■ سطوح آنتی باکتریال و کاربرد آن در ساختمان بخش عمران

سطوحی با پوشش آنتی باکتریال، آنتی میکروبیال و خودتمیزشونده به دلیل گسترش روز افزون جمعیت ساکن بر روی کره زمین و در پی آن رشد بسیار سریع بیماری ها و باکتری های بیماری زا، محققان بر آن شدند تا با استفاده از راهبردهای پیشگیرانه مانع از بروز بیماری شوند.


چرا که در صورت بروز یک بیماری کنترل آن و جلوگیری از شیوع آن کاری بسیار سخت و گاهی غیرممکن خواهد بود. در سالیان اخیر محققان موفق به شناسایی ترکیباتی فلزی با خاصیت آنتی باکتریال شده اند که این ترکیبات می توانند از رشد و نمو باکتری ها و قارچ ها و دیگر عوامل بیماری زا جلوگیری کنند.


از جمله روش های به کارگیری این مواد، استفاده از آن ها در ترکیبات لعاب کاشی و سرامیک های بهداشتی است. چرا که پوشش های سرامیکی اغلب با غذا و نوشیدنی ها و مایعات و مواد زائد آلوده در تماس هستند که از عوامل مهم در ایجاد باکتری های مختلف به شمار می روند.


ارائه ترکیبی ایده آل و کارآمد با خاصیت آنتی باکتریال با استفاده از مواد فوتوکاتالیست نانویی که علاوه بر خواص میکروب-زدایی از نظر اقتصادی قابل تولید و با صرفه باشد می تواند با به کارگیری در اماکن عمومی نظیر بیمارستان ها از انتشار و بیماری-زایی باکتری ها ممانعت به عمل آورد و به این ترتیب علاوه بر پیشگیری از شیوع بیماری در بین افراد در هزینه های درمان نیز صرفه جویی نمود.


ویژگی های این مواد، که عمدتاً از نانوذرات TiO2 تشکیل شده اند، به شرح ذیل است:


آنتی باکتریال:

پوشش های فوتوکاتالیستی که حتی می تواند با اسپری کردن روی انواع سطوح قرار بگیرد، با تحریک الکترون ها و ایجاد پدیده اکسیداسیون در این نانوذرات، خاصیت گندزدایی ایجاد می کند که حتی بسیار بهتر از مواد شوینده شیمیایی و سفیدکننده ها است.


خود تمیزشوندگی:

پوشش های فوتوکاتالیستی از بلورهایی تشکیل شده اند که در مقابل نور خاصیت خود پاک کنندگی پیدا می کنند. علاوه بر این، دی اکسیدتیتانیم ابرآبدوست می باشد و باعث می شود تا مولکول های آب بر روی کل سطح گسترده می شوند و زمانی که جریان پیدا کردند آلودگی ها را از روی سظح کنده و با خود می برند.


تصفیه هوا:

اکسیژن های مولکول دی اکسیدتیتانیوم با آب موجود در هوا واکنش داده و رادیکال های OH- آزاد شده باعث تجزیه NOx های موجود در آلودگی هوا می گردد، آنها را به HNO3 بی ضرر تبدیل می کنند. جالب توجه اینکه ظرفیت تصفیه هوای1000 مترمربع از کاشی های پوشیده شده با فوتوکاتالیست، معادل ظرفیت تصفیه هوای 70 درخت صنوبر است.


محققان دانشگاه New South Wales استرالیا، پوششی را تولید کرده اند که با استفاده از آن، نظافت سرویسهای بهداشتی به کاری بسیار آسان تبدیل می شود.


محققان مرکز نانومواد کاربردی این دانشگاه امیدوارند با استفاده از پوشش نازکی از ذرات دی اکسیدتیتانیوم بتوان سرویس های بهداشتی را همیشه تمیز نگه داشت.
در اغلب خواص سطحی، نحوه تر شوندگی سطح، نقشی برجسته-ای در خواص نهایی ایفا می کند. ترشدن یک سطح وابسته به کشش سطحی میان مایع ترکننده، جامد ترشونده و فاز گازی اطراف آن است. علاوه بر این سه عامل، که توسط برهمکنش های مولکولی ایجاد می شوند، زبری سطح یا ساختارهای خاص سطحی، نقشی کلیدی در پدیدة ترشدن دارند.


سطوح را می توان به دو دسته آبگریز و آبدوست تقسیم بندی کرد. انواع مختلف پلاستیک ها مخصوصاً آنهایی که دارای تعداد زیادی کربن فلوئوره هستند (مثل تفلون) جزء معروف ترین انواع سطوح آبگریز محسوب می شوند.سطوح آبدوست معروف شامل سطوح فلزی و شیشه-های معمولی هستند.


از نظر شیمیایی می توان سطوح را به دو دستة فعال و بی اثر (غیرفعال) تقسیم بندی کرد. سطوح آبدوست به طور معمول تمایل بیشتری به ایجاد پیوند با مواد جذب شده دارند و سطوح آبگریز تمایلی به ایجاد چنین پیوندی ندارند. متأسفانه بسیاری از مواد فنی مناسب، همانند شیشه و فلز، در دسته آبدوست ها قرار می گیرند.


این سطوح به دلیل انرژی سطحی بالایشان به آسانی لکه می گیرند. انرژی سطحی یک فلز تمیز بسته به میزان تمیز بودن آن به راحتی به 1000 میلی نیوتون بر متر می رسد (انرژی سطحی آهن حدود 2500 میلی نیوتون بر متر است) در مقابل، انرژی سطحی تفلون تنها معادل 18 میلی نیوتون بر متر است. به همین دلیل، تلاش های زیادی برای کاهش کشش سطحی سطوح مختلف صورت گرفته است. خاصیت ابرآبگریزی، اصطلاحاً به اثر نیلوفر آبی ( lotus effect ) معروف است. این خاصیت در برگ گل نیلوفر آبی به دلیل وجود برجستگی های فوق ریز بر روی برآمدگی های میلیمتری است.


وضعیت ترشوندگی یک سطح توسط زاویه تماس آن سطح با یک قطره مایع بر روی آن سطح تعیین می شود. زاویه تماس یک سطح، شیب خط مماس در نقطه تماس بین سطح و مایع است. زاویه تماس صفر درجه، معادل ترشوندگی کامل است. در مورد آب این حالت به نام اَبَرآبدوستی یا ترشدگی کامل نامیده می شود. در نقطه مقابل این حالت، زاویه تماس180 درجه قرار دارد. سطوحی که دارای زاویه تماس بسیار بزرگی ( بیشتر از 150 درجه )، اَبَرآبگریز نامیده می شوند.


به عنوان مثال، با روکش دهی تفلون بر روی جنگلی از نانولوله های کربنی که به صورت هدفمند رشد یافته اند، زاویه تماس180 درجه و در حقیقت یک سطح ابرآبگریز ایجاد می شود. معمولاً زمانی که زاویه تماس آب بالای100 درجه است، ویژگی دفع روغن و آب افزایش می یابد. این ویژگی در سطوح نچسبی همانند تابه های نچسب (تفلون) مورد استفاده قرار گرفته است. راه کارهای جدید، مبتنی بر نانوکامپوزیت های آلی- معدنی هستند که ویژگی هایی شبیه ویژگی های پلیمرهای پرفلوئوره (همانند تفلون) ایجاد می کنند.


آلودگی سطوح اَبَرآبگریز یا سطوح دارای اثر نیلوفر آبی بسیار کمتر از سطوح دارای انرژی سطحی بالاست. به علاوه، ذرات آلاینده ای که به سستی به این سطوح پیوند یافته اند، به راحتی با ترشدن (مثلاً در اثر بارش باران)، پاک می شوند.


علاوه بر روش کاهش انرژی سطحی که برای ایجاد خاصیت ذاتی دفع لک، می توان با استفاده از فتوکاتالیزورها، به آلودگی جذب شده بر روی سطوح حمله کرده و آنها را تجزیه کرد. نانوذرات دی اکسید تیتانیوم می توانند در این زمینه مورد استفاده قرار بگیرند. مثال هایی از این کاربردها عبارتند از پنجره های خودتمیزشونده و روکش های خودتمیزشونده روی سرامیک ها می باشد.


در اینجا بخش ماورای بنفش نور ، توسط دی اکسیدتیتانیوم جذب می شود. این نانوذرات با جذب نور ماورای بنفش در حضور مولکولهای آب می توانند اجزای اکسیژن فعال تولید کنند؛ که این اجزا قابلیت حذف موثر فیلم های باکتریایی، تجزیه مولکول های آلی و آلودگی های متصل شده به سطح را دارا می باشند. با روکش دهی دیوارها، پیاده روها و سقف ساختمان ها با این ذرات، اثر مطلوب خودتمیزشوندگی به وجود آمده می تواند باعث پاک شدن سطوح بسیار چسبنده ای همانند شیشه هم شوند.


با این حال، این روش تنها برای کاربردهای خارج از منزل (همانند نمای خارجی) مناسب است. و علت آن این است که این سطوح بیشتر در معرض تابش اشعه ماورا بنفش خورشید هستند. چون همانطور که اشاره شد سطوح خودتمیز شونده تحت تابش نور UV فعال شده و خاصیت خودتمیز شوندگی را از خود نشان میدهند.


نانوذرات نقره:

برای ایجاد خاصیت ضدباکتریایی، علاوه بر نانوذرات دی-اکسیدتیتانیوم می توان از نانوذرات نقره نیز بهره برد. نقره یک فلز قیمتی قابل انعطاف و زیبا می باشد. تک ظرفیتی، نرم به رنگ سفید و براق و عدد اتمی 47 دارد. این عنصر بالاترین هدایت الکتریکی را در میان تمامی فلزات حتی بالاتر از مس دارد. دارای بالاترین انعکاس(بازتاب) نوری است این فلز در حالت خالص در برابر هوا و آب پایدار است. از خواص کاتالیزوری نقره در واکنشهای اکسیداسیون استفاده می شود. انحلال پذیری نقره درآب بسیار کم است اما برای ایجادخاصییت ضد باکتریایی همان مقدار بسیار اندک کفایت می کند. بهترین محیط برای انحلال نقره اسید نیتریک غلیظ و داغ است. در فناوری نانو ذرات نقره یونهای نقره به صورت کلوییدی خاصییت آنتی باکتریال دارند.


نقره از ایام قدیم به عنوان یک ماده ضد باکتری شناخته شده است. کوچک کردن ذرات این فلز موجب افزایش فعالیت آن شده و خاصیت ضدباکتریایی آن را افزایش می دهد. ویژگی ضد باکتری بودن نقره به علت انتشار آرام و آهسته اما مداوم یون های نقره است. نسبت سطح به حجم بسیار بالای ذرات نقره سبب می شود که یون ها به سهولت منتشر شده و با سرعت بیشتر و به شکل موثرتری میکروب ها را بکشند.


همچنین وجود نقره سبب می شود که دیواره و غشاء سلولی میکروب ها سست و ناپایدار گردد که این ناپایداری غشاء سلولی به معنی مرگ زودرس میکروب خواهد بود. از ویژگی دیگر نانو نقره این است که ویژگی آنتی میکروبیال نقره با گذشت زمان کاهش پیدا نمی کند.


می توان نانوذرات نقره را داخل رنگ وارد کرده و از آن برای رنگ آمیزی دیوارهای داخل بیمارستان ها یا اتاق هایی که نیاز به ضدعفونی بودن دارند، استفاده کرد.


نانو ذرات مس:

از دوران باستان، مس نیز همانند نقره به عنوان یک فلز ضد انگل شناخته شده بود. اکثر وسایل بیمارستانی قدیمی هم از جنس برنج بوده است(برنج آلیاژ مس و روی است). در راستای تولید پوشاک ضد باکتری، پارچه های جدیدی ابداع شده اند که دارای روکشی از جنس مس است که از رشد باکتری ها جلوگیری می کند. همانند آنچه برای نقره توضیح داده شد، یون های مس نیز به سمت دیواره های سلولی باکتری هجوم برده و آن را تخریب می کنند. استفاده از نانو ذرات مس که نسبت سطح به حجم بسیار بالایی دارند باعث افزایش چشمگیر خاصیت آنتی باکتریالی این ماده می شود.



استفاده فناوری نانو جهت رفع آلودگی فضای محیط زندگی و کار

با در نظر گرفتن اثرات زیان بار و خساراتی که آلاینده¬های هوا از قبیل CO ، SOx ، NOx هیدروکربن ها و غیره ناشی از رشد روزافزون جمعیت و صنعت در محیط زیست ایجاد می کنند، لزوم تحقیق و مطالعه در این زمینه و یافتن بهترین و عملی ترین راهکارها برای حل این مشکل ضروری می نماید. یکی از این روش ها استفاده از فناوری نانو است. در واقع نقش نانوپدیده هایی همچون نانولوله-ها، نانوحسگرها، نانوکاتالیست ها و نانوکامپوزیت ها در محیط زیست، با توانایی حذف یا کاهش آلاینده های هوا در دهه های اخیر در کشورهای مختلف به کار گرفته شده است.


نانوفوتوکاتالیست ها می-توانند بر روی سطح دیوارها، سطح لامپ های روشنایی و همچنین فیلتر دستگاه های تهویه مطبوع به عنوان بستر قرار بگیرند و با فعالیت کاتالیستی خود، بو و آلودگی های محیطی را تجزیه کرده وضمن تصفیه هوا، سطح بهداشت محیط را بالا ببرند.


منابـــــع :

1.ابوالقاسم کوچکی، علی عباسی، حامد افشاری، حسین شکی، عمادالدین هرات یفر، امیرحسین میردامادیان، فناوری نانو در صنعت ساختمان و کاربردهای آن ، چاپ دوم، دبیرخانه ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

2.http://en.wikipedia.org/wiki/Antimicrobial_surfaces

3.A review of the antibacterial effects of silver nanomaterials and potential implications for human health and the environment Catalina Marambio-Jones • Eric M. V. Hoek

4.Nano-silver – a review of available data and knowledge gaps in human and environmental risk assessment

5.Review:Antimicrobial Polymers in Solution and on Surfaces: Overview and Functional Principles , Felix Siedenbiedel and Joerg C. Tiller *

6. Rencontre InnotechPhotocatalysis:A keytechnologyfor depollutingbuildings