قابلیت تولید نانوذره نقره به کمک بافت‌های مختلف گیاه انار، جلسه اول
هزینه برآوردی: متوسط
سطح دشواری: متوسط
مقدمه
خواص نانوذرات نقره (Silver nanoparticles )
نقره یکی از فلزاتی است که کاربردهای بسیاری در صنایع مختلف دارد. این فلز با ارزش، زمانی که ابعادش کوچک و کوچک‌تر می‌شود خواصش بیشتر و بیشتر می‌شود. نقره وقتی به ابعاد نانو m)9-10( در می‌آید یعنی وقتی یک میلیون بار از تار موی شما نازک تر می‌شود، 99% به واکنش پذیری اش افزوده می‌شود. در ابعاد نانو حتی رنگ ذرات نقره نیز تغییر می‌کند! شاید برایتان جالب باشد بدانید که نانو ذرات نقره با ابعاد 40 نانومتری به رنگ آبی پر رنگ، نانو ذرات نقره‌ی 80 نانومتری آبی کم رنگ و نانو ذرات نقره ی 120 نانومتری زرد رنگ هستند! رنگ هایی که ما در ابعاد بزرگتر هیچ‌گاه در نقره مشاهده نمی‌کنیم.
از دیگر خواص این ذرات که باعث شده به سنتز آن توجه ویژه شود، خاصیت میکروب‌کشی است. این فلز در ابعاد بزرگتر، فلزی با خاصیت واکنش دهی کم است، ولی زمانی که به ابعاد کوچک در حد نانومتر
m)9-10( تبدیل می‌شود، خاصیت میکرب کشی آن بیش از 99 درصد افزایش می‌یابد، به حدی که می‌توان از آن جهت بهبود بیماری های پوستی و جوش صورت، انواع جراحات و سوختگی‌ها، بیماری های باکتریایی و قارچی، بیماری های گوارشی و غیره استفاده کرد. نقره در ابعاد نانو بر متابولیسم، تنفس و تولید مثل میکروارگانیسم‌ها اثر‌می‌گذارد. تاکنون بیش از 650 نوع باکتری شناخته شده را از بین برده است. این در حالی است که نقره به خودی خود فاقد این خاصیت است و یا بسیار قدرت کمی دارد. این خاصیت دوگانه ذرات نانو در مقایسه با ذرات ماکروی نقره به دلیل اثر افزایش سطح نانوذرات و در نتیجه افزایش واکنش‌پذیری ماده است.
از خاصیت میکروب کشی این ذرات در تولید محصولات بسیاری از سوی دانشمندان و مخترعان استفاده شده است؛ در زیر به بعضی از آنها اشاره شده است:
- بسته بندی مواد غذایی برای تازه و بهداشتی نگه داشتن آن
- الیاف و لباس هایی با خاصیت ضدعفونی کنندگی
- لوازم آرایشی و بهداشتی ازجمله مسواک، برس سر، صابون، خمیردندان و دستمال کاغذی
- دستگاه تصفیه کننده آب و فاضلاب و دستگاه تهویه هوا
- لوازم خانگی ازجمله یخچال، ماشین لباس‌‌شویی و ماشین ظرف شویی
- اسباب بازی کودکان و وسایل نوزادان از جمله شیشه شیر بچه
- رنگ های ضد میکروبی
- استفاده در کشاورزی و باغبانی به منظور دفع آفات میکروبی
1- اثرگذاری شدید و سریع
3- غیر محرک بودن
4- غیر حساسیت زا بودن
5- قابلیت تحمل شرایط سخت مختلف (پایداری زیاد)
6- آب دوست بودن
7- سازگاری با محیط زیست
8- مقاوم بودن در برابر حرارت
9- عدم ایجاد مقاومت و افزایش سازگاری در میکروارگانیسم‌ها
از دیگر قابلیت های نانو ذرات نقره، قابلیت اضافه شدن به الیاف، پلیمر، سرامیک، سنگ، رنگ و... ، بدون تغییر دادن خواص ماده است.
مکانیسم نانو ذرات نقره برای از بین بردن میکروب‌ها
1- تولید اکسیژن فعال توسط نقره: این مکانیسم بیشتر درمورد کامپوزیت های نانو نقره‌ای صدق می‌کند که روی پایه های نیمه هادی مانند TiO2 یا SiO2 قرار گرفته‌اند. 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 قوی ترین عاملین ضد میکربی نیز هستند.
2- دگرگون ساختن میکروارگانیسم به وسیله تبدیل پیوند‌های
SH¯ بهSAg¯. دراین مکانیسم ذرات نانو نقره فلزی به مرور زمان یون های نقره از خود ساطع می‌کنند. این یون‌ها طی واکنش جانشینی، باندهای SH¯ را در جداره میکروارگانیسم به باندهای SAg¯ تبدیل می‌کنند، که نتیجه این واکنش، تلف شدن میکروارگانیسم است.
3- تخریب الکتروشیمیایی غشا و دیواره‌ی سلولی
4- تأثیر بر روی مکانیسم انتقال الکترون و تنفس سلولی
5- اثر بر روی مولکول DNA
روش‌های دستگاهی تولید نانوذره
به طور کلی واکنش های شیمیایی برای تولید نانوذرات می‌تواند در هریک از حالات جامد، مایع و گاز صورت گیرد. برای هر یک از این حالات مثالی در ادامه آمده است:
حالت جامد- روش آلیاژ‌سازی مکانیکی
طی این فرایند ذرات پودری خام در اندازه‌ی چند میکرون تحت یک تغییر شکل شدید قرار می‌گیرند. آسیاب‌های گلوله ای سیاره‌ای (Planetary ball mill) یکی از انواع آسیاب های متداول در آلیاژ‌سازی مکانیکی هستند که تا چند صد گرم پودر را در هر بار آسیاب می‌کنند. این نوع آسیاب شامل دو تا چهار محفظه است که روی یک دیسک نصب شده‌اند. محفظه ها حول محور عمودی خود و دیسک در جهت مخالف آن دوران دارد و ضمن این حرکات نانوذرات تولید می‌شوند.
حالت مایع- فرایندهای شیمیایی مرطوب (Wet Chemical Synthesis)
فرایندهای تولید نانوذرات بر پایه‌ی محلول شامل رسوب جامد از یک محلول اشباع، تبدیل و احیاء شیمیایی فاز مایع و تجزیه پیش سازهای شیمیایی به کمک امواج ماوراء صوت است.
حالت گاز- روش رسوب فیزیکی بخار (Physical Vapor Deposition (PVD))
در این روش اتم ها از سطح ماده منبع توسط وسایل حرارتی یا الکتریکی کنده می‌شوند. بعد از عملیات تبخیر، عملیات چگالش بخارات تشکیل شده صورت می‌گیرد هرچه این مرحله سریع تر انجام شود، اندازه ذرات کوچک تر می‌شود.
و اما روش های زیستی...
همان‌طور‌که در بالا آمده است تولید نانوذرات با روش های شیمیایی و مکانیکی نیازمند دستگاه های پیشرفته است و با صرف هزینه و انرژی انجام می‌شود. اما امروزه دانشمندان ثابت کرده‌اند که برخی از سیستم های زیستی نیز قادر به تولید نانو ذرات هستند که این روش، علاوه بر هزینه کم، آلودگی زیست محیطی کمتری نیز در پی دارد. برای مثال می‌توان نانوذرات سولفید کادمیوم را با استفاده از باکتری کلبسیلا آئروجینز و مخمرها تولید کرد. باسیلوس سوبتیلیس نیز قادر به تولید نانوذرات طلا و تیوباسیلوس فرواکسیدانس قادر به تولید نانوذرات نقره هستند.
علاوه بر میکروارگانیسم‌ها برخی از گیاهان نیز می‌توانند نانوذراتی برای ما تولید کنند. به عنوان مثال گونه‌ای از اكالیپتوس نانوذره طلا، گیاه پیچک نانو ذره طلا و نقره و درخت انار نانوذره نقره تولید می‌کند.
آینده‌های شغلی یك زیست‌شناس ـ متخصص نانوبیوتكنولوژی
این شاخه از علم ارتباط تنگاتنگی با علومی همچون زیست‌شناسی، پزشكی و داروسازی دارد. از آنجا كه علم نانو بیوتكنولوژی علمی جدید است متخصصین این رشته در درجه اول در مراكز تحقیقاتی مشغول به‌كار می‌باشند تا بتوانند در مقیاس نانو، باعث بهبود عملكرد سیستم‌های زیستی و داروسازی هدفمند گردند.
مطالب مرتبط:
قابلیت تولید نانوذره نقره به کمک بافت‌های مختلف گیاه انار، جلسه اول
قابلیت تولید نانوذره نقره به کمک بافت‌های مختلف گیاه انار، جلسه دوم
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه: مهبان رحیمی فرد
تنظیم: زینب شاه مرادی
