نانوذرات نقره ویژگی ها و کاربردها
نانوذرات نقره (AgNPs) ذرات کوچکی هستند که اندازه ای کمتر از ۱۰۰ نانومتر دارند و از فلز نقره ساخته شده اند . کوچک بودن آن ها سبب می شود نسبت سطح به حجم بسیار بالایی داشته باشند و همین موضوع خصوصیات منحصربه فردی مثل رسانایی الکتریکی، انعطاف پذیری نوری و به ویژه فعالیت ضدمیکروبی به آنها می دهد. مکانیزم های این فعالیت شامل تولید گونه های واکنش پذیر اکسیژن، تخریب DNA و پروتئین های میکروبی و ایجاد نقص در غشاء سلول است. قدرت ضدباکتری، ضدقارچ و ضدویروس AgNPs به حدی است که آنها در برابر میکرو ارگانیسم های مقاوم به آنتی بیوتیک نیز مؤثرند .
ویژگی های کلیدی
- سطح بزرگ و رهایش یون نقره : نانوذرات نقره به دلیل سطح بالا قادرند یونهای نقره را در مقیاس نانومتری رها سازند. یون نقره در تماس با میکروب ها به سرعت واکنش نشان داده و ساختارهای حیاتی آن ها را از بین می برد.امکان کنترل اندازه و شکل ذرات سبب می شود سرعت رهایش یون متناسب با کاربرد تنظیم شود .
- رسانایی و خصوصیات اپتیکی : ترکیب نانوذرات نقره با پلیمرها یا رزین ها باعث افزایش رسانایی الکتریکی می شود . همچنین به دلیل پدیده تشدید پلاسمون سطحی محلی، این ذرات می توانند نور را در مقیاس نانو دستکاری کنند و در ساخت حسگرها و آشکارسازهای نوری کاربرد دارند .
- سازگاری زیستی : تحقیقات نشان داده است که AgNPs در غلظت های پایین برای سلول های انسانی غیرسمی هستند و حتی ۲۷ نوع پانسمان، فوم و ژل مبتنی بر نقره توسط سازمان غذا و داروی آمریکا تأیید شده اند.
کاربردهای پزشکی و بهداشتی
نانوذرات نقره در بخش سلامت کاربردهای فراوانی دارند :
- پانسمان و زخم : پانسمان های دارای AgNPs با رهایش آهسته یون نقره، یک محیط استریل ایجاد کرده و موجب کاهش التهاب و تسریع ترمیم بافت می شوند. این پانسمانها خطر عفونت و بوی ناخوشایند را کاهش می دهند .
- ضدعفونی کننده ها و وسایل پزشکی AgNPs :در محلول ها و پودرها به عنوان مواد ضدعفونی کننده و ضدعفونی کننده دست استفاده می شوند. همچنین در کاتترها، استنت ها و پیس میکرها به کار می روند تا خطر عفونت پس از جراحی را کم کنند .
- محصولات آرایشی و مراقبت فردی : به دلیل توانایی مهار رشد باکتری و قارچ، نانونقره به عنوان نگهدارنده در دئودورانتها، کرمها و ژلهای ضدجوش، خمیردندان ها و شامپوها استفاده می شود. صابون یا فوم پاک کننده حاوی ۱۵ میلی گرم در لیتر nanosilver برای جلوگیری از عفونت های پوستی توصیه شده است. این ذرات به لایه شاخی پوست نفوذ نمی کنند و خواص ضدالتهابی و بهبود دهندگی نیز دارند .
کاربردهای صنعتی و الکترونیک
جوهرهای رسانا و مدارهای چاپی : اندازه کوچک نانوذرات نقره باعث می شود نقطه ذوب آن ها کاهش یابد و بتوان از آن ها برای چاپ مدارهای انعطاف پذیر بر روی پلاستیک، کاغذ یا پارچه استفاده کرد؛ این جوهرها در تولید نمایشگرهای انعطافپذیر، برچسبهای RFID و لباس های هوشمند کاربرد دارند .
- فیلمهای هادی شفاف : سیم های بسیار باریک نقره می توانند لایه هایی ایجاد کنند که هم شفاف باشند هم رسانا . این
فیلم ها جایگزین اکسید قلع -ایندیوم (ITO) در صفحات لمسی و نمایشگرهای OLED شدهاند و مزیت انعطافپذیری بیشتری دارند.
- حسگرهای نوری و پلاسمونی : به دلیل وجود پدیده تشدید پلاسمون، AgNPs در حسگرهای سطحی تقویت شده رامان و آشکارسازهای زیستی برای شناسایی مواد شیمیایی و زیستی با حساسیت بالا استفاده می شوند.
- کامپوزیت های رسانا : افزودن نانونقره به پلیمرها یا رزین ها سبب افزایش رسانایی و کاربرد در اجزای الکترونیکی و خودروها می شود .
کاربرد در کشاورزی
- افزایش رشد و مقاوم سازی گیاهان : پژوهش ها نشان داده اند که AgNPs میتوانند رشد گیاهان را تقویت و تحمل آنها را در برابر تنش های زیستی و غیربیولوژیکی افزایش دهند. این ذرات به عنوان نانوکود یا نانوبوست کننده برای بهبود جوانه زنی و افزایش عملکرد محصول استفاده می شوند .
- نانو پایکارها و نانوعلفکش ها : استفاده از AgNPs در فرمولاسیون نانوپایکارها و نانوعلفکش ها امکان رهایش کنترل شده مواد فعال را فراهم می کند؛ این موضوع ضمن افزایش اثرگذاری، مقدار ماده مصرفی و آسیب به محیط را کاهش میدهد.
- کنترل بیماری های گیاهی : به دلیل خواص ضدباکتری و ضدویروس، AgNPs می توانند در پیشگیری یا درمان بیماریهای قارچی و باکتریایی گیاهان مؤثر باشند.
تصفیه آب و محیط زیست
نانوذرات نقره به طور گسترده در فناوری های تصفیه آب و هوای آلوده به کار گرفته می شوند :
- فیلتراسیون و ضدعفونی آب AgNPs: قادرند تا ۱۰۰–۹۹ درصد باکتری ها و ویروس ها را در فیلترهای نانوکامپوزیتی از بین ببرند و ضمن حذف میکروارگانیسم ها، فرآورده های جانبی مضر مانند کلرآمین ها را ایجاد نمی کنند.این ویژگی باعث شده از آن ها در فیلترهای خانگی، سیستمهای تصفیه اضطراری و به طور صنعتی در تصفیه خانه ها استفاده شود .
- حساسیت بالا در سنجش آلاینده ها AgNPs: به عنوان حسگرهای نوری و الکتروشیمیایی برای شناسایی یونهای
فلزی سنگین و ترکیبات آلی سمی در آب و خاک استفاده می شوند [16].
- رفع آلودگی هوا و فاضلاب : ترکیب AgNPs با مواد کاتالیستی دیگر امکان اکسیداسیون آلاینده های آلی در فاضلاب و هوای آلوده را فراهم می کند .
بسته بندی مواد غذایی و صنایع مصرفی
- بسته بندی زیست تخریب پذیر : پژوهشی روی فیلم های ژلاتین – کیتوزان حاوی نانونقره نشان داد که وجود AgNPs باعث افزایش استحکام و ایجاد پیوند بین مولکول های پلیمر می شود و فیلم حاصل ضمن خاصیت ضدباکتری ، زیست تخریبپذیر است . این نانوکامپوزیت می تواند عمر قطعاتی مانند هویج خرد شده را افزایش دهد و رشد میکروبی را کاهش دهد .
- پارچهها و منسوجات : از نانونقره در جوراب ها، لباس های ورزشی و لباس های بیمارستانی استفاده می شود تا رشد میکروب ها و بوی ناخوشایند کاهش یابد .
- ظروف و اسباب بازی ها : به دلیل توانایی نابودسازی پاتوژن ها ، AgNPs به مواد پلاستیکی ظروف نگهداری مواد غذایی و اسباب بازی کودکان افزوده می شوند.
بازارها و ارزش اقتصادی
بازار نانوذرات نقره در دهه اخیر رشد چشمگیری داشته است . گزارش موسسه IMARC می گوید که ارزش جهانی بازار نانونقره در سال ۲۰۲۴ حدود ۳٫۲ میلیارد دلار بوده و پیش بینی می شود تا ۲۰۳۳ به بیش از ۱۰٫۳ میلیارد دلار برسد ( نرخ رشد مرکب سالانه حدود ۱۳٫۸ درصد). این رشد عمدتا به دلیل تقاضای زیاد در بخش های پزشکی، الکترونیک و محیط زیست است . منطقه آمریکای شمالی و اروپا بیشترین سهم بازار را دارند، اما آسیا – اقیانوسیه به سرعت در حال رشد است . عوامل محرک بازار شامل خواص ضدمیکروبی قوی، نیاز به مینیاتورسازی الکترونیک و رویکردهای سازگار با محیط زیست هستند. با وجود این رشد، هزینه تولید نانونقره نسبت به برخی نانوذرات دیگر زیاد است . یک بررسی درباره کاربردهای محیط زیستی نشان میدهد قیمت تولید AgNPs بسته به اندازه و روش سنتز بین ۱۰۰ تا ۵۰۰ دلار به ازای هر گرم متغیر است و از نانوذرات تیتانیوم دیاکسید، اکسید آهن و اکسید روی گرانتر است. این قیمت بالا به دلایلی چون گران بودن فلز نقره و پیچیدگی روشهای سنتز رخ میدهد. با این حال، ویژگی های منحصربهفردی مانند فعالیت ضدمیکروبی قوی و قابلیت استفاده در غلظت های پایین مزیت رقابتی مهمی به AgNPs میبخشد. نسبت به نانوذرات طلا، AgNPs هزینه کمتر، رسانایی بهتر و فعالیت ضدمیکروبی قویتری دارند، در حالی که طلا بیشتر در کاربردهای کاتالیستی استفاده می شود؛ این موضوع AgNPs را برای کاربردهای عمومیتر مناسب می کند .
جمعبندی و آینده
نانوذرات نقره با ترکیب ویژگی هایی مانند سطح خاص بالا، رسانایی عالی و توانایی نابودسازی گسترده میکرو ارگانیسم ها، در حوزههای مختلف علمی و صنعتی ارزشمند شدهاند . از پانسمان های پزشکی و محصولات آرایشی گرفته تا مدارهای چاپی ، کشاورزی، تصفیه آب و بسته بندی مواد غذایی ، AgNPs نقشی چندگانه دارند . گرچه هزینه تولید نسبتا بالاست و نگرانی هایی درباره مقاومت میکروبی و اثرات زیست محیطی مطرح است، پیشرفت در روشهای سنتز سبز و تولید مقیاس پذیر می تواند این چالشها را کاهش دهد و استفاده پایدارتر از این نانوذرات را ممکن کند . با رشد بازار و پذیرش بیشتر توسط صنایع، انتظار می رود نانوذرات نقره در آینده نقش کلیدی در بهداشت، فناوری و حفاظت محیط زیست ایفا کنند.