استفاده از فناوری نانو برای تولید پوست محافظ

استفاده از فناوری نانو برای تولید پوست محافظ

733 403 نوفن حامی البرز

فناوری نانو

 

محققان با استفاده از نانولوله‌های کربنی (فناوری نانو) و نوعی پلیمر، پوست محافظی ساختند که می‌تواند بدن را در برابر عوامل بیماری‌زا محافظت کند.
برخی حوادث نظیر شیوع بیماری کرونا یا استفاده از سلاح‌های شیمیایی نیاز برای پوست دوم به‌منظور محافظت از انسان‌ها را نشان می‌دهد. در حال حاضر، ادوات و تجهیزات مراقبت شخصی در دسترس همگان نیست و از مشکلاتی نظیر تنفس‌پذیری برخوردار است.

برای حل این مشکل، محققان یک تیم تحقیقاتی از چند موسسه و دانشگاه مختلف به رهبری آزمایشگاه ملی لورنس موفق به ارائه پوست دوم برای مراقبت از بدن در برابر سلاح‌های میکروبی و عوامل شیمیایی شدند. از این فناوری نانو می‌توان در بخش درمان و پزشکی نیز استفاده کرد.

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در Advanced Functional Materials به چاپ رسیده است. این نتایج نشان می‌دهد که فاز اول پروژه ساخت این فناوری نانو با موفقیت به پایان رسیده است.

فرانچسکو فورناسریو، از محققان این پروژه گفت: ما ماده هوشمندی ساختیم که تنفس‌پذیر است و می‌تواند محافظت از بدن را نیز انجام دهد. در واقع دو کار کلیدی را با هم ترکیب کردیم، در این محصول از یک غشأ حاوی نانولوله‌های کربنی استفاده کردیم و روی آن لایه پلیمری با قابلیت پاسخ‌دهی به تهدیدهای محیطی قرار دادیم.

این گروه تحقیقاتی نشان دادند که نرخ انتقال بخار آب از میان نانولوله‌های کربنی با کاهش قطر نانولوله‌ها، کاهش می‌یابد. البته حتی برای نانولوله‌های کربنی با قطر بسیار کم هم نرخ عبور آب بالا است. بنابراین، می‌توان با این نانولوله‌ها پوست دوم با قابلیت تنفس‌پذیری بالا تولید کرد.

نانولوله‌های کربنی به مولکول‌های آب اجازه ورود می دهد و در عین حال مانع از ورود عوامل زیستی تهدید کننده می‌شود، عواملی که نمی‌توانند از حفره‌های نانولوله‌های کربنی عبور کنند.

عوامل بیماری‌زا و مواد شیمیایی خطرناک به قدری کوچک هستند که از میان نانولوله‌ها عبور می‌کنند. اینجاست که لایه محافظ پلیمری به کار می‌آید. این لایه در صورت وجود عوامل تهدید کننده، به‌صورت موقتی حفره‌ها را بلوک می‌کند. فاز بعدی این پروژه، توسعه پوست دوم به‌گونه‌ای است که برای عوامل شیمیایی مختلف دیگر نیز عملکرد مراقبتی داشته باشد.

این گروه تحقیقاتی نشان دادند که نرخ انتقال بخار آب از میان نانولوله‌های کربنی با کاهش قطر نانولوله‌ها، کاهش می‌یابد. البته حتی برای نانولوله‌های کربنی با قطر بسیار کم هم نرخ عبور آب بالا است. بنابراین، می‌توان با این نانولوله‌ها پوست دوم با قابلیت تنفس‌پذیری بالا تولید کرد (فناوری نانو).

دانشمندان با استفاده از فناوری چاپ سه بعدی موفق به ساخت یک نوع فوم شده‌اند که تا ۴۰ برابر حجم اولیه خود بزرگ می‌شود و محدودیت اندازه را در چاپگرهای سه بعدی رفع کردند.

چاپ سه بعدی یک فناوری جالب و چند منظوره است که کاربردهای بی‌شماری دارد. با این حال تاکنون در یک چیز دچار محدودیت بوده است و آن، اندازه چاپگر سه بعدی است.

اما اکنون این موضوع ممکن است به زودی تغییر کند، چرا که گروهی از دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو(UC San Diego) یک فوم ایجاد کرده اند، که می‌تواند تا ۴۰ برابر اندازه اصلی خود گسترش یابد.

در چکیده مطالعه این محققان نوشته شده است: در تولید مدرن، یک محدودیت کاملاً پذیرفته شده است و آن اینکه قطعات ساخته شده در یک فرآیند تولید، باید کوچکتر از دستگاهی باشند که آنها را تولید می‌کنند و پس از تولید چنین قطعاتی می‌توان پس از پردازش، چسباندن به یکدیگر و جوشکاری آنها را به ساختارهای بزرگتر شکل داد.

محققان می‌گویند: ما یک فوم رزین پرپلیمر(prepolymer) را برای ساخت مواد افزودنی لیتوگرافی ایجاد کرده‌ایم که می‌تواند پس از چاپ، گسترش یابد و قطعاتی تولید شود که تا ۴۰ برابر حجم اصلی خود بزرگتر شوند. این امر باعث می‌شود سازه‌هایی ساخته شود که به طور قابل توجهی بزرگتر از حجم دستگاه چاپگر سه بعدی خود هستند.

محققان با انتخاب یک مونومر که به عنوان آجرهای ساختمانی برای رزین پلیمر موسوم به ۲-هیدروکسی اتیل متاکریلات عمل می‌کند، شروع کردند. در مرحله بعد، آنها مجبور بودند غلظت بهینه “فوتواینیتور”(photoinitiator) را به همراه ماده دمیدنی مناسب پیدا کنند تا ۲-هیدروکسی اتیل متاکریلات را با آن جفت کنند.

محققان پس از چندین آزمایش، بر روی استفاده از یک ماده دمشی غیر سنتی که در آن معمولاً از پلیمرهای شبیه به پلی استایرن استفاده می‌شود، توافق کردند.

“فوتواینیتور” مولکولی است که هنگام قرار گرفتن در معرض تابش نور فرابنفش یا مرئی، گونه‌های واکنشی (رادیکال‌های آزاد، کاتیون‌ها یا آنیون‌ها) را ایجاد می‌کنند.

هنگامی که آنها در نهایت رزین فوتوپلیمر نهایی را انتخاب کردند، چند طرح ساده را به شکل آزمایشی چاپ سه بعدی کردند و مواد را در دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد به مدت ۱۰ دقیقه حرارت دادند. نتیجه نهایی ساختارهایی را نشان داد که تا ۴۰۰۰ درصد گسترش می‌یابند.

محققان بر این باورند که این فناوری اکنون می‌تواند برای برنامه‌هایی مانند صنایع هوافضا، انرژی، معماری و زیست پزشکی که نیاز به ساختارهای سبک وزن دارند، استفاده شود.

 

منبع: ایرنا