نانوکامپوزیت‌های الکتروریسی‌شده متاساختار با قابلیت حسگری چندحالته و رهایش محرک‌پاسخ مواد نگهدارنده

بهزاد بیضایی¹ مرتضی جمشید عینی² سمیه رحیمی ملکشان³ کاوه خیرخواه⁴

1) دانشجوی کارشناسی ارشد صنایع غذایی دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات
2) دانش آموخته دکتری صنایع غذایی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال
3) دکتری صنایع غذایی دانشگاه ازاد اسلامی واحد ورامین
4) مدیر آموزشگاه بهداشت سیب سلامت اصناف تهران

کد IOI مقاله : AAGF-AAFFZG
محل انتشار : نهمین کنفرانس بین المللی پژوهش های کاربردی در علوم و مهندسی(carseconf.com/9th)
چکیده :
    ظهور نانوکامپوزیت‌های الکتروریسی‌شده متاساختار، موجب ایجاد یک تغییر پارادایم در مهندسی سامانه‌های چندکاره بسته‌بندی مواد غذایی شده است و امکان ادغام حسگری چندحالته با دقت بالا و مکانیزم‌های فعال‌سازی محرک‌پاسخ را فراهم آورده است. در این پژوهش، ما به طراحی هدفمند، ساخت و بهینه‌سازی عملکرد یک بستر نانوکامپوزیتی با سازمان‌دهی سلسله‌مراتبی پرداختیم که به‌وسیله الکتروریسی دقیق مهندسی شده تا هم قابلیت شناسایی پیشرفته آنالیت‌ها و هم رهایش مواد نگهدارنده به‌صورت محرک‌پاسخ و کنترل‌شده در محیط را فراهم آورد. ساختار متاساختار شامل یک شبکه نانوالیافی چندلایه و ناهمسانگرد است که نواحی نانومقیاس رسانای پلیمری، نانوساختارهای پلاسمونیک و ماتریس‌های بیوپلیمری آمفیفیلیک را در خود جای داده و قادر است به‌طور همزمان تغییرات دما، رطوبت، ترکیبات آلی فرار (VOCs) و pH را در ریزمحیط ذخیره‌سازی مواد غذایی آشکارسازی و منتقل کند. بستر نانوکامپوزیتی از طریق هم‌افزایی دو روش هم‌الکتروریسی و الکتروریسی هم‌محوری سنتز شد که منجر به ایجاد فیبرهایی با مورفولوژی فضایی بخش‌بندی‌شده و حاوی عناصر حسگری نانویی و میکرو‌مخازن هسته–پوسته‌ای حاوی عوامل زیست‌فعال آب‌دوست و چربی‌دوست گردید. عملکرد حسگری چندحالته با ادغام نانوالیاف پلی‌آنیلین دوپ‌شده برای تبدیل رطوبت و pH به سیگنال مقاومتی، نانوایسلندهای دو فلزی طلا–نقره برای آشکارسازی VOC مبتنی بر رزونانس پلاسمون سطحی موضعی (LSPR) و بخش‌های ترموپاسخ‌پذیر پلی(N-ایزوپروپیل‌آکریل‌آمید) (PNIPAM) جهت فعال‌سازی حرارتی حاصل شد. سینتیک رهایش محرک‌پاسخ عوامل ضدمیکروبی (تیمول) و آنتی‌اکسیدان (اسید فرولیک) تحت کنترل فرایندهای ریلکسیشن ماتریس پلیمری، جدایش بین‌سطحی و تعدیل نفوذ ناشی از محرک‌های محیطی بود. شناسایی پیشرفته مورفولوژیک و فیزیکوشیمیایی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FE-SEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM), طیف‌سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS) و طیف‌سنجی فروسرخ تبدیل فوریه با بازتاب کلی تضعیف‌شده (ATR-FTIR) انجام شد. رفتار ترومکانیکی و یکپارچگی ساختاری تحت تنش‌های محیطی چرخه‌ای با آنالیز مکانیکی دینامیکی (DMA) و گرماسنجی پویشی تفاضلی (DSC) بررسی گردید. عملکرد حسگری از طریق تحلیل چرخه پاسخ–بازیابی تحت شرایط کنترل‌شده آنالیت ارزیابی شد که نشان‌دهنده حد تشخیص زیر ppm برای VOCها و حساسیت دمایی ±0.1 درجه سانتی‌گراد بود. پروفیل‌های رهایش محرک‌پاسخ بر اساس مدل‌های سینتیکی انتقال غیر فیکی (Non-Fickian) با رفتار آنومال مدل‌سازی گردید که فازهای تاخیر قابل تنظیم و الگوهای رهایش چندمرحله‌ای تحت تغییرات هم‌زمان دما–رطوبت–pH را نشان داد. اعتبارسنجی زیستی–عملکردی در مدل‌های غذایی فسادپذیر (مرغ تازه و سبزیجات فرآوری‌شده حداقلی) تأیید کرد که این سامانه یکپارچه می‌تواند به‌صورت پویا شاخص‌های محیطی مرتبط با فساد را شناسایی کرده و رهایش موضعی مواد نگهدارنده را فعال کند، که نتیجه آن افزایش ماندگاری میکروبی تا ۷ روز بدون افت کیفیت حسی بود. همگرایی طراحی متاساختار، مدالیته‌های حسگری مستقل و تحویل دقیق و زمان‌بندی‌شده مواد نگهدارنده، رویکردی تحول‌آفرین برای بسته‌بندی فعال–هوشمند ارائه می‌کند که قابلیت مقیاس‌پذیری به حوزه‌های وسیع‌تری همچون تشخیص‌های زیست‌پزشکی، نگهداری دارویی و لجستیک کالاهای فسادپذیر با ارزش بالا را دارد

کلمات کلیدی : الکتروریسی نانوکامپوزیت متاساختار حسگری چندحالته رهایش محرک‌پاسخ فعالیت ضدمیکروبی افزایش ماندگاری