برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۴/۰۲ تا ۱۳۹۷/۰۴/۰۸

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۱,۶۸۰
  • بازدید این ماه ۲
  • بازدید امروز ۰
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۰
  • قبول شدگان ۰
  • شرکت کنندگان یکتا ۰
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۰
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

ویژه المپیاد دانش‌آموزی

طرح درس

منابع پیشنهادی نهمین المپیاد دانش آموزی نانو

نویسندگان
امتیاز کاربران

کاربردهای نانوالیاف

مقدمه:

      امروزه تحقیقات در زمینه فناوری نانو با سرعت بالایی در حال پیگیری است و روز به روز کاربردهای متنوعی از این فناوری در زمینه‌های مختلف زندگی، برای انسان روشن می‌شود. در مورد نانوالیاف هم وضع به همین صورت است و کاربردهای متنوعی از آن گزارش شده است که ما در اینجا تنها به چند مورد از آنها اشاره خواهیم کرد.
1- کاربردهای نانوالیاف

1-1- کاربردهای پزشکی

      نانوالیاف مصنوعی کاربردهای فراوانی در صنعت پزشکی دارند. در این زمینه، هم پلیمرهای تجزیه‌پذیر و هم غیرتجزیه پذیر برای کاربردهای متنوع مورد بررسی قرار گرفته‌اند. چند نمونه از این کاربردها شامل تحویل دارو و ژن، رگ‌های خونی مصنوعی، اندام‌های مصنوعی و ماسک‌های صورت است. برای مثال، الیاف کربنی توخالی که قطر کمتر از رگ‌های خونی دارند، برای حمل دارو درون رگ بسیار مناسب هستند. نانوالیاف و شبکه‌های ساخته شده از آنها قادر به تحویل مستقیم دارو به بافت‌های داخلی هستند. مواد نچسب ساخته شده از سلولز هم اکنون در برخی از کارخانه‌ها در حال تولید هستند. محققان ترکیبی طبیعی که در خون وجود دارد را الکتروریسی کرده‌اند؛ این نانوالیاف می‌توانند برای کاربردهای بسیار زیاد پزشکی از قبیل باند پیچی و بخیه که به طورکامل درون بدن حل می‌شوند، استفاده شوند. نانوالیاف مذکور همچنین نرخ عفونت را به حداقل رسانده و به طور کامل جذب بدن می‌شود. به دلیل اندازه بزرگ گلبول‌های قرمز خون (حدود 7 میکرومتر) نسبت به حفره‌های زمینه (ماتریس) نانوالیاف، این گلبول‌ها نمی‌توانند از حفره‌های ماتریس نانوالیاف عبور کنند، به همین دلیل برای ساخت رگ گزینه مناسبی خواهند بود.
کاربرد پزشکی دیگر نانوالیاف استفاده از نانوالیاف بی‌بافت، در مهندسی بافت است. نقش مواد زیستی(آلی) در مهندسی بافت، به این صورت است که می‌توانند به عنوان داربست برای سلول‌ها عمل کنند تا آنها به بافت مورد نظر متصل شوند و در آن آرایش یابند. علت توجه به این بخش شاید به این خاطر است که ساختار و شکل صفحات نانوالیاف بی‌بافت، مشابه ماتریس‌های پر سلولی بافت‌های طبیعی است. مطالعات نشان می‌دهد که اگر سلول‌هایی از بافت انسان روی نانوالیاف تجزیه پذیر کاشت شوند، می‌توانند به لیف متصل شده و در آنجا تکثیر یابند و بافت را بوجود آورند. استفاده از نانوالیاف برای داربست‌های سه بعدی که از پلیمرهای تجزیه‌پذیر مصنوعی و یا از پلیمرهای زیستی تولید شده است بخش وسیعی از مطالعات را به خود اختصاص داده است.
به کارگیری نانوالیاف پلیمری به عنوان زخم‌بند هم مورد مطالعه قرار گرفته است؛ به این صورت که اگر از ماتریس نانوالیاف بانداژی تولید کنیم و از آن برای پوشاندن زخم استفاده کنیم، چون اندازه حفره‌های ماتریس نانوالیاف بسیار کوچک است، به باکتری و عوامل میکروبی بیرونی اجازه ورود به منطقه زخم را نمی‌دهند، اما اکسیژن قابلیت نفوذ دارد یعنی به راحتی از حفره‌های ماتریس نانوالیاف عبور کرده و به زخم می‌رسد، بنابراین مشکلی در تنفس پوست به وجود نمی‌آید.
انعطاف‌پذیری بالای فرآیند الکتروریسی، این اجازه را به ما می‌دهد که داروها و یا پروتئین‌ها را با پلیمر مخلوط کرده و ریسندگی را انجام دهیم، در این صورت نانوالیافی تولید خواهد شد که حامل مواد دارویی است و با آزاد کردن مواد دارویی به زخم می‌تواند باعث افزایش سرعت بهبود زخم شود .


2-1- مهندسی بافت

     قطر، ساختار و خواص فیزیکی ماتریس‌های _ماده پایه ساختارهای کامپوزیتی _نانوالیاف می‌توانند توسط متغیرهای مختلفی که بر فرآیند الکتروریسی اثر می‌گذارند، کنترل شوند.
خواص فیزیکی عالی از قبیل سطح زیاد، تخلخل بالا، ماتریس‌های نانوالیافی با حفرات مرتبط بهم و خواص مکانیکی مناسب، نرخ تخریب کنترل شده و زیست سازگاری، ماتریس‌های نانوالیاف پلیمری زیست تخریب‌پذیر را گزینه مناسبی برای توسعه داربست‌ها در مهندسی بافت می‌کند.

3-1- فیلتراسیون

     الیاف سلولز از نانوالیاف بزرگتر هستند و فضای خالی بیشتری بین الیاف سلولز وجود دارد که منجر به ورود آلودگی‌ها در عمق قطعه شده و مسیر عبور هوا را مسدود می‌کنند، بنابراین ظرفیت کاری فیلتر کاسته می‌شود. با اعمال نانوالیاف تولید شده بر روی سطح فیلترهای سلولزی، ذرات وآلودگی‌های با اندازه کمتر از میکرومتر بر روی سطح فیلترها گیر افتاده و از ورود آنها به عمق قطعه جلوگیری می‌شود.
غشاهای بی‌بافت تولید شده از نانوالیاف، حفره‌های خیلی کوچکی دارند و تخلخل این غشاها زیاد است، پس راندمان فیلتراسیون در آنها بالاست. این ویژگی باعث شده که مورد مناسبی برای کاربردهای متنوع فیلتراسیون در زمینه‌های نظامی(مثل ماسک‌های شیمیایی) و یا صنعتی (مثل فیلتر برای موتورها و ژنراتورهایی که خیلی کثیف می‌شوند) و بهداشتی (مثل فیلترهای هوا) باشند. اخیرا اثبات شده که راندمان فیلتراسیون این غشاها را می‌توان توسط الیاف باردار شده‌ای که دارای خصوصیت جذب الکترواستاتیکی ذرات هستند، افزایش داد.
 
4-1- حامل آنزیم‌ها و کاتالیست‌ها

     نانوالیاف سرامیکی و پلیمری الکتروریسی شده غیربافتی می‌توانند به عنوان حامل کاتالیزگرها و آنزیم‌های کاتالیزی مورد استفاده قرار بگیرند. دلیل این مساله هم نسبت سطح به حجم بسیار بالای آنها و بازیابی راحت هستند. بازیابی راحت از مزایای استفاده از نانوالیاف به جای نانوذرات به عنوان حامل کاتالیزگر است. بازیابی حامل به این معنی است که بعد از انجام فرآیند، حامل (در اینجا الیاف نانومتری) به راحتی از سیستم واکنش خارج می‌شوند.

5-1- حسگرها

     نانوالیاف به علت نسبت سطح به حجم بالا و فعالیت سطحی زیادشان قابلیت استفاده به عنوان حسگر _ به خصوص حسگرهای گازی _ را دارند. در این میان نانوالیاف توخالی به علت قابلیت نفوذ سطحی زیاد و تراکم کم، توانایی تشخیص بیشتری نسبت به سایر انواع نانوالیاف را دارند.

6-1- قالب برای تولید نانولوله‌ها

     برخی نانوالیاف پلیمری الکتروریسی شده به عنوان الگو یا قالب در نظر گرفته می‌شود؛ این نانوالیاف توسط فلز، سرامیک یا پلیمر مورد نظر پوشش داده شده و نهایتا حذف می‌شوند (مثلا از طریق تبخیر پلیمر نانولیف تبخیر می‌شود) و تنها نانولوله تولیدی باقی می‌ماند. از این روش جهت تولید کانال‌های نانوسیال نیز بهره می‌برند؛ به این منظور نانوالیاف پایه یا به عبارت دیگر قالب کار از جنس پلیمر پلی کربنات تجزیه شونده گرمایی انتخاب می‌شود که به راحتی با اعمال گرما از سیستم خارج شود و سطح آن توسط شیشه پوشش داده می‌شود. مزیت کانال‌های تولیدی با استفاده از این روش نسبت به روش لیتوگرافی این است که سطح مقطع بیضی شکل و گوشه‌های تیز کانال تولیدی در روش جدید حذف می‌شود.

7-1- ساخت الکترود

     نانوالیاف متخلخل به علت قابلیت نگهداری الکترولیت‌های پلیمری در خود _ به واسطه ساختار متخلخل و حفره‌ای _ به عنوان الکترود، در ساخت باتری‌های لیتیومی مورد استفاده قرار می‌گیرند. نحوه عملکرد به این شکل است که در اثر مرطوب شدن غشای متخلخل نانولیف توسط محلول الکترولیت، هدایت یونی افزایش می‌یابد (همان طور که می‌دانیم اساس کار باتری‌های الکترولیتی انتقال یون است که سبب برقراری جریان الکتریکی می‌شود).

منابـــع و مراجــــع

1. Y.K.Kim , A.F.Lewis , Nano composit fibers, NTC project

2. Z.M.Huang, Y.Z.Zhang, M.Kotaksi, S.Ramakrishna, a review on polymer Nanofibers by electrospinning & their application in Nano composites

3. www.nanocore.com

4. www.nanophase.com

5. www.wikipedia.org

6. www.fnm.ir

7. کتاب نانومواد: خواص،تولید و کاربردها؛ تالیف فتح اله کریم زاده، احسان قاسمعلی، سامان سالمی زاده