نانوذرات سیلیس به چه درد می‌خورد؟
نانوذرات به علت کاربردهای متعدد در صنایع مختلفی مانند صنایع آرایشی ـ بهداشتی، صنایع اُپتیکی و الکترونیکی، مورد توجه قرار گرفته‌اند. سیستم کلوئیدی پراکنده‌ها، یعنی محلول حاوی ذرات پراکنده سیلیس، در صنایع مختلف از جمله در رنگدانهها و کاتالیزورها کاربرد دارد، اما استفاده بسیار از این ماده خطرناک است و برای کسانی که در معرض آن قرار می گیرند مشکلات تنفسی به وجود می آورد.
روشهای شیمیایی سنتزِ نانوذراتِ سیلیس پرهزینه‌اند، زیرا مواد مورد نیاز در این روش‌ها گران‌قیمت‌اند. بنابراین، دانشمندان تلاش می‌کنند تا روش‌ها و منابع مقرون به‌صرفه بیابند.
در سال 2004 زونگ هرنگ لیو (Tzong Horng Liou)، پژوهشگر تایوانی، برای اولین‌بار این ذرات را از شلتوک برنج سنتز کرد که از روشهای بسیار ارزان‌قیمت به شمار می‌رود.
کاربردهای نانوذرات سیلیس
یکی از زمینه‌های کاربرد این نانوذرات مل ²تواند داروها و لوازم آرایشی و بهداشتی باشد. کاربرد دیگر نانوذرات، در عایقهای حرارتی و عایقهای الکتریکی است. با اعمال شرایط خاص، می توان از این ذرات که به صورت پودر هستند، ساختارهای متخلخل به دست آورد. ساختار متخلخل کاربردهای جالبی دارد و از جمله می توان از آنها به عنوان تصفیه‌کننده استفاده کرد.
امروزه توانسته‌اند از نانوپودر سیلیس با توزیع اندازه ذرات کم، براق کننده های مکانیکی و شیمیایی تولید کنند. در این روش، مشکلاتی که در براق کردن سطوح با استفاده از اسیدها و براق کننده های دیگر وجود داشت، رفع شده است.
معمولاً برای اینکه سطوح، صاف و صیقلی شوند، از براق کننده استفاده می‌کنند که معروفترین آنها سُمباده است. براق کننده سیلیس فناوری بالایی دارد و در براق کردن صفحه تلویزیون، مانیتور و لیزر به کار می‌رود. ذرات سیلیس بسیار سخت و محکم‌اند و کمتر تغییر شکل می‌دهند. برای پولیش و زدودن لایه رویی برخی از مواد هم که سطحشان فعال است و واکنش نشان می‌دهند، از این براق کننده استفاده می‌شود. تا به حال از اسید برای زدودن این لایه استفاده می‌کردند که روش چندان مناسبی به شمار نمی‌رفت.
محققان دریافتند که ترکیبی از نانو ذرات سیلیس و پلیمرها می تواند آسیبهای نخاعی و مغزی را کنترل و درمان کند.
محققان آمریکایی دریافتند نانوذرات می توانند در درمان سلولهای آسیب دیده نخاع و مغز نقش بسیار موثری را ایفا کنند. محققان اعلام کردند با ترکیب نانوذرات سیلیس و نوعی خاصی از پلیمر می توان آسیب های مغزی و نخاعی را کنترل و درمان کرد.
نانو ذرات استفاده شده در تحقیقات اخیر به اندازه ای ریز هستند که با میکروسکوپ های معمولی نیز قابل مشاهده نیستند و همین خصوصیت باعث می شود محققان بتوانند میزان زیادی از آن را بدون بروز مشکلات بعدی وارد بدن انسان کنند.
به گفته یکی از دانشمندان حاضر در این تحقیقات زمانی که سلولهای نخاعی آسیب می بینند ماده زهرآگینی به نام آکرولین از خود تولید می کنند که پادزهر آن Hydralazine است. با رساندن به موقع این ماده به سلولهای آسیب دیده می توان از بروز صدمات جدی و خطرساز جلوگیری کرده و سلولها را درمان کرد.
سنتز نانوذراتِ سیلیس به روش سُل ـ ژل
فرآیند سُل ـ ژل روش جدیدی نیست. در سال 1800 «ابل‌من» به طور اتفاقی مشاهده کرد که تتراکلرید سیلیکون - که در ظرف رها شده بود- ابتدا هیدرولیز و سپس به ژل تبدیل شد. در سال 1950 باب مطالعات گسترده‌ای در سنتز سرامیکها و ساختارهای شیشه‌ای با استفاده از این روش آغاز شد. شایان ذکر است که با این روش، بسیاری از اکسیدهای غیرآلی مانند SiO2 ZrO2 , TiO2 , …. سنتز شدند.
در این فرآیند با استفاده از مواد اولیه، ابتدا سُل تشکیل می شود. سُل محلولی کلوئیدی، حاوی ذرات معلّق است. بعد از این واکنش، ژل تشکیل می شود.
ژل سوسپانسیونی است که شکل ظرف را به خود می گیرد و خواص کشسانی از خود نشان می دهد. از مزایای این روش می توان به موارد زیر اشاره کرد:
** ابزار انجام آن ساده است؛
** سرمایه‌گذاری اولیه آن کم و در عین حال کیفیت محصول بالاست؛
** خلوصِ محصول به‌دست‌آمده بالاست؛
** امکان طراحی ترکیب شیمیایی و به‌دست آوردن ترکیب همگن وجود دارد؛
** فرآیند را می‌توان در دمای کم نیز ایجاد کرد.
ماده اولیه‌ای که در این روش مورد استفاده قرار می گیرد، الکوکسی سیلان نام دارد. این ماده از تأثیر شبه فلزات بر الکل تهیه می شود. تهیه این ماده بسیار مشکل است و در دنیا دو کمپانی صنایع شیمیایی قادر به تهیه آن هستند. الکوکسی سیلان ماده‌ای گران‌قیمت به شمار می‌رود، در عوض، با استفاده از این ماده اولیه می توان به محصولاتی با خلوص بالا در مدت زمان کوتاه دست یافت. از سیلیسیلت سدیم نیز می توان برای تهیه ذرات نانومتری سیلیس استفاده کرد. مشکل این است که خلوص محصولاتِ حاصل از این ماده اولیه بالا نیست و نیاز به شست‌وشوی طولانی‌مدت دارد تا ناخالصیها از محصول نهایی خارج شود.
برای سنتز نانوذرات سیلیس، به الکوکسی سیلان، آب و الکل نیاز است. از آن‌جا که الکوکسی سیلان در آب حل نمی شود، بنابراین، باید از ماده‌ای استفاده کرد که هم الکوکسی سیلان در آن حل شود و هم خود این ماده محلول در آب باشد. به این منظور، از الکل استفاده می کنیم. از طرف دیگر، واکنش دو ماده آب و الکوکسی سیلان بسیار کُند است و با افزودن الکل، سیستم رقیق‌تر هم می شود. در نتیجه سرعت واکنش باز هم کاهش می‌یابد. برای افزایش سرعت واکنش، می توان از کاتالیزور استفاده کرد. کاتالیزوری را که برای انجام سریع این واکنش مورد استفاده قرار مل ²دهیم باید به گونه‌ای باشد که بعد از انجام واکنش بتوان آن را به‌راحتی از سیستم خارج کرد. در گزارش محققان، هم از اسیدها و هم از بازها به عنوان کاتالیزور در سنتز ذرات سیلیس استفاده شده است که هر کدام مزایا و معایب خود را دارند.
در محیطی با خاصیت بازی، ذرات تا اندازه 100 تا 200 نانومتر به‌سرعت رشد می کنند و نیروی دافعه جرمی باعث مل ²شود که ذرات جدا از هم باقی بمانند. در محیط اسیدی ذرات در اندازه 2 تا 4 نانومتر متوقف می شوند، ولی در ادامه فرآیند به‌سرعت به هم می پیوندند و ذرات بزرگتر را تشکیل می‌دهند.
برای سنتز نانوذرات سیلیس، از کاتالیزور آمونیاک استفاده می شود. از مزایای آمونیاک این است که نقطه جوش پایین دارد و به‌سرعت از سیستم بیرون می‌رود. ولی از اسیدهایی چون اسید کلریدریک، نیتریک و استیک نیز می‌توان استفاده کرد که نقطه جوش بالایی دارند. بنابراین، خارج کردن آنها از سیستم کار راحتی نیست.
فرآوری: مریم نایب زاده
بخش دانش و زندگی تبیان
منبع: dari.irib، kevare،vista، sigmaaldrich
