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 ۱,۱۱۷
  • بازدید این ماه ۳
  • 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

تخصصی

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

کاربرد فناوری نانو در تولید منسوجات سلامتی بخش

امروزه از نانوذرات سرامیکی با قابلیت انتشار پرتو فروسرخ دور به منظور تولید منسوجات سلامتی بخش استفاده می شود. پلیمر سازنده الیاف با نانوذرات سرامیکی گسیل کننده 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 می شود. در این مقاله قصد داریم ابتدا به توضیحاتی پیرامون FIR و نانو ذرات 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 می رسد. موجودات زنده در تمام سطوح، از اندامک های زیرسلولی گرفته تا کل بدن، اثرات سودمند و زیان بار آن را تجربه می‌کنند. تابش حرارتی (یا فروسرخ) بخشی از انرژی در طیف الکترومغناطیس است و به طور موثری از هزاران سال پیش به منظور درمان بیماری ها و ناراحتی های خاص استفاده می شده است. سونای گرم یکی از شیوه‌های (و شاید قدیمی ترین شیوه) بازتابش پرتو حرارتی در یک محیط کنترل شده به منظور ایجاد فرصت درمان است. با توسعه فنآوری برتر برای ارائه پرتو فروسرخ دور (FIR) خالص، فواید حاصل از این پرتوگسترش یافته اند [1].
پرتو فروسرخ دور (λ = 3 – 100 μm ) یکی از اجزای پرتو فروسرخ است که از خورشید، انواع خاصی از سنگ ها و مواد معدنی، و موجودات زنده ساطع می شود. 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 می شود این پرتو اثرات مثبتی بر فرایندهای پرانرژی در بدن انسان دارد.
مواد سرامیکی دارای سابقه طولانی در استفاده به عنوان انعکاس‌دهنده حرارت هستند. به عنوان مثال، سرامیک‌هایی به منظور انعکاس پرتو خورشیدی به بدنه سفینه های فضایی استفاده می شود. زیست‌سرامیک ها 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. سنگ ها یکی از انواع مواد ساطع‌کننده پرتو فروسرخ ]4[..

تا به امروز تحقیقات بر روی فواید و استفاده از زیست‌سرامیک ها 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. پارچه های زیست سرامیکی توانایی قابل توجهی در انعکاس و انتشار مقدار قابل توجهی از امواج فروسرخ دور را دارند. این قابلیت برای کاربرد درمان فروسرخ دور، نوعی درمان طبیعی که شامل گرم کردن بافت به منظور گردش خون بهتر است، مفید می باشد. این فرایند که موجب افزایش سازوکارهای درمان طبیعی در بدن می شود، به رفع علائم درد مزمن ناشی از بیماری های آرتریت، عارضه رینود، التهاب مفاصل و آسیب های ورزشی کمک می کند]2[.


filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636
شکل 2. نفوذ عمیق پرتو فروسرخ دور به بافت های بدن موجب بهبود گردش خون و توابع سوخت و ساز می شود]3[..

2. سرامیک ها و پارچه های منتشرکننده FIR
سرامیک های منتشر کننده پرتو فروسرخ دور مدتی است شناخته شده اند. همه سرامیک ها 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 می کند. انرژی تابیده شده از رابطه استفان- بولتزمن (Stefan-Boltzmann) پیروی می کند 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 جابه جایی وین (Wien) است. ذرات کوچک (نانوذرات و میکروذرات) سرامیکی منتشرکننده FIR با الیاف مخلوط شده و سپس به صورت پارچه بافته می شوند. این پارچه می تواند به شکل پوشاک مختلف تولید شده و بر روی قسمت های مختلفی از بدن قرار گیرد. زمانی که سرامیک ها یا پارچه های ساطع کننده FIR به عنوان دستگاه های 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 برمی گردد ]3[ و]4[.

قانون اول ترمودینامیک بیان می کند انرژی نه به وجود می آید و نه از بین می رود. حرارت (انرژی ارتعاشی مولکولی) بدن به 3 روش منتقل می شود: تابش، همرفت و رسانش. بنابراین روشن است که منبع اصلی انرژی مورد نیاز برای تابش FIR از لباس ها از بدن انسان تامین می‌شود که به طور قابل توجهی درجه حرارتی بالاتر از هوای محیط دارد. بنابراین انرژی از بدن انسان به این ذرات سرامیکی منتقل می شود که تحت عنوان "جذب‌کننده های کامل" عمل کرده، دمای خود را در سطوح به اندازه کافی بالا نگه داشته و پس از آن FIR منتشر کرده که به بدن برمی گردد. پذیرفتنی است که FIR ساطع شده از پوست توسط ذرات سرامیکی جذب شده و پس از آن دوباره همان FIR به بدن برمی گردد. اگر چه ممکن است به نظر برسد این یک فرایند از لحاظ انرژی خنثی است و به طور خودبه خودی میرا می شود، اما در حقیقت این گونه نیست چرا که مواد ساطع کننده FIR در برابر از دست دادن FIR مقاومت خواهند کرد لیکن در لباس‌های معمولی این اثر وجود نداشته و انرژی خارج می‌شود. رسانش و یا همرفت از جمله روش‌های انتقال حرارت است که می توانند انرژی را از بدن به ذرات سرامیکی به صورت FIR خالص منتقل نمایند. 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 لایه ای از هوا که بین پوست و پارچه است) [1].

3.1 کاربرد پارچه ها و سرامیک های منتشرکننده FIR

دیسک ها و پوشاک تولید شده از مواد سرامیکی ساطع‌کننده FIR بر روی بدن انسان اعمال شده اند (شکل4).


filereader.php?p1=main_a87ff679a2f3e71d9
شکل 4. پوشاک و پارچه های ساطع کننده 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 دیسک های تکی برای تولید شیر مادر در دوران شیردهی استفاده شده است. دستکش هایی از پارچه های ساطع‌کننده FIR تولید شده است که این دستکش ها می تواند برای درمان آرتریت دست ها و سندرم رینود استفاده شوند. کمربندهای ساخته شده از این پارچه ها برای کاهش وزن استفاده شده اند. در مطالعه ای کمربند حاوی ماده معدنی سریسیت ساطع کننده 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. بسته های گرمی به منظور گرم کردن سرامیک ها 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 ساطع کننده 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 هم چنین 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 ارزیابی ها نشان داد در 65٪ افراد، ران های بسته شده بهبود بیشتری را در مقایسه با ران های 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 ساطع کننده FIR) را در بیماران مبتلا به درد پای مزمن ناشی از نوروپاتی دیابت و 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 پرسشنامه ها یک و دو هفته بعد مجددا پاسخ داده شدند. پرسشنامه ها 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 هفته های اول و دوم و هفته های سوم و چهارم برای اندازه گیری 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 پرسش نامه مک گیل گزارش شد. در افراد نوروپاتی Celliant موجب کاهش درد بیشتری در 6 از 9 سوال اما نه به طور قابل توجه شد و در افراد غیر نوروپاتی هشت از نه سوال کاهش درد بهتری را با جوراب های Celliant نشان داد [1].

3.2 منسوجات تجاری شده ساطع‌کننده FIR
در دهه 1990، شرکتی به نام هالوفایبر (Holofiber) در کالیفرنیا با هدف توسعه الیاف و پارچه هایی که انرژی بدن را به منظور بهبود گردش خون و کمک به درمان به سمت داخل منعکس کنند، شروع به مطالعه این روش های درمان آسیایی نمود و در سال 2008 لیفی به عنوان Celliant تولید شد. فن آوری این محصول بر پایه سیزده ماده معدنی حساس به نور تعبیه شده در الیاف پلی استر که نور مرئی و فروسرخ را اصلاح می کنند، 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 می شوند. هالوژنیکس عقیده دارد محصولات حاوی Celliant از لحاظ درمانی برای افزایش قدرت و عملکرد ورزشی، تحریک بهبودی و درمان سریع¬تر، تعادل درجه حرارت بدن و بهبود کیفیت خواب ثابت شده اند. Celliant در هر دو نوع نخ فیلامنتی و تاب دار و پارچه های Celliant در ایالات متحده و همچنین در تایوان و کره جنوبی تولید شده است. این محصول توسط تعدادی از شرکت های بین المللی برای لوازم تختخواب و تشک، پوشاک ورزشی، زیرپوش های فشرده و پشتیبان، جوراب پزشکی و محصولات درمانی برای سگ، اسب و مراقبت های 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 فن آوری آن 30 اکسید فلزی (از سنگ های آتشفشانی) با یک چسب پلی یورتان قابل تنفس، ترکیب شده که می-تواند پوشش داده شود، چند لایه شود و 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 ورزش های شدید و لباس کار مناسب هستند، فرایند چاپ جدید شرکت دسترسی این فن آوری را به پوشاک مد، ملافه و لوازم جانبی فنی مانند کلاه و صندلی خودرو گسترش داده است.
شولر تکنولوژی، توسعه دهنده سوئیسی منسوجات با فن آوری 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 فن آوری برنامه ای کاربردی در ورزش و فضای باز، محیط کاری و زندگی روزمره داشته و دوندگانی که از لباس های ساخته شده از این پارچه استفاده کردند بیان داشتند این فن آوری موجب ضربان نبض کمتر و بهبود عملکرد شده است. انرژیر آخرین فن آوری شولر است که شامل یک ماتریس معدنی قرار گرفته در پارچه می باشد و بر دانش باستانی در مورد ویژگی مواد معدنی خاصی که پرتو فروسرخ دور را منعکس کرده و تضمین می¬کند که انرژی ساطع شده از بدن بازیابی می شود، متکی است. شولر می گوید آزمایش کنندگان متعددی گزارش داده¬اند که ضربان نبض آن ها در طول فعالیت شدید پایین تر باقی مانده و عملکرد آن ها به شکلی ملموس بهبود یافته است. نماینده شولر می‌گوید: "انعکاس FIR موجب افزایش گردش خون و سطح اکسیژن در خون می شود. این انرژی اضافی دارای اثرات مثبت بسیاری در بدن مانند بهبود عملکرد و پیشگیری از خستگی زودرس می باشد. علاوه بر این مراحل گرم کردن کوتاه تری کافی است و به طور کلی موجب افزایش تمرکز و سلامتی می شود. همچنین ویژگی¬های پارچه مانند قابلیت تنفس، محافظت از آب و هوا و انعطاف پذیری نیز حفظ می شوند. فن آوری انرژیر شولر را می‌توان با پارچه های گوناگون شولر، با کارکردهایی نظیر انعطاف پذیری، مقاومت آب و هوایی یا مدیریت رطوبت ترکیب نمود. گزینه‌ها و حوزه‌های کاربردی پارچه‌های انرژیر نیز متنوع هستند. از لباس برای دوچرخه سواری و ورزش های کوهستانی گرفته تا کوه پیمایی و پیاده‌روی، برای موتورسواری، اسکی و ورزش های زمستانی، لباس کار و پوشاک نظامی و هم چنین لباس شهر و خیابان"]4[.

نتیجه گیری
در این مقاله به طور خلاصه به کاربرد منسوجات سلامتی بخش 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 می گیرند. انرژی حرارتی بدن که در محدوده فروسرخ می باشد از بدن ساطع شده و توسط این نانوذرات حفظ می شود و دوباره به بدن بازمی‌گردد. امروزه از این نوع پارچه ها پوشاک ورزشی، درمانی، خانگی و همچنین منسوجات نگه داری حیوانات تهیه شده است. شرکت Celliant از پیشگامان این عرصه به شمار می رود.

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/