معرفی
نانو ذرات اکسید روی (ZnO) توانایی تولید گونههای اکسیژن فعال (ROS) را دارند و همچنین قادر به القای آپوپتوز هستند. به عنوان پودرهای با اندازه نانو، اکسیدهای روی خود اشتعالزا نیستند. نانوذرات اکسید روی به عنوان یکی از سه نانو مواد تولیدی در بزرگترین مقیاس شناخته میشوند. بهترین ویژگی نانوذرات اکسید روی این است که خواص و ویژگیهای آنها به روش تولید آنها بستگی دارد. خصوصیات و کاربردهای اکسید روی در این مقاله به تفصیل مورد بحث قرار گرفته است.
تصویر میکروسکوپی نانوذرات اکسید روی تولید شرکت توسعه فناوری آراز پودر پژوهان.
خصوصیات اکسید روی
فرمول شیمیایی نانو ذرات اکسید روی ZnO است. این ماده یک پودر سفید است که در آب حل نمیشود. محصولات و مواد مختلفی مانند لاستیکها، لوازم آرایشی، پلاستیکها، سیمان، سرامیکها، پمادها، روانکنندهها، چسبها، غذاها، نوارهای کمکهای اولیه و مکملهای غذایی دارای ZnO به عنوان یک افزودنی هستند. به طور طبیعی، اکسید روی به عنوان ماده معدنی “زینسیت” وجود دارد، در حالی که بیشتر ZnO به صورت مصنوعی تولید میشود. نانوذرات اکسید روی دارای قطر کمتر از 100 نانومتر هستند. نسبت به فعالیت بالای آنها به عنوان کاتالیزور و اندازه، نانوذرات اکسید روی دارای سطح بزرگی هستند. روش تولید آنها ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی دقیق نانوذرات اکسید روی را تنظیم میکند.
خواص اپتیکی
برای کاربردهای متعدد در زیستپزشکی، فناوری نانو در چند دهه اخیر بهترین تکنیک مناسب است. نانوذرات ZnO دارای ویژگیهای قابل توجه جذب اشعه ماوراء بنفش (UV) و شفافیت نور مرئی هستند که این نانوذرات را به عوامل برجستهای برای کرمهای ضدآفتاب تبدیل میکند. به طور روزانه، انسانها در معرض اکسید روی قرار میگیرند که از منابع مختلفی مانند لوازم آرایشی، مصرف غذا و بسیاری محصولات دیگر منشا میگیرد. در پوسته زمین، روی یک عنصر مهم و پنجمین عنصر رایج است و در غلظتهای بالا، روی برای انسانها خطرناک است. در بدن، ZnO تنها یک بار حل میشود. برای جلوگیری از کمبود روی در انسانها، یک شکل از روی، استات روی (E650) به مواد غذایی اضافه میشود. ZnO نسبت به نانوذرات سایر اکسیدهای فلزی کمتر سمی، ارزانتر و زیستسازگارتر است. آنها نشان دادهاند که فعالیت فوتوکاتالیستی بالایی دارند.
طول موج جذب نانو اکسید روی
مقایسه با دیگر نانو ذرات
نانو ذرات اکسید روی یکی از سه نانو مواد تولیدی در بزرگترین مقیاس، همراه با نانوذرات دیاکسید سیلیکون و دیاکسید تیتانیوم هستند. برخلاف پودرهای با اندازه نانو، اکسیدهای روی خود اشتعالزا نیستند. ترکیبی از هوا (گرد و غبار) و اکسیدهای روی تحت تاثیر منبع اشتعال، قابل اشتعال است که احتمال انفجار گرد و غبار را منتفی میکند. ویژگیهای دیگری مانند ماهیت ضدسرطان و ضدباکتریایی آنها مشاهده شده است؛ تمامی این ویژگیها به دلیل توانایی آنها در القای تولید ROS است. همچنین، نانوذرات ZnO بهترین سیستمها برای حاملهای دارو هستند. نانوذرات ZnO کاربرد بیشتری در تحویل دارو دارند اگر قطر آنها بیشتر از 100 نانومتر باشد زیرا در این حالت زیستسازگارتر از هر ماده دیگری هستند. همچنین، ویژگیهای ذاتی ضد میکروبی و ضد سرطانی نانوذرات ZnO آنها را نسبت به سایر حاملهای دارویی معمولی مانند نانوذرات پلیمری و لیپیدی برتر میسازد. اگر ظرفیت ضد اکسیدانی سلولها بیشتر از حد شود که منجر به مرگ سلولها به دلیل ROS تولید شده از ساقه نانوذرات اکسید روی شود، این دلیل اصلی است که نانوذرات ZnO کاربردهای زیادی در زیستپزشکی دارند. خواص نیمههادی بر توانایی تولید ROS نانوذرات ZnO تأثیر میگذارد.
سنتز و تولید نانو ذرات اکسید روی
ویژگیهای نانو ذرات اکسید روی به نحوه سنتز آنها بستگی دارد. به طور طبیعی، اکسید روی به عنوان “زینسیت”، یک ماده معدنی درشتدانه، وجود دارد. تعداد مختلفی از روشهای شیمیایی، بیولوژیکی و فیزیکی برای سنتز نانوذرات اکسید روی استفاده میشوند. استخراجهای گیاهی و سایر میکروارگانیسمها در روشهای بیولوژیکی به کار میروند و این روشها نسبتاً جدید هستند. روشهای فیزیکی شامل روش تبخیر حرارتی، روش پلاسما قوس، رسوب بخار و غیره هستند، در حالی که بیوسنتز، فرآیند سل-ژل، رسوب، روشهای احتراق، تکنیکهای هیدروترمال و سنتز شیمیایی مرطوب از جمله روشهای شیمیایی هستند که برای سنتز نانوذرات ZnO استفاده میشوند. روش پیرولیتیک حالت جامد یک روش سریع، ساده و مقرون به صرفه است که اندازه قابل کنترل را فراهم میکند.
خواص اکسید روی
پودر سفید یا بلورهای بیرنگ با شکل ششگوش از اکسید روی (ZnO) تشکیل میشوند. اگر گرم شود، رنگ زرد لیمویی ظاهر میشود که دوباره به رنگ سفید باز میگردد وقتی که خنک شود. چگالی اکسید روی 5.61 گرم بر سانتیمتر مکعب است. در دمای 1300 درجه سانتیگراد و بالاتر، تبخیر رخ میدهد و سپس در دمای 1800 درجه سانتیگراد تصعید اتفاق میافتد. بنابراین، ذوب نمیشود زیرا حالت مایع ندارد؛ به طور مستقیم از حالت جامد به حالت گازی منتقل میشود. در دمای اتاق، اکسید روی یک نیمههادی با پهنای باند وسیع با فاصله انرژی 3.37 الکترونولت است. این ویژگیهای پهنای باند وسیع نیمههادی ZnO تولید ROS را برای کشتن سلولها فراهم میکند و ویژگیهای فوتولومینسانس ذاتی آن برای کاربردهای بیوسنسینگ مناسب است. مورفولوژی نانوذرات اکسید روی کاملاً بر اساس نحوه سنتز آنها است. آنها میتوانند نانولولهها، نانومیلهها یا هر چیز دیگری باشند. آنها فعالیت بیشتری در برابر باکتریهای گرم مثبت دارند. برای مصرف انسانها، یک ماده ضد میکروبی باید غیر سمی باشد، نباید با ظرف یا غذا واکنش دهد، باید طعم خوبی داشته باشد یا بیطعم باشد، تمام این ویژگیها توسط نانوذرات ZnO به دست میآیند. بنابراین، این نانوذرات میتوانند به عنوان یک عامل ضد باکتری، یک حامل دارویی و یک نگهدارنده در بستهبندی استفاده شوند. آنها به راحتی به مواد غذایی نفوذ میکنند، میکروارگانیسمهای داخل را میکشند و از بیماریهای انسانی جلوگیری میکنند. نانوذرات اکسید روی بالاترین سطح سمیت را در برابر میکروارگانیسمهای مختلف در مقایسه با سایر نانوذرات اکسید فلزی نشان دادهاند. نانوذرات اکسید روی دارای خصوصیات متفاوتی هستند که همگی به اندازه، غلظت، شکل ذره و زمان قرار گرفتن در معرض سلول باکتری بستگی دارند. خصوصیات جذب و توزیع نانوذرات اکسید روی به شدت به اندازه ذره بستگی دارد. نانوذرات اکسید روی به دلیل خواص حفاظتی در برابر UV-B و UV-A و همچنین شفافیت، اثرات قارچکش و ضد باکتریاییشان مشخص میشوند. برای کاربردهای زیستی، نانوذراتی که بار منفی دارند مناسبتر هستند، در حالی که نانوذراتی که بار مثبت دارند سمیت کمتری دارند. همچنین، نانوذرات در عوامل ضدآفتاب به سلامت مصرفکنندگان آسیبی نمیرسانند زیرا از طریق پوست سالم وارد بدن نمیشوند.
کاربردهای نانو ذرات اکسید روی
اکسید روی یک ماده چند کاره در کاربردهای فنی است. آنها دارای طیف وسیع و مفید از کاربردها هستند، مانند استفاده در لوازم آرایشی و دارویی. امروزه در صنعت لاستیک، در نقطه اوج فروش خود قرار دارند. در لاستیک، هنگامی که افزودنی اضافه میشود، فرآیند ولکانیزاسیون ترویج میشود، که برای تولید لاستیک استفاده میشود. هنگامی که لاستیکها حرکت چرخشی میکنند، گرما تولید میشود، اما هدایت خوب نانوذرات ZnO به بهبود حذف این گرمای تولید شده کمک میکند. همچنین، آنها به عنوان کاتالیزور در تولید محصولات آرایشی در صنعت شیمیایی استفاده میشوند.
ضد آفتاب
رایجترین استفاده از نانوذرات ZnO در کرم ضد آفتاب است به دلیل توانایی آنها در جذب موثر نور UV و همچنین شفافیت کامل نسبت به نور مرئی به دلیل پهنای باند بزرگ. در موادی که از UV محافظت میکنند، مانند منسوجات و بستهبندی، آنها به تخریب میکروارگانیسمهای خطرناک کمک میکنند. اکسید روی در ضد آفتاب به عنوان یک فیلتر فیزیکی UV جالب است به دلیل توانایی جذب اشعههای UV که سپس از آینههای کوچک بازتاب مییابد. ضریب حفاظت در برابر آفتاب باید بالای 25 باشد.
ضد سرطان
آنها به عنوان کمترین آسیبرسان به سلولهای انسانی و بیشترین سمیت به سلولهای سرطانی مشاهده میشوند. سمیت سلولی نانوذرات تحت تأثیر کپسولهسازی سطح و سمیت انتخابی قرار میگیرد. مکانیزمهای متعدد استرس علیه خطوط سلولی سرطانی بدون توجه به شیمی سطح و اندازه نانوذرات ZnO نشان داده شدند. آنها برای بارگذاری داروهای فعال استفاده میشوند حتی اگر فعالیتهای ضد سرطانی ذاتی را نشان دهند. نانوذرات ZnO دارای مولکولهای هدف هستند تا بتوانند انتخابپذیری و هدفگیری سلولهای سرطانی را افزایش دهند. آپوپتوز سلولی در سطح رونویسی تأیید شده است. سمیت سلولی بالاتری توسط درمان ترکیبی علیه سلولهای سرطانی نشان داده شده است.
فعالیت ضد دیابتی
روی در ذخیرهسازی، ترشح و سنتز انسولین مهم است. بهبود ساختاری و فراساختاری نشان میدهد که آسیب پانکراس ناشی از دیابت میتواند توسط نانوذرات ZnO معکوس شود. این موضوع توسط نرمالسازی بیوشیمیایی انسولین سرم و گلوکز خون تأیید شده است.
فعالیت ضد باکتری
نانوذرات ZnO اثرات ضد باکتریایی قوی در برابر آلایندههای غذایی و عوامل بیماریزا دارند که به دلیل توانایی آنها در القای استرس اکسیداتیو است. این نانوذرات یونهای Zn+ را آزاد میکنند که با گروه تیول آنزیمهای تنفسی تعامل میکنند و عملکرد آنها را مهار میکنند. همچنین، ZnO غشای سلولی را تحت تأثیر قرار میدهد و باعث تولید ROS میشود که منجر به آسیب غیرقابل برگشت به غشا، میتوکندری و DNA باکتری و در نهایت مرگ سلول باکتریایی میشود. علاوه بر این، نانوذرات ZnO به دلیل نسبت سطح به حجم بالا و سایش سطحی دارای فعالیت ضد میکروبی بالایی هستند. ترکیب این نانوذرات با آنتیبیوتیکها نیز موجب تغییر معماری سلولی، افزایش سیالیت غشا و تولید ROS میشود که یک روش درمان جایگزین برای بیماریهای باکتریایی است. نانوذرات ZnO دوپشده با منیزیم نیز برای کاهش E. coli و سویههای MRSA موثر هستند.
آزمون شمارش کلنی باکتریایی: الف: نمونهی نانو اکسید روی در برابر باکتری استافیلوکوک، ب: نمونهی کنترل در برابر باکتری استافیلوکوک، ج: نمونهی نانو اکسید روی در برابر باکتری ایکلای، د: نمونهی کنترل در برابر باکتری ایکلای.
فعالیت ضد قارچی
نانو ذرات اکسید روی از M. oleifera نشان داد که در برابر دو پاتوژن گیاهی، Sclerrotium rolfii و Alternaria saloni سمی هستند. فعالیت ضد قارچی نانوذرات ZnO در سویههای مختلف قارچی مشاهده شده و در برابر پاتوژنهای غذایی و گیاهی سمی ثابت شدهاند. بنابراین، نانوذرات ZnO میتوانند در صنایع کشاورزی و ایمنی غذایی استفاده شوند. مشاهده شده است که غلظت نانوذرات ZnO بر مهار قابلیت زندهمانی قارچها تأثیر میگذارد. سلولهای مخمر میتوانند کشته شوند اگر نور مرئی نانوذرات ZnO را تحریک کند.
فعالیت ضد التهابی
تنها نانو ذرات اکسید روی قادر به نفوذ به لایه عمیق پوست آلرژیک است که با سرکوب التهاب محلی پوست و القای تولید آنتیبادیهای IgE سیستمیک میشود. به دلیل خواص ضد باکتری قوی و اثر تحریک اپیتلیزاسیون روی، نانوذرات ZnO به طور موثری در پانسمانهای زخم استفاده شدهاند. برای E. coli و S. aureus، افزایش در قطر منطقه مهار پس از اضافه کردن نانوذرات ZnO مشاهده شد.
نتیجهگیری
نانوذرات اکسید روی دارای قطر کمتر از 100 نانومتر هستند. سطح آنها نسبت به فعالیت کاتالیزوری بالا و اندازهشان نسبتاً بزرگ است. ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی دقیق آنها بر اساس روشهای مختلف سنتز آنها است. در مقایسه با سایر نانوذرات، نانوذرات ZnO در زیستپزشکی پتانسیل بیشتری دارند به دلیل توانایی آنها در القای آپوپتوز. این ویژگیهای برجسته نانوذرات ZnO را به عاملهای ضد قارچ، ضد سرطان و ضد باکتری مناسب تبدیل میکند.
جهت خرید نانو اکسید روی میتوانید این محصول را از شرکت توسعه فناوری آراز پودر پژوهان در گریدهای مختلف صنعتی و آزمایشگاهی در اینجا خریداری بفرمایید.
