سطوح آنتی باکتریال و کاربرد آن در ساختمان
افزودنی های روکش ها در مقیاس نانومتری طراحی می شوند، تا اجزای ضد میکروبی در سطح تماس هوا قرار گرفته و بهترین برهمکنش را با عوامل بیماری زا داشته باشند. این افزودنی ها حاوی مقدار بسیار کمی اجزای ضدمیکروبی هستند. میزان تاثیر این مواد به میزان سطح تماس آنها با محیط وابسته است. در این حالت آلودگی و مواد روغنی روی سطح، با تابش نور خورشید به سطح تجزیه شده و از بین می رود. این ماده می تواند دی اکسید تیتانیوم باشد .
شکل ۱ – خوراکی ها مناسب ترین محل برای رشد میکروب ها و انتشار آلودگی هستند.
شکل ۲ – بیمارستان ها یکی از مراکز مهم در انتشار بیماری هاست.
خود تمیزشوندگی: پوشش های فوتوکاتالیستی از بلورهایی تشکیل شده اند که در مقابل نور خاصیت خود پاک کنندگی پیدا می کنند. علاوه بر این، دی اکسیدتیتانیم ابرآبدوست می باشد و باعث می شود تا مولکول های آب بر روی کل سطح گسترده می شوند و زمانی که جریان پیدا کردند آلودگی ها را از روی سظح کنده و با خود می برند.
تصفیه هوا: اکسیژن های مولکول دی اکسیدتیتانیوم با آب موجود در هوا واکنش داده و رادیکال های OH- آزاد شده باعث تجزیه NOx های موجود در آلودگی هوا می گردد، آنها را به HNO3 بی ضرر تبدیل می کنند. جالب توجه اینکه ظرفیت تصفیه هوای۱۰۰۰ مترمربع از کاشی های پوشیده شده با فوتوکاتالیست، معادل ظرفیت تصفیه هوای ۷۰ درخت صنوبر است.
محققان دانشگاه New South Wales استرالیا، پوششی را تولید کرده اند که با استفاده از آن، نظافت سرویس¬های بهداشتی به کاری بسیار آسان تبدیل می شود. محققان مرکز نانومواد کاربردی این دانشگاه امیدوارند با استفاده از پوشش نازکی از ذرات دی اکسیدتیتانیوم بتوان سرویس های بهداشتی را همیشه تمیز نگه داشت.
در اغلب خواص سطحی، نحوه تر شوندگی سطح، نقشی برجسته-ای در خواص نهایی ایفا می کند. ترشدن یک سطح وابسته به کشش سطحی میان مایع ترکننده، جامد ترشونده و فاز گازی اطراف آن است. علاوه بر این سه عامل، که توسط برهمکنش های مولکولی ایجاد می شوند، زبری سطح یا ساختارهای خاص سطحی، نقشی کلیدی در پدیدة ترشدن دارند.
شکل ۳ – مقایسه سطوح مختلف از نظر آبدوستی و آبگریزی
از نظر شیمیایی می توان سطوح را به دو دستة فعال و بی اثر (غیرفعال) تقسیم بندی کرد. سطوح آبدوست به طور معمول تمایل بیشتری به ایجاد پیوند با مواد جذب شده دارند و سطوح آبگریز تمایلی به ایجاد چنین پیوندی ندارند. متأسفانه بسیاری از مواد فنی مناسب، همانند شیشه و فلز، در دسته آبدوست ها قرار می گیرند. این سطوح به دلیل انرژی سطحی بالایشان به آسانی لکه می گیرند. انرژی سطحی یک فلز تمیز بسته به میزان تمیز بودن آن به راحتی به ۱۰۰۰ میلی نیوتون بر متر می رسد (انرژی سطحی آهن حدود ۲۵۰۰ میلی نیوتون بر متر است) در مقابل، انرژی سطحی تفلون تنها معادل ۱۸ میلی نیوتون بر متر است. به همین دلیل، تلاش های زیادی برای کاهش کشش سطحی سطوح مختلف صورت گرفته است. خاصیت ابرآبگریزی، اصطلاحاً به اثر نیلوفر آبی ( lotus effect ) معروف است. این خاصیت در برگ گل نیلوفر آبی به دلیل وجود برجستگی های فوق ریز بر روی برآمدگی های میلیمتری است.
شکل ۴ – برگ نیلوفر آبی و خاصیت آبگریزی آن
شکل ۵– زاویه ترشوندگی و رابطه آن با آبدوستی و آبگریزی سطح
آلودگی سطوح اَبَرآبگریز یا سطوح دارای اثر نیلوفر آبی بسیار کمتر از سطوح دارای انرژی سطحی بالاست. به علاوه، ذرات آلاینده ای که به سستی به این سطوح پیوند یافته اند، به راحتی با ترشدن (مثلاً در اثر بارش باران)، پاک می شوند.
علاوه بر روش کاهش انرژی سطحی که برای ایجاد خاصیت ذاتی دفع لک، می توان با استفاده از فتوکاتالیزورها، به آلودگی جذب شده بر روی سطوح حمله کرده و آنها را تجزیه کرد. نانوذرات دی اکسید تیتانیوم می توانند در این زمینه مورد استفاده قرار بگیرند. مثال هایی از این کاربردها عبارتند از پنجره های خودتمیزشونده و روکش های خودتمیزشونده روی سرامیک ها می باشد.
شکل۶ – تصویر ساختمانی که با نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم پوشانده شده است، این ساختمان همیشه تمیز و ضد عفونی خواهد بود
شکل ۷ – پوشش نمای خارجی ساختمان ها با TiO2 و تصفیه آلودگی های محیطی
برای ایجاد خاصیت ضدباکتریایی، علاوه بر نانوذرات دی-اکسیدتیتانیوم می توان از نانوذرات نقره نیز بهره برد. نقره یک فلز قیمتی قابل انعطاف و زیبا می باشد. تک ظرفیتی، نرم به رنگ سفید و براق و عدد اتمی ۴۷ دارد. این عنصر بالاترین هدایت الکتریکی را در میان تمامی فلزات حتی بالاتر از مس دارد. دارای بالاترین انعکاس(بازتاب) نوری است این فلز در حالت خالص در برابر هوا و آب پایدار است. از خواص کاتالیزوری نقره در واکنشهای اکسیداسیون استفاده می شود. انحلال پذیری نقره درآب بسیار کم است اما برای ایجادخاصییت ضد باکتریایی همان مقدار بسیار اندک کفایت می کند. بهترین محیط برای انحلال نقره اسید نیتریک غلیظ و داغ است. در فناوری نانو ذرات نقره یونهای نقره به صورت کلوییدی خاصییت آنتی باکتریال دارند. نقره از ایام قدیم به عنوان یک ماده ضد باکتری شناخته شده است. کوچک کردن ذرات این فلز موجب افزایش فعالیت آن شده و خاصیت ضدباکتریایی آن را افزایش می دهد. 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 یون ها به سهولت منتشر شده و با سرعت بیشتر و به شکل موثرتری میکروب ها را بکشند. همچنین وجود نقره سبب می شود که دیواره و غشاء سلولی میکروب ها سست و ناپایدار گردد که این ناپایداری غشاء سلولی به معنی مرگ زودرس میکروب خواهد بود. از ویژگی دیگر نانو نقره این است که ویژگی آنتی میکروبیال نقره با گذشت زمان کاهش پیدا نمی کند.
می توان نانوذرات نقره را داخل رنگ وارد کرده و از آن برای رنگ آمیزی دیوارهای داخل بیمارستان ها یا اتاق هایی که نیاز به ضدعفونی بودن دارند، استفاده کرد
شکل ۸ – استفاده از پوشش های آنتی باکتریال در کف و دیوار بیمارستان ها موجب استریل بودن این سطوح می شود
از دوران باستان، مس نیز همانند نقره به عنوان یک فلز ضد انگل شناخته شده بود. اکثر وسایل بیمارستانی قدیمی هم از جنس برنج بوده است(برنج آلیاژ مس و روی است). در راستای تولید پوشاک ضد باکتری، پارچه های جدیدی ابداع شده اند که دارای روکشی از جنس مس است که از رشد باکتری ها جلوگیری می کند. همانند آنچه برای نقره توضیح داده شد، یون های مس نیز به سمت دیواره های سلولی باکتری هجوم برده و آن را تخریب می کنند. استفاده از نانو ذرات مس که نسبت سطح به حجم بسیار بالایی دارند باعث افزایش چشمگیر خاصیت آنتی باکتریالی این ماده می شود.استفاده فناوری نانو جهت رفع آلودگی فضای محیط زندگی و کار
منابـــــع :
- ۱٫ابوالقاسم کوچکی، علی عباسی، حامد افشاری، حسین شکی، عمادالدین هرات یفر، امیرحسین میردامادیان، فناوری نانو در صنعت ساختمان و کاربردهای آن ، چاپ دوم، دبیرخانه ستاد ویژه توسعه فناوری نانو
- ۲٫http://en.wikipedia.org/wiki/Antimicrobial_surfaces
- ۳٫A review of the antibacterial effects of silver nanomaterials and potential implications for human health and the environment Catalina Marambio-Jones • Eric M. V. Hoek
- ۴٫Nano-silver – a review of available data and knowledge gaps in human and environmental risk assessment
- ۵٫Review:Antimicrobial Polymers in Solution and on Surfaces: Overview and Functional Principles , Felix Siedenbiedel and Joerg C. Tiller *
- ۶٫] Rencontre InnotechPhotocatalysis:A keytechnologyfor depollutingbuildings
پاسخ دهید