بخشی از مقاله
خلاصه
در این پژوهش، فیلمهای زیست نانوبیوکامپوزیت نشاسته نرم شده - نانوذرات اکسید روی - PS - ZnO NPs - ، نشاسته نرم شده - نانوذرات اکسید مس - PS - CuO NPs - و نشاسته نرم شده - نانوذرات نقره - PS - Ag NPs - به روش قالبریزی از محلول - Solution Casting - تهیه شده است. خواص کششی، انحلالپذیری در آب، جذب اشعه ماوراء بنفش و ضدمیکروبی این فیلمها مقایسه شده است. فیلم نانوبیوکامپوزیتی حاوی نانوذرات اکسید روی به مقدار 3 درصد وزنی نشاسته، بهترین عملکرد در کاهش انحلالپذیری در آب را ازخود نشان داده است. آنالیز طیفسنجی اشعه ماوراء بنفش نیز نشان داد که فیلم حاوی نانوذرات اکسید روی دارای بیشترین میزان جذب اشعه فرابنفش میباشد.
همچنین طی آنالیز ضدمیکروبی انجام شده مشاهده گردید که فیلم نانوبیوکامپوزیتی حاوی نانوذرات نقره دربرابر باکتری اشرشیاکلای و فیلم دارای نانوذرات اکسید مس در برابر باکتری استافیلوکوکوس اورئوس حساسیت بیشتری از خود نشان میدهند. خاصیت ضدمیکروبی فیلم حاوی نانوذرات نقره در سطح 2 درصد وزنی در برابر باکتری اشرشیا کلی حدود % 94 و در برابر باکتری استافیلوکوکوس اورئوس حدود % 83 میباشد. همچنین نتایج حاصل از آنالیز استحکام مکانیکی حاکی از آن است که فیلم نانوبیوکامپوزیتی نشاسته - نانوذرات اکسید روی دارای استحکام کششی بیشتری از فیلمهای نشاسته - نانوذرات نقره و نشاسته - نانوذرات اکسید مس میباشد.
.1 مقدمه
بخش بستهبندی یک صنعت جهانی است که حدود دو درصد از تولید ناخالص ملی کشورهای توسعه یافته را به خود اختصاص داده است، که اروپا یکسوم آن را شامل میشود .[1] نکات اولیه در بستهبندیها، ایزوله کردن ماده غذایی از محیط خارجی و محافظت از آن در برابر فساد ناشی از فعالیت میکرواورگانیسم، رطوبت، گازها، گرد و غبار، بو و نیروهای مکانیکی میباشد. قرار گرفتن در معرض این عوامل باعث کاهش عمر مفید مواد غذایی میشود. همچنین عوامل بیماریزای ناشی از میکرواورگانیسمها هم بر سلامتی مصرفکنندگان مضر میباشد .[2] بخش مهمی از مواد بستهبندی تولید شده در دنیا مربوط به مواد غذایی میباشد. فیلمها یکی از انواع مواد بستهبندی به شمار رفته میروند.
[3] پلاستیکهای مشتق شده از ترکیبات نفتی به دلیل قابلیت دسترسی در مقادیر بالا، قیمت پایین، وزن کم و خصوصیات عملکردی مناسب - قابلیت انبساط، مقاومت به پارگی، خواص بازدارندگی و مقاومت حرارتی بالا - در صنعت بستهبندی مورد استفاده قرار میگیرند، اما یکی از بزرگترین مشکلات این مواد، غیرقابل تجزیه بودن و ایجاد آلودگی در محیط زیست میباشد .[4] از این رو جایگزینی مواد نفتی با مواد زیست تخریبپذیر باعث تسهیل از بین بردن زبالهها و همچنین حفظ و نگهداری مواد ارزشمند نفتی برای نسلهای آینده میشود .[5] نشاسته یکی از این زیست پلیمرهاست که به دلایلی مانند زیست تخریبپذیری بالا، فراوانی در طبیعت، قیمت ارزان و سهولت آمادهسازی و تولید فیلمهای آن، مورد توجه بسیاری قرارگرفته است.
با وجود این، پلیمر زیستی نشاسته دارای معایبی است که استفاده خالص از آن را در تولید فیلم و دیگر مواد بستهبندی محدود میسازد. این معایب عبارت از خاصیت آبدوستی شدید نشاسته و مقاومت ضعیف فیلم آن در برابر رطوبت، داشتن خواص مکانیکی نسبتاً ضعیف به دلیل آبدوستی بالای نشاسته و تضعیف خواص مکانیکی فیلم در شرایطی مانند رطوبت نسبی بالا است .[6 ,3] راهکارهای مختلفی برای بهبود ویژگیهای بازدارندگی و مکانیکی فیلمهای زیست تخریبپذیر بر پایه نشاسته وجود دارد که یکی از جدیدترین آنها اختلاط نشاسته با نانوپرکنندهها و تولید نانوکامپوزیت هاست .[7] مواد نانوکامپوزیتی به آن دسته از موادی اطلاق میشود که فاز تقویت کننده آن دارای ابعاد در مقیاس یک تا صد نانومتر باشد.
تقویت کنندههای نانومتری به دلیل ابعاد بسیار کوچک و سطح بسیار بالا در مقایسه با تقویتکنندههای معمولی در سطح بارگذاری کمتر، باعث بهبود خواص مورد نظر میشود .[8] نانو پر کنندههای زیادی به منظور تهیه نانوکامپوزیتها به کار گرفته میشوند که از آن جمله میتوان به نانوذرات فلزی مانند نانوذرات اکسید روی، اکسید مس ونقره اشاره کرد .[9] اکسید روی ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی بسیاری مانند پایداری شیمیایی، سازگاری با محیط زیست، پایداری زیاد در برابر نور، قیمت ارزان، ظاهر سفید و مقاومت به اشعه فرابنفش دارد. اگر چه نحوه عملکرد ضدمیکروبی عنصر روی به خوبی روشن نیست، اما برخی از مطالعات چند مکانیسم مختلف بیان کردهاند:
- 1 القاء گونههای اکسیژن فعال مانند پراکسید هیدروژن،
-2 ایجاد آسیب در غشاء سلول توسط نیروهای الکترواستاتیک،
-3 انتشار یونهای روی که میتواند مسئول فعالیتهای ضدمیکروبی با اتصال به غشاء و اختلال در فرآیندهای غشایی باشد .[10] مس به دلیل اینکه برخلاف فلزات ضدمیکروبی دیگر طیف گستردهای از فعالیتها را علیه باکتری و قارچ نشان میدهد، مورد توجه ویژه میباشد. کارایی مس بستگی به شرایط محیطی، غلظت یون مس و نوع میکرواورگانیسم دارد. وقتی مس در حالت اکسیداسیون است - Cu2+ - علیه سلولهای میکروبی بسیار مؤثر بوده که از طریق واکنش با نوکلئیکاسیدها، بخشهای فعال آنزیم و ترکیب غشاء سلول باعث مرگ سلول میکروبی میشود .[11] نقره یک فلز نجیب با هدایت حرارتی و الکتریکی بالا است.
خنثی بودن از نظر شیمیایی به اکسیژن و بسیاری از گازها و مواد شیمیایی دیگر، حساسیت به طول موجهای نور مرئی، اشعه ایکس و اشعه گاما در طیف الکترومغناطیس و همچنین خاصیت ضدمیکروبی از ویژگیهای نقره است .[12] در بین عناصرضدمیکروبی معدنی، یونهای نقره و ترکیبات بر پایه نقره در سطح بالایی از رشد میکروبی جلوگیری میکنند و اثر میکروبکشی قوی روی گونههای زیادی از باکتریها از خود نشان میدهند .[13] سه مکانیسم که بیشتر برای فعالیت ضدمیکروبی نانوذرات نقره پیشنهاد شده است که عبارتند از:
• رها شدن تدریجی یونهای نقره و قطع تولید * ATPو رونویسی DNA
• آسیب مستقیم نانوذرات نقره به غشاء سلول
• تولید گونههای فعال اکسیژن توسط نانوذرات نقره و یون نقره [14]
