مروری بر کاربردهای ویژه نانوذرات دی‌اکسید تیتانیوم
مواد پوششی با TiO2 تا کنون برای نقش‌های خود تمیز‌شوندگی، ضدمیکروبی و ضدبخار استفاده گردیده است. با توجه به این نکته که این نقش‌ها بدون استفاده از مواد شیمیایی و فقط تنها با استفاده از نور خورشید و آب باران به دست آمده است. بنابراین مواد پوشش داده شده می‌تواند به عنوان مواد سازگار با محیط زیست طبقه‌بندی گردند. از آنجا که فناوری نانو، یک رویکرد جدید به همه علوم و فنون می‌باشد، این فناوری در حوزه پزشکی نیز کاربردهای فراوانی دارد.
چالش های مهم تجهیزات و قطعات پزشکی
عواملی مانند اصطکاک، سایش و شرایط محیطی در ابزارآلات و قطعات صنایع پزشکی موجب تخریب سطوح قطعات می‌گردند. از این رو برای حل این چالش، طراحان با استفاده از مهندسی سطح و اعمال نانوپوشش‌ها توانسته‌اند درصد تخریب قطعات را کاهش دهند. همچنین به دلیل حساسیت‌های بالای بهداشتی و بحث زیست‌سازگاری، در سال‌های اخیر فناوری نانوپوشش به کمک حل این موضوع آمده است. فناوری نانوپوشش به دلیل ماهیت نانویی پوشش‌ها، خواص متفاوت و منحصر به‌فردی به ابزارآلات خواهد بخشید. افزایش فوق العاده سختی تا حدود 50 گیگا پاسکال، ضریب اصطکاک 0.01، خنثی بودن شیمیایی و ظاهر زیبا از جمله‌ی این خواص است.
اثرخود تمیز شوندگی
از سطوح آب گریز می‌توان برگ گیاه نیلوفر آبی و یا کاشی را مثال زد. و یا با استفاده از مواد آب دوست، در اثر فعالیت فوتوکاتالیست نیمه هادی TiO2 پوشش شیشه‌ای، کاشی سرامیک و مواد پلاستیکی تهیه گردیده است. اگر این مواد دارای پوشش TiO2 در معرض نور قرار بگیرند، روغن و آلودگی‌های آلی را که روی آن قرار گرفته‌اند تجزیه می‌کنند و اگر در تماس با آب قرار بگیرد به راحتی توسط آب باران شست و شو داده می‌شوند.
نقش ضد بخار
در شیشه و آینه های معمولی بخار آب باعث ماتی سطح آنها می‌گردد. ولی در شیشه و آینه‌هایی که سطح آنها توسط یک لایه نازک TiO2 پوشش داده شده است به علت خاصیت آبدوستی TiO2 در حضور تابش نور به جای قطرات آب یک لایه نازک و یکنواخت آب تشکیل می‌گردد ودیگر حالت ماتی وجود نخواهد داشت. با پوشش TiO2 بر روی سطوح این حالت فوق آبدوستی برای چندین روز تا یک هفته بدون تغییر باقی می‌ماند. بنابراین انتظار داریم با استفاده از این روش که فرآیند راحت‌تر و ارزانتری است، شیشه‌های مختلف مثل آیینه‌ها، عینک‌ها و وسایل دیگر با کمک این خاصیت، ضدبخار تولید گردند. امروزه آیینه‌های جانبی برخی اتومبیل‌ها به این سیستم ضد بخار مجهز گردیده است.
خاصیت ضد میکروبی اکسیدتیتانیوم
TiO2 در اثر تابش نور می‌تواند گونه‌های OH و O2 را تولید نماید. این ترکیبات به غشای خارجی باکتری‌ها که شامل فسفولیپید، پروتئین و LPS لیپوفسفوساکارید می‌باشد، حمله می‌کنند و باعث تخریب باکتری می‌گردد. در روش دیگر یون‌های مس به عنوان کمک کننده به خاصیت فتوکاتالیستی در داخل ذرات TiO2 لایه نشانی می‌شود و مکانیزم تخریب باکتری و ورود مس به داخل سیتوپلاسم را داریم که عمل تخریب باکتری سریعتر و در تابش نورکمتر انجام می‌گردد.
امروزه استفاده از آجرهایی که برای کشتن باکتری‌ها به کار می‌روند می‌توانند در بیمارستان‌ها و وسایل مراقبتی برای کاهش شیوع عفونت و بیماری‌های خطرناک که سیستم ایمنی انسان را ضعیف می‌کند، مفید باشد. تعداد باکتری‌های دیواره‌ی اتاق عمل بعد از به کارگیری آجرهای فوتوکاتالیستی به عدد صفر کاهش پیدا کرده و باکتری‌های موجود در هوا نیز به میزان قابل توجهی تقلیل می‌یابد.
برخی کاربردهای مهم تجاری نانوپوشش‌ها در صنعت پزشکی
کاربردهای نانوپوشش‌ها در صنایع پزشکی رنج وسیعی از جمله ابزارهای پزشکی (جراحی و دندانپزشکی)، ایمپلنت‌های ثابت و موقت، قطعات و تجهیزات مورد استفاده در صنایع داروسازی و سرم‌سازی و بسیاری از تجهیزات و قطعات الکترونیکی و مکانیکی دقیق را شامل می‌گردد.
حضور مایعات الکترولیتی در بدن انسان سبب گردیده است که محیط درونی بدن حتی برای آلیاژهای تیتانیوم و فولاد ضدزنگ بسیار خورنده و فعال باشد. همین موضوع وجود پوشش‌هایی که دارای خواص مکانیکی مناسب بوده و از لحاظ شیمیایی به شدت خنثی باشند را ضروری می‌کند.
مثال‌های معمول برای این موارد ایمپلنت‌های دندانی یا ارتوپدی نظیر مفاصل پوشش داده شده با کربن DLC یا دریچه‌های مصنوعی قلب است. نانوپوشش TiN به علت دارا بودن خواص منحصر به‌فردی که دارد، جای خود را بیش از پیش در صنعت مهندسی سطح پیدا کرده است. از این نانوپوشش در بسیاری از تجهیزات و ابزارآلات پزشکی و دندانپزشکی، جراحی، تجهیزات و قطعات صنایع داروسازی، تیغ ها و چاقوها، ابزارهای برشی و صنایع تزیینی استفاده می‌گردد.
اعمال پوشش بر روی ایمپلنت‌های پزشکی و دندانپزشکی
تجهیزات و ادوات بیوپزشکی برای بهبود و ارتقاء کیفیت زندگی مردم طراحی شده اند. یک قطعه کاشته شده در بدن می بایست بدون نقص و عیب عمل کرده و دارای ویژگی های زیر باشد:
- زیست سازگاری: خنثی بودن از لحاظ شیمیایی (غیرمغناطیسی، غیرهمولیتیک و عدم گرمازایی) تا از پس زدن و یا رخ دادن واکنش‌های مضر جلوگیری گردد.
- اصطکاک پایین: سطوح در حال حرکت باید ضریب اصطکاک خیلی کمی داشته باشند.
- طول عمر بالا: تمامی سطوح یک قطعه کاشته شده در بدن باید دوام و مقاومت به خوردگی بالایی داشته باشند تا از عملکرد بدون مشکل و طولانی مدت آنها اطمینان حاصل گردد.
نانوپوشش های سخت و مقاوم، موارد فوق را به میزان بسیار قابل قبولی برای تمامی مواد متداول مانند فولادهای ضدزنگ، تیتانیوم، سرامیک‌ها و دیگر مواد پیشرفته مورد استفاده در تجهیزات و ابزارآلات پزشکی فراهم نموده است.
اعمال نانوپوشش‌های سخت و مقاوم بر روی ابزارآلات جراحی
در عمل‌های جراحی، پزشکان جراح به ابزارآلاتی دقیق و با کارایی بالا نیاز دارند. جنس نانوپوشش مورد استفاده بر روی ابزارهای جراحی یک جزء مهم و کلیدی در عملکرد آنها است. ابزارهای پوشش داده شده به روش PVD عملکرد بسیار خوبی را از خود نشان می‌دهند، زیرا نانوپوشش‌های تولید گردیده به این روش خواص سطحی ابزارها را بدون تغییر خواص توده موادشان تغییر می‌دهند. ابزارهای جراحی نانوپوشش‌دار براساس کاربردشان، خواص مهمی از جمله زیست سازگاری، غیر جهش‌زا بودن، غیرهمولیتیک بودن، عدم گرمازایی، مانع شیمیایی و عدم سمیت را از خود نشان می‌دهند. ابزارهای پوشش‌دهی شده‌ی تیز لبه‌ی ابزارهای جراحی را برای مدت طولانی حفظ می‌کند. ابزارهای پوشش‌دهی شده از لحاظ ظاهری و زیبایی سطح پوشش راحت‌تر قابل تشخیص هستند. نانوپوشش‌ها مزایای زیادی برای ابزارها و قطعات پزشکی دارند که عبارتند از:
- سختی و چسبندگی مناسب
- مقاومت به سایش بالا
- ضریب اصطکاک پایین
- زیست سازگاری بالا
- مانع شیمیایی
- ظاهر زیبا
کاربرد نانوپوشش‌ها در صنعت بسته بندی محصولات پزشکی و دارویی
کاربرد پوشش دهی در فرآوری و بسته بندی در حوزه غذایی و پزشکی به دلایل بهداشتی بسیار حائزاهمیت است. از این رو مهندسی پوشش‌ها، جهت افزایش عمرکاری قطعات ماشین‌آلات، بهینه‌سازی، بهبود خواص آنتی‌باکتریال و برطرف کردن مشکلات عملکردی مورد استفاده در این صنعت ضروری است. پوشش‌های ویژه برای بهبود خواص سطحی فلزات و دیگر زیر لایه‌ها برای برطرف کردن مشکلات سایش، خوردگی، خودروانکاری، قالب‌گیری در صنایع پزشکی و دارویی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
