بخشی از مقاله
چکیده
کاغذهای شناساگر بیولوژیکی پوشش داده شده با هیبرید سیلیکا-کیتوزان با خواص مکانیکی، شیمیایی و حرارتی جدید دارای این پتانسیل هستند که بهطور گسترده در حوزههای مختلف بکار می روند. در این پژوهش برای سنتز نانو ذرات سیلیکا از روش سل-ژل استوبر استفاده شده که با توجه به نتایج بدست آمده، اضافه کردن یک پلیمر زیست فعال مانند کیتوزان، بهعنوان یک ماده آلی و ترکیب آن با نانو سیلیکای معدنی، هیبریدی خوبی با خواص متفاوت برای ساخت کاغذی زیست فعال به شمار میآید. بهمنظور پوشش دهی و تثبیت هیبرید سیلیکا-کیتوزان از روش غوطهوری و سل-ژل استفادهشده است. آنالیز تست آبگریزی روی سه کاغذ A,B,C صورت گرفت که نتایج متفاوتی نمایش دادند. مورفولوژی سطح کاغذ نهایی تثبیت شده با هیبرید سیلیکا-کیتوزان بهوسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسیشده که اندازه کوچکترین ذره سیلیکا 152 نانومتر است.
مقدمه
یک نانوذره، ذرهای است که ابعاد آن در حدود 1 تا 100 نانومتر باشد. نانو ذرات علاوه بر نوع فلزی، عایقها و نیمههادیها، نانو ذرات ترکیبی نظیر ساختارهای هسته لایه را در بر میگیرند .[1] همچنین نانوکره ها، نانو میلهها و نانو فنجانها تنها اشکالی از نانو ذرات در نظر گرفته میشوند .[2] روشهای مختلفی برای تهیه نانوذرات مانند سنتز پلاسما، رسوب بخار شیمیایی، پردازش میکرو امولوسیون، سنتز احتراق، روش سل-ژل، تکنیکهای هیدروترمال و... در دسترس میباشد. نانوذرات سیلیکا و اغلب با استفاده از روشهای شیمیایی مانند سل-ژل و رسوب تولید میشود.[3] روش سلBژل رایجترین روش برای سنتز سیلیس است. این شامل هیدرولیز همزمان با واکنش چگالش است. یک حلال سدیم سیلیکات یا الکوکسید سیلیکون یا هالید یک شبکه پلیمری از ژل تبدیل میشود.[4] کاغذ زیست فعال یک بستر کاغذی یا فیبری است که اصلیترین ویژگی آن انتخابی بودن واکنشهای ترکیبات زیست فعال میباشد.معمولاً کاغذهای زیست فعال متشکل از دو بخش میباشند:.1سوبسترا مبتنی بر کاغذ - در اینجا منظور از سوبسترا مبتنی بر کاغذ، سوبسترایی میباشد که بر روی نقطهای از کاغذ و یا تمام سطح آن توسط روشهایی مانند پوشانیدن و یا چاپ کردن ثابت شده باشد. - .2 ترکیبات زیست فعال متصل به سوبسترا روی بستر.[5]
نانو کامپوزیتهای فیبر سیلیسی سلولز از طریق مسیر سیلیکات سدیم و مسیر اسید سیلیسیک سنتز شدند. در آزمایش مسیر سدیم سیلیکات، اثرات قلیاییت، انواع سیلیکات سدیم و نسبت هدف سلیس به فیبر مورد بررسی قرار گرفت. از سوی دیگر، تأثیرات انواع سیلیکات سدیم، غلظت فیبر در محلول ترکیبی و نسبت هدف سیلیس به فیبر در آزمایش مسیر اسید سیلیسیک تست شد .[6] در پژوهشی، به منظور دستیابی به نانوپوستههای کامل و یکنواخت با یک روش آسان و قابل کنترل، نانوذرات هسته-پوسته با دو روش مختلف سنتز گردید. ابتدا در هر دو روش ساخت، بهطور مشترک، نانوذرات سیلیکا توسط روش استوبر به صورت هماندازه و کروی سنتز شده و در مرحلهی بعدی، بهمنظور آمادهسازی نانوذرات برای جذب و اتصال با ذرات کلوئیدی فوقریز طلا، اصلاح سطح آنها با تک لایهای از ملکولهای دوعاملی پلیمر APTES انجام شد. در روش اول، برای ساخت نانوپوستههای طلا بر روی ذرات مغزیSilica/APTES، ابتدا نانوذرات کلوئیدی طلا با قطر متوسط 3 نانو مترسنتز و پس از اطمینان از ماندگاری، با گروه آمینی بر روی سطح اتصال داده شد. رشد پوسته در مرحلهی بعدی با احیا نمک طلای HAuCl4 بر روی هستههای دانهای ایجاد شده، انجام گردید . در روش دوم، با احیا مستقیم HAuCl4 بر روی گروه آمینی نسبت به روش اول یک کوتاهسازی مسیر برای ایجاد دانهبندی اولیه طلا انجام شد و سپس، پوسته با اضافه نمودن عامل کاهندهی دیگر NaBH4، بهطور مؤثرتری رشد داده شد .[7] در پژوهشی دیگر نانو کامپوزیت ترکیبی با حضور یک پلیمرآلی در محل تشکیل یک شبکه معدنی ساخته شده. بیوپلیمر کیتوزان و تترااتیل اورتوسیلان - TEOS - که یکی از شایعترین پیش سازههای سیلیکا است، برای واکنش سل-ژل مورد استفاده قرار گرفت. مواد کامپوزیت سیلیکا-کیتوزان با روشهای فیزیکوشیمیایی مانند تحلیل دیفرانسیل حرارتی - DTA - ، کربن، هیدروژن و نیتروژن - CHN - ، تحلیل عنصری، ایزوترم جذب/بازجذب نیتروژن، میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - و تبدیل فوریه مادون قرمز - FTIR - برای تعیین تعاملات ممکن بین سیلیکا و ماکرومولکولهای کیتوزان، مورد بررسی قرار گرفت.[8]
در این پژوهش برای سنتز نانو ذرات سیلیکا از روش سل-ژل استوبر استفاده شده که با توجه به نتایج بدست آمده، اضافه کردن یک پلیمر زیست فعال مانند کیتوزان، بهعنوان یک ماده آلی و ترکیب آن با نانو سیلیکای معدنی، هیبریدی خوبی با خواص متفاوت برای ساخت کاغذی زیست فعال به شمار میآید. بهمنظور پوشش دهی و تثبیت هیبرید سیلیکا-کیتوزان از روش غوطهوری و سل-ژل استفادهشده است. آنالیز تست آبگریزی روی سه کاغذ A,B,C صورت گرفت که نتایج متفاوتی نمایش دادند. مورفولوژی سطح کاغذ نهایی تثبیت شده با هیبرید سیلیکا-کیتوزان بهوسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسیشده که اندازه کوچکترین ذره سیلیکا 152 نانومتر است.
-2 مواد و روش ها
1-2 مواد
آمونیاک - محصول ایران ، جرم مولکولی: - 17/031 gr/mol، تترااتیل اورتو سیلیکات - جرم مولکولی : 208/33 gr/mol، محصول شرکت سیگما - ، کیتوزان - محصول شرکت سیگما، جرم مولکولی : - 5*105-1*105، گلوتارآلدئید - محصول شرکت تیترا چم، محلول %25 ،کد: - * 601670، اسید استیک - جرم مولکولی : 60/05 gr/mol، محصول ایران - ، کاغذ فیلتر - ساخت انگلستان، نمره 42، سایز 12/5 سانتیمتر - ، آب مقطر دیونیزه - آب مقطر دو بار تقطیر شده - ، متیل اورنج - محصول ایران، جرم مولکولی : 327/33 gr/mol - ، استون - محصول شرکت آلفا آلمان، جرم مولکولی : - 58/08gr/mol، اتانول - محصول ایران، جرم مولکولی : . - 46/06 gr/mol
2-2 روش ها
1-2-2 سنتز نانو ذرات سیلیکا به روش استوبر و تثبیت همزمان روی کاغذ - سل-ژل -
برای سنتز نانو ذرات سیلیکا ابتدا محلول حاوی 40 میلی لیتر اتانول مطلق،36 میلیلیتر از محلول %32 آمونیاک و 1 میلیلیتر آب مقطر دیونیزه را به مدت 5 دقیقه توسط مگنت هم زده تا از به خوبی مخلوط شدن آنها مطمئن شویم. سپس مقدار 31 میلیلیتر از TEOS را در 10 میلیلیتر دیگر از اتانول مطلق حل نموده و توسط بورت قطرهقطره وارد محلول اولیه میکنیم و محلول نهایی را به مدت 24 ساعت در دمای اتاق هم میزنیم - بوسیله استیلر - تا واکنشها انجام گیرد. در طی 2 ساعت اولیه بهتدریج رنگ این محلول به شیری متمایل میشود. سپس ذرات کلوئیدی به دست آمده را با استفاده از سانتریفیوژ با دور 3000rpm جداسازی نموده و سپس از آن رسوب شیری رنگ حاصلشده، برای سه مرتبه در اتانول مطلق باز پراکنده ومجدداً سانتریفیوژ گردیده تا مواد اضافی از آن جدا شود. از سوی دیگر کاغذ را برای آغشته سازی در رسوب نهایی با استون و در آخر آب مقطر دیونیزه شستشو و درکاملاً خشک مینماییم. رسوب بهدستآمده از سانتریفیوژ را درون پلیت ریخته وهم زمان کاغذ را داخل محلول حاوی سیلیکا آغشته میکنیم. به مدت 2 ساعت پلیت را درون هیتر در حرارت 70 درجه سانتیگراد گذاشته تا به خوبی خشک و از پیشرفت واکنشها جلوگیری شود. وزن تقریبی نانو ذرات سیلیکا خشکشده پس از انجام مراحل سنتز،18 گرم به دست آمده که قابلاستفاده در مراحل بعدی نیز میباشد.
2-2-2 سنتز هیبرید سیلیکا-کیتوزان به روش سل- ژل
ابتدا 2 میلیلیتر از استیک اسید را به حجم 100 لیتر از آب دیونیزه میرسانیم تا استیک اسید %2 تهیه شود. استیک اسید %2 را درون بشر ریخته و بر روی همزن مغناطیسی با سرعت 500 rpm قرار میدهیم. سپس 2 گرم از کیتوزان را به صورت آهسته و با بازه زمانی یکنواخت به محلول اضافه میکنیم . مشاهده میشود با اضافه کردن کیتوزان محلولی ژل مانند بدست میآید. در طول این مدت دردمای اتاق محلول را به مدت یک ساعت هم زده تا سل شفاف پلیمری حاصل شود. در مرحله بعد، مقدار 5 گرم از نانو ذرات سیلیکا را در 100 میلیلیتر آب روی همزن مغناطیسی در دمای 30 درجه سانتیگراد ترکیب میکنیم. سپس محلول کیتوزان را بهآرامی اضافه کرده. به منظور ترکیب شدن بهتر نانو ذرات سیلیکا و محلول پلیمری، مواد را تحت دستگاه التراسونیک - میلهای با قدرت قابل تغییر از 0 تا KHZ 100 با قابلیت تنظیم موج رسانی به صورت پالسی - با فرکانس 30 KHZ پراکنده میشود. سرانجام یک محلول ویسکوز از کیتوزان که نانو ذرات به طور یکنواخت در آن پراکنده شده است به دست میآید.
3-2-2 تثبیت هیبرید سیلیکا-کیتوزان روی کاغذ به روش غوطهوری
به منظور استفاده از این روش، ما کاغذهایی که با استون آغشته کردیم تا بافتهایی سلولزی آن از هم گسسته شوند، دو بار شستشو و سپس در آون خشک میکنیم. این کار به منظور توزیع یکنواخت محلول حاوی نانو ذرات و پلیمر کیتوسان روی بافتهای کاغذ است، زیرا حتی دانههای کوچک نانو ذرات نمیتوانند از ساختار سهبعدی سلولز حرکت کنند، بنابراین در یک نقطه تجمع مییابند. در اینجا ما کاغذهای آماده شده برای مرحله غوطهوری را به صورت هم اندازه در ظرفهای پتری قرار میدهیم و در بازههای زمانی مختلف در سوسپانسیون آماده شده در قسمت 2-2-2 ، تثبیت و سپس هر یک را تحت بررسی تست آبگریزی قرار میدهیم. جدول 1 بازه زمانی تثبیت هیبرید سیلیکا-کیتوزان را روی کاغذهای A,B,C به روش
