محموله های نانومتری (3)

برای ساخت نانو کپسول ها روش های مختلفی وجود دارد. امولسیون یکی از روش های تولید نانوکپسول ها به شمار می رود. به مخلوط ذرات مایع با ابعاد معین که در مایع امتزاج ناپذیر دیگر معلق هستند و روش تولید آن ها امولسیون می گویند.

همان طور که می دانیم مایعات طبیعت آب دوستی و آب گریزی (چربی) دارند. امولسیون معمولاً تلفیق دو مایع با طبیعت آب دوستی مختلف است. یا ماده آبی در ماده روغنی به نانوذره تبدیل می شود یا برعکس نانوذرات چربی در ماده آبی شکل می گیرند. مواد فعال سطحی محلول در حلال های آلی، تجمع های کروی شکلی را تشکیل می دهند و سرقطبی و سرغیرقطبی گروه های فعال کننده سطحی با یک سر آب دوست و یک سر آب گریز به نام سورفکتانت به دو فاز آبی و روغنی کمک می کنند تا در داخل هم پراکنده و منتشر شوند. با تغییر دور همزن اختلاط فاز آبی و روغنی یا فشار  فرآیند آن کنترل ذرات امولسیون شده از ابعاد معمول 1 تا 10 میکرومتر به چند ده نانومتر امکان پذیر است. از یک امولسیون روغن در آب یا آب در روغن برای خلق نانوکپسول های روغنی یا آبی استفاده می شود.

ساخت نانوکپسول ها کار دشواری نیست و به همین علت از منظر زیست شناسی، جذابیت خاصی برای انتقال مواد حیاتی حساس دارند. زمانی كه اندازه ذرات بیشتر از طول موج نور می شود، تا حد زیادی انعكاس و شكست نور به سمت نور آبی منحرف میگردد. هنگامی كه اندازه ذرات كمتر از 100 نانومتر می شود، قسمت بزرگی از نور بدون هیچ گونه مانعی از داخل امولسیون عبور می كند و به آن ظاهری نیمه شفاف و مات می بخشد. در نهایت وقتی اندازه ذرات فاز پراكنده كمتر از 50 نانومتر می گردد، ذرات آنقدر كوچك هستند كه هیچ گونه تداخلی با طول موج نور مرئی ندارند، در این نقطه امولسیون شفاف می شود.

زمینه كاربرد كپسول ها به نوع امولسیون مورد استفاده بستگی دارد؛ مثلاً تزریق وریدی مستلزم استفاده از نانوكپسول های آبی است، بنابراین برای ساخت كپسولهای مذكور بایستی از امولسیون آب در روغن استفاده شود. با این حال، طبیعت مواد كپسوله شده- یعنی آب دوست یا آب گریز بودن آنها- نیز نوع نانوكپسول مورد نیاز را دیكته می كند. كه ممكن است با كاربرد مورد نظر تطابق نداشته باشد. روكش دهی كپسول ها با لایه های دیگر ممكن است این مغایرت را رفع نماید. برای روكش دهی می توان از پروتئین ها، پلیمرها و دیگر مواد طبیعی و مصنوعی سود جست و آنها را بر حسب خواص گوناگونی به غیر از آب دوستی یا آب گریزی، نظیر چسبندگی، مقاومت در برابر محیط های مختلف و غیره انتخاب كرد. علاوه بر این، می توان از كپسولهای موقتی (یا الگوها) به عنوان شالوده لایه های دیگر استفاده كرده و سپس آنها را از بین ببرد.

همچنین مولکول‌هایی وجود دارند که به خودی خود نانو کپسول به حساب می‌آیند، زیرا آنها در یک طرف آب گریز و در طرف دیگر آب دوست هستند. در این حالت بخش‌های آب گریز مولکول درون آن جای می‌گیرند و آن را از تماس با آب حفظ می‌کند. برای ساخت این نوع کپسول‌ها از امولسیون آب و روغن استفاده می‌شود.

از آنجا که این نوع کپسول‌ها دارای خواص آب گریزی و آب دوستی هستند بنابراین در هنگام استفاده از آنها ممکن است یک اختلال ایجاد شود که در بعضی مواقع با هدف کاربردی مورد نظر سازگاری پیدا نمی‌کنند و به همین دلیل باید روکش شوند. برای روکش کردن این کپسول‌ها همان طور که گفتیم از پروتئین‌ها، پلیمرها و مواد مصنوعی و طبیعی دیگری استفاده می‌کنند.

دانشمندان در استرالیا نانوکپسولی ساخته اند که هدف آن رساندن داروهای ضد سرطان به تومورها می باشد، و عوارض جانبی بافت سالم را کاهش داده است. این نانو کپسول با آنتی بادی پوشش داده شده ، از جریان خون به سمت تومورهدایت می شود. در تومور با تاباندن نورنزدیک به مادون قرمز لیزر بی ضرر پوست ، باعث بازشدن نانو کپسول و تخلیه محتویات آنها می شود. در این نانو کپسول از ذرات طلا استفاده کرده اند.این ذرات طلا که حساس به نور لیزر است و اجازه می دهد نانوکپسول محموله دارویی خود را در زمان مورد نظر تخلیه نماید.در خارجی ترین لایه ازاین نانوکپسول که متشکل از چربی است انواع مختلفی از آنتی بادی برای کمک به هدف رسانی نانو کپسول برای تومورهای خاص متصل است.

نانوکپسول های تغییر فازدهنده

هر ماده ای در مجاورت حرارت گرما جذب می کند و دمای آن به طور ثابتی زیاد می شود. بالعکس در مجاورت سرما، گرما از جسم آزاد شده و به محیط باز می گردد. در فرآیند سرد شدن دمای ماده بطور مداوم کم می شود. یک لباس معمولی حدود یک ژول بر گرم گرما جذب می کند تا دمای آن یک درجه سلسیوس افزایش یابد. این افزایش دما در زمانی که جسم به دمای ذوب می رسد متوقف می شود. گرمای جذب شده صرف ذوب کردن ماده و شکستن پیوندهای داخلی آن می شود، لذا دما، حین ذوب ثابت می ماند. مواد مختلف رفتار متفاوتی را در برابر حرارت از خود نشان می دهند. جذب گرما در فرآیند ذوب شدن یک ماده تغییر فاز دهنده این تفاوت را با سایر مواد دارد که در مذاب شدن این ماده مقدار گرمای بسیار بیشتری مصرف می شود. یک ماده تغییر فاز دهنده پارافینی تحت فرآیند ذوب شدن 200 ژول بر گرم جذب می کند. برعکس گرمای جذب شده بسیار بالا توسط پارافین در فرآیند ذوب در هنگام سرد شدن و انجماد به محیط باز می گردد. استفاده از مواد تغییر فازدهنده پارافینی در منسوجات می تواند باعث ارتقای ظرفیت حرارتی منسوجات شود. در فرآیند کامل ذوب شدن دمای ماده تغییر فاز دهنده مانند محیط پیرامونش ثابت می ماند و گرمای نامطلوب ایجاد نمی شود. این فرآیند در هنگام سرد شدن هم تکرار می شود. به این ترتیب می توان لباسی را ساخت که در تابستان خنک و در زمستان گرم نگه دارد. پارافین هم حالت جامد و هم حالت مایع دارد.

برای جلوگیری از پخش شدن پارافین مذاب، پارافین در داخل کپسول قرار می گیرد. کره های محتوی ماده تغییر فاز دهنده میکروکپسول نامیده می شوند. این میکروکپسول ها در داخل ماتریس پلیمری لباس اساس قفل می شوند و در سطح یک ساختار منسوج می مانند.

در حال حاضر نانوکپسول های تغییر فاز دهنده از پارافین، روغن های آلیفاتیک، روغن های آلی و معدنی در داخل و از موادی مانند ملامین به عنوان پوسته و از موادی مانند نقره در لایه بیرونی استفاده می کنند. یکی دیگر از کاربردهایی که برای نانوکپسول ها مطرح است. مصالح خود ترمیم شونده است. در این مواد با ایجاد خرابی به نانوکپسول ها آسیب رسیده و نانوکپسول ها مصالح عمل اصلاح را انجام می دهند.