مقاله کاربرد ذرات نانو مغناطیس در صنایع غذایی ودارویی

بخشی از مقاله

چکیده

هدف: ذرات جاذب نانو مغناطیس دراندازه 1-100nm براي فرآیند جداسازي مغناطیسی مورد استفاده قرار می گیرند و به دلیل داشتن مشخصات فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد یعنی دارا بودن نسبت سطح به حجم زیاد.کاربردهاي زیادي در صنایع غذایی و دارویی دارند. خواص ذرات نانو مغناطیس منجر به ایجاد تواناي هاي خاص در این ذره براي غیرفعال ساختن انزیم و همچنین استفاده از آنها در بسته بندي مواد غذایی، از بین بردن میکروارگانیسم، خالص سازي پروتئین .تصفیه آب و فاضلاب، تولید داروهاي ضد سرطان و پاك سازي محیط زیست شده است.

بحث و نتایج:

کاربرد ذرات نانو مغناطیس در صنایع غذایی ودارویی یک تکنیک جدید است که بدلیل سهولت استفاده و توانایی زیاد در جداسازي مواد کاربرد زیادي در صنایع غذایی و دارویی پیدا کرده است.

نتیجه گیري کلی:ذرات نانو مغناطیس به عنوان روش جداسازي موادتوصیه میگردد .

مقدمه :

مواد سازگار زیستی که انواع واکنش هاي مختلف به میدان مغناطیسی خارجی را نشان می دهند کاربردهاي بسیار مهمی در زمینه متعدد علوم زیستی، فناوري زیستی، پزشکی و فناوري محیطی و ... دارند. بر طبق پژوهش هاي - Cao, M., Li, Z., Wang,J. , 2012 - در اکثر موارد می توان ذرات نانومغناطیس را به عنوان مواد مرکب توصیف کرد که در آنها مشخصات مغناطیسی با حضور نانوذرات یا میکروذرات اکسیدهاي آهن ایجاد می شود.

این گونه مواد را می توان به گونه اي موثر از نمونه هایی که کنترل آنها دشوار است جدا کرد و آنها را در مکان مورد نظر هدف گیري کرد و به عنوان عامل هاي مخالف براي تصویربرداري تشدید مغناطیسی به کار برد یا براي تولید گرما در طول قرار گرفتن در معرض میدان مغناطیسی متناوب از آنها استفاده کرد. - BAHADUR,D., GIRI, J., NAYAK,B. , 2005 - خانواده گسترده مواد قابل کنترل میدان مغناطیسی عبارتند از: نانوذرات، میکروذرات و ساختارهاي داراي نسبت سطح به حجم بالا که در بسیاري از موارد مواد مرکب واکنش مغناطیسی از ذرات نانومغناطیسی کوچک - که اغلب از مگنتیت یا فریت هاي مختلف هستند - تشکیل شده اند که معمولا در محدوده نانومتر تا میکرومتر هستند.

اهداف ذرات نانومغناطیس: بسیاري از محققان براي جدا کردن مولکول هاي زیستی بر روي ذرات نانومغناطیس داراي اندازه نانومتر متمرکز شدند، موازنه جذب سطحی و اثرات پارامترهاي مختلف از قبیل pH ، دما و قدرت یونی در زمینه ذرات نانومغناطیس حساس به گرما مورد بررسی قرار گرفت به علاوه تغییر تطبیق پذیر پروتئین ها در طول فرایند استخراج به وسیله ذرات نانومغناطیس حساس به گرما نیز موضوع دیگري بود که مورد توجه واقع شد.

به خصوص که واجذبی که یک پارامتر مهم فرایند جداسازي براي بازیابی مولکول هدف از سطح جذب شده است نیاز به توجه بیشتر را بر واجذبی پروتئین از ذرات نانومغناطیس حساس به گرما بیشتر می کند. مقایسه نیروهاي برهم کنش میان ذرات نانومغناطیس پوشیده شده با پلی مرهاي حساس به گرماي کربوکسیل دار نیز بسیار مهم است .

مواد و روش ها:

نانومغناطیس:

ذرات جاذب با اندازه 1-100nm براي فرایند جداسازي مغناطیسی مورد استفاده قرار می گیرند و به دلیل مشخصات فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد خود یعنی دارا بودن نسبت سطح به حجم بزرگ تمایل دارند به منظور کاهش انرژي سطحی خود انباشته شوند که مهم ترین آنها آهن ،کبالت، نیکل و ترکیبات آنها می باشد و کاربرد اصلی آنها ناشی از پوشیده شدن سطح اصلاح شده توسط مواد آلی و غیر آلی می باشد.

نحوه عملکرد ذرات نانومغناطیس:

چون فرایند جداسازي به مشخصات سطح و ویژگی هاي مغناطیسی ذرات بستگی دارد ترکیبات آلی و غیره آلی در یک ذره مغناطیسی تکی اصلاح شده مشخصات فیزیکی و شیمیایی جدیدي از قبیل افزایش سطح به حجم ، تحرك زیاد و همچنین واکنش سریع را ارائه می دهند .

ساخت ذرات نانومغناطیس:

براي ساخت نانوذرات و میکروذرات مغناطیسی قابل استفاده براي کاربردهاي زیستی از قبیل رسوب گیري هم زمان کلاسیک، واکنش هاي موجود در محیط هاي تحت فشار از قبیل میکرومولسیون ها، ترکیبات سول- ژل، واکنش هاي میکروشیمیایی ،واکنش هاي گرمایی، هیدرولیز و گرماکافت پیش ماده ها، سنتزهاي تزریق جریان، سنتزهاي الکترواسپري و فرایندهاي مکانیکی شیمیایی از فرایندهاي شیمیایی بسیاري استفاده شده است که ساده ترین و مناسب ترین مسیر شیمیایی براي بدست آوردن ذرات مغناطیسی احتمالا تکنیک رسوب گذاري هم زمان است که مزیت اصلی این فرایند این است که می توان مقدار زیادي نانوذرات تولید کرد البته کنترل توزیع اندازه ذره محدود است.

اخیراً یک سنتز و تولید جدید نانوذرات مغناطیسی بر اساس تکنیک سنتز تزریق جریان - FIS - ارائه شده است. این تکنیک متشکل از مخلوط شدن پیوسته یا تقسیم بندي شده واکنشگرها تحت حالت جریان آرام در یک رآکتور - واکنشگاه - مویین است. تکنیک - FIS - چند مزیت نشان داده که عبارتند از تکرار پذیري بالا به دلیل شرایط آرام و جریان دو شاخه ، همگن بالاي متوسط و فرصت کنترل خارجی تعیین فرایند .

-1کاربردهاي پزشکی زیستی ذرات مغناطیسی:

میکروذرات و نانوذرات واکنش دهنده مغناطیسی کاربردهاي تأیید شده بالقوه بسیاري در زمینه هاي متعدد علوم زیستی ، فن آوري زیستی و فن آوري محیطی داشته اند. کاربردهاي مربوط به پزشکی زیستی عمدتاً بر اساس استفاده از مشخصات انتخاب شده از قبیل جداسازي مغناطیسی ،هدف گیري مغناطیسی، تولید گرما و افزایش تقابل MRI می باشد.

-2کاربرد ذرات مغناطیسی در آزمایشگاه علوم زیستی:

جداسازي مغناطیسی یک شیوه بسیار ساده و سریع، مناسب و ارام و ملایم براي جداسازي سریع مولکولهاي هدف ، ارگان هاي سلولی و سلول ها از مخلوط هاي بیولوژیکی پیچیده و نمونه هاي خام از قبیل خون، مغز استخوان ، مواد یک جنس بافت، ادرار، مدفوع و دیگر مواد بیولوژیکی است. مولکول ها و سلول هاي جدا شده از طریق جداسازي مغناطیسی معمولاً خالص ، ماندگار و با دوام و بدون تغییر هستند.

جداسازي مغناطیسی ملایم و آرام در لوله آزمایش ، تکنولوژي مورد انتخاب در جایی است که نیاز به بازده بالاي ترکیب هاي فعال بیولوژیکی و خالص و ساختارهاي بیولوژیکی در مقیاس کوچک وجود دارد . این روش جدا کردن بسیاري از انواعی از خاص سلول می باشد . سلول هاي مورد نظر از طریق جداسازي مثبت به صورت مغناطیسی توسط ذرات خاص مشخص می شوند و متعاقباً براي بررسی جدا می گردند.

-3صنعت داروسازي:

بر این اساس بخشی از داروهاي ضدتومور سرطانی را می توان با استفاده از گروه ترمینال مناسب به ذرات نانومغناطیسی به وسیله الحاق فیزیکی متصل و در کل استفاده از نانوذرات Magnetic با هدف گزینش تومورهاي سرطانی و کاهش آنها بدون آسیب و از بین بردن سلول هاي بافت سالم انجام می گیردو این امر به این دلیل است که ذرات نانومغناطیس قادر هستند به راحتی از موانع مختلف گذشته و زودتر از سایر ذرات به اهداف مورد نظر خود در بدن دست پیدا کنند.

بنابراین با استفاده از نانوذرات مغناطیسی حساس به حرارت براي درمان سرطان - hyperthermia - استفاده شود که در آن سلول هاي سرطان به دلیل حساسیت نسبت به درجه حرارت در محدوده 42 تا 45 درجه سلسیلوس تخریب می شوند. افزایش perfusion و اکسیژن دار شدن سلول هاي hypoxic نئوپلاستیکی در بافت تومور توسط hyperthermia جذب داروهاي شیمیایی را تسهیل می کند و به موجب آن منجر به درمان موثر سرطان می گردد .

-4پاکسازي محیط زیست و تصفیه فاضلاب:

میکروکره ها یا نانوهاي مغناطیسی داراي سطح اصلاح شده ، توان بالقوه زیادي براي جداسازي مغناطیسی مولکول زیستی، سلول ها و عناصر رادیواکتیو دارد. و همچنین در جداسازي رادیونوکلئوتیدها از فاضلاب ها و محیط هاي زیستی نیز نقش اساسی دارند و مانع از ماندن و تخلیه آنها در محیط زیست می گردد. تصفیه فاضلاب ها بدین صورت است که بارگیري مواد استخراج شده روي رزین ها باعث نیاز کمتر به مواد استخراج شده براي استفاده در شیوه جداسازي ستونی می گردد.

ارائه رزین هاي مغناطیسی باعث ایجاد یک شیوه جداسازي مغناطیسی مناسب و ساده تر در مقایسه با استخراج ستونی HPLC می گردد. همچنین استفاده از زیر لایه فوق پارامغناطیسی باعث سهولت در بازیابی فیلترها می شود پس فرایند جداسازي مغناطیسی به عنوان یک فرایند عملیات نوید بخش براي کنترل جاذب هاي آلی ضعیف و آسیب پذیر از قبیل هگزاسیانوفرات نیکل پتاسیم - II - براي برداشتن رادیونوکلئوتید سدیم مشخص شده است .

-5خواص ضد میکروبی :

تکنولوژي جداسازي بیولوژیکی با دانه هاي مغناطیسی و رفع عامل بیماري باعث جداسازي مولکولهاي مورد نظر می شود و بنابراین با استفاده از دانه هاي مغناطیسی ایجاد شده ویژه براي مشخص کردن باکتري ها یا عوامل بیماري گزینشی باعث برداشتن باکتري از مایعات می شود. در نتیجه می توان از این تکنولوژي براي پاك کردن فرآورده هاي خون یا آماده سازي دارو از باکتري هاي خطرناك استفاده کرد.

نانوذرات مغناطیسی به خصوص اگر به صورت ترکیبی باشند مانند Fe2O3 قادر هستند با عوامل بیماري زاي خالص - باکتري و ویروس - پیوند برقرار کنند و به راحتی با میدان مغناطیسی به خوبی مورد استفاده قرار گیرند. این نانوذرات با گرفتن عوامل بیماري زا به خودشان از سیستم خارج می شوند . حامل هاي مغناطیسی با یک نمونه حاوي ماهیت بیولوژیکی ترکیب و پس از یک دوره تلقیح با ذرات مغناطیسی پیوند برقرار کرده و کل ترکیب به راحتی از نمونه با استفاده از یک ضریب مغناطیسی خارجی حذف می شود. از جمله فواید تکنیک جداسازي میکروارگانیسم با استفاده از ذرات نانومغناطیس می توان به ساده بودن این روش و همچنین قدرت ویژه آن براي جداسازي عوامل بیماري زاي مضر از غذا و بدن انسان و همچنین رفع پاتوژن از پلاکت هاي خونی اشاره کرد.

-6خالص سازي پروتئین :

یک موضوع بسیار مهم در مقاوم سازي زیستی پوشش و خالص سازي مواد می باشد تکنیک هایی که در این زمینه مطرح است شامل اولترافیلتراسیون، سانتریفوژکردن ، کروماتوگرافی و ترسیب است که هر کدام داراي محدودیت هایی چون زمان مصرف از قبیل آماده کردن، مهارت افرادي که با این دستگاه ها کار می کنند و هزینه بر بودن وسایل مورد نیاز آنها می باشد تکنیک استفاده از ذرات نانومغناطیس بدلیل توانایی زیاد در جداسازي ذرات باعث خالص سازي پروتئین ها شده بدین صورت که پروتئین ها به وسیله پیوندهاي یونی جذب ذرات نانومغناطیسی شده و بدین وسیله بی حرکت می گردند.

-7بی حرکت کردن آنزیم :

ذرات نانومغناطیس خصوصاً Fe3O2 باعث بی حرکت کردن بتاگلوکوزیداز می شود که کاربردي صنعتی دارد اگر آنزیم بتاگلوکوزیداز به صورت آزاد باشد محدودیت در زمینه ثبات به وجود می آید که با بی تحرك کردن آنزیم می توان این نقص را پوشش داد. آنزیم بتاگلوکوزیداز وقتی ماده اي یک قسمت از قندي و یک قسمت غیر قندي - اسید آمینه- آهن- پروتئین- پپتید - داشته باشد آن را هیدرولیز و آنگاه اگر قند از نوع احیا کننده باشد میلارد که گاهی اوقات نامطلوب نیز ممکن است باشد اتفاق می افتد.

نتایج و بحث:

نانوذرات به دلیل سطح به حجم بیشتر، ظرفیت بارگیري زیاد ، محدودیت پراکندگی را کاهش می دهد و باعث بی حرکت کردن سایر ذرات خصوصاً آنزیم ها می شود . همچنین بر طبق آزمایشات صورت گرفته مهم ترین ذره نانومغناطیس اکسیدآهن می باشد که غالباً به صورت مرکب وجود دارد. که براي بدست آوردن مواد واکنش دهنده مغناطیسی سازگار زیستی معمولاً نسبت و پایدارسازي نانوذرات اکسید آهن آماده شده از طریق اصلاح مناسب سطح آنها یا با قرار دادن آنها در شبکه سازگار زیستی مناسب لازم و ضروري است. نانوذرات مغناطیسی اصلاح شده باید در مقابل انباشته شدن و تراکم در یک واسطه بیولوژیکی با یک میدان مغناطیسی پایدار باشند. مشخص شده که چند ترکیب با گروههاي کربوکسیل ، فسفات و سولفات به سطح ذرات مغناطیسی وصل شده و آنها را محکم و پایدار می سازند.