اکسید روی ،ترکیبی معدنی یا غیر آلی است که با فرمول شیمیایی Zno نمایش داده میشود و به شکل پودری سفید رنگ و غیرمحلول در آب است.
اکسید روی که در قدیم اکسید ناخالصِ آنرا توتیا می نامیدند در ساخت فلز برنج یا درمان بیماری های چشم و همچنین استفاده هایی در قلم داشته است .
امروزه به کمک فناوری نانو و تولید نانو ذرات اکسید روی، از این اکسید فلزی در مصارف و صنایع گوناگونی مانند پلاستیک، سرامیک، نساجی، شیشه، سیمان، همچنین مصارف دارویی و بهداشتی و…. استفاده میشود.
ویژگیهای منحصر به فرد نانوذرات اکسید روی به دلیل ابعاد کوچک آنها است. زمانی که ابعاد یک ماده به سطح نانومتری میرسد، خواص آن میتواند تغییر کند و خواص جدیدی بروز دهد. به عنوان مثال، نانوذرات اکسید روی به دلیل نسبت سطح به حجم بالا، خواص آنتی باکتریالی، نوری و الکترونیکی بسیار جذابی را از خود نشان میدهند.
کاربردها و خصوصیات نانو ذرات اکسید روی:
نانو ذرات اکسید روی از خواص گوناگونی برخوردارند که باعث استفاده آنها در صنایع و کاربرد های مختلف در مقیاس وسیع میشود.
از جمله این خواص پایداری شیمیایی بالا، فعالیت کاتالیزوری بالا، قیمت ارزان، قدرت چسبندگی و پوشش دهی بالا، قابلیت بازیابی، جذب و خنثی کردن اشعه UV خورشید و مهم ترین خاصیت این نوع از ذرات، آنتی باکتریالی و ضد عفونی کنندگی پایدار به همراه عدم سمیت و تولید پاتوژن انسانی است. از همین رو در کاربردهای دارویی و بهداشتی و در دیگر صنایع گوناگون مورد استفاده هستند.
مصارف دارویی و بهداشتی نانوذرات اکسید روی:
خاصیت آنتی باکتریال یا ضدعفونی کنندگی نانوذرات اکسید روی که عموماً در پزشکی به زینک اکسید معروف است باعث شده تا رقیبی جدی برای آنتی بیوتیک ها شوند.
جدی ترین ضعف آنتی بیوتیک ها تولید پاتوژن های انسانی است که نتیجه آن مقاومت و آپدیت شدن باکتری ها در برابر این ضدعفونی کننده ها و در نهایت نیاز به مصرف و قوی تر کردن روز به روز این داروهاست. اما نانوذرات اکسیدروی با توجه به عملکردی که در مقابله با ویروس ها دارند باعث جلوگیری از تولید پاتوژن شده و نیازی به مصرف بیش از حد روز به روز آنها نیست.
از آن رو که اکسید روی در دمای 1975 درجه سانتی گراد تجزیه و بخار میشوند از خاصیت پایداری بالایی برخوردار هستند و به دلیل زیست سازگار بودن آنها زیانی به محیط زیست و انسان نمی رسانند. همچنین این نانوذرات مانند نانو ذرات نقره در تولید پانسمان، چسب زخم ها، تولید پمادهای سوختگی و همچنین در مصارف ضد التهاب و ضد خارش و در ترکیب کالامین به عنوان ضد خارش مورد استفاده قرار میگیرند.
این نانو ذرات استفاده های دیگری نیز در حوزه آرایشی و بهداشتی دارند. که یکی از مهم ترین استفاده آنها در تولید کرم های ضد آفتاب است. این مواد با جذب نور فرو سرخ و فرابنفش مانع آسیب رساندن آین اشعه ها به پوست و چشم شده و به همین دلیل در تولید عینک ها آفتابی و کرم های ضد آفتاب نقش عمده ای را ایفا میکنند . همچنین خاصیت مرطوب کنندگی آنها در تولید کرم های مرطوب کننده مورد استفاده قرار میگیرد.
از مصارف دیگر نانوذرات اکسید روی میتوان به استفاده از آنها در تولید صابون به دلیل خاصیت مهار بوی بدن و کرم های ضد شوره نام برد.(همانطور که در صحبت های بالا گفته شد این نانو ذرات به دلیل سازگاری با محیط و انسان باعث هیچگونه حساسیت پوستی نمیشوند)
در حال حاضر، ZnO توسط سازمان غذا و دارو یالات متحده(FDA) به عنوان یک ماده ایمن (GRAS) شناخته شده است.
از آنجا که نانوذرات اکسید روی خواص الکترونیکی بسیار خوبی دارند، در بسیاری از برنامههای نانوتکنولوژی و نانوالکترونیک استفاده میشوند. به عنوان مثال، در صنعت خورشیدی، نانوذرات اکسید روی به عنوان لایههای نیمهرسانا برای تولید سلولهای خورشیدی استفاده میشوند.
نقش نانو ذرات اکسید روی در صنعت:
از کاربردهای دیگر این نانو مواد در صنعت الکتریک و ادوات نوری میتوان به سلول های خورشیدی، حسگر ها، وریستو یا مقاومت وابسته به ولتاژ، فوتودیود، سطوح صوتی، مواد پیزوالکتریک، لیزر فرابنفش، خازن، لامپ،سنسور های گاز و… اشاره کرده.
همچنین نانوذرات اکسید روی در صنایع بسیاری از جمله صنعت کاشی و سرامیک، صنعت بسته بندی، صنایع تصفیه آب، تولید لواز خانگی، صنعت نساجی(تولید فرش و موکت؛ لباس زیر؛ حوله و … ) صنعت لاستیک و پلاستیک ، صنعت پلیمر و.. کاربرد دارند.
نحوه عملکرد نانو ذرات اکسید روی در مقابله باکتری ها:
فعالیت ضد باکتریایی ممکن است باعث تجمع این نانو ذرات در غشای بیرونی یا سیتوپلاسم سلولهای باکتریایی و انتشار نانوذرات شود که باعث جدا شدن غشای سلول باکتریایی، آسیب پروتئین غشایی و بی ثباتی ژنومی و در نتیجه مرگ سلولهای باکتریایی میشود.
یکی از دلایل اصلی افزایش خواص ضدمیکروبی نانوذرات اکسید روی، افزایش نسبت سطح به حجم آنها است. با افزایش نسبت سطح به حجم، سطح تماس بین نانوذرات و محیط اطراف بیشتر میشود، که این امر منجر به افزایش فعالیت ضدمیکروبی میشود. همچنین، سطح بالای نانوذرات اکسید روی میتواند به عنوان یک سطح مؤثر برای تعامل با میکروارگانیسمها عمل کند.
نانوذرات اکسید روی قادر به ایجاد عمل اکسیداسیون فعال هستند، که به معنای ایجاد یونهای اکسیژن فعال (ROS) مانند رادیکال هیدروکسیل است. این ROS میتواند به سلولهای میکروبی وارد شده و باعث تخریب غشاء سلولی، ایجاد آسیب در ساختار سلول و از بین بردن آنزیمهای ضروری درون میکروب شود. این عمل اکسیداسیون فعال به طور خاص در برابر باکتریها و ویروسها مؤثر است.
علاوه بر ایجاد اکسیداسیون فعال، نانوذرات اکسید روی میتوانند به صورت مکانیکی با سطح سلولی میکروارگانیسیمها و ویروسها تداخل کنند و باعث مهار رشد و تکثیر آنها شوند. همچنین، نانوذرات اکسید روی میتوانند به عنوان فیلترهای مکانیکی عمل کنند و از طریق مسدود کردن راه ورود میکروارگانیسمها به سطح محصول، جلوی آلودگی را بگیرند.
روشهای سنتز نانوذرات اکسید روی:
1- روش سل-ژل: در این روش، از ترکیب یک محلول حاوی ترکیبات روی با یک ماده ژلزنی استفاده میشود. پس از تشکیل ژل، حرارت و یا تغییر شرایط شیمیایی میتواند منجر به تشکیل نانوذرات اکسید روی شود. این روش نیز امکان کنترل اندازه و شکل نانوذرات را فراهم میکند.
اندازه نانوذرات تولیدشده در این روش معمولاً در محدوده 2 تا 100 نانومتر است.
2- روش تقطیر شیمیایی: در این روش، ترکیبات از قبیل نیترات روی یا استات روی به عنوان ماده اولیه استفاده میشوند. این ترکیبات در حضور عوامل ردیفدهنده مثل پلیمرهای آلی یا سطوح جامد، تحت شرایط خاصی مثل دما و pH کنترل شده، تحلیل شده و به نانوذرات اکسید روی تبدیل میشوند.
اندازه نانوذرات تولیدشده در این روش معمولاً در محدوده 1 تا 50 نانومتر است.
3- روش هیدروترمال: در این روش، یک محلول آبی حاوی ترکیبات روی به روش هیدرولیز و ترمالیز تحت فشار و دمای بالا تجزیه میشود. این روش معمولاً باعث تشکیل نانوذرات اکسید روی در ابعاد نانومتری میشود.
اندازه نانوذرات تولیدشده در این روش معمولاً در محدوده 2 تا 100 نانومتر است.
4- روش همرسوبی: در این روش، ترکیبات روی به همراه ماده محلول در محلولی همرسوب میشوند. سپس با اعمال شوک حرارتی، ترکیبات روی به نانوذرات اکسید روی تبدیل میشوند.
اندازه نانوذرات تولید شده در این روش معمولا بین 5 تا 20 نانومتر است.
