برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۱۲/۲۵ تا ۱۳۹۸/۰۱/۰۲

ضمائم مقاله
مقالات مرتبط
اخبار مرتبط
آمار مقاله
  • بازدید کل ۱,۶۶۷
  • بازدید این ماه ۱۰۹
  • بازدید امروز ۳
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۴۶
  • قبول شدگان ۳۴
  • شرکت کنندگان یکتا ۳۴
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۷۱
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

تخصصی

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

کاربرد فناوری نانو در تولید منسوجات سلامتی‌بخش

امروزه از نانوذرات سرامیکی با قابلیت انتشار پرتو فروسرخ دور، به منظور تولید منسوجات سلامتی‌بخش استفاده می‌شود. پلیمر سازنده الیاف با نانوذرات سرامیکی گسیل‌کننده پرتو فروسرخ دور (FIR) مخلوط شده و الیاف تولید شده به صورت پارچه، بافته شده و به عنوان پوشاک مورد استفاده قرار می گیرند. پوشاک نهایی، پرتو FIR تولید کرده که موجب اثراتی بر بهبود سلامتی شخص استفاده‌کننده می‌شود. در این مقاله قصد داریم ابتدا به توضیحاتی پیرامون FIR و نانوذرات سرامیکی ساطع‌کننده این پرتو پرداخته و سپس اثرات آن را بر پوشاک تولید شده از آن بررسی کنیم. در انتها به ذکر چند نمونه تجاری در این زمینه خواهیم پرداخت.

1. مقدمه

تمام موجودات زنده در معرض تابش الکترومغناطیس طبیعی قرار دارند که از خورشید به زمین می‌رسد. موجودات زنده در تمام سطوح، از اندامک‌های زیرسلولی گرفته تا کل بدن، اثرات سودمند و زیان‌بار آن را تجربه می‌کنند. تابش حرارتی (یا فروسرخ) بخشی از انرژی در طیف الکترومغناطیس است و به طور مؤثری از هزاران سال پیش به منظور درمان بیماری‌ها و ناراحتی‌های خاص استفاده می شده است. سونای گرم یکی از شیوه‌های بازتابش پرتو حرارتی (و شاید قدیمی‌ترین شیوه) در یک محیط کنترل‌شده به منظور ایجاد فرصت درمان است. با توسعه فناوری برتر برای ارائه پرتو فروسرخ دور (FIR) خالص، فواید حاصل از این پرتو گسترش یافته‌اند [1].
پرتو فروسرخ دور (λ = 3 – 100 μm) یکی از اجزای پرتو فروسرخ است که از خورشید، انواع خاصی از سنگ‌ها و مواد معدنی و موجودات زنده ساطع می‌شود. پرتو فروسرخ دور و خواص درمانی آن برای چندین سال در چین و ژاپن مورد مطالعه و استفاده قرار گرفته است. بدن انسان نیز قابلیت تابش این پرتو را دارد و گفته می‌شود این پرتو اثرات مثبتی بر فرایندهای پرانرژی در بدن انسان دارد.
مواد سرامیکی سابقه طولانی در استفاده به عنوان انعکاس‌دهنده حرارت دارند. به عنوان مثال، سرامیک‌هایی به منظور انعکاس پرتو خورشیدی به بدنه سفینه‌های فضایی استفاده می‌شود. زیست‌سرامیک‌ها گروهی متشکل از 20 نوع سرامیک ترکیبی با اکسیدهای معدنی مانند سیلیسیم اکسید (SiO2) و آلومینیوم اکسید (Al2O3) هستند.
 
filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820
شکل 1. سنگ‌ها یکی از انواع مواد ساطع‌کننده پرتو فروسرخ [4]
تا به امروز تحقیقات بر روی فواید و استفاده از زیست‌سرامیک‌ها به خصوص در اثر تعامل با پرتو فروسرخ دور ادامه دارد. از جمله مشکلات استفاده از زیست‌سرامیک‌ها، وادار کردن ماده به انعکاس مقدار مناسبی از طول موج فروسرخ دور است. پارچه‌های زیست‌سرامیکی توانایی قابل توجهی در انعکاس و انتشار مقدار قابل‌توجهی از امواج فروسرخ دور را دارند. این قابلیت برای کاربرد درمان فروسرخ دور، که نوعی درمان طبیعی که شامل گرم کردن بافت به منظور گردش خون بهتر است، مفید است. این فرایند که موجب افزایش سازوکارهای درمان طبیعی در بدن می‌شود، به رفع علائم درد مزمن ناشی از بیماری‌های آرتریت، عارضه رینود، التهاب مفاصل و آسیب‌های ورزشی کمک می‌کند [2].
filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636
شکل 2. نفوذ عمیق پرتو فروسرخ دور به بافت‌های بدن موجب بهبود گردش خون و توابع سوخت و ساز می‌شود [3].
 
2. سرامیک‌ها و پارچه‌های منتشرکننده FIR
سرامیک‌های منتشرکننده پرتو فروسرخ دور مدتی است شناخته شده‌اند. همه سرامیک‌ها دارای خصوصیت انتشار پرتو فروسرخ بسته به درجه حرارت خود هستند. ترکیب شیمیایی دقیق مواد سرامیکی، رابطه بین دما و میزان پرتو فروسرخ را کنترل می‌کند. انرژی تابیده شده از رابطه استفان- بولتزمن (Stefan-Boltzmann) پیروی می‌کند که در این رابطه کل انرژی تابیده شده بر واحد مساحت سطح و بر واحد زمان به طور مستقیم با توان چهارم دمای مطلق جسم سیاه متناسب است. محدوده طول موج نیز به شدت وابسته به درجه حرارت بر اساس قانون جابه‌جایی وین (Wien) است. ذرات کوچک (نانوذرات و میکروذرات) سرامیکی منتشرکننده FIR با الیاف مخلوط شده و سپس به صورت پارچه بافته می‌شوند. این پارچه می‌تواند به شکل پوشاک مختلف تولید شده و بر روی قسمت‌های مختلفی از بدن قرار گیرد. زمانی که سرامیک‌ها یا پارچه‌های ساطع کننده FIR به عنوان دستگاه‌های درمانی به کار گرفته شوند، تحلیل ترمودینامیک فرایند، به جا خواهد بود.
filereader.php?p1=main_eccbc87e4b5ce2fe2
شکل 3. FIR ساطع شده از پوست توسط ذرات سرامیکی موجود در پارچه جذب شده و پس از آن، دوباره همان FIR به بدن برمی‌گردد [3و4].
قانون اول ترمودینامیک بیان می‌کند انرژی نه به وجود می‌آید و نه از بین می‌رود. حرارت (انرژی ارتعاشی مولکولی) بدن به 3 روش منتقل می‌شود: تابش، همرفت و رسانش. بنابراین روشن است که منبع اصلی انرژی مورد نیاز برای تابش FIR از لباس‌ها از بدن انسان تأمین می‌شود که به طور قابل توجهی درجه حرارتی بالاتر از هوای محیط دارد. بنابراین انرژی از بدن انسان به این ذرات سرامیکی منتقل می‌شود که تحت عنوان "جذب‌کننده‌های کامل" عمل کرده، دمای خود را در سطوح به اندازه کافی بالا نگه داشته و پس از آن FIR منتشر کرده که به بدن برمی‌گردد. پذیرفتنی است که FIR ساطع شده از پوست توسط ذرات سرامیکی جذب شده و پس از آن، دوباره همان FIR به بدن برمی‌گردد. اگر چه ممکن است به نظر برسد این یک فرایند از لحاظ انرژی خنثی است و به طور خودبه‌خودی میرا می‌شود، اما در حقیقت این گونه نیست چرا که مواد ساطع‌کننده FIR در برابر از دست دادن FIR مقاومت خواهند کرد؛ لیکن در لباس‌های معمولی این اثر وجود نداشته و انرژی خارج می‌شود. رسانش یا همرفت از جمله روش‌های انتقال حرارت است که می‌توانند انرژی را از بدن به ذرات سرامیکی به صورت FIR خالص منتقل کنند. تعادل بین رسانش و همرفت به میزان فاصله بین لباس و پوست بستگی خواهد داشت. اگر لباس به پوست چسبیده باشد، رسانش و در حالتی که لباس گشاد باشد، همرفت از اهمیت بیشتری برخوردار خواهد بود (گرم کردن لایه‌ای از هوا که بین پوست و پارچه است) [1].

1.2. کاربرد پارچه‌ها و سرامیک‎های منتشرکننده FIR
دیسک‌ها و پوشاک تولید شده از مواد سرامیکی ساطع‌کننده FIR بر روی بدن انسان اعمال شده‌اند (شکل 4).
filereader.php?p1=main_a87ff679a2f3e71d9
شکل 4. پوشاک و پارچه‌های ساطع‌کننده FIR تولید شده از الیاف آغشته شده با نانوذرات سرامیکی (شرکت Celliant آمریکا)؛ آ:الیاف، ب: نخ، پ: پارچه، ت: زانوبند، ث: جوراب،. ج: دستکش، چ: آرنج بند، ح: پانسمان چندمنظوره، خ: پوشاک، د: تشک، ذ: پتوی حیوانات [1].

برای مثال، از یک پتوی دارای دیسک به منظور بهبود کیفیت خواب و دیسک‌های تکی برای تولید شیر مادر در دوران شیردهی استفاده شده است. دستکش‌هایی از پارچه‌های ساطع‌کننده FIR تولید شده است که این دستکش‌ها می‌تواند برای درمان آرتریت دست‌ها و سندرم رینود استفاده شوند. کمربندهای ساخته شده از این پارچه‌ها برای کاهش وزن استفاده شده‌اند. در مطالعه‌ای کمربند حاوی ماده معدنی سریسیت ساطع‌کننده FIR به منظور تسکین درد قاعدگی مورد استفاده قرار گرفت. در این مطالعه، 104 بیمار مبتلا به دیسمنوره اولیه (قاعدگی دردناک) به طور تصادفی برای پوشیدن کمربند حاوی دارو یا سریسیت در طول خواب به مدت سه دوره انتخاب شدند و سپس دوره پیگیری را به مدت دو دوره بدون بستن کمربند طی کردند. بسته‌های گرمی به منظور گرم کردن سرامیک‌ها و اطمینان از تسکین درد خفیف در هر دو گروه مورد استفاده قرار گرفت. اگرچه شدت دیسمنوره در طول درمان در هر دو گروه کاهش یافت، اما مشخص شد در طول دوره پیگیری در گروه آزمایشی میزان درد کاهش یافته، در حالی که میزان درد در گروه شاهد به تدریج به مقدار پایه بازگشت که منجر به تفاوت معناداری بین دو گروه شد. لیو و همکاران وی در مطالعه بالینی اخیر خود، مزایای استفاده از یک کمربند ساطع‌کننده FIR را برای مدیریت درد و ناراحتی ناشی از دیسمنوره اولیه در زنان مبتلا به آن بررسی کردند. با توجه به پارامترهای مختلف، مانند درجه حرارت بدن، جریان خون در ناحیه شکم، ارزیابی درد و تغییر ضربان قلب نشان دادند کمربند FIR مورد استفاده علاوه بر کاهش درد و ناراحتی ایجاد شده، موجب افزایش دمای سطحی موضعی بدن و همچنین جریان خون در ناحیه شکم شد. رائو و همکاران لباسی ساخته شده از نئوپرن پوشش زیست‌سرامیکی یافته به همراه کرم موضعی را به منظور درمان سلولیت پاها (تجمع چربی) مورد استفاده قرار دادند. پارچه به طور تصادفی بر روی پای چپ یا راست هر بیمار بسته می‌شد و پای دیگر بدون هیچ گونه پوششی به عنوان نمونه شاهد انتخاب می‌شد. از بین 17 نفری که این مطالعه را انجام دادند 76٪، بهبود کلی را در سلولیت خود متوجه شدند؛ به همراه 54٪ گزارش بهبود بیشتر در رانی که پارچه بر روی آن بسته شده بود. علاوه بر این ارزیابی‌ها نشان داد در 65٪ افراد، ران‌های بسته شده بهبود بیشتری را در مقایسه با ران‌های بسته نشده نشان دادند. بستن پارچه نئوپرن پوشش زیست‌سرامیکی یافته، اثر عامل موضعی در کاهش سلولیت را شدت بخشید. یورک و گوردون جوراب ساخته شده از الیاف شرکت Celliant (الیاف پلی اتیلن ترفتالات (PET) مخلوط شده با نانوذرات سرامیکی ساطع‌کننده FIR) را در بیماران مبتلا به درد پای مزمن ناشی از نوروپاتی دیابت یا اختلالات دیگر مورد مطالعه قرار دادند. یک آزمایش تصادفی کور (آزمونی که افراد شرکت‌کننده در آن از داشتن اطلاعاتی که منجر شود به صورت خودآگاه یا ناخودآگاه به سمتی متمایل شوند، منع می‌شوند) شامل 55 نفر (38 مرد و 17 زن با سن میانگین 11/9 ±59/7 سال)، 26 بیمار مبتلا به نوروپاتی دیابتی و 29 بیمار با علل درد دیگر را ثبت‌نام کرد. افراد فرم‌های VAS، تشخیص شدت درد (BPI) و پرسشنامه درد مک گیل (MPQ) و یک فرم بررسی سلامت کوتاه چند منظوره با 36 سوال (SF-36) را دو بار به فاصله یک هفته از هم، قبل از دریافت جوراب شاهد یا جوراب شرکت Celliant تکمیل کردند. همان پرسشنامه‌ها یک و دو هفته بعد مجدداً پاسخ داده شدند. پرسشنامه‌ها نه نمره به منظور آنالیز کاهش درد ارائه کردند: یک نمره VAS، دو نمره BPI، پنج نمره MPQ و نمره درد بدن در SF-36. میانگین نمرات هفته‌های اول و دوم و هفته‌های سوم و چهارم برای اندازه‌گیری کاهش درد مقایسه شدند. کاهش درد بیشتری برای افرادی که جوراب Celliant را پوشیده بودند، با تفاوت معنی‌دار (p = 0.043) بین گروه شاهد و گروه Celliant در پرسشنامه مک گیل گزارش شد. در افراد نوروپاتی Celliant موجب کاهش درد بیشتری در 6 از 9 سؤال اما نه به طور قابل توجه شد و در افراد غیر نوروپاتی هشت از نه سوال کاهش درد بهتری را با جوراب‌های Celliant نشان داد [1].

2.2. منسوجات تجاری‌شده ساطع‌کننده FIR
در دهه 1990، شرکتی به نام هالوفایبر (Holofiber) در کالیفرنیا با هدف توسعه الیاف و پارچه‌هایی که انرژی بدن را به منظور بهبود گردش خون و کمک به درمان به سمت داخل منعکس کنند، شروع به مطالعه این روش‌های درمان آسیایی کرد و در سال 2008 لیفی به عنوان Celliant تولید شد. فناوری این محصول بر پایه سیزده ماده معدنی حساس به نور تعبیه شده در الیاف پلی استر که نور مرئی و فروسرخ را اصلاح می‌کنند، استوار است. زمانی که پارچه‌های شامل این الیاف یا پوشیده می‌شوند یا در کنار بدن مورد استفاده قرار می‌گیرند، انرژی ساطع شده از بدن را به آن برگردانده و موجب افزایش جریان خون و سطح اکسیژن می‌شوند. هالوژنیکس عقیده دارد محصولات حاوی Celliant از لحاظ درمانی برای افزایش قدرت و عملکرد ورزشی، تحریک بهبودی و درمان سریع‌تر، تعادل درجه حرارت بدن و بهبود کیفیت خواب ثابت شده‌اند. Celliant در هر دو نوع نخ فیلامنتی و تاب‌دار و پارچه‌های Celliant در ایالات متحده و همچنین در تایوان و کره جنوبی تولید شده است. این محصول توسط تعدادی از شرکت‌های بین‌المللی برای لوازم تختخواب و تشک، پوشاک ورزشی، زیرپوش‌های فشرده و پشتیبان، جوراب پزشکی و محصولات درمانی برای سگ، اسب و مراقبت‌های انسانی مورد قبول واقع شده است.
یکی از اولین محصولات تجاری منسوجات ساطع‌کننده FIR برای پوشاک، ترکیب Solar Res بود که در سال 2006 ثبت شده و توسط شرکت فرانسوی HT Concepts تحت عنوان Gold Reflect’Line به بازار عرضه شد. در فناوری آن 30 اکسید فلزی (از سنگ‌های آتشفشانی) با یک چسب پلی یورتان قابل تنفس، ترکیب شده که می‌تواند پوشش داده شود، چند لایه شود یا بر روی پارچه به منظور برگشت FIR به بدن چاپ شود. در حالی که غشاهای Gold Reflect’Line به طور ویژه برای کاپشن و پوشاک محافظتی برای ورزش‌های شدید و لباس کار مناسب هستند، فرایند چاپ جدید شرکت دسترسی این فناوری را به پوشاک مد، ملافه و لوازم جانبی فنی مانند کلاه و صندلی خودرو گسترش داده است.
شولر تکنولوژی، توسعه‌دهنده سوئیسی منسوجات با فناوری پیشرفته، طیف پارچه جدیدی به نام "انرژیر" راه‌اندازی کرده است که از پرتو فروسرخ دور استفاده می‌کند، تا تضمین کند انرژی ساطع شده از بدن به منظور اثرگذاری حتمی بر توانایی عملکرد و تندرستی بازیابی شده است. این فناوری برنامه‌ای کاربردی در ورزش و فضای باز، محیط کاری و زندگی روزمره داشته و دوندگانی که از لباس‌های ساخته شده از این پارچه استفاده کردند، بیان داشتند این فناوری موجب ضربان نبض کمتر و بهبود عملکرد شده است. انرژیر آخرین فناوری شولر است که شامل یک ماتریس معدنی قرار گرفته در پارچه است و بر دانش باستانی در مورد ویژگی مواد معدنی خاصی که پرتو فروسرخ دور را منعکس می‌کند، متکی است و تضمین می‌کند که انرژی ساطع شده از بدن بازیابی می‌شود. شولر می‌گوید آزمایش‌کنندگان متعددی گزارش داده‌اند که ضربان نبض آن‌ها در طول فعالیت شدید، پایین‌تر باقی مانده و عملکرد آن‌ها به شکلی ملموس بهبود یافته است. نماینده شولر می‌گوید: "انعکاس FIR موجب افزایش گردش خون و سطح اکسیژن در خون می‌شود. این انرژی اضافی دارای اثرات مثبت بسیاری در بدن مانند بهبود عملکرد و پیشگیری از خستگی زودرس است. علاوه بر این، مراحل گرم کردن کوتاه‌تری کافی است و به طور کلی موجب افزایش تمرکز و سلامتی می‌شود. همچنین ویژگی‌های پارچه مانند قابلیت تنفس، محافظت از آب و هوا و انعطاف پذیری نیز حفظ می‌شوند. فناوری انرژیر شولر را می‌توان با پارچه‌های گوناگون شولر، با کارکردهایی نظیر انعطاف‌پذیری، مقاومت آب و هوایی یا مدیریت رطوبت ترکیب کرد. گزینه‌ها و حوزه‌های کاربردی پارچه‌های انرژیر نیز متنوع هستند. از لباس برای دوچرخه‌سواری و ورزش‌های کوهستانی گرفته تا کوه‌پیمایی و پیاده‌روی، برای موتورسواری، اسکی و ورزش‌های زمستانی، لباس کار و پوشاک نظامی و همچنین لباس شهر و خیابان" [4].

نتیجه‌گیری
در این مقاله به طور خلاصه به کاربرد منسوجات سلامتی‌بخش با استفاده از نانوذرات سرامیکی با قابلیت انعکاس پرتو فروسرخ دور اشاره شد. بدین منظور نانوذرات سرامیکی با الیاف مخلوط شده و به صورت پوشاک مختلف تولید شده و بر روی بدن قرار می‌گیرند. انرژی حرارتی بدن که در محدوده فروسرخ است، از بدن ساطع شده و توسط این نانوذرات حفظ می‌شود و دوباره به بدن باز می‌گردد. امروزه از این نوع پارچه‌ها پوشاک ورزشی، درمانی، خانگی و همچنین منسوجات نگه‌داری حیوانات تهیه شده است. شرکت Celliant از پیشگامان این عرصه به شمار می‌رود.
 

منابـــع و مراجــــع

[1] F. Vatansever and M. R. Hamblin, "Far infrared radiation (FIR): its biological effects and medical applications," Photonics and Lasers in Medicine, vol. 1, pp. 255-266, 2012.

[2 ] https://www.veturotherapy.com/naturopathic-technology/bio-ceramic/

[3] http://www.innovationintextiles.com/ancient-wisdom-inspires-responsive-far-infrared-fibres/

[4] http://www.innovationintextiles.com/far-infrared-fabric-lowers-pulse-rate-improves-performance/