ابداع نانوفیبر غیر سمی و سازگار با محیط زیست

ايسنا/ مهندسان دانشگاه "آمهرست" ماساچوست آمريکا موفق به توليد نانوفيبري (نانو الياف) شدند که کاملا با محيط زيست سازگار و غير سمي است و کاربردهاي وسيعي خواهد داشت. مهندسين شيمي دانشگاه "آمهرست" ماساچوست به نام‌هاي "جسيکا شيفمن" و "سارا پري" نانو الياف سازگار با محيط زيست و غير سمي ساختند که کاربردهاي وسيعي در زمينه‌هاي پزشکي، بهداشت و سلامت، محيط زيست و بسته بندي مواد غذايي خواهد داشت. اين تحقيق با کمک سه ساله و 338 هزار دلاري بنياد ملي علوم آمريکا انجام گرفت. اين بنياد از تحقيقات بنيادي براي توسعه و استفاده از اين مواد پارچه جديد نانوفيبري سازگار با محيط زيست حمايت مي‌کند. "شيفمن" و "پري" مي‌گويند" رمز موفقيتشان نگاه متفاوت به پليمرها است. در حالي که روش‌هاي سنتي ساخت الياف مبتني بر پليمر نياز به استفاده از حلال‌هاي آلي سمي دارد، اين روش جديد از پليمرهايي استفاده مي‌کند که براي ساخت الياف از محلول آب و نمک استفاده مي‌کنند. الياف حاصل از آن بسيار پايدار هستند، حتي اگر در معرض دماي بالا باشند و يا در حلال‌هاي آلي غوطه‌ور شوند. روش موجود براي ساخت نانوفيبرها بر اساس يک فرايند شناخته شده به عنوان "الکترواسپينينگ" صورت مي‌گيرد؛ جايي که يک نيروي الکتريکي براي رسم کردن يا کشيدن رشته‌هاي پليمري از الياف جامد با مقياس نانو استفاده مي‌شود تا پارچه‌اي نرم و انعطاف پذير را تشکيل دهند. اين روش معروف در تشکيل الياف از بيش از 100 پليمر مختلف به کار گرفته شده است. با اين حال، استفاده از چنين پارچه‌هاي نانوفيبري به دليل حاوي حلال‌هاي سمي بودن و يا مواد شيميايي در محصول نهايي به شدت محدود است. "پري" و "شيفمن" مي‌گويند با استفاده از اين روش جديد غير سمي و سازگار با محيط زيست، به طور گسترده‌اي از کاربردهاي بالقوه آن استفاده مي‌کنند و آنها را گسترش مي‌دهند. "شيفمن" مي‌گويد: اين يک تغيير بنيادي است. "پري" اضافه مي‌کند: روش جديد ايجاد نانو، زمينه‌هاي کاملا جديدي در تحقيق و برنامه‌هاي کاربردي نانوفيبرها باز مي‌کند. استفاده‌هاي جديد براي مواد بافتي کاغذگونه مي‌تواند پيشرفت فناوري‌هاي بهبود زخم را در پي داشته باشد، چرا که الياف مي‌توانند به طور همزمان دارو رساني و عفونت زدايي را انجام دهند. "پري" و "شيفمن" مي‌گويند که آنها همچنين مي‌توانند براي تصفيه آب و در صنايع غذايي مورد استفاده قرار بگيرند تا زماني که غذا خراب شده يا داراي باکتري‌هاي مضر يا ساير تهديدات بهداشتي باشند را تشخيص دهند. استفاده‌هاي ديگر ممکن است شامل تميز کردن مواد شيميايي، تهيه زيست‌کش دفع آفات، دستمال مرطوب صورت و بسته بندي مواد غذايي باشد. به‌طورکلي الياف به سه دسته الياف معمولي، الياف ميکروني و نانوالياف طبقه‌بندي مي‌شوند. طبق تعريف، الياف دسته‌اي از مواد هستند که به‌صورت فيلامنت‌هاي مداوم بوده يا در طول‌هاي مشخصي بريده شده‌اند. خاصيت اصلي الياف نسبت طول به قطر بسيار بالا است. الياف ميکروني اليافي هستند که در آنها رشته‌ها کمتر از يک دنير است. در حقيقت دنير واحد اندازه‌گيري دانسيته جرمي الياف است که به‌صورت جرم در واحد گرم بر 9000 متر تعريف مي‌شود. الياف با قطر کمتر از يک ميکرومتر را نانوالياف مي‌نامند. اين الياف با طول‌هاي نسبتا کوتاه چند ميکروني و با قطر کمتر از 500 نانومتر مانند نانو سيم‌ها از انواع ساختارهاي تک بعدي هستند. به طور کلي چندين روش براي توليد نانوالياف وجود دارد که برخي از آنها شامل روش کشش، جداسازي الياف چندجزئي، روش قالب، دمش، جدايش فازي، خودآرايي ماکرومولکول‌ها، الکتروريسي و غيره است. ريسندگي الکتريکي (الکتروريسي)، روشي براي توليد الياف پليمري با قطر زير نانومتري است که ايده آن اولين بار توسط "زلني" مطرح شد. در اين روش هم از محلول مذاب و هم محلول پليمري مي‌توان استفاده کرد. در اين ميان نتايج تحقيقات صورت گرفته توسط محققان فعال در حوزه فناوري توليد نانوالياف، حاکي از برتري فرايند الکتروريسي نسبت به ساير روش‌ها است. فرايند الکتروريسي از لحاظ سرعت توليد، تنوع، پيوستگي، سادگي، هزينه و تجاري‌سازي بر ساير روش‌ها ارجح‌تر است. تاکنون بيش از 100 نوع ماده پليمري، کوپليمري و مواد کامپوزيتي توسط اين فرايند با موفقيت به نانوالياف تبديل شده‌است. قطر الياف نانو به پارامترهاي مختلفي مانند غلظت پليمر، ولتاژ الکتريکي اعمال شده، فاصله، دما، رطوبت محيط، ويسکوزيته، قطر سوزن و نوع جمع‌کننده بستگي دارد. لايه‌اي که توسط نانوالياف توليد مي‌شود داراي خواص متمايز نسبت به ساير بي‌بافت‌ها است، زيرا با کمترين جرم بيشترين ميزان لايه و سطح توليد مي‌شود، به طوري که تنها با يک گرم پليمر مي‌توان 32 هزار کيلومتر الياف 100 نانومتري توليد کرد. بنابراين به‌راحتي مي‌توان به اهميت استفاده از نانوالياف در کاربردهايي نظير فيلتراسيون، لباس‌هاي محافظ، غشاها، پايه‌هاي کاتاليست و نيز داربست‌هاي مهندسي بافت پي برد. نانو الياف معدني در زيست فيلتراسيون براي آلودگي زدايي به کار مي‌رود. علاوه بر اين از آنجايي که در فرايندهاي الکتروريسي امکان اضافه کردن بسياري از مواد به محلول الکتروريسي وجود دارد، بنابراين مي‌توان انواع نانوالياف عامل‌دار را جهت کاربردهاي ويژه طراحي کرد. با تغيير شرايط عملياتي يا فرايندي و نيز افزودن برخي تجهيزات به سامانه‌هاي الکتروريسي مي‌توان انواع نانوالياف را توليد کرد که در اين زمينه مي‌توان به موارد زير اشاره کرد: نانوالياف آرايش يافته نانوالياف بافته شده نانوالياف هيبريدي، دو يا چند جزئي نانوالياف هسته-پوسته نانوالياف سراميکي نانوالياف توخالي نانوالياف نواري شکل نانوالياف متشکل از دانه‌هاي تسبيح نانوالياف متخلخل امروزه نانوالياف به‌ عنوان يکي از مهمترين محصولات فناوري نانو در بسياري از حوزه‌ها به‌ويژه در حوزه‌هاي پزشکي، دارويي و بهداشتي (مهندسي بافت، ماسک‌ها، فيلترهاي پزشکي، پوشش‌هاي زخم، سامانه‌هاي کنترل شده رهش و غيره)، صنعتي شامل صنايع دفاعي و امنيتي، صنايع جداسازي و فيلتراسيون، صنايع شيميايي، صنايع رنگ و پوشش، صنايع نساجي، صنايع نفت و گاز و پتروشيمي، صنايع هوافضا، صنايع خودروسازي، صنايع ساختمان، صنايع غذايي، فناوري اطلاعات و ارتباطات، توليد و ذخيره‌سازي انرژي و نيز بهينه‌سازي مصرف انرژي (پيل‌هاي خورشيدي، پيل‌هاي سوختي، باتري‌هاي پليمري و غيره)، صنايع نانوکامپوزيت و نانوالياف کربن، انواع حسگرهاي زيستي و شيميايي، حوزه‌هاي مرتبط با زيست‌فناوري، محيط زيست، کشاورزي و غيره کاربردهاي زيادي پيدا کرده‌اند. با کانال تلگرامي «آخرين خبر» همراه شويد