آاربرد نانوآاتاليستها در تصفيه هيدروژني فرايندهاي

پالايش نفت

چكيده

در فناوری نانو خواص فيزيكي مواد نانوابعاد در حوزه اي

بين اثرات کوانتومي و خواص توده قرار مي گيرد . علوم و

فنون نانو محصول مطالعات دانشمندان در رشته هاي مختلف

بوده است ، آه با راه حل ها و روش هاي گوناگون و خلاقانه

به صورت مجموعهاي از فنون علمي آارامد درآمده است.

در اين نوشتار، ضمن بررسي فرايند تصفي ۀ هيدروژني ،

انواع آاتاليست هاي مورد استفاده در اين فرايند و تاثير

فناور ينانو برآا بررسي گرديده است.

مقدمه

پالايش نفت با تقطير جزء به جزء ن فت خام به گرو ه هاي

هيدروآربني شروع شده و خواص محصولات ، مستقيماً متناسب با

نحوه انجام فرآيند تبديل نفت ميباشد.

فرآيندها و عمليات پالايش نفت به پنج بخش اصلي تقسيم

م يشود :

الف) تفكيك (تقطير)

ب) فرآيندهاي تبديلي آه اندازه و ساختار مولكو لي

هيدروآرب نها را تغيير م يدهند اين فرآيندها شامل:

1) تجزيه (تقسيم)

2) همسا نسازي(ترآيب)

3) جايگزيني(نوآرائي) ميباشند.

ج) فرآيندهاي عم لآوري

د) فرآيندهاي تنظيم و اختلاط

فرايند تجزيه آه از زير شاخه هاي فرايندهاي تبديلي

محسوب مي شود، شامل هيدروآراآينگ، شكست آاتاليستي و شكست

گرمايي ميشود.

تصفيه هيدروژني/ هيدروتريتينگ آاتاليستي

هيدروتريتينگ آاتاليستي يك فرآيند هيدروژناسيون است

آه براي خارج آردن حدود 90 درصد مواد آلوده آننده

نيتروژني، سولفوري، اآسيژن دار و فلزات از برش هاي نفتي

مايع مورد استفاده قرار م ي گيرد. اين مواد آلاينده در

صورتيآه از سيالات نفتي جدا نشوند، مادامي آه از درون

لولههاي واحدهاي پالايش مي گذرند، مي توانند اثرات مخربي

روي تجهيزات، آاتاليست ها و آيفيت محصولات ايي داشته

باشند.

پيش از فرآيندهاي بازآرايي 􀐴 هيدروتريتينگ معمولا

انجام مي شود به نحوي آه (Catalytic Reforming) آاتاليستي

آاتاليستها با مواد اوليه تصفيه نشده ، تماس پيدا

نكنند.

هيدروتريتينگ را همچنين مي توان پيش از شكست آاتاليستي

انجام داد تا ميزان گوگرد آاسته شود و بازده محصولات

بهبود (Middle – distillate) بيشتر شود و برشهاي نفتي ميانتقطيري

يابند و به آروزون، سوخت ديزل و نفتن ها تبديل شوند . به

علاوه، هيدروترتينگ اولفين ها و آروماتيك ها را به انواع

اشباع شده تبديل ميآند.

فرآيندهاي گوگردزدايي با هيدروژناسيون آاتاليستي

هيدروتريتينگ/ تصفيه هيدروژني براي خارج آردن

سولفور، هيدرودي سولفوريزاسيون(گوگردزدايي با

هيدروژناسيون) خوانده مي شود. در يك واحد گوگردزدايي

با هيدروژناسيون آاتاليستي ابتدا هوا از ناخالصي هاي

اوليه خارج مي شود و با هيدروژن مخلوط مي شود و آنگاه در

يك آوره با دماي 600 تا 800 درجة فارايت پيش گرم مي -

شود. در راآتور، ترآيبات سولفور و نيتروژندار در مواد

مي شود . محصولات واآنش از NH و 3 H2S اوليه تبديل به

راآتور خارج شده و پس از سرد شدن تا دماي پايين به يك

جداساز گاز و مايع داخل مي شوند. گاز غني از هيدروژن از

جداساز فشار بالا براي مخلوط شدن با مواد اوليه

H2S بازگردانده مي شود و جريان گاز فشا ر پايين آه غني از

خارج H2S است به واحد تصفيه گاز فرستاده م ي شود تا

شود. سپس گاز تميز براي سوخت آوره هاي پالايشگاه مفيد

است. جريان مايع محصول هيدروتريتينگ / تصفيه هيدروژني

و ساير H2S به ستون استريپينگ براي جدايش 􀐽 است آه معمولا

محصولات نامطلوب فرستاده مي شود.

در مواردي آه بخار براي استريپينگ استفاده مي شود،

محصول به يك خشك آن خلاء فرستاده م ي شود تا آب از آن

خارج شود.

محصولات هيدرودي سولفوريزاسيون شده يا مخلوط مي شوند يا

به عنوان مواد اوليه بازآرايي آاتاليستي استفاده

م يشود.

ساير فرايندهاي هيدروتريتينگ/ تصفيه هيدروژني

فرآيندهاي هيدروتريتينگ / تصفيه هيدروژني بسته به

مواد اوليه حاضر و آاتاليس ت هاي به آاررفته متفاوت

هستند. ازهيدروتريتينگ/ تصفيه هيدروژني مي توان براي

ارتقاي مشخصات سوختن مواد تقطيرشده مانند آروزن استفاده

آرد. هيدروتريتمنت/ تصفيه هيدروژني برش آروزن مي تواند

آروماتيكها را به نفتن ها تبديل آند آه ترآيبات تميزتري

هستند.

هيدروتريتينگ/ تصفيه هيدروژني روغن هاي روان ساز، از

تصفية آاتاليستي نفت با هيدروژن جهت ارتقاي آيفيت

محصولات استفاده م يآند . اهداف هيدروترتيتينگ / تصفيه

هيدروژني معمولي روغن ها، شا مل اشباع اولفين ها و بهبود در

رنگ ، بو و طيف اسيدي روغن است.

هيدروتريتينگ/ تصفيه هيدروژني معمولي روغن ها مي -

توانند پس از فرآيند انحلال انجام شود . دماهايي آه در آن

زير 600 􀐴 اين فرايند هيدروتريتينگ انجام مي شود معمولا

800 می باشد . Psi پايين تر از 􀐴 درجة فارايت و فشار معمولا

هيدروتريتينگ روغن در دماهايي در بازه 600 تا 750 درجه

3000 انجام می شود و Psi فارايت و فشارهيدروژن پايين تر از

قابليت اشباع سازی حلقه هاي آروماتيكي به همراه خارج سازي

سولفور و نيتروژن وجود دارد تا اينكه خواص ويژه اي آه

در شرايط معمولي بدستنيامده است حاصل شود.

هيدروتريتينگ/ تصفيه هيدروژني همچنين ممكن است براي

پيشبرد آيفيت بنزين پروليز آه يك محصول جانبي از فرايند

، خروجي بنزين 􀐴 ساخت اتيلن است، استفاده شود . معمولا

پروليز يكي از ترآيبات بنزين موتور است (بواسطه عدد

اآتان بالا ). به هر جهت مقا دير آمي را مي توان بدون

تصفيه با بنزين موتور مخلوط نمود (بواسطة بو، رنگ و

امكان تشكيل صمغ اين مواد) .

آيفيت اين محصول بواسطه اينكه حاوي مواد دي الفيني

زيادي است و مي تواند به نحو راضي آنند هاي با

هيدروتريتينگ/ تصفيه هيدروژني بهبود يابد . چرا آه

تبديل دي الفينها به مونوالفين ها يك محصول قابل قبولي براي

مخلوط شدن با سوخت موتور بهوجود ميآورد.

شكل 1) نمايهاي از گوگردزدايي با هيدروژناسيون

کاربردهاي فناوري نانو در کراکينگ کاتاليستي

1) بيشتر از ترآيبات سولفيدي و اآسيدي موليبدن-

براي حذف (Mo-Ni) و موليبدن - نيكل (Mo-Co) آبالت

گوگرد استفاده مي شود. بررسي دقيق اين آاتاليست ها و

موارد مشابه مي تواند در چگونگي عملكرد آن به منظور

ساخت نانوآاتاليست هاي مربوطه آمك آند . در اين رابطه

ميتوان به پالايشگاههاي ژاپني و اروپايي اشاره آردآه

در حال سرمايه گذاري عظيم درتوسعة نانوآاتاليست هاي

جداآننده سولفور برپايه يكي از نتايج آشف محققين در

دانشگاه آرهاس در دانمارك هستند آه از نانوخوشه هاي

با نانوذرات آبالت و (MoS آوچك ديسولفيدموليبدن ( 2

نيكل به عنوان آاتاليست موثري براي هيدرودي-

نفت استفاده نمودهاند. (HDS) سولفوريزاسيون

Co-Mo-S از تکلايه نانوخوشههای STM شکل 2) تصوير

2) براي نيتروژنزدايي با هيدروژناسيون از

(W-Ni) نانوکاتاليستهای اآسيدهاي تنگستن-نيكل

استفاده شود.

بيشتر از کاتالسيت (TiO 3) فعاليت کاتاليستي تيتانيا ( 2

آاتاليست فلزي براي استفاده TiO آلوميناست اما پايه 2

اقتصادي در هيدروديسولفوراسيون يا فرايندهاي

مورد نظر سطح TiO هيدروتريتينگ مناسب نيست زيرا 2

ويژه کوچکي دارد . شايد به توان با رفع مشكل فوق از

اآسيدتيتانيوم در گوگردزدايي استفاده آرد.

بر روي پايه CoMo آقاي چوي و همكاران 1 روي آاتاليست

به روش اسپري پيروليزي Al2O3

1 Ki – Hyouk Choi

تحقيق بعمل آ وردند آه طي اين عمليات آره هايي با

0 ميكرومتر تشكيل يافته از ذرات ابتدايي در /5 – 1/ قطر 2

10 ميباشد، بهوجود ميآيد. نشان داده شد آه –20 nm ابعاد

اين مواد مي تواند جايگزين مناسبي براي آاتاليست هاي

باشد . ( HDS) تجاري فرآيند سولفورزدايي به آمك هيدروژن

روش ،TPR بوسيله 2 H2O و 2 CoMo واآن شهاي خفيف تر مابين

براي فعال آردن نقاط بيشتري در آاتاليست Roman طيفسنجي

استفاده شده است. فعال آردن سايتهاي آاتاليست براي

[ جبران آردن سطح ويژة آم آاست.[ 1

کوچوبي و همکاران 3 ساختار و فعاليت آاتاليست هاي

در واکنش گوگردزدايي هيدروژنی تيوفن با MoS2/Al2O3

آه با روش پوسته سازي 4 آماده - MoS2/Al2O آاتاليستهاي 3

سازي مي شوند را بررسي کرده اند . در طي اي ن عمل آوري

[ شديداً واپيچيده ميشود.[ 2 MOS ساختار 2

فعاليت آاتاليستي اين آاتاليست ها و آاتاليست هاي تجاري

براي گوگرد زدايي تيوفن با هم مقايسه شده اند. ثابت شد

در MoS آه ابعاد پشتهسازي 5 دي اآسيد موليبدن 2

A° آاتاليستهايي آه با روش پوسته سازي 6 ساخته مي شوند

20 مي A° 200 است در حالي آه در آاتاليست هاي مرسوم

باشد. اين ثابت مي آند آه هر چند تعداد ا تم هاي موليبدن

آماده MoS آه در لبه صفحه قرار دارند در هر گرم از 2

2- Temperature – Programmed Reduction

3 D. I. Kochubei, V. A

4 exfoliation

5 Stacking dimention

6 exfoliation

شده با پوسته سازي 10 برابر آوچكتر از آاتاليست هاي

استاندارد است، فعاليت اين آاتاليست ها به فعاليت

آاتاليستهاي استاندارد نزديك است.

با رعايت اين ملاحظه، به نظر مي رسد آه گوگردزدايي

آه داراي ساختار MoS2 هيدروژن تيوفن با صفحه بازال 7

بدون نقص در محيط واپيچيده موليبدن مي باشد انجام گيرد .

[2]

MoS شکل 3) خوشه مثلثی 2

در مطالعه اي ديگر روي آانون هاي فعال آات اليست هاي

سولفيد آبالت – موليبدن توسط کوگان و همکاران 8

مكانيسم گوگردزدايي تيوفن توسط آاتاليست هاي سولفيدي

براي تصفيه هيدروژني و همچنين اثر ترآيب آاتاليست و

خوراك روي عدد، توزيع و عملكرد سايت هاي فعال مورد

بررسي قرار گرفته آه اين امر با استفاده از ايزوتوپ -

7 basal plane

8 V. M. Kogan

در مطالعات راديوايزوتوپي به عنوان يك H و 3 S هاي 35

روش سيستماتيك آزمايشي و آشكارسازي، آاتاليستهاي

فرآيند تصفيه هيدروژني امكانپذير شده Co (Ni)Mo سولفيد

است. اين روش شامل ارزيابي آسر سطح فعال آه توسط

SH اشغال مي شود و نسبت بين غلظت گروه هاي SH گروههاي

سطح و سايتهاي غيراشباع شامل سايت هاي فعال خالي از

[ ميباشد. [ 3 SH گروههاي

شرايط عمومي براي شكل گيري و آارآردن مكان هاي فعال

[ بر پايه داده هاي بدست آمده فرموله شده است. [ 3

گروه تحقيقاتي اينو و همكاران 9 نانو کاتالي ست جديد ي از

اآسيدتيتانيم را براي گوگردزدايي با هيدروژناسيون

[ اختراع آردهاند. [ 4

در اين مطالعه، روش ساخت جديدی با استفاده از ژله -

به عنوان پايه کاتاليست بررسي شده است . TiO آردن 2

TiO افزايش فعاليت کاتاليستي مي تواند با خواص فيزيکي 2

را به عنوان مواد کاتاليستي TiO کنترل شود و در ادامه 2

در حوزه تصفيه نفت براي هيدرودي سولفوراسيون نفت گاز

[ بهآار بردهاند. [ 4

مراجع

[1] : Applied Catalysis A : General 260 (2004) 229 – 236

[2] Preparation and characterization of nano – sized CoMo/Al2O3 Catalyst for hydrodesulphurization

[3] : D. I. Kochubei, V. A. Rogov, V. P. Babenko, S. V. Bogdanov and V. I. Zaikovskii

[4] : Application of Solvent entraction for the separation of molybdenum from nano – crystalline

cobalt eleetrodeposition effluents Authors : Oliazadeh , M.; W4, R.T. ; Huang , J.H.;

Source : Proceedings of the TMS Fall Extraction and processing conference , Vol. 1 , 2003

9 Shinichi Inoue, Akihiro Muto, Yukitaka Wada, Takeo Ono

[5] : “New generation of titania catalyst prepared by the multi- gelation method for ultra-deep

hydrodesulphurization” , Shinichi Inoue, Akihiro Muto, Yukitaka Wada, Takeo Ono

+ نوشته شده در سه شنبه بیست و پنجم فروردین 1388ساعت 21:15 توسط الف-عباسی |

کمی بیشتر بدانید

کمی بیشتر بدانید:

نانو مواد يک بعدي موادي هستند که يک بعد از ابعادشان خارج از ابعاد نانومتري است (مانند نانوشاخها با طول و عرض نانومتري و درازاي بيش از نانومتر) و در اين بين تنها فولرين‌ها مي‌باشند که داراي ساختاري کروي هستند و تمام ابعادشان بين 1 تا 100 نانومتر است.

درخت‌سان‌ها در اوايل سالهاي 1980 توسط دونالد توماليا كشف شده و عليرغم موجوديت مستقل قبلي هم‌اكنون به زير چتر فناوري‌نانو وارد شده‌اند. هم‌اكنون بسياري از آنها هنوز به سادگي تحت عنوان شيمي پليمري يا شيمي ماکرومولکولي دسته‌بندي مي‌شوند (ماكرومولكول يعني مولكولي كه مثل پروتئين‌ها يا پليمرها بسيار بزرگ باشد) در آينده هم اكثر كارهاي مربوط به درخت‌سان‌ها بدون ذكر كلمه فناوري‌نانو انجام خواهند شد. با اين حال حتي اگر سنتز درخت‌سان‌ها تحت عنوان نانوفناوري‌ قرار نگيرد، برخي از مصارف آنها قطعاً اينچنين‌اند. ماكرومولكول‌هايي همچون درخت‌سان‌ها، نويدبخش بلوك‌هاي سازنده لازم براي خلق ساختارهاي ابرمولكولي پيچيده‌اي هستند، كه كاركردهاي طراحي شده خاصي را با خود دارند- آنها را مي‌توان به عنوان اجزاي نانومقياس همه كاره‌اي تصور كرد كه براي خلق ساختارها و حتي قطعات نانومقياس به كار مي‌روند. از نظر توانمندي‌هاي نوظهور و رو به رشد بشر در عرصه مهندس مولكولي، درخت سان‌ها مدرن‌ترين محصول‌ به حساب مي‌آيند.

تصويربرداري به وسيله ميكروسكوپ الكتروني عبوري در حالت‌هاي مختلف انجام مي‌شود كه مهمترين آنها عبارتند از: • تصويربرداري معمولي • تصويربرداري ميدان تاريك • تصويربرداري ميدان روشن در ميكروسكوپ‌هاي الكتروني عبوري وضوح بالا، علاوه بر حالت‌هاي فوق از مدهاي ديگري نيز براي تصويربرداري استفاده مي‌شود. در تصويربرداري معمولي به دليل اين كه تمام پرتوهاي عبوري براي ايجاد تصوير استفاده مي‌شود، نمي‌توان تصويري با وضوح بالا از نمونه تهيه كرد.

در تصويربرداري معمولي به دليل اين كه تمام پرتوهاي عبوري براي ايجاد تصوير استفاده مي‌شود، نمي‌توان تصويري با وضوح بالا از نمونه تهيه كرد. در حالت ميدان روشن (Bright-Field) تنها از پرتوهاي پراشيده نشده براي تهيه تصوير استفاده مي‌شود. در اين حالت الكترون‌هاي پراشيده در توليد تصوير دخالتي ندارند و در نهايت وضوح تصوير افزايش مي‌يابد. در حالت ميدان تارِيک (Dark-Field) تنها بخشي از پرتوهاي پراشيده شده از نمونه براي تصويربرداري مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

الکترونهاي فرودي به يک فلز در اثر برخورد با بار آزاد سطحي که در سطح فلزات وجود دارند، مقداري از انرژي خود را از دست داده و پراکنده مي شوند. در نتيجه اين نوع از پراکندگي غيرا لاستيک بوده و پراکندگي پلاسموني ناميده مي شود.

+ نوشته شده در پنجشنبه شانزدهم خرداد 1387ساعت 16:15 توسط الف-عباسی |

فناوري نانو چيست؟

فناوري‌نانو واژه‌اي است كلي كه به تمام فناوري‌هاي پيشرفته در عرصه كار با مقياس نانو اطلاق مي‌شود. معمولاً منظور از مقياس نانوابعادي در حدود 1nm تا 100nm مي‌باشد. (1 نانومتر يک ميليارديم متر است).
اولين جرقه فناوري نانو (البته در آن زمان هنوز به اين نام شناخته نشده بود) در سال 1959 زده شد. در اين سال ريچارد فاينمن طي يك سخنراني با عنوان «فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد» ايده فناوري نانو را مطرح ساخت. وي اين نظريه را ارائه داد كه در آينده‌اي نزديك مي‌توانيم مولكول‌ها و اتم‌ها را به صورت مسقيم دستكاري كنيم.
واژه فناوري نانو اولين بار توسط نوريوتاينگوچي استاد دانشگاه علوم توكيو در سال 1974 بر زبانها جاري شد. او اين واژه را براي توصيف ساخت مواد (وسايل) دقيقي كه تلورانس ابعادي آنها در حد نانومتر مي‌باشد، به كار برد. در سال 1986 اين واژه توسط كي اريك دركسلر در کتابي تحت عنوان : «موتور آفرينش: آغاز دوران فناوري‌نانو»بازآفريني و تعريف مجدد شد. وي اين واژه را به شكل عميق‌تري در رساله دكتراي خود مورد بررسي قرار داده و بعدها آنرا در کتابي تحت عنوان «نانوسيستم‌ها ماشين‌هاي مولكولي چگونگي ساخت و محاسبات آنها» توسعه داد.

تقویت کننده ی نانو

محققان با استفاده از فناوری نانو ، تقویت کننده هایی را طرّاحی کرده اند که می توان از آن ها به عنوان واحد های ساختمانی برای ایجاد یک سوئیچ ارتباطی در رایانه های الکترومکانیکی استفاده کرد.این رایانه ها که از اجزای الکترومکانیکی در ابعاد نانو ساخته می شوند ، در مقایسه با رایانه هایی که صرفاً الکترونیکی هستند ، از کارآیی بیشتری برخوردار خواهند بود.این واحد تقویت کننده از یک قطعه کریستال گالیم آرسنید ساخته شده است که به بخش اصلی متصّل می شود.در یک سطح از این قطعه ی کریستالی ، الکترون های آزاد وجود دارد.با ایجاد جریان متناوب در این قظعه،در بخش مرکزی میله ی فلزی ، میدان الکترکی ایجاد می شود که منجر به وقوع پدیده ی فیزو الکتریک می شود، با برقراری شدت جریان مناسب این میله دچار نوسان شده و پس از ضربه خوردن همانند یک میله ی فلزی دچار ارتعاش می شود. این تقویت کننده با برقراری جریان مستقیم نیز قابل تنظیم است. با عبور جریان متناوب در یک طرف از این میله ، مجموعه ی دستگاه در فرکانس مشخصی دچار نوسان می شود.این در حالی است که اگر جریان متناوب از دو طرف این میله عبور کند، نوسان دستگاه متوقف خواهد شد. بنابراین می توان گفت این وسیله همانند یک سوئیچ رابط عمل می کند.
از نظر تئوری،چنین رابطی نسبت به انواع دیگر سوئیچ های رابط که از اجزای الکترونیکی ساخته شده اند، از کارآیی بیشتری برخوردار خواهد بود. این تقویت کننده به انرژی کمتری نیاز دارد و گرمای کمتری ایجاد می کند و علاوه بر این از استحکام بیشتری برخوردار خواهد بود.
محققان بر این باورند که برای استفاده این تقویت کننده در رایانه ها ، می بایست چگونگی تغییر علائم ایجاد شده در هر یک از تقویت کننده ها به علائم الکترومغناطیسی را مورد بررسی قرار داد تا بتوان استفاده از آن ها در دیگر ابزارهای الکترونیکی را مورد تأیید قرار داد.

+ نوشته شده در پنجشنبه شانزدهم خرداد 1387ساعت 16:8 توسط الف-عباسی |

نانو ذرات طلا

مطابق نظر دانشمندان بدیهی ترین کاربرد این کار در زمینه پزشکی است.نانو ذرات طلا توسط نور گرم می شوند و با استفاده از این گرما می توانیم درون سلول تغیراتی ایجاد کنیم و جذب نور در نانو ذرات طلا چندین برابر بیشتر از جذب نور در بافت های اطراف است.و از این نانو ذرات در بدنهی اتومبیل ها هم استفاده می شود و هدف اصلی این تکنولوژی کاهش آلودگی محیط زیست و جلوگیری از اتلاف انرژی و افزایش مقاومت در برابر خوردگی است.و با پوشش دادن بدنه ی اتومبیل با این نانو ذرات میتوانیم براقیت بدنه ی اتومبیل را افزایش دهیم با نانو تکنولوژی بدون آنکه جنس بدنه ی اتومبیل و قالب های آن را تغییر دهیم تنها با nanolaminat با هزینهی بسیار اندک جلوه و دوام رنگ اتومبیل را افزایش می دهیم.

و با این تکنولوژی می توانیم سرطان را درمان کنیم محققان قبلا فقط می توانستند سرطان را تشخیص دهند ولی هم اکنون می توانند ان را درمان کنند و به این نتیجه رسیدند که سلول های بدخیم برای انهدام خود به کمتر از نیمی از انرژی لیزر مورد استفاده برای انهدام سلول های خوش خیم نیاز دارند و با استفاده از نانو ذرات طلا که ویروس ها را با این نانو ذرات نشان دار کردن می خواهند از درون سلول و فعالیت ویروس در بدن فیلم بگیرند و مطالب از سایت yahoo استخراج شده است.

+ نوشته شده در چهارشنبه هشتم خرداد 1387ساعت 0:50 توسط الف-عباسی |

حسگر چیست؟
حسگریک وسیله ی الکتریکی است که تغییرات فیزیکی یا شیمیایی را اندازه گیری می کند وآنها را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می نماید. حسگرها درواقع ابزار ارتباط ربات با دنیای خارج وکسب اطلاعات محیطی ونیز داخلی می باشند. ویا به طور کلی ابزارهایی هستند که تحت شرایط خاص ازخود واکنشهای پیش بینی شده ومورد انتظار نشان می دهند. شاید بتوان دماسنج را جزء اولین حسگرهایی دانست که بشرساخت .
ساختار کلی یک حسگر:
درطراحی یک حسگر دانشمندان علوم مختلف مانند بیوشیمی، بیولوژی، الکترونیک، شاخه های مختلف شیمی و فیزیک حضوردارند. قسمت اصلی یک حسگرشیمیایی یا زیستی عنصرحسگر آن می باشد. عنصرحسگر در تماس با یک آشکارساز است. این عنصرمسئول شناسایی و پیوند شدن با گونه ی مورد نظر در یک نمونه ی پیچیده است. سپس آشکارساز سیگنالهای شیمیایی را که در نتیجه ی پیوند شدن عنصرحسگر با گونه ی موردنظر تولید شده است را به یک سیگنال خروجی قابل اندازه گیری تبدیل می کند. حسگرهای زیستی بر اجزای بیولوژیکی نظیرآنتی بادی ها تکیه دارند. آنزیمها ، گیرنده ها یا کل سلولها می توانند به عنوان عنصر حسگرمورد استفاده قرار گیرند.
خصوصیات حسگرها:
یک حسگرایده آل باید خصوصیات زیررا داشته باشد :
1 . سیگنال خروجی باید متناسب با نوع و میزان گونه ی هدف باشد.
2. بسیار اختصاصی نسبت به گونه مورد نظر عمل کند.
3 . قدرت تفکیک و گزینش پذیری بالایی داشته باشد.
4. تکرارپذیری و صحت بالایی داشته باشد.
. سرعت پاسخ دهی بالایی داشته باشد ( درحد میلی ثانیه ).
6. عدم پاسخ دهی به عوامل مزاحم محیطی مانند دما ، قدرت یونی محیط و …
نانوحسگرها:
با پیشرفت علم در دنیا و پیدایش تجهیزات الکترونیکی و تحولات عظیمی که در چند دهه ی اخیر و درخلال قرن بیستم به وقوع پیوست نیاز به ساخت حسگرهای دقیق تر،کوچکتر و دارای قابلیتهای بیشتر احساس شد. امروزه از حسگرهایی با حساسیت بالا استفاده می شود به طوریکه در برابر مقادیر ناچیزی از گاز، گرما و یا تشعشع حساس اند. بالا بردن درجه ی حساسیت، بهره و دقت این حسگرها به کشف مواد و ابزارهای جدید نیاز دارد. نانو حسگرها، حسگرهایی در ابعاد نانومتری هستند که به خاطرکوچکی و نانومتری بودن ابعادشان از دقت و واکنش پذیری بسیار بالایی برخوردارند به طوری که حتی نسبت به حضور چند اتم از یک گاز هم عکس‌العمل نشان می دهند.
انواع نانو حسگرها:
نانوحسگرها براساس نوع ساختارشان به سه دسته ی نقاط کوانتومی ، نانولوله های کربنی و نانوابزارها تقسیم بندی می شوند:
1. استفاده از نقاط کوانتومی درتولید نانو حسگرها:
نقاط کوانتومی به عنوان بلورهای نیمه هادی کوچک تعریف می شوند. با کنترل ابعاد نقاط کوانتومی، میدان الکترومغناطیسی نور را دررنگها و طول موجهای مختلف، منتشرمی کند. به عنوان مثال، نقاط کوانتومی از جنس آرسنیدکادمیوم با ابعاد 3 نانومتر نور سبز منتشر می کند؛ درحالی که ذراتی به بزرگی 5/5 نانومتر از همان ماده نور قرمز منتشرمی کند. به دلیل قابلیت تولید نور در طول موجهای خاص نقاط کوانتومی ، این بلورهای ریز در ادوات نوری به کارمی روند. دراین عرصه از نقاط کوانتومی در ساخت آشکارسازهای مادون قرمز، دیودهای انتشار دهنده ی نورمی توان استفاده نمود. آشکارسازهای مادون قرمز از اهمیت فوق العاده ای برخوردارند. مشکل اصلی این آشکارسازها مسئله ی خنک سازی آنهاست. برای خنک سازی این آشکارسازها از اکسیژن مایع وخنک سازی الکترونیکی استفاده می شود. این آشکارسازها برای عملکرد صحیح باید دردماهای بسیار پائین، نزدیک به 80 درجه کلوین کارکنند، بنابراین قابل استفاده در دمای اتاق نیستند، درصورتی که از آشکارسازهای ساخته شده با استفاده از نقاط کوانتومی می توان به راحتی در دمای اتاق استفاده کرد.
2. استفاده ازنانولوله ها درتولید نانوحسگرها:
نانو لوله های کربنی تک دیواره و چند دیواره به علت داشتن خواص مکانیکی و الکترونیکی منحصر به فردشان کاربردهای متنوعی پیدا کردند که از جمله می توان به استفاده از آنها به عنوان حسگرهایی با دقت بسیار بالا برای تشخیص مواد در غلظتهای بسیار پائین و با سرعت بالا اشاره کرد.

به طورکلی کاربرد نانو لوله ها در حسگرها را می توان به دو دسته تقسیم کرد:
الف ) نانولوله های کربنی به عنوان حسگرهای شیمیایی:
این حسگرها می توانند دردمای اتاق غلظتهای بسیارکوچکی از مولکولهای گازی با حساسیت بسیاربالا را آشکارسازی کنند. حسگرهای شیمیایی شامل مجموعه ای از نانولوله های تک دیواره هستند و میتوانند مواد شیمیایی مانند دی اکسید نیتروژن ( NO2 ) وآمونیاک ( NH3 ) را آشکارکنند. هدایت الکتریکی یک نانولوله نیمه هادی تک دیواره که درمجاورت ppm200 از NO2 قرارداده می شود، می تواند در مدت چند ثانیه تا سه برابر افزایش یابد و به ازای اضافه کردن فقط 2% NH3 هدایت دو برابر خواهد شد. حسگرهای تهیه شده ازنانولوله های تک دیواره دارای حساسیت بالایی بوده ودردمای اتاق هم زمان واکنش سریعی دارند. این خصوصیات نتایج مهمی درکاربردهای تشخیصی دارند.
ب) نانولوله های کربنی به عنوان حسگرهای مکانیکی:
هنگامی که یک نانولوله توسط جسمی به سمت بالا یا پائین حرکت می کند، هدایت الکتریکی آن تغییر می یابد. این تغییر در هدایت الکتریکی، با تغییر شکل مکانیکی نانولوله کاملا ً متناسب است. این اندازه گیری به وضوح امکان استفاده از نانولوله ها را به عنوان حسگرهای مکانیکی نشان می دهد. یا می توان با استفاده از مواد واسط مانند پلیمرها در فاصله ی میان نانولوله های کربنی وسیستم، نانولوله های کربنی را برای ساخت بیوحسگرها توسعه داد. شبیه سازی های دینامیکی نشان می دهد که برخی پلیمرها مانند پلی اتیلن می توانند به صورت شیمیایی با نانولوله کربنی پیوند یابند. همچنین مولکول بنزن نیز می تواند به وسیله ی پیوندهای واندروالس روی نانولوله ی کربنی جذب شود. این تحقیقات کاربردهای بسیار متنوع و وسیع نانولوله ها ی کربنی را نشان می دهد. تحقیق دراین زمینه هنوزدرحال توسعه وپیشرفت است ومطمئنا ً درآینده ای نه چندان دور شاهد به کارگیری آنها درابزارها و صنایع مختلف خواهیم بود.
3. استفاده ازنانو ابزارها درتولید نانوحسگرها:
با استفاده از این حسگرها شناسایی مقادیر بسیار کم آلودگی شیمیایی یا ویروس و باکتری در سامانه ی کشاورزی وغذایی ممکن است. تحقیقات درزمینه ی نانوابزارها جزء پژوهشهای علمی به روز دنیاست.

نانو حسگرها و کنترل آلودگی هوا:
یکی از نیازهای مهم و اساسی در ارتباط با کنترل آلودگی محیط زیست، پایش مستمرآلودگی هواست. با استفاده از نانوحسگرها پیشرفت مؤثری در زمینه ی کنترل آلودگی هوا صورت گرفته است. یکی از این راهکارها اختراع غبارهای هوشمند می باشد. غبارهای هوشمند مجموعه ای از حسگرهای پیشرفته به صورت نانو رایانه های بسیارسبک هستند که به راحتی ساعتها درهوا معلق باقی می مانند. این ذرات بسیار ریز از سیلیکون ساخته می شوند و می توانند ازطریق بی سیم موجود درخود اطلاعات موجود در خود را به یک پایگاه مرکزی منتقل کنند. سرعت این انتقال حدود یک کیلوبایت در ثانیه است. هم چنین حسگرهایی از جنس نانولوله های تک لایه ساخته شده اند که می توانند مولکولهای گازهای سمی را جذب کنند و همچنین آنها قادر به شناسایی تعداد معدودی از گازهای مهلک موجود درمحیط هستند. محققان معتقدند این نانوحسگرها برای شناسایی گازهای بیوشیمیایی جنگی و آلاینده های هوا کاربرد خواهند داشت.

+ نوشته شده در چهارشنبه هشتم خرداد 1387ساعت 0:47 توسط الف-عباسی |

نانو ذرات نقره

خصوصیات نانو سیلور :
1- تاثیر بسیار زیاد
2- تاثیر سریع
3- غیر سمی
4- غیر محرک برای بدن
5- غیر حساسیت زا
6- قابلیت تحمل شرایط مختلف (پایداری زیاد)
7- آب دوست بودن
8- سازگاری با محیط زیست
9- مقاوم در برابر حرارت
10- عدم ایجاد و افزایش مقاومت و سازگاری در میکروارگانیسم
از دیگر قابلیتهای نانو سیلور، اضافه شدن به الیاف، پلیمر، سرامیک، سنگ، رنگ و... ، بدون تغییر دادن خواص ماده است.

موارد استفاده پلیمرهای نانو سیلور:
1- شیشه شیر و پستانک نوزادان ،مسواک و برسهای بهداشتی حمام و ...

2- ظروف پلاستیکی ( غذایی ، دارویی ، آرایشی )
3- لوازم خانگی(یخچال، جارو برقی، ماشین ظرف شویی، سیستم تهویه و تصفیه هوا و رطوبت زا)

4- مواد بسته بندی برای تازه و بهداشتی نگه داشتن مواد غذایی
5- بدنه وسایلی که انسان مداوم با آن تماس دارد( گوشی موبایل ، کیبورد و ...)

خصوصیات پلیمرهای نانو سیلور آنتی باکتریال :
1- اندازه ذرات نقره کمتر از 20 نانو متر است
450ppm2- غلظت تقریبی
3- مطابق با شرایط مختلف جوی
4- آنتی اسید و آنتی آنیون
5- سازگار با محیط زیست و غیر سمی
6- بی ضرر برای انسان
7- تاثیر داشتن روی باکتریها ، قارچها و... و خوشبو کننده
8- قابلیت از بین بردن ویروسها
9- صرفه اقتصادی و قابل رقابت از نظر عملکرد با دیگر فراورده ها

این پلیمرها باید در محیط سرد و خشک و به دور از آفتاب نگهداری شوند که تحت این شرایط تا دو سال قابل نگهداری هستند.
ذرات نانو سیلور را می توان به صورت پودر درآورد و در مواد و وسایل مختلف استفاده کرد ( مسواک ، خمیر دندان ) ، که در آن صورت به محض تماس ماده با آب ، نقره فعال شده و خاصیت آنتی باکتریال پیدا می کند.
طی آزمایشی که اخیرا دانشمندان، روی درمان بیماران مبتلا به ایدز به وسیله نانو سیلور انجام داده اند، متوجه شدند که ویروسهای HIV نوع1، به طور کامل از بین رفته اند و بدین ترتیب دانشمندان امیدوار شده اند که شاید بتوان این ویروس را به طور کامل از بین برد.
نانو سیلور یک دستاورد شگرف علمی از نانو تکنولوژی است که در عرصه های مختلف پزشکی، صنایع مختلف مثل کشاورزی و دامپروری و بسته بندی، لوازم خانگی، آرایشی، بهداشتی، و نظامی کاربرد دارد. این فناوری از طریق کنترل فعالیت عوامل بیماری زا در خدمت بشر می باشد. از این رو، به لحاظ بازدهی بالا، عملی بودن ، و افزایش ظرفیت ها و مقرون به صرفه بودن از نظر اقتصادی و سازگاری با محیط زیست و ماندگاری بسیار زیاد، در مقایسه با دیگر روشهای بهبود فرآوری و تولید ، ارجحیت دارد .

+ نوشته شده در پنجشنبه بیست و سوم اسفند 1386ساعت 18:31 توسط الف-عباسی |

كرم پيشگيري از ايدز با استفاده از نانوذرات نقره ساخته مي‌شود

كرم پيشگيري از ايدز با استفاده از نانوذرات نقره ساخته مي‌شود

طبق اولين بررسي‌هايي كه تاكنون روي نانوذرات فلزي انجام شده، برهم كنش نانوذرات نقره‌ با ابعاد يك تا 10 نانومتر با ويروس HIV-1 و چسبيدن اين ذرات به آن مانع از اتصال اين ويروس به سلول ميزبان مي‌شود.

در اين بررسي، دانشمندان نانوذرات نقره را با سه عامل پوششي متفاوت كربن كف‌آلود، پلي N- وينيل-2- پيروليدين (PVP) و سرم آلبومين گاوي ‌(BSA) مخلوط كردند.

از سوي ديگر، دانشمندان مشغول ساخت كرمي با استفاده از اين نانوذرات براي پيشگيري از HIV-1 هستند كه قرار است آن را روي انسان مورد آزمايش قرار دهند.

به نظر ياكامن، استاد دانشكده مهندسي دانشگاه تگزاس، عدم به كارگيري اين مواد پوششي باعث تشكيل بلورهاي بزرگ به جاي نانوبلورها مي‌شود.

با استفاده از ميكروسكوپ TEM معلوم شدكه نانوذرات نقره موجود در شبكه كربن كف‌آلود به يكديگر متصل شده، اما در همين زمان استفاده از حمام مافوق صوتي در آب يونيزه‌شده باعث آزاد شدن مقادير قابل توجهي از اين نانوذرات با ابعاد (69/8 19/16) نانومتر مي‌شود. اين نانوذرات از بيشترين تنوع شكلي برخوردار بوده و به اشكالي چون بيست ‌وجهي و ده ‌وجهي يافت مي‌شوند.

به نظر دانشمندان، اين نانوذرات پوشيده شده با كربن كف‌آلود شانس بيشتري براي داشتن توزيع شكل گسترده دارند.

محققان با استفاده از پرتوهاي الكتروني توانستند باقيمانده نانوذرات را از توده به هم چسبيده ذرات جدا كنند.

دانشمندان از گليسرين به عنوان عامل حلال نانوذرات نقره پوشيده شده با PVP استفاده كردند. اندازه اين نانوذرات در حدود (41/2 53/6) نانومتر بود.

به گزارش ايسنا، محققان در تحقيقي ديگر از سرم آلبومين كه معمول‌ترين پروتئين پلاسماي خون است استفاده كردند. آنها دريافتند كه تركيبات شيميايي گوگرد، اكسيژن و نيتروژن موجود در BSA باعث پايداري نانوذراتي با ابعاد ( 00/2 12/3) نانومتر مي‌شود.

دانشمندان همچنين از بررسي طيف جذبي و نيز نمودار طيف مرئي- فوق بنفش اين روش‌ها، توانستند به ترتيب شكل و اندازه نانوذرات را تعيين كنند. آنها هر كدام از اين سه روش تهيه نانوذرات نقره را درون سلول‌هاي HIV-1 مورد مطالعه قرار دادند.

ياكامن و همكارانش با كشت نمونه‌ها در دماي 37 درجه سانتي‌گراد و استفاده از اين نانوذرات نقره به ترتيب پس از سه و 24 ساعت مشاهده كردند كه هيچ سلولي زنده نمانده است.

با انجام اين آزمايش‌ها مشخص شد كه وجود غلظت بيش از 25 از نانوذرات نقره در سلول‌هاي بازدارنده HIV-1 تأثير به مراتب بهتري دارد. افزون بر اينكه كربن كف‌آلود هم به نسبت دو ماده پوشش دهنده ديگر، به دليل داشتن سطح آزاد، تا حدي پوشش‌دهنده بهتري به شمار مي‌رود.

همچنين در اين بين اندازه ذرات هم بي‌تاثير نيست چرا كه اندازه هيچ كدام از نانوذراتي كه به هم چسبيده بودند بيش از 10 نانومتر نبود.

به نظر دانشمندان نانوذراتي كه از طريق نقاط گليكو پروتئين 120gp به ويروس HIV-1 متصل مي‌شوند اين كار را با استفاده از گوگرد باقيمانده در اين نقاط انجام مي‌دهند.

جالب آن كه فاصله بين اين نقاط كه تقريباً 22 نانومتر است دقيقا با فاصله بين مركز نانوذرات برابر است.

به گزارش ايسنا از ستاد ويژه توسعه فن‌آوري نانو، اگر چه با انجام اين تحقيق اميدهايي جهت درمان HIV-1 با نانوذرات نقره پديد آمده است، اما همچنان لازم است دانشمندان در اين باره تحقيقات بيشتري انجام دهند.

به نظر اين محققان آنها هنوز از اثرات درازمدت اين نانوذرات فلزي هيچ اطلاعي ندارند. اما در حال حاضر دانشمندان مشغول ساخت كرمي با استفاده از اين نانوذرات براي پيشگيري از HIV-1 هستند كه قرار است آن را روي انسان مورد آزمايش قرار دهند.

ياكامن مي‌گويد: ما مشغول آزمايش اين نانوذرات عليه ديگر ويروس‌ها و ميكروب‌ها مي‌باشيم و نتايج اوليه نشان دهنده آن است كه مي‌توان از آنها به طور موثري عليه ديگر ميكروارگانيسم‌ها نيز استفاده كرد.

نتايج اين تحقيق در مجله Nanotechnology به چاپ رسيده است

+ نوشته شده در پنجشنبه بیست و سوم اسفند 1386ساعت 18:24 توسط الف-عباسی |

نانوشيمي

تاريخ : 1385/01/16
دریافت فایل
تاثير فناوري نانو در علوم شيمي. كاتاليست هاي داراي ذرات با ابعاد كوچكتر فعاليتهاي چندين برابر بيشتري را از خود نشان مي دهند.

+ نوشته شده در پنجشنبه نهم اسفند 1386ساعت 21:24 توسط الف-عباسی |

کشور من ایران

+ نوشته شده در پنجشنبه نهم اسفند 1386ساعت 21:18 توسط الف-عباسی |

کاربرد نانو ذرات طلا در مبارزه با انگل توکسوپلاسموز

بيماري توکسوپلاسموز يک بيماري انگلي است که از طريق تماس با مدفوع گربه و يا مصرف گوشت آلوده نپخته به وجود مي آيد.دانشمندان به تازگي قادر به ساخت نوع جديدي از نانوذرات طلا شده‌اند كه انگل عامل ايجاد بيماري توكسوپلاسموز را از بين مي برد.

به گزارش خبرنگار اجتماعي برنا ،بيماري توکسوپلاسموز يک بيماري انگلي است که از طريق تماس با مدفوع گربه و يا مصرف گوشت آلوده نپخته به وجود مي آيد.اين بيماري در بيشتر موارد بدون علامت است اما در خانم هاي باردار، افراد مبتلا به ايدز و بيماراني كه پيوند دريافت كرده‌اند به علت ضعف سيستم ايمني در اين افراد، بيماري هاي شديدي ايجاد مي‌كند.

به تازگي محققان استراليايي موفق به ساخت نوع جديدي از نانوذرات طلا شده‌اند كه انگل عامل ايجاد بيماري توكسوپلاسموز را از بين مي برد.
در اين تحقيق، دانشمندان آنتي‌بادي ضد انگل را به نانوذرات طلا متصل ساختند و آن ها را تحت تابش اشعه ليزر قرار دادند.نانو ذرات طلا در معرض تابش اشعه ليزر فعال و گرم شده و آنتي بادي ضد انگل خود را رها مي سازند.تعدادي از سلول هاي حيواني مبتلا به توكسوپلاسموز در محيط كشت سلولي شناسايي و جداسازي شده و در مجاورت نانوذرات طلا قرار گرفتند. در اين روش 83 درصد از انگل هاي حاوي نانوذرات طلا از بين رفتند.

+ نوشته شده در پنجشنبه نهم اسفند 1386ساعت 21:16 توسط الف-عباسی |

مقدمه
روش‌هاي رايج تشخيصي DNA، بر پايه PCR و استفاده از مولکول‌هاي فلوروفور معدني به عنوان نشانگر استوار است. اين روش‌ها بنا به دلايلي از جمله طيف‌هاي جذبي و نشري وسيع و تجزيه ناهمگون مولکول‌هاي فلوروفور معدني، دقت تشخيص بالايي ندارند. همچنين نيازمند تجهيزات پرهزينه و پيچيده هستند [1و2].امروزه روش‌هاي رايج تشخيص پروتئين‌ها عمدتابر اساس استفاده از ELISA طراحي شده است. در اين جا با وجود مشکلاتي مشابه حالت قبل علاوه بر نياز به تجهيزات زياد براي تکثير پروتئين‌هايي که در مقادير کم هستند، يافتن روشي که با روش‌هاي معمولي مثل ELISA امکان پذير نيست، ضروري است [1و2].
در طول دهه گذشته پيشرفت‌هاي زيادي در استفاده از روش‌هاي نانو جهت تشخيص مولکولي حاصل شده است و تلاش‌ها بيشتر در جهت طراحي بيوحسگرها (Biosensors) براي تشخيص دقيق، حساس، انتخابي و کاربردي مولکول‌هاي زيستي مي‌باشد [3]. امروزه در بيوحسگرها براي تشخيص اسيدهاي نوکلئيک و پروتئين‌ها، به طور وسيعي از نانوذرات استفاده مي‌شود. اين ذرات به‌دليل دارا بودن اندازه نانو و خصوصيات فيزيک وشيميايي قابل تغيير و تنظيم (از جمله خواص الکتريکي، الکتروشيميايي، نوري و مغناطيسي)، کانديداي خوبي براي جايگزيني با ديگر مولکول‌هاي رنگي رايج به عنوان نشانگر در تشخيص مولکولي هستند [1و3و4 ]. نانوذرات در نقش نشانگر ،حساسيت، سرعت و انعطاف‌پذيري تست‌هاي بيولوژيکي را جهت اندازه‌گيري حضور يا فعاليت مواد افزايش مي‌دهند. از طرفي، چون در استفاده از اين ذرات حجم کوچکي از نمونه نياز است، برخي از روش‌هاي طراحي شده بر پايه نانوذرات، نياز اوليه نمونه به تکثير ماده مورد اندازه‌گيري را از جمله PCR برطرف مي‌کند. امتياز ديگر نانوذرات داشتن کارآيي تشخيص ميکروارگانيسم‌ها، بافت‌هاي سرطاني و غيره را هم در شرايط داخل بدن (in vivo) و هم در شرايط آزمايشگاهي (in vitro) دارا مي‌باشند [1و2و3 ].در اينجا از ميان انواع نانودراتي که تاکنون طراحي و مطالعه شده است، چهار نوع نانوذره مهم که به عنوان نشانگر در تشخيص مولکولي (DNA و پروتئين) کاربرد دارند، بررسي خواهد شد. اساس تقسيم‌بندي اين ذرات بر اساس سازوكار بازخواني (Readaut)آنهاست.
2. نانوذرات طلا
اندازهاين ذرات سه تا صد نانومتر بوده و به دليل اينکه روش‌‌هاي اندازه‌گيري متعددي همچون جذب نوري، فلورسانس، پخش رامان، نيروي مغناطيسي و جريان الکتريکي مي‌توانند براي تشخيص آنها به کار روند، نشانگرهاي خوبي در طراحي بيوحسگرها مي‌باشند. از اين ذرات در تشخيص DNA ، پروتئين، ميکروارگانيسم‌ها و غيره استفاده مي‌شود. تشخيص DNA با استفاده از نانوذرات طلا نسبت به سيستم‌هاي تشخيص ژنومي رايج ده برابر حساسيت و صدهزار برابر ويژگي بيشتري دارد [1و3و5].

2-1 . روش‌هايي که در آنها بازخواني، به روش نورسنجي (Optical) صورت مي‌گيرد
از خصوصيات نوري و دمايي پروب‌‌هاي نانوذرات طلاي جدا از هم و مجتمع، (aggregated) به عنوان يک روش تشخيص استفاده مي‌گردد. ميان‌کنشِ ويژه موجود در بين اوليگونوکلئوتيدهاي تثبيت شده (DNA Probe) روي نانوذرات طلا و DNA هدف (DNA target) باعث تجمع (assembly) نانوذرات طلا به شکل شبکه‌اي متصل به هم و در نتيجه تغيير رنگ مي‌شود. اين تغيير رنگ به‌واسطه خصوصيات پخش، ميان‌کنشِ بين پلاسمون‌هاي سطح ذره و تغيير فاصله بين نانوذرات طلا ايجاد مي‌گردد. اين تغيير رنگ نشان‌دهنده وجود مولکول هدف در نمونه بوده و به روش چشمي هم قابل مشاهده است. اين شبکه متشکل از تجمع نانوذرات به‌وسيله هيبريدشدن پروب‌هاي نانوذرات طلا با مولکول هدف، در درجه حرارت‌هاي مختلف، باعث ايجاد تغيير رنگ ناگهاني (sharp) مي‌شود که در شکل (1)، نمونه‌اي از آن مشاهده مي‌شود [1و5].
با انتقال مخلوطي از مجتمعات ايجاد شده بين DNA تثبيت شده، زنجيره مکمل آن و رشته‌هايي با درجات متفاوتي از تغيير توالي (نسبت به زنجيره مکمل) بر روي TLC در دماهاي مختلف، مي‌توان الگوي استانداردي براي ارزيابي ميزان هيبريد شدن در دماهاي مختلف به دست آورد. با استفاده از اين خصوصيات رنگ و دما مي‌توان به روشي براي تشخيص وجود جهش در DNA هدف موجود در نمونه مورد بررسي، پي ‌برد. به عبارت ديگر از اين روش مي‌توان براي تشخيص SNPs و ديگر mismatchs استفاده کرد [1و5]. شکل (2) چگونگي استفاده از اين روش را براي تشخيص جهش در DNA هدف، نشان مي‌دهد.
حساسيت تشخيص روش‌هاي رنگ‌سنجي با احياي نقره (Ag) به وسيله نانوذرات طلا افزايش مي‌يابد. روش روبش‌گري (Scannometry)، يک روش سنجش ساندويچي و شامل رشته DNA متصل به يک بستر
(يا DNA Chip)، يک توالي هدف و يک پروب نانوطلاست. اتصال مولکول‌هاي هدف و پروب نانوطلا به توالي متصل به بستر، يک‌سري لکه‌هاي خاکستري (gray spot) را ايجاد مي‌کند که ويژه مولکول هدف بوده و غلظت نمونه را نيز نشان مي‌دهد. شدت رنگ اين لکه‌ها با يک روبش‌گر (scanner) و يا حتي چشم غير مسلح، قابل تشخيص است. در صورت استفاده از نقره، با احياي آن روي نانوذرات طلا (شکل 3) ، مي‌توان حساسيت تشخيص را بالا برد [5 و6]. با استفاده از نانوذرات مختلف طلا (و در نتيجه رنگ‌هاي مختلف) تشخيص همزمان چندين مولكول هدف ميسر مي‌گردد. اين روش تشخيص مولکولي چهار برابر ويژگي بالاتر و صد برابرحساسيت بيشتر از روش‌هاي فلوريمتري رايج دارد[6].
يک مثال براي اين روش، بارکد زيستي (Bio-barcode) است. بارکد زيستي، يک توالي DNA ساختگي و انتخابي براي يک توالي DNA هدف است که از آن براي تشخيص DNA (شکل 4) يا پروتئين (شکل 5) در نمونه‌هاي بيولوژيک استفاده مي‌شود.
الف) تشخيص DNA
در اين روش ابتدا يک زنجيره DNA با توالي دلخواه (Bar- Code DNA) طراحي و رشته مکمل آن نيز ساخته و پس از فعال شدن، بر روي نانوذرات طلا نشانده مي‌شود. همچنين رشته DNA ديگري که مکمل بخشي از DNA هدف (آنچه قرار است در نمونه شناسايي شود) است، پس از فعال شدن بر روي نانوذره طلا تثبيت مي‌شود. سپس اجازه هيبريد شدن رشته بار -کد با DNA مکمل داده مي‌شود. از طرفي رشته سوم DNA که مکمل بخش ديگري از DNA هدف است، پس از فعال شدن بر روي ذرات مغناطيسي تثبيت مي‌شود. با قرار گرفتن اين دو ذره در محلول، اگر DNA هدف وجود داشته باشد، حتي در مقادير بسيار اندک، موجب اتصال اين دو ذره به يکديگر مي‌شود. در مرحله بعد با توجه به خاصيت مغناطيسي ذره دوم، مي‌توان آنها را از محلول جدا کرد و بعد با استفاده از عواملي (مثل ترکيبات دناتوره‌کننده) که دو رشته DNA را جدا مي‌کنند، DNA بار-کد را از مکمل آن جدا و شناسايي کرد. حتي مي‌توان از ترکيباتي مثل نقره که حساسيت تشخيص را بالا مي‌برند نيز استفاده کرد. به اين ترتيب مقادير بسيار اندک از يک توالي DNA بدون نياز به PCR قابل شناسايي و حتي اندازه‌گيري است [ 7].
ب) تشخيص يا اندازه‌گيري پروتئين با استفاده از Bar- Code DNA
در اين روش نيز همانند روش قبل، از يک توالي انتخابي و مکمل آن که بر روي نانوذرات طلا نشانده شده، استفاده مي‌شود. همچنين آنتي بادي پلي کلونال عليه پروتئين مورد اندازه‌گيري بر روي اين ذرات طلا تثبيت مي‌شود. اين آنتي‌بادي‌ها بر روي ذرات مغناطيسي نيز نشانده مي‌شود. حال با وارد کردن اين دو ذره در محلول حاوي پروتئين مورد نظر، پروتئين به آنتي‌بادي موجود در سطح هر دو ذره متصل شده و آنها را به يکديگر متصل مي‌کند. پس از شستشو و حذف ساير مواد، با توجه به خاصيت مغناطيسي ذره دوم، مي‌توان آن را از محلول جدا و همانند روش قبلي، پس از جدا کردن رشته DNA بار-کد از مکمل آن با استفاده از مواد دناتوره‌کننده DNA بار- کد را، که نمادي از حضور پروتئين مورد نظر در نمونه است شناسايي و انداره‌گيري کرد [ 8]. به اين ترتيب مقادير بسيار اندک پروتئين در نمونه قابل شناسايي است.
آخرين بحث مربوط به بازخواني نوري نانوذرات طلا، ترکيب نانوذرات طلا با رنگ‌هاي رامان است که پخش رامان به وسيله نانوذرات طلا (SERS) را افزايش مي‌دهد و به افزايش سيگنال براي مولکول‌هاي جذب شده در سطوح زبر فلز، به ويژه نقره و طلا مربوط مي‌شود. اين افزايش سيگنال از طريق دو ساز و كار تقويت موضعي ميدان الکترومغناطيسي در الکترون آزاد فلز و اثر شيميايي روي مولکول جذب شده در سطح فلز به‌وسيله نانوذرات طلا صورت مي‌گيرد. محدوده تشخيص، در محدوده طيف رامان بوده و به‌صورت اثر انگشت‌هاي طيف رامان ظاهر مي‌گردند. رنگ‌هاي رامان به‌دليل باندهاي جذبي باريک، تهييج از سوي ليزر و محدوده طيف رامان، قادر به افزايش سيگنال تشخيص در محدوده طيف‌هاي رامان مي‌گردند. با اين روش محدوديت لکه‌هاي خاکستري حاصل از روش روبشي(Scanometric) بر طرف شده، استفاده همزمان از چندين رنگ رامان در تشخيص چند مولکول امكان‌پذير مي‌گردد [5 و6]. شکل (6) چگونگي کاربرد اين روش را با استفاده از نانوذرات طلا نشان مي‌دهد.
نانوذرات طلا همچنين به عنوان داربست (Scafold) و فرونشاننده‌هاي quenchers نشر فلورسانس در تشخيص همگن اسيدهاي نوکلئيک عمل مي‌کنند [1]. همان‌طور که در شکل (7) ملاحظه مي‌شود، قطعات اليگونوکلئوتيد به يک ترکيب داراي نشر فلورسانس (فلوروفور) متصل مي‌شوند. سپس اين رشته‌ها به نانوذرات طلا متصل مي‌گردند، به طوري که به‌صورت تک‌زنجيره به ذره طلا نزديک شده و نشر نداشته‌باشند. پس از اينکه اين ذره در محلول حاوي DNA هدف قرار گرفت، در صورت تشکيل هيبريد، دو ماده فلوروفور از يکديگر فاصله گرفته، نشر فلورسانس قابل مشاهده و آناليز مي‌شود.

2-2. تشخيص الکتريکي مولکول‌هاي زيستي با استفاده از نانوذرات طلا
يکي از روش‌هاي ساده شناسايي DNA هدف، تشخيص الکتريکي است (شکل (8) سمت راست) . در اين روش پروب‌هاي DNA روي صفحاتي با اندازه ميکرون (chip) در بين دو الکترود، تثبيت مي‌گردد. اين پروب‌ها طوري طراحي مي‌شود که مکمل نيمي از DNA هدف باشد. همچنين طراحي پروب‌هاي نانوطلا به گونه‌اي است که اليگونوکلئوتيد آن مکمل نيمي ديگر از DNA هدف باشد. هيبريد شدن DNA هدف با پروب‌هاي نانوطلا و پروب تثبيت‌شده بر روي سطح، باعث مي‌شود که نانوذرات طلا در حدفاصل بين دو الکترود قرار گيرند. با افزودن نقره، کمپلکس تشکيل شده بين دو الکترود، فلز نقره را به داخل کشيده و پلي بين دو الکترود ايجاد مي‌شود. از تغيير جريان حاصل مي‌توان براي تشخيص حضور DNA هدف، استفاده كرد. دقت اين روش در حد 500 فمتو است و از آن در سنجش‌هاي ايمني نيز استفاده مي‌گردد [ 5 و9].

2-3. تشخيص مولکول‌هاي زيستي با استفاده از خواص الکتروشيميايي نانوذرات طلا
خاصيت احياکنندگي نانوذرات طلا باعث شده است که از آنها به عنوان نشان‌هاي الکتروشيميايي در تشخيص اسيد نوکلئيک استفاده گردد. هيبريد شدن DNA هدف روي الکترود تثبيت شده با پروب‌هاي نانوطلا يک موج اکسايش طلا در حدود 27/1 ولت ايجاد مي‌كند. تشخيص حضور يک جهش منفرد يا پلي‌مورفيسم تک بازي (SNP)، همچنين شناسايي بازهاي درگير، با استفاده از نوکلئوتيدهاي نشاندار با نانوذرات طلا امکان‌پذير مي‌گردد [1 و 5]. چگونگي انجام اين روش در شکل (8)- سمت چپ، نشان داده شده است. همان‌گونه که ملاحظه مي‌شود، ابتدا اليگونوکلئوتيد مکمل با DNA هدف بر سطح الکترود تثبيت مي‌شود. آن‌گاه محلول بيولوژيک حاوي DNA هدف به آن اضافه و هيبريد تشکيل مي‌شود. اگر نمونه حاوي DNA داراي حتي يک جهش نيز باشد، چون تشکيل پيوند هيدروژني در آن ناحيه صورت نمي‌گيرد، در ناحيه جهش، باز (ها) آزاد است. حال ، نانوذرات طلاي متصل به تک تک نوکلئوتيدها، مرحله به مرحله به اين نمونه ، افزوده مي‌شود. در صورت اتصال نوکلئوتيد متصل به نانوذره طلا به باز مکمل (که نشانگر وجود جهش در DNA هدف است) ، موج اکسايش طلا به طريق الکتروشيميايي قابل مشاهده و اندازه‌گيري است.
برهنه‌سازي الکتروشيميايي (Stripping voltametry)
يک پروتکل اندازه‌گيري الکتروشيميايي حساس است که در اندازه گيري آثار عناصر فلزي در مايعات زيستي (خون، ادرار، بزاق)، بافت‌ها (دندان و مو)، فراورده‌هاي غذايي (نوشابه‌ها وآب) و نمونه‌هاي زيستي (آب دريا و رودها) کاربرد دارد. آناليزهاي بر پايه برهنه‌سازي الکتروشيميايي از دو مرحله پيش‌تغليظ، سپس برهنه‌سازي تشکيل شده است. در مرحله پيش‌تغليظ، نمونه محلول در حجم کوچکي از الکترود قرار مي گيرد که در حقيقت براي بررسي محلول‌هاي tracer به کار مي‌رود. در محلول پيش‌تغليظ Electrodeposition انجام مي‌شود که آناليت با انجام واکنش از محلول به داخل الکترود تغليظ مي‌شود و پس از اين مرحله، مرحله برهنه‌سازي با استفاده از روش ولتامتري انجام مي‌شود که طي آن آناليت تغليظ شده با انجام واکنش عکس مجدداً حل و اندازه‌گيري مي‌شود. به‌دليل تغليظ نمونه با فاکتور صد تا هزار برابر در الکترود، جريان اندازه‌گيري شده کمتر تحت تأثير جريان خازني يا جريان باقي‌مانده ناخالصي قرار مي‌گيرد. تقويت سيگنال، با استفاده از سوارکردن چندين نانوذره طلا، سپس نانوذرات نقره بر روي يک بستر پليمري به دست مي‌آيد. نانوذرات بعداً مي‌توانند به طور آنزيمي حل و به‌وسيله برهنه‌سازي الکتروشيميايي اندازه‌گيري شوند. از اين روش در تشخيص پروتئين و DNA استفاده مي‌گردد[1 و 5]. شکل (9) تشخيص آنتي‌ژن با استفاده از روش برهنه‌سازي الکتروشيميايي را نشان مي‌دهد. در اين شکل ابتدا يک آنتي‌بادي پيگردي روي يک ذره مغناطيسي قرار مي‌گيرد که به آنتي‌ژن هدف مي‌چسبد. آنتي بادي تشخيصي که روي نانوذره طلا سوار شده است اضافه مي‌شود، سپس نانوذره نقره افزوده مي‌شود. نانوذره طلا باعث احياي نانوذره نقره مي‌گردد. کمپلکس نانوذرات و Ag-Ab روي يک مگنت قرار گرفته و نانوذرات روي الکترودها تغليظ مي‌شوند. با اعمال پتانسيل، نانوذرات رسوب‌کرده جدا شده و به روش برهنه‌سازي الکتروشيميايي تشخيص و اندازه‌گيري مي‌شوند که تغيير جريان با غلظت نمونه برابر است.
3. نقاط يا ذرات کوانتومي
نانوکريستال‌هاي مواد نيمه‌رسانا از قبيل سلنيد و کادميم، نانوابزار ديگري براي تشخيص آزمايشگاهي محسوب مي‌شود. اين کريستال‌هاي نيمه‌رسانا به عنوان منابع نور مولکولي عمل مي‌کنند و خصوصيات آنها به اندازه و شکل شان وابسته است. به محض اتصال يک آنتي‌بادي يا ديگر مواد تثبيت‌شده روي ذرات کوانتومي به مولکول هدف مورد نظر، نقاط کوانتومي شبيه beacon در اثر عمل اتصال، نور ساطع مي‌کنند. امروزه ذرات کوانتومي به دلايلي از قبيل نشر وابسته به اندازه ذره، درخشان‌تر بودن، تجزيه نشدن در برابر نور، تهييج همزمان چندين رنگ، تهييج ساده و حساسيت بالا مورد توجه قرار گرفته‌اند [10 و 11].

3-1. توليد پروب‌هاي نقاط کوانتومي
سنتز: اين نقاط يا ذرات عمدتاً از صدها تا هزاران اتم عناصر گروه دو و شش جدول تناوبي (مثل CdTe وCdSe) و يا عناصر گروه سه و پنج (مثل InP و InAs) به‌صورت دوفازي يا سه‌فازي تهيه مي‌گردند که اين سيستم دوعنصري موجب ايجاد حالت نيمه‌رسانايي اين ترکيبات مي‌شود. ذرات کوانتومي از يک هسته (core) نيمه‌رساناي فلورسانس (مثل CdSe، CdTe، InP و يا InAs) و يک پوسته ظريف از يک ماده با باند انرژي بيشتر (مثل CdS، ZnS و يا ZnSe) تشکيل شده‌اند. اين پوسته باعث پايداري هسته در برابر نور شده، از خاموشي سطحي تهييجات جلوگيري مي‌کند و در نتيجه بازدهي کوانتوم را افزايش مي‌دهد [10 و 11]. حلال‌هاي آلي از قبيل تري- ان- اكتيل فسفين (TOPO ) و هيدروکسيل آمين جهت حفظ خصوصيات نوري ذرات کوانتومي و محافظت هسته از محيط اطراف به عنوان پوشش (cap) به کار مي‌روند. ترکيباتي مثل پلي‌اتيلن گليکول (PEG) يا گروه‌هاي کربوکسيلات باعث حل‌شوندگي اين ترکيبات مي‌گردند. مرحله آخر توليد اين ذرات، مزدوج کردن (کنژوگاسيون) آنها به ليگاندهاي بيولوژيک از قبيل پپتيدها و اوليگونوکلئوتيدها براي اتصال به ترکيبات هدف است که اين کنژوگاسيون مي‌تواند به اشکال مختلف از جمله اتصال کوالاني، اتصال قطعه آنتي‌بادي به ذرات کوانتومي از طريق آمين سولفيدريل، کنژوگاسيون آنتي‌بادي‌ها به ذرات کوانتومي از طريق پروتئين آداپتور و اتصال پپتيدهاي منتهي به هيستيدين و پروتئين‌ها به ذرات کوانتومي حاوي Ni-NTA باشد. شکل (10) ساختمان پروب ذرات کوانتومي و شکل (11) روش‌هاي مختلف کنژوگاسيون ذرات کوانتومي را نشان مي‌دهد [10 ].
لازم به توضيح است که ذرات کوانتومي زماني نور را جذب مي‌کنند که انرژي برانگيختن بيشتر ازانرژي Bandgap باشد. در طول اين فرايند الکترون‌ها از لايه ظرفيت به لايه هدايت منتقل مي‌شوند. نشر وابسته به ذرات کوانتومي به شيوه on-off عمل مي‌کند که وابسته به قدرت برانگيختگي است و اين پديده احتمالاً از فوتويونيزاسيون و خنثي شدن بار نانوکريستال‌ها ناشي مي‌شود[11].
نانوذرات کوانتومي به دلايل مذكور کاربردهاي وسيعي پيدا کرده‌اند که از جمله اين کاربردها مي‌توان به موارد زير اشاره کرد[3]: Immunohistochemistry، تشخيص و تعيين ژنومي، تشخيص مارکرهاي زيستي، تشخيص اوليه سرطان، تشخيص ميکروارگانيسم‌هاي عفوني مثل مالاريا و HIV، سنجش‌هاي خون کامل، تشخيص حساس RNA ويروسي در حد صد کپي، سنجش‌هاي ايمني و تصويرسازي از بافت زنده و... .
3-2. تشخيص نوري مولکول‌ها به سيله ذرات کوانتومي
ذرات کوانتومي به‌دليل داشتن ضريب جذب مولي بالا بسيار درخشان‌تر از ساير مولکول‌هاي فلوروفور هستند، ‏همچنين به‌دليل داشتن پايداري بيشتر در مقابل نور، طيف جذبي وسيع و نشري باريک، کانديداي خوبي جهت تشخيص ‏مولکول‌ها در شرايط ‏in‏ ‏vivo‏ محسوب مي‌شوند. از اين خصوصيات نوري ذرات کوانتومي در شرايط ‏in‏ ‏vivo‏ براي ‏تشخيص گيرنده‌هاي سطح سلولي، اجزاي اسکلت سلولي و آنتي‌ژن‌هاي هسته‌اي در نمونه‌هاي مختلف شامل سلول‌هاي ‏زنده، سلول‌هاي تثبيت‌شده و برش‌هاي بافتي استفاده مي‌شود[1و3 و10و11و12]. شکل (12) تشخيص همزمان چندين ‏مولکول هدف را به وسيله ذرات کوانتومي با اندازه‌هاي مختلف و در نتيجه با رنگ‌هاي مختلف و فلورسنت نشان ‏مي‌دهد [ 1]. ‏
3-3.تشخيص مولکولي بر پايه خصوصيات الکتروشيميايي ذرات کوانتومي
ذرات کوانتومي داراي خصوصيات احياکنندگي هستند. از ذرات کوانتومي با پتانسيل‌هاي اکسيداسيون مختلف جهت تشخيص همزمان چندين مولکول هدف استفاده مي‌گردد (شکل (13))[1,11].
4. نانوذرات مغناطيسي
پروب‌هاي نانوذرات مغناطيسي يک کلاس جديد از عوامل کنتراست و پيگردي (tracking) جهت تصويرسازي پزشکي هستند [ 13و14]. ساختمان اين ذرات شامل يک هسته (حاوي ترکيباتي مثل اكسيد آهن اَبَرپارامغناطيس (SPIO)، نيکل و يا کبالت) بوده که امروزه بيشتر از SPIOs به‌دليل نداشتن خاصيت سمي استفاده مي‌شود. در ساختمان اين نانوذرات پوششي (coating) از دکستران يا پلي اتيلن گليکول نيز وجود دارد که از تجمع (aggregation) اين نانوذرات جلوگيري و باعث حل شوندگي آنها در آب و آماده شدنشان براي کونژوگه شدن مي‌شود. نانوذرات با SPIOs، بنا به دلايلي از جمله غير سمي بودن، نداشتن خاصيت ايمني، اندازه کوچک، خاصيت مغناطيسي بالا، قابليت تنظيم براي ارگان‌هاي هدف ويژه با تغيير در اندازه، ضخامت پوسته، شيمي سطحي و ليگاند هدف بيشتر استفاده مي‌شوند. در کاربردهاي in vivo نانوذرات آهن اکسيد مگميت و مگنيت به عنوان عوامل کنتراست در تصويرسازي‌هاي MRI و NMR استفاده مي‌شود[13] اين ترکيبات تصوير حاصل از MRI و NMR بافت هدف را در نتيجه به هم زدنRelaxation Time آب اطراف تيره‌تر از ساير قسمت‌ها مي‌کنند و در شرايط in vivo بافت‌هايي مثل کبد، طحال، مغز استخوان و گره‌هاي لنفاوي که حاوي ماکروفاژ بيشتري هستند عوامل کنتراست مغناطيسي را بيشتر به دام مي‌اندازند و از اين خاصيت در داخل بدن براي پيگيري بيماري‌هاي اين اعضا، به‌خصوص موارد التهابي به‌صورت فرايندهاي فيزيولوژيک استفاده مي‌کنند. چون در بافت‌هاي سرطاني، اين فرايندهاي فيزيولوژيک ماکروفاژها را جذب نمي‌کنند پس در NMR رنگ درخشانتري را نشان مي‌دهند
[14]. به منظور افزايش ويژگي پروب‌هاي نانوذرات مغناطيسي به بافت هدف، ليگاندهاي خاص مولکول يا بافت هدف همراه با يکسري عوامل در سطحشان که به آنها اجازه عبور از سلولها را مي‌دهند طراحي مي‌گردند[ 1و14]. شکل (14) تصويري از پروب SPIOs را جهت تصويرسازي ويژه به وسيله MRI نشان مي‌دهد. از نانوذرات مغناطيسي در ايمنواسي‌ها نيز استفاده مي‌شود[ 13و14].
Magnetorelaxometry، روشي است براي سنجش که ويسکوزيسته مغناطيسي يا Relaxation حرکت مغناطيسي يک سيستم نانوذره مغناطيسي را پس از خاموش کردن ميدان مغناطيسي اندازه‌گيري مي‌کند. در اين سنجش‌ها آنتي‌ژن‌هاي هدف در سوسپانسيوني از آنتي‌بادي نشاندار با مگنت مخلوط مي‌گردند و با اعمال يک ميدان مغناطيسي، ذرات نانو خاصيت مغناطيسي خالص پيدا کرده که با خاموش کردن ميدان مغناطيسي،Relaxation پيدا مي‌کنند. تشخيص اتصال پروب به مولکول هدف با استفاده از تمايز فرايندهايRelaxation به دست مي‌آيد؛ نانوذرات غير متصل سريعاً چرخش براوني ( Brawnian) پيدا مي‌کنند، در حالي که نانوذرات متصل به مولکول هدف به آهستگي دچار Relaxation Neel شده و يک حرکت مغناطيسي ايجاد مي‌نمايند که آشکارساز (Dtector) آن را ثبت مي‌گردد. اين روش علاوه بر امكان‌پذير ساختن توانايي تشخيص و تمايز نشانگرهاي متصل و غير متصل به مولکول هدف نياز به جداسازي نمونه را نيز بر طرف ساخته و در نتيجه اجازه تشخيص همگن ماده را مي‌دهد [13و15].
5. نانوذرات سيليکا
نانو ذرات سيليکا؛ ذرات رنگي در اندازه‌هاي دو تا 200 نانومتر هستند و ساختمانشان از تشكيل تعداد زيادي مولکول‌هاي رنگي در داخل يک ماتريکس سيليکا است. سيگنال فلورسانس اين ذرات ده هزار بار قوي‌تر از فلوروفورهاي معدني است و به خاطر نشر و درخشندگي زيادي كه دارند کانديداي خوبي براي آناليزهاي حساس به شمار مي‌روند؛ به طوري‌که نياز به آمپلي فيکاسيون قبلي نمونه را بر طرف مي کنند. نانوذرات سيليکا علاوه برآناليزهاي حساس، در تصويرسازي مولکولي و تشخيص همزمان چندين مولکول هدف با استفاده از مولکول‌هاي رنگي با اندازه‌هاي مختلف (و در نتيجه رنگ‌هاي مختلف) كاربرد دارند. پايداري و چگالي بالاي سيليکا ، جداسازي سانتريفوژي، تغييرات سطحي و ديگر فرايندهاي آناليز را راحت‌تر کرده است. از مزاياي ديگر اين ذرات، هيدروفوبيک بودن ساختمان آنهاست که باعث محافظت از حمله‌هاي ميکروبي، تورم و يا تغيير منافذ آنها در اثر تغيير pH مي شود[16]. از خاصيت فلورسنتي بالاي نانوسيليکا براي تشخيص ميکروارگانيسم‌ها و همچنين DNA و پروتئين در زمان سريع با حساسيت بالا استفاده مي‌گردد[16و17]. اين ذرات به‌دليل داشتن مولکول‌هاي رنگي بيشتر در داخل ماتريکس سيليکا، سيگنال هيبريد خيلي قوي نسبت به نانوذرات قبلي مورد اشاره شده ايجاد مي‌کنند[16].
با استفاده از انواع مختلف رنگ‌هاي داخل ماتريکس كه داراي غلظت‌هاي مختلف هستند، مي‌توان نانوذرات بارکدينگ Substrate) -Barcoding) ايجاد کرد که مشخصات نوري ويژه‌اي دارند، اين نانوذرات قادر به شناسايي همزمان چندين مولکول زيستي را روي سطح سلول هدف هستند. [16].
در شکل (15) از سيستم دورنگي استفاده گرديده‌است نانوذرات و آنتي‌بادي كه با نسبت‌هاي مختلفي كه دارند، به طور ويژه ميکروسفرهاي پوشيده با آنتي بادي ثانويه مربوطه را تشخيص مي‌دهند، در نتيجه به طور همزمان فرايندهاي تشخيص بين نانوذرات گنژوگه و مولکول‌هاي هدف مربوطه روي سطح سلول انجام مي‌شود. وقتي که مخلوط نانوذرات- سلول از يک فلوسايتومتر عبور داده مي‌شود هر کمپلکس نانوذرات- سلول فلورسانس ويژه‌اي را ايجاد مي‌کند که مشخصه نانوذرات متصل شده و در نتيجه نمونه به خصوصي در ايجاد يک موجي ويژه محسوب مي‌شود. از نانوذرات سيليکا به‌دليل داشتن خاصيت احياکنندگي زيادشان به عنوان نشان‌هاي الکتروشيميايي نيز استفاده مي‌شود.
6. نتيجه‌گيري
1. ذرات نانو به عنوان Labels يا Tags، حساسيت، سرعت و انعطاف‌پذيري تست‌هاي بيولوژيکي که حضور يا فعاليت مواد مورد نظر را اندازه مي‌گيرند افزايش مي‌دهد.
2. نانوذرات قادر به آزمايش نمونه‌هاي در حجم کم هستند.
3. از بسياري از روش‌هاي توصيف شده مي‌توان براي DNA و پروتئين‌ها استفاده كرد.
4. نانوذرات امکان تشخيص ميکروارگانيسم‌ها يا مولکول‌هايي که به وسيله روش‌هاي رايج امکان‌پذير نيست فراهم مي‌سازند.
5. تشخيص اوليه بيماري‌هايي از قبيل سرطان، بهبود و موفقيت درمان را بيشتر مي‌کند.
6. برخي از روش‌‌هاي اشاره شده نياز نمونه به PCR را برطرف مي‌کنند.
7. نانوذرات با کاهش زمان مورد نياز براي تست نمونه يک اثر مثبت روي تصميم‌گيري‌هاي باليني و هزينه‌هاي درمان دارند.
8. پروب‌هاي نانوذرات امکان کاربري در تشخيص‌هاي in vivo را به‌خوبي دارا هستند.
9. اکثر اين ترکيبات غير سمي يا سميتشان خيلي پايين است.

منابع

1-Natalia, C. T. and Zhiqiang, G. (2006) “Nanoparticles in biomolecular detection” Nanotoday ; 1 (1) : 28-37
2-Salata, O. V. (2004) “Application of nanoparticles in biology and medicine” J. Nanobiotechnology; 2 (3) : 1-8
3-Kewal, K. and Jain, T. (2005) ” Nanotechnology in clinical laboratory diagnostics” Clinica Chimica Acta; 358: 37–54
4-Paolo, F. , Larry, J. and Saul, S. (2005) “Nanobiotechnology: the promise and reality of new approaches to molecular recognition” Trends in biotechnology ; 23 (4) : 169-173
5- Shad, C. and Mirkin, C. A. (2005) “DNA-Gold-Nanoparticles Conjugates” In: Nanobiotechnology: Concepts,Application and perspectives. (Niemeyer, C. M. and Mirkin, C. A.) ,WILEY-VCH. pp. 289-307
6- Shad, T. C. , Dimitra, G. and Mirkin, C. A. (2005) “Gold nanoparticle probes for the detection of nucleic acid targets” Clinica Chimica Acta. xx (2005) xxx – xxx
7-Jwa, M. N. , Shad, C. and Chad, C. M. (2003) “Nanoparticle-Based Bio-barcodes for the Ultrasensitive Detecetion of proteins” Science ; 301: 1884-1886
8- Jwa, M. N. , Savka. I. S. and Chad A. M (2004) “Bio-Bar-Code-Based DNA Detection with PCR-like Sensitivity” J. Am. Chem. Soc ; 126 (19) : 5932 -3
9-Park,S. J. and Chad, C. M. (2002) “Array-Based Electrical Detection of DNA with Nanoparticle probes” Science ; 295: 15031506
10- Xiaohu, G. , Yang, L. , John A P. and Marshall, F. (2005) “In vivo molecular and cellular imaging with quantum dots” Current |Opinion in Biotechnology ;16: 63-72
11- Xiaoho,G. and Shuming,N. (2005) “Luminescent Quantum Dots for biological Labeling” In: Nanobiotechnology: Concepts,Application and perspectives. (Niemeyer, C. M. and Mirkin, C. A.) , WILEY-VCH. pp. 343-341
12-Wu X, L. H. , and Liu, J. (2003) “Immunofluorescent labeling of
cancer marker Her2 and other cellular targets with semiconductor
quantum dots” Nat. Biotechnol. ;21: 41– 6.
13-Pedro,T. , Maria, D. and Morale, P. (2003) “The preparation of magnetic nanoparticles for application in biomedicine” J. Phys. Appl. Phys;36: R182-R197
14- Conte,L. , Nitin ,N. and Gang, B. (2005) “ Magnetic nanoparticle probes” Nanotoday ;may 2005: 32-38
15-E. Romanus, M. , Hückel, C. and Weitschies, R. (2003) “Magnetic nanoparticle relaxation measurement as a binding specific technique for in vivo diagnostics” file: //F: \nnn\Nanoparticle Symposium May 2003- Abstracts.
16- Wang,L. , Kemin, W. , Swadeshmukul, S. ,Xiaojun, Z. Yanrong, W. (2006) “Watching Silica Nanoparticles” Anal. Chem ;February 1: 646-654
17- Zhao, X. , Lisa R. Hilliard*, Mechery,S. J. , Wang ,Y. ,Rahul, P. and Jin, Sh. (2004) “ A rapid bioassay for single bacterial cell quantitation
using bioconjugated nanoparticles” PNAS;101 (42) : 15027-15032etic

شکل1. خصوصيات نوري نانوذرات طلاي جدا از هم و مجتمع

شکل2. تشخيص SNPs با استفاده از پروب‌هاي نانوطلا-DNA

شکل3. سنجش DNA به روش روبش‌گري(Scannometry)

شکل4. تشخيص DNA بر پايه Bio-Barcode

شکل 5. تشخيص پروتئين (PSA) در مايع مغزي– نخاعي، بر پايه Bio-Barcode

شکل6. تشخيص همزمان چند مولکول با استفاده از چند رنگ رامان و نانوذرات طلا

شکل7. تشخيص نوري مولکول‌ها با نانوذرات طلا به عنوان فرونشاننده‌هاي نشر فلورسانس

شکل8. (سمت راست) تشخيص الکتريکي هيبريد شدن DNA و سمت چپ شناسايي الکتروشيميايي پلي‌مورفيسم تک بازي (SNP) با استفاده از نانوذرات طلا

شکل9. تشخيص يک آنتي‌ژن به روش برهنه‌سازي الکتروشيميايي با استفاده از نانوذرات طلا

شکل 10. ساختمان پروپ نانوذرات کوانتومي

شکل11. روش‌هاي مختلف کنژوگاسيون ذرات کوانتومي

شکل12. تشخيص کمپلکس آنتي‌بادي‌ها با استفاده از ذزات کوانتومي

SPIOs کنژوگه با پپتيد Tat و فلورسنت Texas Red براي انتقال سلولي, تصوير سازي نوري و MRI

شکل15. نانوذرات سيليکا به عنوان Barcoding substrates در سيستم دو رنگي و پتانسيل مختلف

منابع :

Natalia, C. T. and Zhiqiang, G. (2006) “Nanoparticles in biomolecular detection” Nanotoday ; 1 (1) : 28-37

Salata, O. V. (2004) “Application of nanoparticles in biology and medicine” J. Nanobiotechnology; 2 (3) : 1-8

Kewal, K. and Jain, T. (2005) ” Nanotechnology in clinical laboratory diagnostics” Clinica Chimica Acta; 358: 37–54

Paolo, F. , Larry, J. and Saul, S. (2005) “Nanobiotechnology: the promise and reality of new approaches to molecular recognition” Trends in biotechnology ; 23 (4) : 169-173

5- Shad, C. and Mirkin, C. A. (2005) “DNA-Gold-Nanoparticles Conjugates” In: Nanobiotechnology: Concepts,Application and perspectives. (Niemeyer, C. M. and Mirkin, C

+ نوشته شده در پنجشنبه نهم اسفند 1386ساعت 21:15 توسط الف-عباسی |

بیروزی هسته ای مبارک باد

+ نوشته شده در شنبه چهارم اسفند 1386ساعت 16:14 توسط الف-عباسی |

+ نوشته شده در جمعه سوم اسفند 1386ساعت 15:53 توسط الف-عباسی |

نانولولة كربني مي تواند صنعت ساختمان را متحول كند

علي‌رغم رشد سريع تحقيقات نظري و عملي علوم و فنون نانو در كليه زمينه‌ها، توجه كمي به كاربردهاي اين پديده در صنعت ساختمان معطوف شده است. اخيراً‌ استفاده از تقويت‌كننده‌ها و استحكام‌دهنده‌هاي نانويي مانند نانولولة كربني در مصالح ساختماني رواج بيشتري يافته و موج جديدي با شتاب فزاينده، صنعت ساختمان را در برگرفته است. متن زير حاصل گفتگوي شبكه تحليلگران تكنولوژي ايران (ايتان)‌ با خانم مهندس حسين‌پور، عضو كادر آموزشي دانشكده مهندسي شيمي دانشگاه صنعتي اميركبير، در مورد كاربردهاي نانوتكنولوژي در ساختمان است:

نانولولة كربني

نسل جديدي از كربن است كه از مواد نانوكربني ساخته شده است. اين ماده كه مستحكم‌تر از فولاد، سبك‌تر از آلومينيوم و رساناتر از مس است، كاربردهاي زيادي دارد كه موارد كليدي آن شامل الكترونيك، حسگرها، مواد و مصالح ساختماني، پركن‌ها ( Fillers ) و غيره است. مثلاً‌ اين ماده به‌عنوان پركن در صنايع پلاستيك و رنگ به عنوان جايگزين كربن سياه استفاده مي‌شود كه يكي از كاربردهاي رايج آن است

خواص نانولوله كربني

خواص فلزي و شبه فلزي كربن نانوتيوب با تغيير در ساختار، به جاي تغيير در تركيب بدست مي‌آيد. اين خواص ويژه در نانوالكترونيك كاربردهاي زيادي به وجود مي‌آورند.

از ديدگاه مكانيكي، كربن نانوتيوب ( CNT ) قوي‌ترين ماده‌اي است كه تا به‌حال شناخته شده است. اين ماده بسيار مستحكم به شدت انعطاف‌پذير نيز هست به‌طوريكه قابليت خم شدن به شكل دايره و يا حتي گره‌خوردن را دارد. اين رفتار مكانيكي ويژه، علاقه‌مندي زيادي جهت استفاده از آن در مصالح ساختماني ايجاد كرده است. پتانسيل‌هاي استفاده از CNT هنوز قابل تامل و تعمق است.

كاربرد نانوتيوب در صنعت ساختمان

حداقل سه عرصة گسترده تحقيقاتي براي توليد محصولات مورد نياز ساختمان وجود دارد:

• به دليل خواص مكانيكي عالي CNT ، استفاده از آنها در زمينه‌هاي پليمر شيشه و ساختمان قابل توجه است.

• CNT به عنوان اجزاي ساخت سيستم‌هاي انتقال حرارت، به علت خواص ويژه هدايت حرارتي آن مورد توجه است.

• استفاده از CNT با طول زياد به شكل ريسمان، در پل‌هاي معلق كاربرد دارد

.

مثلاً‌ در بتون، از گذشته تا حال، فايبرهاي فولادي (بتن آرمه) استفاده مي‌شده‌اند. بنابراين بتون، مستعد استفاده از كربن نانوتيوب است انتظار مي‌رود با استفاده از CNT به خواص بهتري در بتون دست يابيم.

دلايل رجحان نانولولة كربني عبارتند از

:

• خواص ويژة مكانيكي هدايت حرارتي و الكترونيكي

• نسبت طول به قطر بسيار بالا (اگر قطر كربن نانوتيوب‌ها 1 نانومتر در نظر گرفته شود، طول، 1 هزار برابر قطر است در حالي كه تلاش مي‌شود به طول‌هاي بيشتر دست يافته شود و پژوهشگران مستعد استفاده از كربن نانوتيوب است حتي به ابعاد سانتي‌متر هم رسيده‌اند.

3- اندازه كوچك فايبرها و قابليت پخششدن بالا در زمينة سيمان و بتن (تقويت‌كنندة عالي)

نانوتيوب‌ها با اجزاء و تركيبات سيمان پيوند حاصل كرده و باعث كنترل مناسب سيستم سيمان ميشوند.

جمع‌بندي

:

با توجه به كاربردهاي بالقوه كربن نانوتيوب، نياز به اين ماده در صنايع داخلي ديده مي‌شود. صنعت ساختمان با توجه به زلزله‌خيز بودن ايران، يكي از صنايعي است كه لزوم بهينه‌سازي ساخت‌وساز و مصالح ساختماني در آن مشاهده مي‌شود

.

كشور ايران در تامين منابع اوليه توليد كربن نانوتيوب غني است و از طرف ديگر تحقيقات زيادي تا به امروز در سطح جهان در اين زمينه انجام شده است. در بسياري از نقاط جهان اين ماده به صورت تجاري توليد مي‌شود ولي همچنان تحقيقات براي رسيدن به خلوص بالا و نسبت طول به قطر بيشتر ادامه دارد.

آنچه تاكنون روشن شده اين است كه رسيدن به خلوص بالا و طول بلند، براي كربن نانوتيوبي كه در سيمان و بتون استفاده ميشود، در اولويت نيست؛ در همين شرايط موجود هم استفاده از آنها خواص بسيار مطلوبي حاصل مي‌كنند و نوع ناخالص آن نيز مي‌تواند اثر معجزه‌آسايي در مصالح به‌عنوان تقويت‌كننده ساختماني داشته باشد.

+ نوشته شده در پنجشنبه دوم اسفند 1386ساعت 16:39 توسط الف-عباسی |

سحر جان از اینکه مرا در تنظیم این وبلاگ یاری کردی ممنونم.

تقدیم به تو که بهترینی

+ نوشته شده در پنجشنبه دوم اسفند 1386ساعت 16:22 توسط الف-عباسی |

بیامها

در این قسمت شما می توانید بیامهای خودرا برای دوستان و آشنایان خود از قسمت نظرات برای ما ارسال نمایید . و مانیز آنهارا به نام شما در وبلاگ نشان دهیم

+ نوشته شده در پنجشنبه دوم اسفند 1386ساعت 16:13 توسط الف-عباسی |

+ نوشته شده در پنجشنبه دوم اسفند 1386ساعت 15:39 توسط الف-عباسی |

خلاصه

با توجه به ظهور فناوري‌هاي جديد، صنايع شيميايي سنتي به صنعتي بالغ و بسيار جا افتاده با كالاها و محصولات متنوع تبديل شده است. توليد فرآورده‌هاي شيميايي خاص و ايجاد قابليت‌هاي جديد، فرصت‌هاي بازاري و محصولات جديدي را پديد مي‌آورد، كه همگي نتيجه فناوري‌هاي نوين فرآوري و روش‌هاي كنترلي ميكروساختاري هستند. اين كه علاوه بر ساختار مولكولي کليد ميكروساختار يك ماده تعيين خواص آن ماده مي‌باشد، واقعيتي كاملاً شناخته شده و روشن است و به همين دليل است كه کنترل کردن ساختارها در سطوح ميكرو و نانو لازمه كشفيات جديد مي‌باشد. در اين مقاله تعريف ما از فناوري نانو عبارتست از: دستكاري كنترل شده نانومواد با ابعاد كمتر از 100 نانومتر.

فناوري نانو يكي از زمينه‌هاي اساسي و نوظهور تحقيقاتي است كه شامل شيمي و علم مواد مي‌باشد و در برخي موارد، زيست‌شناسي هم به آن اضافه مي‌شود كه به كمك آن مي‌توان خواص جديدي كه هنوز كشف نشده‌اند را کشف نمود و با استفاده از اين خواص مي‌توان به فرصت‌هاي بازاري و تجاري جديدي دست يافت. در اين مقاله به فرصت‌هاي تجاري فناوري نانو از ديدگاه صنعتي مي پردازيم كه شامل صنايع الكترونيك، زيست پزشكي و كالاهاي مصرفي مي‌باشد. همچنين به تعريفي از رقابت‌هاي عرصه فناوري كه شامل عمليات‌هاي مختلف از تشكيل ذره، پوشش‌دهي، پراکندگي،تا مشخصه يابي، مدل‌سازي و شبيه‌سازي هستند، خواهيم پرداخت. و در نهايت نقشه راه نوآوري فناوري نانو را ارائه خواهيم كرد، كه در آن به تأثير متقابل توسعه بلوك‌هاي سازنده نانومقياس، طرح محصول، طرح فرآيند و ارزش محصول را مورد اشاره و آن را تعريف نموده‌ايم. همچنين يك مدل تحقيق و توسعه را پيشنهاد داده‌ايم كه اين مدل با توجه به تقاضاهاي بازار و توانايي فناوري به دنبال يافتن راهي سريع براي بهره‌برداري از مزاياي فناوري نانو و انتقال آن به بازار مصرف و استفاده مشتريان مي‌باشد.
مقدمه
ما فناوري نانو را يك فناوري كاملاً توانمند مي‌دانيم كه قادر است تحولات و پيشرفت‌هاي عمده و پايداري را در بسياري از بخش‌هاي بازار ايجاد كند. به‌عنوان مثال مي‌توان به ابزارها و مؤلفه‌هاي ارتباطي سريع‌تر، هوشمندتر و راحت‌تر، مواد هوشمندي كه به محرك‌هاي خارجي پاسخ مي‌دهند، انرژي تميزتر و ايمن‌تر، فرآيندهاي توليدي سازگار با محيط زيست، سيستم‌هاي تشخيص سلامت بشر و نيز روش‌هاي بهتر براي آشكارسازي، پيشگيري و يا برطرف نمودن اثرات سوء عوامل مضر شيميايي و بيولوژيكي اشاره کرد.
تجاري‌سازي فناوري‌‌ نانو باعث بهبود بهره‌وري اقتصادي و قدرت توليد، بهبود بهداشت و سلامتي و ارتقاي كيفيت زندگي خواهد شد، كه تمامي اينها فوايد اجتماعي فراواني در سطح جهان به دنبال خواهد داشت. در اين فناوري نيز همانند هر فناوري جديد ديگر اكتشافات صورت گرفته بايد بر اساس مفاهيم و اصول علمي دقيق باشند و خطرات احتمالي اثرات نامطلوب آن بر سلامت بشر و محيط‌زيست بايد نقادانه مورد ارزيابي قرار گيرد. همچنين بايد گفتگوهاي باز با نماينده‌ها و کميته‌هاي نظارتي ترتيب داده شود و موافقت‌نامه‌هاي آزمايشي مناسب در زمينه نظارت بر خطرات به اجراء گذاشته شود.
فناوري نانو به صنعت و يا شركت‌هاي خصوصي معين و يا حتي فقط چند مليت خاص اختصاص ندارد. ايالات متحده چه در بخش سرمايه گذاري دولتي، چه شركت‌هاي سرمايه‌گذار خصوصي در صنعت فناوري نانو هيچ پيشگامي ندارند. بيشتر دولت‌ها در كشورهاي صنعتي جهان از سال 1997 سرمايه‌گذاري در فناوري نانو را آغاز كرده‌اند و برنامه‌هاي مهمي هم در كشورهاي آمريكا، ژاپن و اروپاي غربي در اين زمينه در جريان است. ضمن آن كه كشورهاي ديگري همچون استراليا، كانادا، چين، اروپاي شرقي، اسرائيل، كره، سنگاپور و تايوان هم در اين زمينه برنامه‌هايي دارند. انقلاب فناوري نانو اساساً متفاوت از انقلاب صنعتي اول است، كه فقط در چند قدرت برتر جهان اتفاق افتاده بود و ساير كشورها همچنان در حال توسعه بودند.
براي بهينه‌سازي محصولات و كالاهايي كه بر اساس فناوري نانو توليد مي‌شوند، لازم است تا توانمندي‌هاي مهم در اين زمينه خيلي زود شناخته شوند. يك روش مفيد براي اين كار تعريف چهار مهارت زير است:

نانوسنتز: ايجاد بلوك‌هاي سازنده نانومقياس شامل نانوذرات، نانولوله‌ها و نانوساختارها
نانوساخت و نانوفرآوري: دستكاري و فرآوري بلوك‌هاي سازنده نانومقياس براي اهداف مورد نظر
نانوترکيب: يكي كردن نانوبلوك‌هاي سازنده و شكل دادن يك محصول و كالاي نهايي از قبيل كامپوزيت‌هاي پليمري، مواد الكترونيكي و ابزارهاي زيست پزشكي
نانو مشخصه‌يابي: اندازه‌گيري و مشخصه‌يابي خواص اساسي بلوك‌هاي سازنده نانومقياس و يا شكل نهايي محصول

ادامه مطلب هفته بعد نمایش داده خواهد شد.

ادامه مطلب

+ نوشته شده در پنجشنبه دوم اسفند 1386ساعت 12:9 توسط الف-عباسی |

+ نوشته شده در پنجشنبه دوم اسفند 1386ساعت 11:46 توسط الف-عباسی |

فناوري نانو و برخي كاربردهاي آن در صنعت آب

استفاده از فناوريهاي نوين به خصوص فناوري نانو در راستاي كاهش اثرات سوء آلودگيهاي زيست محيطي، بعنوان يكي از راهكارهاي مديريتي مطرح مي‌باشد. يكي از مواردي كه اين فناوري كاربرد خود را متبلور مي‌نمايد در ارتباط با منابع آب مي‌باشد كه در نظر گرفتن چالشهاي پيش رو ضرورت استفاده از آن را پر رنگ تر نموده است. در اين مطلب برخي كاربرد‌هاي فناوري نانو در صنعت آب اشاره شده است.

مقدمه

آب يكي از ضروري ترين عناصر حيات بر روي زمين است و اگر چه بيش از 70 درصد از سطح كرة زمين با آب پوشيده شده است اما كمتر از 3 درصد از آن آب شيرين مي‌باشد. از اين مقدار 79 درصد به قله‌هاي يخي تعلق دارد، 20 درصد آن آبهاي زير زميني است كه به راحتي قابل دسترسي نمي باشد و فقط 1 درصد آن شامل درياچه ها و رودخانه ها و چاهها مي‌باشد كه به راحتي به دست مي آيد. در مجموع در هر زمان تنها يك ده هزارم از كل آبهاي كره زمين به سادگي در دسترس انسان قرار دارد.

در دسترس بودن آب سالم و پاك يكي از مهمترين مسائل پيش روي بشر مي‌باشد و به تدريج كه مقدار مصرف آب بيشتر مي‌شود مواد آلاينده نيز به طرق مختلف باعث آلوده كردن منابع آبي مي‌گردند و اين مسأله در آينده بحراني تر خواهد شد. مجمع عمومي سازمان ملل متحد به منظور افزايش آگاهي و ترغيب، جهت اداره بهتر امور مربوط به آب و حراست بهتر از اين منبع حياتي، سال 2003 را سال بين المللي آب شيرين اعلام نمود. پذيرش حق برخورداري از آب بعنوان يك حق براي بشر ممكن است مهمترين گام در بر طرف كردن دشواري تأمين اين بنيادي ترين عنصر زندگي مردم باشد.

اهميت كاربرد فناوري نانو در صنعت آب

فناوري نانو طي مدت كوتاهي كه از ظهور آن مي گذرد كاربردهاي مختلفي در صنايع گوناگون يافته است. در نتيجه صنعت آب، بعنوان يكي از پايه‌هاي حيات از اين مسئله مستثني نيست و در بخشهاي مختلف آن، شامل ساخت سدها، حفاظت خطوط لوله انتقال آب، تصفيه آب و پساب، شيرين سازي آب و غيره، فناوري نانو كاربرد يافته است.
امروزه در جهان بسياري از مردم به دلايل بلاهاي طبيعي، جنگ و زير ساختهاي ضعيف خالص سازي آب، به آب بهداشتي دسترسي ندارند. حدود يك ميليارد نفر به منابع آبي دسترسي ندارند. روزانه‌5000 كودك به علت مبتلا شدن به امراض ناشي از مصرف آب غير بهداشتي مي‌ميرند.
تمام تلاش محققين اين است كه با كمك روشها و فناوريهاي جديد بتوانند اين مشكلات را كاهش دهند. يكي از اين فناوريها، فناوري نانو است.
در مجموع كاربردهاي متعددي را مي‌توان در زمينه استفاده از فناوري نانو متصور بود كه اهم آنها در ذيل آمده است:
1-استفاده از ذرات نانو ساختار در تصفيه آلاينده ها
2-رنگ زدايي از آب آشاميدني
3-نمك زدايي از آب
4-نانو پوشش ها
5-نانو لوله‌هاي جاذب گازهاي سمي
6-نانو پليمرهاي متخلخل
7-استفاده از نانو ذرات در تصفيه پسابها
8-نانو فيلترها
9-حذف آرسنيك موجود در آب با استفاده از فناوري نانو

در ادامه نگاهي به كاربرد‌هاي اين فناوري در صنعت آب خواهيم داشت.

برخي كابردهاي فناوري نانو درعرصه صنعت آب

فناوري نانو با روشهاي زير مي‌تواند در تهيه آب تميز كمك كند ؛
1. غشاهاي فيلتر اسيون نانو متري به منظور افزايش بازيابي آب
2. روشهاي سازگار با محيط زيست جهت تصفيه آبهاي زير زميني به وسيله اجزاي معدني و آلي
3. نانو مواد براي بهبود كارايي فرايندهاي فتو كاتاليستي و شيميايي
4. نانو حسگرهاي زيستي جهت تشخيص سريع آلودگي آب
در ادامه برخي موارد فوق توضيح داده مي‌شود.

نانوفيلتراسيون

روش نانوفيلتراسيون طي چند سال گذشته رونق گرفته است. در نانو فيلتراسيون جدا سازي براساس اندازه مولكول صورت مي‌گيرد و فرآيندي فشاري است. اساساً اين روش جهت حذف اجزاي آلي نظير آلوده كننده‌هاي ميكروني و يونهاي چند ظرفيتي مي‌باشد. از ديگر كاربردهاي نانو فيلتراسيون مي‌توان به حذف مواد شيميايي كه به منظور كشتن موجودات مضر به آب اضافه شده اند، حذف فلزات سنگين، تصفيه آبهاي مصرفي، رنگ زدايي و حذف آلوده كننده ها و حذف نيترات ها اشاره كرد.
نانو فيلتراسيون مي‌تواند تقريباً از هر منبع آبي، آب پاك به وجود آورد و تمام باكتري‌هاي
موجود در آب را حذف كند. در ضمن امكان استفاده آسان از روشهاي تصفيه را براي عموم فراهم مي كند و بدون عمل شيميايي تصفيه را انجام مي‌دهد.

نانو حسگرها

اگر چه حسگرهاي مختلفي براي آشكار نمودن آلودگي‌ها و مواد آلوده وجود دارند ولي فناوري نانو امكان ايجاد نسل‌هاي جديدي از حسگرهاي با توانايي بالا را فراهم مي‌نمايد كه مواد آلاينده در مقادير و غلظت‌هاي كم را آشكار مي‌نمايند.

جمع بندي

در آينده ايران جزء كشورهايي خواهد بود كه بحران مصرف بالا و كم آبي را به دليل افزايش جمعيت شهر نشين و ارتقاي سطح صنعت و كشاورزي ، پيش رو خواهد داشت. مهندس افراسياب باباكوهى كارشناس كنترل كيفيت و منابع طبيعى مى گويد: «در خشكسالى سال هاى گذشته حدود ۲۰۰ هكتار از باغ ها، بيش از ۱۰ هزار هكتار از محصول چاى و ۲ هزار هكتار از باغ هاى موز سيستان و بلوچستان و باغ هاى كوهپايه آسيب جدى ديد. استخراج بى رويه از آب هاى زيرزمينى و سفره هاى آبدار زيرزمين در شرايط كنونى يك موقعيت بحرانى دارد. درحال حاضر از ۶۱۲ دشت كشور، ۱۵۰ دشت جزو مناطق ممنوعه و بحرانى است.
با قبول اين وضعيت، بخش بزرگى از مزارع در محدوده كوير قرار مى گيرد و مشخص مى شود خشكسالى يك واقعيت طبيعى و اقليمى در كشور است. جمعيت كشور ما حدود يك درصد جمعيت جهان است ولى سهم ما از كل منابع آب شيرين در دنيا۳۶صدم درصد است. كشورهاى ديگر دنيا از ۴۵ درصد منابع آب مطلوب خود استفاده مى كنند. در كشور ما ۶۶ درصد آب مصرف مى شود. بيش از ۵۰ درصد ذخاير آب شيرين كشور، وابسته به منابع آب هاى زيرزمينى است كه درحقيقت ما بايد اين منابع زيرزمينى را براى سال هاى خشكسالى نگهدارى مى كرديم.
كارشناسان يكى از دلايل اين بحران را ايجاد شهرك ها و گسترش بى رويه و برنامه ريزى نشده شهرها مى دانند. از سويى ما در اقليم خشك و كم آب قرار داريم. از سويى هم كره زمين درحال گرم شدن است و پديده ال نينو به گرم شدن هوا در اين نقطه از جهان كمك كرده است.
بنابراين با نگاهي به مشكلات تأمين آب در ايران و نياز مبرم كشور به منابع جديد، مي‌توان از فناوريهاي نوين در اين راه بهره جست. اين مهم در سايه انجام نياز سنجي و مطالعه دقيق اوليه تحقق مي‌يابد. با توجه به اينكه در سالهاي اخير، ايران در حال اوج گيري در زمينه تحقيقات نانو است، عقلاني به نظر مي‌رسد كه در سمت و سودهي برنامه‌هاي كلان آب در كشور از فناوري نانو به عنوان يك پشتيبان قوي استفاده گردد.

مآخذ

1- مجموعه مطالعات تطبيقي محيط زيست ايران با ديگر كشورهاي جهان، بخش آب، مركز پژوهشهاي مجلس شوراي اسلامي.
2- http://www.google.com/nanotechnology in the world.
3- http://www.nsf.gov/igert
4- http://www.nano.ir

+ نوشته شده در چهارشنبه یکم اسفند 1386ساعت 23:31 توسط الف-عباسی |

آلدئید

ریشه لغوی

کلمه آلدئید (Aldehyde) از دو واژه الکل (Alcohal) و هیدروژن‌گیری (dehydrogenation) گرفته شده است. هرگاه از الکل نوع اول هیدروژن‌گیری شود، در آن صورت ، ماده ای تولید می‌گردد که آلدئید نامیده می‌شود.

نامگذاری آلدئیدها

در نامگذاری قدیمی ، نام آلدئید از نام اسید آلی مربوطه آن گرفته می‌شد. مثلا آلدئید فرمیک از اسید فرمیک ، آلدئید استیک را از اسید استیک و آلدئید پروپیونیک از اسید پروپیونیک بوجود آمده است. در نامگذاری جدیدی برای نامگذاری آلدئیدها ، ابتدا طولانی‌ترین زنجیر حاوی عامل آلدئیدی را انتخاب می‌شود و سپس شماره گذاری اتمهای کربن از جهتی که گروه آلدئیدی قرار گرفته است، انجام می‌گیرد. برای نامگذاری ، ابتدا شماره و نام شاخه‌های فرعی را نوشته ، در پایان ، اسم هیدروکربن را بطور کامل ذکر و پسوند آل (al) بر آخر آن افزوده می‌شود.

تهیه آلدئیدها از اکسید گردن الکلهای نوع اول

با استفاده از برخی اکسید کننده‌های ملایم مثل دی‌اکسیدمنگنز ، واکنشگر CrO₃/H⁺/CH₃COCH₃) Jones) یا واکنشگر CrO₃/HCl/Pyridine) Sarett) یا واکنشگر (CrO₃/2pyridine/CH₂Cl₂) و کرومیل کلرید Cr₂Cl₂ ، الکل های نوع اول و دوم بصورت محدود اکسید می‌شوند.

الکل های نوع اول به آلدئید و نوع دوم به کتون هم کربن خود تبدیل می‌گردند.

تهیه آلدئیدها و کتونها با استفاده از ترکیبات آلی فلزی

گاهی اوقات از ترکیبات آلی فلزی برای سنتز آلدئیدها و کتونها استفاده می‌شود. در سالهای اخیر ، برای سنتز ترکیبات کربونیل‌دار از R₂Cd یا RZnX یا R₂Zn استفاده زیاد شده است. قدرت هسته خواهی ملایم و محدود این واکنشگرها این امکان را فراهم می‌کند که از کلرواسیدها ، کتونهای مربوطه سنتز شود.

تهیه آلدئیدها از اورگانومنیزین‌ها

از فعل و انفعال اورگانومنیزین‌ها با نیتریل‌ها و آمیدها نیز می‌توان آلدئید و کتون تهیه نمود. البته برای تهیه آلدئید باید آمید به شکل فرم آمید باشد.

سنتز آلدئیدها از واکنش آلکوکسی هیدریدلیتیم آلومینیوم با آمیدها و کلرواسیدها

احیای کلرواسیدها و آمیدها به کمک هیدریدیهای مناسب از قبیل تری‌آلکوکسی هیدرید لیتیم آلومینیوم به تشکیل آلدئید مربوطه منجر می‌گردد. توجه به این نکته ضرورت دارد که احیای کلرواسیدها بوسیله تری‌ترسیو بوتوکسی لیتیم آلومینیوم در دمای پایین در حدود 78- درجه سانتی‌گراد و در حلالهای مناسب مانند دی‌گلایم MeO-CH₂-CH₂-O-CH₂-CH₂-OMe انجام می‌شود.

برای تبدیل آمیدها به آلدئیدهای مربوط ، از دی‌آلکوکسی هیدرید لیتیم آلومینیوم نیز می‌توان استفاده کرد.

تهیه آلدئیدها از طریق هیدروفرمیه کردن آلکنها

آلکنها در حضور کاتالیزور تریس‌تری فنیل فسفین رودیم کلراید با هیدروژن و منوکسید کربن ترکیب و به تشکیل آلدئید منجر می‌شود. با توجه به اینکه در این واکنش به یکی از کربنهای پیوند دوگانه ، هیدروژن و به کربن دیگر ، عامل آلدئیدی (-CHO) متصل می‌شود، لذا این واکنش را هیدروفرمیله شدن می‌گویند. در حضور کاتالیزور ذکر شده فقط یک نوع آلدئید تولید می‌شود. هر گاه از اکتا کربونیل دی‌کبالت به عنوان کاتالیزور استفاده شود، دو نوع ایزومر تولید می‌شود.

تهیه آلدئیدها از نیتریل‌ها

در دمای پایین ، نیتریل‌ها با هیدریدلیتیم آلومینیوم ترکیب می‌شوند و کمپلکس حد واسط را تشکیل می‌دهند. این کمپلکس در حضور محلول اسید هیدرولیز می‌شود و آلدئید مربوطه را تولید می‌کند.

سنتز آلدئیدهای آروماتیک با استفاده از واکنش کاترمن

یکی از روشهای تهیه آلدئیدهای آروماتیک این است که در حضور یک اسید لوئیس مناسب مثل کلروآلومینیوم یا کلرید روی ، سیانید هیدروژن و کلرید هیدروژن با ترکیبات آروماتیک واکنش داده شوند.

سنتز آلدئیدهای آروماتیک با استفاده از دی‌متیل فرم‌آمید فسفریل کلراید

از اختلاط اکسی تری‌کلرو فسفر با فرم‌آمید ، کمپلکس تشکیل می‌شود که به دی‌متیل فرم‌آمید فسفریل کلراید موسوم است و می‌تواند در واکنشهای جانشینی الکترونخواهی آروماتیک شرکت نماید. با این روش حتما آلدئیدهای هتروسیکل‌هایی مانند تیوفن و فوران نیز سنتز شده‌اند.

سنتز آلدئیدهای آروماتیک از فنل ها و کلروفرم در حضور هیدروکسید سدیم

با استفاده از واکنش کلروفرم قلیایی شده با فنل‌ها و از طریق جانشینی الکترونخواهی دی‌کلرو کاربن روی حلقه آروماتیک می‌توان آلدئید سنتز نمود.

استالدئید

خواص شیمیایی آلدئیدها و کتون ها

آلدئیدها و کتون‌ها در چند نوع فعل و انفعال شرکت می‌کنند که اهم آنها به قرار زیر است:

حمله الکترونخواهی اسیدهای لوئیس روی اکسیژن گروه کربونیل ، موجب افزایش دانسیته بار مثبت کربن گروه کربونیل می‌شود که در نهایت ، موجب افزایش خصلت اسیدی پروتونهای کربنهای آلفای کربونیل می‌گردد. صحت این نکته بوسیله روشهای افزاری تایید شده است. به عنوان مثال ، محلولی از استن و سوپراسید (SbCl₅ , FSO₃H ) در دی‌اکسید سولفور مایع و در60- درجه سانتی‌گراد بوسیله n.m.r مطالعه و مشاهده شده است که جذب پروتونهای استن در میدانهای ضعیف‌تری صورت می‌گیرد.
حمله هسته‌خواهی بر کربن گروه کربونیل ، دومین دسته وسیع از واکنشهای آلدئیدها و کتونها را تشکیل می‌دهد. به عنوان مثال ، از افزایش آب بر آلدئیدها و کتونها ، دیول دو قلو (gemdiol) ایجاد می‌شود و درصد تشکیل آن به ساختمان ماده و به پایداری محصول حاصل بستگی دارد. به عنوان مثال ، مقدار دیول دو قلوی حاصل از استون در دمای 20 درجه سانتی‌گراد خیلی کم و قابل اغماض می‌باشد، درصورتی که آلدئید فرمیک و تری‌کلرو استالدئید بخوبی و بطور کامل به دیول دوقلو مربوط به تبدیل می شوند.

+ نوشته شده در چهارشنبه یکم اسفند 1386ساعت 23:22 توسط الف-عباسی |

نظر بدید

عزیزان این وبلاگ متعلق به خود شماست

فقط اگه امکان داره نظر بدید تا سایت ما با نظر های شما عزیزان بهتر بشه

+ نوشته شده در چهارشنبه یکم اسفند 1386ساعت 23:19 توسط الف-عباسی |

کاربرد های متنوع نانو ذرات

يكي از شاخههاي مهم نانومواد، نانوذرات هستند كه خود شامل نانوپودرهاي فلزي، نانوذرات بينفلزي، نانوكامپوزيتها و غيره هستند. در مطلب زير كه از سايت www.nanoscale.com استخراج شده است، كاربردهاي متنوعي از نانوذرات بيان شده است:

دكتر استنلي ويليام، عضو شركت HP و رئيس مركز علوم كوانتوم، در يك همايش نانوتكنولوژي اظهار داشت: "نانوتكنولوژي بايد بتواند در بخش غيرفعال خود به سمت تجاريسازي پيش رود". وي نانوتكنولوژي را به دو بخش غيرفعال و فعال تقسيم كرده است:

بخش فعال: انتقال و تبادل اطلاعات ميان يك نانوساختار و محيط اطراف آن

بخش غيرفعال: انجام وظيفه توسط نانوساختار

به عقيده وي، پيشرفتهاي تجاري در بخش غيرفعال نانوتكنولوژي باعث مي‌شود كه شركتها با كسب تجربه در اين فناوري بتوانند حركتي مفيد و سودآور به سمت بخش فعال آن داشته باشند

.

شركت نانوتكنولوژيز، يكي از شركتهاي نوپا است كه در بخش غيرفعال نانوتكنولوژي، پيشرفتهاي قابل ملاحظه‌اي داشته است. فرآيندهاي اين شركت، ساده، تكرارپذير، قابل گسترش و قابل تعميم است و نانوپودرهاي توليدي آنها از درجه خلوص بالايي برخوردار بوده و توزيع اندازه در آنها بسيار محدود است.

انعطاف‌پذيري فرآيندهاي اين شركت مي‌تواند پتانسيل بالايي را در توليد انواع مختلفي از نانوذرات از قبيل اكسيدها، نيتريدها، بوريدها، كربيدها، كربونيتريدها، تركيبات درون فلزي، فولرين‌ها، نانوكامپوزيتها و پودرهاي نانوفلزي توليد كند. حتي توليد يكسري مواد خارجي از قبيل الماس و كربن بي‌شكل نيز توسط اين فرآيندها مقدور مي‌باشد. موادي كه تاكنون در اين شركت توليد شده‌اند عبارتند از نانوذرات نيتريد آلومينيم، آلومينا، آلومينيوم، نقره و تيتانيا.

نانوذرات توليدي اين شركت، در حال حاضر داراي مشتريهاي گوناگوني از بخشهاي مختلف صنعتي مي‌باشند. از جمله مواردي كه نظر بخشهاي صنعتي به كاربرد اين مواد جلب شده است، مي‌توان به مواد الكترونيك، پوششهاي نوري شفاف، مواد فتوولتاتيك، ديسك‌گردانها، مواد انرژي‌زا، نيمه‌هاديها و عوامل باكتريكش اشاره كرد:

مواد الكترونيك: دستيابي به قابليتهاي جديد اجرايي در الكترونيك, عمدتاً بستگي به مواد پيشرفته‌اي دارد كه امكان ظريف‌كاري بر روي سيستم و يا قطعات ساخته‌شده از آنها زياد باشد. نانوذرات كريستالي موادي چون: نيتريد آلومينيوم، بور و نقره، از جمله موادي هستند كه به خاطر كاربردشان در مدارهاي الكترونيك و كنترل حرارت به كثرت از طرف مشتريان درخواست مي‌شوند

.

پوششهاي نوري شفاف: نانوآلومينا كه به صورت پراكنده در حلال درآمده و بر روي لنزها و صفحه‌هاي نمايش مي‌نشيند, يك پوشش حفاظتي ايجاد مي‌كند كه علاوه بر گسترش قابليتهاي فعلي باعث افزايش كاربردهاي صفحههاي نمايش و لنزهاي پلي‌كربنات سبك و ارزان ميشود.

فتوولتاتيك (توليد الكتريسيته بر اثر تابش): شركت فناوري گراتزل توانسته است با استفاده از خميرهاي نانوتيتانيا و شيشه‌هاي معمولي يا فيلمهاي پليمري نازك و تركيب آنها با رنگهاي مونومري, يكسري پيلهاي خورشيدي جديد را توليد كند كه مانند پيلهاي خورشيدي فعلي داراي اثر فتوولتاتيكي بوده ولي هزينه كمتري صرف مي‌كنند.

مواد انرژي‌زا: نانوكريستال آلومينيوم باعث سوزاندن سريع و مؤثر سوخت (پيشران) جامد نسبت به ديگر پودرهاي موجود مي‌شود. به همين دليل از اين ماده مي‌توان در سوخت موشك و همچنين در رنگهاي بدون سرب استفاده فراوان كرد.

ساخت نيمه‌هاديها: استفاده از نانوذرات تيتانيا و آلومينا در دوغابهاي صيقلدهي شيميايي- مكانيكي CMP)) باعث بوجود آمدن ويفرهايي با سطوح صاف‌تر، كارايي بالاتر و قابليت تميزكنندگي آسانتر در مقايسه با استفاده از دوغابهاي معمولي مي‌شود.

ديسك‌ گردانها: انتظار مي‌رود ظرفيت ذخيرهسازي اطلاعات در ديسك‌گردانها تا 5 سال آينده، ساليانه 60 درصد افزايش داشته و در سال 2002 به 20 گيگابايت درهر اينچ برسد. اين افزايش باعث اثرگذاري بر روي تمام جنبه‌هاي سيستمهاي ذخيره اطلاعات از قبيل مدلسازي ديسك‌گردانها، مواد، ساخت، اندازه‌گيري و اصطكاك‌شناسي مي‌شود. نانوذرات اكسيدآهن ازجمله موادي هستند كه مي‌توان از آنها به عنوان مواد كليدي جهت افزايش ظرفيت مغناطيسي استفاده كرد

.

عوامل ضد باكتري: نقره از موادي است كه از قديم در مبارزه با باكتريها بدليل توقف تبادل اكسيژن در آنها معروف بوده است. تجربه ثابت كرده است كه نانوذرات نقره باعث افزايش اين خاصيت مي‌شود. اين ماده، اكنون در پوشش زخمهاي خاص براي جلوگيري از ورود باكتريها به بدن استفاده مي‌شود. از ديگر نانوذرات، به عنوان دارو براي تزريق به قسمتهاي آسيب ديده بدن با كاهش ريسك بروز اثرات جانبي استفاده مي‌شود.

+ نوشته شده در چهارشنبه یکم اسفند 1386ساعت 23:17 توسط الف-عباسی |

نانولوله های کربنی؛ خواص و کاربرد

1. آلوتروپ های کربن

تا سال 1980، سه آلوتروپ کربن(کربن غیر بلوری) به نام های الماس، گرافیت و کربن بی شکل شناخته شده بودند، اما امروزه می دانیم که خانواده کاملی از سایر اشکال کربن نیز وجود دارند (شکل 1).

شکل1 آلوتروپهای مختلف کربن

اولین آلوتروپ کربن که در سال 1985 کشف شد، باک مینستر فولرن نام داشت که به نام های دیگر باکی بال و فولرن نیز نامگذاری شده است. فولرن ها مولکول های کروی کربن هستند که به سبب شکل زیبا و خواص شگفت انگیز، توجه بسیاری از دانشمندان را به خود معطوف کرده اند.

آلوتروپ بعدی کربن که در سال 1991 کشف شد، نانولوله(Nano Tube) نام دارد که در این مقاله به آن پرداخته خواهد شد.

2. نانولوله های کربنی

2-1- ساختار نانولوله های کربنی

در سال 1991 دانشمندی به نام سومیو ایجیما به طور کاملاً اتفاقی، ساختار دیگری از کربن را کشف و تولید کرد که خواص منحصر به فردی دارد. وی در ابتدا این ساختار را نوعی فولرن تصور نمود که در یک جهت کشیده شده است. اما بعدها متوجه شد که این ساختار، خواص متفاوتی از فولرن ها دارد و به همین دلیل آن را، نانولوله ی کربنی نامید.

در یک نانولوله ی کربنی، اتم های کربن در ساختاری استوانه ای آرایش یافته اند. یعنی یک لوله ی توخالی که جنس دیواره اش از اتم های کربن است. آرایش اتم های کربن در دیواره ی این ساختار استوانه ای، دقیقاً مشابه آرایش کربن در صفحات گرافیت است. در گرافیت، شش ضلعی های منظم کربنی در کنار یکدیگر صفحات گرافیت را می سازند. این صفحات کربنی بر روی یکدیگر انباشته می شوند و هر لایه از طریق پیوندهای ضعیف واندوالس به لایه زیرین متصل می شود.

هنگامی که صفحات گرافیت در هم پیچیده می شوند، نانولوله های کربنی را تشکیل می دهند. در واقع، نانولوله ی کربنی، گرافیتی است که به شکل لوله در آمده باشد (شکل 2).

شکل2. شکل گیری نانولوله ها از صفحات گرافیت

نانولوله های کربنی به دو دسته کلی نانولوله های کربنی تک دیواره و نانولوله های کربنی چند دیواره تقسیم می شوند. چنانچه نانولوله کربنی فقط شامل یک لوله از گرافیت باشد، نانولوله تک دیواره و اگر شامل تعدادی از لوله های متحد المرکز باشد نانولوله چند دیواره نامیده می شود (شکل 3).

شکل3. انواع مختلف نانولوله های کربنی

2-2- خواص و کاربردهای نانولوله های کربنی

کشف نانوله های چند دیواره در سال 1991، موجب شده است که فعالیت های تحقیقاتی گسترده ای در علوم به بحث نانو ساختارهای کربنی و کاربردهای آنها اختصاص یابد. دلیل عمده ی این مسئله تکامل ساختاری مورد انتظار آنها، اندازه کوچک، چگالی کم، سختی بالا، استحکام بالا (استحکام کششی خارجی ترین جداره ی یک نانولوله کربنی چند دیواره تقریبا ً 100 برابر بیشتر از آلومینیوم است) و خواص عالی الکتریکی آنهاست. در نتیجه نانولوله های کربنی ممکن است به طور گسترده در تقویت مواد، صفحه نمایش مسطح با انتشار میدانی، حسگرهای شیمیایی، دارو رسانی و علم نانو الکترونیک کاربرد یابند. در ادامه به مواردی از کاربردهای نانولوله های کربنی اشاره خواهد شد.

? به عنوان تقویت کننده در کامپوزیت ها

نانولوله ها یکی از مستحکم ترین مواد به شمار می روند. این موضوع، کاربرد نانولوله های کربنی را به عنوان ماده ی پرکننده در تولید نانوکامپوزیت ها به خوبی روشن می سازد. کامپوزیت های با پایه نانولوله ی کربنی دارای نسبت استحکام به وزن بالا هستند و مصارف گسترده ای را در صنعت خواهند داشت.

? استفاده در نمایشگرهای تشعشع میدانی

یکی از مشکلات دستگاه های نشر میدان امروزی، عدم پایداری میدان های تولیدی در بازه های زمانی طولانی است. این مشکل را می توان با استفاده از نانولوله کربنی حل نمود. بیش از 700 مقاله تحقیقاتی در رابطه با کاربردهای نشر میدان نانولوله های کربنی منتشر شده است. این آمار بیانگر اهمیت موضوع است. برای مثال، مزایای استفاده از نمایشگرهای تولید شده با نانولوله ی کربنی نسبت به نمایشگرهای کریستال مایع، سرعت واکنش بالاتر نسبت به محرک های الکتریکی، مصرف انرژی کمتر، درخشندگی مناسب تر، میدان مغناطیسی پایین در هنگام روشن کردن دستگاه و دمای کاری بالاتر است.

بر پایه همین مزیت ها، شرکت هایی مانند سامسونگ و NEC نمایشگرهای رنگی با استفاده از نانولوله کربنی را تولید کرده است. تلویزیون های ساخته شده با این تکنولوژی در اوایل سال 2006 روانه بازار شد.

? استفاده از نانولوله های تک دیواره در صنعت الکترونیک

نانولوله ها به میزان قابل توجهی سخت و قوی بوده و هادی جریان الکتریسیته و گرما می باشند. این خواص سبب استفاده از این مواد در صنعت الکترونیک شده است.

نانولوله های کربنی سیم های مولکولی بزرگی هستند که الکترون می تواند آزادانه در آن حرکت کند و رفتار آنها پیچیده است. در این راستا رفتار نانولوله های چند دیواره بسیار پیچیده تر از تک دیواره است زیرا لایه های کناری روی یکدیگر تأثیر می گذارند. مدل سازی چنین اثراتی از موضاعات تحقیقاتی در حال حاضر می باشد. محققان امیدوارند که ابعاد سیم ها یا قطعات را از طریق جایگزینی با نانولوله به حدود نانومتر یا کمتر برسانند. این قطعات در کنار مدارات الکترونیکی می توانند خیلی سریع تر و با توان کمتر از مدارات کنونی کار کنند.

لامپ های تولید شده با نانولوله های کربنی هزینه تولید کمتری دارند. به علاوه عمر طولانی تر و ثبات رنگ بیشتر نسبت به لامپ های معمولی، از مزایای دیگر این لامپ هاست.

? ساختار تو خالی نانولوله و کاربرد به عنوان ذخیره کننده و پیل سوختی

نانولوله ها، ساختارهای کربنی توخالی هستند. بنابراین، امکان قرار دادن مواد خارجی در داخل آنها وجود دارد.

به طور مثال، با قرار دادن فلزات درون نانولوله ها می توان خواص الکتریکی این مواد را بهبود بخشید. تحقیقات نشان داده است که نانولوله های باز، مثل یک نی توخالی عمل می کنند. این نی های مولکولی می توانند به وسیله عمل موئینگی و تحت شرایط خاص، برخی عناصر را به درون خود بکشند.

همچنین نانولوله های کربنی برای ذخیره نمودن سوخت های آلکانی و هیدروژن و ایجاد پیل های سوختی نیز مورد بررسی قرار گرفته اند. ذخیره ی هیدروژن در داخل نانولوله های کربنی تک دیواره امکان پذیر است. ظرفیت جذب هیدروژن نانولوله های تک دیواره ساخته شده حدود 3 تا 5 درصد وزنی نانولوله هاست. بنابراین در مقایسه با دیگر انواع ذخیره سازهای هیدروژن نظیر سیستم هیدروژن مایع، هیدروژن فشرده، هیدریدهای فلزی و سوپرکربن اکتیو، سیستم نانولوله ای کربنی و خصوصاً نانولوله های تک دیواره، بهترین انتخاب برای اهداف مورد نظر بوده و می تواند به عنوان سیستمی سبک، فشرده، نسبتاً ارزان، ایمن و با قابلیت استفاده مجدد در ذخیره سازی هیدروژن مورد استفاده قرار گیرد.

? ساخت نانوماشین ها با استفاده از نانولوله های کربنی

نانولوله های کربنی همچین برای استفاده در ساخت نانوماشین ها پیشنهاد شده اند. نانولوله ها به طور مناسبی با ساختارهای مختلف جانشین شده اند که می توانند به عنوان محورها در نانو ماشین ها عمل کنند. ممکن است، نانولوله های مختلف با همدیگر تشکیل چرخدنده دهند تا حرکت چرخشی مختلفی را انتقال دهند. این امر از طریق ساختن دنده های چرخدنده (استخلاف ها) بر روی نانولوله ها می تواند انجام ش

+ نوشته شده در چهارشنبه یکم اسفند 1386ساعت 23:15 توسط الف-عباسی |

فردا از آن ماست.