تبلیغات
پانیذ کیمیا کاوشگر (پانیکا) - تهیه ‌نانوذرات‌ طلا و نقره در بستر‌های گیاهی و کاربرد آنها

تهیه ‌نانوذرات‌ طلا و نقره در بستر‌های گیاهی و کاربرد آنها

نانوذرات طلاتمایل به تهیه موادی با ابعاد نانومتری و استفاده از آن‌ها، با توجه به خصوصیات صنعتی جالب این مواد، روز‌به‌روز در حال افزایش است، اما نانوذرات حاصل از روش‌های شیمیایی که امروزه به‌کار برده می‌شوند، به‌دلیل استفاده از مواد شیمیایی خطرناک و سمی بودن و آسیب‌های زیست‌محیطی حاصل از آن‌ها، نگرانی‌های زیادی را ایجاد کرده‌اند. نانوذرات طلا و نقره به‌دلیل اهمیت‌های زیستی و کاربردهای پزشکی بیشتر مورد توجه قرار گرفته‌اند اما روش‌های شیمیایی تهیه این نانوذرات منجر به باقی‌ماندن مقداری از واکنشگرهای سمی و استفاده نکردن از نانوذرات حاصل در کاربردهای زیستی می‌شود. تولید نانوذرات با استفاده از اصول شیمی سبز جایگاه ویژه‌ای در پژوهش‌ها پیدا کرده است و بدین منظور انواع گوناگونی از سامانه‌های زیستی مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ ریزاندامگان، دیاتومه‌ها، و یوکاریوت‌های(eukaryote) نوری از جمله این سامانه‌ها هستند، ولی این سامانه‌ها به‌دلیل هزینه‌های زیاد تهیه و نگهداری‌شان کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. گیاهان و محصولات کشاورزی به‌عنوان منابع تجدیدپذیر و ارزان در جهت تهیه نانومواد زیستی مورد توجه خاصی قرار گرفته‌اند. در این مقاله انواع روش‌های استفاده از بستر‌های گیاهی برای تهیه نانوذرات نقره و طلا که از اهمیت ویژه‌ای در پزشکی و فرایند‌های زیستی برخوردارند مورد بررسی قرار گرفته است.گیاه‌پالایی و استفاده از عصاره و توده‌های زیستی گیاهان از جمله روش‌هایی است که از آن‌ها به‌عنوان بستر گیاهی برای تهیه نانوذرات استفاده می‌شود.
1. مقدمه
به‌دلیل خواص و ویژگی‌های جدیدی که مواد با ابعاد نانومتری در صنایع از خود نشان داده‌اند، امروزه تمایل بسیار زیادی به فراوری و کاربرد آن‌ها وجود دارد. به‌طور اساسی، ویژگی‌های مربوط به نسبت بین سطح و حجم ماده در مقیاس نانومتری تغییرهای چشمگیری از خود نشان می‌دهند. به عبارت دیگر، در مقیاس نانومتری ویژگی‌های سطحی و حجمی ماده با یکدیگر ارتباط و تناسب می‌یابند؛ مولکول‌های سطحی می‌توانند باعث ایجاد سختی زیاد در فلزها شوند و تولید ابزارآلات الکترونیکی و مواد دارویی با عملکرد و بازده بهتر را در پی داشته باشند. نانوفناوری زیستی یکی از امیدوارکننده‌ترین حوزه‌های علم و فناوری نانو در عصر جدید است. این فناوری در حوزه‌های گوناگون علم ازجمله شیمی، زیست‌شناسی، و علم مواد در حال ظهور است [۱]. نانوذرات از جمله رایج‌ترین عناصر در علم و فناوری نانو هستند و خواص جالب توجه آن‌ها باعث شده کاربردهای بسیار متنوعی در صنایع شیمیایی، پزشکی و دارویی، الکترونیک، و کشاورزی داشته باشند. با توجه به ترکیب شیمیایی، این ذرات به انواع فلزی، سرامیکی، بسپاری، و نیمه‌هادی تقسیم می‌شوند. تهیه شیمیایی و فرایندهای حالت جامد، مانند آسیاب کردن و چگالش بخار، روش‌های معمول ساخت نانوذرات هستند، اما این روش‌ها گران‌قیمت‌اند. فناوری نانو امروزه شاهد پیشرفت‌های چشمگیری در زمینه ساخت نانومواد و استفاده از روش‌ها و مواد جدید بوده است. با توسعه مواد و روش‌های جدید، نگرانی از آلودگی محیط زیست توسط نانوذرات تولیدشده از روش‌های شیمیایی و تولید محصولات جانبی خطرناک دوچندان شده است. روش‌های زیستی بی‌خطر را می‌توان به‌عنوان جایگزینی برای روش‌های شیمیایی مرسوم در تهیه نانوذرات در نظر گرفت [۳ـ۲]. استفاده از گیاهان سبز برای تهیه زیستی نانوذرات یک امکان هیجان‌انگیز و تا حد زیادی ناشناخته است [۴]. نانوذرات نقره و طلا به‌دلیل زیست‌سازگار بودن کاربردهای زیستی گوناگونی دارند. روش‌های شیمیایی به‌طور معمول منجر به باقی‌ماندن مقداری از واکنشگرهای سمی روی نانوذرات می‌شوند. به همین دلیل، استفاده از گیاهان به‌عنوان منابع پایدار و در دسترس در تهیه نانوذرات زیست‌سازگار در سال‌های اخیر توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده است. از مزایای این روش می‌توان به غیرسمی بودن، زیست‌سازگاری، ارزانی، و تولید نانوذرات با خلوص بالا اشاره کرد. با توجه به این مزایا، می‌توان نانوذرات سنتزشده در این روش‌ها را در کاربردهای زیستی ازجمله نانوحسگرها به‌کار برد. زمان واکنش برای تولید نانوذرات در بسترهایی مثل عصاره یا توده زیستی گیاه کم و واکنش کامل است، اما روش گیاه‌پالایی به زمان بیشتری نیاز دارد تا نانوذرات تولید شوند.

2. استخراج نانوذرات از طریق گیاه‌پالایی
گیاه‌پالایی یک فناوری جدید برای درمان و تصفیه مکان‌های آلوده (خاک و آب) است. در این روش از گیاهان برای پاکسازی یا کنترل انواع بسیاری از آلاینده‌ها - شامل فلزها، آفت‌کش‌ها، و هیدروکربن‌های نفتی - بهره‌گیری می‌شود [۵]. توانایی گیاهان برای جذب فلزهای با ارزش تجاری توجه پژوهشگران را در سراسر جهان به خود جلب کرده است. اولین تلاش‌ها برای استخراج برای تصفیه بود، اما دانشمندان متوجه شدند که فلز‌ها را می‌توان با استفاده از گیاهان استخراج کرد. این روش را با عنوان فایتو‌مانینگ (Phytomining) می‌شناسند. این روش در مقایسه با روش‌های شیمیایی معمول مقرون‌به‌صرفه‌تر و سازگار با محیط‌زیست است و حتی می‌تواند، برخلاف روش شیمیایی، فلزها را در سطوح کم‌جذب و در بافت گیاهی جمع‌آوری کند. گزارشاتی در مورد گیاهانی که طلا و نقره را در غلظت بالا جذب می‌کنند وجود دارد [۶]. گرلینگ (Girling) و پترسون (Peterson) اعلام کردند که گونه فاسلیا سورسیا (Phaceliasericea) بیش از3857mg kg-1 طلا در توده ریشه خشک ذخیره می‌کند. در گزارش‌های دیگر بیان شده که گیاه یونجه براساس کشت در آگار، طلا و نقره را به‌صورت KAuCl4 یا AgNO3 در غلظت‌های بیش از  mg 370kg-1 از طلا و از mg kg-1 120 از نقره در قسمت‌های هوایی خود ذخیره می‌کند. این نتایج نشان می‌دهد که استخراج معدنی توسط گیاه در آینده می‌تواند برای استخراج طلا و نقره استفاده شود. مطالعات انجام‌شده توسط میکروسکوپ الکترونی با وضوح بالا(HRTEM) نشان داده که گیاه یونجه می‌تواند نانوذرات طلا و نقره را در شکل‌های گوناگون در بافت‌های گیاهی خود تولید و ذخیره کند [۷]. مارشال و همکارانش تجمع نانوذرات فلز طلا به اندازه ۵۰ـ۵ نانومتر را در گونه خردل هندی (Brassica juncea) گزارش کرده‌اند [۹]. علاوه بر این، عوامل حل‌کننده‌ای مانند یدید، برمید، سیانید، و تیوسولفات نقش مهمی در تجمع موثر ذرات طلا در گیاه ایفا می‌کنند [۸]. در این گونه گیاهی تیوسیانات آمونیوم به‌عنوان یک عامل حل‌کننده استفاده می‌شود که باعث تجمع طلا به مقادیری بالاتر از57μg/g می‌شود. x-ray نشان داده است که مقادیر برابری از Au0 (فلزی) و Au+1 (اکسیدشده) در گیاه وجود دارد [۹]. تشکیل نانوذرات طلا در گیاه یونجه اولین بار توسط گاردیا تورسدی (Gardea-Torresdey) و همکاران گزارش شد. تجمع طلا با ابعاد نانو در گیاه زنده به شکل‌های مکعبی، بیست‌وجهی، و ساختار دوقلو در اندازه ۴ نانومتر و ۱۰ـ۶ نانومتر بود. فایتو‌مانینگ طلا از سنگ معدن و لیچت (Leachate) در اندازه نانو یک روش مقرون‌به‌صرفه است. همچنین، آن‌ها تشکیل نانوذرات نقره را در قسمت زنده نهال یونجه گزارش کرده‌اند (شکل ۱). هنگامی که نهال تحت شرایط خاصی در یک محیط پایه رشد کند ریشه و ساقه آن حاوی فراانباشت نقره نیترات، یون‌های نقره (I) کاهش‌یافته و نانوذرات(Ag(0 در pH برابر 5/8 است. نقره در ریشه به‌صورت ذره‌های با اندازه9Ao ایجاد می‌شود و به‌صورت نانوذرات نقره به ساقه منتقل می‌شود. این ذرات به شکل بیست‌وجهی در اندازه‌هایی بین ۴ـ۲ نانومتر هستند [۱۰].

3. تهیه نانوذرات از توده زیستی گیاهان
استفاده از توده‌های زیستی برای تولید نانوذرات روشی به‌نسبت ساده و مقرون‌به‌صرفه‌ است. زیست‌توده به‌دست‌آمده از گیاهان زنده یا مرده یک منبع انرژی تجدیدپذیر است که به‌طور معمول برای تولید برق، بیوگاز، سوخت، و غیره استفاده می‌شود. استفاده از زیست‌توده گیاهان برای تولید نانوذرات جالب و هیجان‌انگیز است [۱]. طبق گزارش‌های انجام‌شده، با استفاده از یونجه می‌توان از یون‌های طلا (III) در یک روش وابسته به PH نانوذراتی به اندازه ۱۰۰ نانومتر به دست آورد. ذرات به‌دست‌آمده به شکل‌های چهارضلعی، پلاکت شش‌ضلعی، بیست‌وجهی، ده‌وجهی، و شکل‌های نامنظم بوده است [۱۱]. مطالعه‌های پیشین روی گیاه یونجه نشان داده‌اند که اسیدیته محلول عامل مهمی در تشکیل طلای کلوییدی است. درواقع، جذب سطحی یون‌های طلا روی توده زیستی یونجه چندان تابع pH نیست ولی اندازه نانوذرات با آن تغییر می‌کند [۱۲]. هرا و همکاران تشکیل یون‌های نقره (I) توسط زیست‌توده یونجه از محلول آبی در یک روش وابسته به pH را گزارش کرده‌اند. گروه‌های فسفات و سولفونیک در اتصال یون نقره (I) به زیست‌توده یونجه عامل اصلی در pH برابر دو و شش است. به‌طور مشابه، پس از انکوباسیون زیست‌توده گندم با طلا (III) در اسیدیته‌های گوناگون از ۶ـ۲ نانومتر ساختارهای با ریخت‌شناسی گوناگون مانند ده‌وجهی، شش‌ضلعی، بیست‌وجهی، و میله‌ای شکل گرفت [۱۳]. همه این نانوساختارهای هندسی مکعبی‌شکل با اندازه ذراتی در حدود ۳۰ـ۱۰ نانومتر تشکیل شده‌اند.گروه‌های عاملی در دیواره سلولی زیست‌توده گندم نانوذرات طلا را کاهش می‌دهند. این اولین گزارش از تهیه نانوذرات نامتقارن طلا، مثل بیست‌وجهی کوتاه و میله‌ای‌شکل، توسط محصولات فرعی کشاورزی بود [۱].

4. تهیه نانوذرات از عصاره گیاهان
سوخت‌و‌ساز‌های ثانویه گوناگون، آنزیم‌ها، پروتئین‌ها، و دیگر عوامل کاهنده در تهیه نانوذرات فلزی به‌وسیله گیاهان نقش اساسی دارند. محل انباشت زیستی (Bioaccumulation) نانوذرات براساس حضور آنزیم‌ها و پروتئین‌های درگیر در تهیه آن‌ها است. بازیابی نانوذرات از بافت گیاهی خسته‌کننده و گران است و نیاز به آنزیم‌هایی برای تخریب بافت سلولزی گیاه دارد [۹]. از این رو، برای تهیه نانوذرات فلزی گوناگون استفاده از عصاره گیاهان در پردازش‌کم و مقیاس وسیع آسان‌تر است. در سال‌های اخیر، استفاده از عصاره گیاهان برای تهیه نانوذرات فلزی به‌عنوان یک جایگزین آسان و مناسب برای روش‌های شیمیایی و فیزیکی مطرح شده است. برای اولین بار عصاره گیاه شمعدانی از برگ، ساقه، و ریشه برای تولید خارج سلولی نانوذرات طلا گرفته شد [۱]. شانکار و همکاران کاهش زیستی یون‌های طلا به نانوذرات طلا را با استفاده از عصاره برگ گل شمعدانی گزارش کردند. همچنین، آن‌ها توانستند نانوذرات مثلثی و کروی طلا را با استفاده از عصاره لیمو تهیه کنند [۱۵ـ۱۴]. از واکنش عصاره گیاه چریش (neem) به‌همراه HAuCl4 به‌مدت دو ساعت نانوذرات طلا تولید می‌شود. تجزیه و تحلیل طیف‌بینی UV–Vis–NIRR و تغییر رنگ آن به صورتی مایل به ارغوانی تشکیل این نانوذرات را اثبات کرد. به نظر می‌رسد این نانوذرات تمایل به تشکیل ساختار‌های مسطح نازک، علاوه بر ساختار‌های کروی، را نیز دارند. این ذرات مسطح به‌طور عمده به شکل مثلثی و با درصد بسیار کمتری به شکل شش‌ضلعی در اندازه ۱۰۰ـ۵۰ نانومتر هستند [۱۶]. از عصاره آلوورا نیز می‌توان نانوذرات نقره تهیه کرد. افزایش آمونیاک در این واکنش باعث تسهیل کاهش نقره (I) به‌وسیله تشکیل کمپلکس محلول دی‌آمین ‌نقره (I) کلرید می‌شود. نانوذرات تولیدشده دارای ریخت‌شناسی کروی در اندازه‌های 4.2 ± 15.5 نانومتر هستند [۱۷]. سنتز نانوذرات طلا از عصاره علف لیمو با ساختارهای مثلثی و کروی‌شکل در اندازه 4 ± 214.4 نانومتر نیز گزارش شده است (شکل ۲) [۱].

filereader.php?p1=main_f6059036c8166a822
شکل ۱. تصویر TEM تشکیل نانوذرات نقره را در ساقه گیاه یونجه نشان می‌دهد.


5. کاربرد در پزشکی
نانونقره‌ها خوشه‌هایی از اتم‌های نقره با اندازه‌های ۱۰۰ـ۱ نانومتر هستند و به‌سبب خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر‌به‌فرد به‌طور وسیع در زمینه‌های گوناگون مورد استفاده قرار می‌گیرند. به‌غیر از استفاده از آن‌ها در صنایع مهندسی (مانند کاتالیزگرها، وسایل نوری، و کاربردهای الکترونیک)، این نانوذرات، به‌علت فعالیت ضد‌باکتری عالی، در زمینه‌هایی مانند مواد ضدعفونی‌کننده، پارچه‌ها، و وسایل پزشکی نیز کاربرد دارند [۱۸]. نانوذرات نقره طیف وسیعی از فعالیت ضدباکتری را از خود نشان می‌دهند. اثر ضدویروس این نانوذرات نیز در مقاله‌ها گزارش شده است. مطالعه‌ها نشان می‌دهند که نانوذرات نقره از تکثیر ویروس ایدز (HIV) جلوگیری می‌کنند و اثر آن‌ها بسیار بیشتر از اثر نانوذرات طلا است. اثر نانونقره‌ها بر ویروس‌هایی مانند هرپس و هپاتیت B نیز گزارش شده است [۱۹]. از نانوذرات نقره در درمان زخم‌ها کمک می‌گیرند، زیرا افزایش مقاومت ریزاندامگان در برابر پادزی موجب تاخیر در بهبود زخم‌ها می‌‌شود. در کل، صدماتی همچون بریدگی، ساییدگی، سوختگی، جوش، زگیل، بیماری قارچی، و دیگر بیماری‌های پوستی را می‌توان با نانوذرات نقره درمان کرد [۲۰]. دیده شده که حضور نانوذرات نقره باعث افزایش کارایی پادزی‌ها می‌شود. امروزه، استخوان‌های مصنوعی ساخته‌شده از پلی‌متیل‌متاکریلات و نانونقره دارای کاربرد پزشکی هستند [۲۱]. همچنین، پژوهشگران ذراتی به‌نام نانوپوسته ساخته‌اند که از جنس شیشه پوشیده‌شده با طلا هستند. این نانوپوسته‌ها می‌توانند به‌صورتی ساخته شوند که طول موج خاصی را جذب کنند. اما از آنجا که طول موج‌های فروسرخ به‌راحتی تا چند سانتی‌متر از بافت نفوذ می‌کنند، نانوپوسته‌هایی که انرژی نورانی را در نزدیکی این طول موج جذب می‌کنند بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. بنابراین، نانوپوسته‌هایی که به بدن تزریق می‌شوند می‌توانند از بیرون با استفاده از منبع فروسرخ قوی گرما داده شوند. چنین نانوپوسته‌هایی را می‌توان به کپسول‌هایی از جنس پلیمر حساس به گرما متصل کرد. این کپسول‌ها محتویات خود را فقط زمانی آزاد می‌کنند که گرمای نانوپوسته متصل به آن‌ها باعث تغییر شکلشان شود. یکی از کاربردهای شگرف این نانوپوسته‌ها در درمان سرطان است. می‌توان نانوپوسته‌های پوشیده‌شده با طلا را به آنتی‌بادی‌هایی متصل کرد که به‌طور اختصاصی به سلول‌های سرطانی متصل می‌شوند. از لحاظ نظری، اگر نانوپوسته‌ها به مقدار کافی گرم شوند می‌توانند فقط سلول‌های سرطانی را از بین ببرند، بدون آنکه به بافت‌های سالم آسیب برسانند [۲۲].

6. کاربرد در صنعت
با پیشرفت فناوری ساخت نانومواد، نانوذرات نقره با سطح ویژه بالا که امکان دسترسی به میزان بیشتری از اتم‌های نقره را فراهم می‌کنند توجه صنایع گوناگونی مانند پوشاک، آرایشی، بسته‌بندی غذا، و مواد ساختمانی را به نقره جلب کرده است، زیرا نانوذرات نفره در غلظت‌های پایین نیز دارای بازده بالای میکروب‌کشی هستند [۲۳]. نقره می‌تواند به‌عنوان جزو اصلی نانوساختارهای یک، دو، و سه‌بعدی مورد استفاده در تجهیزات الکترونیکی و کاربرد حسگرها به‌کار رود. از ویژگی‌های لومینسانس نانوذرات نقره می‌توان در کاربردهای علامت‌گذاری یا ردیابی بهره برد [۲۰]. نانوذرات طلا در وسایل الکترونیک، نوری، و بیوفناوری کاربرد فراوان دارند. استفاده از نانوذرات طلا برای تولید الکترود با حساسیت و قابلیت بسیار بالا بر پایه خودآرایی نانوذرات طلا و همچنین نشاندن نانوذرات طلا روی الکترود از طریق پیوند‌های کوالانسی یا الکترواستاتیکی یا الکتروشیمیایی بررسی شده‌ است [۲۴].

filereader.php?p1=main_c22fa07cec00f590b
شکل ۲. (A) تصویر تشکیل نانوذرات طلا در عصاره علف لیمو؛ (B) الگو پراش الکترونی از نانوذرات طلا را نشان می‌دهد.


7. نتیجه‌گیری
امروزه، تهیه نانوذرات زیستی با توجه به کارایی آنها در پزشکی و علوم زیستی رو به افزایش است؛ از سوی دیگر، افزایش آگاهی نسبت به شیمی سبز و فرایندهای زیستی، استفاده از روش‌های سازگار با محیط زیست را برای تهیه غیرسمی نانومواد زیستی ضروری کرده است. اگرچه راه‌های گوناگون زیستی برای تهیه زیستی نانوذرات فلزی شناخته شده‌اند، استفاده از موجودات زنده یا دیگر واسطه‌ها برای تهیه نانوذرات فلزی گران و همراه با محدودیت است. بنابراین، تهیه زیستی آسان از نانوذرات با کنترل اندازه و شکل در روشهای ارائه‌شده از اهمیت فراوانی برخوردار است. استفاده از بسترهای گیاهی برای تهیه نانومواد یک روش نوظهور و طبق اصول شیمی سبز است. گیاهان زیادی وجود دارند که قابلیت ساخت نانوذرات و استفاده در چنین صنعت ارزشمند و گران‌بهایی را دارند ولی هنوز ناشناخته باقی مانده‌اند. بسیاری از این گیاهان هنوز مورد آزمایش قرار نگرفته‌اند و ترکیبات نانویی درون آن‌ها شناخته نشده‌ است. با توجه به پیشرفت صنعت، نیاز به تولید ترکیبات نانویی برای انواع مصارف تجاری و کاربردی رو به افزایش است؛ از جمله این نانوساختارها می‌توان به نانولوله‌های کربنی، نانوپوسته‌های کربنی، نانوذرات زئولیت، و غیره اشاره کرد که همگی برای افزایش توان و قدرت گیاهی، افزایش عمر پس از برداشت، و مقاومت گیاهان در برابر آفت و بیماری‌ها مورد استفاده و بررسی هستند. امروزه، در بسیاری از کشورهای پیشرفته فعالیت‌های پژوهشی به‌صورت هدفمند در مسیر‌های مشخص‌شده فناوری نانو برای روش‌های شیمی سبز و سازگار با محیط زیست در جریان است. امید است ما نیز، با الگو‌گیری مناسب، بتوانیم در مسیر رسیدن به روش‌های کم‌خطر و بهتر در تهیه نانوذرات زیستی و در جهت چشم‌اندازهای جهانی گام برداریم

شنبه 14 اسفند 1395 ساعت 06:37 ب.ظ

نظرات

درباره سایت

شرکت پانیذ کیمیا کاوشگر با مسئولیت محدود. ارائه کننده خدمات فناوری نانو با تجهیزات پیشرفته.نهاد ترویجی فناوری نانو. آموزش فناوری نانو به دانش آموزان، دانشجویان و... . انجام پروژه های دانش بنیان

نظرسنجی

آیا از خدمات ما راضی هستید؟



امکانات سایت



برای نمایش تصاویر گالری کلیک کنید


logo-samandehi