بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق ابتدا با استفاده از روش متداول هامر، اکسید گرافن با کیفیتبالا تهیه و سپس طیف جذبی آن گرفته شد. از مطالعه این دادهها مشخص شد که میزان جذب اکسید گرافن در طول موج زیر300 نانومتر نسبت به ZnO، ZnS و TiO2 بسیار بالاتر بوده که این باعث میشود اکسید گرافن کاندید بهتری برای کرم محافظ پوست باشد. همچنین در بازه طول موجهایی که برای تولید پیش ماده ویتامین D مناسب است، میزان جذب اکسید گرافن کمتر است. ضمنا مقدار مصرفی اکسید گرافن مورد نیاز کم است و همچنین اکسید گرافن ماده پایداری است و میل ترکیبی پایینی دارد.
مقدمه
10 درصد از تابش کل خورشید را نور ماورا بنفش - UV - تشکیل داده است. سه دسته اشعه UV وجود دارد: -320nm - UV-A - 400، - 320-290nm - UV-B، - 100-290nm - UV-C و اما فقط UV-A و UV-B به سطح زمین می رسند. بیش از حد قرار گرفتن پوست انسان در معرض UV باعث آفتاب سوختگی سلول ها، پیری زودرس پوست و افزایش خطر سرطان پوست می شود 1]و.[2 برای محافظت از پوست در برابر اثرات مخرب نور خورشید، کرمهای مختلفی تولید شده است . محصولات محافظ پوست در واقع فیلترهای UV هستند. برای این که بازدهی محصول در طی زمان استفاده پایدار باشد، ساختار مواد آن باید نسبت به نور تابشی، پایداری داشته باشند.در برخی کشورها ، فقط TiO2 به عنوان فیلتر UV معدنی باتمرکز %25 مجاز است و بقیه فیلتر های UV، آلی هستند.
داروسازان محصولاتی با SPF بالا را تنها با استفاده از TiO2فرمولبندی کردهاند. ترکیبی از این مواد آلی و معدنی مانندTiO2میتواند بازه پهن تری را از ناحیه UV-A و UV-B بپوشاند.ضمنا نمی توان از هر ماده ای به عنوان فیلتر UV به علت سمی بودن و حساسیت پوستی ، در کرم محافظ پوست استفاده کرد. در مواد حفاظتی ارزانتر از ZnS و یا ZnO استفاده می شود. به دلیل اینکه طیف نورتابی اکسید گرافن - GO - بسیار شبیه ZnS، ZnOو TiO2 است، پیشنهاد می شود که از این ماده به عنوان کرم محافظ پوست استفاده شود و این پژوهش تلاش دارد که نشان دهد اکسید گرافن بدلیل جذب مناسب هم می تواند آن بخش ازUV که برای پوست ضرر دارد را جذب کند و هم بر خلاف مواد قبلی بخش دیگری از طیف را که برای تولید ویتامین D مفیداست، عبور دهد.
ویتامین D یک ویتامین محلول در چربی است که بصورت طبیعی در تعداد کمی از مواد غذایی وجود دا رد.بیشتر ویتامین D مورد نیاز بدن بوسیله نور خ ورشید تولیدمیشود. اشعه UV، پیش ماده ویتامین D را تولید میکند. هرچندکرمهای محافظ پوست برای حفاظت از پوست مانع جذب اشعه فرابنفش می شوند ولی این کار باعث جلوگیری تولید پیش ماده ویتامین D بر روی پوست میشود.گرافن ساختاری تک لایه از اتمهای کربن با ساختار لانه زنبوری می باشد و با توجه به رسانایی و پایداری شیمیایی خوب آن و سطح ویژه بالا در سالهای اخیر توجه زیادی به خود جلب کرده است. برای تولید گرافن روش های گوناگونی وجود دارد. یکی از این روش ها اکسید کردن گرافیت و سپس متورق کردن آن است .
در این روش ابتدا اکسید گرافن - GO - تولید شده و سپس بوسیله کاهش شیمیایی، گرافن تولید می شود. هرچند گرافن بسیار موردتوجه قرار گرفته است ولی GO نیز دارای خواص جالب اما متفاوت نسبت به گرافن است . رسانندگی آن تقریبا صفر بوده و پایداری آن نسبت به گرافن بسیار بیشتر است . GO میل ترکیبی با مواد نداشته و فقط به گرمای زیاد و نور UV حساس است. بر خلاف گرافن که طیف جذبی آن قله خاصی ندارد، GO دارای قلههای در ناحیه زیر 300 نانومتر است . این خاصیت می تواند اکسید گرافن را به عنوان یک فیلتر UV مطرح کند. اکسید گرافنذاتا یک ماده نانومتری است. بنابراین میزان کم آن میتواند کارآیی بالایی داشته باشد.
ساخت مواد
در سال های اخیر روش های مختلفی برای تولید گرافن توسعه پیدا کرده است. گرافن از 4 روش مختلف ساخته می شود. روش اول رسوب بخار شیمیایی است. روش دوم لایه برداری ریز مکانیکی گرافیت است . سومین روش رشد همبافته در SiC و روش چهارم ایجاد تعلیق لکوئیدی است . در حال حاضر تنها راه که می توان ورق هایی مبتنی بر گرافن در مقادیر قابل توجه تولید کرد بر روی تبدیل شیمیایی گرافیت به اکسید گرافیت GO متکی است. GO بطور عمده با استفاده از روش Brodie، Staudenmaier و Hummers تولید شده است . هر سه روش شامل اکسیداسیون از گرافیت در حضور اسیدهای قوی و اکسیدان است.
از روش هامر برای سنتز GO استفاده شد .[3] پس از شستن و خشک کردن ، طیف جذب آن به صورت محلول در آب اندازه گیری شده و در شکل 3 نشان داده شده است.ZnS و ZnO به صورت نانو ذرات با اندازه 3 نانومتر و 2نانومتر ساخته شد 5]وTiO2 .[6 خریداری شد. طیف جذب آنهابه صورت محلول در آب اندازه گیری شده و در شکل3 نشان داده شده است.مقایسه جذب اکسید گرافن با ZnS، ZnO و TiO2بر طبق شکل 2 طیف خورشید در محدوده 320 تا 300 نانومترافت خطی دارد و در حدود 305 نانومتر بسیار ضعیف میشود. اما همین مقدار بسیار کم با توجه به نمودار Action spectrum for DNA damage از محدوده 330 تا 305 نانومتر آسیب DNAکم بوده ولی از 305 به بعد، حساسیت DNA به طیف بسیارشدید شده و احتمال آسیب بالا می رود.
بنابراین یک ماده محافظباید در محدوده 330 تا 305 نانومتر جذب داشته باشد و از 305به پایین میزان ضریب جذب باید شدیدا افزایش پیدا کند .همچنین نمودار Previt D3 action spectrum نشان دهنده میزان تولید پیش ماده ویتامین D در سطح پوست است . با توجه به اینکه، ویتامین D در رژیم غذایی سهم ناچیز دارد و حتما باید بخش زیاد ی از آن توسط نور خورشید تولید شود پس ماده محافظ پوست در مقابل نور خورشید باید بگونه ای طراحی شودآسیب به DNA را به حداقل برساند و همچنین جلو ایجاد پیش ماده ویتامین D در سطح پوست را نگیرد.نمودار previt D3 action spectrum بیشترین میزان تولید پیش ماده ویتامین D در 300 نانومتر است و در طول موج پایین تر، میزان تولید آن شدیدا کاهش مییابد.
بر طبق شکل 3، همان گونه که دیده می شود طیف جذب اکسید تیتانیوم در 400 نانومتر بالا می رود و اجازه تولید ویتامین D به پوست نمیدهد. همچنین سولفید روی که به عنوان پر کاربردترین ماده جاذب در کرم های حفاظتی پوست استفاده می شود، از 350 تا 300 نانومتر، افزایش زیادی در میزان جذب داشته و از 300 تا حدود 240 نانومتر میزان جذب کمی کاهش می یابد. یعنی اینکه بیشترین جذب آن در بیشینه تولید پیش ماده ویتامین D است و درطول موج پایین تر از 300 نانومتر که هم میزان تولید ویتامین Dکاهش پیدا میکند و هم احتمال آسیب به DNA افزایش مییابد جذب ZnS کمی کاهش مییابد - شکل. - 3
و همچنین برای ZnOنیز در زیر 260 نانومتر جذب بسیار خوبی دارد ولی در محدوده 310 تا 270 جذب زیادی نداشته و نمی تواند به خوبی اکسیدگرافن جذب داشته باشد - شکل. - 3 طیف جذب اکسید گرافنساخته شده - شکل - 3 نشان میدهد که اکسید گرافن دارای دو قله جذبی یکی در حدود 300 نانومتر و یکی در 235 نانومتر است.قله 300 نانومتر 2/5 برابر کوچک تر از 235 است. بنابراین ازحدود 330 تا 300 نانومتر، جذب اکسید گرافن افزایش می یابدولی از 300 نانومتر به بعد میزان افزایش ضریب جذب بسیار زیاد شده و شیب آن بسیار بیشتر است . یعنی با تنظیم میزان غلظت اکسید گرافن، در موادحفاظتی پوست، میتوان جلو تشکیل پیش ماده ویتامین D را نگرفت و هم در کمتر از 300 نانومتر با افزایش شدید ضریب جذب جلو آسیب DNA گرفته میشود.
همچنین این نمودار نشان می دهد که هر چند در محدوده طیف خورشید میزان حفاظت اکسید گرافن نسبت به ZnS تقریبا مشابهاست. اما در طول موج زیر 300 نانومتر که میزان آن در طیف خورشید کم است، میزان جذب اکسید گرافن بسیار بالاتر بوده کهاین باعث می شود اکسید گرافن کاندید بهتری برای افرادی باشد که مدت زمان بیشتری در معرض نور مستقیم خورشید هستند و همچنین افرادی است که در معرض منابع UV مصنوعی مانند قوسهای الکتریکی - مانند جوشکاری - و لامپها UV هسنتد.همچنین اکسید گرافن در زمان تولید، خود به خود بصورت نانو تولید میشود و نیاز به فرآیند دیگری ندارد. بنابراین میزان مصرفآن در ساخت ماده حفاظتی بسیار کمتر می شود. اما برای کاهش مصرف ZnS باید آن ر ا به صورت نانو تولید کرد . ZnS رنگ سفید به پوست می دهد و ا کسید گرافن رنگ پوست را برنزهمیکند.
