روش جدید سنتز الیاف ضد باکتری حاوی نانوذرات نقره

پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس با مطالعاتی که برروی الیاف پلی‌اتیلن آنتی‌باکتریال حاوی نانو ذرات نقره داشتند، موفق به ستنز این الیاف تحت فرآیند اولتراسونیک به روش غوطه‌وری شدند. محصول بدست آمده از این فرآیند از نظر اقتصادی مقرون به صرفه بوده و از دوام و کیفیت بالایی نیز برخوردار است.

این پژوهش با هدف طرح ساخت و بررسی کامپوزیت آنتی‌باکتریال پلی‌اتیلن-نقره تحت فرآیند اولتراسونیک انجام گرفته است که نتیجه آن محصولی با قیمت بسیار پایین، دوام بالا و کیفیت مطلوب بوده و به دلیل سهولت اجرا، راندمان بالا و داخلی بودن مواد اولیه، از نظر صنعتی توجیه اقتصادی بالایی داشته و توانایی رقابت با سایر نمونه‌های مشابه را داراست.

دکتر علی مرسلی استاد شیمی دانشگاه تربیت مدرس با همکاری دکتر امیررضا عباسی (پژوهشگر پسادکترای دانشگاه تربیت مدرس) و حمیده کلانتری (دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرری) با مطالعاتی که بر نحوه سنتز الیاف آنتی باکتریال حاوی نانو ذرات نقره داشتند، توانستند با روشی نوین این کامپوزیت را سنتز کنند.

روش استفاده شده در این کار تحقیقاتی، برخی معایب روش‌های قدیمی از جمله نیاز به اعمال فشار و دمای بالا و عدم دستیابی به پوشش‌های یکنواخت و نانومتری را نداشته و از لحاظ صرف انرژی نیز مقرون به صرفه است.

به گفته دکتر عباسی استفاده از فرآیند اولتراسونیک باعث تولید محصولاتی با مورفولوژی‌های جدید و به دنبال آن، ایجاد خواص جدید و ارتقای خواص قبلی می‌گردد. فرآیند تولید نانوذرات بر پایه‌ی محلول (روش اولتراسونیک) شامل رسوب جامد از یک محلول اشباع، تبدیل و احیای شیمیایی فاز مایع و تجزیه پیش‌سازهای شیمیایی به کمک امواج ماورای صوت است. این عملیات به خاطر سادگی، تنوع و تطبیق‌پذیری و قابلیت استفاده با مواد اولیه ارزان قیمت مورد توجه هستند.

در این کار تحقیقاتی، تهیه‌ی الیاف پلی‌اتیلن حاوی نانو ساختارهای نقره به وسیله‌ی نوعی روش خاص در محیط اولتراسونیک مورد بررسی قرار گرفت. در این روش، عوامل مختلف مانند غلظت مواد اولیه، دما، pH و حضور یا عدم حضور امواج فرا صوت و شدت آن در شکل‌گیری و تثبیت نانو ذرات ساختارهای فلزی روی الیاف مورد نظر ارزیابی شدند. پس از تهیه و تثبیت نانو ذرات بر الیاف، با بررسی اثرات ضد عفونی کننده الیاف و شرایط مختلف ساخت در توانایی و میزان خاصیت آنتی باکتریال الیاف، شرایط بهینه ارائه گردیده است. این بررسی‌ها که با استفاده از روش دیسک دیفیوژن در حضور برخی آنتی‌بیوتیک‌های استاندار انجام گرفته است، میزان خاصیت آنتی‌باکتریالی این الیاف را تابع اندازه و غلظت عوامل ضد باکتری معرفی کرده است.

به گفته دکتر عباسی گروه‌های عاملی کربوکسیلیکی یا هیدروکسیلی موجود در ساختار شیمیایی لیف مسئول به دام انداختن و برهم‌کنش شیمیایی با کاتیون‌های فلزی نقره می‌باشند که پس از برقراری اتصال شیمیایی بین سطح لیف با یون نقره، هسته‌ی اولیه‌ی ساختارهای فلزی بر سطح لیف تشکیل شده و سپس رشد خواهند کرد. پیش‌بینی می‌شود که حضور این امواج باعث کاهش اندازه نانوذرات ساختارهای فلزی در سطح لیف می‌شود.

او در ادامه افزود: «نمونه‌های متفاوتی تحت تاثیر حلال‌های مختلف مانند: اتیلن گلیکول (EG)، اتیلن آمین (EA) و پروپانل خطی تهیه شدند. مشاهدات نشان دادند که کاهنده‌ی قوی، سرعت واکنش را افزایش داده و از این رو باعث کاهش میانگین اندازه‌ی نانوذرات می‌گردند. اتیلن گلیکول نیز نه تنها یک عامل کاهنده‌ی قوی است، بلکه با ایجاد لنگر و اتصال لیف با کاتیون فلزی، میزان پوشش لیف از نانو ذرات را نیز افزایش می‌دهد. به طوری که نتایج آزمایش‌های انجام گرفته در غیاب EG حاکی از آن است که الیاف تهیه شده الیافی با پوشش‌های کم است. موفولوژی و اندازه‌ی نانوذرات نیز به عواملی مانند دما، زمان واکنش و قدرت امواج سونوشیمی ارتباط داده شده است. با افزایش دما، ذرات کوچک‌تر ناپایدار شده و انحلال آن‌ها افزایش یافته و با رسوب بر روی ذرات بزرگ‌تر، باعث افزایش رشد نانو ذرات می‌گردند. از این رو افزایش دما در شرایطی باعث افزایش اندازه‌ی نانوذرات می‌گردد. همچنین حضور امواج اولتراسونیک نیز باعث کاهش اندازه ذرات تشکیل شده بر سطح لیف می‌گردد. چراکه تابش این امواج مانع از نزدیکی ذرات به یکدیگر و تشکیل ذرات بزرگ تر می‌گردد.»

کامپوزیت‌های تهیه شده به دلیل رویکرد آنتی‌باکتریال و الیافی‌بودن آن‌ها از کاربردهای متنوعی برخورداراند. دکتر عباسی در این رابطه افزود: «کامپوزیت تهیه شده توانایی به کارگیری در مصارف آنتی باکتریال، ضد قارچ و کپک، تهیه مستربچ حاوی نانو ذرات فلزی جهت صنایع پلی مری، به عنوام کالیزور هتروژن در صنایع شیمیایی، تهیه انواع پوشاک خانگی، بیمارستانی و کاری، تجهیزات بیمارستانی مانند انواع چسب‌های زخم، باند، ملحفه‌ی بیمار و لباس کارکنان و پزشکان، البسه‌ی نظامی ویژه شرایط سخت و آلودگی‌های زیستی، البسه‌ی مورد استفاده در اکتشافات فضایی و صنعت نساجی کشور را دارند.»

نتایج این کار تحقیقاتی که بخشی از پایان‌نامه‌ی کارشناسی ارشد خانم حمیده کلانتری بوده است، در مجله Ultrasonics Sonochemistry (شماره ۴، جلد ۱۹، July سال ۲۰۱۲) منتشر شده است. علاقمندان می‌توانند متن مقاله را در صفحات ۸۵۳ الی ۸۵۷ همین شماره مشاهده نمایند.