نانوشیمی که ترکیبی از علم شیمی و نانو است، مرتبط با سنتز ترکیباتی است که به اندازه، سطح و شکل آن ها بستگی دارد. این علم به علت ویژگی های خاصی که مواد در سطح نانو پیدا می کنند، در علوم مواد شیمیایی، فیزیک، مهندسی، بیولوژی و پزشکی کاربردهای گسترده ای دارد. جفری اوزین، پیشگام در زمینه نانو شیمی، این رشته را به عنوان یک زیرشاخه در حال ظهور شیمی جامدات توصیف می کند که بر سنتز ذراتی کوچک در اندازه نانو در یک، دو و یا سه بعد تاکید دارد. معمولا منظور از نانو، ذراتی با ابعاد 1 تا 100 نانومتر است. اولین بار فایمن برنده جایزه نوبل در سال 1959 سخن از دنیای نانو به زبان آورد. وی معتقد بود که در آینده می توان مولکول ها و اتم ها را با استفاده از نانو شیمی دستکاری کرد.
اهمیت نانوشیمی در چیست؟
امروز یک نانوکمیست در زمینه های شیمی بیوپزشکی، شیمی پلیمر، سنتز محصولات و بسیاری از زمینه های دیگر فعالیت می کند. این محققان از طیف گسترده ای از روش ها برای تهیه و جمع آوری “ذرات کوچک ماده” با خواص الکترونیکی، مغناطیسی، نوری، شیمیایی و مکانیکی جدید استفاده می کنند که این خواص و ویژگی ها به اندازه این ذرات نسبت داده می شود. از آنجا که تقریبا همه اتم های یک ذره نانو در سطح هستند. بنابراین میزان تماس اتم ها در این گونه ذرات افزایش می یابد. بنابراین ذرات در سطح نانو دارای خصوصیات شیمیایی و فیزیکی هستند که مولکول های منفرد یا توده ای از مولکول ها این خصوصیات را ندارند.
از این ترکیبات در تهیه لوسیون های ضدآفتاب که توانایی جذب اشعه فرابنفش را دارند و یا در پوشش شفاف اتومبیل ها جهت محافظت از رنگ روشن اتومبیل ها استفاده می شود. اما یکی از مهمترین موادی که با ترکیبات نانو تهیه می شود نانولوله های کربنی است که در تهیه بسیاری از صنایع مانند قطعات اتومبیل، تجهیزات ورزشی، کامپوزیت های بکار رفته در بدنه هواپیماها و خنک کننده های مدارهای رایانه ای کاربرد دارند.
کاربرد نانوشیمی
با شناخت بیشتر نانومواد و گسترش فناوری نانو، امروزه این علم توانسته در بسیاری از علوم و صنایع مختلف جایگاه ویژه ای داشته باشد. یک جستجوی ساده در گوگل به شما کمک می کند تا به طور کامل و مفصل در هریک از این زمینه ها اطلاع پیدا کنید.
پزشکی
یکی از کاربردهای گسترده نانوشیمی که بسیار در زمینه آن تحقیق شده، پزشکی است. به عنوان مثال در تهیه کرم های ضدآفتاب از فناوری نانوشیمی استفاده می شود. ضد آفتاب حاوی نانو ذرات اکسید روی و دی اکسید تیتانیوم است. این نانو مواد با جذب و یا انعکاس نور، پوست را در برابر اشعه فرابنفش محافظت می کند و از آسیب به پوست جلوگیری می کند.
دارو رسانی
استفاده از علم نانوشیمی در دارورسانی، شامل نانوتکنولوژی می تواند به بهبود پاسخ بدن، هدف گیری خاص، متابولیسم کارآمد و غیرسمی مفید باشد. مواد ایده آل از نانو مواد کنترل شده فعال برای دارورسانی به بدن استفاده می شود. به عنوان مثال نانوذرات سیلیکا، به دلیل داشتن مساحت سطح بالا و انعطاف پذیری زیاد، در تحقیقات امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. روش های بسیاری برای فعال سازی مولکول های دارویی وجود دارد یکی از این روش ها استفاده از نور با طول موج خاصی برای رهایش دارو است. اخیراً، نانو الماس ها (نانوکربن) به دلیل غیرسمی بودن، جذب خود به خود از طریق پوست و توانایی ورود به سد مغز خون، توانایی بالقوه در تحویل دارو را نشان می دهند.
مهندسی بافت
از آنجا که سلول ها به ویژگی های نانو توپوگرافی بسیار حساس هستند، بهینه سازی سطوح در مهندسی بافت، مرزها را به سمت کاشت سوق داده است. در شرایط مناسب، از چهارچوب سه بعدی برای هدایت مولکول های سلول به سمت رشد اندام مصنوعی استفاده می شود. این چهارچوب های سه بعدی شامل فاکتورهایی در مقیاس نانو هستند که محیط را برای عملکرد بهینه و مناسب کنترل می کنند.
درمان زخم
نانو شیمی کاربردهایی در زمینه بهبود زخم نیز دارد. الکترواسپینینگ یک روش پلیمریزاسیون است که از نظر بیولوژیکی در مهندسی بافت استفاده می شود، اما می تواند برای پانسمان زخم و همچنین تحویل دارو نیز کاربردی باشد. با این روش می توان نانوالیافی را تولید کرد که منجر به تکثیر سلول و کنترل محیط می شود و خواص ضد باکتری نیز دارد. شواهدی وجود دارد که نانو ذرات نقره برای مهار برخی ویروس ها و باکتری ها مفید است.
الکترونیک (ساختار نانوسیم ها)
دانشمندان با کمک گرفتن از نانوشیمی در فاز بخار، تعداد زیادی نانوسیم با طول، قطر، غلظت و سطح قابل کنترل ابداع کرده اند. این کریستال های تک بلوری در وسایل حاوی نانوسیم نیمه هادی مانند دیودها، ترانزیستورها، مدارها، لیزرها و سنسورها استفاده می شوند. علاوه بر این، کارایی آنها در انتقال الکترون که به دلیل اثر محدودیت کوانتومی است، باعث می شود که خصوصیات الکتریکی آنها تحت تأثیر اغتشاش جزئی قرار گیرد. بنابراین، استفاده از این نانوسیم ها در عناصر نانوحسگر باعث افزایش حساسیت در پاسخ الکترود می شود.
کاتالیزورها (نانوآنزیم ها)
از مواد بر پایه نانوساختارها در تهیه آنزیم های مبتنی بر این مواد استفاده می شود. اندازه بسیار کوچک این نانوآنزیم ها، ویژگی های نوری، مغناطیسی، الکترونیکی و کاتالیزوری منحصربفردی برای آن ها فراهم کرده است. علاوه بر این، کنترل عملکرد سطح ذرات نانو و ساختار نانو قابل پیش بینی این آنزیم های کوچک باعث شده است که آنها یک ساختار پیچیده بر روی سطح خود ایجاد کنند که به نوبه خود این ترکیبات را برای کاربرد موارد خاص مناسب می کند.
بیشتر بخوانید:نانو پوشش چیست و نحوه عملکرد آن چگونه است؟
نانوشیمی سبز
در کنار تمام ویژگی های مثبتی که مواد شیمیایی دارند، داشتن سمیت بالا و آلودگی هایی که در محیط زیست ایجاد می کنند باعث ایجاد مشکلات زیادی شده است. بسیاری از کارخانه ها زباله های شیمیایی خود را به درون آب دریاها و دریاچه ها می ریزند. دود ناشی از سوختن مواد شیمیایی گازهای گلخانه ای بسیاری را وارد جو می کند. به همین دلیل قوانین جدیدی در ساخت و تهیه مواد شیمیایی تبیین شده که منجر به ساخت ترکیباتی زیست سازگارتر و در واقع سبز می شود. این قوانین که با عنوان “شیمی سبز” بیان می گردد، شامل دوازده بند است. محققان باید در تهیه ترکیبات شیمیایی حداقل یک یا دو بند از این قوانین را رعایت کنند تا ترکیب ساخته شده آن ها به عنوان ترکیب سبز در نظر گرفته شود. نانو مواد نیز از این امر مستثنی نیستند. به عنوان مثال یکی از بندهای شیمی سبز استفاده از کاتالیزورها در واکنش های شیمیایی است همانطور که گفته شد امروز از نانوذرات در تهیه کاتالیزورها استفاده می شود. بنابراین تهیه نانوکاتالیزورها با استفاده از نانوشیمی می تواند یک روش سبز در شیمی باشد.
محصولات نانوشیمی
با گسترش علم نانو محصولات بسیاری با کمک این علم تهیه شده و به دست مصرف رسیده اند. در ادامه به برخی از این محصولات اشاره خواهیم کرد.
نانولوله های کربنی
از نانولوله های کربنی در تهیه جلیقه های ضدگلوله استفاده می شوند. این مواد با پراکنده کردن نیروی گلوله، مانع از نفوذ آن به درون ناحیه پوشیده شده می شود.
پنل های خورشیدی
تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریکی یک روش بسیار پاک برای تولید برق است اما فرآیند این کار بسیار انرژی بر بوده و گران قیمت است. سلول های خورشیدی فوتو ولتایی سیلیکایی بسیار گران قیمت هستند. به همین جهت استفاده از روش های آسان تر و ارزان قیمت تر بسیار مورد توجه محققان قرار گرفته است. Greatzel cell یک محصول نانوشیمی است که در آن از موادی پوشیده شده با نانوذرات دی اکسید تیتانیوم استفاده می شود. این ترکیب بسیار متخلخل است و به عنوان ماده سطحی به جای سیلیکون استفاده می شود. مزیت آن ارزان قیمت بودن و تجمیع پرتوهای خورشید در سطح وسیع است.
بیشتر بخوانید: تولید برق با سلول های خورشیدی
پچ های پوستی
پچ محصولی است که به منظور تجویز دارو بدون نیاز به تزریق در مدت زمان طولانی تر استفاده می شود. در گذشته از پچ های پوستی با اندازه های بسیار کوچک استفاد میشد اما اخیرا با کمک علم نانوشیمی پچ هایی حاوی میکرونیدل هایی با اندازه صد تا هزار میکرون تهیه شده است. این سوزن ها به بالاترین سطح پوست نفوذ کرده و باعث می شود که دارو با تراکم بالاتری وارد جریان خون شود.
مواد محافظ سطحی
از نانومواد به مظور استحکام سطح، برای ایجاد لایه محافظ نازک استفاده می شود. از جمله این مواد نانورپل است. این ترکیب یک پوشش نازک از کوارتز خالص است که در برابر دما و خوردگی بسیار مقاوم است. همچنین به منظور افزایش انعطاف پذیری سطح و خاصیت ارتجاعی آن بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. از دیگر نانوپوشش ها می توان به منظور جلوگیری از ایجاد لکه، نشستن گرد و غیار و آلودگی استفاده کرد.
بانداژهای پانسمان
تحقیقات نشان داده که استفاده از نانوذرات نقره در بانداژهای پانسمان به بهبود زخم و کاهش عفونت کمک می کند. از این بانداژها به منظور درمان عفونت زخم های ناشی از سوختگی استفاده می شود.
جمع بندی
در این مقاله نگاهی اجمالی بر نانوشیمی داشتیم. علم نانو به بررسی خواص و ویژگی های ذرات در ابعاد نانو می پردازد. انواع شاخه های شیمی شامل آلی، معدنی، تجزیه و شیمی فیزیک از علم نانو درتحقیقات خود استفاده می کنند. این رشته با توجه به ویژگی هایی که دارد توانسته تحول عظیمی در تهیه و ساخت محصولات ایجاد کند. ما سعی کردیم نگاهی اجمالی بر کاربردها و محصولات نانوشیمی داشته باشیم.
