کاربرد نانوذرات اکسیدروی در تولید منسوجات آنتیباکتریال
فناوری نانو یکی از حوزههای نوظهور و بسیار تأثیرگذار در علم و صنعت است که بر استفاده از مواد و ساختارهایی در ابعاد حدود 1 تا 100 نانومتر تمرکز دارد. در سالهای اخیر، سنتز و بهکارگیری نانوذرات در زمینههای مختلفی مانند صنعت پلیمر، کاتالیزور، الکترونیک، منسوجات، حفاظت از محیط زیست و بیوتکنولوژی توجه گستردهای را به خود جلب کرده است.
در میان مواد معدنی، اکسیدهای فلزی مانند اکسیدروی (ZnO)، دیاکسید تیتانیوم (TiO2)، اکسید منیزیم (MgO) و اکسید کلسیم (CaO) از اهمیت ویژهای برخوردارند. دلیل این اهمیت، پایداری بالا در شرایط سخت فرایندی و همچنین ایمنی نسبی برای انسان و حیوانات است. خواص ذاتی نانوذرات فلزی نیز تا حد زیادی به عواملی مانند اندازه، شکل، ترکیب، ساختار بلوری و مورفولوژی آنها وابسته است.
ورود فناوری نانو به صنعت نساجی
با توجه به پیشینه نوآورانه صنعت نساجی، ورود سریع فناوری نانو به این حوزه چندان دور از انتظار نبود. امروزه فناوری نانو به عنوان یکی از مهمترین تحولات صنعتی جهان شناخته میشود و نقش مهمی در توسعه منسوجات هوشمند و کاربردی ایفا میکند.
افزایش آگاهی عمومی نسبت به بهداشت، نگرانی درباره انتقال بیماریها از طریق تماس و نیاز به تولید محصولات ایمنتر، باعث شده است که منسوجات ضد میکروبی بیش از گذشته مورد توجه قرار گیرند. در میان انواع منسوجات کاربردی، پارچههایی با خاصیت ضدباکتریایی از محبوبترین و پرکاربردترین گزینهها به شمار میروند.
اهمیت تولید منسوجات ضدمیکروبی بادوام
یکی از مهمترین اهداف در این حوزه، تولید منسوجاتی است که خاصیت ضد میکروبی ماندگار داشته باشند و در برابر شستشو نیز دوام بالایی از خود نشان دهند. مواد ضد میکروبی میتوانند از رشد و تکثیر عوامل بیماریزا، باکتریها و قارچها جلوگیری کنند و همچنین در کاهش بوی نامطبوع نقش مؤثری داشته باشند. به همین دلیل، استفاده از آنها در تولید انواع مختلف منسوجات اهمیت زیادی دارد.
چرا نانوذرات اکسیدروی؟
در میان مواد ضدباکتری مورد استفاده در صنعت نساجی، نانوذرات اکسیدروی یکی از بهترین گزینهها به شمار میروند. این ماده به عنوان عامل ضدباکتری انتخاب شده است، زیرا:
- غیرسمی است.
- اثر ضد میکروبی بالایی دارد.
- رنگ پارچه را تغییر نمیدهد.
- با پوست انسان سازگاری مناسبی دارد.
به همین دلیل، استفاده از نانوذرات اکسیدروی به عنوان راهکاری مناسب برای کاهش خطر بیماریهای عفونی در منسوجات مطرح شده است.
نقش ساختار و مورفولوژی در عملکرد ضدباکتریایی
مورفولوژی و ساختار کریستالی نانوذرات اکسیدروی تأثیر مستقیمی بر عملکرد نهایی آنها در خاصیت ضد میکروبی دارد. از این رو، توسعه منسوجات ضدمیکروبی با استفاده از این نانوذرات، موضوع بسیاری از مطالعات و تحقیقات علمی بوده است.
پارچههای پنبهای اصلاحشده با نانوذرات، علاوه بر خاصیت ضدباکتریایی، میتوانند ویژگیهای ارزشمند دیگری نیز داشته باشند؛ از جمله:
- مقاومت در برابر اشعه فرابنفش
- خاصیت ضد میکروبی
- مقاومت در برابر شعله
- آبگریزی
نحوه عملکرد نانوذرات اکسیدروی در برابر باکتریها
نانوذرات اکسیدروی با نفوذ به سلولهای باکتریایی، موجب تولید رادیکالهای فعال اکسیژن (ROS) میشوند. این ترکیبات میتوانند به DNA، غشای سلولی و پروتئینهای باکتری آسیب برسانند و در نهایت باعث مهار رشد و مرگ باکتریها شوند.
همچنین زمانی که این نانوذرات در معرض نور فرابنفش قرار میگیرند، الکترونهای با بار منفی آزاد شده و حفرههایی با بار مثبت ایجاد میشود. این فرایند نیز به تولید گونههای فعال اکسیژن کمک میکند و در نتیجه، رشد میکروارگانیسمها را مهار میسازد.
اهمیت روش تثبیت نانوذرات روی پارچه
روش بهکارگیری نانوذرات در پارچه نیز نقش مهمی در عملکرد نهایی آنها دارد. اگر نانوذرات در مرحله تکمیل به سطح پارچه افزوده شوند، معمولاً اتصال ضعیفتری با سطح ایجاد میشود. اما اگر این ذرات در ماتریس پلیمری قرار گیرند، پیوند قویتری شکل میگیرد و ماندگاری عملکرد آنها افزایش مییابد.
نتایج عملکرد ضدباکتریایی پارچههای حاوی نانوذرات اکسیدروی
بررسیها نشان میدهد که منسوجات تولیدشده با نانوذرات اکسیدروی، فعالیت ضدباکتریایی قابل توجهی در برابر دو باکتری مهم یعنی:
از خود نشان میدهند.
تحلیلهای SEM نیز حضور نانوذرات اکسیدروی را بر سطح این پارچههای ضدباکتری تأیید کردهاند.
از سوی دیگر، نتایج مربوط به دوام شستشو نشان داده است که این پارچهها میتوانند تا 25 چرخه شستشو، خاصیت ضدباکتریایی و مقاومت خود را حفظ کنند؛ موضوعی که اهمیت بالای آنها را در کاربردهای عملی نشان میدهد.
مقایسه عملکرد با اکسید روی معمولی
پارچههای تولیدشده با نانوذرات اکسید روی در مقایسه با پارچههای حاوی اکسید روی معمولی، عملکرد ضدباکتریایی بهتری داشتهاند. در مقابل، پارچههای شاهد هیچگونه فعالیت ضدباکتریایی نشان ندادهاند.
بهطور کلی، میزان فعالیت ضدباکتریایی در برابر استافیلوکوکوس اورئوس بیشتر از اشرشیا کلی گزارش شده است. بیشترین درصد کاهش رشد باکتری مربوط به منسوجات حاوی نانوذرات اکسید روی بوده است:
- 94.16 % کاهش برای S. aureus
- 86.5 % کاهش برای E. coli
در حالی که منسوجات حاوی اکسیدروی معمولی، درصد کاهش کمتری را نشان دادهاند. همچنین منسوجات شاهد به دلیل نداشتن خاصیت باکتریکشی، در آزمون کاهش درصد، نتایج منفی یا صفر ثبت کردهاند.
نتایج آزمایش دوام شستشو روی منسوجات آزمایشی نشان میدهد که پارچههای تولیدشده با نانوذرات اکسید روی، حتی پس از شستشوهای مکرر(تا 10 چرخه شستشو) همچنان خاصیت ضد میکروبی قابل توجه خود را حفظ میکنند.
