Μια νέα προσέγγιση για τη μείωση της βιοαπόρριψης
Συχνά έχει αναφερθεί βιορρύπανση για κάθε είδους υλικό, από πέτρες έως μεταλλικές επιφάνειες, στις οποίες μπορούν να αναπτυχθούν πολλοί ζωντανοί οργανισμοί για να σχηματίσουν βιοφίλμ λόγω της έκθεσης στις καιρικές συνθήκες [Delgado, Borderie et al].
Για να ξεπεραστεί η βιορρύπανση, χρησιμοποιήθηκε η εφαρμογή βιοκτόνων σε διάφορες μορφές (ψεκασμός, εμποτισμό με κομπρέσες, βούρτσισμα, κ.λπ.) ή η προσθήκη αντιρρυπαντικών παραγόντων σε σκευάσματα επικάλυψης για την προστασία των υποστρωμάτων από βιολογικό αποικισμό.
Προκειμένου να αποφευχθούν υπερβολικές ποσότητες βιοκτόνου που μπορεί να μολύνουν το περιβάλλον και να προκαλέσουν μακροσκοπικό διαχωρισμό φάσης στο φιλμ επίστρωσης σε περίπτωση ασυμβατότητας με τη μήτρα, τα βιοκτόνα μπορούν να ενθυλακωθούν/παγιδευτούν σε νανοκάψουλες για τον έλεγχο της απελευθέρωσης βιοδραστικών ειδών και για την απόκτηση μια ικανοποιητική αύξηση της αντιρρυπαντικής επίστρωσης μακράς δράσης.
Μεταξύ των φυσικών προϊόντων αντιρρυπαντικών (NPAs) το ζωστερικό οξύ (ZA) ή το ρ-(σουλφοξυ) κινναμωμικό οξύ (Εικ. 1), που εξήχθη για πρώτη φορά από τη μαρίνα Zostera marina, προτείνεται ως μη ή λιγότερο τοξική εναλλακτική λύση στα παραδοσιακά βιοκτόνα [Οδηγία 1998 του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου] των οποίων η αντιρρυπαντική ικανότητα καθώς και το άλας του νατρίου αποδόθηκε στη θειική ομάδα που υπάρχει σε αυτές τις ενώσεις [Boopalan et al] .
Δεδομένου ότι η παγίδευση των NPAs σε σκευάσματα επικαλύψεων ή η ενθυλάκωσή τους για τον έλεγχο της απελευθέρωσης δεν έχουν αντιμετωπιστεί επαρκώς, οι συγγραφείς αποφάσισαν να δημιουργήσουν ένα καινοτόμο πληρωτικό με ιδιότητες ελεγχόμενης αποδέσμευσης, ενθυλακώνοντας το μη εμπορικό ζωστερικό άλας νατρίου (ZS) σε νανοδοχεία πυριτίου και να συγκρίνετε τα αποτελέσματα με νανοκάψουλες που περιέχουν βενζοϊκό νάτριο (BS), ένα εμπορικό βιοκτόνο που χρησιμοποιείται σε πολλούς τομείς, από την πολιτιστική κληρονομιά έως τα συντηρητικά τροφίμων, που παρασκευάζεται με ανάλογο τρόπο.
Η διαδικασία ενθυλάκωσης συνίστατο στην προσθήκη τετρααιθοξυσιλανίου στο μίνι γαλάκτωμα λάδι-σε-νερό που σχηματίζεται από ζωστερικό νάτριο άλας διαλυμένο σε μεθανόλη, διαιθυλαιθέρα και βρωμιούχο κετυλοτριμεθυλαμμώνιο CTAB, NH3 στο νερό; Ο διαιθυλαιθέρας έχει τον σημαντικό ρόλο του πορογόνου, του συνδιαλύτη και του προτύπου με το CTAB για το σχηματισμό κελύφους πυριτίου [Maia et al]. Το βενζοϊκό νάτριο ενθυλακώθηκε αναλόγως χρησιμοποιώντας την ίδια ποσότητα βιοκτόνου.
Η ενθυλάκωση του βιοκτόνου στα νανοσωματίδια που είναι φορτωμένα με άλας νατρίου ζωοστεροειδούς (NC-ZS) και στα νανοσωματίδια φορτωμένα με βενζοϊκό νάτριο (NC-BS) αποκαλύφθηκε από αναλύσεις FTIR:η παρουσία του ZS επιβεβαιώνεται από τις ζώνες που παρατηρήθηκαν στα 1645 cm , που σχετίζεται με τη λειτουργία τεντώματος του C=O και τη μεγεθυσμένη ζώνη με κέντρο στα 1028 cm λόγω του ν(SiOSi) που έχει ώμο στα 1220 cm, που σχετίζεται με το νas (S O) σήμα, σε σχέση με τη θειική ομάδα που υπάρχει στο άλας νατρίου του ζωστερικού. Στην περίπτωση του NC-BS, η ενθυλάκωση του BS επιβεβαιώνεται από τις ζώνες στα 1601cm και 1406cm, οι οποίες σχετίζονται με το νas και νsym (COO-), αντίστοιχα.
Η ποσότητα του ενθυλακωμένου βιοκτόνου αξιολογήθηκε μέσω θερμοβαρυμετρικής ανάλυσης, 3,2% στην περίπτωση του NC-ZS και 2,6% για το NC-BS.
Μορφολογικός χαρακτηρισμός λήφθηκε από αναλύσεις SEM και TEM.
Οι κενές νανοκάψουλες πυριτίου (NC) (Εικ. 2 α και β) αποτελούνται από σφαιρικά σωματίδια με κανονικό σχήμα με πορώδη δομή με ευδιάκριτες πτυχές. Σύμφωνα με προηγούμενες μελέτες, τα σφαιρικά νανοσωματίδια έχουν κοίλο χαρακτήρα, όπως αποκαλύπτεται από την αντίθεση μεταξύ της σκοτεινής άκρης και του χλωμού κέντρου [Chen et al].
Οι νανοκάψουλες που είναι φορτωμένες με ZS έχουν ανάλογο σχήμα, αλλά διαφορετικό μέγεθος (Εικ.3).
Ενώ τα NC έχουν κατανομή μεγέθους με επίκεντρο τα 148 nm με τυπική απόκλιση 43 nm για 100 μετρήσεις, όπως αναφέρεται στο Εικ. 2γ, τα δοχεία φορτωμένα με ZS φαίνεται να είναι μεγαλύτερα από τα άδεια (Εικ. 3α και β), με αποτέλεσμα σε κατανομή μεγέθους με κέντρο το 563 με τυπική απόκλιση 25 για 100 μετρήσεις (Εικ. 3γ).
Στην περίπτωση του NC-BS δεν παρατηρήθηκε σημαντική διακύμανση στο σχήμα καθώς και στην κατανομή μεγέθους των κενών καψουλών (Εικ. 4α και β). Τα NC-BS έχουν κατανομή μεγέθους με κέντρο στα 164 nm με τυπική απόκλιση 16 nm για 70 μετρήσεις (Εικ. 4γ). Λόγω του οργανικού υπολείμματος, τα νανοσωματίδια και των δύο δειγμάτων εμφανίζονται συσσωματωμένα (Εικ. 2-4).
Ένα διαδοχικό ερευνητικό βήμα ήταν η μελέτη της ελεγχόμενης απελευθέρωσης των ZS και BS από τα νανοδοχεία πυριτίου που είναι διασκορπισμένα σε αιθανόλη μέσω φασματοφωτομετρίας UV-Vis σε διαφορετικούς χρόνους.
Η διαδικασία απελευθέρωσης του ZS αρχικά προχώρησε γρήγορα, στη συνέχεια σταδιακά επιβραδύνθηκε και ισοπεδώθηκε μετά τα 22. Το 52% του ZS απελευθερώθηκε και ένα κλάσμα του βιοκτόνου απελευθερώνεται μέχρι να επιτευχθεί ισορροπία μεταξύ του βιοκτόνου στη νανοκάψουλα και στη φάση της αιθανόλης. Στην περίπτωση του BS, η διαδικασία δεν ισοπεδώνεται μετά από 50 ώρες και μετά από 1 ώρα το 34% του BS απελευθερώθηκε σε αιθανόλη. Οι διαφορές στα προφίλ απελευθέρωσης των βιοκτόνων πιθανότατα οφείλονται στη διαφορετική διαλυτότητά τους στην αιθανόλη.
Μελετώντας την απελευθέρωση ενός δείγματος, στο οποίο ο μεθυλοζωστερικός εστέρας (EZS) [Villa et al.] προσροφήθηκε φυσικά σε πυρίτιο, το οποίο απέδειξε ότι η σωρευτική απελευθέρωση του EZS ήταν 97%, μετά από 1 ώρα και λαμβάνοντας υπόψη τη διεξοδική διαδικασία πλύσης του NC -Zs και NC-Bs με νερό, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι τα BS και ZS που ενθυλακώνονται με τη διαδικασία μίνι γαλακτώματος ενός σταδίου κατανεμήθηκαν κυρίως στον πυρήνα ή στη δομή του κελύφους των νανοσωματιδίων παρέχοντας καλή παρατεταμένη απελευθέρωση.
Μπορούμε, επομένως, να συμπεράνουμε ότι μπορέσαμε να ενθυλακώσουμε για πρώτη φορά το ζωστερικό νάτριο άλας σε νανοκάψουλες διοξειδίου του πυριτίου συνδυάζοντας δύο καινοτόμες ερευνητικές γραμμές:τη χρήση φιλικού προς το περιβάλλον αντιβιορρυπαντικού παράγοντα και τη μέθοδο ενθυλάκωσης ενός βήματος. Σύμφωνα με τα δεδομένα της βιβλιογραφίας, τα αποτελέσματα απελευθέρωσης έδειξαν ότι η ενθυλάκωση και η ελεγχόμενη απελευθέρωση του οργανικού μορίου έχει πραγματοποιηθεί.
Η προοπτική της ενσωμάτωσης των νανοδοχείων που συντέθηκαν σε αυτήν την εργασία σε ένα πιο περίπλοκο σύστημα αντιρρυπαντικής επίστρωσης, συγκεκριμένα το super coating, θα είναι ενδιαφέρουσα προκειμένου να αξιολογηθεί η αποτελεσματικότητα του ελεύθερου άλατος νατρίου του ζωστερικού καθώς και σε νανοδοχεία πυριτίου σε νανοδοχεία με βάση το νερό και με διαλύτες. επιστρώσεις με βάση.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Incorporation of the zosteric sodium salt in silica nanocapsules:synthesis and characterization of new fillers for antifouling coatings, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Applied Surface Science . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Ludovica Ruggiero και Elisabetta Zendri από το Università degli Studi Roma Tre και το Università Ca' Foscari και τις Laura Crociani, Naida El Habra και Paolo Guerriero από το ICMATE, CNR, Padova.
