از الیاف نانو به منظور تولید چه محصولاتی استفاده می شود؟
الیاف نانو به دسته‌ای از فیبرها گفته می‌شود که قطری برابر با ۱۰۰ نانومتر و یا کمتر دارند و خواص آنها باعث شده که محققین و انواعی از شرکت‌ها از آنها برای تولید محصولات در حوزه های مختلف استفاده کنند. در این مقاله با انواعی از مصارف این الیاف آشنا میشوید.
مهندسی بافت
در مهندسی بافت به انواع ساختارهای خارج سلولی مصنوعی با حفره های بسیار زیادی نیاز است تا بتواند به رشد سلولی و همچنین تولید بافت کمک کند. پلیمرهای زیست تخریب پذیر ترکیبی و طبیعی به منظور ساخت چنین لایه هایی به کار برده شدند. سایمون در سال ۱۹۸۸ نشان داد که روش الکتروریسی می‌تواند به منظور تولید انواعی از الیاف پلی کربناتی و پلی استایرنی با مقیاس بسیار کم مورد استفاده قرار گیرد که به عنوان ماده ی اولیه ی سلول های آزمایشگاهی کاربرد دارند. استفاده زودهنگام از شبکه های فیبر الکتروریسی به منظور کاشت سلولی و مهندسی بافت نشان داد که فیبرو پلاست های روی پوست انسان و کارسینوم انسانی انتقال داده شده می‌توانند به این موارد اتصال پیدا کنند و از طریق الیاف چندین برابر شود. از الیاف نانو در مهندسی بافت استخوانی استفاده می شود تا بتواند رفتاری مشابه با ماتریس خارج سلولی استخوانی داشته باشد. بافت استخوانی به صورت فشرده و یا با الگوی میله ای تنظیم شده و از ساختارهای بسیار منظمی تشکیل می شود که اندازه متفاوتی از سانتیمتر تا نانومتر دارد. اجزای ارگانیک غیر معدنی، اجزای ارگانیک معدنی و تعداد بسیار زیادی از پروتئین های ماتریس غیر کلاژنی همگی باعث تشکیل ساختار های غیر ترکیبی در استخوان می شوند و الیاف کلاژنی ارگانیک و نمک‌های معدنی غیر ارگانیک نیز به این ساختارها استحکام و انعطاف پذیری می بخشند. اگرچه استخوان یکی از بافتهای پویایی است که می‌تواند پس از آسیب های کوچک خود را تامین کند اما نمی تواند پس از آسیب های بزرگ و جدی همانند شکستگی های بسیار بزرگ و شدید خود را بازیابی نماید زیرا از ساختار لازم برای این منظور برخوردار نیست. مهندسی بافت استخوانی پاسخ بسیار گوناگون و متنوع را برای درمان آسیب های استخوانی و تغییر شکل آن فراهم می‌کند و انواعی از الیاف نانو که از طریق الکتروریسی تولید شده‌اند می‌توانند این معماری و ویژگی های ماتریس خارج سلولی طبیعی را به خوبی تقلید نموده و همچنین می توان از آنها به منظور انتقال عامل های زیست فعال و همچنین بهبود تولید بافت‌ها استفاده نمود. البته بهتر است به این نکته توجه کنید که مهندسی بافت تنها محدود به ناحیه استخوان نمی‌شود و تحقیقات بسیار زیادی برای بکارگیری این دانش در حوزه غضروف ها و مفاصل و عضلات اسکلتی، پوست، عروق خونی و همچنین مهندسی بافت عصبی در حال انجام است.
انتقال دارو یا دارورسانی
داروها و پلیمرهای زیستی را می توان به کمک جذب سطحی ساده، جذب سطحی ذرات نانو و تجمیع چند لایه ای و با استفاده از الیاف نانو انتقال داد. انتقال موفقیت‌آمیز دارو به هدف مورد نظر انتخاب روش انتقال دارو دارد و شامل این موارد می شود: تاثیرگذاری بیشینه دارو پس از انتقال آن به عنوان مورد نظر، ذخیره سازی مولکولی دارو از مرحله اولیه تا مرحله پایانی، انتقال دارو و آزادسازی صحیح دارو به منظور ایجاد اثر دارویی مورد نظر. تحقیقات بسیاری به منظور استفاده از الیاف نانو در جهت به کارگیری آنها به عنوان دارو رسانها انجام شده است و پلیمرهای طبیعی همانند ژلاتین و آلجینات می‌توانند سازندگی مواد زیستی برای انواع نانویی انتقال دهنده باشند زیرا دارای قابلیت زیست سازگاری و زیست تخریب پذیری بوده و در نتیجه هیچ آسیبی به بافت مورد نظر وارد نکرده و هیچگونه مسمویتی نیز در بدن انسان به وجود نمی آورند. از آنجایی که مواد یادشده حالتی استوانه‌ای دارند، الیاف نانو دارای نسبت سطح به حجم بالایی بوده و در نهایت این الیاف می توانند ظرفیت ذخیره بالایی برای دارو داشته باشند و قادرند تا مولکولهای ماده درمانی را به روی سطح بزرگی آزاد نمایند. تحقیقات اولیه نشان می‌دهد که آنتی بیوتیک ها و داروهای ضد سرطان را می توان با اضافه کردن دارو به یک محلول پلیمری قبل از الکتروریسی در داخل الیاف نانو الکتروریسی شده کپسوله سازی نمود.
تشخیص سرطان
اگرچه آزمایشات پاتولوژیک از روشهای استاندارد امروزی به منظور تشخیص وجود زیست نشانگر های سرطانی استفاده می‌شود اما این تحلیل های تک نمونه ای برای انواع تومورهای دارای طبیعت چند ژنومی گزینه های چندان مناسبی نمی باشند. نمونه برداری از تومور سرطانی معمولاً به حالت تهاجمی انجام شده و فشار روانی و مالی بسیار زیادی را برای بیمار ایجاد می کند ولی این نشانگر های زیستی می توانند از طریق روشهای بسیار ساده‌تری امکان وجود سرطان را نشان دهند همانند خونگیری که می‌تواند به عنوان توسعه در این حوزه مطرح شود. نمونه برداری مایع به عنوان گزینه‌ای مطرح می‌شود که می‌تواند جایگزین نمونه برداری جامد تومور سرطانی باشد و به همین دلیل از شهرت بیشتری برخوردار شده است. در این روش از فرایند خونگیری استفاده می‌شود که شامل سلولهای تومور سیار می باشند که از تومورهای جامد در داخل جریان خون ریخته شده اند و انواعی ازبیماری ها در افرادی که مبتلا به سرطان های متاستاز هستند با احتمال بسیار زیادی با استفاده از این روش تشخیص داده می شود.
باتری های لیتیوم -هوا
در بین انواعی از دستگاه های ذخیره سازی انرژی الکتروشیمیایی پیشرفته تعدادی از باتری های لیتیوم هوا با قابلیت شارژ مجدد وجود دارند و به میزان زیادی مورد استقبال قرار گرفته اند زیرا می‌توانند با قدرت زیادی انرژی را ذخیره سازی نمایند و میزان چگالی توان در آنها نیز بالا می باشد. زمانی که باتری مورد استفاده قرار می گیرد و یون های لیتیومی با اکسیژن موجود در هوا ترکیب می شوند تا ذراتی از لیتیوم اکسید را تولید کنند که در نهایت به الیاف کربنی بر روی الکترود متصل میشوند ودر طی شارژ مجدد نیز لیتیوم اکسیدها دوباره به لیتیوم و اکسیژن تبدیل می شوند و در جو هوا آزاد میشوند. ترکیب به وجود آمده از بازدهی و اثر بخشی بسیار کمی برخوردار است زیرا تفاوت ولتاژی بیش از یک و دو دهم ولت بین ولتاژ خروجی و ولتاژ شارژ باتری وجود دارد و این بدین معنی است که تقریبا ۳۰ درصد از انرژی برق به عنوان گرما آزاد می‌شود و در همین زمان باتری نیز در حال شارژ شدن میباشد. همچنین تغییرات بالای سطحی که ناشی از تغییر اکسیژن بین حالت گازی و حالت جامد میباشد فشاری را به روی الکترود به وجود آورده و طول عمر آن را کاهش می دهد. عملکرد این باتری ها وابستگی بسیار زیادی بر ویژگی‌های موادی دارد که کاتودها را می‌سازند و مواد کربنی به صورت گسترده‌ای برای این بخش‌ها در نظر گرفته شده اند زیرا دارای رسانایی الکتریکی بالا، سطح بزرگ و پایداری شیمیایی خیلی خوبی می باشند. این مواد را به خصوص برای باتری های لیتیوم – هوا به عنوان زیر لایه‌های برای پشتیبانی از اکسید فلز استفاده می‌کنند و الیاف نانو ی عاری از بایندر الکتروریسی شده نیز به عنوان کاندیدای بسیار مطلوبی برای الکترود های این نوع از باتری ها به شمار می آیند زیرا هیچ نوع بایندری در آنها وجود نداشته و دارای ساختار پر حفره‌ای می باشند و از کربن برخوردارند که می‌تواند اکسیژن را کاتالیز نموده و میزان واکنش ها را کاهش دهد و هم در نهایت این مواد تنوع بسیار زیادی دارند.
فیلتر سازی هوا
رنگ ها و پوشش های حفاظت کننده که به روی وسایل خانگی زده میشوند، شامل انواعی از ترکیبات ارگانیک فرار می باشند همانند تولوئن و فرمالدهید. الیاف نانوی الکتروریسی شده گزینه های مناسبی برای زدودن این ترکیبات ارگانیک فرار از جو می باشند. شولتن ودیگران نشان دادند که جذب سطحی و عدم جذب این مواد در جو توسط غشاهای الیاف نانویی الکتروریسی شده بسیار سریعتر از کربن هایی می باشد که به روش های قدیمی آماده سازی شده اند. آلودگی هوا ی موجود در کابین های پرسنل و تجهیزات معدنی یکی از نگرانی کارگران معدن، کمپانی های مرتبط و همچنین آژانس های دولتی مرتبط مانند آژانس مدیریت سلامتی و ایمنی معادن می باشد. همکاری هایی که با تولیدکنندگان تجهیزات معدنی و سازمان یادشده انجام گرفته است نشان می‌دهد که فیلترهای الیاف نانو در مقایسه با فیلترهای سلولزی استاندارد به میزان بیشتری می توانند از غلظت گرد و خاک موجود در فضا بکاهند. امکان استفاده از الیاف نانو در ماسک ها به منظور حفاظت از افراد در برابر ویروس ها، باکتری ها، گرد و خاک، دود و مواد آلرژی زا و سایر ذرات نیز وجود دارد. اثربخشی فیلترینگ انجام گرفته توسط این مواد حدود ۹۹.۹ درصد بود و فیلترسازی نیز به حالت مکانیکی صورت می گیرد. ذرات موجود در هوا بزرگتر از حفره هایی هستند که در شبکه‌های الیاف نانو وجود دارد اما ذرات اکسیژن آنقدر کوچک هستند تا بتوانند از این شبکه عبور کنند و امکان تنفس راحت را برای فرد فراهم سازند.
جداسازی روغن و آب
الیاف نانو قادرند تا آب و روغن را از یکدیگر جدا کنند، به خصوص در فرآیندهای جذب سطحی که در آنها ماده مورد نظر دارای سطح آب ترس و روغن دوست می باشد و این ویژگی ها باعث میشوند تا الیاف نانو به عنوان وسیله‌ای برای رفع زباله‌های آبی و روغنی از خانه های مسکونی و همچنین تجهیزات صنعتی شوند.
مترجم: ف.آل احمد
