیم آنگاه که در رابطه با خواص مواد حجیم بحث می‌شود نیازی به مشخص کردن تعداد اتم‌های ماده نیست و همه خصوصیات شیمیایی و فیزیکی ماده بدون در نظر گرفتن اندازه جامد بیان می‌شود. علت این امر آن است که در یک جسم جامد تعداد اتم‌ها به‌قدری زیاد است که نیازی به این نیست که مشخص کنیم چه تعداد از اتم‌ها بر روی سطح قرار می‌گیرند. از طرفی آزمایش‌های مختلف ثابت کرده‌اند که اتم‌های سطحی خواصی کاملاً متفاوت با اتم‌های درون حجم جامد دارند. گرچه همان‌گونه که گفته شد در یک ماده حجیم از سهم اتم‌های سطحی می‌توان صرف‌نظر کرد ولی با کاهش اندازه از یک اندازه بحرانی که به نوع ماده بستگی دارد دیگر نمی‌توان سهم اتم‌های سطحی را نادیده گرفت.[1] طبق تعریف جوامع علمی مرتبط با نانوفنّاوری، یک نانوذره به ذره‌ای گفته می‌شود که ابعادی بین یک تا 100 نانومتر داشته باشد. نانوذرات از طیف وسیعی از مواد ساخته میشوند.
مطالعه و تحقیق در مورد نانو ذرات به این دلیل که فرصتی برای درک خواص فیزیکی مواد با ابعاد کاهش‌یافته و همچنین مطالعه خواص سطوح به شمار میآید از موضوعات جالب و موردعلاقه محققان از دو دهه پیش تاکنون بوده است.[2] مباحث نظری نانو ذرات ابتدا در سال 1982 توسط ایفورز[3] مطرح گردید.[4] برخی از مهم‌ترین کاربردهای این نوع ذرات عبارت‌اند از: کاربرد در داروسازی و ژن‌درمانی، تهیه مارکرهای فلورسانس بیولوژیک، ردیابی بیولوژیک عوامل بیماری‌زا، ردیابی پروتئین‌ها، پروب نمودن ساختار DNA، مهندسی بافت، نابود کردن تومورها از طریق گرمایش سلولی (lyrer thermia)، جداسازی و خالص نمودن مولکول‌های زیستی و سلول‌ها، ازدیاد کنترست (زمینه‌سازی) در تصویربرداری پزشکی (MRI) و نهایتاً مطالعه سرعت رفتارهای سلولی و phago-kinetic.
همان‌طور که اشاره شد تولید ذرات نانو در ابعاد پروتئین‌های سلولی سبب شده است تا از آن‌ها به‌عنوان مارکرهای زیستی استفاده شود. البته اندازه ذره برای موادی که می‌بایست در سیستم‌های بیولوژیک وارد و تأثیرگذار باشند شرط اول مطالعه است. یکی از خواص نانو ذرات بالا بودن نسبت سطح به حجم است. به حداکثر رساندن میزان تماس برای افزایش کارآیی کاتالیست‌ها ضرورت دارد. بیشترین تأثیر نانوذرات در کاتالیست و واکنش‌گرها است.[5] نانوذرات فلزی از قبیل طلا، نقره و مس علاوه بر داشتن خصوصیات فیزیکی و شیمیایی بی‌نظیر، خاصیت ضد میکروبی بالایی نیز دارند و در صنایع داروسازی، پزشکی، زیست‌شناسی و حتی الکترونیک و اپتیک از اهمیت زیادی دارند.
مطالعه و تحقیق در مورد نانو ذرات به این دلیل که فرصتی برای درک خواص فیزیکی مواد با ابعاد کاهش‌یافته و همچنین مطالعه خواص سطوح به شمار میآید از موضوعات جالب و موردعلاقه محققان از دو دهه پیش تاکنون بوده است.[2] مباحث نظری نانو ذرات ابتدا در سال 1982 توسط ایفورز[3] مطرح گردید.[4] برخی از مهم‌ترین کاربردهای این نوع ذرات عبارت‌اند از: کاربرد در داروسازی و ژن‌درمانی، تهیه مارکرهای فلورسانس بیولوژیک، ردیابی بیولوژیک عوامل بیماری‌زا، ردیابی پروتئین‌ها، پروب نمودن ساختار DNA، مهندسی بافت، نابود کردن تومورها از طریق گرمایش سلولی (lyrer thermia)، جداسازی و خالص نمودن مولکول‌های زیستی و سلول‌ها، ازدیاد کنترست (زمینه‌سازی) در تصویربرداری پزشکی (MRI) و نهایتاً مطالعه سرعت رفتارهای سلولی و phago-kinetic.
همان‌طور که اشاره شد تولید ذرات نانو در ابعاد پروتئین‌های سلولی سبب شده است تا از آن‌ها به‌عنوان مارکرهای زیستی استفاده شود. البته اندازه ذره برای موادی که می‌بایست در سیستم‌های بیولوژیک وارد و تأثیرگذار باشند شرط اول مطالعه است. یکی از خواص نانو ذرات بالا بودن نسبت سطح به حجم است. به حداکثر رساندن میزان تماس برای افزایش کارآیی کاتالیست‌ها ضرورت دارد. بیشترین تأثیر نانوذرات در کاتالیست و واکنش‌گرها است.[5] نانوذرات فلزی از قبیل طلا، نقره و مس علاوه بر داشتن خصوصیات فیزیکی و شیمیایی بی‌نظیر، خاصیت ضد میکروبی بالایی نیز دارند و در صنایع داروسازی، پزشکی، زیست‌شناسی و حتی الکترونیک و اپتیک از اهمیت زیادی دارند.
نانو ذرات نقره
نقره درواقع یکی از قدیمی‌ترین فلزات مورداستفاده بشر بوده است و بر اساس مستندات تاریخی از مدت‌ها پیش مردم کشورهای مختلف جهان از خواص میکروب‌کشی نقره استفاده می‌کردند. برای مثال در جنگ‌ها روی زخم سربازان سکه‌ای از جنس نقره قرار می‌دادند و سپس محل زخم را می‌بستند یا برای نگهداری مواد غذایی از ظروف نقره‌ای استفاده می‌کردند. داستان خاصیت ضد میکروبی نقره، داستان معاصری نیست، بلکه این خاصیت از دیرباز شناخته‌شده و به کار می‌رفته است. تاکنون دانشمندان مکانیسم‌های متفاوتی را برای تبیین اثرگذاری نقره بر میکروب‌ها یافته‌اند و درواقع به دلیل همین تعدد مکانیسم‌هاست که میکروب‌ها نمی‌توانند نسبت به نقره سازگار شوند یا مقاومت پیدا کنند. امروزه به مدد فناوری نانو ساخت ذرات نقره در ابعاد نانو میسر شده است. در این ابعاد، ذرات نانو نقره به ما این امکان را می‌دهند که با کمترین غلظت، خاصیت ضد میکروبی بسیار قوی را از فلز نقره شاهد باشیم.
هم‌اکنون با وجود رشد فناوری نانو و اطلاع از خواص نانو ذرات و مقایسه آن با مواد توده‌ای، توجه زیادی به سنتز نانو ذرات نقره شده است که به نظر میرسد این توجه ویژه به دلیل خواص منحصربه‌فرد نقره از جمله خاصیت ضدمیکروبی این فلز در مقیاس نانو باشد. تحقیقات متنوعی روی انواع میکروب‌ها از نظر اثرگذاری ذرات نانو نقره صورت گرفته است و تاکنون بیش از 600 نوع میکروب اثرپذیر شناخته‌شده‌اند که از آن جمله می‌توان حتی به ویروس ایدز نیز اشاره کرد.[6]
در آینده از نانو‌ساختارهای فلزی خصوصاً نانوذرات نقره می‌توان در ابزارهای لیزری استفاده کرد. تشدید پلاسمون سطحی نانو‌ساختارهای فلزی، کاربردهای بسیار زیادی دارند. حضور نانوذرات نقره حتی در طول‌های پراکندگی بسیار ضعیف به خروجی‌ای با غلظت بالا منجر می‌شود. پلاسمون سطحی نقشی مهم در عملکرد لیزر ایفا می‌کند. در ساخت این‌گونه لیزرها نانوذرات نقره دو مزیت دارد: اولاً اینکه مدهای نوری جای گزیده در نزدیکی سطح نانوذرات نقره، منجر به ایجاد خروجی بالا برای لیزر می‌شود، دیگر اینکه خصوصیات پراکندگی، به شکل انعطاف‌پذیر، از طریق اندازه و شکل نانوذرات کنترل میشوند و در قیاس با نانوذرات دی الکتریکی، به شکل قابل‌توجهی در انتقال نور در سیستم‌های تصادفی سهیم هستند.[7]
تحقیقات متنوعی روی انواع میکروب‌ها از نظر اثرگذاری ذرات نانو نقره صورت گرفته است و تاکنون بیش از 600 نوع میکروب اثرپذیر شناخته‌شده‌اند که از آن جمله می‌توان حتی به ویروس ایدز نیز اشاره کرد.
دانشمندان اخیراً کشف کردند که شکل، رنگ و خواص نوری نانوذرات نقره را می‌توان ظرف چند دقیقه با روشی آسان و ارزان کنترل کرد. با تطبیق pH نانوذرات معلق در محلول، می‌توان به‌آسانی نانومنشورهای نقره را به نانوصفحه (Nanodisc) تبدیل کرد. این امر می‌تواند خواص پراش نور ذرات را برای کاربردهای ممکن افزایش دهد. یکی از کاربردهای کنترل شکل و رنگ در اندازه نانو که دانشمندان بیان کرده‌اند، افزایش اثرات SERS است؛ از آنجا که SERS قادر به پراکندگی نور در طول‌موج‌های مختلف را دارد، در کاربردهایی مثل تجزیه مواد و تقویت ارتباطات تلفنی استفاده می‌شود.[8]
در کل دو مکانیسم عمده نانو نقره‌ها عبارت‌اند از:
1- مکانیسم کاتالیستی: تولید اکسیژن فعال توسط نقره، این مکانیسم بیشتر در مورد کامپوزیت‌های نانو نقره‌ای صدق می‌کند که روی پایه‌های نیمه‌هادی مانند TiO2 یا SiO2 قرارگرفته می‌شود. در این وضعیت ذره مانند یک پیل الکتروشیمیایی عمل می‌کند و با اکسید کردن اتم اکسیژن، یون اکسیژن و با هیدرولیزکردن آب، یون OH- را تولید می‌کند که هر دو از بنیان‌های فعال و از قوی‌ترین عاملین ضد میکربی نیز می‌باشند.
2- مکانیسم یونی: دگرگون ساختن میکروارگانیسم به‌وسیله تبدیل پیوندهای SH- به Sag-
در این مکانیسم ذرات نانو نقره فلزی به‌مرورزمان یون‌های نقره از خود ساطع می‌کنند. این یون‌ها طی واکنش جانشینی، باندهای SH- را در جداره میکروارگانیسم به باندهای Sag- تبدیل می‌کنند که نتیجه آن واکنش تلف شدن میکروارگانیسم است.
هم‌اکنون با وجود رشد فناوری نانو و اطلاع از خواص نانو ذرات و مقایسه آن با مواد توده‌ای، توجه زیادی به سنتز نانو ذرات نقره شده است که به نظر میرسد این توجه ویژه به دلیل خواص منحصربه‌فرد نقره از جمله خاصیت ضدمیکروبی این فلز در مقیاس نانو باشد. تحقیقات متنوعی روی انواع میکروب‌ها از نظر اثرگذاری ذرات نانو نقره صورت گرفته است و تاکنون بیش از 600 نوع میکروب اثرپذیر شناخته‌شده‌اند که از آن جمله می‌توان حتی به ویروس ایدز نیز اشاره کرد.[6]
در آینده از نانو‌ساختارهای فلزی خصوصاً نانوذرات نقره می‌توان در ابزارهای لیزری استفاده کرد. تشدید پلاسمون سطحی نانو‌ساختارهای فلزی، کاربردهای بسیار زیادی دارند. حضور نانوذرات نقره حتی در طول‌های پراکندگی بسیار ضعیف به خروجی‌ای با غلظت بالا منجر می‌شود. پلاسمون سطحی نقشی مهم در عملکرد لیزر ایفا می‌کند. در ساخت این‌گونه لیزرها نانوذرات نقره دو مزیت دارد: اولاً اینکه مدهای نوری جای گزیده در نزدیکی سطح نانوذرات نقره، منجر به ایجاد خروجی بالا برای لیزر می‌شود، دیگر اینکه خصوصیات پراکندگی، به شکل انعطاف‌پذیر، از طریق اندازه و شکل نانوذرات کنترل میشوند و در قیاس با نانوذرات دی الکتریکی، به شکل قابل‌توجهی در انتقال نور در سیستم‌های تصادفی سهیم هستند.[7]
تحقیقات متنوعی روی انواع میکروب‌ها از نظر اثرگذاری ذرات نانو نقره صورت گرفته است و تاکنون بیش از 600 نوع میکروب اثرپذیر شناخته‌شده‌اند که از آن جمله می‌توان حتی به ویروس ایدز نیز اشاره کرد.
دانشمندان اخیراً کشف کردند که شکل، رنگ و خواص نوری نانوذرات نقره را می‌توان ظرف چند دقیقه با روشی آسان و ارزان کنترل کرد. با تطبیق pH نانوذرات معلق در محلول، می‌توان به‌آسانی نانومنشورهای نقره را به نانوصفحه (Nanodisc) تبدیل کرد. این امر می‌تواند خواص پراش نور ذرات را برای کاربردهای ممکن افزایش دهد. یکی از کاربردهای کنترل شکل و رنگ در اندازه نانو که دانشمندان بیان کرده‌اند، افزایش اثرات SERS است؛ از آنجا که SERS قادر به پراکندگی نور در طول‌موج‌های مختلف را دارد، در کاربردهایی مثل تجزیه مواد و تقویت ارتباطات تلفنی استفاده می‌شود.[8]
در کل دو مکانیسم عمده نانو نقره‌ها عبارت‌اند از:
1- مکانیسم کاتالیستی: تولید اکسیژن فعال توسط نقره، این مکانیسم بیشتر در مورد کامپوزیت‌های نانو نقره‌ای صدق می‌کند که روی پایه‌های نیمه‌هادی مانند TiO2 یا SiO2 قرارگرفته می‌شود. در این وضعیت ذره مانند یک پیل الکتروشیمیایی عمل می‌کند و با اکسید کردن اتم اکسیژن، یون اکسیژن و با هیدرولیزکردن آب، یون OH- را تولید می‌کند که هر دو از بنیان‌های فعال و از قوی‌ترین عاملین ضد میکربی نیز می‌باشند.
2- مکانیسم یونی: دگرگون ساختن میکروارگانیسم به‌وسیله تبدیل پیوندهای SH- به Sag-
در این مکانیسم ذرات نانو نقره فلزی به‌مرورزمان یون‌های نقره از خود ساطع می‌کنند. این یون‌ها طی واکنش جانشینی، باندهای SH- را در جداره میکروارگانیسم به باندهای Sag- تبدیل می‌کنند که نتیجه آن واکنش تلف شدن میکروارگانیسم است.
برخی از خصوصیات نانوذرات نقره
1-تأثیر بسیار زیاد
2-تأثیر سریع
3-غیر سمی
4-غیر محرک برای بدن
5-غیر حساسیت‌زا
6-قابلیت تحمل شرایط مختلف (پایداری زیاد)
7- آب‌دوست بودن
8-سازگاری با محیط‌زیست
9-مقاوم در برابر حرارت
10-عدم ایجاد و افزایش مقاومت و سازگاری در میکروارگانیسم.
از دیگر قابلیت‌های نانو سیلور، اضافه شدن به الیاف، پلیمر، سرامیک، سنگ، رنگ و... بدون تغییر دادن خواص ماده است.
2-تأثیر سریع
3-غیر سمی
4-غیر محرک برای بدن
5-غیر حساسیت‌زا
6-قابلیت تحمل شرایط مختلف (پایداری زیاد)
7- آب‌دوست بودن
8-سازگاری با محیط‌زیست
9-مقاوم در برابر حرارت
10-عدم ایجاد و افزایش مقاومت و سازگاری در میکروارگانیسم.
از دیگر قابلیت‌های نانو سیلور، اضافه شدن به الیاف، پلیمر، سرامیک، سنگ، رنگ و... بدون تغییر دادن خواص ماده است.
پی نوشت
[1] M.Kundu, A.A.Khosravi, S.K.Kul karni, P.singh, synthesis and study of organically capped ultra small clusters of cadmium sulphid, journal of materials sience 32, 245D258, 1997.
[2] S.V Gaponenko, Optical properties of semiconductor nanocrystals, Cambridge uni, Press, 1998.
[3] AL.Efors
[4] AL. Efors and A.L Efors, Interband Absorption of light in a semicond.16,772,1982.
[5] Y. Wang, Non-linear optical properties of nanometer-sized semiconductor clusters, Acc.Chem.Res.24,1991,133-139.
[6] صفوی، بهاره، معجزه ذرات نقره در صنعت بسته‌بندی، روزنامه جام جم، شماره 2386، 36/6/87، صفحه 12.
[7] http://www.physorg.com/news132230400.html.1
[8] مجله nanotechnology، شماره ماه جولای، 2007.
منابع
M.Kundu, A.A.Khosravi, S.K.Kul karni, P.singh, synthesis and study of organically capped ultra small clusters of cadmium sulphid, journal of materials sience 32, 245D258, 1997.
S.V Gaponenko, Optical properties of semiconductor nanocrystals, Cambridge uni, Press, 1998.
AL.Efors
AL. Efors and A.L Efors, Interband Absorption of light in a semicond.16,772,1982.
Y. Wang, Non-linear optical properties of nanometer-sized semiconductor clusters, Acc.Chem.Res.24,1991,133-139.
صفوی، بهاره، معجزه ذرات نقره در صنعت بسته‌بندی، روزنامه جام جم، شماره 2386، 36/6/87، صفحه 12.
http://www.physorg.com/news132230400.html.1
مجله nanotechnology، شماره ماه جولای، 2007.
تاریخ : شنبه 98/2/14 | 6:23 عصر | نویسنده : مهندس سجاد شفیعی | نظرات ()
