رسـوبات زیسـتی دریایـی یـک مسـئله دیرینـه و پرهزینـه بـرای صنایـع دریایـی محسـوب می شـوند. اگـر چـه راه حل هایـی به صـورت پوشـش های مقـاوم در برابـر رسـوبات دریایـی وجـود دارنـد، بـا ایـن حـال بسـیاری از آنهـا در طبیعـت یـک آفت کـش محسـوب می شـوند و هنـوز لازم اسـت کـه یـک راه حل گسـترده، موثـر و ایمـن از نظر زیسـت محیطـی بخـش قابـل توجهـی از بـازار را تسـخیر کنـد. کشـتی چسـب ها، جلبک هـای سـبز، دیاتوم هـا و صدف هـا بـه دلیـل چسـبندگی خـود به سـازه های انسان سـاخت و آسـیب به آن ها مشـهور هسـتند و ایـن در حالی اسـت کـه بـه هیـچ وجـه نمی تـوان گفـت کـه آن هـا تنهـا مقصـران ایـن قضیـه هسـتند. رشـد اجتماعـات رسـوبی روی بدنـه کشـتی ها موجـب افزایـش بـار کشـتی، کاهـش قابلیت مانـور، افزایـش مصرف سـوخت و انتشـار گازهای گلخانه ای می شود، از این رو هم دارای هزینه های اقتصادی و هم هزینه های زیست محیطی است. کشتی چسب ها به دلیل اندازه و ماهیت زندگی اجتماعی خود یک مشکل ویژه محسوب می شوند.
پوشـش مسـی (انـدود مسـی) توسـط دریانـوردان یونانـی و رومـی بـرای جلوگیـری از رسـوب ایـن موجـودات اسـتفاده می شـد و پـس از آن ایـن پوشـش در ناوگان هـای اقیانـوس پیمـا در سرتاسـر دنیـا رایـج شـد. بـا این حال سـازوکار آفت کشـی کـه از طریـق آن مـس مانـع از اسـتقرار لارو می شـد نامشـخص بـود تـا زمانـی که مطالعه سـر همفری دیوی روی حفاظت کاتدی بدنه کشتی در قرن نوزدهم انجام شد. تا اواسط 1980 میلادی، کوپلیمرهای خود پرداخت حاوی مس، قلع و دیگر ترکیبات فلزی که به عنوان «گلولـه طلایی» بـرای مبارزه بـا رسـوبات به طـور گسـترده ای اسـتفاده می شـد، راه حلـی موثـر، بلنـد مـدت و مقـرون به صرفه بـود. با ایـن حال، اثرات زیان بار ناشی از تجمع این ترکیبات در محیط دریایی منجر به قوانینی شد که به موجب آن تحقیقات در مورد جایگزین هـای پایـدار افزایـش یافـت.
به دنبال آن طراحی پوشش های جدید که شامل تحقیق روی محصولات طبیعی ، مدولاسیون شیمی سطح و توسعه تقلید از محیط زیست سطح بود، توسعه یافت. همان طـور کـه دیگـر محققـان نیـز اشـاره کرده اند، احتمالا در آینده طیف گسترده ای از سـطوح مقاوم به موجـودات چسـبنده از برخی از ایـن حوزه های متنوع تحقیقاتـی (اگـر نگوییـم همـه آن هـا) بـرای تسـهیل رونـد کاری خود اسـتفاده خواهنـد کرد.
امـروزه، رقبـای اصلـی پوشـشهای آفت کـش ضدرسـوب پوشـش های موسـوم بـه پوشـش »آزاد سـاز - رسـوب« هسـتند. در بیسـت سـال گذشـته، شـاهد توسـعه فنـاوری آزادسـازی رسـوب (موجـودات چسـبنده) از مراحـل ابتدایـی خـود به صورت یـک مفهوم جدیـد تا یـک راه حل قابـل اجرا برای طیـف وسـیعی از کاربردهـای دریایـی بوده ایـم. پوشـش ها بـه خـودی خـود تا حـد زیادی بـر پایـه پلیمرهای سـیلیکون انعطاف پذیـر و بـا مـدول کشسـانی پاییـن (برای مثـال، پلی دیمتیل سـیلوگزان ) هسـتند که آزادسـازی رسـوبات تجمـع یافتـه را بـا بـرش هیدرودینامیکـی تسـهیل میکنـد. بـا این حال، پوشـش های آزادسـاز رسـوب به طور اسـتفاده نمیشـوند. هزینـه نسـبتا بالا و دوام پاییـن FRGهـا اغلب منجر بـه انتخـاب آفت کشهای ارزان تـر جایگزین از سـوی مالـکان قایق هـا می شـود. در نتیجـه، FRGهـا امـروزه تنهـا بخـش کوچکی از بـازار پوشـش های دریایـی را تصرف کرده اند (در حـدود 5 درصـد). روش عملکـرد FRG نیـز قابلیـت کاربـرد آنهـا را در کشـتی های نسـبتا سـریعی کـه غالبا مورد استفاده قرار می گیرند محدود کرده است. بنابرایـن، بایـد بدنبال یـک راه حل عمومـی قابل اجـرا برای غالبـا کشـتی هایی کـه کنـدرو هسـتند یـا زمان زیـادی را به صورت سـاکن و ایسـتا میگذرانند، بود کـه در برابر طیف وسـیعی از رسـوبات موجـودات زنده مؤثر باشـد.
طـرف دیگـر معادلـه کـه از اهمیـت برابـری نیـز برخـوردار اسـت، مطالعـه مسـتقیم سـازوکارهای چسـبندگی مـورد اسـتفاده توسـط رسـوبات موجـودات زنـده اسـت کـه برای کشـف توانایی سـطوح میزبـان و متعاقبـا چسبندگی آنها به ایـن سـطوح مـورد اسـتفاده قـرار می گیـرد. تاکنـون چندیـن پوشـش مقـاوم و موثـر در برابـر رسـوب بـا درک اندکی از سـازوکارهای چسـبندگی فـردی موجـودات زنـده به صـورت جداگانـه وارد بـازار شده اسـت. علی رغـم ایـن، بدیهی اسـت کـه دانـش هـر چنـد انـدک در خصـوص ترکیـب و چگونگی عملکـرد برخی از ایـن موجودات چسـبنده کمک شـایانی به توسـعه دهنـدگان ایـن پوشـش ها میکنـد.
در طـی دهـه گذشـته، آزمایش هـا و روش هـای شناسـایی در مقیـاس نانـو از رشـته علـوم مـواد بـه آرامـی توسـعه یافته انـد ، در حالـی کـه قبلا ایـن آزمایش هـا در بسـیاری از رشـته ها به صـورت موضوعاتـی اسـرارآمیز و غیرممکن در نظـر گرفتـه می شـدند، در حـال حاضـر در عرصه هـای علمـی گسـترده تری بـه آسـانی قابـل دسـترس هسـتند. در متـن حاضـر، روش میکروسـکوپی نیـروی اتمی براسـاس طیف سـنجی نیـرو امکان کوچک سـازی مقیـاس آزمایش های مرسـوم مکانیکـی مـواد را بـا بزرگنمایـی چندیـن برابر فراهـم نموده اسـت. در حالی کـه قبلا بـرای آزمایش الیاف مـواد لازم بـود کـه ایـن الیـاف دارای انـدازه ای حداقـل در مقیـاس سـانتیمتر باشـند، امـروزه نانوالیـاف یـا پروتئین های تکـی میتواننـد به طـور مکانیکی دسـتکاری شـوند و بـه این ترتیب امـکان مطالعه و ارزیابـی دقیق نمونه های نانوسـکوپی فراهـم می شـود.
روش هـای دندانه گـذاری نانویـی و فنـون مبتنـی بـر پـروب نظیر AFM بـرای مطالعـه نمونه های زیسـتی به صورت موفقیت آمیـز مـورد اسـتفاده قـرار گرفته انـد و در حـال حاضـر بـرای اندازه گیـری خـواص نانومکانیکـی موضعـی بـرای مثـال، دیواره هـای سـلولی گیاهـی دارای حساسـیت کافـی هسـتند . دسـتگاه سیسـتم های نانـو الکترومکانیکـی مثـال خـوب دیگـری اسـت کـه قـادر بـه اندازه گیـری صحیـح وزن یـک باکتـری، یـک ویـروس و حتـی یک تک رشـته DNAهسـتند. از زمانـی کـه دسـتگاه AFM بـرای اولیـن بـار در دو دهـه پیـش گـزارش شـد، این دسـتگاه انعطاف پذیـری خـود را به صـورت یـک ابـزار تحلیلـی اثبـات کـرده اسـت و در حـال حاضـر بسـیار فراگیـر بـوده و در رشـته های مختلـف از جملـه علـم مـواد و زیست شناسـی مورد اسـتفاده قـرار می گیـرد و شـامل تصویربرداری حسـاس شـیمیایی سـطوح پلیمـر از طریـق تهیـه نقشـه تغییـرات محلـی نیروهـای چسـبندگی در مقیاس نانو نیز اسـت. AFM بـه راسـتی دری را بـه دنیـای نانـو بـاز کـرده اسـت زمین شناسـان از ایـن روش برای بررسـی فعل و انفعالات باکتـری - کانـی اسـتفاده کرده و گیاه شناسـان بـه مطالعه نانوسـاختار و خواص چسـبندگی دیاتوم ها می پردازنـد. روش هـای مبتنـی بـر پـروب، مزیت هـای قابـل توجهـی را بـرای آزمایشـگران دارنـد از جملـه قابلیـت کنتـرل اصلاحات سـطح با اسـتفاده از اسـتقرار انتخابـی مولکول های آلی، یـا حتی تشـریح نانویی برای کسـب اطلاعاتی در زمینـه سـاختار داخلی الیـاف کالژن.
بـا ایـن حـال در راسـتای اهـداف تحقیـق حاضر، یکـی از مزیت هـای اصلـی AFM ، توانایـی آن در اندازه گیـری خـواص نانـو مقیاس زیسـت چسـب های طبیعـی و لایه های میانـی چسـبنده در شـرایط بومـی اسـت، به عنـوان مثـال، آبـدار شـدن (هیدراتـه شـدن) در یـک محلـول آب شـور. اطلاعاتی کـه این روش مطالعاتـی در خصـوص سـاختار و عملکـرد پروتئین هـای چسـبناک بهصـورت »درجـا »در اختیـار می گـذارد، بـدون شـک طراحـی آگاهانه تـر سـطوح را تقویـت می کنـد و منجـر بـه روش هـای جدیـد تداخـل کننـده بـا لایه میانی زیسـت چسـب/ زیرلایه می شـود.
این مقاله در شماره 17 «فصلنامه تخصصی دانش آزمایشگاهی ایران»، بهار 1396 منتشر شده است.
جهت دریافت نسخه کامل مقاله فایل پیوست را دریافت کنید.
