نانوذرات و ویژگی­های آن­ها

یکی از عرصه‌های مهم نانوتکنولوژی تولید نانوذرات است. دو ویژگی مهم ذرات در مقیاس نانومتری کـه عبارت‌ است از:

• برای تحلیل خواص آن‌ها از قوانین و مبانی مکانیک کوانتومی استفاده می‌شود زیرا قـوانین فیزیـک کلاسـیک در مـورد آن‌ها دیگر کارایی لازم را ندارند.
• با کاهش اندازه ذرات، نسبت سطح به حجم سیستم زیاد می‌شود که باعث افـزایش سطح مؤثر و در نتیجه بهبود بازده فرایندهای فیزیکی و شیمیایی در سطح و افزایش حلالیـت آن‌ها می‌گردد.

همان طور که اشاره شد، یکی از خواص نانو ذرات بالا بودن نسبت سطح به حجم است. برای افزایش کارایی کاتالیست‌ها، می­توان میزان تماس را افزایش داد. بیشترین تأثیر نانو ذرات در کاتالیست و واکنش‌گرها است.

هنگامی‌که اندازه ذرات به مقدار بحرانی برسد، خواص ترمودینامیکی، مغناطیسی، مکانیکی، ساختاری، نوری و الکتریکی آن‌ها دچار تغییر و تابع اندازه‌شان می‌شود. برای مثال نقطه ذوب ذرات طلا با کوچک شدن اندازه کاهش می‌یابد. ذرات نیم رسانایی که شعاع آن‌ها از یک مقدار بحرانی کمتر باشد، خواص نوری متفاوت با حالت حجیم و تابع اندازه از خود بروز می دهند.

نانوذرات طلا و نقره

نانو ذرات فلزی از قبیل طلا، نقره و مس علاوه بر داشتن خصوصیات فیزیکی و شیمیایی بی‌نظیر، دارای خاصیت ضد میکروبی بالایی نیز می‌باشند و در صنایع داروسازی، پزشکی، زیست‌شناسی و حتی الکترونیک و اپتیک از اهمیت زیادی برخوردارند. طلا معمولاً به‌عنوان یک فلز بی‌اثر شناخته می‌شود ولی هنگامی‌که ‌اندازه آن در حد نانومتری می‌شود خواص آن کاملاً متفاوت می‌شود.

نانو ذرات فلزی به‌ویژه نانو ذرات طلا عوامل حرارتی هدفمندی هستند که کاربردهای فراوان در درمان‌های پزشکی و دارورسانی دارند و با دقت بسیار بالایی اثرات حرارتی در ابعاد زیرسلولی دارد. نانو ذرات طلا در طیف­سنجی رامان نیز به کار می­روند زیرا دارای خاصیت آشکارسازی می‌باشند. نانو ذرات طلا گاهی به‌عنوان کاتالیست کاربرد دارند و مونوکسید کربن را به دی‌اکسید کربن تبدیل کنند. نانو ذرات طلا به‌عنوان نانوکاتالیست در حذف آلاینده­ها با تمیز کردن گازهای خروجی خودروها شدت واکنش‌های شیمیایی مطلوب را افزایش می‌دهند. از دیگر کاربردهای نانوذرات طلا نابودی سلول­های سرطانی است.

نانوذرات نقره به عنوان مواد ضد باکتری کاربرد دارند. اثرات ضدمیکروبی نقره با تغییر در سایز آنها در سطوح نانو افزایش می یابد..فعالیت آنتی باکتریالی نانوذرات نقره در برابر عوامل بیماری زا توسط بسیاری از دانشمندان مطالعه شد و این ثابت شد که نانوذرات نقره سلاح های قدرتمندی در برابر این نوع از باکتری ها هستند.

تولید و سنتز نانوذرات طلا و نقره

امروزه تمایل به تهیه موادی با ابعاد نانومتری و مصرف آن‌ها، با توجه به خصوصیات صنعتی جالب این مواد، رو به افزایش است. یکی از روش­های تولید نانوذرات استفاده از روش­های شیمیایی است که معایب مربوط به خود را دارد از جمله: استفاده از مواد شیمیایی خطرناک و سمی بودن و آسیب‌های زیست‌محیطی حاصل از آن‌ها

نانوذرات طلا و نقره دارای اهمیت‌های زیستی و کاربردهای پزشکی هستند و بیشتر مورد توجه قرار گرفته‌اند اما روش‌های شیمیایی تهیه این نانوذرات بعث می­شود مقداری از واکنشگرهای سمی باقی بمانند. اصول شیمی سبز جایگاه ویژه‌ای در تولید نانوذرات در پژوهش‌ها دارند و بدین منظور انواع گوناگونی از سامانه‌های زیستی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بعضی از این روش­ها هزینه­‌های بالایی دارند و به همین دلیل کمتر مورد استفاده قرار می­گیرند. امروزه گیاهان و محصولات کشاورزی به‌عنوان منابع تجدیدپذیر و ارزان در جهت تهیه نانومواد زیستی مورد توجه قرار گرفته‌اند. از مزایای این روش می‌توان به غیرسمی بودن، زیست‌سازگاری، ارزانی و تولید نانوذرات با خلوص بالا اشاره کرد. با توجه به این مزایا، می‌توان نانوذرات سنتزشده در این روش‌ها را در کاربردهای زیستی از جمله نانوحسگرها به‌کار برد. گیاه‌پالایی و استفاده از عصاره و توده‌های زیستی گیاهان از جمله روش‌هایی است که از آن‌ها به‌عنوان بستر گیاهی برای تهیه نانوذرات استفاده می‌شود.

استخراج نانوذرات از طریق گیاه‌پالایی

گیاه‌پالایی یک فناوری جدید برای درمان و تصفیه مکان‌های آلوده (خاک و آب) است. در این روش از گیاهان برای پاکسازی یا کنترل انواع بسیاری از آلاینده‌ها  استفاده می‌شود. این روش را با عنوان فایتو‌مانینگ (Phytomining) شناخته می­شود.

این روش در مقایسه با روش‌های شیمیایی معمول مقرون‌به‌صرفه‌تر و سازگار با محیط‌زیست است و حتی می‌تواند، برخلاف روش شیمیایی، فلزها را در سطوح کم‌جذب و در بافت گیاهی جمع‌آوری کند. فایتو‌مانینگ طلا از سنگ معدن و لیچت (Leachate) در اندازه نانو یک روش مقرون‌به‌صرفه است. همچنین تشکیل نانوذرات نقره را در قسمت زنده نهال یونجه گزارش شده است.

تهیه نانوذرات از توده زیستی گیاهان

استفاده از توده‌های زیستی برای تولید نانوذرات روشی به‌نسبت ساده و مقرون‌به‌صرفه‌ است. زیست‌توده به‌دست‌آمده از گیاهان زنده یا مرده یک منبع انرژی تجدیدپذیر است که به‌طور معمول برای تولید برق، بیوگاز، سوخت، و غیره استفاده می‌شود. با استفاده از یونجه می‌توان از یون‌های طلا (III) در یک روش وابسته به PH نانوذراتی به اندازه ۱۰۰ نانومتر به دست آورد. همچنین تشکیل یون‌های نقره (I) توسط زیست‌توده یونجه از محلول آبی در یک روش وابسته به pH را گزارش شده است.

تهیه نانوذرات از عصاره گیاهان

بازیابی نانوذرات از بافت گیاهی خسته‌کننده و گران است و نیاز به آنزیم‌هایی برای تخریب بافت سلولزی گیاه دارد. از این رو، برای تهیه نانوذرات فلزی گوناگون استفاده از عصاره گیاهان در پردازش‌کم و مقیاس وسیع آسان‌تر است. برای اولین بار عصاره گیاه شمعدانی از برگ، ساقه، و ریشه برای تولید خارج سلولی نانوذرات طلا گرفته شد. از عصاره آلوورا نیز می‌توان نانوذرات نقره تهیه کرد