نانوذرات نقره (AgNPs) با داشتن خواص ضدباکتریایی، ضدویروسی، ضدقارچی و رسانایی الکتریکی بالا، توجه زیادی در حوزههای مختلف علم و فناوری به خود جلب کردهاند و به عنوان یکی از پرکاربردترین نانوذرات فلزی شناخته میشوند.
نانوذرات نقره به دلیل اندازه کوچک و نسبت سطح به حجم بالا، خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی ویژهای دارند و در صنایع پزشکی، آرایشی، بستهبندی مواد غذایی، و حتی تصفیه آب کاربرد گستردهای پیدا کردهاند.
انواع نانوذرات نقره
نانوذرات نقره بسته به روش سنتز، نوع پایدارکننده و شرایط واکنش میتوانند در شکلها و اندازههای مختلف تولید شوند.
نانوذرات نقره کروی (Spherical AgNPs) : رایجترین نوع نانوذرات نقره که در بسیاری از کاربردها مانند پزشکی و الکترونیک استفاده میشوند و اندازه آنها معمولاً بین ۱۰ تا ۱۰۰ نانومتر متغیر است.
نانومیلههای نقره (Silver Nanorods) : این نانوذرات به شکل میلهای بوده و نسبت طول به عرض آنها متفاوت است. در حسگرهای زیستی و اپتوالکترونیک کاربرد دارند.
نانوسیمهای نقره (Silver Nanowires) : دارای طولهای بسیار بلند و قطرهای نانومتری هستند و در نمایشگرهای لمسی، باتریها و جوهرهای رسانا استفاده میشوند.
نانوصفحات نقره (Silver Nanoplates) : ساختاری دوبعدی با نسبت سطح به حجم بالا دارند و در کاربردهای نوری و کاتالیزوری مورد استفاده قرار میگیرند.
خواص نانوذرات نقره
خواص فیزیکی و شیمیایی
• اندازه نانوذرات نقره معمولاً در محدوده ۱ تا ۱۰۰ نانومتر قرار دارد.
• رنگهای مختلفی (نظیر زرد و قهوهای) دارند که به دلیل پدیده پلاسمون سطحی است .
• دارای فعالیت کاتالیزوری بالا بوده و در تسریع برخی واکنشهای شیمیایی نقش دارند.
خواص ضدباکتریایی و ضدویروسی
• نانوذرات نقره قادر به از بین بردن طیف وسیعی از باکتریها مانند E.coli و S.aureus هستند.
• مکانیسم ضدباکتریایی آنها شامل تخریب دیواره سلولی، القای تنش اکسیداتیو، و اختلال در عملکرد DNA میباشد.
• همچنین، در تحقیقات اخیر مشخص شده که این نانوذرات میتوانند برخی ویروسها مانند ویروس آنفلوآنزا را غیرفعال کنند.
خواص رسانایی الکتریکی
• نانوذرات نقره به دلیل رسانایی بالا در صنایع الکترونیک استفاده میشوند. (تولید جوهرهای رسانا، سنسورها و ترانزیستورها)
کاربردهای نانوذرات نقره
پزشکی و بهداشت:
• پانسمانهای ضدباکتری: به دلیل خاصیت ضدباکتریایی بالا، در پانسمانهای زخم و سوختگی استفاده میشوند.
• کاتترهای پزشکی و ایمپلنتها: کاهش عفونتهای بیمارستانی.
• دهانشویهها و محصولات دندانپزشکی: پیشگیری از عفونتهای دهان و لثه.
• دارورسانی هدفمند: میتوان از نانوذرات نقره برای انتقال داروهای ضدسرطان استفاده کرد.
• روکشهای ضدعفونیکننده: در تجهیزات بیمارستانی برای کاهش انتقال عفونت.
صنایع غذایی و بستهبندی:
• پوششهای ضدباکتری در بستهبندی غذا: افزایش ماندگاری مواد غذایی.
• ضدعفونیکنندههای سطحی برای تجهیزات غذایی.
کاربردهای محیط زیستی:
• فیلتراسیون و تصفیه آب: نانوذرات نقره میتوانند آلایندههای میکروبی آب را حذف کنند.
• از بین بردن آلایندههای آلی: این نانوذرات در واکنشهای تخریب آلایندههای شیمیایی مانند فنول کاربرد دارند.
کاربردهای صنعتی:
• لباسها و پارچههای آنتیباکتریال: ایجاد خاصیت آنتی ابکتریال و جلوگیری از ایجاد و کاهش بوی نامطبوع در منسوجات(حوله، لباس زیر ، فرش و … ).
• روکشهای ضدباکتری برای لوازم خانگی و وسایل الکترونیکی.
• لوازم آرایشی و بهداشتی: در کرمها، دئودورانتها و صابونهای آنتیباکتریال.
• الکترونیک: در تولید مدارهای چاپی، جوهرهای رسانا و نانوحسگرها.
مکانیسم عملکرد نانوذرات نقره
مهمترین مکانیسمهای عملکرد نانوذرات نقره شامل موارد زیر است:
۱. مکانیسم ضدباکتریایی نانوذرات نقره
نانوذرات نقره یکی از قویترین عوامل ضدباکتریایی در میان نانومواد فلزی هستند. این اثرات از طریق چندین مسیر مختلف اعمال میشوند:
تخریب دیواره و غشای سلولی باکتری : نانوذرات نقره به سطح دیواره سلولی باکتریها متصل شده و موجب افزایش نفوذپذیری غشا میشوند.این اتصال باعث آسیبدیدگی غشا و نشت محتویات داخل سلول مانند پروتئینها، یونها و آنزیمها میشود و در نتیجه، سلول باکتریایی قادر به حفظ تعادل یونی و فیزیولوژیکی خود نبوده و از بین میرود.
تولید رادیکالهای آزاد و استرس اکسیداتیو : نانوذرات نقره با تولید یونهای نقره (Ag⁺) و رادیکالهای آزاد اکسیژن (ROS) باعث ایجاد تنش اکسیداتیو در سلول میشوند. این رادیکالها موجب تخریب پروتئینها، لیپیدهای غشا، و DNA باکتریایی میشوند.در نهایت، سلول باکتریایی توانایی رشد و تکثیر را از دست داده و میمیرد.
اختلال در عملکرد آنزیمها و پروتئینهای حیاتی : یونهای نقره با گروههای تیول (-SH) در پروتئینهای ضروری باکتری واکنش داده و عملکرد آنزیمهای کلیدی را مختل میکنند. این اختلال در متابولیسم سلولی، چرخه تنفس، و سنتز ATP منجر به مرگ سلول میشود.
تخریب DNA و جلوگیری از تکثیر ژنتیکی : نانوذرات نقره و یونهای آزاد نقره میتوانند با DNA و RNA باکتریایی واکنش داده و ساختار آن را تغییر دهند. این امر باعث مهار همانندسازی ژنها و توقف تکثیر باکتری میشود.
۲. مکانیسم ضدویروسی نانوذرات نقره
نانوذرات نقره دارای اثرات ضدویروسی قوی هستند و میتوانند با مکانیزمهای زیر باعث غیرفعال شدن ویروسها شوند:
مهار اتصال ویروس به سلول میزبان : نانوذرات نقره میتوانند به پروتئینهای سطحی ویروس متصل شده و از اتصال آنها به گیرندههای سلول میزبان جلوگیری کنند. این فرآیند مانع از ورود ویروس به داخل سلول شده و چرخه عفونت را متوقف میکند.
تخریب پوشش پروتئینی ویروس (کپسید) : این نانوذرات باعث تغییر ساختاری در پوشش پروتئینی ویروس میشوند. این تغییرات باعث ناپایداری و تخریب ویروس و در نهایت غیرفعال شدن آن میشود.
مهار همانندسازی ژنوم ویروس : نانوذرات نقره با RNA یا DNA ویروسی واکنش داده و از تکثیر و بیان ژنهای ویروس جلوگیری میکنند. این امر منجر به کاهش تعداد ویروسهای جدید و جلوگیری از انتشار عفونت میشود.
۳. مکانیسم عملکرد نانوذرات نقره در دارورسانی
یکی از کاربردهای مهم نانوذرات نقره در پزشکی، استفاده از آنها به عنوان حامل دارویی (Drug Carrier) است.
۴. مکانیسم عملکرد نانوذرات نقره در الکترونیک و سنسورها
نانوذرات نقره به دلیل رسانایی الکتریکی بالا، در تولید سنسورها، جوهرهای رسانا، و تجهیزات الکترونیکی استفاده میشوند.
۵. مکانیسم عملکرد نانوذرات نقره در تصفیه آب
نانوذرات نقره بهعنوان عوامل ضدباکتری و جاذب آلایندهها در تصفیه آب استفاده میشوند. و این امر باعث حذف باکتریها و میکروارگانیسمها و همچنین تجزیه آلایندههای آلی میشود.
روشهای سنتز نانوذرات نقره
نانوذرات نقره را میتوان از طریق روشهای فیزیکی، شیمیایی و زیستی سنتز کرد.
روشهای فیزیکی:
روشهای فیزیکی شامل تولید نانوذرات نقره از طریق فرآیندهای مکانیکی یا تبخیر و چگالش هستند. این روشها معمولاً نیازمند تجهیزات پیشرفته و مصرف انرژی بالا هستند، اما نانوذراتی با خلوص بالا و اندازه یکنواخت تولید میکنند.
• روش چگالش بخار (Evaporation-Condensation Method): در این روش، نقره در دمای بالا تبخیر شده و سپس متراکم میشود.
• روش لیزر ابلیشن (Laser Ablation): تابش لیزر روی سطح فلز نقره منجر به ایجاد نانوذرات میشود.
• روش آسیاکاری مکانیکی (Ball Milling)
روشهای شیمیایی:
روشهای شیمیایی یکی از رایجترین روشهای تولید نانوذرات نقره هستند که در آنها از واکنشهای شیمیایی برای کاهش یونهای نقره (Ag⁺) به نقره فلزی (Ag⁰) استفاده میشود. این روشها به دلیل هزینه کم، کنترل بهتر بر اندازه نانوذرات و سادگی اجرا، کاربرد زیادی دارند.
• روش احیا شیمیایی (Chemical Reduction Method): یکی از رایجترین روشها که در آن از عوامل احیاکننده مانند سدیم بورهیدرید (NaBH₄) یا سیترات سدیم استفاده میشود.
• روش رسوبدهی شیمیایی (Precipitation Method): ترکیبات نقره در محلولهای خاص رسوب کرده و به شکل نانوذرات تشکیل میشوند.
•روش میکروامولسیون (Microemulsion Method)
•روش الکتروشیمیایی (Electrochemical Synthesis)
روشهای زیستی (سبز) :
در این روش ها از مواد زیستی مانند عصارههای گیاهی، باکتریها، قارچها و جلبکها برای سنتز نانوذرات نقره استفاده میکنند. این روشها دوستدار محیطزیست هستند و سمیت کمتری دارند.
• سنتز نانوذرات نقره با استفاده از عصارههای گیاهی
• سنتز نانوذرات نقره با استفاده از میکروارگانیسمها
روشهای فیزیکی خلوص بالایی دارند اما پرهزینه هستند، روشهای شیمیایی کنترل بهتری بر اندازه ذرات دارند اما ممکن است اثرات زیستمحیطی داشته باشند، و روشهای زیستی ایمنتر و سازگارتر با محیطزیست هستند. انتخاب روش سنتز بستگی به کاربرد موردنظر، هزینه تولید، و اثرات زیستمحیطی دارد.