پژوهش –369

یکشنبه 7 آبان 1396 ساعت 18:10
مکانیسم پیشنهادی اثر سیستئین بر نانو ذره طلا42بهینه سازی مقدار عصاره بید مصرفی برای سنتز نانوذرات طلا43بهینه سازی نمک طلا در سنتز نانو ذرات 44بهینه سازی pH .......................................................................................................................45بررسی پایداری نانوذرات طلای سنتز شده با عصاره پوست درخت بید47تصاویر میکروسکوپ الکترونی […]

  

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 –369

پژوهش –369

پژوهش –369

2-1- دستگاهای مورد استفاده37
2-2- مواد شیمیایی مورد استفاده38
3-1- ویژگیهای تجزیه ای مربوط به اندازه گیری سیستئین بروش اسپکتروفتومتری و با نانوذرات طلای سنتز شده از عصاره پوست درخت بید50
فهرست شکل ها
عنوان
درک ابعاد نانو از طریق مقایسه ابعاد بعضی اشیاء و موجودات4
نانو الیاف دست پای مارمولک به آن اجازه می دهد تا روی سطوح عمودی بایستد6
اثر ریز شدن مواد در افزایش سطح آنها8
تفاوت انرژی اتمهای سطح با استفاده از طیف سنجی دامنه نوسان9
تغییر ترازهای انرژی به نوار های انرژی از اتم منفرد تا حالت بالک9
ذرات کلوئیدی طلا با اندازه های متفاوت که تغییر اندازه ذرات تغییر رنگ محلول را به دنبال دارد10
نانو ذرات12
نانو لوله ها13
نقاط کوانتومی13
نانو پوشش ها13
نانو سیم ها14
نانو کپسول ها14
نانو کامپوزیت ها15
درخت سان ها15
فولرن ها16
نانو حفره ها16
مفهوم شماتیک تهیهی نانوذرات فلزی با دو روش فیزیکی و شیمیایی19
وابستگی پیک پلاسمون به ترکیب نانوذرات22
ساختار مولکولی سیستئین33
تجمع نانوذرات طالی عاملدار شده با کربوکسی متیل سلولز در حضور سیستئین 34
2-1- طیف FT-IR عصاره پوست درخت بید40
3-1- نحوه اتصال سیستئین به نانو ذره طلا سنتز شده(الف) اتصالت بین دو نانو ذره طلا بعد از اتصال سیستئین(ب)42
3-2- طیف UV-Vis بهینه مقدار عصاره رقیق شده برای تهیه نانو ذره44
3-3- طیف UV-Vis نانو ذرات طلای سنتزی با عصاره بید در حجم های مختلف از نمک طلا به غلظت 1 میلی مولار44
3-4- طیف UV-Vis نانوذرات طلای سنتز شده در pH های مختلف (غلظت ثابتی از نمک طلا(((1Mm45
3-5- نمودار جذب ماکزیمم بر حسب pH در 520 نانومتر، در غلظت ثابتی از نمک طلا(1mM)46
3-6- نمودار (پهنای پیک در نیمه ی ارتفاع / ارتفاع پیک) بر حسب pH46
3-7- پایداری نانو ذررات طلای سنتز شده بعد از شش هفته در 7-pH=5 و در غلظت ثابتی از نمک طلا ( 1mM)47
3-8- بررسی پایداری نانو ذره در شش هفته47
3-9- بررسی پایداری و یکنواختی نانو ذره48
3-10- عکس TEM از نانوذرات طلای سنتز شده با پوست درخت بید در pH=5 و در غلظت ثابتی از نمک طلا(1mM)48
3-11- طیف UV-Vis نانوذرات طلای سنتز شده با عصاره پوست درخت بید بعد از افزایش غلظت های مختلف ازسیستئین49
3-12- منحنی کالیبراسیون برای اندازه گیری سیستئین با استفاده از نانو ذره طلای سنتزی به کمک عصاره پوست درخت بید49
3-13- pH بهینه سیستئین با غلظت M0.001 در غلظت ثابت نمک (1mM)50
3-14- اثر زمان روی تکمیل بر هم کنش سیستئین (5-10×5) مولار و 1.5 میلی لیتر نانو ذره سنتزی با pH 5-7 به کمک عصاره پوست درخت بید51
3-15- طیف UV-Vis جهت بررسی اثر مزاحمت سایر اسیدهای آمینه برای اندازه گیری سیستئین در pH بهینه در غلظت ثابت نمک طلا(1mM)52
3-16- تصویر مربوط به تاثیر متقابل سیستئین و سایر اسیدهای آمینه با نانو ذرات طلا در شرایط مورد مطالعه53
3-17- بررسی برهمکنش پلاسما و نانوذره سنتزی54
-197707-469557فصل اول
مقدمه ی کلی / پیشینه ی تحقیق و ضرورت انجام کار
00فصل اول
مقدمه ی کلی / پیشینه ی تحقیق و ضرورت انجام کار

تاریخچهی فناوری نانو
نانو فناوری چیست؟
تفاوت اصلی فناوری نانو با فناوری‌های دیگر در مقیاس مواد و ساختارهایی است که در این فناوری مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نیست؛ بلکه زمانی که اندازه مواد دراین مقیاس قرار می‌گیرد، خصوصیات ذاتی آنها از جمله رنگ، استحکام، مقاومت خوردگی و … تغییر می‌یابد. مواد بسیاری هستند که دارای خواص اجسام در مقیاس نانو هستند اما اسم نانوفناوری به آنها اطلاق نمی شود. نانوفناوری در پی آن است تا از خواص عجیب اجسام در مقیاس بسیار کوچک استفاده کند. در حقیقت اگر بخواهیم تفاوت این فناوری را با فناوری‌های دیگر به صورت قابل ارزیابی بیان نماییم، می‌توانیم وجود “عناصر پایه” را به عنوان یک معیار ذکر کنیم. عناصر پایه در حقیقت همان عناصر نانومقیاسی هستند که خواص آنها در حالت نانومقیاس با خواص‌شان در مقیاس بزرگتر فرق می‌کند )بوریسنکو وی ای،2005; پژوهش ناسا توسط فریتا)
در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و به‌خصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند که مواد را می‌توان آنقدر به اجزاء کوچک تقسیم کرد تا به ذراتی رسید که خرد ناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشکیل می‌دهند، شاید بتوان دموکریتوس فیلسوف یونانی را پدر فناوری و علوم نانو دانست چرا که در حدود ۴۰۰ سال قبل از میلاد مسیح او اولین کسی بود که واژه اتم را که به معنی تقسیم‌نشدنی در زبان یونانی است برای توصیف ذرات سازنده موادبه کار برد ( سایت سازمان نانو ; ب.بوشان ،2003) .نقطه شروع و توسعه اولیه فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست. شاید بتوان گفت که اولین متخصصان نانو فناوری شیشه‌گران قرون وسطایی بوده‌اند که از قالب‌های قدیمی برای شکل‌دادن شیشه‌هایشان استفاده می‌کرده‌اند. البته این شیشه‌گران نمی‌دانستند که چرا با اضافه‌کردن طلا به شیشه رنگ آن تغییر می‌کند ( اف.الهوف ، 2010)
به نظر میرسد که درک انسان از جهان بسیار کوچک در سالهای اخیر شکل گرفته است. منشأ فناوری‬ نانو موضوع بحث شمار زیادی از مناظرههاست. تصور بر این است که نانوذرات حداقل در کارهای هنری قرون‬ تاریک استفاده شده است. اما تعریف درست از دستکاری آگاهانه مواد در مقیاس نانو احتمالا توسط فیزیکدان‬ آمریکایی "ریچارد فاینمن" در سخنرانی معروفش در سال 292 مورد استفاده قرار گرفت: آن پایین فضای‬ زیادی هست.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬فاینمن در این سخنرانی شرح داده است که در آینده فرآیندهایی که توانایی دستکاری اتمهای منفرد در‬ آن ممکن است، گسترش خواهد یافت. برای یک مدت بسیار طولانی، به نظر میرسید فناوری نانو به یکی دیگر‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬ از ایدههای مفهومی که به داستانهای علمی-تخیلی تبدیل میشود، ملحق شود. اما در نهایت، پس از سال‬ 1980 ، این ایده به واقعیت پیوست.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬نانو فناوری علم خواص عجیب مواد
اتم سنگ بنای بنیادی ماده است و در نتیجه اتم ها بسیار کوچک هستند. توصیف و تصور جهان در سطح اتم و ملکول دشوار است. این حیطه از علم به قدری عجیب است که بخشی خاص از فیزیک به آن اختصاص یافته شد، که مکانیک کوانتم نام دارد. هدف این علم برای توصیف رخدادها در سطح اتم است. اگر قرار بود توپ تنیس را به طرف دیوار پرتاب کنید و توپ از آن بگذرد و به سوی دیگر دیوار برود، حتماً تعجب می کردید. اما این دقیقاً همان اتفاقی است که در مقیاس کوانتم رخ می دهد. در مقیاس بسیار کوچک، خواص ماده مانند رنگ، مغناطیس و توانایی انتقال برق نیز به شکل غیرمنتظره تغییر می کند (http://www.crnano.org/whatis.htm).
معرفی نانو مواد
در منابع برای نانومواد تعاریف متفاوتی ارائه شده اما دو مشخصه در اغلب این تعاریف می گنجد. اول اینکه ‏مواد نانوساختار یا به اصطلاح نانومواد، حداقل در یک بعد اندازه کمتر از 100 نانومتر دارند. یک نانومتر ‏برابر با یک میلیاردم متر (10-9 متر) می باشد، این اندازه 18000 بار کوچکتر از قطر یک تار موی انسان ‏است.

شکل 1-1 .درک ابعاد نانو از طریق مقایسه ابعاد بعضی اشیاء و موجودات.
یک قرارداد مفید و قابل قبول در این باره این است که مواد برای اینکه در مقیاس نانو قرار بگیرند باید‬ حداقل در یکی از ابعاد (طول، عرض یا عمق) کمتر از 100 نانومتر باشند. در واقع این محدودیتی است برای‬ مقیاس نانو که "طرح ملی فناوری نانوNNI) (برای تعریف فناوری نانو استفاده میکند: "فناوری نانو فهم و‬ کنترل مواد در ابعاد 1 تا 001 نانومتر است، جاییکه پدیدههای منحصر به فرد منجر به کاربردهای جدید میشود." برای این منظور، افزودن دو عبارت دیگر برای کامل کردن تعریف لازم به نظر میرسد. نخست اینکه،‬ فناوری نانو شامل ساخت و استفاده از مواد، ساختارها، دستگاهها و سامانههایی است که به خاطر اندازهی‬ کوچکشان دارای خواص منحصر به فردی هستند. همچنین دربرگیرندهی فناوریهایی میباشد که قادر به کنترل مواد در مقیاس نانو هستند.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬
با وجود اینکه ما میدانیم واژهی نانو در فناوری نانو اشاره به یک مقیاس خاص دارد، داشتن یک تصور‬ درست از آنچه که در این مقیاس است و ارتباط آن با زندگی روزمرهی ما، حائز اهمیت است. مثالهای متنوعی‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬ که بسیار رایج هستند، وجود دارد که ما میتوانیم برای درک اندازهی یک نانومتر از آنها استفاده کنیم. برای‬ مثال پهنای یک تار موی انسان، 100000 نانومتر است. مثال دیگر، مقایسهی زیر است: یک نانومتر در مقایسه با‬ اندازهی یک متر، تقریبا مانند اندازهی توپ گلف در مقایسه با اندازهی کرهی زمین است. شاید بهترین راه برای‬ تشخیص مقیاس نانومتر، توصیف محدودهای از مقیاس طول از سانتیمتر به سمت مقیاس نانو باشد. یک مورچه‬ تقریباً 9 میلیمتر است. سر سنجاق1 تا 2 میلیمتر است. کرمهای گردوغبار 200 میکرومتر هستند. موی انسان‬ تقریباً نصف اندازهی کرم گردوغبار است، یعنی 100 میکرومتر. سلولهای قرمز خون که در رگهای ما جریان‬ دارند، حدود 4 میکرومتر هستند. حتی کوچکترین سلولهای ما "سنتاز 10 "ATP‬نانومتر قطر دارند. اندازهی‬ دو بند مارپیچ دوگانهی DNA‬از هم، حدود 2 نانومتر است. در نهایت، خود اتمها اندازهای کمتر از یک نانومتر‬ دارند که اغلب در حد آنگستروم هستند (شکل1 -1 )( http://www.islandone.org/MMSG/aas).‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬در حالیکه واژهی فناوری نانو نسبتاً جدید است، وجود دستگاههای کارکردی و ساختارهایی با ابعاد‬ نانومتری جدید نیست، و در واقع چنین ساختارهایی از زمانیکه حیات بوده است، بر روی زمین وجود داشتهاند.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬آلبومین صدفی است با پوستهای بسیار محکم که دارای سطوح داخلی رنگین کمانی است که بوسیلهی‬ سازماندهی کربنات کلسیم در داخل نانوساختارهای مستحکم آجرمانند، با یک چسب ساخته شده از مخلوط‬ کربوهیدرات و پروتئین در کنار یکدیگر قرار گرفتهاند. به دلیل وجود آجرکهای نانوساختار، شکافهای ایجاد‬ شده روی قسمت بیرونی، قادر به حرکت در میان پوسته هستند. پوستهها نشاندهندهی یک نمونهی طبیعی‬ هستند که مشخص میکنند یک ساختار ساخته شده ازنانوذرات میتواند بسیار محکم باشد (پژوهش ناسا توسط فریتا ) .‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬با وجود چنین سامانههایی در طبیعت، بهترین فرآیندهای کارآمد و سازگار با محیط زیست را نیز باید از‬ خود طبیعت آموخت. وقتی که در محیط زندگیمان کاوش میکنیم، به نقش اساسی نانومواد در سیستمهای‬ زیستی پی میبریم. معماریهای ساخته شده توسط موجودات زنده، همه مبتنی بر تجمع نانوئی میباشد( جی.کوآ ،2004).
در وهله دوم نانوساختارها باید خواص مرتبط با اندازه و متفاوت از حالت معمول یا اصطلاحاً حالت بالک ‏داشته باشند. یعنی با تغییر اندازه به ابعاد نانو تغییر خواص مواد را شاهد باشیم.
فناوری نانو در طبیعت
مدت زمان زیادی از پدید آمدن فناوری نانو به عنوان یک رشتهی علمی نمیگذرد. مانند بسیاری دیگر‬ از فناوریها، بخش قابل توجهی از این فناوری نیز از طبیعت الهام گرفته است. با گذشت سالیان متوالی و‬ توسعهی فناوریهای بشر و ساخت آزمایشگاههای بسیار مجهز برای آزمون ایدههای بزرگ، طبیعت برای یک‬ مدت زمان بسیار طولانی، الهام بخش اختراعات در فناوری بوده است.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬ با نگاهی به طراحیهای لئوناردو داوینچی ، الهام از طبیعت برای فناوریها به منظور کمک به انسانها،‬ کاملا مشهود است. به عنوان مثال مطالعات داوینچی در مورد جزئیات کامل پرواز پرندگان، کمک فراوانی به او‬ برای طراحی الگوهایی برای هلیکوپتر و گالیدر کرد. بال بسیاری از گالیدرهای او بر اساس بال خفاشها بود.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬
فناوری مدرن نیز بسیاری از مفاهیم خود را از طبیعت الهام گرفته است. درک چگونگی استفادهی‬ طبیعت از نیروها و مواد در مقیاس نانو، میتواند برای طراحی دستگاههای مهندسی و اهداف دیگر مورد استفاده‬ قرار بگیرد. علم تقلیدی (زمینهی تحقیقاتی که با بازآفرینی و تقلید از مکانیسمهای طبیعت در تکنولوژی سروکار‬ دارد) در تلاش برای استفاده از میلیاردها سال تجربهی تکاملی طبیعت به منظور ایجاد مواد و فناوری مفید است.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬امروزه در جهان طبیعی، تأثیر طراحی در ابعاد نانو به خوبی شناخته شده و ماهیت استفادههای بسیار‬ جالب برای نانومواد تکامل یافته است. به عنوان مثال، برخی از باکتریها نانوذرات مغناطیسی در داخل خود‬ دارند که به عنوان قطبنما برای تشخیص جهت، به باکتریها کمک میکند. حتی موجودات بزرگتر نیز از‬ طراحی در ابعاد نانومتری بهره میبرند.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬مورد ‏جالب دیگر تحقیقاتی بروی مارمولک بود که با عنوان نانو مکانیک عرضه شد. دانشمندان دریافتند زیر ‏پاهای مامولک با نانو الیافی پوشانده شده که در نوک این نانو الیاف یک پرچم قرار دارد (شکل زیر). این ‏پرچمها در حقیقت یک لایه با ضخامت نانومتری بوده و زمانی که این پرچمها کاملاً روی سطح پخش می ‏شوند (درست مثل مولکول های آب) می توانند وزن مارمولک را تحمل کنند و این حیوان قادر است حتی ‏روی شیشه های صیقلی در حالت قائم راه برود. نتایج این تحقیقات به ساخت نوعی چسب منتهی شد که ‏‏200 بار از نوع غیر نانویی آن قویتر است
.
شکل 1-2 .نانو الیاف دست پای مارمولک به آن اجازه می دهد تا روی سطوح عمودی بایستد.
یکی دیگر از نمونههای فناوری نانو در طبیعت، باکتریهای مغناطیسی هستند. مگنتوتوکتیک نام یک‬ دسته از باکتریهاست که مانند یک قطب نما خود را در جهت خطوط میدان مغناطیسی زمین قرار میدهد. این‬ باکتریها برای اولین بار در سال 1963 گزارش شدند. این توانایی جهت یابی، از حضور زنجیرههای مواد‬ مغناطیسی در داخل سلولهای باکتری ناشی میشود که در سال 1963 گزارش شد. این مادهی مغناطیسی‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬ معمولا مگنتیت (Fe3O4) یا Fe3S4است. در حقیقت این قطب نما اعجاز مهندسی طبیعت در مقیاس نانو‬ است. طبیعت از زنجیرهی موادی مانند این که بسیار شبیه به نانوسیمها هستند، استفاده کرده است که مانند سیمهای مغناطیسی در مقیاس نانو میتوانند در برنامههای کاربردی فناوری استفاده شوند. در یک مفهوم‬ بزرگتر، مکانیسم کنترل هر سلول زیستی، در مقیاس نانو کار میکند و نشان دهندهی یک منبع الهام بخش برای‬ برنامههای کاربردی فناوری نانو میباشد.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬خواص مواد در مقیاس نانو
به طور کلی خواص مواد بستگی به اتمهای تشکیل دهندهی آنها و نحوهی قرارگیری اتمها در ساختار‬ ماده دارد. برای مثال خواص فولاد با خواص مس متفاوت است، زیرا اتمهای آنها با یکدیگر متفاوت میباشند؛‬‬همچنین خواص فولادی که ساختار کریستالی آن fcc ‬میباشد با خواص فولادی که ساختار کریستالی آن bcc‬ میباشد متفاوت است ‬‬‬‬، زیرا نحوهی قرارگیری اتمها در شبکهی بلور با یکدیگر یکسان نیستند.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬یکی از خصوصیات مشخص کنندهی مواد نانو این است که رفتاری متفاوت با رفتار مواد درشت ساختار یا‬‬ میکروساختار دارند. زمانی که اندازهی ذرات یک ماده از یک اندازهی خاص کوچکتر میشود، ابعاد ماده یکی از‬‬ عوامل تأثیرگذار بر روی خواص ماده، علاوه بر ترکیب و ساختار آن ماده خواهد بود.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬حداقل سه عامل را میتوان به عنوان دلایل این رفتار ذکر نمود:‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬
1.نزدیک شدن ابعاد ماده به مقیاسهایی نزدیک اندازههای مولکولی و اتمی.‬‬
2. نسبت سطح به حجم بالا در مواد نانو؛ به این معنی که اتمی با فاصلهی زیاد از سطح وجود نخواهد‬‬ داشت و لذا نیروهای بین اتمی و پیوندهای شیمیایی اهمیت مییابند و نقش تعیین کنندهای به خود‬‬ می گیرند.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬
3. افزایش کمّی حجم مرز دانهها که با کاهش اندازهی دانه تحقق خواهد یافت که این امر به نوبهی خود بر‬‬ روی خواص فیزیکی ماده تأثیرگذار خواهد بود( پی.هولیستر،2003)‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬با تغییر اندازه به ابعاد نانو تغییر خواص مواد را شاهد باشیم. عموماً خواص جدید ‏حاصل از یک یا چند پدیده زیر می باشد:
الف) ازدیاد سطح:‏
در هر فرایند شیمیایی یکی از واکنش دهندها در آن جامد باشد سطح اهمیت پیدا می کند. زیرا از دیدگاه ‏سینیتیک واکنش، ابتدا باید اتمهای سطح واکنش داده تا بقیه اتمها در معرض واکنش دهنده قرار گرفته ‏و واکنش ادامه پیدا کند. برای روشن شدن مطلب به مقایسه واکنش زنگ زدن یا خوردگی آهن آلومینیم ‏می پردازیم. در فلز آهن پس از اینکه سطح آن زنگ می زند اکسید آهن متخلخل ایجاد می شود. آب و ‏اکسیژن می توانند به داخل این لایه متخلخل نفوذ کرده و با آهن واکنش داده مجدداً اکسید آهن تشکیل ‏می شود و تکرار این فرایند باعث می شود تمامی آهن به اکسید آهن مبدل شود. اما اکسید آلومینیم ‏روی سطح را طوری می پوشاند که به اکسیژن اجازه ورود نداده و باعث توقف خوردگی می شود.‏
پس از ذکر اهمیت سطح به چگونگی ازدیاد آن در مقیاس نانو می پردازیم. از شکل زیر به سادگی می ‏توان دریافت با کوچک شدن اجزا، سطح و نسبت سطح به حجم افزایش می یابد. در مثال ساده زیر با ‏تقسیم مکعب اولیه به 8 قسمت سطوح آن 2 برابر می شود. اما این افزایش سطح یا نسبت سطح به ‏حجم چه تاثیری دارد؟

شکل 1-3 .اثر ریز شدن مواد در افزایش سطح آنها.
بطور کلی خواص سطح از درون ماده متفاوت است و این پدیده باعث پیدایش علومی چون فیزیک، شیمی ‏و مهندسی سطح گردیده. اما به بیان ساده اتمها و مولکولهایی که در مجاورت سطح ماده قرار می گیرند ‏نسبت به اتمهای درون ماده پیوندهای کمتری داشته و به تعبیر ترمودینامیکی ناپایدارتر هستند این ‏ناپایداری که موجب افزایش انرژی ماده می شود و انرژی یا کشش سطحی نامیده می شود. بعلاوه تراز ‏های انرژی در سطح بصورت مجزا هستند درحالیکه درون ماده این ترازها به هم فشرده و ساختار نواری ‏انرژی ایجاد می کنند. از نقطه نظر آماری، در ابعاد نانو نسبت سطح به حجم افزایش یافته بنابراین خواص ‏میانگین از سطح پیروی می کنند و خواص جدیدی بارز می شوند.
.
شکل 1-4 . تفاوت انرژی اتمهای سطح با استفاده از طیف سنجی دامنه نوسان.
ب) کوانتیزه شدن ترازهای انرژی:‏
به تبدیل مقادیر پیوسته به یکسری حالات گسسته کوانتیزه شدن گفته می شود. به تعبیر ساده دریک ‏جامد بالک، ترازهای انرژی در هم فشرده و به صورت یک نوار در می آیند (شکل زیر 1-5). از دیدگاه عملی ‏یک الکترون می تواند انرژیهای متفاوتی دریافت و به تراز انرژی بالاتر برود. اما در یک نانوساختار الکترون ‏باید دقیقاً مقدار مشخصی انرژی دریافت کند تا به تراز بالاتر صعود کند.

شکل1-5 .تغییر ترازهای انرژی به نوار های انرژی از اتم منفرد تا حالت بالک.
شکل زیر نانوذرات طلا را نمایش می دهد که بصورت کلوئیدی در اندازه متفاوت رنگهای متفاوتی ایجاد می ‏کنند.
شکل1-6 . ذرات کلوئیدی طلا با اندازه های متفاوت که تغییر اندازه ذرات تغییر رنگ محلول را به دنبال دارد.
مثال عملی دیگری که از پدیده وجود دارد کرمهای ضد آفتاب است. این کرمها حاوی ذرات ‏TiO2 ‎‏ و ‏ZnO ‏ ‏هستند و امواج فرا بنفش را جذب می کنند اما به دلیل بزرگ بودن اندازه ذرات (میکرومتر) نور مرئی را ‏جذب و به همان شکل بازتاب می دهند که باعث می شود سفید رنگ به نظر برسند. رنگی که ما از اجسام ‏می بینیم در حقیقت طول موجی است که جسم قادر به جذب آن نیست یعنی یک جسم قرمز رنگ تمام ‏طول موجهای نور مرئی را جذب اما نور قرمز را بازتابش می کند. با کوچکتر شدن اندازه ذرات در حدود ‏نانومتر تنها امواج فرابنفش جذب شده و نور مرئی از آنها عبور می کند لذا کرم حاوی نانو ذرات بی رنگ ‏به نظر می رسد.‏
پ) اهمیت یافتن نیروهای واندروالس:‏
نیروهای واندروالس در اثر دوقطبی های لحظه ای درشت مولکولها پدید آمده و به دلیلی ضعیف بودن این ‏نیرو غالباً از آن چشمپوشی می شود. اما چندی پیش دانشمندان دریافتند تقریباً روی همه چیز در کره ‏زمین با آب پوشانده شده این امر را مرتبط با نیروی واندر والس دانستند. از دیدگاه نانو لایه آب به قدری ‏نازک است که می تواند حتی روی سطوح قائم قرار بگیرد بدون اینکه نیروی وزن آنرا سرازیر کند(جی.کوآ ،2004 )
اثر اندازه ذرات بر خواص آنها
برای هر نوع اندرکنش، دانستن این که چگونه خواص نمونه با اندازهاش تغییر میکند، اهمیت دارد. بعلاوه ‏بایستی یادآوری شود که با کاهش اندازه ذرات از وضوح مفهوم فاز کاسته میشود، چون یافتن مرزی میان ‏فازهای همگن و ناهمگن و حالات آمورف و بلوری مشکل است. امروزه با وجود تمام پیشرفت های علم نانو، هنوز پاسخ ‏کلی به این سوال که ارتباط اندازه ذرات مثلاً یک فلز با خواص آن چیست، مقدور نمی باشد.
‏الف- فعالیت شیمیایی
نانوذرات فلزی با اندازه کمتر از 10 نانومتر، سیستمهایی پر انرژی و فعالیت شدید شیمیایی ارائه می کنند. ‏ذرات با اندازه حدود 1 نانومتر تقریباً هیچ نیازی به انرژی فعالسازی برای واردشدن به فرایند تجمع، که ‏منجر به تشکیل نانوذرات فلزی می شود، یا واکنش با ترکیبات شیمیایی دیگر برای تولید موادی با خواص ‏جدید، ندارند.
‏ب- دمای ذوب و استحاله
در نانوذرات تعداد قابل توجهی از اتم ها در سطح واقع شدند و نسبت آنها با کاهش اندازه ذره، افزایش ‏‏می یابد. به همان نسبت سهم اتم های سطح در انرژی سیستم افزایش می یابد. این امر پیامدهای ‏ترمودینامیکی ‏معینی همچون وابستگی نقطه ذوب (‏Tm‏) نانوذرات به اندازه، دارد. اندازه، فعالیت ذرات را ‏تعیین می کند، به ‏علاوه آثاری همچون تغییر دمای استحاله پلی مورفی، افزایش حلالیت و جابجایی تعادل ‏شیمیایی را سبب ‏می شود.‏
مطالعات نظری و تجربی روی ترمودینامیک ذرات کوچک تصدیق می کند که اندازه ذره یک متغیر ‏موثر ‏است، که همراه سایر متغیرها، حالت سیستم و فعالیت آن را تعیین می کند. اندازه ذره می تواند به عنوان ‏‏متناظر دما در نظرگرفته شود. این بدان معنی است که ذرات با اندازه نانو قادرند به واکنش های نامعمول ‏برای ‏مواد توده وارد شوند. به علاوه مشخص شده که تغییر اندازه نانوبلورهای فلزی، گذار فلز- غیرفلز را ‏کنترل ‏می کند.
‏پ- پارامتر شبکه و طول پیوند
فعالیت ذرات به فواصل بین اتمی هم بستگی دارد. برآوردهای نظری در موارد متعدد نشان داد که ‏متوسط ‏فواصل بین اتمی با کاهش اندازه ذره، افزایش یا کاهش می یابد. البته این امر پیچیدگی های خاصی دارد. ‏مثلاً مدلهای زیادی وجود دارند که طبق آنها کاهش طول پیوند امری اجتناب ناپذیر است. در سوی دیگر ‏نیز آزمایشات و مدلهای متفاوتی وجود دارند که به عکس این روند عقیده دارند. اما آخرین بررسی ها ‏نشان می دهد که اتمهای درون نانو ذرات تمایل دارند تا فاصله ای بیش از فاصله فاصل تعادلی حالت بالک ‏اختیار کنند اما اتمهای سطح برای کاهش انرژی خود که از پیوند های کم ناشی می شود، با هم پیوند ‏های جدیدی ایجاد می کنند که فاصله آنها را کاهش می دهد. در نتیجه اندر کنش این دو مکانیزم تعیید ‏می کند که اندازه میانگین اتمهای نانوذره کاهش یا افزایش یافته است(جی.کوآ ،2004).
انواع نانو ساختار(جی.کوآ ،2004 ; جی ای.اوزاین ، 2005).
الف) نانو ذرات : یک نانوذره، ذره ای است که ابعاد آن در حدود 1تا 100 نانومتر باشد که از دهها تا هزاران اتم تشکیل شده است. نانوذرات علاوه بر نوع فلزی،عایقها و نیمه هادیها،نانوذرات ترکیبی نظیر ساختارهای هسته لایه را نیز در بر میگیرد.
کاربرد: پرکاربرد در کلیهی زمینهها مانند:‬ کاتالیزور، بسته بندی، روکشها،افزودنیهای سوخت و مواد منفجره،‬ باتریها و پیلهای سوختی،‬ روانکنندهها، پزشکی و داروسازی،‬ محافظت کنندهها، دارو رسانی، لوازم‬‬ آرایشی و مواد کامپوزیت.

شکل 1-7 .نانو ذرات.
ب)نانو لوله ها : نانولولهها دارای ساختاری لوله مانند در مقیاس نانو میباشند. لفظ نانو لوله در حالت عادی در‬‬‬ مورد نانولوله های کربنی به کار می رود، هر چند‬‬‬ که اشکال دیگری از نانولوله همچون انواع ساخته‬‬‬‬‬ شده از نیترید بور یا حتی نانولوله های خودآرای‬‬‬ آلی نیز وجود دارد.
کاربرد: به عنوان تقویت کننده در کامپوزیتها،‬ صنعت الکترونیک، بستر کاتالیستها نمایشگرهای تشعشع میدانی، پیل‬ سوختی ،‬ذخیره کنندهی‬ گازها ،‬دارورسانی، پیلهای خورشید ، حسگرها.‬

شکل 1-8 .نانو لوله ها.
ج) نقاط کوانتومی : نقاط کوانتومی ــ یا نانوکریستالها ــ در دستهی نیمه رساناها جای میگیرند. این دسته از نانوساختارها دارای ساختار کریستالی و کلوئیدی در ابعاد نانومتر و تقریباً کروی میباشند. پهنای آنها، بین 2 تا 10 نانومتر، یعنی معادل کنار هم‬‬‬ قرار گرفتن 10 تا 50 اتم است.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬کاربرد: نشانگرهای بیولوژیکی، دیودهای نورانی‬ سفید، اتمهای مصنوعی، عناصر مدارهای نوری، مولدهای انرژی‬ خورشیدی، حاملهای هدفمند دارو.

شکل 1-9. نقاط کوانتومی.
د) نانو پوشش ها : نانوپوشش ها گونه ای از لایه های نازک هستند که یا ابعاد آن ها در حد نانو میباشد، و یا زمینه‬‬‬‬‬ ای (سُل) دارند که ذرات ریز در ابعاد نانو در آن پراکنده شده اند و خواص ویژه ای را به آن می‬‬‬‬‬ بخشند.
کاربرد: پوششدهی و مهندسی سطح، پوشش دهی ضدخش، سایش و خوردگی،‬ کاربردهای‬ اپتیکی،پوششهای بهداشتی و پزشکی، کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی، روانسازها.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬
شکل 1-10 .نانو پوششها.
ه)نانوسیم ها : نانوسیمها، ساختارهایی با ضخامت یا قطری دراندازهی ده ها نانومتر یا کمتر، و طولی نامشخص هستند.اثرات مکانیک کوانتومی، در این مقیاسه اهمیت مییابد و همین منجر به ابداع واژهی‬‬‬‬‬‬‬‬‬ <<سیم کوانتومی>> شده است. اغلب به صورت غیربلوری و در بعضی و در برخی مواقع به اشکال مستقیم و یا مارپیچ هستند.بر خلاف نانولولهها‬‬‬‬‬ فاقد فضای توخالی میباشند.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬کاربرد: وسایل مغناطیسی،حسگرهای‬ شیمیایی و زیستی، اتصالات داخلی در نانوحسگرها، لیزرها، نشانگرهای زیستی، نانو دستگاهها‬ نظیر ترانزیستورهای متأثر از میدان ،‬ دیودهای گسیل نور، ترانزیستورهای دوقطبی، معکوس کنندهها.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬
شکل 1-11. نانو سیمها.
و) نانو کپسول ها : نانوکپسول به هر نانوذرهای گفته میشود که دارای یک پوسته و یک فضای خالی جهت قرار دادن مواد مورد نظر در داخل آن باشد فسفولیپیدها از جمله نانوکپسولهای طبیعی هستند.
کاربرد: سیستم دارورسانی هدفمند، رهایش کنترل شده و تاخیری آفتکشها، لایه‬های نازک عکاسی، افزایش کیفیت مواد غذایی، بالا بردن پایداری و دوام منسوجات، استفاده در پودرهای‬ رختشویی و خوشبوکنندهی لباس.‬‬‬

شکل 1-12 .نانو کپسولها.
ز) نانو کامپوزیت ها : نانو کامپوزیت ها مواد مرکبی هستند که حداقل یکی از اجزاء تشکیل دهنده آنها دارای ابعادی در محدوده 1 تا 100 نانومتر باشد. این ساختارها برحسب نوع ماده تقویت کننده به سه نوع نانوکامپوزیت های زمینۀ سرامیکی، فلزی و‬‬‬ پلیمری تقسیم بندی می شوند.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬کاربرد : صنایع خودروسازی، ساختمان، نظامی انواع پوششها، پزشکی برای مهندسی‬ بافت، لوازم خانگی، لوازم ورزشی، بسته بندی مواد غذایی.‬

شکل 1-13 .نانو کامپوزیت ها.
ح) درخت سانها : درخت سانها یک طبقه جدید مواد پلیمری هستند.آنها کمپلکس شاخهدار از زیرواحدهای مونومری بوده که به صورت واحدهای تکراری از یک هستهی مرکزی انشعاب پیدا میکنند.‬‬‬‬‬ ساختار این مواد، تاثیر به سزایی بر روی خواص‬‬‬ فیزیکی و شیمیایی آنها است.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬کاربرد : رنگرزی منسوجات، صنایع آرایشی بهداشتی، پزشکی ودارورسانی مهندسی بافت، ساخت صفحات‬ مدارهای چاپی و حسگرها.

شکل 1-14 .درخت سانها.
ط) فولرنها : فولرن یکی از دگرشکل های مصنوعی عنصر کربن است.که از گرما دادن به گرافیت ساخته میشود.‬‬‬‬‬ به جهت شباهت شکل آن به توپ فوتبال، به آن باکی بال ( )Bucky Ball‬نیز میگویند.در حقیقت این ترکیبات شامل مجموعهای توخالی از اتمهای کربن که به صورت حلقههای پنج یا شش ضلعی‬‬‬‬‬ آرایش یافتهاند، گفته میشود.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬کاربرد: به عنوان تقویت کننده در‬نانوکامپوزیت ها، کاربردهای فوتونیک،‬ پزشکی، دارورسانی، ذخیره کنندهی‬ اطلاعات در الکترونیک، سلولهای خورشیدی، حامل کاتالیستها در شیمی.

شکل 1-15 .فولرنها.
ی) نانو حفره ها: مواد نانوحفره ای ساختارهای متخلخلی هستند که اندازه حفرات آنها کمتر از 100 نانومتر می با‬‬‬‬‬شد. این ترکیبات درمنابع طبیعی و سیستمهای بیولوژیکی به فراوانی یافت می شوند. اندازه و نظم‬‬‬‬‬ حفرات کنترل کننده خواص مواد نانوحفرهای‬‬‬ است.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬کاربرد: کاربردهای کاتالیزوری، فرآیندهای تعویض یون، جداسازی، ساخت حسگر،‬عایقهای حرارتی، فیلترهای محیطی ، دارورسانی.

شکل 1-16 .نانو حفره ها.
روش های سنتز نانو ذرات (سایت سازمان نانو ; پی.هولیستر،2003 ):
الف) احیای شیمیایی
ب) احیای فوتو شیمیایی و تابشی - شیمیایی
ج) سل – شیمیایی
د) چگالش از بخار
ه) CVD
کاربرد های نانو ذرات (خلیقی; 2010):
الف) حافظههای مغناطیسی
ب) نیمه هادی های نیمه مغناطیسی (DMS)
ج) تصویر برداری های پزشکی
د) کاتالیست های جدید و بسپار فعال
ه) کاتالیست سنتز CNT و سایر نانو سیم ها
و) منابع و سنسورهای نوری
ز) حامل های دارویی
نانو ذرات فلزی
نانوذرات فلزی به عنوان موضوعی جذاب در بین محققان علمی و صنایع کاربردی علوم و فناوری نانو‬‬‬ توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در تاریخ شیمی کلوئید، نانوذرات فلزی که فلزات کلوئیدی یا ذرات فلزی‬‬‬ ریز نامیده میشوند، به عنوان یک موضوع تحقیقی از 150 سال قبل به وسیلهی دانشمندان مطرح میباشد. به‬‬‬ عنوان مثال در سال 1857 مایکل فارادی اولین مطالعات اصولی را در زمینه سنتز و رنگ کلوئیدهای طلا انجام داد. او متوجه شد که رنگ قرمز نانو ذرات طلا به خاطر اندازهی کوچک آنها میباشد، زیرا برهمکنش‬‬‬ این ذرات با نور در مقایس نانو با تودهی طلا متفاوت میباشد. اگرچه کارهای او بیشتر جنبهی کیفی داشته‬‬‬ اما راه را برای بررسی بیشتر نانو ذرات فلزی و کاربردهای گستردهی آنها هموار نمود. تهیهی نانوذرات طلا بار‬‬‬ دیگر توسط جی . ام .توماس جانشین فارادی در انستیتو سلطنتی لندن گزارش شد. توماس اثبات کرد که قطر‬‬‬ ذرات 30-3 نانومتر بوده است(ام.فارادی ،1857;جی. ام ،1988) . از آن زمان تعداد متعددی مقالهی علمی در زمینهی سنتز، اصلاح،‬‬‬ بررسی خواص سطح و تجمع نانوذرات فلزی منتشر شده است که بسیاری از خواص فیزیکی و شیمیایی این‬‬‬ ذرات را که توجیه کنندهی ویژگیهای رفتاری آنهاست، بیان میکند.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬در حقیقت نانوذرات فلزی، ذراتی از جنس یک نوع فلز یا به صورت آلیاژی از دو یا چند فلز در ابعاد 10‬‬‬تا 100 نانومتر میباشند. در میان نانو ساختارها، نانوذرات فلزی دارای اهمیت ویژه میباشند و این به علت تفاوت‬‬‬ زیاد در برخی از خواص فیزیکی آن فلز، در دو حالت اتمی و توده میباشد. از جمله خواص جالب نانوذرات فلزی‬‬‬ برهمکنش آنها با نور است که از این خاصیت در شناسایی این نانوذرات استفاده میشود. در واقع سادگی‬‬‬ ساختاری این دسته از نانوذرات که با خواص فیزیکی ویژهای همراه شده است باعث کاربرد زیاد این ذرات در‬‬‬ زمینههای مختلف مانند حسگرهای زیستی و شیمیایی، کاتالیزورها، پزشکی و دارورسانی، صنایع غذایی و‬‬‬ سیستمهای نانوالکترونیکی شده است (ار.نارایانان ،2003; ام.برنچا ،2009;تی ام.رازلر ،2009; ار.نارایانان ،2004(‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬روشهای کلی تهیهی نانوذرات فلزی‬‬‬‬‬‬‬‬‬
در اصل تهیهی نانوذرات فلزی را میتوان در دو گروه طبقه بندی کرد: روشهای فیزیکی و شیمیایی. در‬‬‬ روشهای فیزیکی، تبخیر و لایه برداری لیزری از تودهی فلزی برای تشکیل نانوذرات استفاده میشود، در حالی‬‬‬ که کاهش یونهای فلزی به اتمهای خنثی روش رایج در تکنیکهای شیمیایی است. کاهش میتواند به وسیلهی‬‬‬ تبدیل شیمیایی ، فوتوشیمیایی ، سونوشیمی ، الکتروشیمیایی یا انرژی رادیواکتیو انجام شود. (شکل 9-1).‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬
شکل 1-17 .مفهوم شماتیک تهیهی نانوذرات فلزی با دو روش فیزیکی و شیمیایی( ان.توشیما،2008).‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬عموماً روشهای شیمیایی مزایایی همچون آسانی کنترل ساختارهای اولیهی نانوذرات مانند اندازه، شکل‬‬‬ و ترکیب آنرا دارند. روشهای شیمیایی به طور کلی شامل دو فرایند در محلول هستند:‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬1. تشکیل اتمهای فلزی با کاهش یونهای فلزی یا تجزیه کمپلکسهای فلزی‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬2 . رشد اتمهای فلزی برای تولید نانوذرات فلزی با کنترل تجمع اتمهای فلزی‬‬‬
به منظور کنترل اندازه و ساختار ذرات، تنظیم شرایط واکنش به خصوص انتخاب پایدارکننده مهم است(جی.تورکویچ،1970)
نظریه مای و Surface Plasmon Resonance(SPR)، رزونانس پلاسمون سطحی
خصوصیات نوری نانوذرات فلزی که عمدتا وابسته به اندازه ی نانوذرات است، بطور گسترده، در سالهای اخیر مورد مطالعه قرار گرفته است(پارک اس،2006). هنگامیکه امواج الکترومغناطیسی به نانوذرات فلزی تابانده میشود، حالات الکترونی و ارتعاشی نانوذرات فلزی تهییج میشود. این پدیده باعث تحریک ممان دوقطبی میشود که در فرکانس مخصوصی نوسان میکند. در نتیجه مقداری از نور تابیده بصورت پرتوی ثانویه در تمام جهات پخش میشود و مقداری از فوتونها جذب سیستم میشود(پالپنت بی،1998;هاینفیلد جی،2000). نوسان کلی الکترونهای آزاد در اطراف اتمهای فلز رزونانس پلاسمون سطحی نامیده میشود (ر.افشار،2007;کیم وای،2006). مکانیسم فوق توسط مای در سال 1908 مورد بحث و بررسی قرارگرفته است(کیو وای،2001) . قابل توجه است که فرایند جذب نور در ناحیه ی UV-Vis اتفاق می افتد. هر نوع نانو ذره بسته به جنس آن رزونانس پلاسمون سطحی در ناحیه ی UV-Vis مخصوصی دارد که با دستگاه اسپکتروفتومتر قابل مشاهده است. رزونانس پلاسمون سطحی نانوذرات طلا در ناحیه ی مرئی و در طول موج حدود nm530 قابل رویت میباشد (پارک اس22،2006; پپاس ان ای،2000; جیونگ بی،2002)
در فلزات نجیب زمانی که اندازه ذره به چند ده نانومتر میرسد،یک جذب خیلی قوی مشاهده میشود که منشا آن نوسان الکترونها در نوار هدایت از سطح یک ذره به ذره دیگر است.به این نوسان که یک جذب قوی در ناحیه مرئی دارد، جذب پلاسمون سطح گفته میشود، که از سال ها پیش مورد استفاده قرار گرفته است.
محلول کلوئیدی از نانوذرات طلا به دلیل جذب پلاسمون سطحی، رنگ قرمز شدیدی را از خود نشان میدهند.وجود یک فصل مشترک بین مواد با ثابت دیالکتریک مختلف ممکن است به فرآیندهای تحریک ویژهی سطحی منجر شود.فصل مشترک میان ماده ای با ثابت دی الکتریک مثبت و ماده ای با دی الکتریک منفی مثل فلزات، میتواند باعث انتشار امواج الکترومغناطیسی ویژهای شود که امواج پلاسمون سطحی خوانده میشود که در محدوده نزدیک سطحی باقی میماند.این رزونانس پلاسمون سطحی به وسیله حرکت همدوس الکترونهای باند هدایت،که با میدان مغناطیس بر هم کنش میکند به وجود میآید.
فرکانس و عرض جذب پلاسمون وابسته به شکل و اندازه نانو ذرات است، و به همان نسبت به ثابت دی الکتریک محیط و فلز هم وابسته است.فلزات نجیب مثل مس،نقره و طلا دارای یک رزونانس پلاسمون مرئی بسیار قوی هستند، این در حالی است که بسیاری از دیگر فلزات واسطه، فقط یک باند جذبی ضعیف و پهن در ناحیه فرابنفش دارند.این تفاوت مربوط به کوپلای قوی موجود میان انتقال پلاسمون و تحریک بین باندی است،همچنین الکترون های باند هدایت فلزات نجیب میتوانند آزادانه و مستقل از پس زمینه یونی حرکت کنند. یونها فقط به عنوان مراکز پراکنده عمل میکنند.این مسئله در فلزات نجیب قابلیت پلاریزاسیون زیادی را به الکترون ها میدهد که رزونانس پلاسمون را به سمت فرکانسهای پایین جا به جا میکند. رزونانس پلاسمون سطحی را mie در سال 1908 توضیح داده است.این نظریه و طیف تجربی به خوبی برای رژیم های کوچکتر از 20 نانومتر صادق است.
عوامل موثر بر پیک پالسمون سطحی‬‬
الف) ثابت دی الکتریک محیط‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬خواص نانوذرات فلزی به تغییر ثابت دی الکتریک محیط اطراف بسیار حساس است. برای مثال در مورد نانوذرات طلا با افزایش ثابت دیالکتریک، جابجایی قرمز کمی در ماکزیمم پیک جذبی دیده میشود و شدت جذب افزایش مییابد. برای نانو ساختار کروی، تشدید نوسانهای الکترونی زمانی رخ میدهد که ضریب دیالکتریک فلز دو برابر ضریب دیالکتریک محیط پیرامون باشد(سی نوگئوز،2007).
ب) شکل و اندازه‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬با پیشرفتهای اخیر در زمینهی علم شیمی، امکان پیاده سازی نانو ساختارهای رنگی دارای خاصیت پلاسمونی با شکلهای متنوع (مثل کره، مثلث، منشوری، میلهای و مکعبی)، با اندازهی قابل کنترل و توزیع اندازهی یکنواخت فراهم شده است. تغییر شکل و اندازهی ذره میتواند موجب تغییر ویژگیهای SPRشود. با تغییر شکل هندسی سطح، چگالی میدان الکتریکی روی سطح تغییر کرده و این باعث تغییر در فرکانس ارتعاشی الکترونها میشود( ای.جی.هائس،2004:ال جی.شری،2005).‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬ج) ترکیب
ترکیب فلزی نانوذره بر موقعیت پیک پلاسمونی حاصل تاثیر میگذارد. یک مثال جالب در این زمینه پیک پلاسمون نانوذرات طلای خالص، نقرهی خالص و نانوذرات آلیاژی طلا و نقره است. همانطور که در شکل1-13 مشاهده میکنید، پیک پلاسمون نانوذرات کروی طلا و نقره به ترتیب در 520 نانومتر و 400 نانومتر قرار دارد. پیک پلاسمون نانوذرات آلیاژی طلا و نقره بین این دو طول موج قرار دارد و با افزایش درصد طلا در آلیاژ به سمت طول موج بالاتر جابجا میشود (اچ.ژانگ،2012).‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬
شکل 1-18 .وابستگی پیک پلاسمون به ترکیب نانوذرات(اچ.ژانگ32،2012)‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬خصوصیات نانوذرات طلا و کاربردهای آن
طلا در ابعاد ماکروسکوپی،کاربرد چندانی ندارد و جز بی اثرترین فلزات شناخته شده محسوب میشود؛ اما هنگامی که ابعاد ذرات آن به کمتر از سه تا پنج نانومتر تقلیل داده شود، در بسیاری از واکنشهای شیمیایی میتوان از آن به عنوان کاتالیزور استفاده کرد. ویژگی نادر نانوذرات طلا، فعالیت آنها در دماهای پایین است که این مزیت باعث کاربرد آنها در فرآیندهای زیر میشود(تامپسون،2007; http://www.gsinet.ir).
الف – کاهش هزینه های عملیاتی واحدهای شیمیایی؛
ب – بالا بردن انتخاب پذیری واکنش؛
پ – دربحث کنترل آلودگی؛ از قبیل پاک سازی هوا و ماسک تنفسی.
از جمله کاربردهای نانوذرات طلا قابلیت کاربردهای کاتالیستی میباشد.امروزه از کاتالیست ها به طور گستردهای در تولید مواد شیمیایی و داروسازی استفاده میشود. خصوصیت بینظیر کاتالیست نانوذرات طلا،فعالیت پذیری آن در دمای محیط است. اگر نانوذرات طلا روی پایه های کاتالیستی اکسیدهای فلزی(اکسید تیتانیوم و اکسید سیلیسیم و ...) و یا کربن قرار گیرند،کاتالیستهای بسیار فعالی به وجود میآید.بالا بودن سطح فعال تنها دلیل استفاده از نانوذرات طلا به عنوان کاتالیست نیست.با اینکه طلا معمولا در دسته فلزات نجیب طبقه بندی میشود؛ اما در سال 1987 هاروتا و همکارانش نشان دادند که نانو ذرات طلا (کوچکتر از 5 نانومتر) کاتالیستهای بسیار فعالی هستند و این نشان میدهد که خواص کاتالیستی یک ماده میتواند به شدت تحت تاثیر اندازه آن ذره باشد.در زیر تعدادی از دلایل بالا بودن فعالیت کاتالیستی نانو ذرات طلا آورده شده است (هولبک،2007)
الف - اثرات کوانتومی
ب – انتقال بین پایه وذره
پ – سر ریز شدن اکسیژن بین نانوذره و پایه
ت – تراز اکسیداسیون طلا
ث – نقش اتمهای با عدد کئوردیناسیون پایین طلا در نانوذره.
از کاربردهای دیگر نانو ذرات طلا مینوان به کاربرد آنها درتشخیص الکتریکی مولکولهای زیستی، در جلوگیری از بروز رگ زایی، به عنوان سیستم رهایش دارو،در زمان سرطان و دارو رسانی به مغز، در تشخیص یک آنتی ژن به روش برهنهسازی الکتروشیمیایی و همچنین در تهیه الکترودهای اصلاح شده تک لایه و چند لایه اشاره کرد (سایت سازمان نانو; http://www.Nano.gov http://www.iran-eng.com;)
روشهای تهیه و سنتز نانو ذرات طلا
تحقیقات انجام شده نشان میدهد که نانوذرات طلا را میتوان به روشهای مختلف آزمایشگاهی و طبیعی تهیه کرد، که در زیر تعدادی از این روشها آورده شده است.
یکی از روشهای تهیه نانو ذرات طلا به روش شیمیایی، افزودن تری سدیم سیترات به محلول در حال جوش طلا( تیزاب سلطانی) میباشد (مک فارلند،2004) از روشهای دیگر تهیه نانو ذرات طلا میتوان به تهیه آن با استفاده از تغییر و تبدیلات زیستی به وسیله لاکتوباسیلوس کازئی اشاره کرد(http://mui.ofis.ir). کشف نانو ذرات نامرئی طلا در اعماق اقیانوسها به صورت طبیعی از دیگر روشهای تهیه نانو ذرات طلا میباشد که نمونه آن توسط محققان استرالیایی کشف شده است(http://www.aftab.ir) .از روشهای دیگر تهیه نانو ذرات طلا میتوان به ساخت و سنتز این ذرات به روش کندوسوز لیزر پالسی (http://www.echemica.com )، به کمک پیوندهای کربن-فلز (http://www.magiran.com ) و همچنین تهیه آنها با استفاده از دانههای سویا (http://www.aftab.ir) اشاره کرد.
تهیه بیولوژیکی نانوذرات
در تحقیقات انجام شده اخیر در حوزه نانو تکنولوژی،علاقه شدیدی به سنتز بیولوژیکی نانوذرات به دلیل خواص شیمیایی،فوتوالکتروشیمیایی، الکترونیکی و نوری غیرمعمول آنها مشاهده میشود(کرولیکووسکا،2003; کومار.ای،2003; پتو.جی،2002; سوزا،2004). تا کنون اجزای طبیعت پروسه های گوناگونی برای سنتز مواد معدنی در ابعاد میکرو و نانو رقم زده اند که کمک شایانی به بسط و گسترش تحقیقات نسبتا جدید در حوزههای ناشناخته پژوهش بر پایه سنتز نانو ساختارها کرده است( ساستری.ای،2004) . امروزه تکنیک های تولید و سنتز نانوذرات فلزی از توسعه روشهای تمیز،غیر سمی و سازگار بامحیط زیست(روشهای سبز) بهرهمند شدهاند،که شامل استفاده از بافتها و موجودات زنده نظیر باکتری ، قارچ ، مخمر ،جلبک و حتی گیاهان مختلف میباشند؛ از این رو این موجودات زنده تک سلولی و چند سلولی مختلفی برای تولید این نانو ساختارها هم به صورت درون یاختهای و هم به صورت برون سلولی شناخته شده و مورد استفاده قرار گرفته اند.
شیمی سبز
شیمیدانها طی سال ها کوشش و پژوهش، مواد خامی را از طبیعت برداشت کردهاند که با سلامت بشر و‬‬‬‬ شرایط محیط زیست سازگاری بسیار دارند، و آنها را به موادی دگرگونه کردهاند که سلامت آدمی را به چالش‬‬‬‬ کشیدهاند. همچنین، این مواد به سادگی به چرخهی طبیعی مواد باز نمیگردند و سال های زیادی به صورت‬‬‬‬ زبالههای بسیار آسیب رسان و همیشگی در طبیعت میماند. بارها از آسیبهای مواد شیمیایی به بدن آدمی و‬‬‬‬ محیط زیست شنیده و خواندهایم. اما، چارهی کار چیست؟ به نظر میرسد در کنار راهکارهای پیشگیرانه که‬‬‬‬ تاکنون نتایج چشمگیری از خود نشان ندادهاند، باید به راه های کارآمدتری نیز پرداخته شود که دگرگونی در‬‬‬‬ شیوهی ساختن مواد شیمیایی در راستای کاهش آسیبهای آنها به انسان و محیط زیست، یکی از این‬‬‬‬ راههاست.‬‬‬‬‬‬‬‬
امروزه، از این رویکرد نوین با عنوان شیمی سبز یاد میشود که عبارت است از: طراحی فرآوردهها و‬‬‬‬ فرآیندهای شیمیایی که به کارگیری و تولید مواد آسیب رسان به سلامت آدمی و محیط زیست را کاهش میدهند‬‬‬‬ یا از بین میبرند.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬شیمیدانهای شیمی سبز در پی آن هستند که فرآیندهای شیمیایی سالم تری را جایگزین پروسههای‬‬‬‬ کنونی کنند، یا با جایگزین کردن مواد اولیهی سالم تر یا انجام دادن واکنشها در شرایط ایمن تر، فرآوردههای‬‬‬‬ سالم تری را به جامعه تحویل دهند. برخی از آنها میکوشند شیمی را به زیست شیمی نزدیک کنند، چرا که‬‬‬‬ واکنشهای زیست شیمیایی طی میلیونها سال رخ دادهاند و چه برای آدمی و چه برای محیط زیست، چالشهای‬‬‬‬ نگران کننده به وجود نیاوردهاند. بسیاری از این واکنشها در شرایط طبیعی رخ میدهند و به دما و فشار بالا نیاز‬‬‬‬ ندارند. فرآوردههای آنها نیز به آسانی به چرخهی مواد باز میگردند و فرآوردههای جانبی آنها برای جانداران‬‬‬‬ سودمند هستند. الگوبرداری از این واکنشها میتواند چالشهای بهداشتی و زیست محیطی کنونی را کاهش دهد(http://canada2014.mihanblog.com/post/1464#.).‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬ ارزیابی تهیه زیستی نانو ذرات فلزی
با وجود اینکه امروزه برای تهیهی نانوذرات از روشهای مرطوب و شیمیایی که از روشهای سنتی و‬‬‬‬ قدیمی هستند، به طور وسیعی استفاده میشود و این روشها کم هزینه بوده و برای تولید در حجم بالا مناسب‬‬‬‬‬‬‬‬ میباشند، معایب فراوانی نیز مانند آلودگی حاصل از مواد شیمیایی، استفاده از حلالهای سمی و تولیدات‬‬‬‬ محصوالت جانبی خطرناک دارند. از این رو، نیاز روزافزونی به استفاده از روشهایی با بازده بالا، کم هزینه، غیر‬‬‬‬ سمی و سازگار با محیط زیست برای سنتز نانوذرات احساس میشود. بنابراین ارائهی یک رویکرد زیستی برای‬‬‬‬ سنتز نانوذرات دارای اهمیت فراوانی است. تاکنون اجزای طبیعت پروسه های گوناگونی برای سنتز مواد معدنی‬‬‬‬ در ابعاد میکرو و نانو رقم زدهاند که کمک شایانی به بسط و گسترش تحقیقات نسبتاً جدید در حوزههای‬‬‬‬ ناشناختهی پژوهش بر پایهی سنتز نانو ساختارها کرده است. گسترهی وسیعی از آرایههای مختلف موجود در‬‬‬‬ طبیعت، از جمله گیاهان و محصولات گیاهی، جلبکها، قارچها، مخمرها، باکتریها و ویروسها میتوانند برای‬‬‬‬ سنتز نانو ذرات بکار گرفته شوند. همچنین باید توجه کرد که هم موجودات تک سلولی و هم چند سلولی قابلیت‬‬‬‬ سنتز نانومواد معدنی را از طریق داخل سلولی یا برون سلولی دارا میباشند (کاوشیک ان،2010)‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬در حالیکه میکروارگانیسمهایی از قبیل باکتریها، اکتینومیستها ، مخمرها و قارچها در سنتز نانوذرات‬‬‬‬ فلزی مورد استفاده قرار گرفتهاند، استفاده از بخشهایی از گیاهان برای سنتز زیستی نانوذرات، روشی هیجان‬‬‬‬ انگیز به شمار میرود که نسبت به موارد دیگر ناشناختهتر میباشد(اس.شانکار،2004). سنتز زیستی نانوذرات نقره بوسیلهی‬‬‬‬ کاهش محلولی از یونهای Ag+‬بوسیلهی عصارهی حاصل از برگ های شمعدانی (Pelargonium graveolens) ‬‬‬‬یکی از این روشهاست که تاکنون گزارش شده است( اس.شانکار42،2004). در مقایسه با روشهای قبلی در مورد سنتز‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬ نانوذرات نقره با استفاده از باکتریها و قارچها، کاهش یونهای Ag+‬ بوسیلهی عصارهی گیاهی، سریعتر رخ می‬‬‬دهد. در واقع مدت زمان مورد نیاز برای کامل شدن واکنش کاهش یونهای فلزی با استفاده از باکتریها و قارچها در محدودهی 24 تا 124 ساعت میباشد. در مقابل، بیش از 90% واکنشهای انجام شده با استفاده از عصارهی گیاه شمعدانی در حدود 9 ساعت تکمیل میشود. باید توجه داشت که در مقایسه با روشهای شیمیایی ، زمان‬‬‬‬ مورد نیاز برای کامل شدن واکنش باید کاهش پیدا کند. با این حال، کاهش یونهای فلزی در محلول به آسانی‬‬‬‬ رخ میدهد و نانوذرات بسیار پایدار کریستالی نقره با تراکم بالا، در محدودهی اندازهی 16 تا 40 نانومتر با‬‬‬‬ میانگین اندازهی در حدود 27 نانومتر بدست میآید. شانکار و همکارانش با استفاده از آنالیز ،FTIR‬فرض کردند‬‬‬‬‬‬‬ که ترپنوئیدهای موجود درعصارهی گیاهی به کاهش یونهایAg+ کمک میکند.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬ در یک مطالعهی جداگانه، از عصارهی گیاه (Cymbopogon flexuosus) lemongrass برای سنتز نانوذرات طلای مثلثی شکل استفاده شده است ‬‬‬‬‬‬ ‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬ (اس.شانکار41،2004)‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬سنتز سبز نانو ذرات طلا
سنتزسبز نانوذرات طلا با استفاده از عصاره گیاه تنسی
گیاه تنسی نوعی گیاه دارویی است که برای معالجه روماتیسم، سرخک، مشکلات هضم غذا، تب، لخته شدن خون و ... استفاده می شود. با افزایش نمک طلا روی عصاره گیاه تنسی محلول حاصل جوشانده می شود و بسته به میزان عصاره افزوده شده نانوذرات طلا با رنگ های متفاوت زرد قهوه ای تا قرمز صورتی سنتز می شود(دوبی اس پی، 2010).
سنتز سبز نانوذرات طلا با استفاده از گلوکان قارچ خوراکی
برای سنتز نانوذرات طلا به این روش ابتدا بدنه ی قارچ خوراکی را در آب مقطر جوشانده و سپس سانتریفیوژ میکنند، سپس به منظور به دست آوردن پلی ساکارید خام محلول فوق را در الکل فیلتراسیون کرده و گلوکان را تهیه میکنند. با مخلوط کردن مقدار مشخصی از محلول آبی نمک HAuCL4 و غلظت مشخصی از گلوکان و حرارت در 70 درجه سلسیوس در حمام آب گرم و همزدن آن با همزن مغناطیسی نانوذرات طلا تشکیل میشوند(آیپسیتاک ،2013)
سنتز نانو ذرات طلا با استفاده از نوعی پروتئین جانوری
یک روش ساده برای سنتز نانو ذرات طلا با استفاده از آپوفریتینکه نوعی پروتئین است و از طحال اسب (HSAF) گرفته شده و به عنوان پایدار کننده ی نانوذرات طلا کاربرد دارد(کیم دی،2010)
سنتز سبز سریع نانوذرات طلا با استفاده از عصاره ی گلبرگ رز در دمای اتاق
ابتدا برای تهیه ی عصاره ی گلبرگ رز، بعد از شستن آن بوسیله ی آب مقطر و خشک کردن آن به مدت 2 روز،1 گرم از آن را در 100 میلی لیتر آب مقطر و در ارلن مایر 150 میلی لیتری می جوشانیم، عصاره گیری با استفاده از هیتر با همزن مغناطیسی در 80 درجه سلسیوس به مدت 1 ساعت انجام می شود. سپس مقادیر مشخصی از نمک طلا و عصاره با هم مخلوط شده و مخلوط واکنش در دمای اتاق و با همزن مغناطیسی نانوذرات طلا را سنتز می کنند (نوروزی،2011)
سنتز نانوذرات طلا با استفاده از عصاره ی زنجبیل
در این روش سنتز نانوذرات طلا با استفاده از مخلوط مقادیر بخش پذیر نمک HAuCL4 و عصاره ی زنجبیل در آب انجام می شود، بدین صورت که حدود 1 میلی لیتر عصاره ی زنجبیل روی 25 میلی لیتر نمک طلای در حال جوش اضافه شده و محلول حاصل به مدت 20 دقیقه جوشانده می شود، تغییر رنگ محلول از زرد به قرمز آلبالویی نشان دهنده ی تشکیل نانوذرات طلا است(پراوین کی،2011).
سنتز بیولوژیکی نانوذرات طلا با استفاده از عصاره برگ زیتون
در این روش نانوذرات طلا در اشکال هندسی مختلف (کروی، مثلثی، هگزاگونال) با استفاده از عصاره گرم برگ زیتون ساخته می شود. با تغییر نسبت نمک طلا به عصاره برگ زیتون، شکل و اندازه نانوذرات سنتز شده تغییر می کند همچنین با تغییر این نسبت محلولهایی با رنگهای متفاوت (سبز، صورتی، صورتی سیر، بنفش) ساخته می شود. بعد از فیلتراسیون عصاره برگ زیتون به آن نمک HAuCl4 افزوده می شود با افزایش میزان عصاره و زمان سنتز اندازه نانوذرات بزرگتر می شود(لیو اف،2008).
کاربرد نانوذرات فلزی به عنوان حسگرهای رنگسنجی‬‬
نانوذرات فلزات نجیب در لایهی ظرفیت دارای الکترونهای آزاد هستند. طبق تئوری مای از برهمکنش نور با این الکترونها، یک نوار جذبی در ناحیهی مرئی به دست میآید که رزونانس پلاسمون سطحی (SPR)‬‬‬‬ نامیده می شود .به دلیل وجوداین پدیده است که محلول نانو ذرات نقره دارای رنگ زرد درخشان بسیار زیبایی است و نیز همین پدیده باعث ایجاد رنگ قرمز نانو ذرات طلا میشود. همانطور که در قسمت قبل ذکر شد، شکل و شدت باند به اندازه و شکل ذرات و همچنین ثابت دی الکتریک محیط و به فاصلهی ذرات وابسته است.تغییر در هریک از موارد مذکور باعث تغییر رنگ محلول نانو ذرات میشود. به عنوان مثال نانو ذرات نقره با اندازهی کوچک و به صورت پراکنده در محلول دارای رنگ زرد هستند اما در صورت تجمع، محلول نانو ذرات به شکل قرمز در می آید.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬این مسئله کاربرد نانو ذرات فلزی را به عنوان حسگرهای رنگ سنجی، جهت تشخیص و اندازه گیری مواد مختلف امکان پذیر ساخته است. زیرا با ایجاد تغییر در هریک از پارامترهای مذکور و یا اصلاح سطح نانو ذرات فلزی میتوان آنها را نسبت به ترکیبات مختلف حساس کرد.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬
کاربرد نانو ذرات طلا
تشخیص برهمکنش بین DNA و پروتئین با استفاده از نانوذرات طلا
دراین مطالعه برهمکنش بین DNA وپروتئین با چشم غیر مسلح قابل مشاهده است. نانوذرات طلا با isopropyl β-α-1-thiogalactopyranoside پوشیده شده و با پروتئین مخلوط میشود با اتصال DNA به پروتئین نانوذرات تجمع مییابد و رنگ نانوذرات از قرمز به آبی تغییر رنگ میدهد (لو وای،2007).
حسگر فلزات سنگین با استفاده از نانوذرات طلا پوشیده با چیتوسان (chitosan)
آنیونهای اسیدی مانند گلوتامیک اسید باعث پایداری نانوذرات طلا میشوند. طبیعت پلی کاتیونی چیتوسان باعث میشود این ماده از طریق برهمکنشهای الکتروستاتیک به سطح نانوذرات پوشیده از بار منفی متصل شود. به این ترتیب نانوذرات با چیتوسان اصلاح شده و برای اندازه گیری فلزات سنگین مانندCu2+ وZn2+ در غلظتهای پایین بکار میرود. اندازه گیری نوری با استفاده از دستگاه اسپکتروفوتومتر صورت میگیرد (کوسما ای،2007).
تشخیص کالریمتری Hg2+ در محیط آبی با استفاده از نانوذرات طلا
در این کار تیواوره به نفتالیمید متصل شده وجهت پایدارسازی نانوذرات طلا بکار میرود. نانوذرات پایدار شده به طریق فوق میتواند یون جیوه را در محیط آبی اندازه گیری کند. روش اندازه گیری با استفاده از دستگاه اسپکتروفوتومتر مورد بررسی قرارگرفته است( تان اس،2007).
اندازه گیری کلسترول با استفاده از نانوکامپوزیت حاوی طلا
کامپوزیتی شامل شبکه ی مایع یونی حاوی نانوذرات طلا و نانولوله های کربن ساخته شده است. این نانوکامپوزیت به عنوان بیو حسگر جهت تشخیص واندازه گیری کلسترول بکار میرود. مایع یونی بکار رفته 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate میباشد. در سطح الکترود فوق کلسترول اکسیداز جهت اتصال و تشخیص کلسترول بکارمیرود. الکترود بکار رفته ایندیم قلع اکسید است که سطح شیشه را میپوشاند. بیوحسگر فوق پاسخ آمپرومتری بالایی را در محدوده 5-5/0 میلی مولار نشان میدهد (یوگسواران یو،2007).
تشخیص کالریمتری Hg2+ با استفاده از عامل دی اکسی ریبونوکلئیک اسید (deoxyribonucleicacid) بوسیله ی نانوذرات طلا
برای این کار ابتدا مقدار مشخصی از نانوذرات طلای اصلاح شده با دی اکسی ریبونوکلئیک اسید عاملدار و مقادیر مختلفی از Hg2+ در دمای اتاق به مدت 10 دقیقه در انکوباتور قرار داده میشود. سپس مقدار مشخصی از MgCl2 به مخلوط ها سریعا اضافه میشود. که با این کار رنگ محلول از قرمز به ارغوانی تغییر میکند(ووا جی،2011).
سنسور کالریمتری یون Ag+ بوسیله ی نانوذرات طلا بر اساس DNA
در این کار سنجش کالریمتری یونهای نقره با استفاده از نانوذرات طلا بدون برچسب و با برچسب، بر اساس DNA انجام می شود. در استراتژی بدون برچسب،C-ssDNA روی نانوذرات طلا پیچ داده میشود تا کمپلکس AuNPs/C-ssDNA تشکیل شود. در استراتژی بدون برچسب HS-C-ssDNA روی نانوذرات طلا قرار می گیرد تا کمپلکس AuNPs-S-C-ssDNA تشکیل شود. در هر دو روش بالا پایداری نانوذرات طلا افزایش می یابد، که با حضور مقداری یون نقره در هر دو روش پایداری نانوذرات طلا به دلیل تشکیل کمپلکس C-Ag(I)-C کاهش یافته و رنگ نانوذرات طلا از ارغوانی به آبی یا بنفش تغییر میکند. روش با برچسب حساسیت بالایی نسبت به بدون برچسب دارد (لی بی،2009).
سنسور کالریمتری برای شناسائی سیستئین با استفاده از عملگر کربوکسی متیل سلولز روی نانوذرات طلا
یک روش ساده و حساس رنگ سنجی برای شناسائی سیستئین با استفاده از عملگر سلولز کربوکسی متیل روی نانوذرات طلا CMC-AuNPs موجود است.
در این روش نانوذرات طلا به طور مستقیم با استفاده از کربوکسی متیل سلولز سنتز میشود، سپس CMC-AuNPs برای رنگ سنجی با حساسیت بالای سیستئین استفاده میشود.
نتایج نشان می دهد که وجود مقداری سیستئین با سدیم کلرید در محلول نانوذرات طلا باعث تجمع کلوئیدی نانوذرات طلا شده که باعث تغییر رنگ و تغییر طیف نانوذرات طلا می شود (ژیاویی واو،2010).
حسگر نوری جهت اندازه گیری فلزات سنگین با استفاده از نانوذرات طلا
نانوذرات طلا با تیولها اصلاح شده جهت اندازه گیزی کالریمتری و اسپکتروسکوپی فلزات سنگین مانند Pd Cd و Hg بکار میرود. در حضور فلزات فوق نانوذرات طلا تجمع یافته تغییر رنگ میدهند (ژاو ال،2012).
یک روش جدید و با حساسیت بالا برای شناسایی Cr3+ در محلولهای آبی بر اساس رنگ سنجی محلولهای نانوذرات طلا
یک تکنیک سریع، حساس و ساده ی رنگ سنجی برای اندازه گیری Cr3+ در محلولهای آبی بر پایه ی تجمع و تغییر رنگ نانوذرات طلا گسترش یافته است.
در این روش نانوذرات طلا با استفاده از دی تیو کاربامات (dithiocarbamate) اصلاح شده با لیگاند N-benzyl-4-(pyridin4-ylmethyl)aniline اصلاح میشود.
شلاته شدن Cr3+ با استفاده از این لیگاندها باعث تجمع نانوذرات طلا شده و رنگ محلول از قرمز آلبالویی به آبی تغییر می کند و طیف نانوذرات طلا را تغییر می دهد (گاوو دی،2007).
حسگر نوری برپایه ی اتصال 1-آمینوپیرن (1-aminopyrene) با استفاده از نانوذرات طلا جهت اندازه گیری پیکریک اسید
نانوذرات مورد استفاده در این روش از HAuCl4، سدیم سیترات وسدیم بوروهیدرید ساخته شده است و در ابعاد nm20 میباشند. مراحل ساخت حسگر نوری بترتیب:
1- شیشه کوارتز با استفاده ازهیدروژن پروکسید، هیدروفلوریک اسید وآب دیونیزه شسته شده در دمای اتاق خشک میشود.
2-سیلانه کردن(silanization):
هیدروکلریک اسید، اتانول وآب دیونیزه همراه 3-Mercaptopropyl)trimethoxy silane) ))MPS در مقابل امواج فراصوت قرار میگیرد. یک لایه از ماده فوق روی سطح سوبسترا قرار میگیرد.
3- سوبسترا در محلول حاوی نانوذرات قرار میگیرد.
4- اتصال تیول به سطح نانوذرات با شناور کردن سوبسترا در محلول تیول صورت میگیرد.
5– سوبسترا در محلول 1- آمینوپیرن قرارمیگیرد. بدین ترتیب حسگر حساس به پیکریک اسید ساخته میشود(علیزاده،2010).
بید
 نام علمی این درخت salix alba  است. بین 5 تا 15 متر ارتفاع دارد و در نواحی مساعد ارتفاع آن به 25 متر هم می رسد. این درخت در جویبار ها و اماکن مرطوب می روید  این درخت به طور خودرو در جنگلهای شمال ودر سایر نقاط کشور  به شکل زینتی و یا برای تهیه الوار کاشته می شود.
پوست،برگ و جوانه های آن حاوی گلیکوزیدهای فنولی مشتقات سالیسیلاتها همچون سالیسین و پوپولین(بنزیل سالیسین)هستند.پوست درخت بید خاصیت تب بر و ضد روماتیسمی دارد.نام علمی بید معمولی (salix alba) می باشد. بیدخشت یا بید انگبین که از کربوهیدراتهاست،دراثر فعالیت یک نوع حشره بر روی نوعی درخت بید (s.excelsa)حاصل شده که بعنوان شیرین کننده،ملین و تسکین سرفه استفاده می شود.
مشخصات گیاه شناسی :
درختان بید گیاهانی هستند با برگ های سر نیزه ای شکل که اساساً کرک های سفید رنگ بر روی آنان واقع شده است. دانه ها شدیداً کرک دار بوده و یکی از مشخصه اصلی گونه های درخت بید دو پایه بودن آنان است به طوری که گل های نر روی پایه نر و ماده روی پایه ماده می باشند.
سیستئین‬‬‬‬‬‬‬
سیستئین یکی از مهمترین اسیدهای آمینه است که دارای یک بخش آزاد تیول بوده و در سرتاسر بدن‬‬‬‬‬‬ یافت میشود که ساختار آن در شکل 1-19 نشان داده شده است. این اسیدآمینه نقشی حیاتی در بسیاری از‬‬‬‬‬‬ فعالیتهای اصلی سلولی مانند ساخت پروتئینها، سوخت و ساز بدن، سمزدایی، اکسید و احیا دارد، به طوری که‬‬‬‬‬‬ کمبود آن موجب بسیاری از سندرمها، مانند کاهش رنگدانهی مو، اِدم، آسیب کبدی، ضایعات پوستی و سستی‬‬‬‬‬‬ عضلات و چاقی میشود. تعیین سیستئین در مایعات فیزیولوژیکی بدن، در تشخیص بیماریهای مختلف مفید‬‬‬‬‬‬ است. بنابراین توسعهی روشهای مناسب برای تشخیض سیستئین در نمونههای مختلف طی سالهای اخیر، از‬‬‬‬‬‬ مزیتهای قابل توجهی برخوردار است. انواع روشهای متنوع تشخیص، مانند طیفسنجی نوری، کروماتوگرافی‬‬‬‬‬‬ مایع با کارایی بالا ()HPLC‬،کروماتوگرافی گازی ()GC‬،استفاده از فلورسانس، روشهای الکتروشیمی، طیف‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬سنجی جرمی ( )MS‬و سیستم الکتروفورز موئینه (E)C‬برای اندازه گیری سیستئین گزارش شده است. با این‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬ حال برخی از این روشها بسیار پیچیده و پرهزینه بوده و برای تجزیه و تحلیل متداول مناسب نیستند و توسعهی روشهای جدید برای تشخیص سریع و گزینشپذیر سیستئین، مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته‬‬‬‬‬‬ است. یکی از روشهایی که برای این منظور بسیار مناسب است، روش رنگسنجی میباشد. به علت سادگی این‬‬‬‬‬‬ روش و توانایی تشخیص وجود سیستئین با چشم غیر مسلح، بدون استفاده از دستگاه های پیشرفته، استفاده از این روش رو به رشد میباشد (بی.وای.هان،2009 ; ای ار آیوانوف،2000 ; سی ژاو،2001 ; واو.ار.جین،1997 ; ام.سی.دانیل،2004).‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬
شکل 1-19 .ساختار مولکولی سیستئین.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬با اینحال بیشتر گزارشات در مورد شناسائی سیستئین با این روش دارای محدودیتهایی مانند‬‬‬‬‬‬ محدودهی کاری نامناسب و گزینشپذیری پایین میباشد. یکی از بهترین گزارشات در این زمینه توسط یانگ و‬‬‬‬‬‬ همکارانش ارائه شده که توانستهاند یک حسگر رنگسنجی برای سیستئین با محدودهی خطی مناسب معرفی‬‬‬‬‬‬ کنند که قادر است سیستئین موجود در محیط فیزیولوژیکی را در موجودات زنده اندازهگیری کند (ایکس.ویا،2010). این‬‬‬‬‬‬ گروه تحقیقاتی نانوذرات طلای عاملدار شده با کربوکسی متیل سلولز را به عنوان یک حسگر رنگسنجی برای‬‬‬‬‬‬ اندازهگیری سیستئین معرفی کردهاند. سیستئین به علت دارا بودن گروه تیولی به سطح نانوذرات طلا میچسبد‬‬‬‬‬‬ و کربوکسی متیل سلولز را از سطح نانوذرات طلا دور میکند و باعث تجمع نانوذرات طلا و نهایتاً تغییر رنگ آن‬‬‬‬‬‬ از قرمز به آبی میشود. افزایش سدیم کلرید باعث تنظیم قدرت یونی محلول و آسان شدن تجمع نانوذرات طلا و‬‬‬‬‬‬ در نتیجه افزایش حساسیت خواهد شد. نحوهی تجمع نانوذرات طلای عاملدار شده با کربوکسی متیل سلولز در‬‬‬‬‬‬ حضور سیستئین در شکل 1-20 نشان داده شده است.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬
شکل 1-20 .تجمع نانوذرات طلای عاملدار شده با کربوکسی متیل سلولز در حضور سیستئین (ایکس.ویا،2010).‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬در جدول 1-1 .روشهای اندازهگیری سیستئین با استفاده از نانوذرات فلزی با روش رنگسنجی آورده شده است.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬
جدول 1-1
S.
No. نوع نانو ذرات حد تشخیص مرجع/ سال
1 Carboxy methyl cellulose functionalized Au NPs 10 μM 2010/
)ایکس.ویا،2010(
2 ssDNA-stabilized Au NPS 0.1 μM 2009/
(زد.چن،2009)
3 Ag NPs in the presence of Ca2- 83 μM 2011/
(حاجی زاده،2012)
4 CTAB-capped Au-NPs 2.9 ngml-1 2008/

پژوهش

دسته‌بندی نشده

No description. Please update your profile.

LEAVE COMMENT

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