تبلیغات
Code center
صفحه نخست پروفایل طراح کد تماس با ما پشتیبانی آنلاین
علمى
یونیسف

وبسایت علمی حامی یونیسف

UNICEF Logo

unicef_logo_farsi

آخرین مطالب

» معرفة و نکرة ( شنبه 9 اردیبهشت 1396 )
» تاثیر شیر در بدنسازی ( چهارشنبه 6 اردیبهشت 1396 )
» طرز تهیه و ساخت مکمل خانگی ( چهارشنبه 6 اردیبهشت 1396 )
» رئیس علی دلواری ( سه شنبه 8 تیر 1395 )
» دیدن عدد پی با 4 میلیون رقم اعشار آن در یک تصویر! ( پنجشنبه 24 دی 1394 )
» روز چطور 24 ساعت شد ؟ ( پنجشنبه 24 دی 1394 )
» فرم پیش خرید بسته آموزش دبیره ها و آموزه های پارسی باستان ( چهارشنبه 28 مرداد 1394 )
» حمایت وبسایت علمی از یونیسف ( سه شنبه 27 مرداد 1394 )
» unicef یونیسف ( دوشنبه 12 مرداد 1394 )
» دانلود نسخه هک شده بازی کلش آو کلنز ( شنبه 3 مرداد 1394 )
» جهش در ژن USP9Xو اختلال در کار سلول های طبیعی مغز ( چهارشنبه 31 تیر 1394 )
» داروهای خانگی برای خلط ( یکشنبه 31 خرداد 1394 )
» آیا ابن‌سینا را هم هپلی‌ هپو کردند؟ ( یکشنبه 31 خرداد 1394 )
» نخستین CD تاریخ ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» لباس های محلی اقوام ایرانی ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» لباس زنان در ایران 2 ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» لباس زنان در ایران 1 ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» تاریخچه عکاسی و اختراع کداک ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» انتخاب رنگ ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» دایره رنگ ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» آزمون تعیین سطح انگلیسی ( جمعه 29 خرداد 1394 )
» آداب و رسوم جشن سده ( جمعه 10 بهمن 1393 )
» تاریخچه کامل نوروز ( جمعه 10 بهمن 1393 )
» تولید ابریشم از پیش رنگ شده توسط کرم‌ها! ( جمعه 10 بهمن 1393 )
» شبیه‌ساز تولد، متخصصان مامایی را در طول زایمان همراهی می‌کند ( جمعه 10 بهمن 1393 )
» نانوذرات این بار به کمک بیماران قلبی می‌آین ( جمعه 10 بهمن 1393 )
» دستگاه کوچکی که می‌تواند تنظیم‌کننده‌ی ضربان قلب را از طریق ضربان قلب شارژ کند ( جمعه 10 بهمن 1393 )
» دنیای خارق‌العاده حشرات ( جمعه 10 بهمن 1393 )
» آیا تکامل انسان سرانجام متوقف شده است؟ ( جمعه 10 بهمن 1393 )
» شکوه، سقف و دیگر هیچ ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )

آمار بازدید

کل بازدید ها :
بازدید امروز :
بازدید دیروز :
بازدید این ماه :
بازدید ماه قبل :
تعداد نویسندگان :
تعداد کل مطالب :
آخرین بروز رسانی :

زیر شاخه های علمی


اخبار علمی


وقت فوتبال


تبلیغات متنی

HELLO.WELCOME TO MY WEB MY NAME IS MEHRDAD ZANGENEH I LOVE YOU!!!

.

علمی
درباره ما


علمی سایتی با مطالب علمی متنوع و جالب برای همه ی سنیس
ایجاد کننده علمی :مهرداد زنگنه

به سایت علمی خوش آمدید


  • تاریخ ارسال : شنبه 9 فروردین 1393, 05:30 بعد از ظهر

انجام واکنش‌های شیمیایی در فضاهای محدود با ابعاد نانومتر (و حجم میکرومتر) منجر به تغییر در سینتیک و مسیر کل فرآیند می‌گردد. به چنین فضاهای محدود شده ای که جهت انجام واکنش های مشخص شیمیایی به‌کار می‌روند نانوراکتور می‌گویند. واکنش‌های بی‌شمار و همزمان در سلول‌های موجودات زنده نیز بر همین اصل استوار است. لذا در این استراتژی از ساختارهای متنوع زیستی و شیمیایی که خصوصیات یک نانوراکتور را دارا باشند، استفاده می‌شود. در مقالات مربوط به نانوراکتورها انواع این ساختارها آورده شده است.
1- مقدمه:
مواد نانوساختار با اندازه شکل و هندسه مشخص دارای خواص بی نظیر و متفاوتی از مواد توده ای هستند. نانو مواد علاقه ی بسیاری را در زمینه های مختلف فناوری به خود جذب کرده اند. امروزه محققان به خوبی درک کرده اند که با استفاده از محیط های واکنش با ابعاد نانومتری و میکرومتری (نانوراکتورها) میتوانند نانومواد جدیدی با خواص جالب و قابل توجه تولید کنند.[1-2]
به طور کلی نانوراکتور ها محفظه هایی با ابعاد نانومتری هستند که در آنها واکنش های شیمیایی قابل انجام است. البته نانوراکتور ها به نحوی، جزئی از واکنش نیز محسوب می‌شوند و این تفاوت اصلی آنها با میکروراکتور هاست. با مشاهده‌ی دقیق به طبیعت می‌توان نمونه های بسیاری از نانوراکتور‌های طبیعی را مشاهده کرد. از این موارد می‌توان به اندامک‌های سلولی و یا حفرات ترشحی و داخل سلولی (که آبشاری از واکنش‌ها در آنها رخ می‌دهد) اشاره کرد. از جمله‌ی این موارد می توان هسته‌ی میتوکندری ، دستگاه گلژی، لیزوزوم‌ها و حفرات پروتئین‌های کانالی و حامل را نام برد.
سینتیک و مکانیسم واکنش در محیط های کوچک همچون مایسل‌ها، وزیکول‌ها و سلول‌ها به خوبی مورد بررسی قرار گرفته است [3-4]. ملاحظه شده است که سینتیک واکنش در یک محیط بسته کوچک متفاوت از سینتیک همان واکنش در محلول‌های توده‌ای است. یک محیط بسته ی کوچک که حاوی تعداد خاصی مولکول است دارای خاصیت تجمع مولکولی (Flocculation) شدید بوده و باعث تغییر در سرعت واکنش و در مواردی تغییر نوع و مسیر واکنش می‌گردد. ضمناً از آنجایی که نانوراکتور‌ها حاوی تعداد محدودی واکنش دهنده هستند، بازده واکنش نیز متفاوت از حالتی است که واکنش در محلول توده‌ای انجام می‌شود. روش‌های آماری خاصی جهت مدل سازی احتمالات خاصیت تجمع مولکولی و واکنش بین مولکول‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.[5] 
عوامل تاثیرگذار متفاوتی بر روی سرعت واکنش و مکانیسم واکنش در نانوراکتور‌ها بیان شده که از حوصله‌ی این بحث خارج است؛ اما به طور خلاصه می‌توان گفت که محدود شدن یک مایع در در یک نانوراکتور که گاه مینی امولسیون (Miniemulsion) نامیده میشود، فرآیند‌ها و احتمالات جدیدی را برای تولید نانوذرات و نانوکپسولها فراهم آورده است. می‌توان به فرآیند سنتزی نانومواد مختلفی از جمله نانومواد فلزی نیمه رسانا و پلیمری که از طریق سیستم های نانوراکتوری مثل مایسل[6] مایسل معکوس[7] درخت‌سان[8] لیپوزوم [9] و غیره‌تهیه می‌شوند اشاره نمود.

2- نانوراکتور ها ی مولکولی آلی
به طور کلی نانوراکتورهای آلی، تجمعی از مولکول‌ها و یا درشت‌مولکول‌ها (Macromolecules) هستند که شکل منحصر به فردی را ایجاد می‌کنند. حفره تشکیل شده در داخل این ساختار برای یک یا چند مولکول قابل نفوذ می‌باشد و مولکول‌های وارد شده در داخل آن تحت تغییرات شیمیایی خاص قرار می‌گیرند. طبق این تعریف محدوده‌ی وسیعی از مولکول‌ها نیز در دسته ی نانوراکتور‌ها دسته بندی می‌شوند. در شیمی چنین ساختارهایی تحت عنوان سبد‌های مولکول (Molecular Baskets) نامیده می‌شوند . واکنش انجام شده در نانوراکتور‌های آلی بسته به طبیعت ساختاری واکنش دهنده‌های محصور شده در آنها را دارد. به عنوان مثال افزایش توان تجزیه متان در سبد‌های مولکولی به توانایی سبد در جمع‌آوری اتانل از محلول پیرامونی دارد و یا کارایی نانو قفس‌های خود آرا (Self-assembled Nanocages ) در بهره واکنش‌های حلقه‌زایى (Cycloaddition Reaction) ترکیبات آروماتیک از خاصیت مشابه بهره می‌گیرد.[10-11] . یک نمونه بسیار جالب از این نانورکتور‌های آلی نانوکپسول مولکولی بسیار کوچک با قطر nm4 تحت عنوان Rumbibicubooctahedral است(شکل 1-1).[12] یک کپسول ایجاد شده از ترکیب آروماتیک پیروکالول نیز نمونه جالب توجه دیگری است[13] .

filereader.php?p1=main_face9686a126c31e9
شکل 1- نانوکپسول (Rumbibicubooctahedral (R= Phenyl 

3- نانوراکتورهای درشت‌مولکول
نانوراکتورهای درشت‌مولکولی ساختارهای نانوراکتوری با واحدهای تکرار شونده هستند و این تعریف محدوده‌ی وسیعی از ترکیبات را شامل می‌شود . نانورکتور‌های پلیمری آلی از جمله پلیمروزوم‌ها، دندریمرها و هیدروژل‌ها مثال‌هایی از این دست هستند. مواد پلیمری آلی به عنوان قفس‌های واکنش میکرومتری [14] آنزیم [15] (شکل 2) و رنگ های فتوکرومیک[16] بکار گرفته شده‌اند.

filereader.php?p1=main_5ab4e513958964665
شکل2 - بستر پلیمری به عنوان جایگاهی برای آنزیم عمل کننده بکار گرفته میشود. این نانوراکتور حاوی یک هسته ی پلی استیرنی است که شاخه های پلی آکریلیک اسید از آن خارج شده اند. آنزیم به طور خود به خود به این شاخه هایی باردار متصل میشود.[15]

پروتئین ها به عنوان نانوراکتورهای طبیعی در سلولهای زنده عملکردهای بسیار زیادی دارند. از جمله این پروتئین‌ها آلفا-همولیزین می باشد. از حفره ی این پروتئین بر اساس برهمکنش های کوالانسی و غیر کووالانسی با متابولیت‌های مختلف به عنوان یک زیست‌حسگر استفاده شده است[17]. فیبرهای سلولزی[18] و سایر پروتئین [19] ها نیز می توانند به عنوان نانوراکتور برای سنتز نانوذرات فلزی بکار گرفته شوند.

filereader.php?p1=main_8bf058fe053a152f0
شکل3-  شمایی از قرار گرفتن نانوراکتور آلفا-همولیزین بر روی یک نانوحفره

پلیمروزوم‌ها که طبق گفته برخی از محققین گام اولیه برای سنتز سلول سنتزی می‌باشند، یکی از مورد توجه ترین ساختارهای نانوراکتوری می‌باشند. این ساختار‌ها از واحدهای هم‌بسپاری (Copolymer Blocks) متفاوتی ساخته می‌شوند و توانایی کپسوله کردن مواد مختلف را در قسمت مرکزی خود دارند. قسمت آبدوست بسیار بزرگ در پلیمرهای دو واحدی (Di-block) یک نیاز حیاتی برای سر هم شدن پلیمروزوم است[20] از جمله ویژگی‌های پلیمروزوم‌ها استحکام بسیار زیاد ، فاز شبه مایع در غشاء پلیمروزوم و توان نگه داری بالا برای مواد کپسوله شده است. پلیمروزوم تا یک ماه در سرم فیزیولوژیک پایدار بوده و نفوذ آب به آن در مقایسه با نانوکپسول های دیگر از جمله لیپوزوم بسیار کمتر است [20]. این مواد می‌توانند حلال‌های مختلف از جمله آب، مواد محلول، فلزات[21]، مواد نیمه رسانا[22] و یا نانوذرات مغناطیسی[23] باشند. پلیمروزوم‌ها می‌توانند آنزیم‌ها را در داخل خود کپسوله کرده و زنجیره‌ای از واکنش‌های آنزیمی را در داخل خود به انجام برسانند(شکل 3)[24]. به عنوان مثال بسپارهای پلی الکترولیت و آبدوست می تواند برای ساخت نانوراکتورهای پلیمروزومی حساس به حرارت [25] و حساس به pH [26]، بکار گرفته شوند. بعضی از این کمپلکس ها ی شرح داده شده برای سنتز نانوذرات طلا و نقره و سایر نانوذرات بکار گرفته شده اند. [27]بعضی از این نانوذرات می‌توانند به عنوان کاتالیست واکنش به کار گرفته شوند، به عنوان مثال فلز کبالت توانایی هیدرولیز اپوکسیدها(Epoxides) را با بازده بالا دارد [28] .

filereader.php?p1=main_9c3abe44e6ee11295

شکل4 - شمایی از واکنش چند مرحله ای که در یک سیستم پلیمروزوم سه آنزیمه انجام می شود.[29]

درخت‌سان‌ها (Dendrimers) مولکول‌های بسیار بزرگ با ساختار منظم و تک‌پخش (Monodispersed) هستند. دندریمرها دارای سه جزء ساختاری اصلی در ساختمان خود هستندکه شامل یک هسته ، شاخه ها و گروه های عاملی می باشند. سنتز آنها به صورت کنترل شده و سلسله‌وار است. به عنوان مثال در روش پایین به بالا، شاخه های متوالی به صورت نسل به نسل بر روی هسته اولیه اضافه می شوند [20]. توانایی درخت‌سان‌ها به عنوان نانوراکتور بسیار بالا تشخیص داده شده است و جهت کاربرد به‌عنوان نانوراکتور های آنزیمی [30] و یا در سنتز نانوذرات [8] بسیار مستعد‌اند. برای مطالعه بیشتر در این زمینه می توانید به مقالات اختصاصی مربوط به درخت‌سان‌ها مراجعه نمایید.
هیدروژل‌ها (Hydrogels) پلیمرهای اشباع از آب هستند که ویژگی‌های زیست‌سازگاری قابل توجه‌ای دارند. طول عمر هیدروژل بسته به ماهیت اتصالات عرضی هیدروژل بوده و با گذشت زمان تخلخل و کشسانی زمینه آن تغییر می‌کند. به خاطر همین ویژگی، هیدروژل‌ها کاربرد گسترده‌ای در مهندسی بافت دارند. بدین شکل که هیدروژل به نوعی طراحی می‌شود که مواد حاصل از متابولیسم بافت باعث ایجاد واکنش‌های تخریب کننده هیدروژل می‌شود. البته این ویژگی در کاربرد‌های دارورسانی نیز مفید می‌باشد[20] . فضای حفرات داخل هیدروژل به عنوان نانوراکتور در نظر گرفته می‌شود. در این حفرات نیز مانند سایر نانوراکتورهای ذکر شده امکان سنتز نانوذرات فلزی واکسید فلزی ایجاد می شود.[31] خاصیت آنتی باکتریال نانوذرات نقره شناخته شده است و از هیدروژل‌هایی که این نانوذرات در آنها تشکیل میشود، به عنوان پوشش و بانداژ میتوان استفاده کرد.

4- مایسل، لیپوزوم واموولسیون‌ها
این مواد به طور معمول از سورفاکتانت (Surfactants) ، مولکولهای لیپیدی و یا سایر مواد مشابه ایجاد می‌شوند. روش‌های سنتز آنها معمولا به گونه‌ای است که توزیع اندازه ی ذره‌ای مناسبی می‌دهند. مایسل‌ها به طور معمول از قطرات روغن محلول در آب (Normal) و یا برعکس (Reverse) تشکیل شده‌اند. نانوراکتورهای مایسلی با هسته ی روغنی برای فرایندهای تراکم (Condensation) بکار گرفته شده اند[32]. نانوراکتورهای مایسل‌های معکوس، با هسته ی آبی به طور معمول برای سنتز نانوذرات مغناطیسی [33] وسایر نانوذرات فلزی و همچنین بعنوان محیط واکنش آنزیم [34] نیز استفاده شده اند.
لیپوزوم‌ها و وزیکول‌ها نانوراکتور های با هسته‌ی آبی پوشیده شده با دو لایه ای از جنس لیپید هستند‌. آب موجود در قسمت هسته می تواند با مواد مختلفی پر شود و یا فضای بین لایه های مختلف لیپوروم های چند لایه برای سنتز لایه های نانوساختار فی مابین می تواند مورد استفاده واقع شود.
امولسیون‌ها برای سنتز نانوذرات مختلف فلزی[35] و ساختار های هسته پوسته‌ی سیلیکا نانوذرات مغتاطیسی [36] و سایر نانوذرات مورد استفاده قرار گرفته اند. از طریق فرایند های مینی و میکروامولسیون، نانوذرات سیلیکا خالص و یا آلایش شده با رنگ های فلورسانس تهیه می‌شود. شکل زیر به صورت شمایی مراحل تشکیل این نانوذرات را نشان می دهد[37] .

filereader.php?p1=main_34ba8b205cf5c9806

شکل5 - شمایی از نحوه تولید نانوذرات سیلیکای آلاییده شده با رنگ از طریق فرایند مینی امولسیون: با اضافه شدن سورفاکتانت به ترکیب مخلوط نشدنی روغن و آب، قطرات آب ایجاد شده در سیستم میکرو امولسیون به عنوان نانوراکتورهایی جهت سنتز نانوذرات عمل میکنند.[37]

5- نانولوله‌های کربنی
لازم به ذکر است که برخی محققین از آنجایی‌که نانولوله‌های کربنی از تعداد بسیار زیادی اتم کربن تشکیل شده‌اند، آنها را نیز نوعی درشت‌مولکول آلی محسوب می‌کنند. قطر داخلی این نانولوله‌ها معمولا کوچک است و در حد چند آنگستروم می‌باشد. از این فضا می‌توان به عنوان نانوراکتور جهت تولید نانوسیم[38] و نانوذرات [39] استفاده کرد. قسمت بیرونی نانولوله‌های کربنی را می توان با گروه های باردار عامل‌دار کرد [40]. با توجه به ویژگیهای خاص کربن، اتم‌های کربن می‌توانند اشکال و ساختارهای متفاوتی را با اندازه‌های مختلفی به خود بگیرند. از جمله این موارد می‌توان نانولوله‌های تک دیواره و چند دیواره را نام برد که هر کدام ویژگی و ریخت‌شناسی خاصی را به نانوراکتورهای بر پایه کربن نانولوله القاء می‌کنند [20]. همچنین می‌توانند نانوراکتور‌های لوله‌ای یک لایه و چند لایه را ایجاد کنند. بعضی از این نانوراکتورها حاوی اکسید فلزات و یا لانتانید‌ها هستند[41].

6- ساختار های جامد متخلخل
از مثال های واضح این گروه ساختارهای متخلخل سیلیکات و زئولیت را می‌توان نام برد. فضای خالی داخل این ذرات می‌تواند از چند آنگستروم تا چند نانومتر باشد. از حفرات داخل آنها می توان به عنوان نانوراکتور به منظورهای متفاوت استفاده کرد.[42-46] این ساختار ها برای تولید نانوذرات[42]، به عنوان سطحی برای قرار‌گرفتن آنزیم[47] و سایر کاربرد ها مورد استفاده‌اند. ساختار حفرات آن‌ها را می توان با اضافه کردن مولکول‌هایی از قبیل سیکلودکسترین دستکاری کرد [48]. لازم به ذکر است که واکنش رخ داده در داخل حفرات این ساختار‌ها نیز مانند سایر نانوراکتورها متفاوت از واکنش رخ داده در محیط اطراف (حلال توده ای) است[49]
جهت مطالعه بیشتر در این زمینه می‌توانید به مقالات مربوط به نانوذرات متخلخل مراجعه نمایید. 

7- نانوراکتور های آنزیمی
در شکل6 نمایی شماتیک از روش سنتز یک زیست‌راکتور آنزیمی نشان داده شده است. در ابتدا غشائ پلی کربناتی بر روی یک لایه نازک طلا کند و پاش (Sputtering) میشود.(A) فیلم طلا به عنوان یک الکترود برای بسپارش الکتریکی یک فیلم پلی پیرول (PolyPyrrole) مورد استفاده قرار میگیرد. مقداری پلی پیرول در داخل حفره به صورت یک پلاک رسوب داده می‌شود. (B) در ادامه پلی پیرول اضافه شده با پلیمریزاسیون شیمیایی دیواره های حفره را می پوشاند. (C) ضخامت لایه پلی پیرول از طریق کنترل شرایط واکنش تعیین می شود. ضخامت فاکتور بسیار مهمی است و تعیین کننده ی میزان نفوذ پذیری سیستم می باشد. در ادامه با شستشوی مواد واکنش نداده آنزیم در داخل سیستم بارگذاری میشود. (D) سپس روی سیستم با یک چنبره از جنس اپوکسی (torrsel) پوشانده می‌شود (E) و کل سیستم در داخل حلال دیکلرومتان به منظور حل کردن غشاء مابین آرایه های نانوراکتور قرار داده می‌شود. زمان لازم برای اتصال قوی سیستم به پوشش اپوکسی داده می‌شود. 

filereader.php?p1=main_b9741aeea7ad90899

شکل6 - شمایی از نحوی سنتز نانوراکتور های آنزیمی

با استفاده از این روش گلوکز اکسیداز، کاتالاز، الکل‌دهیدروژناز و چند آنزیم دیگر با موفقیت کپسوله شده‌اند. لازم به ذکر است که حلال توانایی عبور از پوشش پلیمری را دارد ولی آنزیم به علت بزرگی اندازه در داخل نانوراکتور باقی می ماند.[20]

8- مشخصه یابی نانوراکتورها
روش‌های مشخصه‌یابی بسته به این دارد که نانوراکتور جزیی از یک سامانه بزرگ‌تر است و یا یک ساختار مجزا است متفاوت است. بعضی از روش‌ها بیشتر بررسی سایز و شکل حفره‌ی نانوراکتور‌ها و دیواره‌ی تشکیل دهنده‌ی آنها را مد نظر قرار می‌دهند. برای نانوذرات محلول می‌توان اندازه‌ی آنها را از آنالیز DLS و روشهای میکروسکوپی مناسب از جمله TEM،AFM ، SEM بدست آورد. البته TEM به علت توانایی نشان دادن فضای حفره و دیواره نانوراکتورها بیشتر مورد توجه است. نفوذ پذیری را می توان با قرار دادن یک مولکول نشانگر (Probe) درون فضای نانوراکتور و مشاهده‌ی پاسخ مولکول و مولکول‌های مناطق اطراف از طریق روش‌های طیف‌سنجی اندازه‌گیری کرد. برای نانوراکتور‌های موجود در داخل فضای جامد ماکروسکوپی بزرگتر، روش‌های میکروسکوپی بسیار مورد توجه‌اند. با استفاده از میکروتوم قطعات نازک از نمونه تهیه شده و با میکروسکوپ‌های الکترونی بررسی می‌شود. بررسی XRD نیز اطلاعات مفیدی از اندازه و چگونگی پراکندگی نانوراکتورها در این ساختارها را می‌دهد [49].

filereader.php?p1=main_9c0a284b3f3d78595

شکل 7 - نمونه تصویر TEM ساختار های جامد متخلخل[44]

9- نتیجه‌گیری
از بسیاری ساختارهای زیستی و شیمیایی (سنتزی) می‌توان در نقش نانوراکتورها استفاده کرد. پیوند در میان اجزای این ساختارها کوالانسی یا غیر کوالانسی است. مینی امولسیون‌ها، میسل‌ها، اندامک‌های سلولی، پلیمرزوم، لیپوزوم، وزیکول، هیدروژل، درخت‌سان، زئولیت و نانولوله کربنی نمونه‌ای از نانورآکتورها هستند. هریک از موارد ذکر شده خصوصیات خاص خود را دارند و می توانند به عنوان قالب یا محیط سنتز در تهیه نانومواد نیز به‌کار برده شوند. 


ادامه مطلب
تبلیغات

<
علمی
علمی
علمی