علمی، پژوهشی و فناوری

حاصل همکاری محققان ایرانی و ایرلندی؛

طراحی نانوژنراتورهای پوشیدنی ضد باکتری

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری : از ستاد ویژه توسعه فناوری‌های نانو، نانوژنراتورهای تریبو الکتریک (TENGs) که انرژی خود را از حرکات فیزیکی به دست می‌آورند، در دهه‌های اخیر توجه بسیاری را در صنایع مختلف به خود جلب کرده‌اند.

این فناوری به ویژه در زمینه‌های تجهیزات پوشیدنی و دستگاه‌های پزشکی از پتانسیل بالایی برخوردار است. اما یکی از چالش‌های اصلی استفاده از این دستگاه‌ها، تماس مستقیم آن‌ها با پوست و خطر رشد باکتری‌هاست. به‌همین دلیل، انجام تحقیقاتی در این زمینه برای بررسی تعاملات میان بار الکتریکی، مواد میزبان و رشد باکتری‌ها اهمیت زیادی دارد.

محققان دانشگاه‌های شریف، امیرکبیر و تهران با همکاری محققان ایرلندی در یک مطالعه جامع، به بررسی اثرات قطبیت بار الکتریکی و جنس مواد میزبان در مبارزه با باکتری‌ها پرداخته‌اند. این تحقیق روی دو مدل باکتری منفی بار، اشریشیا کلی (E. coli) و استافیلوکوکوس اورئوس (S. aureus)، انجام شده است.چگونه بار الکتریکی رشد باکتری‌ها را کنترل می‌کند؟ این تحقیق نشان داد که با استفاده از مواد میزبان به بار مثبت (مانند آلومینیوم یا اکسید گرافن)، رشد باکتری‌ها به طور قابل توجهی مهار می‌شود. این اثر به دلیل تعاملات الکترواستاتیکی میان باکتری‌ها و مواد میزبان است که به جذب الکترون‌ها از زنجیره تنفسی باکتری‌ها منجر می‌شود. در نتیجه، انرژی باکتری‌ها مختل شده و رشد آن‌ها متوقف می‌شود. این رفتار، به‌ویژه در برابر آلومینیوم و اکسید گرافن، مشاهده شد.

اما نکته جالب‌تری که در این تحقیق به دست آمد، اثرات قطبیت بار منفی بود. در حضور بار منفی، تفاوت‌های قابل توجهی در رفتار ضدباکتریایی مشاهده شد. در حالی که آلومینیوم خاصیت ضدباکتریایی زیادی نداشت، اکسید گرافن عملکرد بسیار بهتری از خود نشان داد. این اثر به تولید گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) در سطح اکسید گرافن نسبت داده می‌شود. این گونه‌ها باکتری‌ها را تحت تاثیر قرار داده و به سرعت موجب مهار رشد آن‌ها می‌شوند.

آیا جنس ماده میزبان در اثرات ضدباکتریایی تاثیر دارد؟ بر اساس نتایج تحقیق، انتخاب ماده میزبان تاثیر زیادی در عملکرد ضدباکتریایی نانوژنراتورهای تریبو الکتریک دارد. با توجه به این‌که اکسید گرافن با تولید گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) قادر است رشد باکتری‌ها را به طور موثری متوقف کند، این ماده به عنوان یک گزینه عالی برای استفاده در دستگاه‌های پوشیدنی ضدباکتری شناخته می‌شود.

در مقایسه با آلومینیوم که تنها با جذب الکترون‌ها از باکتری‌ها اثرگذاری داشت، اکسید گرافن با تولید ROS و تاثیر بیشتر بر فرآیندهای بیوشیمیایی در باکتری‌ها، قابلیت‌های ضدباکتریایی بیشتری نشان داد. این یافته‌ها نشان می‌دهند که انتخاب مناسب ماده میزبان در طراحی نانوژنراتورهای تریبو الکتریک می‌تواند به‌طور چشمگیری عملکرد ضدباکتریایی این دستگاه‌ها را بهبود بخشد.

پیامدهای نتایج تحقیق برای طراحی دستگاه‌های پوشیدنی چیست؟ این تحقیق می‌تواند در آینده در طراحی نانوژنراتورهای تریبو الکتریک برای استفاده در دستگاه‌های پوشیدنی و دیگر فناوری‌های بیومدیکال نقشی کلیدی ایفا کند. با استفاده از این یافته‌ها، می‌توان دستگاه‌هایی طراحی کرد که علاوه بر تولید انرژی از حرکت بدن، ویژگی ضدباکتری نیز داشته باشند. این ویژگی می‌تواند به ویژه در مراقبت‌های بهداشتی و در شرایطی که نیاز به جلوگیری از انتقال باکتری‌ها وجود دارد، کاربرد زیادی داشته باشد.

تحقیق مشترک محققان ایرانی و ایرلندی نشان داده است که نانوژنراتورهای تریبو الکتریک، به ویژه در ترکیب با مواد خاص مانند اکسید گرافن، می‌توانند خاصیت ضدباکتریایی مؤثری داشته باشند. با کنترل بار الکتریکی و انتخاب مواد مناسب می‌توان این فناوری را به ابزاری قوی در مبارزه با بیماری‌های ناشی از باکتری‌ها تبدیل کرد. این دستاوردها گامی مهم در طراحی نسل جدیدی از دستگاه‌های پوشیدنی و پزشکی هستند که علاوه بر کارکردهای معمول، قابلیت‌های بهداشتی پیشرفته‌ای را نیز به کاربران خود ارائه می‌دهند.