پژوهش –370

یکشنبه 7 آبان 1396 ساعت 18:10
1-4-7 نانو میله های طلا .......................................................................................................................161-4-8 نانو سیم ها..................................................................................................................................181-4-9 نانو مواد صفر بعدی....................................................................................................................181-4-10 نقاط کوانتومی..........................................................................................................................181-4-11 نانو ذرات لپیدی......................................................................................................................191-4-12 نانو ذرات پلیمری....................................................................................................................201-5 نانو ذرات طلا................................................................................................................................211-6 خواص نوری نانو ذرات طلا..........................................................................................................231-7 انواع پلاسمون سطحی....................................................................................................................241-8 محاسبات کمی خواص نوری نانو ذرات طلا..................................................................................281-9 پارامترهای […]

  

سایت دانلود پژوهش ها و منابع علمی

سایت دانلود پژوهش ها و منابع علمی دانشگاهی فنی تخصصی همه رشته ها – این سایت صرفا جهت کمک به گردآوری داده ها برای نگارش پژوهش های علمی و صرفه جویی در وقت پژوهشگران راه اندازی شده است

پژوهش –370

پژوهش –370

پژوهش –370

نام و نام خانوادگی :
تاریخ و امضاء :

بسمه تعالی
در تاریخ: 20/06/1392
دانشجوی کارشناسی ارشد آقای/خانم زهره صفرزاده کرمانی از پایان نامه خود دفاع نموده و با نمره 5/18 بحروف هیجده و نیم با درجه عالی مورد تصویب قرار گرفت.
امضاء استاد راهنما:
بسمه تعالی
دانشکده علوم پایه
*********************************************************
(این چکیده به منظور چاپ در پژوهش نامه دانشگاه تهیه شده است)
کد شناسایی پایان نامه : نام واحد دانشگاهی : واحد تهران مرکزی کد واحد : 101
عنوان پایان نامه : سنتز نانو ذرات مغناطیسی پوشش داده شده با طلا مزدوج شده با سیستامین به عنوان عامل انتقال دارو
تاریخ شروع پایان نامه : 17/8/1391
تاریخ اتمام پایان نامه : 20/6/1392 نام و نام خانوادگی دانشجو: زهره صفرزاده کرمانی
شماره دانشجویی : 89095026700
رشته تحصیلی : شیمی فیزیک
استاد/ استادان راهنما : سرکار خانم دکتر افسانه امیری
استاد / استادان مشاور : جناب آقای دکتر همایون احمد پناهی
چکیده پایان نامه (شامل خلاصه ، اهداف، روش های اجرا و نتایج به دست آمده) : روش جداسازی مغناطیسی ذرات را می توان به عنوان عاملی برای انتقال دارو بکار برد . یکی از محاسن نانو ذرات طلا به عنوان حامل دارو در مقایسه با سایر نانو ساختارها قابلیت اتصال مستقیم این لیگاند به نانو ذرات و زیست سازگاری آن برای کاربرد در علوم زیستی است و انتقال دقیق دارو سبب اجتناب از تزریق غلظتهای بالا به بیمار و متعاقبا کاهش احتمال وقوع اثرات جانبی دارو خواهد شد. در این روش دارو می تواند با اتصال به سطح نانو ذره و با کمک میدان مغناطیسی به بافت بیمار هدایت شود.از آنجایی که نانو ذرات طلا می توانند به سادگی از 1 تا 200 نانومتر سنتز گردند، بسیار مورد توجه در مورد انتقال دارو می باشند. سیستامین به دلیل داشتن گروههای گوگردی و برقراری پیوند کوالانسی با طلا به عنوان عامل اتصال دهند به نانو ذرات آهن پوشش داده شده با طلا مورد استفاده قرار گرفت.
روش سنتز به کار گرفته شده در این پژوهش روشی ساده جهت تهیه و عامل دار نمودن نانو ذرات مغناطیسی آهن پوشش داده شده با طلا برای کاربردهای زیستی و پزشکی است. در این تحقیق نانو ذرات اسید آهن با روش رسوب دهی همزمان نمک های آهن2و3 در محیط قلیایی ساخته شده است، نانو ذره آهن با نمک طلا پوشش دهی شده و تغییر رنگ محیط به قرمز تیره دلیل تشکیل نانو ذرات طلا بر روی نانو ذرات اکسید آهن است.برای تایید پوشش دهی فوق با استفاده از دستگاه طیف سنجیUV، پیکی در ناحیه 530 دیده شد که تائیدی بر وجود نانو ذرات طلا بود، نانو ذره آهن پوشش داده شده با طلا را در مجاورت با سیستامین قرار داده تا به یکدیگر توسط پیوند کوالانسی، گونژوگه شوند. میزان سرعت تجمع نانو ذرات طلا تابع عوامل مختلفی از جمله دما، غلظت نانو ذرات، فدرت یونی و PH محیط می باشد.در این پژوهش انجام گرفته غلظت، زمان و PH بهینه گردید.
نظر استاد راهنما برای چاپ در پژوهش نامه دانشگاه مناسب است تاریخ و امضا:
مناسب نیست

فهرست مطالب صفحه
فصل اول....................................................................................................................................................1
1-1 مقدمه.................................................................................................................................................2
1-2 نانو فناوری.........................................................................................................................................8
1-3 نانو ذرات.........................................................................................................................................10
1-4 طبقه بندی نانو ذرات.......................................................................................................................11
1-4-1 سوپر پارامغناطیس.......................................................................................................................11
1-4-2 نانو ذرات فلزی..........................................................................................................................12
1-4-3 نانو مواد سه بعدی.......................................................................................................................15
1-4-4 نانو مواد دو بعدی.......................................................................................................................15
1-4-5 نانو مواد تک بعدی......................................................................................................................16
1-4-6 نانو لوله ها...................................................................................................................................16
1-4-7 نانو میله های طلا .......................................................................................................................16
1-4-8 نانو سیم ها..................................................................................................................................18
1-4-9 نانو مواد صفر بعدی....................................................................................................................18
1-4-10 نقاط کوانتومی..........................................................................................................................18
1-4-11 نانو ذرات لپیدی......................................................................................................................19
1-4-12 نانو ذرات پلیمری....................................................................................................................20
1-5 نانو ذرات طلا................................................................................................................................21
1-6 خواص نوری نانو ذرات طلا..........................................................................................................23
1-7 انواع پلاسمون سطحی....................................................................................................................24
1-8 محاسبات کمی خواص نوری نانو ذرات طلا..................................................................................28
1-9 پارامترهای موثر در طراحی نانو ذرات مغناطیسی............................................................................32
1-9-1 موانع فیزیولوژیکی......................................................................................................................32
1-9-2 پارامترهای فیزیکی......................................................................................................................34
1-9-3 اندازه هیدرودینامیک..................................................................................................................34
1-10 مزایایی پوشش دار کردن سطح نانو ذرات.....................................................................................36
1-11 موانع در کاربردهای پزشکی..........................................................................................................37
1-12 نتیجه گیری....................................................................................................................................38
فصل دوم.........................................................................................................................40
2-1 سیستامین..........................................................................................................................................41
2-2 فاموتیدین.........................................................................................................................................42
2-3 مروری بر کارهای انجام گرفته.........................................................................................................42
2-3-1 توموگرافی محاسبه شده اشعه ایکس...........................................................................................48
2-3-2 حسی زیستی...............................................................................................................................50
2-4 مطالعه سمیت نانو ذرات مغناطیسی.................................................................................................52
فصل سوم................................................................................................................................................55
3-1 واکنشگر ها......................................................................................................................................56
3-2 تهییه محول ها..................................................................................................................................57
3-3 دستگاه ها.........................................................................................................................................57
3-4 روش تولید نانو ذره آهن.................................................................................................................58
3-5 روش پوشش دهی نانو ذره آهن با طلا............................................................................................60
3-6 در مجاورت قرار دادن سیستامین و نانو ذره....................................................................................61
3-7 روش محاسبه غلظت تقریبی نانو ذرات طلا....................................................................................61
فصل چهارم.............................................................................................................................................62
4-1 مقدمه..............................................................................................................................................63
4-2 طیف FT-IR از نانو ذره آهن.........................................................................................................64
4-3 تائید پوشش دهی نانو ذره آهن با طلا.............................................................................................65
4-4 قرار دادن نانو ذره آهن پوشش داده شده با طلا در مجاورت سیستامین..........................................66
4-5 تعیین زمان بهینه جذب....................................................................................................................66
4-5-1 تعیین زمان بهینه جذب 0.1 مولار سیستامین..............................................................................66
4-5-2 تعیین زمان بهینه جذب 0.5 مولار سیستامین.............................................................................67
4-5-3 تعیین زمان بهینه جذب 0.05 مولار سیستامین............................................................................68
4-6 تعیین غلظت بهینه جذب ...............................................................................................................69
4-7 تعیین pH بهینه جذب...................................................................................................................70
4-8 بررسی نتایج زمان بهینه جذب.........................................................................................................71
4-9 بررسی نتایج غلظت بهینه جذب......................................................................................................75
4-10 بررسی نتایج pH بهینه جذب........................................................................................................76
فهرست شکلها صفحه
شکل 1-1 استفاده ار ذرات مغناطیسی.......................................................................................................4
شکل 1-2 نانو سیم ها در استیل داماسکوس...........................................................................................6
شکل 1-3 وجود رنگ قرمز و سبز در جام لیکورگوس..........................................................................7
شکل 1-4 اندازه نسبی نانو ذرات در مقیاس نانو....................................................................................9
شکل 1-5 شکلهای مختلف نانو ذرات....................................................................................................10
شکل 1-6 ساختار مواد سوپر پارامغناطیس..............................................................................................12
شکل 1-7 اثر میدان خارجی بر ذرات مغناطیسی...................................................................................13
شکل 1-8 نمونه های از نانو ذرات فلزی...............................................................................................14
شکل 1-9 نوسان طولی و عرضی الکترونها در نانو میله های فلزی........................................................17
شکل 1-10 پیک جذبی مرئی فرابنفش نانو میله های طلا با نسبت ابعادی مختلف.....................................................................................................................................................17
شکل 1-11 نانو ذرات کوانتومی بر پایه ی مواد نیمه رسانا....................................................................19
شکل 1-12 نانو ذرات لپیدی.................................................................................................................19
شکل 1-13 نانو ذرات پلیمری..............................................................................................................21
شکل 1-14 نانو ذرات طلا سنتز شده با سیترات..................................................................................23
شکل 1-15 شمایی از پلاسمون سطحی انتشار........................................................................................25
شکل 1-16 طیف جذبی نانو ذرات کروی طلا.....................................................................................26
شکل 1-17 بر همکنش میدان الکتریکی اشعه الکترومغناطیس..............................................................27
شکل 1-18 اثرات پراکندگی و جذب در مجموعه ای از نانو ذرات......................................................28
شکل 1-19 طیف خاموشی محاسبه شده بوسلیه تئوری می..................................................................30
شکل 1-20 پیک های جذب برای نانو ذرات کروی طلا.......................................................................31
شکل 2-1 ساختار شیمیایی اولتراویست...............................................................................................49
شکل2-2 میزان مقاله های منتشر شده در مباحث سمیت نانو ساختارها..............................................54
شکل3-1 سنتز نانو ذره آهن....................................................................................................................59
شکل 3-2 نانو ذره آهن پوشش داده شده با طلا.....................................................................................60
شکل 4-1 طیف جذبی مربوط به سیستامین 0.1 مولار............................................................................67
شکل4-2 طیف جذبی مربوط به سیستامین0.5 مولار.............................................................................68
شکل 4-3 طیف جذبی مربوط به سیستامین0.05 مولار..........................................................................69
شکل 4-4 مقایسه pH های بهینه جذب...............................................................................................71
شکل 4-5 pH بهینه.............................................................................................................................71
فهرست نمودارها صفحه
نمودار 3-1 طیف جذبی UV-Vis از نانو ذره آهن پوشش داده شده با طلا......................................65
نمودار 4-2 مقایسه زمان بهینه غلظت 0.1 مولار سیستامین در λmax ..................................................................................72
نمودار 4-3 مقایسه زمان بهینه غلظت 0.5 مولار سیستامین در λmax......................................................72
نمودار 4-4 مقایسه زمان بهینه غلظت 0.05 مولار سیستامین در λmax....................................................74
نمودار 5-4 مقایسه غلظت های بهینه سیستامین در مدت 60 دقیقه در λmax..........................................75
فهرست جداول صفحه
جدول 1-4 غلظت 0.1 مولار از سیستامین...........................................................................................72
جدول 2 -4 غلظت 0.5 مولار از سیستامین...........................................................................................73
جدول 3 -4 غلظت 0.05 مولار از سیستامین.........................................................................................74
جدول 4-4 مقایسه غلظتهای سیستامین ذر زمان 60 دقیقه......................................................................75
فصل اول
مقدمه
مقدمه:
نانو تکنولوژی، علم نانو، ساختار نانو، ذرات نانو اکنون کلماتی هستند که بیشترین کاربرد را در ادبیات علمی دارند. موادی با ابعاد نانو بسیار جذاب هستند چرا که آنها قادر به عبور از بدن انسان و ترمیم بافت های آسیب دیده می باشند، یا سوپر کامپیوترها که آنقدر کوچک هستند که در جیب جای می گیرند، با اینهمه مواد با ساختار نانو توانایی و پتانسیل کار در بسیاری از حوزه های علوم را دارند مثل شناسایی بیولوژیکی، انتقال داروی کنترل شده، لیزر با آستانه پایین، فیلترهای نوری و همچنین نانو سنسورها و غیره[1,3]. نانو ذرات ذراتی هستند با محدوده اندازه‌ی 1 تا 100 نانومتر. دراین جا نوع فلزی نانوذرات به ویژه نوع مغناطیسی آن بیشتر مد نظر بوده که نانوذرات ترکیبی، نظیر ساختارهای هسته ‌لایه را نیز در بر می‌گیرند. نانوذرات در اندازه‌های پایین نانوخوشه به حساب می‌آیند.
نانوذرات مغناطیسی در حوضه‌های مختلف از علوم زیستی گرفته تا سلول‌های خورشیدی، از مبارزه با آلاینده‌های زیست‌ محیطی گرفته تا درمان سرطان‌ها بکار گرفته می‌شوند. با توجه به هم‌خوانی که بین سه پدیده‌ی نانو، مغناطیس و بیو وجود دارد کاربرد نانوذرات مغناطیسی در عرصه‌ی بیو و پزشکی بیش از سایر حوضه‌ها مهیج و در عین حال هم‌گون می‌باشد. استفاده از ذرات مغناطیسی در جداسازی سلول‌ها، آزمایش‌های سنجش ایمنی، جداسازی ویروس‌ها و اندامک‌ها و نیز در ژنتیک مولکولی در چند سال اخیر مسیر رو به رشدی را داشته است. چراکه ذراتی با ویژگی‌های مورد نیاز برای ارزیابی‌های گوناگون زیستی تنها در چند سال پیش پا به عرصه‌ی رقابت گذاشته‌اند. ذرات مغناطیسی پلی‌مری ابتدایی از طریق شکل گیری درجایِ اکسیدآهن مغناطیسی درون ذرات پلی‌مری منفذ دار ساخته می‌شدند که در عین هم انداز‌گی تا حدود 35 درصد وزنی، حاوی آهن (اکسید مغناطیسی) بودند، و سطح ویژه‌ی بالایی نیز داشتند(ml/g100-50.) اما در برخی کاربردها نیاز به سطح ویژه‌ی کمتری است. با پوشش دادن ذرات مغناطیسی به وسیله‌ی ترکیبات پلیمری می‌توان سطح ویژه‌ را تا حد ml/g5-3 کاهش داد. علاوه بر این، پوشش دادن ذرات این امکان را فراهم می‌کند تا گروه‌های فعال روی سطح ذرات قرار گیرند. انواع گوناگون ذرات مغناطیسی با گروه‌هایی همچون: ایزوسیانات، اپوکسی، وینیل و... در سطحشان ساخته شده است. گروه‌های فعال برای اتصال بازوبندهای رابط4 دارای گروه‌های آمین، کربوکسیل و هیدروکسیل انتهایی به کار گرفته می‌شوند. همچنین با روش مشابهی می‌توان گروه‌های آبدوست قوی با منشاء طبیعی و یا مصنوعی را روی سطح ذرات قرار داد. با استفاده از عامل‌دار نمودن نانوذرات مغناطیسی در عرصه‌ی تشخیص گام‌های بلندی برداشته شده است. می‌توان نانوذرات مغناطیسی را بسته به نوع نیاز تغییر داد؛ به عنوان مثال، خصوصیت شیمیایی ویژه، فعالیت نوری منحصربه‌فرد و یا پاسخ‌های آهن‌ربایی قوی از آن‌ها دریافت کرد. امروزه نانوذرات مختلفی برای شناسایی مواد ژنتیکی و پروتئین‌ها طراحی شده است. تمامی این روش‌ها برای شناساییDNA و پروتئین‌ها نظیر آنتی‌بادی‌ها بسیار اختصاصی و حساس می‌باشند. بنابراین با بکارگیری نانوذرات فعال شده، می‌توان روش‌های جدیدی با تکیه بر متحرک بودن و سهولت در آماده سازی نمونه طراحی نمود. با اتصال مولکول‌های زیستی به نانومواد، دانش Nano-biorecognition پا به عرصه‌ی وجود گذاشت. هر نانوذره با اندازه‌ای حدود 100 نانومتر می‌تواند به طور مؤثری به 200-150 مولکول آنتی‌بادی متصل شود و در نهایت بیش از 300 جایگاه فعال (دو جایگاه برای هر ملکول آنتی‌‌ژن) ایجاد نماید. پوشاندن نانوذرات با بیوملکول‌ها باعث ایجاد اتصالات چندتایی بین نانوذرات و سلول‌های هدف می‌شود، بنابراین نانوذرات فعال شده نسبت به بیوملکول‌های آزاد دارای تمایل بیشتری برای اتصال هستند. نانوذرات مغناطیسی بطور گسترده‌ای در تشخیص بیماری‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد، باتوجه به اینکه بیماری‌ها در سطح سلولی و مولکولی می‌توانند تشخیص داده شوند. بنابراین خیلی از بیماری‌ها را می‌توان در مراحل ابتدائی تشخیص داد و این مورد بویژه در مورد بیماری‌های کشنده نظیر سرطان‌ها، حائز اهمیت است در اوخر دهه‌ی1970 محققان پیشنهاد استفــاده از حامل‌های مغناطیسی برای هدایت دارو به سمت هدف مورد نـظر در درون بدن را ارائه دادنداستفاده پزشکی از پودرهای مغناطیسی به دوران یونان باستان و روم برمیگردد، ولی به شکل اصولی و تحقیقاتی از سال ١٩٧٠ در علوم بیولوژی و پزشکی استفاده شد وپیش بینی می شود این ذرات در آینده نقش چشمگیری در رفع احتیاجات حیطه سلامت بشریت خواهند داشت. نانو ذرات مغناطیسی با تکیه بر فناوری نانو محدوده گسترده ای از کاربردهای تشخیصی و درمانی در بیماری هایی از جمله سرطان،بیماری های قلبی و عصبی را تسهیل کرده اند. نانوذرات مغناطیسی به فراوانی در تحویل هدفمند عوامل درمانی استفاده می شود وبر اساس هدف یابی دارویی مغناطیسی (MDT) که شامل تمایل قوی بین لیگاند و گیرنده می باشدیا ازطریق جذب مغناطیسی بافت خاص عمل می کنند. نانو ذرات مغناطیسی به سبب امکان کنترل از راه دورعوامل درمانی در انتقال ذرات به بافت مورد نظر بسیار قابل توجه هستند، وبه همین سبب آنها را حامل های هدفمند مغناطیسی می نامند(MTC ).

شکل 1-1 استفاده از ذرات مغناطیسی در دارو رسانی (ابتدا ذرات متصل به دارو مورد نظر در نزدیکی بافت مورد نظر تزریق می گردد.سپس با استفاده از یک آهن ربا ذرات در بافت مورد نظر متمرکز می شوند تا اینکه بیشترین تاثیر در بافت ایجاد گردد
اتصال دارو به ذرات مغناطیسی می‌تواند باعث کاهش دز مصرفی دارو و نیز کاهش هزینه‌های مصرف و همچنین تا حدود زیادی منجر به کاهش اثرات شدید جانبی داروها گردد. در بهترین حالت، دارو باید به سطح و یا توده‌ی ذرات مغناطیسی متصل گردد. اندازه، بار و شیمی سطح ذرات تا حدودی بر جریان خون و دسترسی زیستی آن‌ها در درون بدن تاثیر دارد. در مجموع می‌توان چنین بیان کرد که ویژگی‌های مغناطیسی و کاربردی ذرات به شدت وابسته به اندازه‌ی ذرات مغناطیسی و قدرت میدان مغناطیسی احاطه کننده‌ی بافت مورد نظر می‌باشد. همچنین برخی پارامترهای هیدرودینامیک همچون آهنگ جریان خون، غلظت ذرات و مسیر تزریق نیز حائز اهمیت است. تاکنون مطالعات محدودی در رابطه با انتقال دارو در بدن انسان صورت گرفته است. به عنوان مثال تحقیق کلینیکی انجام گرفته توسط Lubbe نشان می‌دهد که تزریق ذرات مغناطیسی در مورد 14 بیمار نتایج خوبی در بر داشته است. این بررسی مجوز خوبی برای استفاده‌های کلینیکی از این ذرات می‌باشد. اگرچه هنوز محدودیت‌های زیادی همچون امکان گرفتن رگ‌های خونی به علت تجمع ذرات مغناطیسی، مشکلات مواجه در رابطه با ارسال دارو به بافت‌های عمیق برای دارو رسانی مغناطیسی وجود دارد، اما محققان باور دارند که این موانع روزی برطرف خواهد شد و ذرات مغناطیسی به عنوان یک ابزار مرسوم در درمان سرطان مورد استفاده قرار خواهد گرفت.
در واقع نانو ذرات فلزی مدتهاست بکار میروند مثل استیل داماسکوس که برای ساخت شمشیر و یا کاپ لیکارگوس که رنگ منحصر بفردی دارد[3,5]. اگر چه، ذرات نانو مدتهاست بکار رفته اند، اما مشخص نیست که مقیاس ذرات نانو چقدر بوده است. احتمالا این یک روش تصادفی برای تولید ذرات نانو بوده است.

شکل1- 2 نانو سیم ها در استیل داماسکوس
شمشیر یا تیغ ساخته شده از استیل داماسکوس حدود 500 سال پس از میلاد مسیح ساخته شد[6]، این شمشیر به این دلیل مشهور شد که:
خیلی قویتیز
انعطاف پذیر
زیبا بود.
افسانه جالبی در مورد شمشیر وجود دارد که این شمشیر می تواند صخره ها را تمیز ببرد و هنوز انقدر تیز باشد تا بتواند یک روسری ابریشمی را روی هوا به دو نیم کند.بسیاری از دانشمندان سعی دارند این خواص خاص را بر ملا کنند و با لوله های نانو کربنی چند جداره در استیل مواجهند.
ذرات نانو(1-200 نانو متر) خواص کاتالیست، نوری و الکترونی دارد. خواص آن نیز به روش چگونگی آمادگی ذرات نانو برای کنترل اندازه و شکل ذرات نانو مربوط می شود که بلوک های ساختمانی مهیجی را برا ی دستگاه ها، ساختار و وسایل با مقیاس نانو ارائه می دهد. مینیاتور سازی ساختارها با روش های مکانیکی و لیتوگرافی شعاع الکترونی به محدودیت های تئوری حدود 50nm رسید.
کاپ مشهور گلاس لیکورگوس‏ مربوط به زمان های رنسانس (قرن چهارم بعد از میلاد) حاوی ذرات نانوی طلا و نقره به نسبت تقریبی3 :7 است که قطری حدود 70 نانومتر دارد.وجود ذرات نانو ذرات فلزی رنگ خاصی به نقاشی این لیوان می دهد، وقتی در نور منعکس شده مشاهده می شود برای مثال در نور خورشید سبز بنظر می رسد.این لیوان هنوز در موزه بریتانیا مشاهده می شود.

شکل 1-3 وجود رنگ قرمز و سبز در جام لیکورگوس به علت وجود نانو ذرات طلا و نقره در شبکه بلوری شیشه
نانوفناوری :
در فرهنگ واژه شناسی علم و فن‌آوری پیشوند نانو به معنای 000،000،1000/1 واحد می‌باشد، مثلاً nm 1 به معنای یک میلیاردم متر یا 9-10×1متر می‌باشد، مقیاس نانومتر یک مفهوم سه بعدی طبیعی برای مولکول‌ها و اثرات آن‌ها می‌باشد. در نانوفناوری ما با اشیاء یا موضوعات در مقیاس نانو سرو کار داریم. باید توجه داشت که خواص و عملکرد اشیاء در مقیاس نانو با چیزی که در ابعاد معمولی و بزرگتر وجود دارد، به مقدار قابل توجهی متفاوت می‌باشد. در گویش عمومی بحث علوم نانو، خواص مواد در مقیاس اتمی، ملکولی و ماکروملکولی را مورد بحث و بررسی قرار می‌دهد. در بحث صنعت نانو ما با طراحی، ساخت و بکارگیری تجهیزات، سامانه‌های با کنترل دشوارو اندازه‌ی آن‌ها در مقیاس نانو سروکار داریم. ذرات نانو در رشته های گونانون مهم هستند، آنها در کل می توانند بصورت دو موضوع طبقه بندی شوند یعنی مهندسی شده و غیر مهندسی شده. نانو ذرات مهندسی شده عمدا با خواص فیزیکی ساخته شده طراحی و ایجاد می شوند تا نیاز کاربرد های خاص را برآورده کنند. آنها می توانند محصول را به خودی خود به پایان برسانند مثل در حالت نقاط کوانتومی، سنسور برای اهداف خاص یا آنها می توانند بخشی باشند که در محصولات نهایی جدا مانند کربن سیاه در محصولات لاستیکی گنجانده می شوند. در هر روشی خواص فیزیکی ذره برای عملکرد آنها یا کار محصولی که آنها در آن گنجانده می شوند خیلی مهم می باشند. از طرف دیگر، نانو ذرات مهندسی نشده بصورت غیر عمدی نانو ذرات تولید نشده می باشند مثل نانو ذرات اتمسفری ایجاد شده در طول احتراق. با نانو ذرات مهندسی نشده، خواص فیزیکی نیز نقش مهمی بازی می کنند بطوریکه آنها تعیین می کنند آیا تاثیر منفی در نتیجه وجود این ذرات روی می دهد یا نمی دهد
ذرات مغناطیسی مواد فاز جامد پاسخ دهنده به مغناطیس هستند که می توانند به شکل نانوذره منفرد یا تجمعی از ذرات میکرو و نانو باشند.هر کدام از انواع نانوذرات در زمینه خاصی استفاده می شوند.ترکیب،سایز و مسیر سنتز نانو ذرات مغناطیسی با توجه به نوع کاربری آنها متفاوت است اما ذرات سوپر پارامغناطیس، فرو و فری برای انواع کاربردهای دارورسانی قابل استفاده هستند. اینگونه مواد به دلیل گشتاور مغناطیسی واحد شبکه و ساختار دمین ها شدیدا از میدان مغناطیسی خارجی متاثر می شوندبه نحوی که در غیاب میدان مغناطیسی خارجی به صورت یک ذره غیر فعال عمل می کنند.تک دمین بودن و سوپرپارامغناطیسی ازویژگی های نانوذرات مغناطیسی هستند که منشا بسیاری از خواص منحصر به فردشان می باشد. مطمئناً درک و کنترل خواصمغناطیسی نانوذرات، مکانیسم خواص ‏مغناطیسی مواد و طراحی و کنترل آن را روشن خواهدساخت. نانوذرات مغناطیسی، به دلیل کاهش ‏حوزه‌های مغناطیسی و در نتیجه ایجاد خاصیتسوپر پارامغناطیس آینده‌ی درخشانی دارند.
925830222250
شکل 1-4 اندازه نسبی ذرات در مقیاس نانو در مقایسه با مولکول های دیگر
1-3 نانو ذرات :
نانوفناوری با توجه به اینکه بیشتر با ابعاد و شاخصه‌های مواد در ابعاد ریز بستگی دارد، این قابلیت را داراست، که در حوزه‌های مختلف علم و فناوری تاثیر گذار باشد. این پدیده به سرعت جایگاه خود را در تحقیق و توسعه باز کرده و تمامی زوایای مرز دانش و فناوری را تحت الشعاع خود قرارداده است. دامنه‌ی آن، از مواد و انرژی گرفته تا اطلاعات و ارتباطات، از اتم گرفته تا فضای لایتناهی را در بر می‌گیرد. نانوفناوری قبل از اینکه یک علم بین رشته باشد، بیشتر یک هنر یا صنعت ترکیبی است. با توجه به این مطلب نانوتکنولوژیست‌ها با ترکیب روش‌های مختلف ماکرو و میکروئی و بردن آن‌ها به ابعاد نانو خلاقیت‌های بسیاری را به کاربرده‌اند.

شکل 1-5 شکل های مختلف نانو ذرات که تا کنون شناخته شده اند
طبقه بندی نانو ذرات :
متدوال ترین نانو ذرات شامل نانو ذرات نیمه رسانا، سرامیکی، پلیمری و فلزی می باشند. بسیاری از سنتزهای ذرات نانوی کلوئیدی شناخته شده اند اما کار های انجام شده اخیر به سنتز ذرات نانو مخصوصا برای ساخت دستگاه ها و ساختارهای نانو اختصاص می یابد. این ذرات ممکن است شامل یک ماده خاص در یک اندازه خاص باشد یا اساسا سطح مشخصی داشته باشند. داشتن چند درجه کنترل بر شکل ذرات نانو ممکن است.پایداری ذرات نانو نیز یک نکته است، اقدامات احتیاطی خاص باید برای جلوگیری از انباشتگی یا رسوب آنها اتخاذ گردد. به علت اینکه در این تحقیق نانو ذرات فلزی مورد استفاده قرار گرفتند، بر روی این نانو ذرات به طور خاص تمرکز بیشتری می کنیم.
1-4-1 سوپر پارا مغناطیس:
خواص سوپر ‏پارامغناطیس نانو ذرات مستقیماً تحت تاثیر آنیزوتروپی مغناطیسی نانوذرات است.‏ هنگامی که ممان مغناطیسی نانو ذرات در جهت محور آسان بلور است، مقدار انرژی آنیزوتروپی ‏مغناطیسی (EA‏) کمینه می‌شود. در نانوذرات مغناطیسی کروی، آنیزوتروپی بلور مغناطیسی برابر باآنیزوتروپی ‏مغناطیسی کل است. این آنیزوتروپی به عنوان سدی برای تغییر جهت مغناطیسیاست. هنگامی که ‏اندازه نانوذرات تا حد آستانه‌ایی کاهش می‌یابد،‏EA‏ برابر با انرژی فعال‌سازی ‏گرمایی ‏‎(KBT)‎‏ می‌شود. با وجود سد انرژی آنیزوتروپی کوچک، جهت مغناطیسی نانوذرات به راحتی ‏توسط انرژی فعال‌سازی گرمایی ویا میدان مغناطیسی خارجی تغییر می‌کند. اگر انرژی گرمایی بیشتر ‏از ‏EA‏ باشد، تمام جهات و ممان مغناطیسی در جهات کاتوره‌ایی قرار می‌گیرند. اساساً رفتار کلی‏نانوذرات مغناطیسی مانند اتم‌های سوپر پارامغناطیس است. اگرچه نانوذرات هنوز خاصیتمغناطیسی ‏کمی دارند هر ذره مانند یک اتم پارامغناطیس عمل می‌کند، اما ممان مغناطیسی بزرگی دارد. چنین ‏رفتاری، سوپر پارامغناطیس نامیده می‌شود(شکل1-6). در ماده‌ی سوپر پارامغناطیس، جهت مغناطیسی نانوذرات به ‏جای جهت خاصی، سریعاً در حال تغییراست. دمایی که سد انرژی آنیزوتروپی مغناطیسی نانوذرات ‏همیشه بر اثرژی فعال سازی گرمایی غلبه می‌کند، دمای بلوکه نامیده می‌شود.

شکل1-6 ساختار مواد سوپر پارامغناطیس
1-4-2 نانو ذرات فلزی :
در سال 1857 مایکل فارادی اولین مطالعات اصولی را در زمینه سنتز و رنگ کلوئیدی طلا انجام داد[5]. او متوجه شد که رنگ قرمز نانو ذرات طلا به خاطر اندازه کوچک آنها می باشد، زیرا بر هم کنش این ذرات با نور در مقایس نانو با توده طلا متفاوت می باشد. اگر چه کارهای او بیشتر جنبه کیفی داشتند اما راه را برای بررسی بیشتر نانو ذرات فلزی و کاربردهای گسترده آن ها همواره نمود. از آن زمان هزاران مقاله علمی در زمینه سنتز، اصلاح بررسی خواص و تجمع نانو ذرات فلزی منتشر شده است که بسیاری از خواص فیزیکی و شیمیایی این ذرات که توجیه کننده ویژگی های رفتاری آنهاست را بیان میکند. امروزه نانو ذرات فلزی به طور گسترده در بیوشیمی، کاتالیز واکنش ها، حسگرهای زیستی و شیمیایی و در سیستم های نانو الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرند [6,8]. .نانو ذرات حاصل از فلزات اصلی دیگر نیز ممکن است با احیاءآماده شوند مثل ذرات نقره حاصل ازAgNo3، پلادیوم حاصل از H2[PdCl4] و پلادیوم حاصل از H2[PtCl6]. [26,27] این شباهت ها در آماده سازی این کلوئید های فلزی مختلف، سنتز ذرات فلزی مخلوط شده را ممکن می سازد که امکان دارد اساسا با هر فلز دیگری فرق داشته باشد[29]. برای مثال، احیا یا کاهش ترکیبات نمک های فلزی اصلی می تواند منجر به تشکیل آلیاژ یا ذرات ریز مخلوط شود. جالب تر اینکه، ذرات مرکب می تواند در پوسته با سنتز یک هسته کلوئیدی کوچک بعد از بزرگ شدن آن با یک فلز متفات ساخته شود کلوئید طلا می تواند با نقره پوشیده شود. نانو ذرات فلزی با پوسته های مختلف مثل، گرافیت غیر فلزی، رسانا یا نیمه رساناCds پوشیده می شود. ذرات مغناطیسی تحت یک میدان مغناطیسی خارجی می چرخند و به منظور جابجایی ذرات در یک جهت خاص از فضا باید از یک میدان ناهمگن استفاده شود.اثر نیروی مغناطیسی بر روی این ذرات در یک سوسپانسیون مایع با مغناطش ذرات،چگالی جریان مغناطیسی و گرادیان میدان مغناطیسی متناسب است.

شکل 1-8 نمونه هایی از نانو ذرات فلزی با شکل و اندازه مختلف، شکل سمت چپ تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری نانو ذرات طلا کروی و میله ای (a,b) و نانو منشورهای نقره (c) و شکل سمت راست محلول کلوئیدی نانو ذرات آلیاژ طلا و نقره با افزایش غلظت طلا(d) نانو میله های طلا با افزایش نسبت ابعادی و نانو منشورهای نقره با افزایش اندازه جانبی را نشان می دهد[9]
1-4- 3 نانو مواد سه‌بعدی :
درخت‌سان‌ها
درخت‌سان‌ها مولکول‌هایی بزرگ و پیچیده‌اند، که ساختار شیمیایی کاملاً تعریف‌ شد‌ه‌ای دارند. از نقطه نظر شیمی درخت‌سان‌ها ماکرومولکول‌های نسبتاً کامل و یکنواختی (هم‌اندازه و هم‌شکل) هستند که دارای معماری سه‌بعدی منظم و به‌شدت شاخه‌شاخه می‌باشند. آن‌ها از سه بخش اصلی هسته، شاخه‌ها و گروه‌های انتهایی تشکیل شده‌اند. روش‌های ساخت آن‌ها بطور کلی به دو روش واگرا و هم‌گرا می‌باشد. به دلیل پیشرفت‌های اخیر در شیمی سنتزی و روش‌های تعیین مشخصات، توسعه سریع این نوع جدید از پلیمر‌ها ممکن شده است و ساخت انواع چارچوب‌های درخت‌سانی با ابعاد نانومتری تعریف ‌شده (3 تا 5 نانومتر برای نسل‌های بالا) و تعداد گروه‌های عاملی انتهایی مشخص عملی شده است. وگنل2، اولین مثال از یک روال سنتزی تکراری برای خلق ساختار‌های شاخه‌ای کاملاً تعریف ‌شده را در سال 1978 گزارش کرد. او این روال را «سنتز آبشاری» نامید. در اوایل سال‌ 1980 دنکوالتر سنتز درخت‌سان‌های مبتنی بر ال- لیزین را ثبت نمود. این اختراع ساختارهایی را تا پیچیدگی نسل‌های بالا معرفی می‌کرد. اولین ساختار‌های درخت- ‌وار‌ه‌ای که کاملاً مورد بررسی قرار گرفته، توجه زیادی را به خود جلب کرد و اخیراً کاربردهایی در پزشکی و دارورسانی برای آن‌ها مشخص شده است.
1-4-4 نانومواد دو بعدی:
غشاء‌های نازک
در دنیای کنونی تغییرات سطحی به یک فرایند مهم و اساسی تبدیل شده است. در این مورد روش‌هایی شامل ایجاد لایه‌های نازک یا پوشش‌ها بر روی سطوح است و این کار افزایش کارآیی و محافظت سطوح را به دنبال دارد. رسوب یک لایه نازک (نانولایه) برای پوشش‌ دهی در اکثر صنایع جایگاه مهمی برای خود یافته است. نانولایه‌ها دارای یک ساختار نانو ذره‌ای می‌باشند که این ساختار یا از توزیع نانوذرات در لایه ایجاد می‌شود و یا به وسیله یک فرایند کنترل شده، در حین رسوب ایجاد می‌گردد. فیلم‌های نانویی لایه نازک، که بر روی سطح یک زیر پایه نشانده می‌شوند کاربردهای عمدتاً الکترونیکی دارند. همانند زیرلایه‌ها، خازن‌ها، قطعات حافظه، آشکارسازهای مادون قرمز و راهنماهای موجی.
1-4-5 نانو مواد تک بعدی :
چنانچه مواد را در یک بعد به مقیاس نانو در بیاورند ساختارهای تک‌ بعدی نانو خواهیم داشت، که خود قابل تقسیم بندی به گروه‌های زیرند.
1-4-6 نانولوله‌ها:
لفظ نانولوله در حالت عادی در مورد نانولوله‌های کربنی به کار می‌رود، هر چند که اشکال دیگری از نانولوله همچون انواع ساخته شده از نیترید بور یا حتی نانولوله‌های خودآرای آلی نیز وجود دارد. نانولوله‌ها با خواص مکانیکی، الکتریکی و اپتیکی برجسته، در مصارف الکترونیکی با بیشترین توجه روبه‌رو شده‌اند. همچنین نانولوله‌ها برای نگهداری هیدروژن و هیدروکربن‌ها جهت استفاده در پیل‌های سوختی نیز مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. نانولوله‌ها نیز به دو گروه تک‌دیواره و چند‌ دیواره قابل تقسیم‌اند[20,21] .
1-4-7 نانومیله‌های طلا:
در نانوفناوری نانو میله‌ها قطعاتی هستند با ابعاد یک تا صد نانومتر که در بسیاری موارد آن‌ها را با نانوسیم‌ها و یا نانولوله‌ها یکسان درنظر گرفته و مرز مشخصی برای آن‌ها قایل نمی‌شوند. نانو ذرات طلا میله ای شکل دو قله پلاسمونی دارند. یکی که حدود 530 نانو متر است پلاسمون تقاطعی است و مربوط به ارتعاش الکترون ها اطراف محور کوچکتر میله است. دیگری که پیک قوی تری است و در طول موج بالاتری ایجاد می شود پلاسمون طولی است و مربوط به ارتعاش الکترون ها اطراف محور طولی نانو میله ها است.(شکل 1-9 ). محل این پیک با تغییر اندازه ذره تغییر می کند (شکل 1-4).

شکل 1-10 پیک جذبی مرئی فرا بنفش نانو میله های طلا با نسبت ابعادی مختلف[27]
1-4- 8 نانوسیم‌ها:
سیم به ساختاری گفته می‌شود که در جهت طولی گسترش ابعاد یافته و در دو بعد دیگر کاملاً محدود شده باشد سیم‌های نانو دارای ویژگی رسانش الکتریکی و امکان اعمال اختلاف پتانسیل می‌باشند که آن‌ها را برای کاربردهای الکتریکی و سنجش زیستی بسیار مناسب ساخته است. مثال‌هایی از کاربرد نانوسیم‌ها عبارتند از: وسایل مغناطیسی، حسگرهای شیمیایی و بیولوژیکی، نشانگرهای بیولوژیکی و اتصالات داخلی در نانوالکترونیک مانند اتصال دو قطعه‌ی ابر رسانای آلومینیومی که توسط نانوسیم نقره صورت می‌گیرد.
1-4-9 نانومواد صفر بعدی:
نانوذرات یا نانومواد صفربعدی به گروهی از مواد نانوئی اتلاق می‌گردد که ابعاد آن‌ها در هر سه بعد نانوئی شده است. که خود مشتمل بر گروهای زیر می‌باشند.
1-4-10 نقاط کوانتومی:
نقاط کوانتومی یا نانوکریستال‌ها در دسته‌ی نیمه‌رساناها جای می‌گیرند. نیمه‌‌رساناها اساس صنایع الکترونیک جدید هستند و در ابزارهایی مانند دیودهای نوری و رایانه‌های خانگی به کار گرفته می‌شوند. اهمیت نیمه‌رساناها در این است که رسانایی الکتریکی این مواد را می‌توان با محرک‌های خارجی مانند میدان الکتریکی یا تابش نور تغییر داد، تا حدی که از نارسانا به رسانا تبدیل شوند و مانند یک کلید عمل کنند. این خاصیت، نیمه‌رساناها را به یکی از اجزای حیاتی انواع مدارهای الکتریکی و ابزارهای نوری تبدیل کرده است. نقاط کوانتومی، به خاطر کوچک بودنشان، دسته‌ی منحصربه‌فردی از نیمه‌رساناها به شمار می‌روند. پهنای آن‌ها، بین 2 تا 10نانومتر، یعنی معادل کنار هم قرار گرفتن 10 تا 50 اتم است. در این ابعاد کوچک، مواد رفتار متفاوتی دارند و این رفتار متفاوت قابلیت‌های بی‌سابقه‌ای در کاربردهای علمی و فنی به نقاط کوانتومی می‌بخشد.

شکل 1-12 نانو ذرات لیپیدی
1-4-12 نانوذرات پلیمری:
این نانوذرات از مونومرهای آلی تشکیل شده که پس از فرآوری، پلیمریزه شده و شکل خاصی را به خود می‌گیرند مانند کیتوسان‌ها که کاربرد زیادی در زیست‌شناسی نوین دارد. نانو ذرات پلیمری زیست سازگار معمولا شامل پلی لاکتیک اسید و یک کوپلیمر پلی اتیلن گلیکول و پلی لاکتیک اسید می باشند که برای انتقال پروتئین ها، ژن ها، واکسن ها و علی الخصوص داروهای ضد سرطان مورد بررسی قرار گرفته اند. در دهه های گذشته، برای آماده سازی نانو ذرات پلیمری، روشهای زیادی مثل بخار حلال ارائه گردیده است. سطح استخوان طبیعی اغلب حاوی پهنای 100 نانومتر است. اگر سطح یک پیوند استخوانی ساخته شده خیلی صاف باشد، بدن سعی می کند آن را رد کند، بنابراین تولید یک بافت فیبری پوشاننده سطح پیوند برای رفع مشکل صاف بودن سطح موثر است. این لایه باریک تمامی پیوند استخوانی را که ممکن است موجب سست شدن پیوند و تورم شود را کاهش می دهد. مشخصات با اندازه نانو می تواند به گرفتن سطح صاف کمک کند. این موضوع در تهیه پروتزهای لگن و زانو که از ذراتی با اندازه نانو بکار رفته است، استفاده شده که شانس پس زدن را همراه با تحریک تولید استئوبلاست ها را کاهش می دهد. استئوبلاست ها سلولهایی هستند که مسئول رشد شبکه استخوان است و در سطح پیشرفته استخوان در حال رشد شبکه استخوان است و در سطح پیشرفته استخوان در حال رشد مشاهده می شود. این اثر با مواد فلزی، سرامیکی و پلیمری نشان داده می شود. بیشتر از 90 درصد سلول های استحوانی انسان حاصل از سوسپانسیون یا تعلیق به سطح فلز غیر مهندسی شده هستنند. استفاده از اندازه های نو، طراحی یک زانو و لگن جایگزین پایدارتر و مقاوم تر را ممکن می سازد و شانس سست شدن و یا پس زدن پیوند را کاهش می دهد. اما کاربرد این تکنیک ها با مشکلات گوناگونی که وجود دارد تا حدود زیادی محدود شده است. این مشکلات شامل کار با حلال های سمی، بازدهی کم نانو ذرات تشکیل شده و یا بعضی از نمکهای باقی مانده از لحاظ بیولوژیکی، سازگار نیستند می باشد.
برای تشکیل نانو ذرات حاوی دارو از این سیستم، حلال های ارگانیک محلول در آب نقش مهمی را ایفا می نمایند.

شکل 1-13 نانو ذرات پلیمری
1-5 نانو ذرات طلا:
طلا همواره یکی از عناصر مورد توجه بشر در طول تاریخ بوده است. اما در طول دهه گذشته با پیدایش و توسعه نانو فناوری توجه به این عنصر بسیار بیشتراز قبل شده است. نانو ذرات طلا دارای خواص متفاوتی نسبت به توده آن هستند[11,10] طلا در حالت توده زرد رنگ است اما فیلم نازک طلا آبی به نظر می رسد این رنگ آبی به طور پیوسته به نارنجی، بنفش، قرمز تغییر می کند، همچنان که اندازه ذرات و ضخامت فیلم کاهش می یابد[9] نانو ذرات طلا پایداری زیادی از خود نشان می دهند و دارای خواص نوری بی نظیری هستند که وابسته به اندازه آن ها است. این خواص ویژه کاربرد آنها را در زمینه های گونانون افزایش داده است. نانو ذرات طلا باند جذبی قوی در ناحیه مرئی طیف الکترومغناطیس از خود نشان می دهند که نتیجه نوسان جمعی الکترون های هدایت فلزی در برخورد با نور می باشد. جدا از خصوصیات ذرات به صورت مجزا محیطی که ذرات فلزی در آن حل می شوند نیز در خواص نوری تاثیر گذار است. ضریب شکست محیط اطراف و متوسط فاصله بین نانو ذرات فلزی در محیط، خواص طیفی آن ها را تغییر می دهد[12,13]. یکی دیگر از محاسن نانو ذرات طلا به عنوان حاملین دارو در مقایسه با سایر نانو ساختارها قابلیت اتصال مستقیم این لیگاند ها به سادگی به نانو ذرات می باشد. حسن دیگر نانو ذرات طلا، همان طور که ذکر شد ، نانو ذرات فلزی این توانایی را دارند که اگر اکترونهای لایه والانس آنها تهییج شود از خود فوتون با طول موج در ناحیه مرئی صادر می کنند بنابراین اگر نانو ذرات طلا به همراه دارو(به عنوان حامل دارو) وارد بدن گردند در صورت استفاده از یک سیستم خارجی که به نوعی الکترونهای نانو ذرات را تهییج نماید، می توانند دیده شوند و در صورت دیده شدن توسط میدان مغناطیسی خارجی به عنصر مورد نظر که قرار است تحت درمان عامل درمانی مورد نظر قرار بگیرد هدایت گردنند. بنابراین همان طور که مشاهده می شود نانو ذرات طلا در مقایسه با سایر نانو ساختارها پتانسیل بیشتری را جهت بکارگیری به عنوان حاملین دارو و با هدف دارورسانی هدفمند دارا باشند.
به دلیل این خواص نوری بی نظیر آنها، کاربردهای متفاوتی در نانو الکترونیک شناسایی مولکولها، عکسبرداری، افزایش پاسخ ها در طیف سنجی، دارو رسانی، حسگرهای شیمیایی و بیولوژیکی و ..... پیدا کرده اند[14,15].
آسانترین و رایج ترین روش بکار رفته برای تهیه نانو ذرات طلا کاهش آبی HAuCl4 با سیترات سدیم در نقطه جوش است. استفاده از الکل، به عنوان احیاء کننده یا کاهش دهنده برای تولید نانو ذرات پلاتینیوم کنترل بر اندازه ذرات را ممکن می سازد. هر چه الکل بیشتر باشد ذرات بزرگتر تولید می شود که این مسئله دال بر میزان احیای سریعتر یون های [ptcl6] دارد که یک عامل مهم برای تولید ذرات کوچکتر است. ذرات ساخته شده با احیاء یا کاهش سیترات، تقریبا کره های تک بخشی یک اندازه ای است که با غلظت های استاندارد اولیه کنترل می شود(شکل1-3). آنها یک شارژ با سطح منفی در نتیجه یک پوشش سیترات با پیوند ضعیف دارند و به آسانی با نوار جذب پلاسمون مشخص می شوند(در حدود520nmبرای ذرات15نانومتری).

شکل 1-14 نانو ذرات طلا سنتز شده با سیترات
1-6 خواص نوری نانو ذرات طلا:
رنگ نانو ذرات فلزی را می توان با در نظر گرفتن جذب و پراکندگی نور از سطح نانو ذرات طلا بطور کمی توضیح داد. نانو ذرات کلوئیدی فلزی پیک جذبی قوی در ناحیه فرابنفش و مرئی از خود نشان می دهند که فلزات حالت توده چنین رفتاری را ندارند. برای درک بهتر این مطلب ابتدا باید با مفهوم پلاسمون آشنا شویم. پلاسمون وقتی بوجود می آید که تعداد زیادی از الکترون های متحرک مربوط به نانو ذره فلزی از حالت تعادل خارج شوند. نام این الکترون ها (به دلیل رفتار مشابه) از الکترون های موجود در پلاسمای گازی گرفته شده است. در واقع اگر ما طبق مدل drude_Lorentz این فلزات را شبیه پلاسمای در نظر بگیریم( به خاطر تعداد مساوی الکترونها با بار منفی و هسته های با بار مثبت) با برخورد تابش الکترو مغناطیس حرکت الکترونهای آزاد فلزی بوسیله میدان الکتریکی کنترل می شوند تا در یک فرکانس پلاسمائی خاص نسبت به یونهای مثبت ارتعاش کنند. ارتعاش این پلاسما کوانتیزه را پلاسمون گویند. رنگ نانو ذرات ناشی از نوسان جمعی الکترونهای نوار ظرفیت در برخورد با نور می باشد. که این پدیده رزونانس پلاسمون سطحی(SPR) نامیده می شود. فرکانس نوسان برای نانو ذرات طلا در ناحیه مرئی می باشد که باعث به وجود آوردن طیف جذبی قوی در این ناحیه می شود همچنان که اندازه و شکل نانو ذرات تغییر می کند، پیک پلاسمون و رنگ آنها تغییر می کند [16,17].
ضریب خاموشی پیک جذبی رزونانس پلاسمونی نانو ذرات طلا در حدود109cm m تا 1010 می باشد که در مقایسه با رنگ دانه های جذب کننده قوی از متیل رودامین 6G و مالاشیت سبز سطح مقطع جذب نانو ذرات طلا104 برابر بیشتر می باشد [18].
1-7 انواع پلاسمون سطحی:
الف) پلاسمون سطحی آکوستیک : که به دلیل کاربردهای کمی که در شیمی دارد به آن نمی پردازیم
ب) پلاسمون سطحی انتشاری : ترکیب فوتون ها با پلاسمون سطح یک برانگیختگی الکترومغناطیسی روی سطح فلز ایجاد می کند که به عنوان پلاسمون سطحی قطبیده یا پلاسمون سطحی انتشار شناخته می شود [19,20] شکل1-11 نمایی از پلاسمون سطحی انتشار را نشان می دهد.

شکل 1-15 شمایی از پلاسمون سطحی انتشار
وقتی امواج الکترونی به صورت موج در سطح فلز حرکت می کند به طور متناوب نواحی با بار مثبت منفی ایجاد می کنند. میدان های الکتریکی که توسط این نواحی با بارهای مخالف ایجاد می شوند به صورت توانی از سطح فلز حذف می شود. برای فهم بهتر مطلب فرض کنید مقداری جلبک روی سطح آب در نزدیکی ساحل قرار داشته باشد.
امواج دریا که به سمت ساحل حرکت می کنند میدان الکتریکی و جلیک روی سطح آب الکترون ها هستند.
ج) پلاسمون سطحی مستقر: نوعی دیگر از پلاسمون است که مربوط به ارتعاش جمعی الکترون ها در حجم های کوچک مثل نانو ذرات فلزی است . برای اینکه این پدیده رخ دهد باید اندازه ذرات کوچکتر از طول موج نور الکترو مغناطیس برخوردی باشند[21]. میدان الکتریکی موج الکترومغناطیس با جابه جایی الکترونه غیر مستقر یک دو قطبی الکتریکی روی سطح ذره القاء می کند که باعث القاء بار مخالف بر روی ذرات مجاور می شود. نتیجه پلاسمون سطحی مستقر، رزونانس پلاسمون سطحی مستقر(LSPR) است که در واقع وقتی فرکانس نور ورودی به ذره، با ارتعاش دسته جمعی الکترون های باند هدایت آن ذره در رزونانس باشند، این پدیده روی می دهد در نتیجه نوسان الکترون های هدایت در برخورد با میدان الکتریکی تابش الکترومغناطیس برخوردی، پیک جذبی قوی در همان فرکانس حاصل می شود(شکل1-12) این پدیده به صورت شماتیک در شکل1-13 نشان داده شده است. فلزات با الکترون های آزاد( به طور عمدهAu و Ag و Cu) دارای رزونانس پلاسمونی در محدوده طیف مرئی هستند که باعث به وجود آمدن رنگ های شدیدی در آن ها می شود. نانو ذرات کشیده شده(بیضی و میله ای) دو باند پلاسمون مجزا نشان می دهند که مربوط به نوسات الکترون ها در راستای طول و عرض آن ها می باشد. بنابراین انحراف کمی از شکل کروی می تواند منجر به تغییر رنگ موثری شود.

شکل 1-18 اثرات پراکندگی و جذب در مجموعه ای از نانو ذرات
1-8 محاسبات کمی خواص نوری نانو ذرات:
اولین محاسبات کمی درباره ویژگی های نوری ذرات فلزی توسط ماکسول و گارنت در سال 1904 میلادی انجام شد [25] اما یکی از محدودیت های این تئوری در نظر نگرفتن اندازه ذرات در محاسبات بود تا اینکه در سال 1908 می تئوری خود را درباره ویژگی های نوری ذرات طلا منتشر کرد.این تئوری یک راه حل دقیق بر حل معادله میدان الکترومغناطیس ماکسول می باشد، و برای کلوئیدهای طلا در اندازه های مختلف کاربرد دارد. در این تئوری فرض می شود یک موج صفحه ای با ذرات کروی با شعاع R برخورد می کند و پاسخ نوری نانو ذرات فلزی مجموعه ای از ارتعاشات مغناطیسی و الکترونی آنها در نظر گرفته می شود. این پارامتر سطح مقطع خاموشی C extنامیده می شود. که در واقع مجموع سطح مقطع جذب و سطح مقطع پخش می باشد، به عبارت دیگر خاموشی کل مجموع پخش و جذب می باشد ( C exs = C abc + C sca )وقتی که قطر ذرات کروی خیلی کوچکتر از طول موج برخوردی باشد(λ>>R2) سطح مقطع پخش خیلی کوچک است و فقط سطح مقطع جذب(Cabc) در نظر گرفته می شود.
Cexa=24π2R3εm32λ ε2(ε1+2εm)2+ε22 معادله 1-1 معروفترین فرم تئوری می برای ذرات کروی می باشد. در این معادله mε ثابت دی اکتریک محیط اطراف ذره و 1ε و 2ε هم به ترتیب ثابت دی الکتریک فرضی و واقعی ذره می باشد. با توجه به معادله 1-1 رزونانس وقتی اتفاق می افتد که شرایط ε1=-2ε برقرار باشد، که این پیک رزونانس پلاسمون سطحی علت رنگ نانو ذرات فلزی مختلف می باشد..
شکل 1-15 طیف خاموشی محاسبه شده برای نانو ذرات کروی طلا در اندازه های مختلف را با استفاده از تئوری می نشان می دهد پیک SPR آن ها در ناحیه 520 نانومتر واقع شده است. همچنان که اندازه ذرات از 5 تا 100 نانومتر افزایش می یابد، پیک به طور آهسته به سمت ناحیه قرمز جابجا شده و پهن تر می شود. این پهن شدگی را می توان به افزایش خاموشی تابش برخوردی توسط ذرات بزرگتر نسبت داد.
این نکته قابل توجه است که موقعیت پیک SPR نانو ذرات طلا کروی به ثابت دی الکتریک محیط و اطراف وابسته است. بنابراین حلال های مختلف با جذب عامل پوشاننده بر روی سطح نانو ذرات ممکن است باعث تغییرات کمی در موقعیت پیک SPR شود. بعلاوه تجمع نانو ذرات طلا منجر به تغییر رنگ آن ها از قرمز به بنفش و تشکیل پیک جدیدی در طول موج بالاتر می شود که این به دلیل جفت شدن بین ذرات می باشد این تغییر رنگ برای ساخت حسگرهای رنگ سنجی مفید است.

شکل1-20 پیک های جذب(منحنی قرمز رنگ)، پخش (منحنی سیاه رنگ) و خاموشی(منحنی سبز رنگ) محاسبه شده با تئوری می برای نانو ذرات کروی طلا با قطرهای الف)nm20 ب) nm40 ج) nm80 ]28[
بزرگ شدن یک نانو ذره می تواند در محل صورت گیرد حتی بعد از اینکه ذره کلوئیدی در یک سطح ثابت شده باشد. در چینین حالتی، ماده شیشه ای کلوئیدی به یک محلول رسوب کننده طلا یا نقره معرفی می شود تا بدینوسیله نانو ذرهات چسبیده به سطح بزرگ شوند و یک روش کنترل بر اندازه و چگالی خود ارائه کنند. این ذرات پوسته هسته بطور وسیعی تحت بررسی قرار گرفتند زیرا خواص آنها می تواند متفاوت با خواص مواد هسته یا پوسته باشد. سنتز ذرات که کاربرد سطح را متحمل می شود به منظور کنترل نانو ذرات و ساخت معماری های اساسی مفید است. این کاربردی سازی سطح ذرات نانو را می توان در طول سنتز ذرات نانو با افزودن یک عامل مناسب به ظرف واکنش انجام داد. همانطوریکه ذرات نانو تشکیل می شوند، معرف کاربردی سازی سطح به ذرات نانو می چسبد که یک پایداری افزایشی را منتقل می کند و کنترل اضافی بر اندازه آنها اعمال می کند. احیای بروهیدریدی HAuCl4 در حضور تریموکسی سیلان یکی از نمونه احیا ها می باشد، احیا های دیگر بروهیدرید در حضور تیول ها که باعث تولید نانو ذراتی با یک کاربرد سطحی از آمین ها با اسید های کربوکسیل می باشد. در جایکه عامل کاربردی سطح قابل حل در آب نیست، یک سنتز دو مرحله ای را می توان در تدارک سطوح آلکانتیول با زنجیره بلند در کلوئید های طلا بکار برد[39,40]. عامل کاربردی سطح حتی به پیوند کووالانسی با ذرات نانو نیازی ندارد. ذرات نانو در حضور تثبیت کنند های دندریمریک[41,42] و پلیمریک[43,45] ساخته شده اند و در حفره های مایسل و پاشیدگی کلوئیدی و سیلیکاتی تشکیل شده اند نانو ذرات طلا یا نقره به کار رفته با دی سولفات جذب شده در حضور هیدرید سدیم تولید شده اند [50]
1-9 پارامترهای موثر در طراحی نانو ذرات مغناطیسی:
طراحی و سنتز نانو ذرات نیازمند دانستن اصولی از طبیعت نانوساختارهاست. این ذرات به عنوان یک دارویی که به طرف بافت خاصی حرکت می کنند و ضرری برای بیمار ندارند و یا به عنوان عوامل کنتراست در تصویر برداری های پزشکی استفاده می شوند. در این بخش موانع فیزیولوژیکی که نانو ذرات مغناطیس با آنها مواجه هستند و تغییرات فیزیکی که برای بهبود عملکرد آنها در شرایط درون بدن اعمال می شود وپارامترهای مهم فیزیکی و فیزیولوژیکی در طراحی نانوذرات با کاربردهای زیستی را بررسی می کنیم.
1-9-1 موانع فیزیولوژیکی:
الف) داخل سلولی:
یکی از موانع سیستم ایمنی بدن است که در مقابل عوامل بیگانه که تزریق شده اند قرار می گیرد و از رسیدن آنها به محل مورد نظر ممانعت می کنندو یا موجب تغییر خواص فیزیکی ذرات می شود. نانو ذرات وقتی وارد خون می شوند قدرت یونی بالا و هتروژنیستی محلول موجب تجمع نانوذرات در خون می شودکه در نهایت موجب تغییر خواص مغناطیسی و توقف آنها می شود. نانوذرات به شکل غیر اختصاصی با پروتئین های پلاسما بر هم کنش دارند که ممکن است موجب برانگیختگی سیستم ایمنی شودو یا با ماتریکس خارج سلولی و سطح سلول که در سرم خونی موجود است برهم کنشی غیر اختصاصی داشته باشد که علی الخصوص برای نانو ذرات مغناطیسی امکان اتصال زود رس به سلول های دیگر قبل از رسیدن به بافت هدف وجود دارد. علاوه بر موارد مذکور در شرایط محیطی عروق،نانوذرات با محدودیت هایی از جمله تناسب اندازه ذره با آناتومی بافت هدف مواجه هستند. این محدودیت در هدف یابی به اندام هایی مثل مغز و کلیه چشمگیر تر است به عنوان نمونه در مغز،سلول های اندوتلیال و استروسیت میزان پینوسیتوز را محدود می کنند و اتصال محکم بین سلول ها در سد خونی – مغزی ایجاد مانع می کند و فقط به ذرات با اندازه کوچک و خواص فیزیکوشیمیایی متناسب اجازه عبور از سد خونی-مغزی داده می شود.
ب) موانع داخل سلولی:
موانع بیولوژِیکی فقط به فضای خارج سلولی محدود نمی شوند بلکه موانع داخل سلولی نیز به عنوان سدی در رسیدن ذرات حامل دارو مطرح می باشند. در همه نانو ذرات وقتی به غشا هدف متصل می شوند به طور معمول توسط اندوسیتوز وابسته به لیگاند برداشته می شوند و در داخل سلول بوسیله بر هم کنش های اسیدیفیکاسیون در محفظه اندوزومال از حامل جدا می شوند که البته بیشتر این اندوزوم ها به سمت لیزوزوم حرکت می کنند. پس یکی از مشکلات داخل سلولی فرار از تجزیه لیزوزومی و اندوزومی می باشد.بسیاری از عوامل درمانی از جمله DNA،SiRNA که به تجزیه لیزوزومی حساس هستند، با تسهیل فرایند گریز از اندوزوم از رسیدن به لیزوزوم در امان می مانند. مسئله درون سلولی دیگر، قدرت شکافت موانع بیولوژیکی به عنوان مثال شکافت غشا هسته در موارد ژن رسانی می باشد . از دیگر فاکتور های مهم فیزیولوژیکی برای طراحی نانوذرات عمق بافت هدف،میزان و سرعت جریان خون در بافت هدف،منابع عروقی، وزن بدن،مسیر تزریق،فاصله از منبع میدان و حجم تومور می باشد. عدم توجه به این فاکتور ها در هنگام طراحی نانوذرات مشکلات عظیمی در انتقال و شبیه سازی این فناوری از حیوان به نمونه های کلینیکی به همراه دارد.
1-9-2 پارامتر های فیزیکی:
پارامتر های فیزیکی شامل خصوصیات مغناطیسی و اندازه ذرات حامل،قدرت و گرادیان میدان،هندسه میدان و ظرفیت انتقال ژن و دارو می باشد. هدف یابی مغناطیسی بر پایه جذب نانو ذرات مغناطیسی به سمت یک میدان مغناطیسی خارجی می باشد.در صورت وجود گرادیان مغناطیسی مناسب، نیروی جابجایی روی مجموعه دارو/ذره اعمال شده و منجر به حرکت ذره به سمت بافت هدف می شود.با کاهش قدرت میدان، توانایی هدایت نانو ذره به بافت هدف کاهش می یابد به همین دلیل با افزایش ثابت میدان مغناطیسی در نمونه های انسانی، هدف یابی از حیوانات کوچک به انسان مشکل شده است. به طور کلی تحقیقات نشان می دهد که هدف یابی میدان مغناطیسی برای بافت های نزدیک به سطح و دارای جریان خون آهسته موثرتر است .
1-9-3 اندازه هیدرودینامیک:
اندازه در نانو ذرات مغناطیسی از جمله خصوصیات فیزیکی است که در کارایی بهتر این ذرات در بدن مورد توجه هستند. بررسی توزیع نانو ذرات باتوجه به اندازه هیدرودینامیک آنها مشخص می شود. مطالعات نشان داده اند که ذرات با سایز کوچکتر و شکل کروی انتشار بیشتری دارند که موجب افزایش غلظت نانوذره در مرکز رگ خونی می شود و با کاهش برهمکنش ها با سلول های اندوتلیال باعث افزایش طول عمر نانو ذره در خون می شود. اندازه نانو ذره توانایی خروج از عروق و انتشار در بافت هدف را نیز متاثر می کند. سلول های اندوتلیال اجازه عبور به ذرات کوچکتر از 150 نانومتر را می دهد که البته عبور از موانع محکم از جمله سد خونی مغز محدود تر و دشوارتر می شود. بالای 98% از عوامل درمانی و تصویر برداری امکان عبور از سد خونی مغز را ندارند و هم چنین بسیاری از نانوذرات نیز قادر به عبور از این سد نیستند. تحقیقات گسترده در توسعه روش های درمانی برای تومورهای مغزی، پارکینسون، آلزایمر و هانتیگتون انجام شده است. در بررسی تاثیر اندازه در نفوذ از سد خونی مغزی، دیده شد که نانوذرات طلا با قطر هیدرودینامیک 50-15 نانومتر توانایی عبور از سد را دارند در حالیکه ذرات با اندازه بزرگتر از200-100 نانومتر نمی توانند عبور کنند. در مطالعات دیگری دیده شد که MNP های کوچکتر از 20 نانومتر به صورت کلیوی دفع می شوند در حالیکه ذرات با اندازه متوسط در محدوده 150-30 نانومتر در مغز استخوان،قلب،کلیه و معده جمع می شوند و نانو ذرات با اندازه بزرگتر یعنی 300-150 نانومتر در کبد و طحال یافت می شوند. بنابراین حدود اندازه مکانیسم عمومی کلیرانس را مشخص می کند. اندازه نانو ذرات مغناطیسی برای گریز از فیلتراسیون طحالی باید به اندازه کافی کوچک باشدو برای جلوگیری از پاکسازی کلیوی باید به اندازه کافی بزرگ باشد. نانوذرات بزرگتر از 200 نانومتربوسیله سلول های فاگوسیتی طحال جدا می شوند و ذرات کوچکتر از 5.5 نانومتر بواسطه ی پاکسازی کلیوی حذف می شوند.بعضی از ذرات موفق به گریز از سیستم فیلتراسیون می شوند اما در اپسونیزاسیون توسط سلول هایKupfferو ماکروفاژهای سایر بافت به دام می افتند به طور کلی نانوذرات کوچکتر به صورت کلیوی سریع دفع می شود و ذرات بزرگتر نیمه عمر پلاسمایی کمتری دارند و از طریق کبد،طحال و مغز استخوان برداشته می شوند. در ادامه به بررسی مواردی از اندازه هیدرودینامیک می پردازیم:
الف) شکل ذرات:
در مطالعات اثر شکل نانوذره بر توزیع زیستی با بررسی ذرات غیر کروی و میله ای شکل انجام دادند و دیدند که نانو ذرات با شکل آنیزوتروپ مقاومت بهتری نسبت به ذرات کروی در مقابل تخریب دارند و بدین نتیجه رسیدند که افزایش نسبت طول به پهنای نانو ذره بامدت زمان حضور ذره در گردش خون متناسب است که این قانون در مورد نانوذرات مغناطیسی نیز صدق می کند.
ب) خصوصیات سطحی:
بار سطحی و هیدرو فوبیسیتی نانوذره به سبب تاثیر بر میزان بر هم کنش های بین نانو ذرات و سیستم ایمنی،پروتئین های پلاسما،ماتریکس خارج سلولی و سلول غیر هدف توزیع زیستی نانوذرات را تغییر می دهد. نانوذرات هیدروفوب و باردار مدت حضور کوتاهتری در گردش خون دارند که به علت اپسونیزاسیون ذرات توسط پروتئین های پلاسما و در نهایت توسط سیستم RES می باشد. نانو ذرات با بار مثبت به سلول های غیر هدف با بار منفی به صورت غیر اختصاصی متصل می شوند و نیز گروه های هید رو فوب روی سطح نانو ذره موجب القا تجمع نانو ذرات می شوند که موجب تسریع شناسایی و جابجایی توسط سیستم RES می شود.به منظور کاهش این بر همکنش ها سطح ذره را با پوششی مثل PEG هیدروفیلیک پنهان می دارندکه موجب کاهش میزان اپسونیزاسیون و افزایش مدت زمان حضور ذرات در گردش خون می شود.

پژوهش

دسته‌بندی نشده

No description. Please update your profile.

LEAVE COMMENT

نظرات (0)
امکان ثبت نظر جدید برای این مطلب وجود ندارد.