نانوپليمرها؛ معرفي و کاربرد
[h=2]1. مقدمه
خواص مواد پليمري به شدت وابسته به اندازه و مورفولوژي آنهاست. تفاوت رفتار پليمرهاي آلي در مقياس نانومتر نسبت به نمونه هاي توده و مشخصه هاي طيفي اين مواد، گواه اين مدعاست. همچنين وابستگي طيف هاي UV و IR به اندزه ذرات، به دفعات مشاهده شده است. با توجه به وابستگي ذاتي خواص مکانيکي و ترموفيزيکي (خواص فيزيکي وابسته به دما نظير: کشش، سختي و...) پليمرها به ابعادشان، قابليت تهيه و کنترل مواد پليمري در مقياس نانومتر براي بهبود خواص و گسترش کاربردشان در طيف وسيعي از صنايع از رهايش دارو در پزشکي تا صنايع الکترونيکي شامل: سلولهاي فتوولتائيک، باتريهاي پلاستيکي و ديودهاي نشر نور حائز اهميت است. به همين دليل، روش هاي مختلفي پليمريزاسيون اعم از شيميايي و الکتروشيميايي همگي مترصدند تا ساختارهاي نانوذره، نانو و ميکرولوله و نانوالياف را از پليمرها تهيه نمايند.
اندازه کوچک‌ترين بعد يک نانوساختار پليمري مي‌بايست در محدوده 1 تا 100 نانومتر قرار گيرد و اين در صورتي است که اندازه مارپيچ يک زنجير پليمري در محلولي رقيق، در اين محدوده قرار دارد. هرچند که اين مارپيچ‌ها از نظر ساختاري چندان پايدار نبوده و با زمان محتمل تغييرات مي‌شوند.
از جمله پليمرهايي که در بحث نانومواد جايگاه ويژه‌اي دارند، پليمرهاي رسانا مي‌باشند. پليمرهاي رسانا که در طول سه دهه اخير توجه زيادي را به خود معطوف داشته‌اند، به سبب تغيير در خواص نوري و الکتريکي‌شان در ابعاد نانومتر، محتمل‌ترين سيستم‌ها براي کاربردهاي نانوالکترونيک مي‌باشند. خانواده پلي‌آنيلين نمونه‌اي از اين پليمرهاست. نظر به اين‌که پلي‌آنيلين مي‌تواند مورفولوژي‌هاي تک‌بعدي نظير نانولوله، نانوسيم، نانوذرات کلوئيدي و نانوالياف را توليد نمايد؛ تحقيقات زيادي متوجه آن است.
[h=2]2. کاربردهاي نانوپليمرها
1-2) روکش دارو
يکي از طبقه‌هاي بزرگ سيستم رهايش دارو، موادي هستند که جهت محافظت دارو به هنگام انتقال در بدن به صورت روکش، دارو را دربرمي‌گيرند. اين مواد عبارتند از: ليپوزوم و پليمرها که در ابعاد ميکرو به کار مي‌روند.
هنگامي که مواد روکش به صورت نانوذرات ساخته شوند، داراي سطحي بزرگ‌تر با همان حجم، اندازه منافذ ريزتر، حلاليت بهتر و خواص ساختاري متفاوت خواهند بود. اين عوامل سبب نفوذ و تخريب بهتر غلاف خواهد شد.
اخيراً دانشمندان در حال بررسي ساخت سيستم‌هاي رهايش دارو بر اساس نانوذارت مي‌باشند. به طور مثال آن‌ها در درمان تومورهاي مغزي؛ از نانوذرات استفاده کرده‌اند. داروي ضدتومور به ذرات يک نانوپليمر به نام بوتيل‌سيانو (PBCA) مي‌چسبد و با پلي‌سوربات 80 روکش مي‌شود.
2-2) حامل‌هاي دارو
طبقه ديگري از سيستم‌هاي رهايش دارو که فناوري نانو راه‌کارهاي جالبي در آن ارائه داده است؛ نانوموادي هستند که دارو را به محل مورد نظر در بدن هدايت مي‌کنند.
يکي از نانوموادي که مورد توجه مي‌باشد؛ درخت‌سان است. درخت‌سان يک مولکول پليمري با شاخه‌هاي جانبي مي‌باشد که اولين بار توسط دون توماليا (Don tomalia) کشف شد. محققان از اين ماده جهت رسيدن به مواد ژنتيکي يا از بين بردن تومور درون سلول‌ها بدون نياز به پاسخ سريع، استفاده مي‌کنند. اين ويژگي به دليل اندازه کوچک درخت‌سان‌ها و ساختار شاخه‌اي آنهاست.
3-2) مواد قابل کاشت در بدن
يکي از کاربردهاي نانوپليمرها، تهيه مواد زيست‌سازگار جهت ترميم و جاي‌گذاري بافت‌هاي انساني مي‌باشد. به طور مثال؛ نانوپليمرهايي مانند پلي‌وينيل‌الکل (PVA) را مي‌توان جهت روکش دستگاهايي که در بدن کاشته مي‌شوند در تماس با خون هستند؛ مانند قلب مصنوعي و رگ‌ها به کار برد تا از تشکيل لخته جلوگيري کند يا لخته‌هاي تشکيل شده را پراکنده کند.
همچنين، اکنون سلولهاي اپيتلياي قرنيه به صورت دانه‌هايي درون ساختار هيدروژني PVA در دست بررسي هستند. اين ماده پليمري مي‌تواند بيش از 20? وزن خود، آب جذب کند، در حالي که ساختار سه‌بعدي خود را نيز حفظ کند.
4-2) ديوارهاي ضد زلزله
مؤسسه Leeds Nano Manufacturing، در حال ساخت ديوارهاي مخصوصي براي منازل است که داراي نانوذرات پليمري مي‌باشد. اين ذرات تحت فشار به مايع تبديل شده و درون ترک‌هاي ديوار جريان يافته و به ماده‌اي سخت تبديل مي‌شود.
در صورت موفقيت‌آميز بودن اين آزمايش، در مناطق زلزله‌خيز جهان خانه‌هايي مقاوم در برابر لرزش ساخته خواهد شد. اين ديوارها از جهت ديگري نيز ممتاز هستند؛ آن‌ها داراي حسگرهاي بي‌سيم و فاقد باتري و برچسب‌هاي شناسايي فرکانس راديويي هستند که اطلاعات وسيعي از قبيل هرگونه فشار و لرزش، حرارت، رطوبت و سطح گاز را در طول زمان در اختيار ما قرار مي‌دهند.
نويسنده:مريم ملک دار
خواص مواد پليمري به شدت وابسته به اندازه و مورفولوژي آنهاست. تفاوت رفتار پليمرهاي آلي در مقياس نانومتر نسبت به نمونه هاي توده و مشخصه هاي طيفي اين مواد، گواه اين مدعاست. همچنين وابستگي طيف هاي UV و IR به اندزه ذرات، به دفعات مشاهده شده است. با توجه به وابستگي ذاتي خواص مکانيکي و ترموفيزيکي (خواص فيزيکي وابسته به دما نظير: کشش، سختي و...) پليمرها به ابعادشان، قابليت تهيه و کنترل مواد پليمري در مقياس نانومتر براي بهبود خواص و گسترش کاربردشان در طيف وسيعي از صنايع از رهايش دارو در پزشکي تا صنايع الکترونيکي شامل: سلولهاي فتوولتائيک، باتريهاي پلاستيکي و ديودهاي نشر نور حائز اهميت است. به همين دليل، روش هاي مختلفي پليمريزاسيون اعم از شيميايي و الکتروشيميايي همگي مترصدند تا ساختارهاي نانوذره، نانو و ميکرولوله و نانوالياف را از پليمرها تهيه نمايند.
اندازه کوچک‌ترين بعد يک نانوساختار پليمري مي‌بايست در محدوده 1 تا 100 نانومتر قرار گيرد و اين در صورتي است که اندازه مارپيچ يک زنجير پليمري در محلولي رقيق، در اين محدوده قرار دارد. هرچند که اين مارپيچ‌ها از نظر ساختاري چندان پايدار نبوده و با زمان محتمل تغييرات مي‌شوند.
از جمله پليمرهايي که در بحث نانومواد جايگاه ويژه‌اي دارند، پليمرهاي رسانا مي‌باشند. پليمرهاي رسانا که در طول سه دهه اخير توجه زيادي را به خود معطوف داشته‌اند، به سبب تغيير در خواص نوري و الکتريکي‌شان در ابعاد نانومتر، محتمل‌ترين سيستم‌ها براي کاربردهاي نانوالکترونيک مي‌باشند. خانواده پلي‌آنيلين نمونه‌اي از اين پليمرهاست. نظر به اين‌که پلي‌آنيلين مي‌تواند مورفولوژي‌هاي تک‌بعدي نظير نانولوله، نانوسيم، نانوذرات کلوئيدي و نانوالياف را توليد نمايد؛ تحقيقات زيادي متوجه آن است.
[h=2]2. کاربردهاي نانوپليمرها
1-2) روکش دارو
يکي از طبقه‌هاي بزرگ سيستم رهايش دارو، موادي هستند که جهت محافظت دارو به هنگام انتقال در بدن به صورت روکش، دارو را دربرمي‌گيرند. اين مواد عبارتند از: ليپوزوم و پليمرها که در ابعاد ميکرو به کار مي‌روند.
هنگامي که مواد روکش به صورت نانوذرات ساخته شوند، داراي سطحي بزرگ‌تر با همان حجم، اندازه منافذ ريزتر، حلاليت بهتر و خواص ساختاري متفاوت خواهند بود. اين عوامل سبب نفوذ و تخريب بهتر غلاف خواهد شد.
اخيراً دانشمندان در حال بررسي ساخت سيستم‌هاي رهايش دارو بر اساس نانوذارت مي‌باشند. به طور مثال آن‌ها در درمان تومورهاي مغزي؛ از نانوذرات استفاده کرده‌اند. داروي ضدتومور به ذرات يک نانوپليمر به نام بوتيل‌سيانو (PBCA) مي‌چسبد و با پلي‌سوربات 80 روکش مي‌شود.
2-2) حامل‌هاي دارو
طبقه ديگري از سيستم‌هاي رهايش دارو که فناوري نانو راه‌کارهاي جالبي در آن ارائه داده است؛ نانوموادي هستند که دارو را به محل مورد نظر در بدن هدايت مي‌کنند.
يکي از نانوموادي که مورد توجه مي‌باشد؛ درخت‌سان است. درخت‌سان يک مولکول پليمري با شاخه‌هاي جانبي مي‌باشد که اولين بار توسط دون توماليا (Don tomalia) کشف شد. محققان از اين ماده جهت رسيدن به مواد ژنتيکي يا از بين بردن تومور درون سلول‌ها بدون نياز به پاسخ سريع، استفاده مي‌کنند. اين ويژگي به دليل اندازه کوچک درخت‌سان‌ها و ساختار شاخه‌اي آنهاست.
3-2) مواد قابل کاشت در بدن
يکي از کاربردهاي نانوپليمرها، تهيه مواد زيست‌سازگار جهت ترميم و جاي‌گذاري بافت‌هاي انساني مي‌باشد. به طور مثال؛ نانوپليمرهايي مانند پلي‌وينيل‌الکل (PVA) را مي‌توان جهت روکش دستگاهايي که در بدن کاشته مي‌شوند در تماس با خون هستند؛ مانند قلب مصنوعي و رگ‌ها به کار برد تا از تشکيل لخته جلوگيري کند يا لخته‌هاي تشکيل شده را پراکنده کند.
همچنين، اکنون سلولهاي اپيتلياي قرنيه به صورت دانه‌هايي درون ساختار هيدروژني PVA در دست بررسي هستند. اين ماده پليمري مي‌تواند بيش از 20? وزن خود، آب جذب کند، در حالي که ساختار سه‌بعدي خود را نيز حفظ کند.
4-2) ديوارهاي ضد زلزله
مؤسسه Leeds Nano Manufacturing، در حال ساخت ديوارهاي مخصوصي براي منازل است که داراي نانوذرات پليمري مي‌باشد. اين ذرات تحت فشار به مايع تبديل شده و درون ترک‌هاي ديوار جريان يافته و به ماده‌اي سخت تبديل مي‌شود.
در صورت موفقيت‌آميز بودن اين آزمايش، در مناطق زلزله‌خيز جهان خانه‌هايي مقاوم در برابر لرزش ساخته خواهد شد. اين ديوارها از جهت ديگري نيز ممتاز هستند؛ آن‌ها داراي حسگرهاي بي‌سيم و فاقد باتري و برچسب‌هاي شناسايي فرکانس راديويي هستند که اطلاعات وسيعي از قبيل هرگونه فشار و لرزش، حرارت، رطوبت و سطح گاز را در طول زمان در اختيار ما قرار مي‌دهند.
نويسنده:مريم ملک دار