وبلاگ

از فناوریهای نوینی که اخیرا وارد عرصه ی گیاهی و به طبع آن کشاورزی شده است، استفاده از فناوری نانو می باشد. نانوتکنولوژی دستكاری یا مجتمع كردن اتمهای منفرد، مولكولها یا توده های مولكولی به ساختارهایی با ویژگیها و صفات جدید بسیار متفاوت است. این بین استفاده از نانو ذرات نقره و دی اكسید تیتانیوم گسترش زیادی پیدا نموده است.

 

2-1- نانوذرات

 

در سالهای اخیر کاربردهای نانوتکنولوژی در شاخه های علوم زیست شناسی و پزشکی مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف استفاده از ذرات نانو رساندن مواد دارای ویژگیهای خاص برای درمان بیماریهای گیاهی است. اخیرا اندازه ی ذرات نانو به زیر100 نانومتر رسیده است که در رشته های علوم زیستی و پزشکی کاربرد داشته و کابردهای تجاری، اقتصادی و… آن کاملا مشهود است (میشرا و همکاران[1]، 2009 کوریدور و همکاران[2]، 2009).گیاهان عالی به شدت با اتمسفر و محیط زیست خود در تقابل هستند، مطالعه روی سمیت نانو مواد هنوز ضروری است و به نظر می رسد اثرات منفی روی رشد و نمو گیاهان داشته باشند(مونیکا و همکاران[3]، 2009). نانوبیوتکنولوژی از ترکیب دو علم بیوتکنولوژی و نانو بوجود آمده است. نانوذرات به صورت تجمعی از اتمها یا مولکولها با حداقل اندازه ی بین 1و100نانومتر می باشند(موهانراج و همکاران[4] ، 2006و مونیکا و همکاران، 2009). اینکه ذرات نانو را بتوان کاملا از مواد مختلف ساخت و اینکه آنها بتوانند فعالیتهای وابسته به ترکیبات شیمیایی و اندازه یا شکل ذرات را توضیح دهند، چندان ارزشمند نیست. گیاهان عالی، دارای اثرات متقابلی بین محیط  خاکی و اتمسفر خود می باشند و انتظار می رود که توسط ذرات نانو نتایج بیشتری از این اثرات بدست آید. مطالعه روی سمیت مواد نانو و به طور اساسی مدارکی دال بر اثرات منفی آنها روی رشد و نمو گیاهان هنوز ضروری است( مونیکا و همکاران، 2009).

 

ذرات نانو می تواند از مواد مختلف مثل پروتئینها، پلی ساکاریدها و پلیمرهای سنتز شده تهیه شوند. انتخاب این مواد وابسته به فاکتورهای زیر است:1)اندازه ی ذرات نانوی مورد نیاز2)برنامه های ذاتی داروها مثل حلالیت و ثبات آبی آنها3) ویژگیهای سطحی آنها مثل بار و نفوذپذیری4)درجه ی گرادیان زیستی، مطابقت زیستی و سمیت5) میل به آزاد شدن دارو و6) آنتی جنیسیتی[5] محصول پایانی.

 

ذرات نانو از 3طریق بدست می آید.1)انتشار پلی مرهای تشکیل شده2)پلی مریزاسیون مونومرها و3)انعقاد یونی یا توده سازی پلی مرهای هیدروفیل. اگرچه روش های دیگری هم مثل تکنولوژی سیالات و انعکاس ذرات در قالبهای ضد آب(پرینت) هم به عنوان روش هایی برای تولید ذرات نانو به کار می رود(موهانراج و همکاران، 2006)

 

نانوذرات به صورت های مختلفی وجود دارند مثل آهن و آهن اکسیداز که به صورت فلزی می باشند. نانوذرات از مواد آهن دار و یا مواد فری مغناطیسی با اندازه ی کوچک (معمولا 10 تا20 نانومتر) بدست می آیند که می توانند نوع خاصی از مغناطیسم به نام سوپرمغناطیسم را ایجاد کنند. نانوذرات مغناطیسی Fe از لحاظ کاربردهای دیگر در زمینه ی ترکیبات الکتریکی اهمیت دارند(مثل ترنسفرمرها) و در سنسورها وترنسفرماتورها هم کاربرد دارند (کالوزا و همکاران[6]، 2008) چندین روش استفاده شده برای کشف ذرات نانوفلزی در نمونه های بافتی بزرگ یا بافتهای زنده بدست آمده، كه باعث رشد تشخیص و درمان بیماریها در سیستم عصبی مرکزی شده است(کوریدور و همکاران، 2009).  یکی از نانوذراتی که امروزه به میزان زیادی کاربرد دارد نانو ذره ی تیتانیوم دی اکسید است(نوروزی و همکاران، 1390). از دید سم شناسی نانوذره ی تیتانیوم دی اکسید بسیار در مطالعات اكسیدهای فلزی مورد بررسی قرار گرفته است. یكی از دلایلی كه این نانوذره توجه زیادی را به خود جلب كرده تنوع استفاده از آن در صنعت است. نانوذره ی تیتانیوم دی اکسید اولین

 نانوذره ای بود كه باعث ایجاد تحولاتی در عرصه ی صنعت و تحقیقات شد. این نانوذره معمولا به صورت معدنی و به سه فرم كریستالی با عناوین روتیل، آناتاز و بروكیت؛ و غیر كریستالی وجود دارد. نانوذره ی تیتانیوم دی اکسید در پوشش دهی سطوح، لامپهای الكترونی دوقطبی، اتاقك های نوری، اسپری های ضدعفونی كننده، كالاهای ورزشی و كرم های ضد آفتاب كاربرد دارد. از پیش نیز می دانستیم كه نانوذره ی تیتانیوم دی اکسید روی سیستم زیستی اثر دارد. نانوذره ی تیتانیوم با اثر بر روی سیستم ردوكس واكنشهای مختلف اكسیژنی(ROS) را در حضور اشعه ی UV راه می اندازد.(کیم و همکاران[7]، 2010).

 

نانوذرات در ابتدا توسط صنعتگران بین النهرین برای ساخت ظروف درخشان به کار رفت. نانوذرات در سال 1857 توسط آزمایش فارادی تحت عنوان” آزمایش ارتباط بین طلا (و دیگر عناصر) با نور”  اثبات شد. ثابت شده است که موجودات محتلف هم می توانند نانوذرات را سنتز کنند. ازجمله: گیاهان، قارچ ها و باکتریها (ویتیا و همکاران[8]، 2011). در واقع نانوتکنولوژی یک صنعت رو به پیشرفت است که تاثیر آن بر روی اقتصاد، جامعه و محیط مشهود است. مهندسین علم نانو، آن را به 4 گروه تقسیم می کنند: (1): مواد با پایه ی کربنی، معمولا شامل فلورسنس، نانوتیوب های کربنی تک دیواره(SWCNT) و نانوتیوب های کربنی چند دیواره(MWCNT). (2): مواد با پایه ی فلزی مثل نقاط کوانتومی، نانوطلا، نانوروی، نانوآلومینیوم، و نانوذرات بر پایه ی اکسیدهای فلزی مثل تیتانیوم دی اکسید ، روی اکسید و آلومینیویم اکسید. (3): دندریمرز: که پلی مرهای با مقیاس نانو هستند که از اتصال واحدهای مستعد برنامه ریزی برای انجام عملکرد های شیمیایی ساخته می شوند. و (4): ترکیبی: که ترکیب نانوذرات با دیگر نانوذرات یا مواد بزرگترهستند که مواد جدیدی می سازند. مطالعات محدودی روی اثرات مثبت و منفی نانوذرات روی گیاهان انجام گرفته است(لین و همکاران[9]، 2007). مخلوطی از نانوذره ی روی اکسید و تیتانیوم دی اکسید بر روی افزایش نیترات ردوکتاز سویا[10]انجام گرفت که در طی آن توانایی جذب و استفاده ی آب و کود، تحریک سیستم آنتی اکسیدانی و جوانه زنی و رشد افزایش داشت(لو و همکاران[11]، 2002). گزارش ها حاکی از آن بود که نانوذره ی تیتانیوم دی اکسید، متابولیسم نیتروژن و فتوسنتز را افزایش داد و باعث بهبود رشد اسفناج شد(لین و همکاران، 2007).

 

1-2-1- انواع نانوذرات

 

با وجود اینکه نانوذرات و علم آن جدید می باشد و واژه های آن تنها مدتی است که در بین عموم، رواج یافته است، اما شناخت انواع آن و کاربردهای مختلف آن روز به روز بیشتر و پیشرفته تر می شود. چنانکه از انواع مختلف آن می توان به نانوذرات طلا، نقره، فلورسنس، تیتانیوم دی اکسید و… اشاره کرد. ذرات فلورسنس C60، نانوموادی کربنی و هیدروفوب با خاصیت حل شوندگی بالا در ترکیبات مختلف آلی و غیر آلی مثل، ویتامین ها، آمینواسیدها و مواد معدنی موجود در خاک هستند.

 

نانوذرات طلا(GNPs) دارای چندین خاصیت است که از جمله می توان به کاربرد آن در ساخت داروها و درمان بیماریها اشاره کرد. مقاومت سطحی طلا باعث شده است تا یکی از مهمترین مواد مورد استفاده در علم نانوتکنولوژی باشد. نانوکریستالهای طلا و آلیاژهای آن درون سلولهای باکتریهای لاکتیک اسید سنتز می شود. در مطالعات دیگری که انجام شده، باکتریها، اکتینومیستها، آرک ها[1] و قارچها با اتصال ذرات طلا، رسوب می کنند. مثلا PGP باسیلوس سوبتیلیس[2] و سودوموناس آئروژینوزا[3] ذرات کلوئیدی طلای درون سلولی و خارج سلولی را در حضور محلول AuCl 4- را رسوب می دهند. نانوذرات نقره(SNPs)؛ قدرت ضد باکتری بالایی حتی در غلظت های کم دارند. در مطالعات انجام شده بر روی نقره، نشان داد که حتی در بزرگترین اندازه وکمترین غلظت خاصیت مهارکنندگی رشد میکروبها را دارند. هرچند مکانیسم واقعی مهار رشد باکتریها توسط آن، هنوز مشخص نشده است(میشرا و همکاران، 2009).

 

2-2-1- 1نانوذره ی تیتانیوم دی اکسید[1](TiO2)

 

پیشرفت فناوری نانو و كاربردهای وسیع نانو ذرات در صنایع مختلف باعث شده است كه بررسی اثرات مخرب نانو مواد برروی موجودات اهمیت زیادی داشته باشد.امروزه از اكسید تیتانیوم بخاطر واكنش پذیری بالا و پایداری شیمیایی در برابر نور فرابنفش  در خالص سازی آب، گندزدایی سطوح و پاكسازی هوا، ساخت سلولهای خورشیدی و حسگرهای پایه نیمه هادی و فوتوکاتالیست ها[1] استفاده میشود و كاربرد زیادی نیز در صنایع رنگ سازی و مواد آرایشی دارد.اکسید تیتانیوم در طبیعت به سه شكل روتایل، آناتاز و بروكیت یافت میشود كه روتایل پایدارترین شكل آن است. دو فاز آناتاز و بروكیت به ترتیب در حدود دمای 915 و 750 درجه ی سانتیگراد به روتایل تبدیل میشوند. (رضایی زارچی، 1390؛ ملک فر و همکاران، 1389)

 

[1] Photocatalyst

 

[1] Titanium Dioxide Nanoparticle

 

[1] archaea

 

[2] Basilus subitilis

 

[3] Psodomonas aeruginosa

 

[1] Mishra et al

 

[2] Coreedor et al

 

[3] Monica et al

 

[4] Mohanraj et al

 

[5] Anti Genisity

 

[6] Kaluza et al

 

[7] Kim et al

 

[8] Vithiya et al

 

[9] Lin et al

 

[10] Glycin max

 

[11] Lu et al