تهیه نانوذرات طلا

دهمین دوره از پروژه های دانش آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پر شور شما دوستان و علاقمندان به پایان رسید اما کار ما هنوز تمام نشده است! این دوره نیز همچون سال های گذشته دوستان بسیاری با ثبت طرح ها و ایده های خلاقانه خود در منوی "پیشنهاد موضوع" ما را در ارتقای تنوع پروژه ها یاری نموده‌اند. هم چون گذشته بر آن شدیم تا با گردآوری این ایده های جالب، علاوه بر قدر دانی از این دوستان نوآور، زمینه ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقمند فراهم آوریم. فراموش نکنید که ما همیشه منتظر طرح های جدید شما عزیزان هستیم.

نام ایده: تهیه نانوذرات طلا و بررسی کاربرد آن ها
نام ارائه دهنده/دهندگان: زینب طاهرخانی، زینب امانی، ریحانه معلم
زمینه و نوع پروژه: انوتکنولوژی
درجه سختی: متوسط
نام مدرسه: دبیرستان رفاه (دوره اول)

نانو ذرات طلا به عنوان یکی از مواد پرکاربرد در حوزه هایی نظیر حسگری، کاتالیست و رهاسازی دارویی شناخته می شود. چالش هایی در مسیر اطلاع از ساختار اتمی و درک بنیادین از خواص فیزیکی و شیمیایی این نانوذرات وجود دارد.

از کاربردهای مورد انتظار نانوذرات طلا می توان به ایجاد سامانه های دارورسانی بسیار دقیق و عوامل تصویربرداری تشخیصی اشاره کرد. طلا غیرسمی بوده و می توان آن را به شکل ها و اندازه های مختلفی درآورد.

این فلز به‌خودی خود فعالیت زیستی بالایی ندارد، اما می توان آن را به‌عنوان مثال با مولکول های دارویی یا عوامل هدفگیر، عامل دار کرد تا بتوانند در نواحی اطراف تومور سرطانی جمع شوند. نانو ذرات طلا به‌طور معمول روکش‌دهی می شوند تا از توده‌ای شدن آن ها و دفع سریع توسط سامانه ایمنی بدن جلوگیری شود. ترکیب، چگالی و پایداری این روکش تأثیر بسیار زیادی بر زیست‌ سازگاری و ایمنی این نانومواد داشته و کارایی آن ها به‌عنوان سامانه رسانشی تعیین می کند. درک این عوامل از طریق تعیین مشخصات نانوذرات می تواند به محققان در طراحی و تولید نانو مواد بهتر کمک کند.

نانو ذرات طلا و کاربردهای آن

با توجه به مطالب فوق مشخص است که تغییر خواص فیزیکی مواد با آرایش اتمی، اندازه جامد (در یک، دو و سه بعد) و ترکیب شیمیایی آن ها ارتباط مستقیمی دارد. از گذشته نیز اثر ذرات کوانتومی روی خواص مواد مورد بررسی قرار گرفته بوده است.

درکنار افزایش مطالعات بر روی خواص فیزیکی نانو ذرات به روش های مختلف سنتز نانوذرات فلزی توجه ویژه‌ای شد به‌ویژه در زمینه هسته‌گذاری، رشد بلور و انباشتگی ذرات.

در این پروژه تهیه نانو ذرات فلزی طلا مورد اهمیت بوده است که از محلول حاصل از اسیدشویی که در مرحله نهایی طلا به‌دست آمده ، به ذرات نانو تبدیل می شود. نانو ذرات طلا در وسایل نوری و الکترونیک و بیوشیمی، بیوتکنولوژی کاربرد فراوان دارند.

نانو ذرات طلا برای تولید الکترود با حساسیت و قابلیت انتخابی بالا برپایه خودآرایی نانو ذرات طلا و همچنین نشاندن ذرات طلا روی الکترود از طریق پیوندهای کووالانسی یا الکتروستاتیکی یا الکتروشیمیایی بررسی شده‌اند. به‌طور کلی نانو ذرات در الکتروشیمی به علت خواص فیزیکی و شیمیایی خود مورد استفاده قرار گرفته‌اند همچنین استفاده از الکتروشیمی در نانو تکنولوژی بسیار مورد توجه بوده است.

هدف دانش آموزان از پژوهش حاضر تحقیق درباره نانوذرات طلا و کاربردهای آن، ساخت محلول نانو طلا و در مرحله آخر آزمایش محلول نانو طلا بر روی باکتری اشریشیا کلی است.

لذا آن ها برای تهیه نانو ذرات طلا از نمک طلا و سدیم سیترات تحت گرما استفاده کردند. آن ها پس از ساخت محلول نانوطلا ابتدا باکتری دندان را کشت دادند و اثر آن که همان خواص آنتی باکتریال و ضد عفونی کننده بود را بر روی باکتری مشاهده نمودند. سپس محلول خود را بر روی باکتری اشریشیا کلی آزمایش نمودند.

به طور کلی دانش آموزان به این نتیجه دست یافتند که نانوذرات طلا می توانند سامانه های دارورسانی بسیار دقیق ایجاد کنند و عوامل تصویربرداری تشخیصی باشند. یکی از خواص نانو ذرات نسبت سطح به حجم بالای این مواد است. با استفاده از این خاصیت می توان کاتالیزور های قدرتمندی در ابعاد نانو متری تولید کرد.

این نانو کاتالیزورها راندمان واکنش های شیمیایی را به‌شدت افزایش داده و همچنین به میزان چشمگیری از تولید مواد زاید در واکنش ها جلوگیری خواهند کرد. به‌ کارگیری نانو ذرات در تولید مواد دیگر می تواند استحکام آن ها را افزایش دهد و یا وزن آن ها را کم کند. مقاومت شیمیایی و حرارتی آن ها را بالا ببرد و واکنش آن ها را در برابر نور و تشعشعات دیگر تغییر دهد.

با استفاده از نانو ذرات نسبت استحکام به وزن مواد کامپوزیتی به‌شدت افزایش خواهد یافت. اخیراً در ساخت شیشه ضدآفتاب از نانو ذرات اکسید روی استفاده شده است.

استفاده از این ماده علاوه بر افزایش کارایی این نوع شیشه ها عمر آن ها را نیز چندین برابر کرده است. از نانو ذرات همچنین در ساخت انواع ساینده ها رنگ ها و لایه های محافظتی جدید و بسیار مقاوم برای شیشه ها و عینک ها (ضدجوش و نشکن) کاشی ها و در حفاظ های الکترومغناطیسی شیشه های اتومبیل و در پنجره استفاده می شود.

پوشش های ضدنوشته برای دیوار ها و پوشش های سرامیکی برای افزایش استحکام سلول های خورشیدی نیز با استفاده از نانو ذرات تولید شده‌اند. وقتی اندازه ذرات به نانومتر می رسد یکی از خواصی که تحت تأثیر این کوچک شدن اندازه قرار می گیرد تأثیرپذیری از نور و امواج الکترومغناطیسی است. با توجه به این موضوع اخیراً چسب هایی از نانو ذرات تولید شده‌اند که کاربرد های مهمی در صنایع الکترونیکی دارند.

مهارت های کسب شده

1. یادگیری روش های سنتز نانوذرات
2. تهیه نانوذره طلا
3. یادگیری کاربردهای نانوذره طلا
4. کاربرد نانوذره طلا در حسگرهای زیستی
5. بررسی ویژگیهای آنتی باکتریال نانوذرات طلا

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه: مهدی رحمانی

تنظیم: نسرین صادقی