فناوری نانو رشتهای از دانش کاربردی و فناوری است که زمینههای گستردهای را پوشش میدهد. موضوع اصلی آن به وجود آوردن و نیز کنترل خواص موادی در ابعاد بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. در واقع فناوری نانو فهم و بهکارگیری خواص جدیدی از مواد و سازوکارهایی در ابعاد نانو است که اثرات فیزیکی جدیدی را از خود نشان میدهند. اخیراً گسترش علم و فناوری نانو به پیشرفت و توسعه در علوم فیزیک، شیمی، مواد و مهندسی کمک بسیاری کرده است. کاربردهای گستردهٔ فناوری نانو در صنایع مختلف به خصوص مواد پیشرفته به دلیل قابلیتهای منحصربهفرد محصولات تولید شده در مقایسه با محصولات موجود در بازار است. این فناوری توانسته در زمان کوتاهی توجه بسیاری را به خود جلب کند. صنایع تولید مواد پیشرفته نقش مهمی را نه تنها در توسعه نانومواد بلکه در استفاده از آن در کاربردهای مختلف ایفا نموده است.
یکی از بزرگترین و مهمترین عوامل انتشار و انتقال بیماریها سطوح دیوارها، کف ساختمانها، مراکز تفریحی و عمومی و سطوح تجهیزات مورداستفاده عموم است. امروزه در کشورهای پیشرفته دنیا استفاده از پوششها و روکشهای ضدمیکروب بهعنوان یک امر ضروری به تمامی بخشها از جمله بیمارستانها، آشپزخانهها، رستورانها و… اعلام شده و در ساختمانهای در دست ساخت بهعنوان امری بدیهی و لازمالاجرا است. اگرچه در بازار فعلی حجم زیادی از انواع میکروبکشها در رنگ استفاده میشوند، اما به دلیل گرانقیمت بودن، عدم اثرگذاری آنها بر طیف وسیع میکروبها و عدم کارایی بالای آنها، پیشبینی میشود که در آینده نزدیک میکروبکشهای مبتنی بر فناوری نانو رشد و توسعه قابلتوجهی یابند. قابلیتهای منحصربهفرد فناوری نانو در صنعت رنگ شامل بهبود فرایند خشکایش، جذب نور ماورای بنفش و اثرات میکروبکشی است. در حال حاضر نانوذرات اکسید تیتانیوم و اکسید سیلسیم در رنگها بیشترین استفاده را دارند، اما برخی دیگر از نانوذرات از جمله نقره، اکسیدروی، اکسید سریم، اکسید مس و اکسید منگنز نیز موردتوجه قرار گرفتهاند [۱]. یکی از حوزههایی که فناوری نانو در آن وارد شده است صنعت رنگهای خاص بهویژه رنگهای آنتیباکتریال است. این دسته از رنگها به دلیل نیاز روزافزون بشر به حذف عوامل بیماریزا از سطوح دیوارها، کف ساختمان و سطوح تجهیزات مراکز تفریحی و عمومی طی دههٔ اخیر موردتوجه بسیاری از تولیدکنندگان بزرگ رنگ در سراسر دنیا قرار گرفته است. بازار بزرگ این محصول، باعث توجه محققان و صنایع در سراسر دنیا شده است. از فناوری نانو در این نوع رنگها بهمنظور بهبود بازدهی، کاهش ضخامت و وزن استفاده شده است.
یکی از نکاتی که باید در استفاده از این رنگها موردتوجه قرار گیرد، کاربرد صحیح آنهاست. با توجه به اینکه عوامل بیماریزا شامل باکتریها، ویروسها و غیره هستند، ضروری است ماهیت این عوامل به خوبی شناخته شود. جاندارانی هستند که با چشم غیرمسلح دیده نمیشوند. میکروارگانیسمها شامل باکتریها، ویروسها، آغازیان و برخی قارچها هستند. میکروارگانیسمها در همه جا، از آبوهوا گرفته تا خاک، روی پوست بدن و مخاط بدن انسان و جانوران به میزان فراوان وجود دارند. میتوانند بیماریزا یا مفید باشند. بهگونهای که زندگی برای جانوران و گیاهان، بدون وجود میکروب امکانپذیر نیست. رنگهای ضدمیکروب به رنگهایی اشاره دارد که به دلیل حضور ترکیبات فعال به طور مؤثر از رشد میکروارگانیسمها جلوگیری میکنند. بهطور کلی در طبیعت ۳ نمونه میکروارگانیسم وجود دارد:
- تجزیهکنندههای تدریجی: Degenerative Microorganisms
- خنثیها، سازشکارها، فرصتطلبها: Neutral Microorganisms
- سازندهها یا احیاکنندهها: Regenerative Microorganisms
بهطور کلی میتوان میکروبهای بیماریزا را در ۷ گروه ویروسها، کلامیدیاها، ریکتزیاها، مایکوپلاسماها، باکتریها، تکیاختهایها و قارچها دستهبندی کرد.
باکتریها میکروارگانیسمهای تک سلولی هستند و ۱% از باکتریها موجب بیماری میشوند که عموماً شامل استافیلوکوکوسها (عامل عفونتهای تنفسی فوقانی)، کلبسیلا پنومونی و استرپتوکوک پنومونیه (عامل ذاتالریه) و E. Coli و سالمونلا (عامل مسمومیت غذایی) هستند. در مقابل ویروسها، میکروارگانیسمهای زنده نیستند و نیازمند به سلول میهمان برای تکثیر هستند. ویروسها عموماً شامل ویروس سرماخوردگی معمول، ویروس آنفلوانزا و کرونا ویروسها هستند. قارچها همگی دگرخوار بوده و برای رشد و تکثیر به ترکیبات آلی نیاز دارند. برخی از قارچها موجب بیماری در انسان میشوند. با توجه به تفاوت ماهیت عوامل بیماریزا، روشهای گوناگونی برای مقابله و حذف این عوامل وجود دارد. به دلیل ویژگیهای منحصربهفرد فناوری نانو، امکان مقابله با این عوامل بیماریزا به شیوههای گوناگون وجود دارد. در ادامه فناوریهای منطبق بر علم نانو برای زدودن عوامل بیماریزا از جمله انواع باکتریها، ویروسها و قارچها با استفاده از رنگ معرفی میشوند.
۱-۱- تفاوت روشهای سنتی ضدعفونیکننده و روشهای مبتنی بر فناوری نانو
برخلاف پوششهای آنتیباکتریال، روش متداول برای مبارزه با قارچها و میکروبها در ساختمان، استفاده از اسپریها و دیگر انواع ترکیبات ضدعفونیکننده است که به دلیل وجود ساختار شیمیایی به مرور در فضا آزاد شده و به محیطزیست و بدن انسان آسیب میرسانند. برخلاف این روش، با کمک فناوری نانو ویژگی ضدمیکروب ذاتی در سطوح ایجاد میشود که با شستوشو یا مواد شوینده از بین نمیرود.
۲- ترکیبات رنگ
اصلیترین اجزای رنگ شامل رزینها[1]، افزودنیها[2] و رنگدانهها هستند. افزودنیها طیف گستردهای از مواد هستند که اضافه کردن مقداری اندک از آنها به ترکیب میتواند اثرات قابل توجهی بر محصول نهایی بگذارد. افزایش کشش سطحی، بهبود ظاهر نهایی، بهبود ثبات رنگدانه، افزایش خواص ضدیخ، بهبود چسبندگی، ایجاد خواص ویژه از جمله خاصیت آنتیباکتریالی و… از جمله خواص انواع افزودنیهاست [۲].
قدمت رنگ به دوران ماقبل تاریخ میرسد؛ اما هزینه آن تا مدتها بسیار گران بود و در نتیجه بهطور عمده برای آثار هنری استفاده میشد. تقریباً پس از قرن نوزدهم بود که از رنگ برای نقاشی خانهها استفاده شد. امروزه از رنگ برای رنگآمیزی و حفاظت بسیاری از سطوح از جمله خانه، اتومبیل، نشانهگذاری در جادهها و بسیاری هدفهای دیگر استفاده میشود که هر یک از این برنامهها به نوع خاصی از رنگ نیاز دارد. رشد صنایع مصرفکننده نهایی رنگها شامل صنعت ساختمان، خودرو، حملونقل موجب رشد صنعت رنگ خواهد شد. مطابق با پیشبینیهای انجام شده در نمودار شکل ۱، این بازار تا سال ۲۰۲۷ بالغ بر ۲۳۲ میلیارد دلار خواهد بود. علاوه بر این با گسترش فناوریهای نوین نه تنها بازار فعلی حفظ خواهد شد، بلکه بازارهای جدیدی نیز برای صنعت رنگ ایجاد خواهد شد که در نتیجه نیاز به رنگهای با قابلیتهای جدیدی نیز موردتوجه قرار خواهد گرفت. برخی از این خواص عبارتند از رنگهای خودتمیزشونده، رنگهای آنتیباکتریال، ضدالکتریسیته ساکن، تزیینی و…
شکل ۱- ارزش بازار جهانی رنگ و پوشش و پیشبینی آن تا سال ۲۰۲۷ [۳].
۲-۱- رنگهای ضدمیکروب
عفونتها بهعنوان یکی از مهمترین عوامل مرگومیر انسانی شناخته میشوند. بهعنوان مثال رشد روزافزون نگرانیها در مورد به وجود آمدن باکتریهای مقاوم در برابر درمانهای دارویی سبب گسترش رنگها و پوششهای آنتیباکتریال شده است. به همین دلیل و با توجه به خواص منحصربهفرد نانومواد ساخت رنگهای با خواص آنتیباکتریالی مطلوب بسیار موردتوجه قرار گرفته است.
آلودگی سطحی شامل چسبیدن، ماندگاری و تکثیر باکتریها، قارچها، ویروسها روی آن است. در اینجا اصطلاحی به نام زیستلایه[3] وجود دارد که در ابتدا شامل چسبیدن برگشتپذیر باکتریها به سطح است. پس از اتصال اولیه، ترشح مولکولهای چسباننده مانند پروتئینها سبب ایجاد اتصال غیربرگشتپذیر میشود. در مرحله بعد باکتریها تکثیر پیدا میکنند و کلونیهایی را به وجود میآورند که سبب به وجود آمدن یک زیستلایه بالغ میشوند. در این مرحله نه تنها باکتری برای عامل ضدباکتریایی غیرقابل دستیابی میشود، بلکه مخزنی از باکتری را برای تشدید عفونت فراهم میکند. دقیقاً به همین دلیل عدم تشکیل زیستلایه بهعنوان یک عامل مهم در ایجاد خواص آنتیباکتریالی برای یک سطح مطرح است. همچنین ثابت شده است که آنتیبیوتیکهای سنتی اثرات کمی روی زیستلایهها دارند و ممکن است استفاده از این مواد سبب گسترش مقاومت آنتیبیوتیکی این لایهها شود. به همین دلیل ساخت نانورنگهای جدید به منظور ایجاد خواص آنتیباکتریال پایدار و مؤثر بسیار موردتوجه قرار گرفته است.
شکل ۲- مراحل رشد و باکتری روی سطح و تشکیل زیستلایه.
امروزه مواد مبتنی بر فناوری نانو متعددی وجود دارند که بهعنوان افزودنی ضدمیکروبی در کاربردهای مختلف از جمله رنگها مورداستفاده قرار میگیرند. رنگهای ضدمیکروب ابزار مهمی برای جلوگیری از رشد میکروارگانیسمها در سطوح هستند و از بروز بیماریها در افراد جلوگیری میکنند. این رنگها در آشپزخانهها، حمام و بیمارستانها مورداستفاده قرار میگیرند.
نانوذرات به علت خواص منحصربهفرد خود میتوانند ویژگیهای جدیدی را در پوششهای رنگی ایجاد کنند. برخی از مزیتهای افزودن نانوذرات به پوششهای رنگی عبارتند از:
- ظاهر زیباتر پوشش رنگی؛
- پایداری شیمیایی خوب؛
- کاهش ضخامت رنگ؛
- کاهش وزن رنگ؛
- کاهش نفوذ عوامل خورنده محیطی و افزایش پایداری در برابر خوردگی؛
- بهبود خواص ضدمه، ضدخزه و ضدخش؛
- سهولت تمیزکاری سطوح؛
- بهبود هدایت الکتریکی و حرارتی سطح؛
- ضدانعکاس نور؛
- امکان حذف فلزات سمی از جمله سرب و کروم؛
- بهبود چسبندگی بر روی سطوح مختلف.
ترکیبات ضدمیکروب، افزودنیهایی هستند که با مکانیزمهای مختلف از جمله تداخل در سنتز دیواره سلولی، آسیب به غشای سلول، جلوگیری از سنتر پروتئین و تداخل با سنتز اسید نوکلوئیک باعث از بین رفتن باکتریها میشوند. برخی از این ترکیبات اثرات ضدویروسی دارند. این ترکیبات طیف وسیعی دارند و برخی از آنها حاوی یونهای فلزی از جمله نقره، مس و روی هستند [۲].
۲-۱-۱- بازار جهانی رنگهای ضدمیکروب
بررسیها نشان میدهد که طی سالهای اخیر بازار جهانی رنگهای ضدباکتری و ضدقارچ رشد قابل توجهی داشته است. عواملی از جمله افزایش آگاهی در مورد پوششهای ضدمیکروبی، افزایش استفاده از روکشهای ضدمیکروب برای کاهش عفونتهای مرتبط با مراقبتهای بهداشتی و افزایش بودجه از سوی دولتها و سازمانهای خصوصی برای ایجاد پوششهای ضدمیکروبی باعث رشد قابل توجه بازار این نوع رنگها شده است [۴]. از طرف دیگر مقاومت به آنتیبیوتیکها نیز منجر به افزایش هزینههای درمان تا ۱۰۰ تریلیون دلار در سال ۲۰۵۰ خواهد شد. بازار افزودنیهای ضدباکتری در سال ۲۰۱۵ حدود ۴۴/۲ میلیارد دلار بوده است که پیشبینی میشود در سال ۲۰۲۷ به ۳۴/۱۵ میلیارد دلار افزایش پیدا کند [۵]. در حال حاضر شرکتهای فعال در حوزه پوششهای ضدمیکروب عبارتند از: Axalta Coating Systems، AkzoNobel، BASF، PPG Industries، Sherwin-Williams، Nippon Paint، Kansai Paint، Valspar، Sika، RPM International و… [۶, ۷].
۲-۲- نانوافزودنیهای آنتیباکتریال رنگ
۲-۲-۱- تاریخچه مواد آنتیباکتریال
از سالهای دور فلزات به دلیل خواص ضدمیکروبی موردتوجه قرار داشتند. برای مثال، ظرفهای ساخته شده از نقره و مس برای ضدعفونی کردن آب و همچنین نگهداری غذا توسط ایرانیان مورداستفاده بوده است. این کاربرد عملی بعدها توسط اهالی فنیقیه، یونانیان، رومیها و مصریها نیز به کار برده شد. مهاجران آمریکای شمالی سکههای از جنس نقره را درون ظرفهای حملونقل آب آشامیدنی، شیر و سرکه میانداختند تا آنها را از آلودگی حفظ کنند. فرایندی مشابه نیز توسط سربازان ژاپنی در طول جنگ جهانی دوم به منظور جلوگیری از انتشار اسهال خونی انجام میگرفت [۱].
استفاده از فلزات آنتیباکتریال همچنین از جایگاه ویژهای در کشاورزی برخوردار بوده است. بهعنوان مثال میکروبشناس فرانسوی پییر-ماری-الکسیس میلاردت[4] در سال ۱۸۸۰ میلادی مادهای به نام مخلوط بوردو[5] را معرفی کرد که حاصل اختلاط سولفات مس و آهک خرد شده بود که میتوانست از رشد کپک پرزدار در محصول انگور جلوگیری کند. از این مخلوط همچنین به منظور مدیریت بیماریهای گیاهی مانند پژمردگی سیبزمینی، حلقهٔ برگ هلو و زخم پوست سیب استفاده میشد. استفاده از این مخلوط سبب افزایش قابل توجهی در بازدهی محصولات باغی شد. به همین دلیل استفاده از نمکهای مس تا به امروز نیز در کشاورزی –بهخصوص در جوامع در حال رشد- و همچنین در اروپا و آمریکای شمالی به دلیل اینکه این مواد بهعنوان عوامل کنترل کننده آلودگیهای آلی شناخته میشوند، ادامه دارد.
استفاده از مواد آنتیباکتریال همچنین از تاریخچه جالبی در پزشکی برخوردار است. در یک دست نوشته پاپیروس مصری که بهعنوان قدیمیترین دستورالعمل جراحی جهان شناخته میشود، از نمک مس بهعنوان داروی ضدعفونیکننده یاد شده است. در یک کاربرد دیگر در طب سنتی، از بخیههایی از جنس فلز نقره در بهبود زخمهای پس از زایمان استفاده میشده است. همچنین گفته شده که استفاده از نیترات نقره نیز برای جلوگیری از عفونت چشمی در نوزادان مؤثر است. از دیگر کاربردهای فلز نقره در طب سنتی میتوان به پوشاندن زخمهای باقیمانده پس از اعمال جراحی با فویلهایی از جنس این فلز اشاره کرد. در طول دو سده اخیر، دانشمندان از اکسیدهای تلوریم، منیزیم و آرسنیک همانند نمکهای مس و جیوه برای بهبود بیماریهایی نظیر جذام، سل، سوزاک و سفلیس استفاده کردهاند. استفاده از فلزات بهعنوان مواد آنتیباکتریال پس از اختراع آنتیبیوتیکها به طور قابل ملاحظهای کاهش پیدا کرد. امروزه با توجه به مقاوم شدن باکتریها در مقابل آنتیبیوتیکها، استفاده از سایر مواد آنتیباکتریال مانند نانوذرات فلزی، ZnO و TiO2 بسیار موردتوجه واقع شده است [۸].
قابلیت ضدباکتری در رنگها زمانی استفاده میشود که سطوح پوشش داده شده با رنگ در معرض تماس افراد زیادی قرار میگیرد و یا اینکه در محیطهای بیمارستانی به دلیل آلودگی نیاز به محافظت بیشتری در برابر آلودگیها است. عموماً در این کاربردها از افزودن ضدباکتری یا ضدقارچ استفاده میشود. افزودنیهای ضدباکتری طبیعی به دلیل پایداری حرارتی کم، بازدهی کمی دارند. در مقابل افزودنیهای غیرآلی پایداری حرارتی بالایی دارند اما انحلالپذیری کمی در رزین دارند [۹].
۲-۲-۲- سازوکار عملکرد نانوذرات در رنگهای آنتیباکتریال
رنگهای آنتیباکتریال شامل نانوذرات غیرآلی با قابلیت آنتیباکتریال هستند؛ بنابراین این رنگها بهعنوان مکمل برای آنتیبیوتیکها از اهمیت بالایی برخوردار هستند. این قابلیت شامل از بین بردن باکتریهای مقاوم در برابر آنتیبیوتیکها است. رنگهای آنتیباکتریال شامل نانوذرات غیرآلی که هماکنون مورداستفاده هستند (شامل فلزات و اکسیدهای فلزی) خواص متنوع ذاتی و بهبودیافتهای را از خود به نمایش میگذارند. به همین دلیل این رنگها سازوکارهای عملکردی مختلفی دارند.
سازوکارهای اصلی که نانومواد از طریق آنها سبب ایجاد خاصیت آنتیباکتریال میشوند و در بسیاری از مواقع به طور همزمان روی میدهند شامل: ۱- اختلال در پتانسیل غشأ و یکپارچگی آن و ۲- تولید اکسیژن فعال که بهعنوان رادیکالهای اکسیژن آزاد شناخته میشوند (نانوذرات در اینجا بهعنوان نانوکاتالیست عمل میکنند) است. برای مثال در رنگهای حاوی TiO2، پراکسیداسیون لیپیدی سبب اختلال در تنفس و مرگ باکتریها میشود. در اثر تابش نور ماورای بنفش، نانوذرات TiO2 در اثر فعالیت فوتوکاتالیستی، رادیکالهای هیدروکسیل تولید میکنند که پروتئین سلولی باکتریها را تخریب میکنند.
برخی دیگر از سازوکارهای آنتیباکتریال نانوذرات عبارتند از مهار آنزیمهای ضروری خاص، القا واکنشهای نیتروژن گونهها و القا برنامهریزی شده مرگ سلولی است. شکل ۲ شماتیکی از چگونگی فعالیت آنتیباکتریالی نانوذرات را نشان میدهد.
شکل ۳- شماتیکی از چگونگی فعالیت آنتیباکتریالی نانوذرات
نانوذرات نقره نیز بدون افزایش مقاومت دارویی باعث مهار سیستم تنفسی باکتریها میشوند. در واقع نانوذرات نقره تمایل به اتصال به پروتئین باکتری دارند که منجر به مرگ آنها میشود. این عنصر دارای خواص اختصاصی آنتیباکتریال بوده و تهیه آن آسان و قیمت آن نیز ارزان است. در مجموع خواص ضد میکروبی نانوذرات نقره در مقایسه با ترکیبات فعلی بسیار بالاست[۱]. نانوذرات نقره موجب تشکیل اکسیژن فعال میشوند که به شدت به DNA، پروتئین و چربی مولکولهای زیستی آسیب میرسانند و مهمترین مزیت آنها سمیت کمتر آنها در مقایسه با یونهای مس است. مکانیزم آنتیباکتریالی یون مس در برابر باکتری E.Coli، تخریب ساختار غشای بیرونی است. نانولولههای کربنی دارای فعالیت ضدباکتری هستند. چنانکه مشاهده شده است، تماس مستقیم با مجموعههای نانولولههای کربنی برای باکتریها، مهلک بوده و موجب مرگ آنها میشود؛ دلیل این امر احتمالاً سوراخ شدن سلولهای باکتریها توسط نانولولههای کربنی است که خسارت جبرانناپذیری را به آنها وارد میسازد.
۲-۲-۳- نانوافزودنیهای ضدویروس رنگ
ویروسها از نوکلوئیک اسید، پروتئین و عموماً لیپید تشکیل شدهاند. خواص ضدمیکروبی مس شامل قابلیت دادن و گرفتن الکترون بین حالتهای مس تکظرفیتی و دو ظرفیتی است که موجب تسریع تولید رادیکالهای هیدروکسل است. این رادیکالها به شدت واکنشپذیر هستند و با اسید نوکلوئیک، پروتئین و لیپیدها ترکیب میشوند و آنها را از بین میبرند [۱۰, ۱۱].
رنگهای حاوی گرافن با محدود کردن تنفس و تقسیم سلولی، متابولیسم میکروارگانیسمها را محدود میکند؛ بنابراین زمانی که میکروارگانیسمها در تماس با سطوح پوشش داده شده با این رنگ قرار میگیرند، از بین میروند. بررسیهای آزمایشگاهی نشان داده است که این رنگها قابلیت عفونتزدایی کامل از انواع مختلف باکتریها از جمله استافیلوکوک و E.Coli را دارند. لازم به ذکر است که این پوشش اثر منفی بر محیطزیست و سلامتی انسان ندارد [۱۲]. رنگهای حاوی یونهای نقره نیز خواص ضدمیکروبی دارند و مانع از رشد باکتری، ویروس و قارچها در سطح میشوند [۱۳].
۲-۲-۴- نانوافزودنی ضدقارچ در رنگ
قارچها گسترهٔ وسیعی از مواد هستند که در صورت وجود رطوبت کافی به سرعت رشد میکنند. در صورتی که سطح هر کدام از عوامل بیماریزا در فضای داخل خانه افزایش یابد، امکان بروز بیماری افزایش مییابد. لازم به ذکر است که رنگهای ساختمانی پایه آب به دلیل ترکیبات سلولزی که دارند، محیط مناسبی برای رشد میکروارگانیسمها هستند؛ بنابراین رنگهای ضدمیکروب به منظور جلوگیری از رشد عوامل بیماریزا موردتوجه قرار گرفتند. ترکیبات مختلفی برای ایجاد قابلیت ضدمیکروب مورداستفاده قرار میگیرند. نانوذرات نقره، مس و اکسیدروی جزء پراستفادهترین ترکیبات در رنگها هستند. یکی دیگر از مزیتهای استفاده از نانوذرات علاوه بر خاصیت ضدمیکروبی، این است که با افزودن مقادیر مناسب از این نانوذرات، تغییری در ظاهر و کیفیت رنگ ایجاد نمیکند. در جدول ۳ انواع نانوموادی که خاصیت ضدمیکروب داشته و در صنعت رنگ مورداستفاده قرار میگیرند و خلاصهای از مباحث مطرح شده به صورت مروری آورده شده است.
جدول ۱- کاربردهای و مزیتهای مواد ضدباکتری
| نانوماده | کاربرد | مزیت | منبع |
| نقره | قابلیت استفاده در اکثر محصولات آنتیباکتریال شامل رنگها، کفپوشها، تجهیزات پزشکی و درمانی | ارزان بودن، روش ساخت آسان، سازوکارهای آنتیباکتریال چندگانه، بازدهی بالا، سمیت کمتر | [۱۴-۱۷] |
| TiO2 | بهعنوان پوشش آنتیباکتریال شفاف قابلیت استفاده روی شیشه را دارد | دارای خاصیت آنتیباکتریالی فوتوکاتالیستی، اثرگذاری روی باکتری بتسیلیوس | [۱۵] |
| ZnO | قابلیت استفاده بهعنوان ماده آنتیباکتریال در برابر طیف وسیعی از باکتریها و اسپورهای مقاوم به دمای بالا و دمای پایین | عدم تأثیرگذاری ساختار کریستالی و شکل ذرات روی فعالیت آنتیباکتریال آن | [۱۷, ۱۸] |
| Fe3O4 | ایجاد اتصال به سلولهای توموری | کند کردن و یا متوقف کردن رشد میکرواورگانیسمها | |
| ترکیبات ان-هالامین | قابلیت استفاده در محیطهای آبی | پایدار بودن و نرخ آزادسازی هالوژنها به محیط کم | |
| نانولولههای کربنی | کاربرد بهعنوان مواد آنتیباکتریالی که با تماس مستقیم سبب از بین بردن باکتریها میشوند | به دلیل سوراخ کردن دیواره باکتریها این ماده تقریباً روی تمامیانواع میکروارگانیسمها مؤثر است | |
| گرافن | متوقف کردن متابولیسم میکروارگانیسمها از طریق محدود کردن تنفس و تقسیم سلولی | بیرنگ، افزایش هدایت حرارتی و استحکام رنگ | [۱۲, ۱۹] |
| نانوذرات اکسید مس | تخریب ساختار غشای بیرونی باکتریهایی مانند E.coli و قابلیت ضدویروسی | [۱, ۱۰, ۱۱, ۱۷] |
۳- شرکتهای تولیدکننده رنگ ضدمیکروب
۳-۱- شرکتهای خارجی تولیدکننده رنگهای ضدمیکروب
توگو شرکتی آمریکایی است که در حوزهٔ ساخت پوششهای آنتیباکتریال و فناوریهای مرتبط با آن فعالیت میکند. محصولات تولیدی این شرکت بسیار متنوع هستند و انواع رنگها و کفپوشهای آنتیباکتریال را شامل میشوند.
این شرکت در زمینه توسعه پوششهای پایه گرافنی با خواص ضدباکتری و ضدویروس فعالیت میکند. این پوششها به صورت رنگ و جلادهندهها در سطوح معابر عمومی از جمله مراکز خرید، ایستگاههای مترو، فرودگاه و سالنها استفاده میشوند. این محصول با محدود کردن تنفس و تقسیم سلولی، متابولیسم میکروارگانیسمها را محدود میکند؛ بنابراین زمانی که میکروارگانیسمها در تماس با سطوح پوشش داده شده با این رنگ قرار میگیرند، از بین میروند. این پوشش در اوایل فصل تابستان سال ۲۰۲۰ به صورت تجاری در دسترس خواهد بود. بررسیهای آزمایشگاهی نشان داده است که این رنگها قابلیت عفونتزدایی کامل از انواع مختلف باکتریها از جمله استافیلوکوک و E.Coli را دارند. لازم به ذکر است که این پوشش اثر منفی بر محیطزیست و سلامتی انسان ندارد [۱۲]. (مثال : رنگ ضدباکتری و ضدویروس برپایه گرافن تولید شده در شرکت GrapheneCA)
رنگ GrafClean Ag+ Premium به دلیل حضور یونهای نقره مانع از تجمع و رشد عوامل بیماریزا در سطح میشوند. علاوه بر این رنگ مذکور بدون بو است و قابلیت شستوشو دارد. این رنگ از فناوری منحصربهفرد گرافن استفاده میکند؛ که رشتههای گرافن منجر به هدایت حرارتی، چقرمگی و استحکام بالاتر آن شده که هزینهها را به طور قابل ملاحظهای کاهش میدهد. این شرکت مدعی است با استفاده از این رنگ، هزینهها تا ۲۰ درصد کاهش مییابد [۱۳]. (مثال : رنگ ضد میکروب حاوی یون نقره و رشتههای گرافن)
یکی از محصولات شرکت Nippon، رنگ ضدمیکروب است. فرمولاسیون این رنگ حاوی ترکیبات ضدویروس و ضد باکتری است. این رنگ مناسب استفاده در داخل ساختمان، مهدکودکها، کلینیک و بیمارستانها است و طیف وسیعی از رنگها را داراست. (مثال : رنگ ضدویروس شرکت Nippon Paint)
این شرکت ترکیب تجاری Cufitec® که حاوی نانوذرات تکظرفیتی مس است تولید کرده است. به دلیل قابلیت ضدباکتری و ضدویروسی این ترکیب و قابلیت انحلال آن در رنگها و رزینها، امکان استفاده از آن در رنگهای ضدمیکروب فراهم است [۲۰].
توزیع نانوذرات تک ظرفیتی مس در محلولهای مختلف از جمله رنگ، امکان تولید رنگهای ضدمیکروب را فراهم میآورد [۲۰].
فناوری مورداستفاده در این شرکت برای تولید رنگ آنتیباکتریال در برابر طیف وسیعی از باکتریها از جمله E. Coli، سالمونلا، MRSA و غیره مؤثر است. افزودنیهای آنتیباکتریال این رنگ منجر به فعال شدن سطح و حذف ۹۹/۹۹ درصدی باکتریها از سطح پوشش میشوند [۲۱].
نقره عنصر طبیعی است که از رشد بسیاری از میکروبها جلوگیری میکند. رنگ ضدمیکروب پودری Alesta AM مبتنی بر فناوری ترکیبات فعال نقره، روی و زئولیت است. این رنگ برای پوشش سطوح در بیمارستان و رستورانها مناسب است. در این رنگها رطوبت موجود در محیط موجب رهاسازی کنترل شده یون نقره از ساختار زئولیتی ویژه حاوی نقره میشود. یونهای نقره با تداخلاتی که با غشای سلول انجام میدهند، مانع از رشد آنها در محیط میشوند [۲۲].
شکل ۹- نمونهای از کاربرد رنگ ضدمیکروب شرکت Axalta Coating با نام تجاری Alesta AM
۳-۲- شرکتهای تولیدکننده رنگ ضدمیکروب داخلی
الف) تولیدی و رنگسازی تهران اورانوس
شرکت تولیدی و رنگسازی تهران اورانوس در سال ۱۳۵۸ تأسیس شد و تاکنون در زمینه تولید انواع رنگهای ساختمانی (پایه حلال و پایه آب)، رنگهای صنعتی کورهای و هواخشک، آمیزههای PVC، سیلرهای پایه آب، لاک و ورنی صنایع بستهبندی، عایق هواخشک و رنگ آنتیباکتریال فعالیت میکند. با استفاده از نانوذرات نقره به رنگ آکریلیک پایه آب شرکت اورانوس، خاصیت آنتیباکتریال به آن اضافه شده است. این رنگ برای رنگآمیزی دیوارها و کلیه سطوح گچی، سیمانی، رنگ شده قدیمی در اماکن عمومی و پر رفتوآمد مانند بیمارستانها و مراکز درمانی و آزمایشگاهی، مهدهای کودک، ادارات و سازمانها و ایستگاههای حملونقل قابل استفاده است.
ب) صنایع شیمیایی و رنگسازی الوان ژیک
سطوح داخلی ساختمانها میتواند مکان مناسبی برای رشد میکروبها و باکتریها باشد. در شرایطی که رطوبت بالا و مواد مغذی در این مکانها وجود دارد؛ میکروارگانیسمهای متعددی شامل گونههای بیماریزا در مواد ساختمانی از قبیل کاشیها، سرامیکها، پلاسترها، دیوارها و سطوح بتنی مشاهده میشود. انواع مختلفی از سطوح را بهمنظور جلوگیری از رشد باکتری میتوان بهوسیله رنگ آنتیباکتریال پوشش داد. یونها و ترکیبات نقره برای طیف وسیعی از باکتریها مضر بوده؛ درحالیکه سمیت کمی را برای سلولهای بدن انسان نشان میدهند؛ بهگونهای که استفاده از نقره در اشکال مختلف یک روش مرسوم برای حفاظت آنتیباکتریال است. افزودن نانوذرات نقره به رنگ باعث میشود که رنگ فعالیت ضدباکتریایی از خود نشان دهد.
شکل ۱۰- کاربرد رنگ آنتیباکتریال در سطوح داخلی خانه
ج) شرکت رنگین نانوساختار
مواد مورداستفاده در داخل ساختمانها در صورتیکه دارای محتویات مغذی برای تغذیه میکروبها باشند، در حضور رطوبت میتوانند مکانهای اصلی برای رشد میکروبها به شمار روند. پوشش دادن انواع مختلف سطوح توسط رنگها و پوششهای آنتیباکتریال میتواند از رشد باکتریها بر روی آنها جلوگیری کند. با رشد جمعیت جهان و گسترش بیماریها، شمار میکروارگانیسمهای مقاوم در برابر آنتیبیوتیکها افزایش مییابد و عفونتها نیز از طریق این میکروارگانیسمها اتفاق میافتند. یونهای نقره و ترکیبات آن برای طیف وسیعی از باکتریها بسیار کشنده هستند. تا به حال گزارش خاصی مبنی بر سمیت آنها ارائه نشده است؛ آن چنانکه استفاده از نقره در اشکال مختلف یک روش رایج برای محافظت در مقابل باکتریها است. افزودن نقره و اکسیدروی به رنگها باعث ایجاد خواص آنتیباکتریال در آنها میشود. رنگ آنتیباکتریال شرکت رنگین نانوساختار بهعنوان رنگ پودری الکترواستاتیک بر پایه پلیاستر با خاصیت آنتیباکتریال معرفی میشود که حاوی نانوذرات اکسیدروی و نقره است.
—————————————-
[1] resin
[2] Additives
[3] Biofilm
[4] Pierre-Marie-Alexis Millardet
[5] Bordeaux
۴- چگونگی رهایش ترکیبات نانومواد مورداستفاده در رنگها و چرخهٔ عمر آنها
پروژههایی که اخیراً در زمینه فناوری نانو اجرا شده است از جمله NanoHouse، مزیتها و خطرات استفاده از این نانومواد عمدتاً در نمای ساختمان را موردبررسی قرار داده است. تمرکز اصلی این پروژه بر شناسایی مکانی است که نانومواد از رنگ رها شده و وارد محیط میشوند. در اثر شستوشو، سایش و اثرات محیطی مقدار رهاسازی این نانومواد زیاد نبوده و فقط بخش کمی از آنها در آب مشاهده شد؛ اما پس از سوزاندن تکههای رنگ، این نانوذرات در دوده مشاهده شدند. به طور خلاصه اینطور میتوان گفت که میزان سمیت رنگهای نانویی در مقایسه با رنگهای مرسوم به یک اندازه است، با این حال انجام آزمایشات بیشتر در این زمینه توصیه میشود.
شکل ۱۱- چرخه عمر نانومواد در رنگها
۵- نتیجهگیری
در حال حاضر، به دلیل قوانین سختگیرانه دولتها در خصوص افزایش سطح بهداشت جامعه از یک طرف و هزینههای بالای استفاده از فناوریهای قدیمی در این حوزه از طرف دیگر، توجه شرکتها و تولیدکنندگان به سمت فناوریهای نوین از جمله فناوری نانو معطوف شده است. قابلیتهای منحصربهفرد فناوری نانو در حذف عوامل بیماریزا و هزینهٔ به نسبت پایین این فناوری، امکان رشد این فناوری در آینده را فراهم خواهد ساخت. جایگزینی نانوذرات بهعنوان عوامل میکروبکش در رنگها، در مراحل اول خود است و نیاز به تحقیقات بیشتر در خصوص چگونگی رفتار این نانوذرات است. علاوه بر این تحقیقاتی در زمینه بهبود سایر خواص رنگ با استفاده از این نانوذرات از جمله مقاومت به خراش، ضدآب بودن و عمر آنها در جریان است.
——————————————————
مراجع
[1] https://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=4710.
[2] http://www.freepatentsonline.com/10370543.html.
[3] https://www.statista.com/statistics/745160/global-paint-and-coatings-industry-market-value/.
[8] http://www.nature.com/nrmicro/journal/v11/n6/box/nrmicro3028_BX1.html?foxtrotcallback=true.
[9] T.S. Kuratsuji, H., Polyamide based antibacterial powder paint composition, Arkema (Puteaux, FR), United States, 2006.
[10] http://www.worldscientificnews.com/wp-content/uploads/2018/04/WSN-99-2018-148-168.pdf.
[11] http://www.nbc-jp.com/eng/product/cufitec/technology.html.
[12] https://www.globenewswire.com/news-release/2020/03/06/1996425/0/en/GrapheneCA-Developing-Graphene-Based-Coating-With-Anti-Bacterial-and-Anti-Viral-Properties.html.
[13] http://www.creativehomex.com/best-antivirus-paint-in-malaysia-for-healthy-homes/.
[14] H.Y. Kwon, H. Kang, S. Kim, I. Go, S., Antibacterial paint containing nano silver particles and coating method using the same, SAMSUNG ELECTRONICS CO., LTD. (Suwon-si, KR), United States, 2005.
[15] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4818485/.
[16] https://www.microban.com/antimicrobial-solutions/technologies/microban-silver-technology.
[17] https://www.coating.com.au/antimicrobial-coating/.
[18] https://www.microban.com/antimicrobial-solutions/technologies/zinc-additives.
[19] https://www.metaltechnews.com/story/2020/03/25/tech-metals/graphene-paint-could-slo..
[20] http://www.nbc-jp.com/eng/product/cufitec/index.html.
[21] https://www.biocote.com/what-is-an-antimicrobial-additive/.
—————————————————
تهیه کنندگان
- دکتر رجبعلی سراج
بخش ترویج صنعتی فناوری های نانو و میکرو
====================================================================================
(توجه: جهت دسترسی به گزارش نهایی محصولات و شرکتهای دارای گواهی نانومقیاس ستاد توسعه فناوریهای نانو و میکرو به «کتب مرجع محصولات و تجهیزات نانو و صنعت» به نشانی (INDnano.ir/category/book) مراجعه کنید)
همچنین برای دسترسی به فایل PDF کلیه گزارشات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید.
====================================================================================
