جلوگیری از رشد و گسترش باکتری‌ها در محیط‌های بیمارستانی، حمام و سرویس‌ها با استفاده از نانوذرات

چگونه باکتری‌ها را در فضای عمومی از بین ببریم؟

محسن معصومی: کاشی و سرامیک یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی است که در قسمت‌های مختلف یک ساختمان مانند آشپزخانه، حمام و سرویس بهداشتی، نمای ساختمان و... استفاده می‌شوند.


نشست ذرات آلاینده به همراه رطوبت روی سطوح کاشی و سنگ و به‌دنبال آن آلودگی سطوح منجر به ایجاد فضای نامناسب برای ساختمان، افزایش هزینه‌های نگهداری و تحمیل خسارت‌های گسترده می‌شود. همچنین کاشی‌های معمولی فضا را برای رشد انواع باکتری و قارچ آماده کرده و انتقال آلودگی و بیماری را در مکان‌های مورداستفاده افزایش می‌دهد. در سال‌های گذشته پژوهشگران موفق به شناسایی ترکیباتی فلزی با خاصیت آنتی‌باکتریال و خودتمیزشوندگی شده‌اند که این ترکیبات می‌توانند از رشد و نمو باکتری‌ها و قارچ‌ها و دیگر عوامل بیماری‌زا جلوگیری کنند. استفاده از فناوری نانو در تولید کاشی و سرامیک خودتمیزشونده و آنتی‌باکتریال مانع از کثیف شدن، جذب رطوبت و ایجاد هرگونه آلودگی روی سطوح موردنظر می‌شود.


اصول خودتمیزشوندگی
پوشش‌های خودتمیزشونده به دو گروه آبگریز و آبدوست تقسیم می‌شوند. در پوشش‌های آبگریز به واسطه تشکیل قطره‌های کروی‌شکل و در پوشش‌های آبدوست از طریق تشکیل لایه‌های نازک آب روی سطح، آلودگی‌ها از سطح زدوده می‌شوند. آبدوست یا آبگریز بودن سطح به زاویه تماس قطره آب با سطح بستگی دارد. زاویه تماس در فصل مشترک ۳ فاز جامد، مایع و گاز در محل تماس قطره مایع با سطح جامد تشکیل می‌شود. به طور کلی، اگر زاویه تماس کمتر از ۹۰ درجه باشد، سطح را آبدوست می‌گویند، در حالی که اگر این زاویه بیشتر از ۹۰ درجه باشد، سطح را آبگریز می‌نامند. سطوح با زاویه تماس نزدیک به صفر درجه ابرآبدوست و سطوح با زاویه تماس بیشتر از ۱۵۰ درجه ابرآبگریز نام دارد. سطوح آبگریز دارای انرژی سطحی بسیار پایینی هستند، در حالی که انرژی سطحی سطوح آبدوست بسیار بالا است. استفاده از فناوری نانو و بروز خواص متفاوت در ابعاد نانومتری دستیابی به سطوح ابرآبگریز و ابرآبدوست را ممکن کرده است.


پوشش‌های آبگریز و ابرآبگریز
زبری سطح و ساختار آن نقشی بسیار مهم در افزایش زاویه تماس دارد. انسان‌ها با الهام از برگ‌های نیلوفر آبی برای ساخت سطوح فوق‌آبگریز قدم‌هایی برداشته‌اند. در پوشش‌های آبگریز، آب به محض تماس با سطح به شکل قطره‌های کروی تجمع یافته و از روی سطح لغزیده و ذرات آلودگی را با خود از روی سطح می‌زداید. زمانی که یک سطح دارای بافت زبری در مقیاس نانومتری باشد، فصل مشترک بین هوا و آب در یک قطره که روی سطح قرار گرفته است، افزایش پیدا می‌کند و نیروی دگرچسبی بین قطره و سطح به‌شدت کم می‌شود. بنابراین قطره آب شکل کروی به خود می‌گیرد و به راحتی جریان پیدا می‌کند و ذرات آلاینده موجود روی سطح به قطرات آب چسبیده و با غلتیدن قطرات آب، آلودگی‌ها نیز از سطح زدوده می‌شود. پوشش‌های نانو با ذرات در حد چند ده نانومتر، ضمن پوشش حفره‌های میان ذرات سطح و همچنین رساندن زاویه تماس آب با سطح به بیش از ۱۲۰ درجه، امکان ایستایی ذرات آب روی سطح را از بین برده و موجب کاهش تجمع آلودگی‌ها و چسبندگی آن روی سطح خواهند شد.


پوشش‌های آبدوست و ابرآبدوست
برخلاف سطوح آبگریز که فقط از سازکار جریان قطره‌های آب برای اثر خودتمیزشوندگی استفاده می‌کنند، سطوح آبدوست ساختار شیمیایی آلودگی‌ها را در مجاورت نور از بین می‌برند. این فرآیند فوتو کاتالیز نام دارد. در طول فرآیند فوتو کاتالیز، ساختار شیمیایی آلودگی‌های آلی و سایر ناخالصی‌ها روی پوشش قرار دارد که به وسیله جذب نور شکسته شده و به همراه آب از روی سطح جدا می‌شود. یکی از موادی که کاربرد زیادی به عنوان سطوح خودتمیزشونده آبدوست دارد دی‌اکسید تیتانیوم است. با کاهش ابعاد ذرات و افزایش نسبت سطح به حجم، درصد فعالیت فوتو کاتالیستی ذرات افزایش پیدا می‌کند. به همین دلیل از نانوذرات ا کسیدتیتانیوم به عنوان سطوح ابرآبدوست استفاده می‌شود.


پوشش‌های آنتی‌باکتریال
پوشش‌های آنتی‌باکتریال از تشکیل باکتری‌ها، رشد جلبک‌ها و میکروب‌ها روی سطح جلوگیری می‌کنند. استفاده از پوشش‌های آنتی‌باکتریال باعث حفاظت سطوح در برابر تشکیل کپک و قارچ در اماکن عمومی، سرویس‌های بهداشتی، آشپزخانه‌ها و کارخانجات فرآورده‌های غذایی می‌شود. پوشش‌های فوتوکاتالیستی نشان داده است که با آنفولانزای مرغی و سارس در مناطق پرریسک می‌تواند مبارزه کند. هزاران بیمارستان و صدها هزار ساختمان در آسیا و به‌تازگی در اروپا برای محافظت در مقابل عفونت‌های کشنده و آسیب‌های آلودگی محیطی پوشش داده شده‌اند. در محیط‌های مرطوب و شرجی مواد داخلی ساختمان‌ها بستری برای تکثیر میکروارگانیسم‌ها هستند.
پوشش‌های فوتوکاتالیستی شامل نانوذره‌های دی‌اکسید تیتانیوم که می‌تواند راهی برای مبارزه تکثیر میکروبی یا درنهایت کاهش چشمگیر تعداد میکروارگانیسم‌هایی که در مواد داخلی ساختمان‌ها رشد می‌یابند، باشد.
با به‌کارگیری پوشش‌های آنتی‌باکتریال و خودتمیزشونده در کاشی، سرامیک و سنگ و استفاده از آنها در اماکن عمومی مانند بیمارستان‌ها، از انتشار و انتقال باکتری‌های بیماری‌زا ممانعت به عمل آمده و به این ترتیب علاوه بر پیشگیری از شیوع بیماری در بین افراد جلوگیری می‌شود. همچنین با استفاده از نانوپوشش‌های آنتی‌باکتریال ویژگی ضدباکتری ذاتی در سطوح ایجاد می‌شود که با شست وشو یا مواد شوینده از بین نمی‌روند. علاوه بر نانوذرات نقره، نانوذرات اکسیدروی، اکسید مس، اکسید آلومینیوم، دی‌اکسید تیتانیوم و اکسید نیکل دارای خاصیت ضدمیکروبی قوی در برابر با کتری‌های گوناگون هستند. کاشی‌های سرامیکی دارای پایداری شیمیایی و ظاهری بالایی هستند و به همین دلیل به طور گسترده‌ای در محیط‌های مختلف مانند محیط‌های بیمارستانی و خانگی استفاده می‌شوند. متاسفانه کاشی‌های سرامیکی به تنهایی دارای خاصیت آنتی‌باکتریال نبوده و میکروارگانیسم‌ها به راحتی و به‌ویژه در محیط‌های مرطوب روی سطح آن تکثیر می‌شوند. حضور و تکثیر میکروارگانیسم‌ها روی سطح کاشی سلامت انسان را به خطر می‌اندازد. نانوذرات آنتی‌باکتریال سازگار با محیط‌زیست هستند و برای بدن انسان بی‌ضررند. بنابراین با قراردادن این نانوذرات در لعاب کاشی و سرویس‌های بهداشتی، خاصیت آنتی‌باکتریال دائمی در سطوح کاشی ایجاد می‌شود.


عملکرد ضد باکتری نانوذرات
ویژگی ضد باکتری بودن نقره به علت انتشار آرام و آهسته اما مداوم یون‌های نقره است. نسبت سطح به حجم بسیار بالای نانوذرات نقره سبب می‌شود که یون‌ها به سهولت منتشر شده و با سرعت بیشتر و به شکل موثرتری میکرو‌ب‌ها را بکشند. نانوذرات نقره در مسیر مغذی سلول انقطاع ایجاد کرده و سبب می‌شود دیواره و غشای سلولی میکروب‌ها سست و ناپایدار شود. این ناپایداری غشای سلولی به معنی مرگ زودرس میکروب خواهد بود. به این ترتیب بدون استفاده از هیچ‌گونه ماده شیمیایی، میکروب‌ها به شکل موثری از بین می‌روند.
مزایای استفاده از فناوری نانو در صنعت کاشی و سرامیک
• کاهش استفاده از مواد شوینده برای تمیزسازی سطح تا ۷ درصد
• کاهش هزینه‌های پاکسازی و ضدعفونی کردن محیطی
• کاهش دوره‌های پاکسازی
• کاهش آلودگی‌های محیط و محافظت سطوح از تاثیر نم و کثیفی‌ها
• سهولت در تمیز کردن لکه‌های سخت مانند سیلیکون، چربی و روغن با استفاده از آب
• جلوگیری از رشد و گسترش کپک، جلبک و مشابه آنها در محیط‌های بیمارستانی، حمام و سرویس بهداشتی
• کاهش سایش و فرسایش سطوح
• بی‌خطر و سازگار بودن مواد با محیط‌ زیست


نتیجه‌گیری
قانون جدید و مقاومت میکروبی روزافزون در مقابل یون‌های فلزی، آنتی‌بیوتیک‌ها و مقاومت موروثی میکروب‌ها باعث شده است تولیدکنندگان پوشش‌ها به فکر روش‌های جایگزین برای پوشش‌های سنتی ضدمیکروبی باشند. توسعه عوامل ضدمیکروبی با سمی بودن کم و قابلیت جلوگیری از ایجاد آلودگی میکروبی مسئله اصلی در توسعه پوشش‌های نوین در جهت ارتقای سلامت عمومی، بسته‌بندی و تولید غذا و دارو است. پوشش‌های ضدمیکروبی دارای این خواص هستند:
• کنترل موثر باکتری‌ها، کپک و قارچ
• فعالیت انتخابی نسبت به میکروارگانیسم‌های ناخواسته
• نداشتن اثرات سمی برای تولیدکننده و مصرف‌کننده
• فعال بودن در زمان طولانی پس از اعمال روی سطح
• سازگاری با دیگر عوامل اعمال‌شونده روی سطح
• روش اعمال ساده و سازگاری با فرآیند لایه‌های نازک معمول
جلوگیری از رشد چنین باکتری‌هایی با روش‌های فیزیکی به منظور کاهش استفاده از عوامل شیمیایی بسیار مناسب است. اعمال نانوپوشش‌های ضدباکتری که بتواند به روش موثری به سطح بچسبد، می‌تواند رهایش مواد شیمیایی در محیط را کاهش دهد و همچنین از رشد باکتری‌ها جلوگیری کند.


چاپ