دیابت شیرین نوعی اختلال متابولیک است که بدن در آن توانایی استفاده از قند و چربی را از دست می دهد. این بیماری به علت اختلال در ترشح انسولین و یا مقاومت به انسولین به وجود می آید و در هر دو حالت موجب افزایش گلوکز خون(هیپرگلایسمی) و دفع گلوکز در ادرار(گلیکوزوری) می شود. دیابت از زمان های خیلی پیش شناخته شده است. این بیماری با علائم مشخصی مانند پلی اوری(افزایش میزان ادرار)، پلی دیپسی[1] (تشنگی زیاد)، پلی فاژی[2] (اشتهای زیاد) و کاهش وزن همراه است(2).
دیابت یکی از مشکلات جدی دنیای امروزاست. براساس گزارش فدراسیون بین المللی دیابت ، 246 میلیون بیمار مبتلا به دیابت در سراسر دنیا وجود دارد. شیوع بیماری دیابت به سرعت درحال پیشرفت می باشد، به طوری که انتظار می رود شمار بیماران در سال 2025 به 380 میلیون نفر افزایش پیدا کند (3).
دیابت با مشکلات کوتاه مدت مانند هیپوگلاسیمی و مشکلات بلند مدت همچون بیماری های قلبی وعروقی، نفروپاتی ، نوروپاتی و رتینوپاتی

 همراه است (4).

سلول های بتای جزایر لانگرهانس که مسئول ترشح انسولین هستند نسبت به میزان گلوکز موجود در خون حساس هستند و درپاسخ به افزایش یا کاهش می دهند.علاوه بر این سلول های بتای جزایر لانگرهانس ، در پاسخ به تغییرات اسیدهای آمینه اسیدهای چرب خون انسولین ترشح می کنند. ترشح انسولین توسط سیگنال های نورونی خاص ، هورمون ها و عوامل فارماکولوژیک تنظیم و تعدیل می شود. در افراد دیابتی نوع یک انسولین تولید نمی شود و یا مقدار آن به قدری کم است که برای کنترل قند خون کافی نیست(5).
دیابت ملیتوس (شیرین) به دو دسته اصلی دیابت نوع یک و دیابت نوع دو تقسیم می شود(6).
علامت دیابت نوع یک در اغلب موارد خود ایمنی نسبت به سلول های بتا است. دیابت نوع دو علت پیچیده تری دارد و سبب مقاومت بافت های عضلانی و چربی به انسولین ایجاد می شود (7).
درمراحل پایانی دیابت نوع دو، بافعال شدن چندین مرحله از سیکل آپوپتوز(مرگ برنامه ریزی شده) سلول های بتا دچار مرگ سلولی شده ودراثر فقدان انسولین ناشی از آن حالتی بسیار شبیه به دیابت نوع یک ایجاد می گردد بدین ترتیب دربیماران دیابتی سطح گلوکز خون افزایش یافته و از آن جا که سلول های بتای پانکراس قادر به پاسخ گویی به محرک های انسولین ساز نیستند تزریق روزانه انسولین همانند بیمارانی که دارای دیابت نوع یک هستند ضروری است(8).
اختلال دررشد وحساسیت به عفونت های مختلف نیزممکن است باهیپرگلاسیمی مزمن همراه باشد (9).
درحالات بسیارشدید ممکن است کتواسیدوز یا یک حالت هیپراسمولار غیرکتوزی پیشرفت کرده و منجربه بی حسی ، کما ، ودرغیاب یک درمان موثر، مرگ شود.این علائم اغلب شدید نبوده یا ممکن است حضورنداشته باشند، درنتیجه هیپرگلاسیمی لازم برای ایجاد تغییرات پاتولوژیکی و عملکردی ممکن است مدت ها پبش از تشخیص دیابت حضورداشته باشد (10).
[1] Polydipsy
[2] Polyphagy
[1]-Areteas
[2]-Thomas Willis
[3]-Mattew Dobhen
[4]-John Rolleh
[5]-Mellitus
[6]-Diabetes Mellitus
[7]-Claude Bernard
[8]-Oskar Minkowski
[9]-Josef Von Mering
[10] -Paul Langrhans
[11]-Insulin

الکتروشیمی شاخه‌ای از شیمی است که به بررسی واکنش­های شیمیایی می­‌پردازد که در اثر عبور جریان الکتریکی انجام می­شوند و یا انجام یافتن آن­ها سبب ایجاد جریان الکتریکی می­شود. فنون الکتروشیمیایی تجزیه، تاثیر متقابل شیمی و الکتریسیته، یعنی اندازه­گیری کمیت­های الکتریکی، مانند جریان، پتانسیل و بار و ارتباط آن­ها با پارامترهای شیمیایی را شامل می­شوند. چنین استفاده­ای از اندازه­گیری­های الکتریکی برای اهداف تجزیه­ای، گستره­ی وسیعی از کاربردها را به وجود می­آورد که بررسی­های زیست محیطی، کنترل کیفیت صنعتی، یا تجزیه­های زیست پزشکی را در بر می­گیرد. فرآیندهای الکتروشیمیایی بر خلاف بسیاری از اندازه­گیری­های شیمیایی که در درون محلول­های همگن انجام می­گیرند، در حد فاصل الکترود- محلول قرار دارند [1].
الکتروشیمی تجزیه­ای در سال­های اخیر، به عنوان شاخه­ای با دو ویژگی بنیادی و کاربردی از شیمی رشد سریع و چشم­گیری داشته است، این امر از یک سو به ماهیت تلفیق پذیری الکتروشیمی با دیگر علوم و فناوری مانند زیست شناسی، پزشکی و الکترونیک مربوط است و از سوی دیگر ویژگی­های خاص الکتروشیمی در مقایسه با برخی روش­های تجزیه­ای بر کاربرد آن­ها ‌می­افزاید. روش­های الکتروشیمیایی کاربرد

 زیادی در بررسی فرآیندهای انتقال الکترونی بسیاری از مولکول­ها و زیست مولکول­ها و مکانیسم واکنش­های احیا در زمینه­های مختلف دارند. این روش­ها دارای مزایای زیادی از قبیل حساسیت زیاد، حد تشخیص کم، محدوده خطی وسیع، تشخیص سریع، سادگی روش­ها و دستگاه­های مورد نیاز و کم­هزینه بودن آنالیزها هستند [2].

حسگرها و زیست­حسگرهای الکتروشیمیایی به دلیل حساسیت زیاد، انتخاب­گری بالا، زمان پاسخ­دهی سریع، قیمت مناسب و قابل حمل بودن بسیار مورد توجه قرار دارند. از طرف دیگر حسگرهای الکتروشیمیایی دارای محدودیت­هایی نیز هستند، که از جمله آن­ها می توان به پایداری کم در مدت زمان­های طولانی، تداخلات با سایر گونه­ها در نمونه­های حقیقی و همچنین به مشکلات انتقال بار در سطح الکترود در برخی موارد اشاره کرد. اخیرا به کارگیری نانوساختارها تاثیر قابل توجهی در توسعه حسگرهای شیمیایی و زیست­حسگرها و افزایش کاربردهای محیط زیستی، کلینیکی و صنعتی داشته است.
نانومواد با توجه به خواص منحصر به فرد خود دارای طیف گسترده­ای از کاربردها در زمینه انرژی، محیط زیست و فن­آوری­های پزشکی هستند که این خواص را در درجه اول اندازه آن، سپس ترکیب و ساختار تعیین می­کند که به علت این خواص شگفت­انگیز مورد علاقه بسیاری از دانشمندان قرار گرفته­اند [6-3]. از میان انواع نانوساختارها، اکسیدهای فلزی و نانولوله­های کربنی کاربردهای ویژه ای در الکتروشیمی و الکتروآنالیز گونه­ها دارند. از طرف دیگر روش ساخت نانوذرات فلزات و اکسیدهای فلزی تاثیر قابل توجهی بر خواص فیزیکی، شیمیایی و الکتروشیمیایی آن­ها دارند. از میان روش­های متنوع ساخت نانوذرات اکسیدهای فلزی، انباشت الکتروشیمیایی به دلیل سادگی روش، سازگار بودن با محیط و انجام­پذیری در دمای پایین، بسیار مورد توجه بوده است. انباشت الکتروشیمیایی به فرآیندی گفته می­شود که با اعمال پتانسیل مناسب و کنترل سایر عوامل لایه­ای از فلز در سطح الکترود رسوب کرده و منجر به به بهبود خواص آن می­شود. با اعمال شرایط مناسب، با استفاده از این روش می­توان نانوساختارهای فلزی را در سطح الکترود سنتز نموده و الکترود را اصلاح کرد [7].
2-1- انواع الكترودهای مورد استفاده در شیمی تجزیه
انواع مختلفی از الكترودها با ساختارهای متفاوت در شیمی  تجزیه كاربرد  دارند كه  می توان آن­ها را از دیدگاه­های مختلفی مورد بحث و بررسی قرار داد. برای یك الكترود دارا بودن هدایت الكتریكی در یك محدوده پتانسیل  شیمیایی حلال مورد  استفاده و پایداری  فیزیكی و شیمیایی مناسب ازاهمیت خاصی برخوردار است. الكترودها بر اساس حالت فیزیكی به دو دسته تقسیم می شوند:
1-2-1- الکترودهای جامد: که شامل الكترودهای فلزی، الكترودهای نیمه هادی، پلیمرهای هادی و  الكترودهای كربنی است
2-2-1- الکترودهای مایع(Hg ): که شامل الکترود قطره جیوه چکنده و الکترود قطره جیوه آویزان است.
1-1-2-1- الکترودهای فلزی:
در حالی که انتخای گسترده­ای از فلزات نجیب امکان پذیر است اما از مهم­ترین این الکترودها می­توان به طلا، پلاتین، نقره، ایریدیم، تنگستن و آلومینیوم اشاره کرد. این الکترودها عمدتا از یک فلز بی­اثر (نسبت به حلال مورد استفاده) تشکیل شده­اند، امکان استفاده از این الکترودها شدیدا تابع حلال مورد استفاده و محدوده پتانسیل شیمیایی است. این الکترودها معمولا دارای پتانسیل مازاد کمتری بوده و اکسیداسیون و احیای این ترکیبات الکتروفعال در سطح آن­ها به­راحتی انجام می­گیرد و در پیل­های الکتروشیمیایی معمولا به­عنوان الکترود مخالف به­کار می­روند و استفاده از آن­ها به­عنوان الکترود کار بعد از اصلاح سطح آن­ها امکان پذیر است. اصول حاکم بر رفتار این الکترودها از توزیع انرژی فرمی دیراک و تئوری نوار تعیین می­شود [3-1].
2-1-2-1- الکترودهای نیمه هادی:
قسمت اصلی این الکترودها یک نیمه هادی می باشد که از تک کریستال آن در مطالعات اسپکتروشیمیایی و از آرایه­های آن­ها در شناسایی همزمان چندین آنالیت استفاده می­شود. از مهم­ترین نیمه­هادی­ها می­توان به گرافیت، سیلیسیم، ژرمانیم، اکسید قلع و اکسید ایندیم اشاره کرد که معمولا لایه­ی نازکی از آن بر روی یک بستر فلزی نشانده می­شود [4].
3-1-2-1- پلیمرهای هادی:
این پلیمرها به دو دسته تقسیم می شوند:
الف) پلیمرهای ذاتا هادی که به­واسطه داشتن الکترون مازاد و یا کمبود الکترون ذاتا دارای هدایت الکتریکی هستند مانند پلی آنیلین یا پلی پیرول.
ب) پلیمرهای هادی عارضی که با افزودن مواد با هدایت الکتریکی بالا مثل پودر نیکل، نقره، مس و یا گرافیت به پلیمرهای دارای هدایت الکتریکی پایین مثل پلی وینیل کربن یا پلی اتیلن تهیه می­شوند. میزان مقاومت این پلیمرها در حدود 108 اهم بر سانتی­متر است که با افزودن این ترکیبات مقاومت آن­ها تا 1-10 –106 اهم بر سانتی­متر پایین می آید. دوده کربن از شایع­ترین پرکننده­هاست که با افزودن آن به این پلیمرها (حداکثر تا میزان 25% وزن پلیمر) هدایت افزایش می­یابد.                                                                                   
در بعضی  از پلیمرهای  آب­کاری شده نیز  به­عنوان الکترود استفاده شده است که در  آن­ها  یک  فلز  نجیب  همانند  طلا یا  پلاتین به­ طریق  شیمیایی  بر روی بستر پلیمری رسوب داده می­شود.
Electroless plating1

بخش بزرگی از تركیبات آلی كه باعث ایجاد آلودگی در آب­های طبیعی می­گردند، مواد رنگزای شیمیایی هستند كه به صورت صنعتی و خانگی مورد استفاده قرار می­گیرند. از بین همه مواد رنگی، رنگ­های آزو  وسیع­ترین کاربرد را به­­دلیل تنوع در ساختمان شیمیایی و تولید آسان دارا هستند. رنگ­های آزو برای رنگی نمودن پلی­ آمید­ها، پلی­استر­ها، آکریلیک­ها، پلی­اولفین­ها و الیاف سلولز و نیز برای رنگی نمودن روغن جلا، پلاستیک­ها، جوهر چاپگر، لاستیک و لوازم آرایشی کاربرد دارند. بنابراین به­دلیل تنوع کاربرد این رنگ­ها، وجود این ترکیبات در آلودگی پساب­های صنایع و محیط قابل انتظار است[6-1].
آزاد شدن این مواد در طبیعت، بزرگ­ترین منبع آلودگی برای اکوسیستم‌های طبیعی می ‌باشد. مواد رنگزا در مقابل تخریب زیستی مقاوم بوده و نه تنها رنگ نامطلوبی به آب می­دهند، بلكه در بعضی موارد خود تركیبات مضری بوده و ممکن است طی فرایند‌های مختلف از قبیل هیدرولیز، اكسایش، یا واكنش­های شیمیایی دیگر كه در آب اتفاق می­افتد، به آمین‌های آروماتیک تبدیل می ‌شوند که یکی از عوامل سرطان‌زا می‌­باشند. حضور مواد رنگزای شیمیایی علاوه بر آنكه بر روی آلودگی منابع آبی تأثیر مـی­گذارند، با مـتوقف كردن تولیـد اكسیژن و جـلوگیری از نفوذ خورشـید موجـب مـرگ مـوجودات زنـده و وارد آوردن صدمـات جـدی به محیـط زیسـت می­گردند[9-7]. ترکیبات آلی که سبب بروز رنگ حقیقی می­شوند ممکن است موجب افزایش نیاز کلر آب شده و درنهایت موجب کاهش اثر گذاری کلر بر آب به عنوان یک ماده گندزدا شود، شاید مهم­تر از این محصولاتی باشد که در اثر ترکیب این مواد با کلر به وجود می­آیند.  كاربرد مواد رنگزا به علت توسعه صنعتی و تقاضای روزافزون، افزایش می­یابد. امروزه حدود 10 هزار مادة رنگزا و رنگدانه در صنایع مختلف استفاده می­گردد كه تولید سالانه آن­ها بالغ بر700 هزار تن بوده و حدود  50 درصد از آن­ها رنگ­های آزو می­ باشند. حدود 20 درصد رنگ­های تولید شده در جهان در طی فرایند­های رنگرزی و پرداخت، هدر می­روند و به صورت پساب وارد محیط زیست می­شوند[12-10]. بنابراین لزوم حذف این

 آلاینده­ها ضروری به نظرمی­­رسد.

2-1- رنگ های آزو
این گروه از رنگ­ها شامل بزرگ­ترین و مهم­ترین دسته رنگ­ها بوده، به­طور وسیعی مورد استفاده قرار می‌گیرند. مشخص‌ترین ویژگی این رنگ­­ها داشتن یک یا چند گروه آزو است که بین دو قسمت آلی رنگ به عنوان پل عمل می‌کنند و حداقل یکی از این گروه‌ها آروماتیک هستند. با گروه رنگزای آزو، می‌توان طیف وسیعی از رنگ­ها مثل زرد، قرمز، نارنجی، آبی، سبز، بنفش و سیاه را تهیه کرد. این رنگ­ها را برحسب تعداد گروه‌های آزو به­صورت رنگ­ های مونو آزو ، دی آزو و پلی‌آزو طبقه‌بندی می‌کنند.
رنگ­های منو آزو دارای یک گروه آزو بوده و از پر استفاده‌ترین گروه‌های آزو هستند. این رنگ­ها شامل رنگ­های حلال  مانند زرد آنیلین یا نارنجی سودان G که به عنوان حلال سایر رنگ­ها بکار می‌روند، رنگ­های بازی یا کاتیونی، رنگ­های دندانه‌ای و رنگ­های دارای گروه اسیدی مانند رنگ معروف متیل اورانژ می­باشند. در شکل 1-1 ساختار رنگ زرد آنیلین و متیل اورانژ نشان داده شده است.
تعداد رنگ­های دی‌آزو محدود و اغلب غیر قابل حل در آب می­باشند و از لحاظ کاربردی جز رنگ­های اسیدی دندانه‌ای و مستقیم محسوب می‌شوند. یکی از مهم‌ترین این رنگ­ها، اسید سیاه است.    از  مهمترین رنگ­های تترا آزونیوم قرمز کنگو می­باشد. این رنگ­ها از فراوان‌ترین رنگ­های سیس آزو هستند و در بر گیرنده پیگمان­ها ، رنگ­های مستقیم و همچنین تعدادی از رنگ­های اسیدی و دندانه‌ای هستند.
3-1- روش های حذف رنگ
در بعضی از کشورها، محدودیت­های بسیار شدیدی برای تخلیه پساب­ها وجود دارد که صنعت نساجی را به استفاده دوباره از آب تصفیه شده و توسعه دادن جانشین­هایی برای مواد شیمیایی سمی، متعهد كرده است. مطالعات وسیعی برای حذف آلودگی فاضلاب­های تولید شده توسط صنعت نساجی از طریق فرآیندهای شیمیایی، بیولوژیكی و بیوشیمیایی انجام شده است. فرآیندهای دیگری كه برای حذف فلزات سنگین و رنگ از پساب های آلوده به مواد رنگزا استفاده شده است شامل انعقاد ولخته­سازی شیمیایی، جذب سطحی روی كربن فعال، ازن زنی، غشاهای اكسیداسیون كاتالیزی، فرآیندهای الكتروشیمیایی، تصفیه اكسیداسیونی شامل پراكسید هیدروژن، و… می­باشد. روش­های بیولوژیکی رایج تخریب و رنگ­زدایی به دلیل وجود گروه­های آروماتیک در رنگ­های آزو ناکارآمد می­باشند وتخریب به کندی صورت می­گیرد. روش­های فیزیکی مانند استفاده از کربن فعال[1]، فیلتر­کردن[2] و اسمز­معکوس[3] و لخته­سازی[4] پر هزینه­اند به­علاوه این روش­ها رنگ­ها را تخریب نمی­کنند و تنها آن­ها را از فازی به فاز دیگر انتقال می­دهند. با این­­حال تولید لجن مهم­ترین محدودیت این روش­­ها است[16-13].
یكی از مهم­ترین این روش­ها، فرآیند های اكسیداسیون پیشرفته[5] می­باشند، که شامل فرآیندهای شیمیایی، فتوشیمیایی و فوتوکاتالیزگری برای تولید رادیکال هیدروکسیل (OH.) است. رادیکال هیدروکسیل یک اکسنده بسیار قوی و غیر گزینش­پذیر است که بسیاری از ترکیبات آلی به خصوص ترکیبات آلی غیر اشباع را می­تواند اکسید کند. فرآیند تخریب فوتوکاتالیزگری رنگ­های آزو در حضور تابش فرابنفش و یا نور مرئی، هوازی می­گردد. مزیت دیگر این روش، اکسایش کامل ترکیب آلی مورد نظر به آب، کربن دی­اکسید، و یا اسیدهای معدنی و عدم نیاز به فشار و دماهای بالا می­باشد [19-17].
استفاده از نیمه­رساناهایی مانند TiO2،ZnO ، CdS،Fe2O3  به عنوان فوتوکاتالیزگر برای تجزیه آلودگی­های آلی مورد توجه قرار گرفته­اند. به دلیل خواص نوری و الکتریکی، غیرسمی بودن، فعالیت کاتالیزگری بالا و پایداری شیمیایی نانوذرات تیتانیوم دی ­اکسید به عنوان یک فوتوکاتالیزگر رایج مورد استفاده قرار گرفته است[20].
4-1- معرفی فوتوکاتالیزگر
فوتوکاتالیزگر‌ها به منظور حذف آلاینده‌هایی که به وسیله­ی فرایند‌های زیستی حذف نمی‌شوند، سال‌هاست که در کشورهای صنعتی به کار می‌روند.  فوتوکاتالیزگر‌ها به طور عمده اکسید‌های جامد نیمه رسانا هستند که تحت تابش نور، با انرژی کافی فعال می‌شوند[23]. هزینه­ کمتر، واکنش‌های سریع­تر و شرایط واکنش ملایم­تر از جمله مهم­ترین مزایای استفاده از فوتوکاتالیزگر­ها­ نسبت به سایر کاتالیزگرهاست. از جمله مزایای مهم دیگر این کاتالیزگرها می­توان به این ویژگی اشاره کرد که با استفاده از این کاتالیزگرها طیف وسیعی از آلودگی‌های محیط زیستی آلی به دی اکسیدکربن و آب تبدیل می شود[30].
1-4-1- تاریخچه
    اولین فوتوکاتالیزگر معرفی شده، تیتانیوم دی اکسید است. تاکنون به طور دقیق مشخص نشده که اولین بار در چه زمانی و توسط چه کسی از تیتانیوم دی اکسید برای القای واکنش‌های شیمیایی استفاده شده است. در سال 1938 از تیتانیوم دی اکسید به عنوان کاتالیزگری که در حضور نور فعال می‌شد، در صنعت رنگ­سازی استفاده شد؛ اما در گزارش‌های ارایه شده واژه‌ی فوتوکاتالیزگر­ به کار نرفت و تیتانیوم دی اکسید به عنوان حساس کننده­ی نوری[1]معرفی شد. در سال 1956 ماشیو[2] در گزارشی در مورد خود اکسایش انجام شده توسط تیتانیوم دی اکسید، از آن به عنوان فوتوکاتالیزگر یاد کرد[21]. فوجی شیما و هوندا[3] در سال 1972 به کمک آند تیتانیوم دی اکسید و تحت تأثیر نور فرابنفش، فرآیند آب کافت (تجزیه آب به اکسیژن و هیدروژن) را انجام دادند[22]. به این ترتیب کاربرد گسترده­ی فوتوکاتالیزگر­­ها در واکنش‌های اکسایش و کاهش آغاز شد.
1- Photosensitizer
2- Mashio
3- Fujishima and Hond  
4- Valence Band
1- Active Carbon
2- Filtration
3- Reverse Osmosis
4- Coagulation
5- AOPs

:
 استفاده از پلیمرها و پلاستیك ها در اغلب وسایل انسان از ریزترین آنها گرفته تا بزرگترین آنها انكار ناپذیر است. دلیل این استفاده وافر پلیمرها و پلاستیك ها در زندگی  انسان خواص بسیار زیاد آنها می باشد. مصرف سرانه پلاستیك در اروپا 60 كیلوگرم و در آمریكا 80 كیلوگرم در سال است [1]. علیرغم فواید فراوان پلیمرها و پلاستیك ها، استفاده از آنها باعث معضلات زیست محیطی فراوان شده است و همین امر باعث شده است كه بشر به فكر تولید پلیمرهای زیست تخریب پذیر و تخریب زیستی پلیمرها و پلاستیك ها بیافتد.
مکانیسمهای درونی و توانایی خود تنظیمی طبیعت نمی توانند این آلاینده ها را تجزیه کنند چون با این مواد نا آشنا هستند. این امر موجب شده است بسیاری از کشورها شروع به توسعه پلاستیک های قابل تجزیه زیستی کنند. بر اساس یک تخمین، بیش از 100 میلیون تن پلاستیک هر ساله تولید می شوند. 40% از این مقدار به محل های دفن زباله منتقل می شود و چند صد هزار تن هر ساله به محیط های دریایی ریخته می شوند و در مناطق اقیانوسی تجمع می یابند. سوزاندن پلاستیک ها  یکی از گزینه ها در دفع پلاستیک ها می باشد؛ اما علاوه بر پرهزینه بودن خطرناک نیز می باشد[1-2].
پلاستیک هایی که کاملا تجزیه پذیرند، نسبتاٌ جدید و نوید دهنده اند که به خاطر بهره گیری از باکتریها برای تشکیل بیوپلیمر می باشد که عمدتاٌ شامل پلی هیدروکسی آلکانویت ها[1]، پلی لاکتیک اسیدها[2]، پلی استرهای آلیفاتیک[3]، پلی ساکاریدها[4]،  و یا ترکیبی از این مواد می باشند[1].
1- انواع پلیمرهای زیست تخریب پذیر
پلیمرهای زیست تخریب پذیر زیادی شناسایی شده اند و یكی از مهمترین آنها پلی هیدروكسی آلكانوات ها می باشد. استفاده از این گروه پلیمرهای زیست تخریب پذیر در كشاورزی و صنایع دارویی و غیره بسیار مورد توجه قرار گرفته است كه دلیل آن سازگاری با محیط زیست

 و سامانه های حیاتی می باشد[2].

پلی هیدروكسی آلكانوات ها ،پلیمرهای زیست تخریب پذیر هستند و به صورت ذرات درون سلولی در میکروارگانیسم های مختلف تشکیل می شوند[3]. وزن مولکولی این پلیمرها در محدوده 105*2 تا  106*3 دالتون می باشد. وزن مولکولی بر حسب نوع میکروارگانیسم و شرایط رشد تغییر می کند[3].
یکی ازمهمترین پلی هیدروکسی آلکانوات ها، پلی هیدروكسی بوتیرات است. پلی هیدروكسی بوتیرات یك پلیمر خطی از 3-هیدروكسی بوتیرات است و در اندازه های مختلفی از ذرات در داخل سلول موجود است. پلی هیدروكسی بوتیرات به عنوان یك منبع ذخیره انرژی و كربن برای میكروارگانیزم می باشد و تحت شرایطی مثل محدودیت نیتروژن، فسفر، اكسیژن، یون ها و غیره در داخل سلول تجمع می یابد و با رفع این محدودیت ها پلی هیدروكسی بوتیرات تجزیه می شود. پلی هیدروكسی بوتیرات جامد به عنوان یك پلی استر ترموپلاستیك زیست تخریب پذیر مورد توجه قرار گرفته است زیرا خواص شبیه به خواص تعداد زیادی از پلاستیك های سنتزی معمولی دارد[4-6].
2- ویژگیهای پلی هیدروکسی آلکانوآتها
پلی هیدروكسی بوتیرات دارای خواص فیزیكی و شیمیایی شبیه به پلی اتیلن و پلی پروپیلن است و مانند پلاستیكهای معمولی در زمینه های متعددی قابل استفاده است. به عنوان مثال می توان آن را قالب ریزی كرد، توسط پركن های غیر آلی تقویت كرد، به صورت رشته هایی به هم تابید یا به شكل ورق درآورد و دارای خواص آب بندی عالی است[7].
طی دو دهه اخیر پلی‌هیدروكسی‌آلكانوات‌ها بطور وسیعی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. آنها قابل تجزیه و سازگار با محیط‌زیست بوده و از منابع تجدید‌پذیر قابل استحصال می‌باشند. این خواص، آنها را بعنوان جایگزینی مناسب برای پلیمرهای مشتق‌شده از مواد نفتی معرفی می‌كند. بسیاری از گونه­های میکروارگانیسم که جزو اعضای خانواده Halobactericeae می­باشند قادر به تولید پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها می­باشند. تاکنون بیش 300 گونه از این میکروارگانیسم­ها شناسایی گردیده و تعداد آن مرتبا در حال افزایش می­باشد[8]. باکتریها قادر به سنتز طیف وسیعی از ترکیبات پلی­هیدروکسی­آلکانوات هستند و تقریبا 150 ترکیب متفاوت از پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها تاکنون شناسایی شده است. پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها که از سلولهای باکتریها گرفته می­شوند دارای ویژگیهای مشابه با پلاستیکهای متداول نظیر پلی­پروپیلن می­باشند[9].. پلی‌هیدروكسی‌آلكانوات‌ها را برحسب نوع مونومر به دو دسته می‌توان تقسیم نمود. دسته اول پلیمرهایی با زنجیره كوتاه هستند كه دارای 3 تا 5 اتم كربن بوده و ترد و شكننده می‌باشند. دسته دوم، پلیمرهایی با زنجیره متوسط كه دارای 6 تا 14 اتم كربن بوده و دارای خاصیت الاستیكی می‌باشند[10].
پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها در فرایند بیولوژیکی هوازی و در محدوده دمایی C° 60 و رطوبت 55% به کمپوست تبدیل می­گردند. مطالعات نشان داده است که در فرایند دفن بهداشتی، 85 درصد پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها تجزیه می­گردد. پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها از گستره وسیعی از مواد اولیه همچون منابع تجدید پذیر (ساکاروز، نشاسته، سلولز) و منابع فسیلی (متان، نفت خام، لیگنیت)، محصولات فرعی (ملاس، آب پنیر، گلیسرول)، اسیدهای آلی مثل (اسید استیک، اسید پروپیونیک و اسید بوتیریک) و دی اکسید کربن قابل استحصال می­باشند[11-12].
3- بیان مسأله
تنوع گسترده مونومرها در پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها طیف وسیعی از پلیمرها با خواص فیزیکی متفاوت ایجاد کرده است. پلی­هیدروکسی­بوتیرات حالت ترد و شکننده داشته و دارای کاربرد بسیار کمی می­باشد. پلی­هیدروکسی­آلکانوات­هایی که دارای زنجیره متوسط هستند خاصیت الاستیکی داشته و موادی سخت محسوب می­شوند که برای تولید لاستیک بسیار مناسب می­باشند. کوپلیمرهای پلی­هیدروکسی­آلکانوات شامل هیدروکسی­بوتیرات به همراه زنجیره­های بلندتر نظیر هیدروکسی­ والرات، هیدروکسی ­هگزانوات یا هیدروکسی ­اوکتانوات بوده و دارای انعطاف­پذیری بیشتری بوده و دوام بالاتری دارند. این ترکیبات قابلیت مصرف در طیف وسیعی از تولیدات نظیر بطری، خودتراش، پوششهای ضد آب و بسته­بندی مواد غذایی را دارا هستند[13].
در این تحقیق با استفاده  از منابع کربنی مختلف توانایی باکتریهای Cupriavidus necator DSMZ 545، Azotobacterbeijerinckii  DSMZ 1041  و  Azohydromonas lata DSMZ 1123   و درنهایت   Hydrogenophaga pseudoflava DSMZ 1034    در تولید بیوپلیمر هیدروکسی مورد بررسی قرار گرفته است. از جمله سوالاتی که سبب شروع این تحقیق گردید:
1- میزان تولید بیوپلیمر توسط باکتریهای مذکور بر روی منابع ارزان چگونه است؟
2- آیا باکتری های فوق توانایی تولید کوپلیمر را دارا هستند؟
3- تاثیر منابع مختلف کربن بر نوع و میزان پلیمر تولیدی چه میزان است؟
4- تاثیر منابع فسفر و نیتروژن در تولید بیوپلیمر به چه صورت است؟
5- کدام باکتری از میان باکتریهای مورد بررسی شرایط بهتری جهت تولید بیوپلیمر دارد؟
6- مدل سینتیکی رشد وپارامترهای سینتیک رشد چگونه می باشند؟
7- فرایند های مذکور در فرمانتورهای پیوسته و غیر پیوسته به چه صورت قابل اجرا می باشند؟
8- نرخ انتقال اکسیژن در فرایندهای بیولوژیکی مذکور چگونه است؟
9- آیا امکان استفاده از بیوپلیمر تولید شده جهت تولید نانوکامپوزیت  پلیمری وجود دارد؟
تحقیقات موجود نشان می­دهد که استفاده از منابع ساده در تولید پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها سبب تولید تنها یکی از مونومرها شده و پلیمر ترکیبی یا کوپلیمر ایجاد نخواهد کرد، بنابراین ضروری است که منبع کربن بصورت مخلوط و ترکیبی  یا از منابع دارای ترکیبات مختلف استفاده گردد.
4- اهداف تحقیق
تحقیق حاضر در زمینه بررسی امکان تولید مواد سازگار با محیط­زیست جهت کاهش اثرات منفی پلاستیکهای مشتق­شده از نفت خام صورت گرفته است. همچنین در این تحقیق از ضایعات ارزان قیمت جهت تولید بیوپلیمر استفاده شده است که این امر باعث کاهش آلودگی محیط زیست و همچنین کاهش قیمت تمام شده تولید بیوپلیمر می شود .بنابر این تولید  پلیمر های زیست تخریب پذیر می­تواند راهگشای بسیاری از صنایع کشور، از جمله صنایع پزشکی ،داروسازی و بسته­بندی مواد غذایی باشد. در حال حاضر اینگونه مواد از کشورهای دیگر تهیه می­گردد.
[1] Sanitary landfill
[1]Polyhydroxyalkanoates (PHA)
[2] Acids  Poly Lactide (PLA)
[3] Aliphatic polyesters
[4] polysaccharides

برای نانوذرات تعاریف متعددی ارائه شده است اما به طورخاص نانوذرات دارای قطری بین 1 تا 250 نانومترمی‌باشند، به عبارتی آنها درحوزهای ما بین اثرات کوانتومی اتمها، مولکولها و خواص مواد توده‌ای قرار می‌گیرند. موادمختلف دراین مقیاس از خود خواص متفاوت و جالبی را بروز می‌دهند. توانایی ساخت وکنترل ساختار نانوذرات به دانشمندان و مهندسین امکان می‌دهد خواص حاصله را تغییر داده و بتوانند خواص مطلوب را در مواد طراحی کنند. موارد فوق العاده گسترده‌ای وجود دارند که اندازه فیزیکی ذره می‌تواند خواص بهبود یافته‌ای را به وجود آورد. مثلاً اندازه کوچک ذرات امکان صیقل دهی ظریفتر سطوح را فراهم می‌کند. نانوذرات مغناطیسی به دلیل داشتن یك سری ویژگی های خاص مانند: (1) سهولت سنتز، (2) مساحت سطح به حجم زیاد به دلیل داشتن ابعاد نانومتری، (3) خاصیت سوپرپارامغناطیسی که باعث می­شود این ذرات به میدان مغناطیسی خارجی پاسخ دهند و در غیاب میدان خارجی خاصیت مغناطیسی خود را از دست بدهند، (4) عدم نیاز به مراحل فیلتراسیون و سانتریفیوژ کردن در طی فرآیند استخراج، (5) توانایی استخراج از حجم زیاد نمونه­ها می‌توانند در استخراج  و حذف گونه های مختلف آلی و معدنی به ویژه آلاینده­های محیطی و جداسازی داروها از نمونه­های بیولوژیکی به كار گرفته شوند ] 2,1[. نانوذرات به قدری کوچک هستند که می‌توان گفت بی‌نظمی چندانی در آنها وجود نداشته و لذا فلزات پرقدرت و بسیار سخت را می‌توان از آنها تولید کرد. مساحت سطح بالای آنها نیز سبب تولید کاتالیزور کاراتر و مواد پر انرژی می‌گردد.
2-1- ماهیت مغناطیسی نانوذرات
در مواد مغناطیسى، مولكول‌ها و اتم‌های سازنده‌ى آن خاصیت مغناطیسی دارند.  به بیان ساده‌تر عناصرى مانند آهن، كبالت، نیكل و آلیاژهای آنها كه توسط آهنربا جذب می‌گردد، مواد مغناطیسی نامیده می‌شود. طبقه بندى مواد مغناطیسی براساس پذیرفتارى مغناطیسى(X)  (قابلیت مغناطیسی شدن ماده) انجام می‌شود براین اساس مواد را به سه گروه فرومغناطیس، پارامغناطیس و دیامغناطیس دسته بندی می‌كنند]1[. در مواد دیامغناطیس برایند گشتاور دوقطبی مغناطیسی صفر است و درحضور میدان مغناطیسى، گشتاور

 دوقطبی در آنها القا می‌شود، اما جهت این دوقطبی هاى القا شده برخلاف جهت میدان مغناطیسی خارجی است كه باعث می‌شود ماده‌ی ‌دیامغناطیس از میدان مغناطیسی دفع شود. با حذف میدان مغناطیسی خارجى، خاصیت مغناطیسی این مواد باقی نمی‌ماند. پذیرفتارى مغناطیسی در این مواد خیلی كم می‌باشد. تمام گازها (جز اكسیژن)، آب، نقره، طلا، مس، الماس، گرافیت، بیسموت و بسیاری ازتركیبهای آلى دیامغناطیس هستند. در ماده‌ی پارامغناطیس، دوقطبی‌هاى مغناطیسی داراى سمت‌گیرى مشخص و منظمی نیستند، در نتیجه این مواد خاصیت مغناطیسی ندارند. اگر آنها درون یك میدان مغناطیسی قرار داده شوند، در راستای خط‌هاى میدان مغناطیسی منظم می‌شوند. با حذف میدان مغناطیسى، دوقطبی‌هاى مغناطیسی دوباره به سرعت به وضعیت قبلی كه درغیاب میدان داشتند، برمی‌گردند. به این ترتیب، مواد پارامغناطیس درمیدان‌هاى مغناطیسی قوی خاصیت مغناطیسی پیدا می‌كنند. پذیرفتارى مغناطیسی این مواد مقدارى مثبت می‌ باشد. منگنز، پلاتین، آلومینیم، فلزهاى قلیایى و قلیایی خاكى، اكسیژن و نیترون‌اكسید پارامغناطیس هستند. مواد فرومغناطیس مانند مواد پارامغناطیس است، با این تفاوت كه مجموعه‌اى ازدوقطبی‌هاى مغناطیسی در یك جهت و راستا قرار دارند كه خود این مجموعه‌ها در راستا و جهت‌هاى متفاوتی قرارمی‌گیرند، به طورى كه اثر میدان یكدیگر را خنثى می‌كنند. به این مجموعه از دوقطبی‌هاى مغناطیسی كه در یك راستا قرار دارند، حوزه‌ى مغناطیسی می‌گویند. خاصیت مغناطیسی این مواد به سرعت تغییر مسیر این حوزه‌ها و قرار گرفتن در جهت میدان بستگی دارد]3 [. خاصیت مغناطیسی به مقدار بسیار زیادی به اندازه‌‌ی‌ ذره وابسته است. هر ماده‌ی‌ مغناطیس درحالت توده، ازحوزه‌های مغناطیسی تشكیل شده‌است. هرحوزه داراى هزاران اتم است كه در آن جهت چرخش الكترونها یكسان وگشتاورهای مغناطیسی به صورت موازی جهت یافته اند. اماجهت چرخش الكترون‌های هرحوزه با حوزه‌های دیگر متفاوت است. هرگاه، یك میدان مغناطیسی بزرگ، تمام حوزه‌های مغناطیسی را هم‌ جهت كند، تغییر فاز مغناطیسی رخداده و مغناطیسی شدن به حداشباع میرسد. هرذره‌ای كه تنها شامل یك حوزه باشد، میتواند نانوذره به شماررود. نانوذرات مغناطیسی دارای تعداد حوزه‌های كمی هستند و مغناطیسی شدن آنها ساده‌تر است. در مواد فرومغناطیس وقتی اندازه‌ی ذره از یك حوزه‌ی مغناطیسیِ منفرد كوچكتر گردد، پدیده‌ی ابرپارامغناطیس)متصل نشدن ذرات مغناطیسی در ابعاد نانو در شرایط عادى و حساسیت بالاى آنها به میدان مغناطیسى(، به وقوع می‌پیوندد. چون نانوذرات نیاز به نیروی زیادی برای مغناطیسی شدن ندارند، خیلی ازحالت طبیعی فاصله نمی‌گیرند و پس از مغناطیسی شدن تمایل چندانی برای ازدست دادن خاصیت مغناطیسی وباز گشت به وضعیت اولیه را ندارند]3[.

3-1- از جمله کاربردهای نانوذرات می­توان به موارد زیر اشاره کرد:
– ذخیره اطلاعات: نانوذرات مغناطیسی با اندازه 2 تا 20 نانومتر می‌توانند به عنوان ابزاری برای ذخیره اطلاعات در کارت‌های مغناطیسی استفاده شوند.
– نانوکامپوزیت‌های مغناطیسی: با توزیع و اندازه دانه‌ی مناسب نانوذرات مغناطیسی در بستر مواد پلیمرﻲ می‌‌توان نانوکامپوزیت‌هایی با خاصیت مغناطیسی به دست آورد. که کاربرد زیادی را در سنسورها، پوشش‌های الکترومغناطیس و مواد جاذب امواج، دارا می‌‌باشند  ]4[.
– فروسیال‌ها(محلول‌های مغناطیسی): فروسیال‌ها، محلول‌هایی هستند که در آن نانوذرات مغناطیسی (مانند: آهن و کبالت)، به صورت کلوئید در مایعی معلق می‌باشند و به آن خاصیت مغناطیسی می‌‌بخشند. هر چه اندازه‌ی نانوذرات مغناطیسی کوچک‌تر باشد، محلول خاصیت مغناطیسی بیشتری از خود نشان می‌دهد. از جمله کاربردهای فروسیال‌ها می‌توان به کاربرد آن به عنوان خنک‌ کننده نام برد. هم‌چنین از این محلول‌ها برای به حرکت در‌آوردن سیال‌ها در تراشه‌ها به وسیله‌ی نیروی مغناطیسی استفاده می‌شود.
-كاربرد نانوذرات مغناطیسی درتشخیص ودرمان بیماریها
الف) گرما درمانی مغناطیسى
ب) تصویر برداری تشدید  مغناطیسى
گرما درمانی یكی از روش‌های درمان سرطان است كه برای آسیب رساندن به سلولهاى سرطانی و نابودى آنها، بافت بدن را درمعرض گرماى43 درجه‌ی سانتی‌گراد قرار  می‌دهند نانوذرات می‌توانند دراثرمیدانهاى مغناطیسی متناوب گرما تولیدكنند. میزان گرماى تولید شده بستگی به نوع ذره،خواص مغناطیسی آن و عوامل موثر بر روى میدان مغناطیسی دارد ]5[.
تصویر برداری تشدید مغناطیسی  (MRI)یك ابزارتشخیصی غیرتهاجمی است كه با استفاده از یك میدان مغناطیسی قوى خارجى، تصاویری دقیق و همراه با جزییات را از ساختارهاى داخل بدن ایجاد می‌کند. با استفاده از نانوذرات مغناطیسی به خصوص آهن اكسید، شناسایی بافتهای آسیب دیده با حساسیت بسیار بالا و با مقداركم مواد تزریقی انجام می‌شود. این تصویر بردارى براساس تحریك پروتونهای هسته‌ی‌‌‌(هیدروژن ) مولكول آب انجام می‌شود ]6[.
ج) نانوذرات مغناطیسی به عنوان ابزارتشخیصی
یكی از روشهای تشخیص نانومولكولی، استفاده از نانوذراتی مانند نانوذرات طلا، نانوذرات مغناطیسی و نقاط كوانتمی است، آنها با اتصال به پادتنی مناسب برای شناسایی مولكولها و ساختارهای خاص مورد استفاده قرارمی‌گیرد]6[.
د) دارورسانی هدفمند و ژن درمانى
یكی از اهداف فناوری نانو سواركردن داروها بر روی مواد حامل (نانوذره) وسپس فرستادن و رهاكردن آنها به درون سلول هدف است كه به آن دارورسانی هدفمند اطلاق می‌شود. نانوذرات مغناطیسی براى انتقال دارو دركاربردهای عملی بسیار مورد توجه هستند]6 [.
4-1- نانو ذرات مغناطیسی اکسید آهن
عنصر آهن به طور طبیعی دارای سه اکسید طبیعی هماتیت، مگنتیت، و مگهمیت می­باشد. هماتیت فراوان­ترین نوع از اکسیدهای آهن می­باشد و نسبت به دو نوع دیگر دارای پایداری بیشتری می­باشد. گونه­های دیگر نیز در نهایت به این گونه تبدیل می­شوند.
مگنتیت از لحاظ مغناطیسی، فرو مغناطیس می­باشد و در بین فلزات واسطه بیشترین خاصیت مغناطیسی را دارد. این اکسید آهن مشکی رنگ است. در واقع به علت خاصیت مغناطیسی خیلی زیاد مگنتیت و افزایش این خاصیت برای ذراتی با گستره ی شعاعی در حد نانومتر، مطالعات بسیار زیادی در زمینه­ سنتز و کاربرد این ذرات انجام گرفته است]7[.
[1]. Magnetic nanoparticles           
[2] . Chips