اخبار صنایع پزشکی، بهداشت و سلامت

کاربردهای فناوری نانو در فیلترهای ضدباکتری قابل‌حمل

فناوری نانو توانایی طراحی ساختارها را با دقت و ظرافت مولکولی- اتمی فراهم می‌آورد. این به معنای مهندسی دقیق یک ساختار در حد میلیاردیوم متر یا همان نانومتر است. ساختارهایی که با این دقت تهیه می‌شوند، خصوصیات ویژه و منحصربه‌فردی از خود نشان می‌دهند. در اصل همین خصوصیات منحصربه‌فرد است که منجر به کاربرد گسترده محصولات مبتنی بر فناوری نانو در حوزه‌های مختلف شده است. انتظار می‌رود که تا سال ۲۰۵۰ میلادی، این فناوری بتواند چهره زندگی بشر را به‌طورکلی تغییر دهد. فناوری نانو در کنار فناوری زیستی و فناوری اطلاعات، موج دیگری از انقلاب صنعتی را در جهان رقم خواهد زد.

 

  • مسمومیت ناشی از آلودگی میکروبی آب آشامیدنی

مسمومیت غذایی به هرگونه بیماری ناشی از مصرف غذای آلوده یا آب آلوده گفته می‌شود. آلودگی‌ها می‌توانند ناشی از باکتری، ویروس، انگل‌ها یا مواد سمی باشند. مسمومیت‌های میکروبی به علت علائم حاد شایع‌ترین مسمومیت‌های غذایی هستند. اصولاً برحسب نوع میکروب علائم بالینی بسیار متفاوتی ایجاد می‌کنند. مسمومیت‌های میکروبی معمولاً بعد از ورود میکروب به بدن رخ می‌دهند و زمان شروع علائم بسیار متفاوت است. عوامل میکروبی که باعث مسمومیت غذایی می‌شوند بسیار گسترده و متنوع هستند، با این حال بنا برگفته مرکز کنترل و پیشگیری از بیماری‌ها[1] حدود ۸ نوع باکتری موجود در آب عامل اصلی بیماری‌های ناشی از مصرف آب آلوده است که شامل موارد زیر است:

  • ژیاردیا[2]
  • لژیونلا[3]
  • نورویروس[4]
  • شیگلا[5]
  • کامپیلوباکتر[6]
  • سالمونلا[7]
  • هپاتیتآ[8]
  • کریپتوزپوریدیوم[9]

شکل ۱: میکروب ژیاردیا که باعث بیماری عفونی ناشی از مصرف آب آلوده است]۱[.

 

  • مشکل آلودگی آب آشامیدنی

بنا بر گزارش سازمان بهداشت جهانی[10]، کشورهای توسعه‌یافته و همچنین بسیاری از کشورهای درحال‌توسعه با مشکل آلودگی میکروبی آب آشامیدنی مواجه نیستند با این حال بنابراین گزارش نزدیک به ۶/۲ میلیارد نفر از مردم دنیا به‌سختی آب آشامیدنی پاک را به دست می‌آورند و ۱/۱ میلیارد نفر از مردم دنیا به‌هیچ‌عنوان به آب آشامیدنی سالم دسترسی ندارند. ۶/۱ میلیون نفر در دنیا به‌طور سالیانه به دلیل مصرف آب آلوده و بیماری‌های ناشی از آن فوت می‌کنند که بیشتر آن‌ها را کودکان تشکیل می‌دهند. ۱۶۰ میلیون نفر در دنیا به دلیل مصرف آب آلوده از انواع بیماری‌های عفونی و انگلی رنج می‌برند. بنابر آمارهای سال ۱۹۹۰، نزدیک به ۷۷ درصد مردم دنیا به آب سالم دسترسی داشتند و در سال ۲۰۱۵ این آمار به ۸۳ درصد رسیده است که نشان می‌دهد در این مدت نزدیک به یک میلیارد نفر به آب آشامیدنی سالم‌تر دست پیدا کرده‌اند. یکی از مهم‌ترین برنامه‌های سازمان بهداشت جهانی، پیدا کردن روش‌هایی است که بتواند با هزینه بسیار کم و ساده، شرایط دسترسی مردم کشورهای فقیر را به آب سالم فراهم کند]۲[.

 

 

  • کاربرد فناوری نانو جهت رفع آلودگی میکروبی

با به‌کارگیری پوشش‌های آنتی‌باکتریال در فیلترها، از انتشار و انتقال باکتری‌های بیماری‌زا ممانعت به عمل می‌آید و به این ترتیب از شیوع بیماری در بین افراد جلوگیری می‌شود.

نقره در ابعاد بزرگ‌تر، فلزی با خاصیت واکنش‌دهی کم است. ولی زمانی که به ابعاد کوچک در حد نانومتر تبدیل می‌شود خاصیت میکروب‌کشی آن بیش از ۹۹ درصد افزایش پیدا می‌کند. ویژگی ضدباکتری بودن نقره به علت انتشار آرام و آهسته، اما مداوم یون‌های نقره است. نسبت سطح به حجم بسیار بالای نانوذرات نقره سبب می‌شود که یون‌ها به سهولت منتشرشده و با سرعت بیشتر و به شکل موثرتری میکروب‌ها را از درون بکشند.

شکل ۲: سازوکار اثرگذاری نانوذرات نقره روی سلول باکتری ]۳[

علاوه بر نانوذرات نقره، نانوذرات اکسیدروی (ZnO)، اکسیدمس (CuO)، دی‌اکسید تیتانیوم (TiO2) و اکسیدنیکل (NiO) دارای خاصیت ضدمیکروبی قوی برای ضدعفونی کردن آب هستند. این نانوذرات را می‌توان در طراحی‌های مختلف فیلترها به‌کار برد.

 

  • شرکت‌های خارجی فعال

معروف‌ترین فیلتر قابل‌حمل آنتی‌باکتریال جهت تصفیه آب آشامیدنی، فیلترهای کاغذی در بسته‌بندی شبیه یک کتاب است. سازمان خیریه waterislife در زمینه تأمین آب آشامیدنی در کشورهای محروم فعالیت دارد که با همکاری محققان دانشگاه Carnegie Mellon فیلتر قابل‌حمل آنتی‌باکتریالی را ساخته‌اند که استفاده از آن بسیار آسان و کم‌هزینه است. هرچند که این محصول در قالب یک طرح پایلوت استارت خورده است، اما توانسته به شدت توجه رسانه‌ها و سرمایه‌گذاران را به خود جلب کند و به نام The Drinkable Book شهرت پیدا کرده است]۴ و ۵[.

شکل ۳: محصول The Drinkable Book ساخته‌شده در طرح کتاب

هر کتاب حدود ۴۰ برگ دارد که برای هربار فیلتراسیون تنها استفاده از نصف برگ کتاب کافی است. محققان از نوع خاصی از نانوذرات مس جهت ایجاد خواص آنتی‌باکتری در فیلتر استفاده کرده‌اند. هزینه استفاده از نانوذرات مس حدوداً ۱۰۰ مرتبه ارزان‌تر از نانوذرات نقره تمام می‌شود که در نتیجه می‌تواند در محروم‌ترین نقاط دنیا مورداستفاده قرار گیرد. این نوع فیلتر حدود ۹/۹۹ درصد از میکروب‌ها و باکتری‌های خطرناک موجود در آب را حذف می‌کند.

شکل ۴: قرارگیری صفحه کتاب در ستون تصفیه

 

بخش‌های زیادی از هند با مشکل دسترسی به آب آشامیدنی سالم مواجه هستند، به همین دلیل یک شرکت دانش‌بنیان انشعاب یافته از دانشگاه IIT-Madras هند، اقدام به ساخت فیلترهای تصفیه آب قابل‌حمل کرده است. فیلترهای این محصول از قرار دادن نانوذرات نقره در بستری از کیتوسان[11] و قفس هیدرواکسید آلومینیوم ساخته شده‌اند. این فیلتر قابل‌حمل، علاوه بر خواص آنتی‌باکتریال می‌تواند آلودگی شیمیایی آرسنیک و آهن را هم حذف کند. این شرکت امیدوار است که در کشور هند با این سیستم بخشی از بیماری‌های ناشی از نوشیدن آب آلوده کاهش پیدا کند]۶[.

شکل ۵: مخزن تصفیه آب با استفاده از فیلترهای آنتی‌باکتریال محصول دانشگاه IIT-Madras

شرکت MadiDrop، شرکتی است که فیلترهای سرامیکی متخلخل با خواص آنتی‌باکتریال تولید می‌کند]۷[. فیلترهای این شرکت بر پایه نانوذرات نقره یا مس جهت حذف میکروب‌ها عمل می‌کند. فیلترهای این شرکت به راحتی درون مخزن و در بخش خروجی ظروف نگهداری آب قرار داده می‌شود و حتی درصورتی‌که آبی از فیلتر هم عبور نکند، در طی ۲۴ ساعت یک مخزن ۲۰ لیتری را کاملاً گندزدایی می‌کند و برای ۱۲ ماه قابل‌استفاده است. هدف محصول این شرکت بیشتر کشورهای آفریقایی است.

شکل ۶: فیلترهای سرامیکی متخلخل با خواص آنتی‌باکتریال محصول شرکت MadiDrop

 

یکی از شرکت‌های قدیمی در استفاده از نانوذرات در فیلترهای آب قابل‌حمل، شرکت هندی Tata Swach است. این شرکت سیستمی را طراحی کرده است که دو بخش اصلی آن شامل ماسه و نانوذرات نقره می‌شود. مهم‌ترین ویژگی این سیستم در این است که پس از تصفیه آب، خطر نفوذ نانوذرات در بخش خروجی وجود ندارد و حتی به راحتی نقره‌های یونی شده را هم جذب می‌کند ]۸[.

شکل ۷: سیستم قابل‌حمل تصفیه آب محصول Tata Swach

 

یکی از شرکت‌های بسیار معروف که در زمینه تولید فیلترهای قابل‌حمل محصولات خود را وارد بازار کرده است، شرکت آمریکایی Seldon است. این شرکت به‌طور کاملاً تخصصی فیلترهای قابل‌حمل جهت فروش به صنایع نظامی و فضانوردی تولید می‌کند. فیلترهای این شرکت از غشاهای نانولوله کربنی ساخته شده است. فیلتر خام این شرکت با نام CB Tech’s Nanomesh به فروش می‌رسد. این شرکت یک سیستم کامل قابل‌حمل برای صنایع دفاعی تولید می‌کند که به نام Military Grade Waterbox شهرت دارد. این سیستم قادر است تا ۹۹۹۹/۹۹ درصد باکتری‌ها، ۹۹/۹۹ درصد ویروس‌ها و ۹/۹۹ درصد فلزات سنگین و مواد شیمیایی مضر را با ظرفیت ۲۰ لیتر در دقیقه از آب جدا کند. با این حال قیمت این دستگاه ۷۹۷۵ دلار تعیین شده است که به دلیل قیمت بالای آن برای استفاده عموم مناسب نیست ]۹[.

شکل ۸: غشا و فیلتر نانولوله کربن محصول شرکت Seldon

  • شرکت‌های داخلی فعال

درحال حاضر در ایران هم شرکت‌ها و پژوهشکده‌های بسیاری هستند که مواد آنتی‌باکتریال را برای کاربردهای مختلف از قبیل فیلترها و منسوجات تولید می‌کنند. شرکت صنایع شیمیایی مهراب گستر از جمله شرکت‌های ایرانی است که قابلیت تولید نانوذرات کلوئیدی جهت تولید پارچه یا فیلترهای آنتی‌باکتریال را دارد. ]۱۰[.

 

از دیگر شرکت‌های فعال در زمینه تولید نانوذرات کلوئیدی نقره جهت ایجاد خواص آنتی‌باکتریال در محصولات مختلف، می‌توان شرکت باران شیمی پاسارگاد را نام برد که نانوذراتی با غلظت 4000 ppm تولید می‌کند.]۱۱[.

 

  • بازار سیستم‌های قابل‌حمل تصفیه آب

با توجه به اینکه سیستم‌های قابل‌حمل تصفیه آب در موارد متعددی مانند صنایع نظامی، طبیعت‌گردی، بحران‌ها و حوادث طبیعی و از همه مهم‌تر مناطق محروم از آب آشامیدنی سالم بسیار کاربردی هستند، بازار رو به رشدی را تجربه کرده‌اند.

در یک آمار جالب که توسط موسسه Waterworld منتشر شد، نشان می‌دهد که بازار سیستم قابل‌حمل تصفیه آب در سال ۲۰۰۶ نزدیک به ۳۱۴ میلیون دلار بوده است و در سال ۲۰۰۹ این بازار نزدیک به ۴۲۶ میلیون دلار رسیده است که ۶/۷۶ درصد آن به آمریکای شمالی و جنوبی و ۵/۱۵ درصد آن به اروپا تعلق داشته است و دیگر مناطق دنیا سهم کمی را شامل می‌شده است. پس از زلزله ۹ ریشتری ژاپن و حوادثی که طی آن رخ داد، بازار این محصولات در شرق آسیا به شدت بالا گرفت به‌طوری‌که باعث شد بازار جهانی آن با رشد ۲/۱۱ درصدی به میزان ۸۹۵ میلیون دلار در سال ۲۰۱۶ برسد ]۱۲[. همچنین بنابر پیش‌بینی‌های موسسه Businesswire، به دلیل رشد جمعیت و مشکلات جهانی آب، بازار این نوع از محصولات بین سال‌های ۲۰۱۸ تا ۲۰۲۲ با رشد نزدیک به ۱۴ درصد مواجه خواهد شد. با این حال پیش‌بینی دقیقی وجود ندارد که چند درصد از این محصولات از فناوری نانو بهره خواهند گرفت[۱۳[.

شکل ۹: رشد بازار جهانی سیستم‌های قابل‌حمل تصفیه آب

  • جمع‌بندی

به‌طورکلی بیماری‌های ناشی از آب آلوده، بحرانی در ابعاد جهانی است که لازم است دولت‌ها و خیریه‌ها در رفع این مشکل تلاش کنند. بسیاری از مناطقی که از کمبود آب آشامیدنی سالم رنج می‌برند، به تجهیزات مدرن و حتی برق دسترسی ندارد. فناوری نانو این امکان را می‌دهد که سیستم‌های تصفیه آب قابل‌حمل طراحی و ساخته شوند.

 

 

[1]Centers for Disease Control and Prevention

[2]Giardia

[3]Legionella

[4]Norovirus

[5]Shigella

[6]Campylobacter

[7]Salmonella

[8]Hepatitis A

[9]Cryptosporidium

[10]World health organization

[11]chitosan

 

 

 

 

———————————————————————

تهیه و تنظیم:

مجموعه گزارش‌های صنعتی کاربرد فناوری نانو در صنعت آب-واحدهای صنعتی و محیط‌زیست 

  • گروه تخصصی کیمیافناور
  • کارگزار حوزه آب، محیط‌زیست و پزشکی ستاد نانو

 

بخش ترویج صنعتی ستاد توسعه فناوری های نانو و میکرو

 ====================================================================================

[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 دانلود فایل PDF کلیه گزارشات بهمراه جزئیات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید]

 ====================================================================================

مطالب مرتبط
درباره رسانه نانو و صنعت

ستادویژه‌توسعه‌فناوری‌نانو معاونت علمی وفناوری ریاست جمهوری در راستای تحقق اهداف سند چشم انداز توسعه صنعتی فناوری نانوی ایران، به عنوان بخشی از اقدامات خود، امر ترویج صنعتی و مدیریتی را به منظور معرفی و بکارگیری توان داخلی و با هدف ثروت آفرینی دانش‌بنیان و تولید فناورانه، در دستور کار خود قرار داده است. بر این اساس، پایگاه اینترنتی «رسانه نانو و صنعت» ستاد ویژه توسعه فناوری نانو (رسانه تخصصی فناوری نانو در صنایع و سازمانهای کشور)، به منظور «ارائه الگوهای موفق پیشرفت ملی برای مدیران و متخصصان برتر در سازمان‌های اثرگذار، پژوهشی، تولیدی و صنعتی کشور»، «تبیین توانمندیها و دستاوردهای صنعتی نانوفناوران ایران»، و «معرفی خدمات کارگروه های صنعت، بازار، توسعه فناوری، سرمایه های انسانی، بین‌الملل و مؤسسه خدمات فناوری تا بازار»، در دسترس هموطنان گرامی قرار گرفته است.

تازه‌ترین اخبار نانو و صنعت
RSS آخرین اخبار ستاد ویژه توسعه فناوری نانو
مطالب پیشنهادی نانو و صنعت