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 ۱,۲۴۳
  • 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

پیشرفته 2

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

ابعاد زیستی و اثرات سمیّت نانولوله‌های کربنی

1- مقدمه
تعداد بسیار زیادی از نانوذرات در محیط وجود دارند که در بین آنها برخی به شکل ذرات بسیار خالص با منشأ طبیعی و برخی نیز مانند نانوذرات مهندسی‌شده (Engineered Nanoparticles (ENPs)) با منشأ غیرطبیعی هستند. نانوذرات مهندسی‌شده بر پایۀ کربن شامل نانولوله‌های کربنی تک‌جداره (Single Wall Carbon Nanotubes (SWCNTs)) و نانولوله‌های کربنی چند‌جداره (Multi Wall Carbon Nanotubes (MWCNTs))، فولرن‌های کُره‌ای و دندریمر‌ها (dendrimers) می‌باشند. در بین تمام نانوذرات مهندسی‌شده، نانوذرات مهندسی‌شده بر پایۀ کربن توجه زیادی را برای کاربرد‌های بالقوّۀ زیست‌پزشکی مانند زی‌حسگرها (biosensors)، طراحی دارو، حمل دارو، درمان تودینه (tumor) و مهندسی بافت به خود جلب کرده‌اند که دلیل عمدۀ این توجه، ویژگی‌های الکتریکی، ظاهری و مکانیکی این نانومواد است. نانولوله‌های کربنی اولیه، در طبیعت بی‌اثر هستند، بنابراین برای فعالیت نیاز به فرایند عامل‌دار کردن (functionalization) دارند. در این فرایند گروه‌های عاملی فعّال متفاوتی مانند کربوکسیل، کربونیل، هیدروکسید و اسیدی به نانولوله‌های کربنی اضافه می‌گردد که باعث واکنش‌پذیری این نانوساختار‌ها می‌شود و آنها را برای کاربرد‌های مختلف آماده می‌سازد. سازگاری زیستی این نانولوله‌های کربنی عامل‌دار شده و ترکیبات‌شان باید قبل از هر استفاده‌ای در سامانه‌های زیستی مورد آزمایش قرار گیرد. بررسی سمیّت نانولوله‌های کربنی یکی از قدیمی‌ترین سؤالات در عرصه‌های مختلف نانوفناوری است. گزارش‌های ضد‌و‌نقیضی در مورد سمیّت نانولوله‌های کربنی در مقالات و یافته‌های علمی مختلف به چشم می‌خورد و وجود یک توضیح منطقی از گزارش‌های سمیّت این ترکیبات غیر‌قابلِ‌درک باقی مانده است. نتایج حاصل از آزمایش‌های علمی مختلف روی سلول‌ها تا بدین جا متناقض بوده به‌طوری‌که برخی، نتایج سمیّت بسیار بالایی را نشان می‌دهند و نتایج دیگر هیچ علامتی از سمیّت را اثبات نمی‌کنند. ساز‌و‌کارهای (mechanism) مختلفی برای ایجاد سمیّت نانوذرات کربنی پیشنهاد شده است که می‌توان به تداخل در انتقال الکترون غشایی، تخریب یا سوراخ کردن دیوارۀ سلولی، اکسید کردن ترکیبات داخل‌ِسلولی و تولید محصولات ثانویه مانند یون‌های نامحلول فلزات سنگین و گونه‌های اکسیژن فعّال (Reactive Oxygen Species (ROSs)) اشاره کرد.
سمیّت یک نمونۀ نانولولۀ کربنی به فرمول ساختاری و همچنین هندسه و عامل‌دار کردن سطحی آن بستگی دارد. مطالعات متعددی پیشنهاد کرده‌اند که نانولوله‌های کربنی که به‌خوبی عامل‌دار شده باشند برای سلول‌های حیوانی بی‌خطر هستند درحالی‌که نانولوله‌های کربنی خام و اولیه یا نانوله‌های بدون فرایند عامل‌دار کردن حتّی در چنده‌های (dose) متوسط سمیّت شدیدی را برای سلول‌های جانوری و انسانی نشان می‌دهند [1].

2- نانولوله‌های کربنی
ساده‌ترین نوع نانولوله‌های کربنی، نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره هستند که می‌توان آنها را به‌صورت صفحۀ منفردی از گرافیت پیچیده‌شده به‌صورت استوانه‌ای بدون درز و یکپارچه در نظر گرفت. اگر تعدادی از این صفحه‌ها به شکل لوله‌های هم‌مرکز دور هم پیچانده شوند، نانولوله‌های کربنی چند‌جداره یا چند‌کربنه به دست می‌آید (شکل 1). فضای بین استوانه‌ها در این نوع از نانولوله‌های کربنی شبیه فضا‌ها در گرافیت است، یعنی چیزی در حدود 34/0 نانومتر. نانولوله‌های کربنی دو‌جداره یا دو‌دیواره به‌تازگی مورد توجه ویژه‌ای قرار گرفته‌اند چراکه لولۀ خارجی را می‌توان با گروه‌های عاملی فعّال کرد در‌حالی‌که لولۀ داخلی برای کلیه هدف‌های مورد نظر به‌عنوان یک نانولولۀ کربنی تک‌جداره عمل می‌کند (شکل 1).

filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820
شکل 1- A) نانولولۀ کربنی تک‌جداره و B) نانولۀ کربنی چند‌جداره

دو سر انتهایی لوله را می‌توان بدون پوشش و یا دارای درپوشی از گرافیت خم‌شده انتخاب کرد. مشابه با گرافیت، نانولولۀ کربنی برای افزایش تماس بین لایه‌های گرافیتی تمایل به انباشته شدن دارد و این امر به‌خصوص در مورد نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره قابلِ‌توجه است. توده‌های حاصل باعث حلالیت‌ناپذیری نانولوله‌های کربنی می‌شوند. نانولوله‌های کربنی مقاومت بسیار بالایی در برابر مواد شیمیایی دارند به‌طوری‌که در دمایی در حدود °500C در هوا می‌سوزند. نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره ضعیف‌تر هستند، چراکه گرافیت موجود در دیواره خم‌شدگی بیشتری داشته و مورد فشار بیشتری قرار گرفته است. درپوش‌های دو انتهای نانولوله‌های کربنی نیز خم‌شدگی شدیدی دارند و نقطه‌های ضعیفی در برابر هجوم مواد شیمیایی و عوامل دیگر هستند و از نظر حساسیت مشابه نانولوله‌های کربنی بدون درپوش هستند. در کنار حلقه‌های گرافیتی شش‌ضلعی معمولی، درپوش‌های انتهایی ممکن است دارای حلقه‌های پنج‌ضلعی یا هفت‌ضلعی هم باشند که این ساختارها از نظر شیمیایی نقطه‌های فعّالی هستند. گاهی عیب و نقص‌هایی در پوشش شش‌ضلعی‌های دیوارۀ یک نانولولۀ کربنی به ظاهر سالم رخ می‌دهد و باعث تولید نقطه‌های حساس بیشتری می‌شود. چنین عیب‌هایی را می‌توان با رادیکال‌های موضعی روی نانولوله‌های کربنی ثبات بخشید و یا اینکه این کار را با جذب اکسیژن انجام داد. مرحلۀ سنتز نانولوله‌های کربنی امری مهم در تعیین شرایط و توانایی‌های کاربردی ساختار آن، محصولات جانبی، ناخالصی‌ها و در نتیجه فعالیت سمی هر نمونۀ مشخص است. پهنای لوله وابسته به مرحلۀ سنتز است امّا به‌طورِ‌معمول در نانولوله‌های کربنی تک‌جداره در حدود 0/7 تا 3 نانومتر و برای نانولوله‌های کربنی چند‌دیواره 100-10 نانومتر انتخاب می‌شود. طول نانولوله ممکن است از چند نانومتر تا ده‌ها میکرون باشد، امّا انباشته‌ها و دسته‌های متمرکز به‌طورِ قابلِ‌ملاحظه‌ای بلند‌تر و پهن‌تر هستند.
نانولوله‌های کربنی به‌دلیل ساختار خاص خود، مساحت سطح بسیار بالایی دارند. همچنین این مساحت سطح زیاد وابسته به اندازۀ لوله‌ها و درجۀ انباشتگی دسته‌های نانولوله است اما می‌توان آن را با دستگاه‌های استاندارد هم‌دما (isotherm) جذبی نیز اندازه‌گیری کرد. مقدار نظری برای نانولوله‌های کربنی تک‌جداره گسسته در حدود m2/g 1300 و برای نانولوله‌های کربنی چندجداره معادل m2/g 800-100 تخمین زده و اندازه‌گیری شده است. برای سنتز و ساخت نانولوله‌های کربنی سه روش اصلی وجود دارد که عبارت‌اند از: تخلیۀ قوسی، برش لیزری و نهشت بخار شیمیایی (Chemical Vapor Deposition (CVD)). اصل‌های کاربردی در این روش‌ها شامل تولید اجزاء کربنی است که در ادامه برای شکل‌دهی ساختار نانولولۀ کربنی به‌عنوان اجزاء ساختاری در کنار هم قرار داده می‌شوند و این کار به‌طورِ‌معمول به کمک یک کاتالیزور فلزی در دمای زیاد (در حدود 500 تا 1200 درجۀ سانتی‌گراد) انجام می‌گیرد. نانولوله‌های کربنی را می‌توان بدون کاتالیزورهای فلزی نیز تولید کرد، گرچه میزان محصولات تولیدی چنین فرایندی بسیار کم هستند و به‌ندرت می‌توان به نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره دست یافت. بررسی‌ها نشان می‌دهند که معمول‌ترین روش تولید نانولوله‌های کربنی روش CVD است. علاوه بر گرمایی در حدود °600C، سه مادۀ اولیه دیگر نیز در این فرایند مورد نیاز هستند:
1- منبع کربن (پیش‌مادۀ کربن): برای مثال متان، متانول، استیلن، بنزن یا منوکسید کربن
2- جایگاه قرارگیری و نگهداری‌کننده از کاتالیزور(پایۀ کاتالیزور): این بخش ممکن است به‌صورت یک سطح صاف (مثلاً از SiO2) برای رشد نانولوله‌ها در وضع عمودی، پودر تشکیل‌شده از ذرات بسیار ریز و جدا از یکدیگر ( مثل MgO، زئولیت، آلومینات‌ها یا سیلیکات‌ها) باشد و یا هیچ جایگاه پایه‌ای (support) برای کاتالیزور فلزی، در نظر گرفته نشود که این امر در حالتی است که کاتالیزور فلزی به‌صورت هواسُل (aerosol) باشد.
3- کاتالیزور فلزی: این ماده به‌طورِ‌معمول از فلزات واسطه به‌ویژه Mo، Ni، Co، Feو برخی اوقات مخلوط یا آلیاژی از این فلزات است. شکل فلز مورد استفاده در فرایند، بستگی به روش سنتز و نوع جایگاه پایه دارد.
الف- برای سطوح صاف: یک لایۀ سطحی نازک از فلز (مثلاً Ni)؛
ب- برای پودر‌ها: نمک‌های فلزی (مثلاً نیترات آهن) و یا نانوذرات از‌پیش آماده‌شده؛
ج- برای هواسُل‌ها: یک مادۀ آلی-فلزی (مثل پنتا کربونیل آهن).
علاوه‌بر موارد بالا می‌توان مواد افزودنی را هم در نظر گرفت. این مواد افزودنی می‌تواند شامل یک گاز بی‌اثر به‌عنوان گاز حامل (مانند گاز آرگون)، یک مادۀ کاهنده (مانند گاز نیتروژن) و یا یک پیش‌بَرندۀ رشد (مانند غلظت‌های کمی از بخار آب) باشد.

1-2- خصوصیات فیزیکی و شیمیایی
نانولوله‌ها علی‌رغم برخورداری از قطر بسیار کم، استحکام کششی بالایی در حدود صد گیگاپاسکال دارند. از دیگر خصوصیات نانولوله‌ها وجود پیوند‌های واندروالس بین اتم‌ها (و لذا توانایی بسیار پایین آنها برای چسبیدن به یکدیگر)، خواص الکتریکی منحصر‌به‌فرد (نانولولۀ فلزی و نیمه‌هادی)، رسانایی تنها در جهت طولی، رسانایی حرارتی و خاصیت نشر میدانی است.

2-2- ساز‌گاری زیستی
جلب نظر دانشمندان به سازگاری زیستی نانولوله‌ها و اثرات مضر احتمالی آنها بر سلول‌ها، به این واقعیت برمی‌گردد که در سال‌های اخیر با افزایش روز‌‌افزون کاربردهای نانولوله‌ها‌ در صنعت و حضور بیشتر آنها در محیط، ارتباط معنا‌داری بین آنها و برخی بیماری‌ها از‌جمله بیماری‌های تنفسی و پوستی پیدا شده‌ است. این امر مراکز علمی و تحقیقاتی را بر آن داشته‌ است تا به بررسی اساسی این تأثیرات، یعنی تأثیر نانولوله بر سلول‌ها بپردازند. علی‌رغم مطالعاتی که در ابتدا نشان می‌داد که نانولوله‌ها و هم‌خانواده‌های آن تأثیر چندانی بر شکل، رشد و تکثیر سلولی ندارند، امّا امروزه مشخص شده است که شاخص‌هایی چون ابعاد فیزیکی، مساحت، چنده، نسبت طول به قطر، زمان، خلوص و وجود عوامل شیمیایی متصل به سطح، هر یک به‌نوبۀ خود در خاصیت سمیّت سلولی نانولوله مؤثرند.

3-2- نانولوله‌های کربنی: ابزار‌های قدرتمند زیستی
چنانچه عنوان شد، با در نظر گرفتن خطرات احتمالی نانولوله‌ها برای سلول و بافت، این ساختار‌های نانویی از کاربرد‌های بالقوّۀ فراوانی در موجودات زنده برخوردارند. اگرچه ترس از عدم سازگاری زیستی موجب کُند شدن روند تحقیقات در این زمینه شده است، با‌این‌حال تاکنون دانشمندان به نتایج قابلِ‌قبولی دست یافته‌اند که در ادامه به آنها اشاره می‌شود.
هرگونه تغییری در ساختمان و اجزای نانولوله‌ها موجب تغییر در قدرت هدایت الکتریکی آنها خواهد شد. دانشمندان دریافته‌اند که عامل‌دار کردن نیز متناسب با خصوصیات مولکول پیوند‌شده، موجب تغییراتی در هدایت الکتریکی و تابش نور از نانولوله می‌شود که منحصر به همان مولکول است. تاکنون مطالعاتی روی پروتئین‌ها، کربوهیدارت‌ها و پادتَن‌های (antibody) مختلف صورت گرفته است که همگی تأییدی بر این فرضیه بوده‌اند؛ بنابراین با حضور هر نوع مولکول در محیط‌ حاوی نانولوله و اتصال به آن می‌توان بسامد الکتریکی یا طول نورانی متفاوتی را ثبت کرد و به حضور آن ماده در محیط پی برد.
تاکنون مطالعاتی روی توانایی نانولوله‌ها در جا‌به‌جا نمودن مولکول‌ها صورت گرفته‌است. این بررسی‌ها غالباً به دو دسته تقسیم می‌شوند: مطالعاتی که به بررسی عبور مولکول‌ها از درون نانولوله و درج مولکول‌ها درون آنها اختصاص دارند و مطالعاتی که بر پایۀ اتصال مولکول‌ها به سطح نانولوله و انتقال از این طریق بنا شده‌اند. در نوع اول دانشمندان موفق به مشاهدۀ عبور مولکول آب، +H، برخی از یون‌ها و بعضاً بسپارها (polymer) از درون نانولوله شده‌اند، آنها با جایگذاری داروهای ضدِ سرطان (مثل سیس پلاتین) درون نانولوله‌ها موفق به انتقال آنها به اطراف سلول و آزادسازی آهستة آنها از درون نانولوله شده‌اند. در نوع دیگر عموماً نقل‌و‌انتقال پروتئین‌ها توسط نانولوله‌ها بررسی شده است. این مطالعات نشان می‌دهند که با عامل‌دار کردن نانولوله توسط گروه عاملی اسیدی می‌توان قابلیت اتصال این مواد به پروتئین‌ها را افزایش داد و به این طریق انتقال پروتئین‌ها به درون سلول را تسهیل کرد. البته این توانایی نانولوله‌ها به اندازۀ پروتئین‌ نیز بستگی دارد و در اندازه‌های بزرگ‌تر این توانایی از نانولوله سلب می‌شود. در همین رابطه می‌توان توانایی نانولوله را برای انتقال ژن‌ها به درون سلول نیز ذکر کرد که البته مطالعات در این زمینه همچنان ادامه دارد. چنانچه بتوان از نانولوله به‌عنوان ناقل ژن استفاده کرد، می‌توان آیندۀ درخشانی را برای ژن‌درمانی و روش‌های مشابه متصور بود.
اخیراً توجه دانشمندان به این قابلیت نانولوله‌ها جلب شده است که همانند داربست‌های (scaffold) طبیعی بافتی محتوی کُلاژن، می‌توانند به‌عنوان داربست برای رشد سلول‌های روی آنها مورد استفاده قرار بگیرند. احتمالاً ایدۀ اولیه از آنجا نشأت می‌گیرد که نانولوله‌ها هنگام تولید به‌صورت رشته‌هایی در هم آرایش می‌یابند که به آن شکل ماکارونی اطلاق می‌شود. این مشابه وضعیت کُلاژن‌ها در مایع خارجِ‌سلولی است [2].

3- چالش‌های تجاری‌سازی نانولوله‌های کربنی چند‌جداره
1-3- پراکندگی
این نانوساختارها پراکندگی بهتری در داخل محلول‌ها و بسپارها نسبت به نانولوله‌های کربنی تک‌جداره دارند، با‌این‌حال کیفیت تراکنش حاصل‌شده یک عامل مهم در عملکرد محصول نهایی است.

2-3- خلوص
بسیاری از فرایندهای نانولوله‌های کربنی چند‌جداره موجب ایجاد مقدار قابلِ‌توجهی باقی‌ماندۀ کاتالیست فلزی در محصول نهایی می‌شوند که می‌تواند در عملکرد نقص ایجاد کند.

3-3- نقص‌ها
تعداد نقص‌ها به تعداد لایه‌ها در داخل این نانولوله‌های کربنی چند‌جداره مرتبط است. نسبت ابعاد بالا در نانولوله‌های کربنی چند‌جداره از عوامل مفید و ارزشمند شدن این نانوساختارها است.

4- شناسایی و تشخیص نانولوله‌های کربنی چند‌جداره: پارامترهای تضمین کیفیت
تعدادی از فنون مشاهده‌ای مانند میکروسکوپ الکترونی عبوری (Transmission Electron Microscope (TEM))، میکروسکوب الکترونی روبشی (Scanning Electron Microscope (SEM)) و میکروسکوپ نیروی اتمی (Atomic Force Microscope (AFM)) برای شناسایی و تشخیص نانولوله‌‎های کربنی چند‌جداره مورد استفاده قرار می‌گیرند و می‌توانند برای به دست آوردن اطلاعاتی مانند طول، قطر و تعداد لایه‌ها به کار برده شوند. علاوه‌بر‌این، تحلیل گرما‌وزن‌سنجی (Thermogravimetry (TGM)) برای اندازه‌گیری تودۀ باقی‌مانده، دما در مرحلۀ شروع اکسایش و دما در حداکثر نرخ اُکسایش مورد استفاده قرار می‌گیرد.

5- کاربردهای نانولوله‌های کربنی چند‌جداره
• بسپارهای دارای رسانایی الکتریکی
• کاتدهای باتری
• کامپوزیت‌های ساختاری بهبود‌یافته
• غشاهای صافی آب
گروه جدیدی از نانولوله‌های کربنی چند‌جداره تحت عنوان نانولوله‌های کربنی ویژه (Special Multi Wall Carbon Nanotubes (SMWCNTs)) به‌تازگی تولید شده‌اند که در آنها تغییر تعداد لایه‌ها بین سه تا هشت لایه قابلِ‌کنترل است در‌حالی‌که طول نانولوله‌های کربنی بیش از 3 میکرومتر حفظ می‌شود، بنابراین می‌تواند یک نسبت ابعاد در محدودۀ 550-350 ایجاد کند. تعداد کمتر دیوارها منجر به خلوص بالاتر، نقص‌های ساختاری کمتر و اتلاف کمتر مادۀ کربنی خواهد شد، در‌حالی‌که لوله‌های طولانی‌تر و صاف‌تر شکل کلی بهتری را در نانولوله‌های کربنی ایجاد می‌کنند [3].

6- سمیّت نانولوله‌های کربنی
مطالعات نشان داده‌اند که آستانۀ اثر کُشندگی نانولوله برای نانولوله‌های چند‌دیواره و تک‌دیواره، حدود µg/ml 06/3 است که این رقم در برابر C60(فولرین) که تا µg/ml 226 نیز برای سلول‌ها اثر کُشندگی ندارد، رقمی قابلِ‌توجه است. آخرین و مهم‌ترین مقالۀ منتشر‌شده در این زمینه توسط انجمن شیمی آمریکا، در مقایسه‌ای بین سمیّت سلولی نانولوله‌های کربنی چند‌جداره، نانولوله‌های کربنی تک‌جداره، کوارتز و فولرن، به‌ترتیب توان کُشندگی این مواد برای سلول را به این شکل بیان می‌کند:
فولرن< کوارتز < نانولوله‌های کربنی تک‌جداره > نانولوله‌های کربنی چند‌جداره
نکتۀ جالب آن است که اگرچه با افزایش چندۀ نانولوله در محیطِ‌کشت، اثر کُشندگی آن نیز افزایش می یابد، امّا این ارتباط، خطی و منظم نیست. نکتۀ دیگر در مورد اثر چنده اینکه نانولوله در چنده‌های پایین اثری عکس اثرات آن در چنده‌های بالا دارد. همچنین بررسی‌ها نشان می‌دهد که نانولولة خالص دارای اثرات سمی بیشتری نسبت به نوع ناخالص آن است. اما مهم‌تر از خلوص، اثر عوامل شیمیایی بر روی سطح نانولوله است که موجب کاهش اثرات سمی آن می‌شود.
برخی از مطالعات به نحوة اثر نانولوله در سلول و علت مستقیم مرگ سلولی ناشی از آن اختصاص دارند. به‌طورِ‌کلی سلول‌ها در مواجهه با نانولوله‌ها، پاسخ‌‌های گسترده و بعضاً متناقضی از خود نشان می‌دهند. این پاسخ‌های سلولی عبارت‌اند از: فعّال‌سازی ژن‌های مؤثر در حمل‌و‌نقل سلولی، دگرگشت (metabolism)، تنظیم چرخۀ سلولی و رشد سلولی پاسخ‌های تنشی و اکسایشی، تولید و ترشح پروتئین از سلول، توقف رشد سلولی و در نهایت خزان یاخته‌ای (apoptosis) و بافت‌مُردگی (necrosis).
طبق مطالعات صورت گرفته، نانولوله‌ها در چنده‌های پایین‌تر موجب افزایش رشد و دگرگشت سلولی و در چنده‌های بالاتر موجب واکنش‌های التهابی و پاسخ‌های ایمنی سلولی، مشابه وضعیتی که در برابر تهاجم یک عفونت وریدی از خود نشان می‌دهد، می‌شوند. در واقع مرگ سلول‌ها در مواجهه با نانولوله‌ها مشابه دیگر موارد مرگ سلولی، ناشی از تشکیل رادیکال‌های آزاد و عوارض ناشی از آن، تخلیۀ مواد پاداُکسنده (antioxidant) و تنظیم افزایشی برخی از ژن‌ها و تنظیم کاهشی برخی از ژن‌های دیگر است.

1-6- سمیّت پوستی نانولوله‌های کربنی
پوست به علّت دارا بودن سطح وسیع، قابلیت بالایی برای مواجهه با نانوذرات دارد. اگر نانولوله‌های کربنی از سلول‌های استراتوم کورنئوم عبور کنند و در داخل لایه‌های روپوستی (epidermal) تجمع یابند ممکن است مستقیماً به داخل کراتینوسیت‌ها وارد شده و تولید سایتوکین‌های پیش‌التهابی را القا کنند و یا پیامد‌های دیگری را موجب شوند. علاوه‌بر‌این هنگامی که نانولوله‌ها در داخل لایۀ روپوست فاقد سامانۀ عروقی تجمع می‌یابند حذف آنها توسط بیگانه‌خوار‌ها (phagocyte) دشوار می‌شود. تاکنون مطالعات بر روی اثرات پوستی نانولوله‌های کربنی به‌طورِ‌محدودی صورت گرفته است. مطالعه‌ای که اخیراً صورت گرفته نشان داد که طول نانولوله‌های کربنی نقش مهمی در تعدیل پاسخ التهابی دارد.
در‌حالِ‌حاضر شواهد زیادی روی این مهم که آیا مواد نانویی می‌توانند از طریق استراتوم کورنئوم پوست جذب شوند و بتوانند در بافت‌های پوستی تجمع یابند وجود ندارد. وقتی برخی محصولات دارای نانولوله‌های کربنی تک‌جداره و چند‌جداره برای ارزیابی ایجاد سمیّت پوستی و آسیب چشمی مورد آزمایش قرار گرفتند، هیچ‌کدام از این نانو‌ساختارها موجب ایجاد اثرات سمی نشدند. تنها یکی از محصولات حاوی نانولوله‌های کربنی چند‌جداره آسیب چشمی خفیفی را موجب شد. در مطالعات دیگری که به‌طورِ‌مجزا صورت گرفت نانولوله‌های کربنی تک‌جداره که دارای ناخالصی‌های آهن بودند موجب ایجاد اثرات پوستی در سلول‌های روپوستی شدند. سطح وسیع پوست و اندازۀ کوچک نانولوله‌های کربنی تعیین محل این نانولوله‌ها را در پوست و جریان عمومی خون پیچیده می‌کند. نانولوله‌های کربنی می‌توانند در سراسر بدن پخش شده و یا ممکن است در داخل اعضای حیاتی انباشته شوند؛ بنابراین شناسایی و تعیین مقدار این نانوساختارها در این شرایط حتّی می‌تواند دشوار‌تر شود. علاوه‌بر‌این نانولوله‌های کربنی در مقایسه با مواد شیمیایی دیگر جذب پوستی متفاوتی دارند. این تفاوت ممکن است به این دلیل باشد که این نانوساختارها به‌طورِ وسیعی در اندازه، شکل و ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی متغیر هستند که می‌تواند در قابلیت ایجاد سمیّت پوستی و توانایی‌ِشان در نفوذ به داخل پوست مؤثر باشد. نانولوله‌های کربنی چند‌جداره از استراتوم کورنئوم عبور کرده، انباشته شده و یک پاسخ التهابی را در سلول‌های دِرمی آغاز می‌کنند. در برخی موارد برای بررسی تأثیر نانولوله‌های کربنی چند‌جداره روی کراتینوسیت‌های روپوستی انسان مطالعات پروتگان‌شناسی (proteomics) صورت گرفت. سلول‌های مواجهه داده شده با نانولوله‌های کربنی تغییرات زیادی را در بیان چندین ژن نشان دادند که اطلاعاتی را در مورد مهار چرخۀ سلولی، برهم زدن بیان رشتۀ (filament) واسط،تغییر حرکات وِزیکلی و همچنین تنظیم کاهشی پروتئین غشا آشکار می‌سازد [4و5].

7- نتیجه‌گیری
گرچه قابلیت نانولوله‌های کربنی به‌عنوان نانومواد مفید برای کاربرد‌های زیست‌پزشکی غیرِقابلِ‌انکار است امّا عدم رسیدن به یک نتیجۀ قطعی در میزان سمیّت ایجاد شده توسط این ترکیبات مانع از شکل‌گیری یک بینش مثبت آینده‌نگرانه برای به‌کارگیری این ترکیبات در آزمایش‌های بالینی به‌عنوان یک حامل دارویی بی‌خطر می‌شود. فرایند عامل‌دار کردن نانولوله‌های کربنی باعث بهبود حلالیت و زیست‌سازگاری این نانوساختار‌ها می‌شود و مسیر‌های جدیدی را برای استفاده از این ترکیبات در زمینه‌های نانو‌دارو و نانو‌پزشکی فراهم می‌آورد. تنها از طریق یک مقایسۀ نسبی می‌توان به خطرات احتمالی نانولوله‌های کربنی عامل‌دار شده در مقایسه با دیگر گزینه‌های درمانی در‌دسترس پی برد. سمیّت نانولوله‌های کربنی احتمالاً تحت تأثیر روش تولید سطح‌شان است. ساز‌و‌کارهای شناسایی، نفوذ به داخل سلول‌ها و حذف باید به‌درستی شناسایی شود و سامانه‌های آزمایشی جدیدی برای مطالعات نظام‌مند رفتار سمی نانولوله‌های کربنی مورد نیاز است تا ویژگی‌های مهم لازم برای ارزیابی خطر را آشکار سازد. مشخص شده است که سمیّت ناشی از نانولوله‌های کربنی با به‌کارگیری فرایند‌های عامل‌دار‌سازی قبل از به‌کارگیری در فرایند‌های زیست‌پزشکی، بهبود می‌یابد. با‌توجه‌به تولید روزافزون نانولوله‌های کربنی نیازی فوری برای به‌کارگیری روش‌های بهینه‌سازی برای ارزیابی تأثیرات احتمالی این ترکیبات بر روی کارگران و تولید‌کننده‌ها که نشان‌دهندۀ جمعیت اصلی مورد مواجه هستند به وجود آمده است تا با عملی کردن این روش‌ها برنامه‌های قانونمندی برای ایمن‌سازی مناسب تدوین گردد. پروتکل‌های استاندارد برای ارزیابی سمیّت نانولوله‌های کربنی و طبقه‌بندی خطرات احتمالی آنها با روند استفاده از این ترکیبات در زندگی روزمره شتاب خواهد بخشید.

منابـــع و مراجــــع

1. Khalid P, Suman V.B, Hussain M.A, et al, “Toxicology of carbon nanotubes - a review”, International Journal of Applied Engineering Research, Vol.11, I.1, p.148-157, (2016).

2. Salata OV, “Applications of nanoparticles in biology and medicine”, Journal of Nanobiotehnology, Vol.2, I.1, p.3, (2004).

3. Dickey J.H, “Part VII. Air pollution: overview of sources and health effects”, Dis Mon, Vol.46, I.9, p.566-589, (2000).

4. Shi X, Castranova V, Halliwell B, et al “Reactive oxygen species and silica induced carcinogenesis”, Journal of Toxicology and Environmental Health, Part B: Critical Reviews, Vol.1, I.3, p.181-197, (1998).

5. Jain S, Singh S.R, Pillai S, “Toxicity issues related to biomedical applications of carbon nanotubes”, Journal of Nanomedicine and Nanotechology, Vol.3, I.5, p.1-15, (2012).