نانوذرات و کاربرد آن در رفع آلودگی بیولوژیکی

نانوذرات و کاربرد آن در رفع آلودگی بیولوژیکی

فرمت: PPT   تعداد صفحات: 69

فهرست:

• مقدمه
• نانوذرات اکسید فلزی
• مقایسه تکنولوژی‌های رفع آلودگی بیولوژیکی
• فوم رفع آلودگی «Sandia Decon Formulation»
• اثرات ضد میکروبی نانو ذرات نقره
• پخش نانو ذرات رفع کننده آلودگی
• آشکارسازی توسط نانوسنسورها

انواع گسترده‌ای از حسگرهای زیستی در طی چند سال گذشته به بازار معرفی شده‌اند. این دستگاه ها نسبت به حضور و غلظت آنالیت واکنش داده و پاسخی قابل اندازه‌گیری تولید می‌کنند. نانو مواد و نانو ساختارهای جدید مانند نانوذرات، نانوکریستال‌ها، نانو لوله‌های کربنی، نانوالیاف و فیلم نازک بعنوان دستگاه های حسگر مشخص شده‌اند. امروزه در زمینه های مختلفی از جمله پزشکی، صنایع شیمیایی، صنایع غذایی، مانیتورینگ محیط زیست و تولید محصولات دارویی و بهداشتی از بیوسنسورها بهره می گیرند.

تعریف بیوسنسور: یک بیوسنسور را می توان به عنوان ابزاری که از تلفیق یک حسگر بیولوژیکی متصل به یک مبدل حاصل می شود، تعریف نمود.

در یک بیوسنسور، عنصر حسگر که به ماده ای بیولوژیکی پاسخ می دهد، دارای طبیعت بیولوژیکی است. این عنصر باید به نوعی مبدل متصل شود تا یک پاسخ قابل مشاهده با چشم را تولید کند. نانوساختارها در حسگرهای زیستی برای افزایش کیفیت و فعالیت بیومولکول های ساکن استفاده می‌شوند. خواص ابعادی، الکترونیک و شیمی سطح نانولوله‌های کربنی آنها را به موادی ایده‌ال برای استفاده در حسگرهای زیستی تبدیل نموده است. پیش‌بینی می‌شود که فناوری نانو موجب افزایش حساسیت حسگرها و تولید ارزان و خودکار آنها گردد و بتواند در آزمایشگاه و خارج از آن جهت آشکارسازی سریع مواد سمی و بیماریزا (پاتوژن) به کار رود.

رفع آلودگی بیولوژیکی به وسیله نانوذرات اکسید فلزی

در چند سال‌ اخیر یکی از روش‌های جدیدی که در زمینه کاربرد نانو در رفع آلودگی های بیولوژیکی مطرح شده، استفاده از حلال‌‌های واکنش‌پذیر جدید (نانو بلور‌های اکسید آلومینیوم و اکسید منیزیم/ آلومینیوم هستند که به وسیله یک ترکیب بوتوکسید آلومینیوم سه ظرفیتی، متوکسید منیزیم، تولوئن، متانول و آب تشکیل شده اند) می باشد. محققی به نام کنت ‌کلا‌بوند، در دانشگاه ایالت کانزاس آمریکا مشغول مطالعه شیمی بنیادی نانوذرات است. این مطالعات با حمایت اداره تحقیقات نیروی زمینی آمریکا و با هدف دستیابی به حلال‌‌های واکنش‌پذیر جدید با استفاده از نانوذرات انجام می‌شود. نانو ذرات در حقیقت ذرات ریزی هستند که از سطح مقطع بیرونی بزرگ و بالطبع قدرت واکنش‌پذیری زیادی برخوردار هستند.

اکسیدهای حاصله به صورت پودر‌هایی هستند که حاوی بلور‌هایی با ابعاد حدود ۲ نانومتر یا کمتر هستند. این بلور‌ها با استفاده از میکروسکوپ‌‌های الکترونی مورد مطالعه قرار گرفته و مشخص شده که از سطح مقطع بیرونی بزرگ و حجم کوچکی برخوردارند (۸۰۰ متر‌ مربع بر گرم در مورد اکسید ‌آلومینیوم و ۷۹۰ متر‌ مربع بر گرم در مورد اکسید منیزیم/ آلومینیوم). همچون اکسید‌های فلزی دیگر، وقتی اکسید‌های مذکور به صورت ذرات نانو در می‌آیند، واکنش‌پذیری آن‌‌‌ها بر‌مبنای هر واحد سطح افزایش می‌یابد. به نظر می‌رسد که این امر ناشی از تفاوت‌‌های ریخت‌شناسی باشد. بدین معنی که هر چه ابعاد بلور‌ها کاهش می‌یابد، تراکم سایت‌‌های واکنش‌گر بر روی سطح بیرونی افزایش می‌یابد.

حلال پودری که به‌ وسیله دستگاهی شبیه به اسپری‌کننده M۱۱ اسپری می‌شود

مزایای بکارگیری نانوذرات در رفع آلودگی بیولوژیکی

استفاده از نانو ذرات در رفع آلودگی از عوامل بیولوژیک مزایای زیادی دارد از جمله:

• آسانی پخش
• پایداری در هوا برای دوره‌های زمانی طولانی
• قابلیت پخش به روش‌های مختلف مانند مه، فوم، مایع و….
• طیف وسیعی از عوامل بیولوژیک و شیمیایی را رفع آلودگی می‌کنند
• برای پوست بدن و تجهیزات مضر نیست
• به آب نیاز ندارند یا به مقدار کمی از آب نیازمند هستند
• با مقدار کم این نانوذرات می‌توان مناطق وسیعی را رفع آلودگی نمود.

نانو کریستال های اکسید فلزات مرسوم نظیر MgO ، ‍‍CaO ، ZnO ، TiO_۲ ، Al_۲O_۳ و Fe_۲O_۳ کارآیی زیادی در رفع آلودگی دارند و جاذب‌های فعالی برای بسیاری از عوامل شیمیایی و بیولوژیک می‌باشند. مواد جذب شده از نظر شیمیایی غیرفعال شده و یک ماده غیر سمی بوجود می‌آید. به عنوان مثال نشان داده شده که نانوکریستال به صورت آئروسل MgO، با اندازه بسیار کوچک (حدود ۴ نانومتر) و سطح مقطع بزرگ خود (بیش از ۵۰۰ متر مربع در هر گرم)، سطح وسیعی را رفع آلودگی می نماید. استفاده از این اکسیدهای فلزی نانوکریستالی به شرایط وجود آب یا بخار آب محدود می‌شود. این اکسیدها تمایل به جذب آب دارند و به همراه آن آلودگی‌های مورد نظر را نیز جذب و غیرفعال می‌کنند. البته مقدار زیاد آب نیز می‌تواند جذب ماده سمی مورد نظر را کم و کارآیی ماده جاذب را کاهش دهد.

کربن فعال از ساختارهای گرافیتی تشکیل شده است که یک سطح نسبتاً قطبی را ارائه می‌دهد. کربن فعال استفاده‌های وسیعی برای جذب سیالات یا مواد مشابه آن دارد. البته کربن فعال نسبت به سطوح اکسید فلزات نانو کریستالی تمایل کمتری به جذب آب دارد. برای از بین بردن عوامل بیولوژیکی، نانو ذرات اکسیدهای فلزی که با کربن پوشیده شده‌اند مورد استفاده قرار می‌گیرد. اکسیدهای فلزی که برای این منظور انتخاب شده‌اند شامل MgO ، SrO ، BaO ، CaO ، TiO_۲ ، ZrO_۲ ، FeO ، V_۲O_۳ ، V_۲O_۵ ، Mn_۲O_۳ ، Fe_۲O_۳ ، NiO ، CuO ، Al_۲O_۳ ، SiO_۲ ، ZnO ، Ag_۲O و هیدروکسیدهای اینها و همچنین مخلوط های متعلق به این ترکیبات می‌باشند. نانو ذرات انتخاب شده برای رفع آلودگی از نظر هزینه، آسانی تهیه و کارآیی شامل Al ، Ca ، Mg ، Ti و Zn می‌باشند.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ کاربرد نانوسیلورها و نانو فیلتراسیون در کنترل آلودگی هوا

⇐ کاربردهای نانولوله های کربنی در حیطه آلودگی هوا

⇐ تصفیه هوا با کمک فناوری نانو و خود تمیز شونده ها (نانو فوتوکاتالیست ها)

⇐ نانو ذرات منتشره در هوای محیط زیست