فناوری نانو در پوشرنگ‌های ضدباکتری

بنابراین نانو­فناوری به بحث درباره تغييرات خواص مواد هنگامي­كه اندازه ذرات كوچكتر از    100 نانومتر است، مي‌پردازد.

از دیرباز تا کنون پوشرنگ‌ها به عنوان پوشش محافظ یا تزئینی بر روی سطوح مختلف به‌کار رفته‌اند و در سالهای اخیر با پیشرفت‌ فناوری نانو در صنایع مختلف، از جمله صنعت پوشرنگ شاهد پیشرفت‌های جالبی در این زمینه و تولید انواع پوشرنگ‌ها با کیفیت‌ها و با قابلیت‌های متنوع بوده‌ایم.

نمونه‌ای از کاربرد فناوری نانو در صنعت پوشرنگ استفاده از پوشرنگ­های ضدباکتری می‌باشد.

با توجه به اینکه يكي از مهمترين عوامل ایجاد بيماري‌ها، انتقال آلودگی از سطوح ديوارها، كف ساختمان‌ها و سطوح تجهيزات مراکز تفریحی و عمومی می‌باشد، بنابراین به کمک نانو­تکنولوژی و استفاده از پوشرنگ‌های ضدباکتری بر روی سطوح، می‌توان از ایجاد و انتشار باکتری‌های بیماری‌زا جلوگیری کرد.

مفهوم ضدباکتری

به‌ طور کلی پوشرنگ پوش  و پوشش‌هاي آنتي ­باکتریال (ضد باکتری) به آن دسته از مواد اطلاق مي‌گردد كه به­صورت ذاتی، توانایي كنترل عوامل بيماري‌زا را دارا مي‌باشند.

دلیل استفاده از پوشرنگ پوش آنتی باکتریال

به‌ دلیل گسترش روز­افزون جمعیت ساکن بر روی کره زمین و در پی آن رشد بسیار سریع بیماری‌ها و باکتری‌های بیماری­زا، محققان در تلاش‌اند تا با استفاده از راهبردهای پیشگیرانه مانع از بروز بیماری شوند.

از نانومواد در ساخت پوشرنگ‌های دارای قابلیت ضد­میکروب یا ضد­باکتری استفاده می‌شوند.

در سالیان اخیر محققان موفق به شناسایی نانو­ذرات فلزی با خاصیت ضدباکتری شده‌اند، این ترکیبات می‌توانند از رشد و نمو باکتری­ها و قارچ ها و دیگر عوامل بیماری­زا جلوگیری کنند.

در ساخت پوشرنگپوشپوشرنگ‌های آنتی­باکتریال از ابتدا نانو­ذرات فلزی را با رزين و افزودنی­های مورد­نظر مخلوط و خاصیت ضد­میکروبی به پوشرنگ می­دهند.

کاربرد نانو­تکنولوژی در صنعت پوشرنگ ها باعث افزایش کیفیت پوشرنگ پوش و کاهش حجم مصرف در مساحت مشخص می‌شود.

تفاوت عمده بین روش‌های سنتی ضد­عفونی­ کننده و روش‌های مبتنی بر فناوری نانو

بر خلاف پوشش‌های­ ضدباکتری، روش متداول برای مبارزه با قارچ­ها و میکروب‌ها در ساختمان استفاده از اسپری‌ها و دیگر انواع آفت‌‌کش‌هاست که به‌دلیل وجود ساختار شیمیایی به مرور در فضا آزاد­شده و به محیط زیست و بدن انسان آسیب می‌رسانند. 

بر­خلاف روش متداول برای مبارزه با قارچ­ها و میکروب‌ها، با کمک فناوری نانو یک ویژگی ضد­باکتری ذاتی در سطوح ایجاد می­­ شود که با شست و­ شو یا مواد شوینده از بین نمی‌روند.

گستره كاربردي پوشرنگ‌هاي آنتي ­باکتریال 

 بيمارستان‌ها، درمانگاه‌ها، مطب‌ها و مراكز درماني

 آشپزخانه‌ها و اتاق كودكان

سالن‌هاي ورزشي، استخرها، حمام­ها و سونا

 مدارس، دانشگاه‌ها، مراكز آموزشي، تفريحي و عمومي

 كارخانجات توليد مواد غذائي، انبار‌ها و سردخانه‌ها

شکل 1: نمونه‌ای از کاربرد پوشرنگ‌ها وپوشش‌های ضدباکتری

مزیت پوشرنگ‌ها و پوشش‌های ضدباکتری

ايجاد سطوح پاك و عاري از آلودگي بصورت دائمي

جلوگيري از رشد، گسترش و انتقال بيماري‌ها

جلوگيري از رشد و گسترش انواع سرطان‌ها به‌واسطه رشد روزافزون به‌كارگيري مواد شيميایي

كمك به بهداشت و سلامت فردي و عمومي وكمك به بهسازي محيط زيست

كاهش هزينه‌هاي پاكسازي و ضدعفوني­کردن محيطي

ايجاد پاك­ترين، ايمن‌ترين و مدرن­ترين فضاها در دنيا

 نانو­ذرات فلزی با خاصیت ضد­میکروبی
 

1-نانو­ذرات نقره 

از دیرباز، از نقره به‌عنوان ماده دارویی و نگهدارنده مواد استفاده ‌شده است. امروزه هم می‌توان از اثر ضد­باکتری نقره برای مقابله با بیماری‌ها و آلودگی‌ها استفاده کرد، اما در مقیاسی بسیار کوچک‌تر و با عملکردی کنترل شده‌تر.

نانو ­ذرات نقره، یکی از پرکاربرد‌­ترین ذرات در حوزه نانو­فناوری‌اند که به دلیل داشتن خصوصیات ضد­میکروبی مشهور بوده و به عنوان یک کاتالیست قادرند  بیش از 650 گونه باکتری، ویروس و قارچ را نابود سازند.

نقره در ابعاد بزرگتر، فلزی با خاصیت واکنش‌دهی کم می‌باشد، ولی زمانی‌که به ابعاد کوچک در حد نانومتر تبدیل می‌شود خاصیت میکروب­کشی آن بیش از 99 درصد افزایش می­یابد.

بررسی­ها نشان م ی­دهد که خاصیت ضد­میکروبی نانو­ذرات نقره در پوشرنگ‌ها، تا اندازه­ای بوده که حتی باکتری­ها و حشراتی که در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها مقاومند (مانند استافیلوکاکس[1]، آروس[2]، ام.آر.اس.ای[3])، نتوانسته‌اند در برابر این نانو­ذرات مقاومت کنند.

ساز­و­کار ضدباکتری نانو­ذرات نقره 

فرایند کاتالیستی: به فرایند تولید اکسیژن فعال در کامپوزیت¬های نانو¬نقره که روی پایه های نیمه هادی مانند TiO2 یا SiO2 قرار گرفته اند، اطلاق می¬شود. در این وضعیت ذره مانند یک پیل الکتروشیمیایی عمل میکند و با اکسیدکردن اتم اکسیژن و هیدرولیزکردن آب، بهترتیب یونهای اکسیژن (O^(2-) ) و هیدروکسید (OH) را تولید می¬کند که هر دو از فعال¬ترین و قوی¬ترین عوامل ضدمیکروبی می باشند.

فرایند یونی: دراین فرایند ذرات نانونقره فلزی به مرور زمان یون­های نقره از خود ساطع می کنند. این یونها طی واکنش جانشینی، باندهایSH- را به باندهای -SAg تبدیل می کنند (پیوندهای دی سولفیدی در دیواره باکتری نقش حفاظتی را در مقابل واکنش های اکسایش ایفا می‌کنند.

اما حضور یون‌های نقره در طی واکنش جانشینی سبب تبدیل باندهای S-H به سولفید نقره در جداره باکتری شده و در نتیجه، موجب از بین رفتن آن‌ها می‌شود).

 به علت افزایش سطح ذرات نقره در ابعاد نانو، تمایل یون­های مثبت این ذرات برای اتصال با میکرو­ارگانیسم‌های دارای بار منفی بیشتر می‌شود که این ساز­و­کار به تخریب غشای سلولی میکروارگانیسم می‌انجامد (دیواره سلولی باکتری حاوی مقادیر زیادی بار منفی است).

در بعضی از میکروارگانیسم‌هایی که تنفس آن‌ها به‌وسیله آنزیم‌ها صورت می‌گیرد نانو­ذرات نقره با از بین بردن آنزیم‌ها، مکانیسم تنفسی میکروارگانیسم را مختل می‌کنند و باعث مرگ آن‌ها می‌شوند.

شکل 2: ویژگی ضد باکتری بودن نقره به علت انتشار آرام و آهسته، اما مداوم یون های نقره است. ‌

نسبت سطح به حجم بسیار بالای ذرات نقره سبب می شود که یون­ها به سهولت منتشر شده و با سرعت بیشتر و به شکل موثرتری میکروب­ها را بکشند.

همچنین وجود نقره سبب می­شود که دیواره و غشاء سلولی میکروب ها سست و ناپایدار گردد که این ناپایداری غشای سلولی به معنی مرگ زودرس میکروب خواهد بود.

منبع: سیرنگ دانه ناژین