نانو ذرات نقره، ذراتی کوچک با کارایی وسیع

در سال‌های اخیر پیشرفت‌های زیادی در زمینه علوم و فناوری نانو صورت گرفته که به خصوص در پیشگیری، تشخیص و معالجه بیماری‌ها تغییرات فراوانی ایجاد کرده است. نانو ذرات نقره (AgNPs) یکی از مهم‌ترین و جذاب‌ترین در بین نانوذرات فلزی است. از نانو ذرات نقره (AgNP) به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد، به طور فزاینده‌ای در زمینه‌های مختلف از جمله علوم پزشکی، غذایی، بهداشتی و صنعتی استفاده می‌شود. شناخت این نانو ذره کمک فراوانی به علوم مختلف کرده است. این مطلب نگاه جامعی به نانو ذرات نقره و نحوه عملکرد آن است. 

اهمیت نقره

نقره فلزی سفید براق و با ارزش در عین حال یک آنتی بیوتیک طبیعی است که باکتری‌ها را از بین می‌برد. این مزیت از زمان‌های بسیار قدیم تشخیص داده شده بود. در گذشته رومی‌های ثروتمند با چاقو، چنگال و قاشق نقره غذا می‌خوردند. آنها فهمیدند که نقره باعث می‌شود که بیمار نشود. البته امروزه خوردن غذا در ظروف نقره بیشتر به منظور نشان دادن ثروت افراد است تا بحث سلامتی؛ ولی نقره همچنان در پزشکی جایگاه خودش را دارد.(4)

در دهه گذشته، استفاده از نقره به عنوان کشنده میکروب به طرز چشم گیری گسترش داشته و این افزایش کاربری فقط در زمینه پزشکی نبوده است. از حدود سال 2005، شرکت‌ها شروع به افزودن فرم خاصی از نقره به طیف گسترده‌ای از محصولات خود کردند. این نقره به شکل ذرات ریز و شگفت انگیزی به نام نانو ذرات نقره بود. امروزه از نانو ذرات در جوراب، مسواک، ماشین لباسشویی، جاروبرقی و سایر موارد استفاده می‌شود. اما چطور این ذرات ریز اینقدر پر اهمیت شدند؟

نانو ذرات نقره، ذراتی کوچک با سطح بزرگ

 فناوری نانو به سرعت در حال پیشرفت است. این فناوری به اثر گذاری ذرات نانو با اندازه میلیاردم متر و تولیدات حاصل از آنها، تاکید دارد. یکی از موثر‌ترین نانو ذرات، نانو ذره نقره است. اما چرا ؟

سال‌ها است که نقره به دلیل خاصیت ضد باکتری و ضد قارچی طبیعی که دارد در درمان‌های پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. نانو ذره نقره معمولا اندازه 25 نانومتر دارد. نانو نقره آنقدر ریز است که می‌تواند به فضاهای کوچک راه پیدا کند. از طرفی با وجود اینکه این ذرات نانو نقره بسیار کوچک هستند، سطح آنها بسیار زیاد است. این بدان معنی است که نسبت به حجم آنها، سطح نسبتاً بزرگی دارند. هرچه سطح بیشتر باشد، واکنش‌های شیمیایی آن بیشتر است. (4) به همین دلیل قابلیت تماس آن با باکتری‌ها و قارچ‌ها افزایش پیدا می‌کند و سبب بهبود عملکرد میکروب کشی آن خواهد شد.

 نانو ذرات نقره (AgNP) به دلیل توانایی آن در از بین بردن عوامل بیماری زا با قدرت بالا در غلظت‌های کم، محبوبیت پیدا کرده‌اند. این نانو ذرات در تماس با باکتری‌ها و قارچ‌ها بر متابولیسم سلولی آنها تاثیر منفی می‌گذارد و از رشد سلولی آنها جلوگیری می‌کند و مانع رشد آن دسته از باکتری‌ها و قارچ‌هایی می‌شود که باعث عفونت، خارش و زخم می‌شوند. (2) توانایی نانو نقره برای جلوگیری از شیوع عفونت به دلیل آزاد شدن یون‌های نقره (Ag +) از سطح این ماده است که قادر به از بین بردن ترکیبات گوگرد و فسفر در باکتری‌ها، قارچ‌ها یا ویروس است. (3)

نانو ذرات نقره عملکرد سریع و کارآمدی دارند، غیرسمی، آنتی آلرژیک و غیر محرک هستند، در آب پایدارند و در هوا اکسید نمی‌شود، مقاومت بالایی دارند و هیدروفیلیک هستند. علاوه بر این، AgNP‌ها به دلیل خواص ضد میکروبی، نوری، الکتریکی و کاتالیزوری نیز مشهور هستند.(5) تمام این ویژگی‌ها سبب شده که نانو ذرات نقره علاوه بر کاربرد‌های پزشکی در محصولات بهداشتی، مواد آرایشی، محصولات خانگی، لباس زیر زنانه، حوله‌های بهداشتی، اسپری ضدعفونی کننده، پوشش دهنده‌های سطوح الکترونیک، منسوجات، فلزات، چوب‌ها، سرامیک‌ها، شیشه، کاغذها، ترکیب با رزین پلاستیک، استفاده در الیاف و بسیاری دیگر موارد کاربرد داشته باشند. (2)

نحوه عملکرد نانو ذرات نقره در از بین بردن باکتری ها

از عناصر مختلف فلزی که به عنوان از بین برنده‌های باکتری شناخته شده‌اند؛ نانو ذرات نقره به دلیل اثرات مهارکنندگی و باکتری کشی قوی بیشتر مورد توجه قرار دارند. نحوه عملکرد آنها را می‌توان به دو صورت تفسیر کرد.

یک مسیر بالقوه این است که AgNP‌ها، پس از تعامل با باکتری‌ها، گونه‌هایی از اکسیژن فعال و رادیکال‌های آزاد را به آنها القا می‌کنند، بنابراین به اندامک‌های داخل سلولی آسیب می‌رسانند. در مکانیزمی دیگر قابلیت چسبندگی AgNPs به دیواره باکتری مطرح است که به دنبال آن نانو ذرات نقره با آسیب رساندن به غشای سلول باکتری به داخل آن‌ها نفوذ کرده و منجر به نشت محتوای سلولی و مرگ آن می‌شود.(5)

به عنوان مثال ارزیابی فعالیت ضد میکروبی AgNP‌های کوچک (12 نانومتر) توسط Das و همکارانش نشان داد که این NP‌ها مهارکننده‌ای عالی در برابر باکتری‌های گرم مثبت و گرم منفی، از جمله باکتریهای استافیلوکوک، استافیلوکوکوس اورئوس و سودوموناس آئروژینوزا هستند. (5)

در عین حال نانو ذرات نقره در برابر ویروس‌های مختلف از جمله ویروس نقص سیستم ایمنی، ویروس هپاتیت B، ویروس هرپس سیمپلکس، ویروس پاراآن بسیار موثر هستند.(5)

اگر نانو نقره وارد سلول‌های انسانی شود چه اتفاقی می‌افتد؟

جیم هاچیسون از جمله دانشمندانی است که سعی در پاسخ به این سوال دارد. وی شیمیدان و متخصص نانو ذرات در دانشگاه اورگان است.

هاچیسون می‌گوید، مشهورترین اثر سوء نقره، بیماری است به نام آرگیریا. معمولا افرادی که در معرض مقادیر زیادی نقره هستند ممکن است دچار این بیماری شوند. آرگیریا سبب می‌شود پوست به رنگ آبی خاکستری در آید. اما به نظر نمی‌رسد روی سایر ویژگی‌های سلامت شخص تاثیر بگذارد.

در گذشته که بسیاری از نجیب زادگان از ظروف نقره برای غذا خوردن استفاده می‌کردند، گاهی به آرگیریا که اصطلاحا به آن خون آبی گفته می‌شد، مبتلا می‌شدند. خون آبی مقدار زیادی نقره کلوئیدی دارد. نقره کلوئیدی مایعی است که ذرات نقره در آن معلق است. (4) نقره کلوئیدی علاوه بر آرگیریا در جذب آنتی بیوتیک و داروی کمبود تیروئید هم اختلال ایجاد می‌کند. (6)

به طور کلی تحقیقات هاچیسون نشان داده که نانو ذرات نقره و یون‌های نقره برای افراد مضر نیستند. البته او تاکید دارد که هرگز اثبات اینکه یک فناوری جدید به طور کامل ایمن است وجود ندارد و از طرفی امکان اثبات اینکه که ممکن است سمی باشد هم، وجود ندارد. (4) با این وجود هاچیسون به این نکته اشاره دارد که با مصرف دوز بالای نقره در محصولات مختلف، هر احتمالی را می‌توان در مورد اثرات جانبی مضر آن در نظر داشت.

نانو ذرات نقره در صنایع غذایی

در صنایع غذایی، نانو ذرات نقره برای بسته بندی و نگهداری به منظور افزایش ماندگاری و کیفیت مواد غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. مطالعات نشان داده است که AgNP‌های گنجانده شده در بسته بندی مواد غذایی ممکن است به مواد غذایی نفوذ کنند و مورد استفاده قرار گیرند. میزان مصرف نقره در حدود 20-80 میکروگرم، مشکلی به وجود نخواهد آورد؛ ولی در مقدار بیشتر بر روی لایه مخاط اثر کرده و به جریان خون منتقل شده و به هر عضو دسترسی پیدا کنند. (5)

اثر نانو ذرات نقره روی پوست

پوست یکی از بزرگترین بخش‌های بدن که به نوعی دیوار دفاعی بدن است که پتانسیل بالایی در جذب نانو ذرات نقره دارد. این نانو ذرات به پوست سالم یا ترک خورده نفوذ کرده و از طریق خون به بخش‌های مختلف بدن منتشر می‌شود. نانو ذرات نقره از طریق لوازم آرایش، ضدعفونی کننده‌های دست، پانسمان‌های پزشکی و پارچه‌های نانو با پوست در تماس هستند. (5)

اثر نانو ذرات نقره به محیط زیست

وجود نانو ذرات نقره در مقدار کم آسیبی به محیط زیست وارد نمی‌کند اما بحث سر استفاده طولانی مدت از حجم بالای این نانوذرات است. نانو ذرات نقره بیشتر از اشکال بزرگتر نقره، مواد شیمیایی منحصر به فرد تولید می‌کنند که به عنوان گونه‌های اکسیژن بسیار واکنش پذیر شناخته می‌شوند. این مواد شیمیایی. از رشد باکتری‌های مفید جلوگیری می‌کنند. (8)

 به عنوان مثال ماشین‌های لباسشویی‌هایی که با نانو ذرات نقره پوشیده شده‌اند بعد از هر بار شستشو و آبکشی، این ذرات را به فاضلاب منتقل می‌کنند که در اکثر موارد فاضلاب‌ها به رودخانه و دریاچه‌های می‌ریزند. مینارد می‌گوید: از آنجا که این نانو ذرات بسیار کوچک هستند، می‌توانند در فواصل طولانی در آب جریان داشته و توسط ماهی‌ها جذب شوند. در عین حال ممکن است به صورت رسوبات در ته رودخانه و دریاچه ته نشین شوند و به موجودات میکروسکوپی مفید آن مناطق آسیب بزنند. این موجودات میکروسکوپی اکثر موارد نقش حیاتی در چرخه زیستی موجودات دریایی دارند و حیوانات مرده و باقی مانده گیاهان را تجزیه می‌کنند و بعد از تجزیه نیتروژن، فسفر و کربن موجودات مرده را دوباره بازیافت می‌شوند و مورد استفاده موجودات آبزی دیگر خواهند بود. (4)

حالا اگر این میکروارگانیسم‌های ریز توسط نانو ذرات نقره از بین بروند و نتوانند کار خود را انجام دهند، مواد غذایی موجودات دریایی کاهش پیدا می‌کند و صدمات جبران ناپذیری به محیط زیست وارد می‌شود. (4)

استفاده از آب تصفیه شده فاضلاب به عنوان کود هم روشی معمول است. اگر مقادیر زیادی از نانو ذرات نقره در آب وجود داشته باشد، ممکن است خاکی که برای پرورش محصولات غذایی استفاده می‌شود آسیب ببیند. (8)

  آیا نانو ذرات نقره برای انسان مسمومیت ایجاد می‌کند؟

انتظارات زیادی در مورد استفاده از نانو ذرات وجود دارد. با این حال، اثر سمی Ag NPs بر روی موجودات زنده و مشکلات بهداشتی مربوط به آن زمانی نگران کننده است که غلظت آنها از حد مشخصی فراتر رود. اما، وقتی نقره به عنوان نانو ذره وجود داشته باشد، سمیت کاهش می‌یابد زیرا از طریق ادرار و مو از بین می‌روند. با این حال، دانش فعلی در مورد سمیت Ag NP‌ها برای انسانها بر اساس آزمایشات آزمایشگاهی و آزمایشات حیوانی است و در مورد سمیت آنها اتفاق نظر جدی وجود ندارد. بنابراین، ایمنی Ag NPs هنگام استفاده برای بدن انسان نیاز به بررسی بیشتر دارد. 

نانو ذرات نقره به عنوان آخرین خط دفاعی در برابر ویروس ها

در حال حاضر جهان در دوره پاندمیک کرونا قرار دارد. هیچ درمانی برای این بیماری نیست و هیچ واکسن مورد تاییدی کشف نشده است. تنها راه اجتناب از این بیماری جلوگیری از تماس با این ویروس است. استراتژی‌های مختلفی در این زمینه مطرح شده است که مهم‌ترین آنها استفاده از ماسک است. اما آنچه که بیشتر باعث پخش این ویروس شده سطوح آلوده و تماس دست با این سطوح است. اقدامات ساده‌ای می‌توان انجام داد تا تا مانع این انتشار شویم. (9)

ویروس‌ها در حقیقت موجود زنده‌ای نیستند و تنها ساختار‌های RNA، DNA هستند که برای عملکرد نیاز به سلول زنده دارند. به همین دلیل بسیار آسیب پذیرند. Ag NP‌ها احتمالاً بر روی سطح ویروس عمل کرده و از نظر جسمی تماس با سلول‌های میزبان را مهار می‌کنند. (10) در ساختار ویروس اتم گوگرد وجود دارد که با نقره واکنش نشان می‌دهد و در حقیقت تخریب می‌شود.

نانو ذرات نقره با ساختار خاصی که دارند می‌توانند روی سطوح که آلوده به ویروس هستند پخش شوند و این ویروس‌ها را از بین ببرند. یکی از این بررسی‌ها انجام شده در این زمینه نشان داد که استفاده از ضدعفونی کننده‌های سطوح حاوی نانو ذرات نقره نسبت به انواع معمولی 50 درصد در از بین بردن میکروب‌ها موثر‌تر بوده است. (9)

مواد ضدعفونی کننده نانو سیلور راهی بی خطر برای مبارزه با کرونا 

 ضد عفونی کننده‌های نانو سیلور دسته‌ای جدید از مواد ضدعفونی کننده بدون الکل هستند که کاربرد آنها به سرعت در حال گسترش است. این مواد طیف گسترده‌ای از میکروارگانیسم‌ها مثل انواع میکروب، ویروس، باکتری، قارچ را از روی سطوح و دست پاک می‌کنند بدون اینکه نیازی به شستشو داشته باشد. آنها اثرات منفی ناشی از استفاده الکل را ندارند. برسی‌ها نشان داده است که ضدعفونی کننده نانو سیلور خطر ابتلا به عفونت‌های بهداشتی را تا به مقدار زیادی کاهش می‌دهد. و تقریبا پس از استفاده، حدود 99 درصد از میکروب‌ها و باکتری‌ها و بسیاری از ویروس‌ها از بین می‌برد. (11 و 12)

مواد ضدعفونی کننده نانو سیلور با موادی ساخته می‌شوند که معمولا ضد کف هستند، محرک پوست و چشم نیستند و با محیط زیست سازگارند. چون حاوی مواد غلیظ شیمیایی، نیترات‌ها، آنزیم‌ها، فسفات‌ها، اسیدهای چرب، حلال‌های سمی هیدروکربن، سورفاکتانت‌های غیر قابل تجزیه زیست و مواد تخریب کننده ازن نیست.(11) از آنها می‌توان روی دست و بدن، مبلمان، لباس، پارچه، فرش، فیلترهای تهویه هوا، دیوارها و کف استفاده کرد. با این تفاسیر شاید انتخاب ضدعفونی کننده‌های نانو سیلور بهترین راه برای مبارزه با کرونا باشد. 

منابع

1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5037809/
2. https://www.nanosilver.com.my/nano-tech-facts/what-is-nano-silver/
3. https://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=4446
4. https://www.sciencenewsforstudents.org/article/nanosilver-naughty-or-nice
5. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7177798/
6. https://www.healthline.com/health/colloidal-silver#takeaway
7. https://www.healthline.com/nutrition/colloidal-silver#should-you-use-it
8. https://www.sciencedaily.com/releases/2008/04/080429135502.htm
9. https://ras-ag.com/coronavirus/
10. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6695748/
11. https://product.statnano.com/product/11659/nano-silver-sanitizer
12. https://www.lazada.com.my/products/nano-silver-multipurpose-sanitizer-nsms-hand-sanitiser-non-alcohol-50ml-ready-stocks-i933124275.html