فناوری نانو- ارزشیابی عملکرد ضدمیکروبی منسوجات حاوی نانومواد ساخته شده
Dr. Kakanj- antibacterail- final publication draft 1401-10-08
شماره:
final publication draft 1401-10-08
سال انتشار:
1401
استفاده از فناوری نانو در صنعت نساجی عملکردهای جدیدی مانند فعالیت ضد میکروبی، مقاومت در برابر لک شدگی پرتو فرابنفش چروک شدن تأخیر در کندسوز کنندگی، افزایش استحکام مکانیکی نسبت به منسوجات معمولی بدون از دست دادن قابل توجه یا تغییر خواص اولیه ارائه کرده است. براساس وبگاه پایگاه دادههای نانویی، در حال حاضر بیش از ۴۰۰ نوع منسوج حاوی نانومواد ساخته شده (TCMNMs) وجود دارد که آنها را درمیان سایر محصولات نانو به دومین بازار بزرگ تبدیل میکند.
رشد سریع و مستمر TCMNMS نیاز به تدوین استانداردهای بینالمللی خاص برای نانومواد ساخته شده در زمینه دستورالعملهای فرایندهای آزمون و منسوجات را ایجاد میکند. این یک نیاز دوطرفه (MNMs) صنعت و مصرفکننده است.
TCMNMs را میتوان براساس نحوه ادغام تاتو مواد در منسوجات به سه گروه شامل منسوجات نانوتکمیل نانوچندسازه و تانولیفی طبقهبندی کرد .
الف- منسوجات نانوتکمیل منسوجاتی هستند که پس از تولید منسوج، از طریق فرایندها، عملیات پوششهای پسا تولید خاصیت کاربردی در مقیاس نانو به آنها اضافه میشود، تا سطوح دارای نانو ساختار بر روی بسترهای الیاف ایجاد شود بیشتر نانومنسوجات موجود در بازار مصرف در این گروه قرار دارند. منسوجات نانوچندسازه منسوجاتی هستند که از الیافی حاوی یک یا چند جزء نانوساختاری یا نانومقیاس بوده و از طریق گنجاندن خواص نانومقیاس به اجزای لیفی پیش از ساخت تولید میشوند. منسوجات نانولیفی منسوجات متشکل از نانوالیافی هستند که سطح مقطعی در مقیاس نانو دارند و ممکن است طولی در مقیاس نانو داشته یا نداشته باشند.
برای افزایش خواص ضدمیکروبی الیاف منسوج طبیعی و مصنوعی را میتوان با نانومواد و موادشیمیایی مختلف عملآوری کرد فعالیتهای ضدمیکروبی TCMNMS شامل فعالیتهایی بر ضد باکتریها، قارچها ویروسها و سایر میکرواورگانیسمها ریز اندامگانها است. همچنین فعالیتهای ضد میکروبی با کاهش فعالیت میکروبی میتواند منجر به ایجاد خاصیت ضدبو نیز شود برای TCMNMs ضدمیکروبی، به طور معمول از فلزات مختلف، به طور عمده نقره و مس و اکسیدهای فلزی مانند اکسید مس (CuO)، دی اکسید تیتانیم (TiO2) و اکسید روی (ZnO) استفاده میشود.
مشخصههای متعددی از MNMS از جمله اندازه، شکل مساحت سطح ترکیببندی شیمیایی، شیمی سطح و بار سطحی تأثیرات زیادی بر عملکرد ضدمیکروبی آنها دارد. اندازه و شکل MNMs به دلیل ارتباط آنها با مساحت سطح تأثیرات مهمی بر خاصیت ضدمیکروبی آنها دارد به طور کلی خواص ضدمیکروبی نانوذرات وابسته به اندازه است ذرات کوچکتر با نسبت مساحت سطح به حجم بالاتر تماس بیشتری با سلولهای باکتری یا قارچی یا هر دو دارند که موجب افزایش اثر بخشی باکتریکشی یا قارچکشی یا هر دو میشود. بنابراین وقتی MNMS حتی در غلظتهای پایین به منسوجات افزوده میشود، فعالیت ضدمیکروبی قابل توجهی در مقایسه با همتایان خود در مقیاس میکرو و ماکرو نشان میدهند. شكل MNMs به طور قابل ملاحظهای بر سرعت برهم کنش و دریافت ذرات از طریق سلولهای میکروبی تأثیر میگذارد. به عنوان مثال نانوذرات کروی شکل طلا دریافت سلولی بالاتری نسبت به ذرات نانومیله نشان دادند. بار سطحی MNMs از دیگر مشخصههای مهمی است که میتواند با روش پتانسیل زتا اندازهگیری شود. اثر ضدمیکروبی MNMs با برهم کنش الکترواستاتیک (الکتروایستا) بین MNMS دارای بار مثبت و غشاهای سلول میکروبی دارای بار منفی ایجاد میشود که سرانجام منجر به آسیب سلولی و مهار رشد و تکثیر آنها میشود. شیمی سطح MNMS اثر مهمی بر فعالیت ضدمیکروبی آنها دارد وجود گروههای عاملی، عوامل درپوشگذاری یا مولکولهای زیستی روی سطح نانومواد نیز تأثیر بالقوهای بر فعالیتهای ضدباکتریایی آنها دارد. عاملدار کردن سطح نانوذرات ضد میکروبی مانند نانوذرات نقره با مولکولهای زیستی فعال، فعالیت ضدباکتریایی بیشتری در مقایسه با نمونههای بدون عامل نمایش دادند. ارتباط متقابل ذکر شده در بالا اثر مهم مشخصههای فیزیکوشیمیایی عملکرد ضدمیکروبی TCMNMs را برجسته میکند.
در حال حاضر، انواع محصولات TCMNMS با خاصیت ضدمیکروبی مانند لباس زیر، پیراهن، جوراب و ملحفه روپوش در بازار وجود دارد سازوکار عمل ضدمیکروبی نانومواد میتواند به طور معمول به صورت یکی از سه مدل شرح داده شود القای تنش اکسایشی رهایش یون فلزی یا سازوکارهای غیراکسایشی که همچنین میتوانند به طور همزمان رخ دهند.
فعالیت ضد میکروبی TCMNMs میتواند پس از چندین بار شستشو و مواجهه با عرق بدن به دلیل رهایش احتمالی نانومواد گنجانده شده و همچنین اثر شیمیایی عرق و محلول لباسشویی بر نانوترکیبات به میزان قابل ملاحظهای کاهش یابد در زمان تدوین این استاندارد، هیچ استاندارد ISO مخصوص محصولات TCMNM وجود ندارد اما استاندارد ملی ایران شماره ۲۱۱۹۵ سال ۱۳۹۹ در این زمینه موجود است. بنابراین، تدوین یک استاندارد برای تعیین عملکرد ضدمیکروبی TCMNMS تحت فرایند شستشو و تعریق بدن میتواند تجارت و رشد بازار را تسهیل کند شایان ذکر است که تاکنون استانداردهای ISO منتشر شده مربوط به ارزیابی خواص ضدمیکروبی منسوجات معمولی هستند. علاوه براین یک استاندارد انجمن آمریکایی برای مواد و آزمونها (ASTM) برای تشخیص و مشخصهیابی نانومواد نقره در منسوجات وجود دارد.
با این حال این استانداردها به رهایش بالقوه نانو مواد نانوساختاریافته از TCMNNs پس از شستشو یا تعریق و پیامد احتمالی آنها بر فعالیت ضدمیکروبی این منسوجات اشاره نمیکنند.
این استاندارد به ایمنی نانو و تأثیر زیست محیطی ناشی از رهایش نانومواد از TCMNMs در هوا، آب و محل دفن زباله نمیپردازد. دادههای مربوط به رهایش نانو مواد از پارچهها در شرایط مختلفی مانند تعریق تنشهای مکانیکی سایش مکرر در طی فرایند شستشو در ماشین لباسشویی بهعنوان اطلاعات اساسی برای درک رهایش بالقوه در محیط در نظر گرفته میشوند.
عرق مصنوعی محلول مناسبی برای استفاده به عنوان مادهای شبیه عرق پوست انسان است که به منظور تعیین مقدار رهایش نانو مواد از TCMNMs به بدن انسان به کار میرود در بسیاری از کاربردهای TCMNMs مانند لباسهای انسان، امکان تماس پوستی و برهم کنش با نانو مواد گنجانده شده بسیار زیاد است. در چنین شرایطی برهم کنش ایجاد شده و رهایش نانو ماده همچنین میتواند بر عملکرد ضدباکتریایی TCMNMs تأثیر بگذارد.
با در نظر گرفتن اثرات فرایند شستشو و عرق انسان بر رهایش نانومواد از TCMNMs و همچنین TCMNMS که تحت فرایند شستشو و مواجهه با محلول عرق مصنوعی بدن انسان قرار گرفتهاند، در این استاندارد روشهای اندازهگیری نانومواد رها شده از TCMNMs عملکرد ضد باکتریایی و روش ارزیابی TCMNMs شرح داده شده است.
هدف از تدوین این استاندارد
هدف از تدوین این استاندارد تعیین روش ارزیابی عملکرد ضدمیکروبی منسوجات حاوی نانومواد ساخته شده فلزات اکسیدهای فلزی TCMNM است. منسوجات موجود در این استاندارد شامل پارچه، نخ و الیافی است که در آنها از نانومواد ساخته شده در طی فرایند تولید یا تکمیل استفاده میشوند. همچنین این استاندارد پروتکلهایی را برای تعیین مقدار نانومواد رها شده از منسوجات پس از شستشو و/یا مواجهه با عرق مصنوعی بدن انسان را مشخص میکند.
شماره استاندارد ملی ایران:
final publication draft 1401-10-08
سال انتشار:
1401
فناوری نانو- ارزشیابی عملکرد ضدمیکروبی منسوجات حاوی نانومواد ساخته شده
Dr. Kakanj- antibacterail- final publication draft 1401-10-08
استفاده از فناوری نانو در صنعت نساجی عملکردهای جدیدی مانند فعالیت ضد میکروبی، مقاومت در برابر لک شدگی پرتو فرابنفش چروک شدن تأخیر در کندسوز کنندگی، افزایش استحکام مکانیکی نسبت به منسوجات معمولی بدون از دست دادن قابل توجه یا تغییر خواص اولیه ارائه کرده است. براساس وبگاه پایگاه دادههای نانویی، در حال حاضر بیش از ۴۰۰ نوع منسوج حاوی نانومواد ساخته شده (TCMNMs) وجود دارد که آنها را درمیان سایر محصولات نانو به دومین بازار بزرگ تبدیل میکند.
رشد سریع و مستمر TCMNMS نیاز به تدوین استانداردهای بینالمللی خاص برای نانومواد ساخته شده در زمینه دستورالعملهای فرایندهای آزمون و منسوجات را ایجاد میکند. این یک نیاز دوطرفه (MNMs) صنعت و مصرفکننده است.
TCMNMs را میتوان براساس نحوه ادغام تاتو مواد در منسوجات به سه گروه شامل منسوجات نانوتکمیل نانوچندسازه و تانولیفی طبقهبندی کرد .
الف- منسوجات نانوتکمیل منسوجاتی هستند که پس از تولید منسوج، از طریق فرایندها، عملیات پوششهای پسا تولید خاصیت کاربردی در مقیاس نانو به آنها اضافه میشود، تا سطوح دارای نانو ساختار بر روی بسترهای الیاف ایجاد شود بیشتر نانومنسوجات موجود در بازار مصرف در این گروه قرار دارند. منسوجات نانوچندسازه منسوجاتی هستند که از الیافی حاوی یک یا چند جزء نانوساختاری یا نانومقیاس بوده و از طریق گنجاندن خواص نانومقیاس به اجزای لیفی پیش از ساخت تولید میشوند. منسوجات نانولیفی منسوجات متشکل از نانوالیافی هستند که سطح مقطعی در مقیاس نانو دارند و ممکن است طولی در مقیاس نانو داشته یا نداشته باشند.
برای افزایش خواص ضدمیکروبی الیاف منسوج طبیعی و مصنوعی را میتوان با نانومواد و موادشیمیایی مختلف عملآوری کرد فعالیتهای ضدمیکروبی TCMNMS شامل فعالیتهایی بر ضد باکتریها، قارچها ویروسها و سایر میکرواورگانیسمها ریز اندامگانها است. همچنین فعالیتهای ضد میکروبی با کاهش فعالیت میکروبی میتواند منجر به ایجاد خاصیت ضدبو نیز شود برای TCMNMs ضدمیکروبی، به طور معمول از فلزات مختلف، به طور عمده نقره و مس و اکسیدهای فلزی مانند اکسید مس (CuO)، دی اکسید تیتانیم (TiO2) و اکسید روی (ZnO) استفاده میشود.
مشخصههای متعددی از MNMS از جمله اندازه، شکل مساحت سطح ترکیببندی شیمیایی، شیمی سطح و بار سطحی تأثیرات زیادی بر عملکرد ضدمیکروبی آنها دارد. اندازه و شکل MNMs به دلیل ارتباط آنها با مساحت سطح تأثیرات مهمی بر خاصیت ضدمیکروبی آنها دارد به طور کلی خواص ضدمیکروبی نانوذرات وابسته به اندازه است ذرات کوچکتر با نسبت مساحت سطح به حجم بالاتر تماس بیشتری با سلولهای باکتری یا قارچی یا هر دو دارند که موجب افزایش اثر بخشی باکتریکشی یا قارچکشی یا هر دو میشود. بنابراین وقتی MNMS حتی در غلظتهای پایین به منسوجات افزوده میشود، فعالیت ضدمیکروبی قابل توجهی در مقایسه با همتایان خود در مقیاس میکرو و ماکرو نشان میدهند. شكل MNMs به طور قابل ملاحظهای بر سرعت برهم کنش و دریافت ذرات از طریق سلولهای میکروبی تأثیر میگذارد. به عنوان مثال نانوذرات کروی شکل طلا دریافت سلولی بالاتری نسبت به ذرات نانومیله نشان دادند. بار سطحی MNMs از دیگر مشخصههای مهمی است که میتواند با روش پتانسیل زتا اندازهگیری شود. اثر ضدمیکروبی MNMs با برهم کنش الکترواستاتیک (الکتروایستا) بین MNMS دارای بار مثبت و غشاهای سلول میکروبی دارای بار منفی ایجاد میشود که سرانجام منجر به آسیب سلولی و مهار رشد و تکثیر آنها میشود. شیمی سطح MNMS اثر مهمی بر فعالیت ضدمیکروبی آنها دارد وجود گروههای عاملی، عوامل درپوشگذاری یا مولکولهای زیستی روی سطح نانومواد نیز تأثیر بالقوهای بر فعالیتهای ضدباکتریایی آنها دارد. عاملدار کردن سطح نانوذرات ضد میکروبی مانند نانوذرات نقره با مولکولهای زیستی فعال، فعالیت ضدباکتریایی بیشتری در مقایسه با نمونههای بدون عامل نمایش دادند. ارتباط متقابل ذکر شده در بالا اثر مهم مشخصههای فیزیکوشیمیایی عملکرد ضدمیکروبی TCMNMs را برجسته میکند.
در حال حاضر، انواع محصولات TCMNMS با خاصیت ضدمیکروبی مانند لباس زیر، پیراهن، جوراب و ملحفه روپوش در بازار وجود دارد سازوکار عمل ضدمیکروبی نانومواد میتواند به طور معمول به صورت یکی از سه مدل شرح داده شود القای تنش اکسایشی رهایش یون فلزی یا سازوکارهای غیراکسایشی که همچنین میتوانند به طور همزمان رخ دهند.
فعالیت ضد میکروبی TCMNMs میتواند پس از چندین بار شستشو و مواجهه با عرق بدن به دلیل رهایش احتمالی نانومواد گنجانده شده و همچنین اثر شیمیایی عرق و محلول لباسشویی بر نانوترکیبات به میزان قابل ملاحظهای کاهش یابد در زمان تدوین این استاندارد، هیچ استاندارد ISO مخصوص محصولات TCMNM وجود ندارد اما استاندارد ملی ایران شماره ۲۱۱۹۵ سال ۱۳۹۹ در این زمینه موجود است. بنابراین، تدوین یک استاندارد برای تعیین عملکرد ضدمیکروبی TCMNMS تحت فرایند شستشو و تعریق بدن میتواند تجارت و رشد بازار را تسهیل کند شایان ذکر است که تاکنون استانداردهای ISO منتشر شده مربوط به ارزیابی خواص ضدمیکروبی منسوجات معمولی هستند. علاوه براین یک استاندارد انجمن آمریکایی برای مواد و آزمونها (ASTM) برای تشخیص و مشخصهیابی نانومواد نقره در منسوجات وجود دارد.
با این حال این استانداردها به رهایش بالقوه نانو مواد نانوساختاریافته از TCMNNs پس از شستشو یا تعریق و پیامد احتمالی آنها بر فعالیت ضدمیکروبی این منسوجات اشاره نمیکنند.
این استاندارد به ایمنی نانو و تأثیر زیست محیطی ناشی از رهایش نانومواد از TCMNMs در هوا، آب و محل دفن زباله نمیپردازد. دادههای مربوط به رهایش نانو مواد از پارچهها در شرایط مختلفی مانند تعریق تنشهای مکانیکی سایش مکرر در طی فرایند شستشو در ماشین لباسشویی بهعنوان اطلاعات اساسی برای درک رهایش بالقوه در محیط در نظر گرفته میشوند.
عرق مصنوعی محلول مناسبی برای استفاده به عنوان مادهای شبیه عرق پوست انسان است که به منظور تعیین مقدار رهایش نانو مواد از TCMNMs به بدن انسان به کار میرود در بسیاری از کاربردهای TCMNMs مانند لباسهای انسان، امکان تماس پوستی و برهم کنش با نانو مواد گنجانده شده بسیار زیاد است. در چنین شرایطی برهم کنش ایجاد شده و رهایش نانو ماده همچنین میتواند بر عملکرد ضدباکتریایی TCMNMs تأثیر بگذارد.
با در نظر گرفتن اثرات فرایند شستشو و عرق انسان بر رهایش نانومواد از TCMNMs و همچنین TCMNMS که تحت فرایند شستشو و مواجهه با محلول عرق مصنوعی بدن انسان قرار گرفتهاند، در این استاندارد روشهای اندازهگیری نانومواد رها شده از TCMNMs عملکرد ضد باکتریایی و روش ارزیابی TCMNMs شرح داده شده است.
هدف از تدوین این استاندارد
هدف از تدوین این استاندارد تعیین روش ارزیابی عملکرد ضدمیکروبی منسوجات حاوی نانومواد ساخته شده فلزات اکسیدهای فلزی TCMNM است. منسوجات موجود در این استاندارد شامل پارچه، نخ و الیافی است که در آنها از نانومواد ساخته شده در طی فرایند تولید یا تکمیل استفاده میشوند. همچنین این استاندارد پروتکلهایی را برای تعیین مقدار نانومواد رها شده از منسوجات پس از شستشو و/یا مواجهه با عرق مصنوعی بدن انسان را مشخص میکند.