تولید منسوجات ضدمیکروب با نانوفناوری

از آنجایی که منسوجات علاوه بر مهیا کردن محیط مناسب رشد و تکثیر میکروب‌ها می‌توانند سبب انتقال و شیوع انواع بیماری‌ها شوند، از این رو تحقیقات زیادی برای تولید الیاف و منسوجات ضدمیکروب شده است. برخـی از الیاف به ویژه الیاف سلولزی مورد تـجزیه بیولوژیـکی میکروب‌ها قرار می‌گیرند.

این عملکرد میـکروب‌ها می‌تواند سبب تغییر رنگ و کاهش خواص مکانیکی(استحکام سایشی و کششی) الیاف شده و موجبات پوسیدگی منسوج را فراهم کند. همچنین میکروارگانیزم‌ها می‌توانند سبب کاهش ویسکوزیته و تخریب مواد مورد مصرف در فرآیندهای مختلف تکمیل منسوجات شوند.

برای کاهش بوی نامطبوع ناشی از حضور میکروب‌ها بر منسوجات روش‌هایی ازجمله استفاده از میکرو نانوکپسول‌ها، تبدیل ترکیبات بدبو به ترکیبات بی‌بو و کاهش فراریت مواد دارای بوی نامطبوع وجود دارد. استفاده از ترکیبات ضدمیکروب در مرحله تولید یا تکمیل منسوجات از کارآمدترین روش‌ها برای از بین بردن بوی نامطبوع به شمار می‌رود.

 استفاده از نانوفناوری در صنعت نساجی به منظور بهبودبخشیدن به خواص و یا ایجاد ویژگی جدید در منسوجات با استفاده از مواد یا ساختارهای نانومتری است.

مواد ضد میکروب مورد استفاده در صنعت نساجی

طبقه‌بندی متفاوتی از مواد ضدمیکروب براساس کارآیی، سازوکار فعالیت ضد میکروب و ثبات شست‌وشویی وجود دارد. از آنجایی که مواد ضدمیکروب به محیط پیرامون منسوجات نفوذ نمی‌کنند، بنابراین احتمال مقاوم شدن میکروارگانیزم‌ها در برابر این عوامل اندک است.

با این وجود ثبات شست‌وشویی گواه پایداری خاصیت ضد میکروب منسوج نیست. زیرا جذب مواد آلاینده، میکروارگانیزم‌های مرده یا ایجاد کمپلکس میان مواد تکمیل‌کننده و شوینده‌های آنیونیک می‌تواند منجر به کاهش اثربخشی ضد میکروب این منسوجات شود. در صنعت نساجی، آلوده نکردن محیط‌زیست، سلامت و ایمنی افراد به اندازه کارآیی منسوجات ضدمیکروب حائز اهمیت است. رهایش مواد ضدمیکروب به محیط پیرامون می‌تواند بر سلامت موجودات زنده موثر باشد. با این رویکرد، استفاده از مواد پیوند دهنده به دلیل رهایش نیافتن ترکیبات به پیرامون مناسب‌تر است.

از آنجایی که میانگین اندازه انواع باکتری در حدود چند میکرون(m۶-۱۰ است، بنابراین استفاده از مواد ضد میکروب با ابعاد نانومتری زمینه بکارگیری نانوفناوری در ایجاد ترکیبات ضد میکروب موثر را فراهم کرده است. سازوکار ضد میکروب نانومواد به سطح جانبی زیاد این مواد در مقایسه با مواد در ابعاد بزرگ‌تر برمی‌گردد. تحقیقات نشان می‌دهند کاهش ابعاد نانوذرات با افزایش کارآیی ضد میکروب آنها ارتباط مستقیم دارد.

فعالیت ضد میکروبی نانوذرات ناشی از سطح جانبی زیاد، ساختار کریستالی غیرمعمول این ذرات و وجود مناطقی با احتمال واکنش بیشتر ( لبه و گوشه نانوذرات) است. 
به طور کلی شش رویکرد برای تاثیر نانوذرات بر میکروارگانیزم‌ها وجود دارد که عبارتند از: 

* تخریب غشاء سلولی
* رهایش یون‌های سمی
*اختلال در انتقال الکترون
* اکسیداسیون پروتئین 
* جمع‌شدگی غشاء

نانوذرات دی‌اکسیدتیتانیوم(TiO۲)

نانوذرات دی‌اکسیدتیتانیوم از ویژگی‌های منحصر به فردی مانند ثبات و کارآیی زیاد، ایمنی و قابلیت تاثیر بر طیف وسیعی از میکروارگانیزم‌های بیماری‌زا برخوردار است. از این نانوذرات در مصارفی مانند خود تمیزشوندگی، ضد میکروب و محافظت در برابر پرتو فرابنفش استفاده می‌شود.

دی اکسید تیتانیوم با دارا بودن خاصیت فوتوکاتالیستی قادر به تولید اکسیژن فعال است که این ماده قادر به اکسید کردن ترکیبات آلی موجود در سلول باکتری و تولید دی‌اکسیدکربن و آب است.

نانو ذرات روی

نانو ذرات روی در سلول‌های خورشیدی، حسگرها، نمایشگرها و کرم‌های ضدآفتاب، جاذب پرتو فرابنفش، پوشش‌های ضدبازتاب نور، ضدباکتری و فوتوکاتالیست استفاده می‌شود. نانوذرات روی نسبت به نانوذرات نقره از مزایایی همچون بهای کمتر، سفید رنگی و خاصیت ضد پرتو فرابنفش برخوردار است.

نانوذرات نقره

نقره از قدیمی‌ترین ترکیبات ضدمیکروب است. در حال حاضر تحقیقات زیادی بر خواص ضدباکتری و چندگانه نانوذرات نقره انجام شده است. نقره در مقایسه با برخی مواد ضدمیکروب آلی که دارای آثار مخرب بر سلامت انسان است، از مواد ضدمیکروب ایمن به شمار می‌رود.

در حال حاضر خاصیت ضدمیکروب نقره علیه بیش از ۶۵۰ گونه میکروارگانیزم بیماری‌زا شناخته شده است. یون‌های نقره از قابلیت تخریب پروتئین، غشاء و ایجاد اختلال در تنفس سلولی باکتری برخوردار است.

نانوذرات طلا

پژوهش‌هایی که به تازگی انجام شده، نانوذرات طلا را به عنوان یک ماده ضدمیکروب موثر معرفی می‌کند. خاصیت ضدقارچ این نانوذرات در برابر آکنه و شوره سر و جلوگیری از مقاوم شدن باکتری نسبت به این ماده سبب بکارگیری این نانوذرات در صنایع آرایشی شده است.

خاصیت ضدباکتری این نانوذرات علیه دو باکتریEscherichia coli و Salmonella typhi به اثبات رسیده است

۱-۳-۵ نانوذرات مس

از دیرباز مس و ترکیبات مس به عنوان مواد ارزان‌قیمت و موثر در تولید مایعات ضدعفونی‌کننده و منسوجات ضد میکروب به کار گرفته می‌شدند. در حال حاضر چگونگی عملکرد مس به عنوان ماده ضد میکروب به کلی شناخته شده نیست.

مهم‌ترین چالش در استفاده از نانوذرات مس، تولید نانوذرات مس پایدار است. زیرا این نانوذرات در هوا یا محیط مرطوب به سرعت به کاتیون مس اکسید می‌شوند.

نانوساختارهای طبیعی ضدمیکروب

۱- کیتوسان: ماده‌ای طبیعی، غیرسمی و ضد میکروب است که از پوسته سخت‌پوستانی نظیر میگو، خرچنگ و... تهیه می‌شود. خاصیت ضد باکتری و قارچ این ماده ناشی از گروه‌های کاتیونی(بارمثبت) موجود در این ترکیـب است که امکـان اتصـال با بار منفـی موجود بر سطح سـلول را فراهـم آورده و مانـع رشد باکتـری و قارچ می‌شود.

کیتوسان به واسطه مواد کراس لینک‌کننده‌ای همچون گلوتارالدئید و پلی‌کربوکسیلیک اسیدها قادر به اتصال به سطح منسوجات پنبه‌ای و ایجاد منسوجات ضد میکروب است. 

۲- سریسین: سریسین ابریشم، یک پروتئین درشت‌مولکول طبیعی است که از پیله کرم ابریشم استحصال شده و ۳۰-۲۵% پروتئین ابریـشم را تشکیل می‌دهد. این ماده که به عنوان پوشـش فیلامنت ابریشـم(فیبـروئین) عمل می‌کند، در مراحل صمغ‌گیری از روی الیاف ابریشم زدوده می‌شود. از این ماده به منظور بهبود خواص برخی الیاف مصنوعی استفاده می‌شود.

در تحقیقات انجام‌شده به‌وسیله یامادا و واکابایاشی اصلاح سطح پارچه پلی‌استر با استفاده از سریسین انجام شد. پارچـه‌ای با خاصیت آب‌دوسـتی بیشتر تهیه شد. استفاده از سریسین (W/V ۴%) منجر به کاهش رشـد باکتری‌های P. Vulgaris و S. Aureus به ترتیب ۵۱ و ۳۸% شد. 

۳- عصاره نیم از درخت ( آزاد درخت) که در مناطق گرم و مرطوب می‌روید مشتق شده است و حاوی چندین ترکیب حشره‌کش و ضـد میکروب طبیعی است. ترکـیبات موثر این گیاه در تمام بخـش‌های گیاه یافت می‌شود، از این‌رو از دانه، برگ و ریشه این درخت برای تهیه عصاره نیم استفاده می‌شود. از این ماده برای تکمیل ضد میکروب پارچه پنبه، پنبه/پلی‌استر و پشم استفاده شده است. 

۴- رنگینه‌های طبیعی: برخی از رنگینه‌های طبیعی تهیه شده از گیاهان مختلف از خاصیت ضدمیکروبی برخوردار هستند. برای مثال رنگ حاصل از انار به دلیل وجود مقادیر قابل توجه تانن از خاصیت ضدمیکروب برخوردار است. منابع گیاهی حاوی نفتوکینون نظیر حنا و گردو از خاصیت ضدباکتری و قارچ برخوردار هستند.

استفاده از زردچوبه به منظور رنگرزی و تکمیل پارچه پشمی سبب ایجاد خاصیت ضد میکروب در این منسوج شده است. گوپتا و همکارانش با استفاده از عصاره بلوط در حضور دندانه‌های آلومینیوم و مس موفق به تهیه پارچه ضد میکروب پنبه‌ای با قابلیت حفظ خاصیت ضد میکروب پس از ۵ بار شست‌وشو شدند.

استفاده از مواد ضدمیکروب طبیعی دیگر نظیر آلوئه‌ورا، عصاره درخت چای، عصاره گل کاه خاردار و اکالیپتوس نیز برای ضد میکروب کردن منسوجات گزارش شده است. در سال‌های اخیر از فناوری نانو در تولید حامل‌های نانومتری مانند نانوکپسول‌ها به منظور افزایش ماندگاری و کارآیی مواد ضد میکروب طبیعی استفاده شده است.