مفهوم کلی نانو تکنولوژی چیست و چه کاربردی دارد ؟

آبان ۱۸, ۱۳۸۷ توسط :   موضوع : اخبار علمی پزشکی, اخبار علوم پايه

ساختار و مفاهیم کلی نانو تکنولوژی
یکی از پیشوندهای مقیاس اندازه گیری در سیستم SI نانو به معنی یک میلیاردم واحد آن مقیاس است.برای مثال یک نانومتر معادل یک میلیاردم متر است. با توجه به اینکه یک سلول بدن بیش از صدها نانومتر است می توان به کوچکی این مقیاس پی برد. از آنجایی که علوم نانو بخش وسیعی برگرفته از مباحث شیمی، فیزیک، بیولوژی، پزشکی، مهندسی و الکترونیک را در بر می گیرد،‌گروه بندی آن بسیار پیچیده است.

یکی از پیشوندهای مقیاس اندازه گیری در سیستم SI نانو به معنی یک میلیاردم واحد آن مقیاس است.برای مثال یک نانومتر معادل یک میلیاردم متر است. با توجه به اینکه یک سلول بدن بیش از صدها نانومتر است می توان به کوچکی این مقیاس پی برد. از آنجایی که علوم نانو بخش وسیعی برگرفته از مباحث شیمی، فیزیک، بیولوژی، پزشکی، مهندسی و الکترونیک را در بر می گیرد،‌گروه بندی آن بسیار پیچیده است.

دانشمندان، علوم نانو را به چهار گروه شامل مواد (گروه اول)، مقیاسها (گروه دوم)، تکنولوژی الکترونیک، اپتوالکترونیک، اطلاعات و ارتباطات (گروه سوم) و بیولوژی و پزشکی (گروه چهارم) طبقه بندی کرده اند. این طبقه بندی باعث سهولت در بررسی این علوم شده است البته تداخل برخی از بخش ها در یکدیگر طبیعی است. برنامه های توسعه این تکنولوژی به سه بخش کوتاه مدت (کمتر از پنج سال)، میان مدت( بین۱۵-۵ سال) و بلند مدت (بیش از۲۰ سال) تقسیم بندی شده است. مواد نانو (nanomaterials) قابلیت کنترل ساختار تشکیل دهنده مواد پیشرفته (از فولادهای ساخته شده در اوایل قرن۱۹ تا انواع بسیار پیشرفته امروزی) در ابعاد کوچک و کوچکتر،‌ در اندازه های میکرو و نانو بوده است.

هر قدر بتوانیم این مواد را در ابعاد ریزتر و کنترل شده ای تولید کنیم خواهیم توانست مواد جدیدی را با قابلیت و عملکردهای بسیار عالی به دست آوریم. تاکنون تعاریف متعددی از مواد نانو ارائه شده است اما در یک تعریف جامع می توان گفت موادی در این گروه قرار می گیرند که یکی از ابعاد اضلاع آنها از۱۰۰ نانومتر کوچکتر باشد.

یکی از این گروهها »لایه ها« است. لایه ها یک بعدی هستند که در دو بُعد دیگر توسعه می یابند مانند فیلم های نازک و پوششها.

برخی از قطعات کامپیوتر جزو این گروه هستند. گروه بعدی شامل موادی است که دارای دو بعد هستند و در یک بعد دیگر گسترش می یابند و شامل لوله ها و سیمها می شوند. گروه مواد سه بعدی در نانو شامل ذرات، نقطه های کوانتمی (ذرات کوچک مواد نیمه هادیها) و نظایر آنها می شوند. دو ویژگی مهم، مواد نانو را از دیگر گروهها متمایز می سازد که عبارتند از افزایش سطح مواد و تاثیرات کوانتمی.

این عوامل می توانند باعث ایجاد تغییرات و یا به وجود آمدن خواص ویژه ای مانند تاثیر در واکنشها، مقاومت مکانیکی و مشخصه های ویژه الکتریکی در مواد نانو شوند. همانگونه که اندازه این مواد کاهش می یابد، تعداد بیشتری از اتمها در سطح قرار خواهند گرفت. برای مثال، اتم های موادی به اندازه۳۰ نانومتر به میزان۵ درصد،۱۰ نانومتر به میزان۲۰ درصد و۳ نانومتر به میزان۵۰ درصد در سطح قرار دارند.

در نتیجه مواد نانو با ذرات کوچکتر در مقایسه با مواد نانو با ذرات بزرگتر دارای سطح بیشتری در واحد جرم هستند. با توجه به ازدیاد سطح در این مواد، تماس ماده با سایر عناصر بیشتر شده و موجب افزایش واکنش با آنها می شود.

این عمل منجر به تغییرات عمده در شرایط مکانیکی و الکترونیکی این مواد خواهد شد. برای مثال سطوح بین ذرات کریستالها در بیشتر فلزات باعث تحمل فشارهای مکانیکی بر آن می شود.

اگر این فلزات در مقیاس نانو ساخته شوند، با توجه به ازدیاد سطح بین کریستالها، مقاومت مکانیکی آن به شدت افزایش می یابد. برای مثال فلز نیکل در مقیاس نانو مقاومتی بیشتر از فولاد سخت شده دارد. به موازات تاثیرات ازدیاد سطح، اثرات کوانتمی با کاهش اندازه مواد (به مقیاس نانو) موجب تغییر در خواص این مواد می شود (تغییر در خواص بصری، الکتریکی و جاذبه). موادی که تحت تاثیر این تغییرات قرار می گیرند ذرات کوانتمی، لیزرهای کوانتمی برای الکترونیک بصری هستند. همانگونه که بیش از این گفته شد مواد نانو، به سه گروه یک، دو و سه بُعدی طبقه بندی شده اند. مواد نانوی یک بعدی: این مواد شامل فیلم های بسیار نازک و سطوح مهندسی است و در ساخت ابزار الکتریکی و شیمیایی و مدارهای الکترونیکی ساده و مرکب کاربرد وسیعی دارند.

امروزه کنترل ضخامت لایه ها تا اندازه یک اتم صورت می پذیرد و ساختار این لایه ها حتی در مواد پیچیده ای مانند روانکارها شناخته شده است.

لایه های مونو که قطر آنها به اندازه یک ملکول و یا یک اتم است، در علوم شیمی کاربرد وسیعی دارند. یکی از کاربردهای این لایه ها ساخت سطوحی است که خود را بازسازی کنند. مواد نانوی دوبعدی: به تازگی کاربرد مواد نانوی دو بعدی در تولید سیم و لوله ها افزایش یافته و توجه دانشمندان را به دلیل وجود خواص ویژه مکانیکی و الکترونیکی به خود جلب کرده است. در زیر به چند نمونه ساخته شده در این گروه اشاره می شود.

 نانو لوله های کربنی، CNTs : از رول کردن ورقهای گرافیتی یک یا چند لایه ساخته شده و قطر آنها چند نانو و طولشان چند میکرومتر است.ساختار مکانیکی این مواد مانند الماس بسیار سخت است اما در محورهای خود نرم و تاشو هستند.همچنین این مواد هادی الکتریکی بسیار عالی هستند. نوع غیر عالی نانو لوله های کربنی مانند مولیبید یوم دی سولفاید پس از CNTs ساخته شده است.

این مواد دارای ویژگی های منحصر به فردی همچون روانکاری، مقاومت در برابر ضربات امواج شوکها، واکنشهای کاتالیزی و ظرفیت بالا در ذخیره هیدروژن و لیتیم هستند. لوله های مواد پایه اکسیدی مانند اکسید تیتانیم، برای کاربردهای کاتالیزی، کاتالیزرهای نوری و ذخیره انرژی به صورت تجاری به بازار عرضه شده اند.

نانو سیمها: این سیمها از قرار گرفتن ذرات بسیار ریز از مواد مختلف به صورت خطی ساخته می شوند. نانوسیمهای نیمه هادی از سیلیکون، نیترات گالیم و فسفات ایندیوم ساخته شده و دارای قابلیتهای بسیار خوب نوری، الکتریکی و مغناطیسی است و نوع سیلیکونی این سیمها می تواند بخوبی در یک شعاع بسیار کوچک بدون آسیب رسانی به ساختار سیم خم شود.

این سیمها برای ثبت مغناطیسی اطلاعات در حافظه کامپیوترها، وسایل نانوالکترونیکی و نوری و اتصال مکانیکی ذرات کوانتمی به کار می روند. بیوپلیمرها: انواع گوناگون بیوپلیمرها، مانند ملکولهای DNA ، در خودسازی نانوسیمها در تولید مواد بسیار پیچیده به کار می روند. همچنین این مواد دارای قابلیت اتصال نانو و بیوتکنولوژی برای ساخت سنسور و موتورهای کوچک هستند.

مواد نانوی سه بعدی: این مواد به آن گروه تعلق دارد که قطری کمتر از۱۰۰ نانومتر داشته باشند. مواد نانوی سه بعدی در اندازه های بزرگتر ساختار متفاوتی داشته و طیف وسیعی از مواد را در جهان تشکیل می دهند و صدها سال است که به صورت طبیعی در زمین یافت می شوند. مواد تولید شده از عوامل فتوشیمیایی، فعالیت های آتش فشانها، مواد محترق از پختن غذا، مواد متصاعد از احتراق سوخت ماشین ها و مواد آلاینده تولید شده در صنایع جزو این گروه از مواد هستند.

این مواد به علت رفتار متفاوت در واکنش های شیمیایی و بصری بسیار مورد توجه قرار دارند. برای مثال اکسید تیتانیوم و روی که بصورت شفاف و فرانما، جاذب و منعکس کننده نور ماورای بنفش در صفحات خورشیدی به کار می روند در ابعاد نانو هستند. این مواد کاربردهای بسیار ویژه ای در ساخت رنگها و داروها (به ویژه داروهایی که تجویز آنها فقط برای یک عضو مشخص بدن و بدون تاثیر بر سایر اعضاست) دارند.

مواد نانوی سه بُعدی شامل مواد بسیاری می شود که به چند نمونه از آنها اشاره می کنیم. کربن۶۰ (فوله رنس Fullerenes) : در اوایل سال۱۹۸۰ گروه جدیدی از ترکیبات کربنی بنام کربن۶۰، ساخته شد. کربن۶۰ ، کروی شکل، به قطر۱ نانومتر و شامل۶۰ اتم کربن است که به علت شباهت ساختار مولکولی آن با گنبدهای کروی ساخته شده توسط مهندس معماری بنام بوخ مینستر فولر بنام »فوله رنس« نامگذاری شد. در سال۱۹۹۰ ، روش های ساخت کوانتم های کربن۶۰ با مقاومت حرارتی میله های گرافیتی در محیط هلیم بدست آمد. این ماده در ساخت بلبرینگ های مینیاتوری و مدارهای الکترونیکی کاربرد وسیعی دارند.

دِن دریمرز (Dendrimers) : دن دریمرز از یک ملکول پلیمر کروی تشکیل شده و با یک روش سلسله مراتبی خود سازی تولید می شوند. انواع گوناگونی از این مواد به اندازه های چند نانومتر وجود دارند. دن دریمرز در ساخت پوششها، جوهر و حمل دارو به بدن کاربرد فراوانی دارند. همچنین در تصفیه خانه ها به منظور بدام انداختن یونهای فلزات که می توان به وسیله فیلترهای مخصوص از آب جدا شوند از این مواد استفاده می شود.

ذرات کوانتمی: مطالعات در مورد ذرات کوانتمی در سال۱۹۷۰ شروع شد و در سال۱۹۸۰ این گروه از مواد نانوی نیمه هادی ساخته شدند. اگر ذرات این نیمه هادی ها به اندازه کافی کوچک شوند، تاثیرات کوانتمی ظاهر شده و می توانند میزان انرژی الکترونها و حفره ها را کاهش دهند. از آنجایی که انرژی با طول موج ارتباط مستقیم دارد در نتیجه خواص نوری مواد بصورت بسیار حساس قابل تنظیم خواهد شد و می توان با کنترل ذرات، جذب یا دفع طول موج خاص در یک ماده را امکان پذیر ساخت.

به تازگی با ردگیری مولکولهای بیولوژی با کنترل سطح انرژی این ماده، کاربردهای جدیدی از آن کشف شده است. در حال حاضر استفاده از مواد نانو رو به افزایش است و به علت خواص بسیار ویژه آنها، تحقیقات در یافتن مواد جدید همچون گذشته ادامه دارد.

کاربردهای نانوتکنولو‍ژی در کشاورزی و علوم دامی

خلاصه:نانوتکنولوژی به عنوان یک فناوری قدرتمند، توانایی ایجاد تحول در سیستم کشاورزی و صنایع غذایی آمریکا و سر تاسر دنیا را دارد. نمونه هایی از کاربردها و پتانسیلهای بالقوه نانوتکنولوژی در کشاورزی و صنایع غذایی، شامل سیستم های جدید آزاد کننده دارو برای درمان بیماریها، ابزارهای جدید بیولوژی سلولی و مولکولی، امنیت زیستی و تضمین سلامتی محصولات کشاورزی و غذایی و تولید مواد جدید مورد استفاده برای شناسایی عوامل بیماریزا و حمایت از محیط زیست می باشد.

تحقیقات اخیر، امکان استفاده از نانوشلها و نانوتیوپها را در سیستمهای جانوری برای تخریب سلولهای هدف، به روشنی ثابت نموده است. امروزه از نانوپارتیکل ها که اجرام بسیار کوچکتر از حد میکرون هستند، برای رها سازی داروها و یا ژنها به داخل سلولها استفاده می کنند و مورد انتظار است که این تکنولوژیها در ۱۰ الی ۱۵ سال آتی مورد بهره برداری کامل قرار گیرد.

با روند رو به رشد تحقیقات اخیر، این پیش بینی منطقی است که در دهه آینده، صنعت نانوتکنولوژی با توسعه بی نظیر خود، منجر به ایجاد انقلاب عظیم در بخش پزشکی و بهداشت و همچنین تولیدات دارویی دام و آبزیان گردد.کلمات کلیدی: سیستمهای آزاد کننده دارو، نانوپارتیکل، نانوتکنولوژی، شناسایی اجرام بیماری زا
مقدمه:

نانوتکنولوژی به عنوان یک فناوری قدرتمند نوین، توانایی ایجاد انقلاب و تحولات عظیم را در سیستم تامین مواد غذایی و کشاورزی ایالت متحده آمریکا و در گستره جهانی دارد. نانوتکنولوژی قادر است که ابزارهای جدیدی را برای استفاده در بیولوژی مولکولی و سلولی و همچنین تولید مواد جدیدی، برای شناسایی اجرام بیماری زا معرفی نماید و بنابراین چندین دیدگاه مختلف در نانوتکنولوژی وجود دارد که می تواند در علوم کشاورزی و صنایع غذایی، کاربرد داشته باشد. به عنوان مثال امنیت زیستی تولیدات کشاورزی و مواد غذایی، سیستمهای آزاد کننده دارو بر علیه بیماریهای شایع، حفظ سلامتی و حمایت از محیط زیست از جمله کاربردهای این علم می باشد.علم نانوتکنولوژی چیست؟

انجمن ملی نوبنیاد نانوتکنولوژی که یک نهاد دولتی در کشور امریکا می باشد ، واژه نانوتکنولوژی را چنین توصیف می کند: “تحقیق و توسعه هدفمند، برای درک و دستکاری و اندازه گیریها مورد نیاز در سطح موادی با ابعاد در حد اتم”، مولکول و سوپرمولکولها را نانوتکنولوژی می گویند. این مفهوم با واحدهایی از یک تا صد نانومتر، همبستگی دارد. دراین مقیاس خصوصیات فیزیکی، بیولوژیکی و شیمیایی مواد تفاوت اساسی با یکدیگر دارند و غالبا اعمال غیر قابل انتظار از آنها مشاهده می شود.

در سیستم کشاورزی امروزی، اگردامی مبتلا به یک بیماری خاص شود، می توان چند روز و حتی چند هفته یا چند ماه قبل علائم نامحسوس بیماری را شناسایی کنند و قبل از انتشار و مرگ و میر کل گله، دامدار را برای اخذ تصمیمات مدیریتی و پیشگیری کننده آگاه کند و بنابراین می توان نسبت به مقابله با آن بیماری اقدام نماید. نانوتکنولوژی به موضوعاتی در مقیاس هم اندازه با ویروسها و سایر عوامل بیماری زا می پردازد و بنابراین پتانسیل بالایی را برای شناسایی و ریشه کنی عوامل بیماری زا دارد. نانوتکنولوژی امکان استفاده از سیستمهای آزاد کننده داروئی را که بتواند به طور طولانی مدت فعال باقی بماند، فراهم می کند.

به عنوان مثال استفاده از سیستمهای آزاد کننده دارو، می توان به ایمپلنتهای ابداع شده مینیاتوری در حیوان اشاره کرد که نمونه های بزاقی را به طور مستمر کنترل می کنند و قبل از بروز علائم بالینی و تب، از طریق سیستمهای هشدار دهنده وسنسورهای ویژه، می تواند احتمال وقوع بیماری را مشخص و سیستم خاص ازاد کننده دارو معینی را برای درمان موثر توصیه کنند.

طراحی سیستمهای آزاد کننده مواد دارویی، یک آرزوی و رویای همیشگی محققان برای سیستمهای رها کننده داروها، مواد مغذی و پروبیوتیکها بوده و می باشد. نانوتکنولوژی به عنوان یک فناوری قدرتمند به ما اجازه می دهد که نگرشی در سطح مولکولی و اتمی داشته و قادر باشیم که ساختارهایی در ابعاد نانومتر را بیافرینیم.

برای تعیین و شناسایی بسیار جزئی آلودگیهای شیمیایی، ویروسی یا باکتریایی در کشاورزی و صنایع غذایی معمولا از روشهای بیولوژیکی، فیزیکی و شیمیایی استفاده می گیرد. در روشهای اخیر نانوتکنولوژی برای استفاده توام این روشها، یک سنسور در مقیاس نانو طراحی کرده اند در این سیستم جدید، مواد حاصل از متابولیسم و رشد باکتریها با این سنسورها تعیین می گردد. سطوح انتخابی بیولوژیکی، محیطی هایی هستند که عمده واکنشهای و فعل و انفعالات بیولوژیکی و شیمیایی در آن محیط انجام می شود.

چنین سطوحی همچنین توانایی افزایش یا کاهش قدرت اتصال ارگانیزمها و ملکولهای ویژه را دارد. از جنبه های کاریردی استفاده از این سطوح، طراحی سنسورها، کاتالیستها، و توانایی جداسازی یا خالص سازی مخلوطهای بیومولکولها می باشد. نانومولکولها موادی هستند که اخیرا از طریق نانوتکنولوژی به دست آمده اند و یا در طبیعت موجودند و بوسیله این ساختارها، امکان دستکاریهای درسطح نانو و تنظیم و کاتالیز واکنشهای شیمیایی وجود دارد.

نانو مواد از اجزای با سایز بسیار ریز تشکیل شده اند و اجزا تشکیل دهنده چنین ساختارهایی بر خواص مواد حاصل در سطح ماکرو تاثیر می گذارد. ساختارهای کروی توخالی (buckey balls ) که با نام دیگر فلورن هم شناخته شده اند، مجموعه از اتمهای کربن متحدالشکل به صورت کروی هستند که در چنین ساختاری هر اتم کربن به سه اتم کربن مجاورش متصل شده. دانشمندان اکنون به خوبی می دانند که چگونه یک چنین ساختاری را به وجود آورند و کاربردهای بیولوژیکی آن امروزه کاملا شناخته شده است. از جمله کاربردهای چنین ساختارهایی برای رها سازی دارو یا مواد رادیواکتیو در محلهای مبتلا به عوامل بیماریزا می باشد.

ایده استفاده از۶۰ اتم کربن به جای ۸۰ اتم، ساختارهای توخالی را برای آزاد سازی دارو فراهم می کند. هدف از این کار در نهایت رسیدن به گروهای قابل انحلال پپتیدها در آب می باشد که نتیجتا این مولکولها به جریان خون راه پیدا می کنند.

 نانوتیوپها ساختارهای توخالی دیگری هستند که از دو طرف باز شده اند و گروههای اتمی دیگری به آنها اضافه شده اند و یک ساختار شش گوشه را تشکیل می دهند. نانوتیوپها می توانند به عنوان یک ورقه گرافیت در نظر گرفته شوند که به دور یک لوله پیچیده شده اند.کاربرد پلی مرهای سنتزی در داروسازی پیشرفتهای چشمگیری داشته است. سبکی، نداشتن آثار جانبی و امکان شکل دهی پلی مرها، کاربرد آنها را در زمینه پزشکی و دامپزشکی افزایش داده است.

در روشهای دارورسانی مدرن، فرآورده شکل دارویی موثر خود را با یک روند مشخص شده قبلی برای مدت زمان معلوم بطور سیستماتیک به عضو هدف آزاد می کند. پلیمرها نه تنها به عنوان منابع ذخیره دارو و غشا و ماتریکس های نگهدارنده عمل می کنند بلکه می توانند سرعت انحلال آزاد سازی و تعادل دفع و جذب آزاد را در بدن کنترل کنند.دندریمر(پلی مر) یک طبقه جدید از مولکولهای سه بعدی مصنوعی هستند که از مسیر و راه نانوسنتزی به دست آمده اند که این دندریمرها از توالیها و شاخه ای تکراری حاصل آمده اند. ساختار چنین ترکبیباتی از یک درجه بالای تقارن برخوردار است.نقاط کوانتومی، کریستالهایی در مقیاس نانومتری هستند که اساسا در اواسط ۱۹۸۰ برای کاربردهای اپتوالکترونیک به کاربرده شدند. آنها در طی سنتز شیمیایی در مقیاس نانو ایجاد می شوند و از صدها یا هزاران اتم در نهایت یک ماده نیمه هادی معدنی تشکیل شده اند که این ماده به اتمها خاصیت فلورنس می دهد.

وقتی یک نقطه کوانتومی با یک پرتو نور برانگیخته می شود آنها دوباره نور را منتشر می کنند. میزان یک طیف نشری متقارن باریک مستقیم به اندازه کریستال بستگی دارد.

این بدان معنی است که اجرام کوانتومی می توانند به خوبی برای انتشار نور در طول موجهای مختلف طراحی شوند. نانوشلها یک نوع جدید از نانوذرات که از هسته دی الکتریک مانند سیلیکا تشکیل شده اند که با یک لایه فلزی فوق العاده نازک(به عنوان مثال طلا) پوشش داده شده اند. نانوشلهای طلا، دارای خواص فیزیکی مشابه به آنهایی هستند که از کلوئیدها طلا ساخته شده اند. پاسخهای نوری نانوشلهای طلا به طور قابل توجهی به اندازه نسبی هسته نانوذرات و ضخامت لایه طلا بستگی دارد.

 دانشمندان قادرند نانوشلهایی را بسازند که ملکولهای آنتی ژنها بر روی آنها سوار شوند و در مجموع سلولهای سرطانی و تومورهای موجود را تحت تاثیر قرار دهند. این ویژگی مخصوصا در رابط با نانوشلها می باشد که این ساختارها قادرند فقط تومورهای موجود را تحت تاثیر قرار دهند و سلولهای مجاور تومور دست نخورده باقی می ماند. از طریق حرارتی که به طور انتخابی در سلولهای توموری ایجاد می کند منجر به از بین بردن این سلولها می شود.
 

کاربردهای نانوتکنولوژی در علوم دامی
سلامتی دامهای اهلی از جمله مسائلی است که با اقتصاد دامداریها در ارتباط می باشد. یک دامپزشک می نویسد که “علم نانوتکنولوژی توانایی و پتانسیل بالقوه ای بر روی رهیافتهای آتی دامپزشکی و درمان دامهای اهلی خواهد داشت”. تامین اقلام غذایی برای دامهای اهلی همواره با افزایش هزینه و نیاز به مراقبتهای خاص دامپزشکی و تجویز دارو و واکسن همراه بوده است و نانوتکنولوژی توانایی ارائه راهکارهای مناسب برای حل این معضلات را دارد.
سیستمهای سنتیتیک آزاد کننده مواد داروئیامروزه مصرف آنتی بیوتیکها، واکسنها، پروبیوتیکها و عمده داروها از طریق وارد کردن آنها از راه غذا یا آب دامها و یا از راه تزریق عضلانی صورت می گیرد. رها سازی یک مرحله ای دارو در برابر یک میکروارگانیزم علارغم تاثیرات درمانی و اثرات بازدارنده پیشرفت یک بیماری معمولا با بازگشت مجدد علائم بیماری وتخفیف اثرات دارویی مصرفی همراه است.

روشهای موجود در سطح نانو، قابلیت تشخیص و درمان عفونت،اختلالات تغذیه ای و متابولیکی را دارا می باشد. سیستمهای سنتتیک رها سازی دارو می تواند خواص چند جانبه برای حذف موانع بیولوژیکی در افزایش بازده درمانی داروی مورد استفاده و رسیدن آن به بافت هدف داشته باشد که از جمله این خواص می توان به موارد ذیل اشاره کرد.

۱- تنظیم زمانی مناسب برای آزاد سازی دارو

۲- قابلیت خود تنظیمی

۳- توانایی برنامه ریزی قبلیبنابراین در آینده نزدیک پیشرفتهای بیشتر تکنولوژی امکانات زیر را فراهم می کند:۱- توسعه سیستمهای سنتیتیک رها سازی داروها،پروبیوتیکها، مواد مغذی۲- افزایش سرعت شناسایی علائم بیماری و کاربرد روشهای درمانی سریع۳- توسعه سیستمهای رها سازی اسیدهای نوکلئیک و مولکولهای DNA4- کاربرد نانومولکولها در تولید واکسنهای دامیتشخیص بیماری و درمان دامهاتصور امکان تزریق نانوپارتیکها به دامها و فعال شدن تدریجی ماده موثر همراه با این نانوذرات در بدن حیوان برای از بین بردن و تخریب سلولهای سرطانی، افق تحقیقاتی جدیدی را به روی محققان بازکرده است.

محققان دانشگاه رایس مراحل مقدماتی کاربرد نانوشلها را برای تزریق به جریان خون ارزیابی کردند. این ذرات نانو به گیرنده های غشاسلولهای سرطانی متصل می شوند و با ایجاد امواج مادون قرمز باعث بالا رفتن دمای سلولهای مذکور به ۵۵ درجه و ترکیدن و از بین رفتن تومورهای موجود می گردند. همچنین نانوپارتیکهایی که از اکسیدهای آهن ساخته می شوند، با ایجاد امواج مگنتیک در محل استقرار سلولهای سرطانی باعث از بین بردن این سلولها می شوند.

 یکی از اساسی ترین محورهای تحقیقاتی کنونی، توسعه سیستمهای رها سازی DNA غیرزنده، با بازدهی مناسب و با حداقل هزینه و عوارض جانبی و سمی می باشد، که در ژن درمانی مورد استفاده قرار می گیرند. اصلاح نژاد داممدیریت تلاقی و زمان مناسب جفتگیری دامها، از جمله مواردی است که در مزارع پرورش گاوشیرده به هزینه و زمان طولانی نیاز دارد. از راهکارهایی که اخیر مورد استفاده قرار گرفته است، استفاده از نانوتیوپها خاص در داخل پوست می باشد که زمان واقعی پیک هورمون استروژن و وقوع فحلی را دار دامها نشان می دهد و لذا با علائمی که سنسورهای موجود به دستگاه مونیتور می فرستد، زمان دقیق و واقعی تلقیح را به دامدار نشان می دهد.

استفاده از نانوتکنولوژی در فراوری مواد معدنی

مقدمه
امروزه فناوری نانو به عنوان یک چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان است. در سال های اخیر مشخصات سایز محصولات برای مواد پیشرفته به شکل بسیار چشمگیری ریز شده است که در بعضی اوقات به محدوده نانو سایز می رسد لذا استفاده از نانوتکنولوژی در رسیدن به این هدف بسیار مفید و کارا خواهد بود.

در نانوتکنولوژی شما قادر به ایجاد ساختارهایی از مواد خواهید بود که در طبیعت موجود نبوده و شیمی مرسوم نیز قادر به ایجاد آن می باشد. برخی از مزایای این فناوری را می توان تولید مواد قوی تر، قابل برنامه ریزی و کاهش هزینه های فعالیت برشمرد. تعریف نانوفناوری بر اساس برنامه پیشگامی ملی آمریکا (یک برنامه تحقیق و توسعه دولتی جهت هماهنگی میان تلاش های صورت گرفته از طرف حوزه های علمی، مهندسی و فناوری) عبارتست از:

• توسعه علمی و تحقیقاتی در سطوح اتمی، مولکولی یا ماکرومولکولی، در محدوده اندازه های طولی از ۱ تا ۱۰۰ نانومتر.
• ساخت و کاربرد ساختارها، تجهیزات و سیستم هایی که به علت ابعاد کوچک و یا متوسط خود دارای ویژگی ها و کارکردهای نوین و منحصر به فردی هستند.
• توانایی کنترل و اداره کردن [مواد و فرآیندها] در ابعاد اتمی

نانوفناوری اشاره به تحقیقات و توسعه صنعتی در سطوح اتمی، مولکولی و ماکرومولکولی دارد. این تحقیقات با هدف ایجاد و بهره برداری از ساختارها و سیستم هایی صورت می گیرند که به واسطه اندازه کوچک خود دارای خواص و کاربردهای منحصر به فردی باشند.
تفاوت اصلی فناوری نانو با فناوری های دیگر در مقیاس مواد و ساختارهایی است که در این فناوری مورد استفاده قرار می گیرند. در حقیقت اگر بخواهیم تفاوت این فناوری را با فناوری های دیگر به صورت قابل ارزیابی بیان نماییم، می توانیم وجود عناصر پایه را به عنوان یک معیار ذکر کنیم. عناصر پایه در حقیقت همان عناصر نانومقیاسی هستند که خواص آنها در حالت نانومقیاس با خواص شان در مقیاس بزرگتر تفاوت می کند. به علت توسعه خواص پودرهای بسیار ریز نظیر شیمی سطح، خواص تراکم، مقاومت، خواص نوری و واکنش‏های سینیتیکی و همچنین افزایش تقاضا برای پودرهای ریز در صنایع، خردایش بسیار ریزتر در بسیاری از رشته‏ها مانند کانی‏ها، مواد سرامیکی، رنگدانه‏ها، محصولات شیمیایی،میکروارگانیسم‏ها ، داروشناسی و کاغذسازی استفاده می‏شود. به عنوان مثال، پودر سنگ آهک به عنوان پرکننده در پلاستیک‏ها جهت بهبود مقاومت در برابر گرما، سختی، استحکام رنگ و پایداری مواد به کار گرفته می‏شود.
این ماده همچنین در کاغذسازی به عنوان پوشش و پرکننده جهت تولید کاغذهای روشن با مقاومت مناسب در برابر زردی و کهنگی و همچنین جهت سنگ آهک قابلیت چاپ، پذیرش جوهر و صافی و همواری کاغذ کاربرد فراوانی دارد. لذا خردایش بسیار ریز پودر سنگ آهک، به شکل وسیعی در نقاشی، رنگدانه‏ها، مواد غذایی، پلاستیک‏ها و صنایع داروشناسی، به عنوان مواد پرکننده کاربرد دارد.

تاریخچه فناوری نانو
در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و به خصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند که مواد را می توان آنقدر به اجزای کوچک تقسیم کرد تا به ذراتی رسید که خردناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشکیل می دهند، شاید بتوان دموکریتوس فیلسوف یونانی را پدر فناوری و علوم نانو دانست چرا که در حدود ۴۰۰ سال قبل از میلاد مسیح او اولین کسی بود که واژه اتم را که به معنی تقسیم نشدنی در زبان یونانی است برای توصیف ذرات سازنده مواد به کار برد.
با تحقیقات و آزمایش های بسیار، دانشمندان تاکنون ۱۰۸ نوع اتم و تعداد زیادی ایزوتوپ کشف کرده اند. آنها همچنین پی برده اند که اتم ها از ذرات کوچکتری مانند کوارک ها و لپتون ها تشکیل شده اند. با این حال این کشف ها در تاریخ پیدایش این فناوری پیچیده زیاد مهم نیست.
نقطه شروع و توسعه اولیه فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست. شاید بتوان گفت که اولین نانوتکنولوژیست ها شیشه گران قرون وسطایی بوده اند که از قالب های قدیمی برای شکل دادن شیشه هایشان استفاده می کرده اند. البته این شیشه گران نمی دانستند که چرا با اضافه کردن طلا به شیشه رنگ آن تغییر می کند. در آن زمان برای ساخت شیشه های کلیساهای قرون وسطایی از ذرات نانومتری طلا استفاده می شده است و با این کار شیشه های رنگی بسیار جذابی به دست می آمده است. این قبیل شیشه ها هم اکنون در بین شیشه های بسیار قدیمی یافت می شوند. رنگ به وجودآمده در این شیشه ها برپایه این حقیقت استوار است که مواد با ابعاد نانو دارای همان خواص مواد با ابعاد میکرو نمی باشند.
در واقع یافتن مثال هایی برای استفاده از نانو ذرات فلزی چندان سخت نیست. رنگدانه های تزیینی جام مشهور لیکرگوس در روم باستان (قرن چهارم بعد از میلاد) نمونه ای از آنهاست.
این جام هنوز در موزه بریتانیا قرار دارد و بسته به جهت نور تابیده به آن رنگ های متفاوتی دارد. نور انعکاس یافته از آن سبز است ولی اگر نوری از درون آن بتابد، به رنگ قرمز دیده می شود. آنالیز این شیشه حکایت از وجود مقادیر بسیار اندکی از بلورهای فلزی ریز۷۰۰ (nm) دارد، که حاوی نقره و طلا با نسبت مولی تقریبا ۱۴ به یک است حضور این نانوبلورها باعث رنگ ویژه جام لیکرگوس گشته است.
در سال۱۹۵۹ ریچارد فاینمن مقاله ای را درباره قابلیت های فناوری نانو در آینده منتشر ساخت. باوجود موقعیت هایی که توسط بسیاری تا آن زمان کسب شده بود، ریچارد. پی. فاینمن را به عنوان پایه گذار این علم می شناسند. فاینمن که بعدها جایزه نوبل را در فیزیک دریافت کرد در آن سال در یک مهمانی شام که توسط انجمن فیزیک آمریکا برگزار شده بود، سخنرانی کرد و ایده فناوری نانو را برای عموم مردم آشکار ساخت. عنوان سخنرانی وی «فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد» بود. سخنرانی او شامل این مطلب بود که می توان تمام دایره المعارف بریتانیکا را بر روی یک سنجاق نگارش کرد. یعنی ابعاد آن به اندازه۲۵۰۰۰/۱ابعاد واقعیش کوچک می شود. او همچنین از دوتایی کردن اتم ها برای کاهش ابعاد کامپیوترها سخن گفت (در آن زمان ابعاد کامپیوترها بسیار بزرگتر از ابعاد کنونی بودند اما او احتمال می داد که ابعاد آنها را بتوان حتی از ابعاد کامپیوترهای کنونی نیز کوچکتر کرد. او همچنین در آن سخنرانی توسعه بیشتر فناوری نانو را پیش بینی کرد.

کاربرد فناوری نانو
فناوری نانو به سه زیر شاخه بالا به پایین، پایین به بالا (روش های ساخت) و نانو محاسبات (روش های مدل سازی و شبیه سازی) تقسیم بندی می شوند که هر کدام از این روش ها نیز به شاخه های گوناگون تقسیم می شوند .
کاهش اندازه میکرو ساختاری مواد موجود می تواند تاثیرات بزرگی را به وجود آورد. مثلاً همان طور که اندازه دانه یا کریستال در یک فلز به سمت نانو مقیاس حرکت می کند، نسبت اتم های موجود بر روی مرزهای دانه های این جسم جامد افزایش پیدا می کند و آنها رفتاری کاملاً متفاوت از اتم هایی که روی مرز نیستند بروز می دهند. رفتار آنها شروع به تحت تاثیر قرار دادن رفتار ماده می کنند و در نتیجه در فلزات، افزایش استحکام، سختی، مقاومت الکتریکی، ظرفیت حرارتی ویژه، بهبود انبساط حرارتی و خواص مغناطیسی و کاهش رسانایی حرارتی دیده می شود.
در اختلاط شدید از انواع همزن های دور بالا، همگن سازها، آسیاب های کلوییدی و غیره می توان برای تهیه قطرات ریز یک مایع در مایع دیگر (نانو کپسول ها) سود جست. البته عوامل فعال سطحی (خودآرایی) نقش کلیدی در ایجاد و پایداری این نانو امولسیون ها دارد.
در روش استفاده از آسیاب گلوله ای با آسیا و یا پودر کردن می توان برای ایجاد نانو ذرات استفاده کرد. خواص نانو ذرات حاصل تحت تاثیر نوع ماده آسیاکننده، زمان آسیا و محیط اتمسفری آن قرار می گیرد. از این روش می توان برای تولید نان ذراتی از مواد استفاده کرد که با روش های دیگر به آسانی تولید نمی شوند. البته آلودگی حاصل از مواد محیط آسیاب کننده هم می تواند مشکل ساز باشد.
نانو ذرات در حال حاضر از طیف وسیعی از مواد ساخته می شوند. معمول ترین آنها نانو ذرات سرامیکی بوده که به بخش سرامیک های اکسید فلزی (نظیر اکسیدهای تیتانیوم، روی، آلومینیوم و آهن و نانو ذرات سیلیکاتی (عموماً به شکل ذرات نانو مقیاسی رس) تقسیم می شود. طبق تعریف حداقل باید یکی از ابعاد آنها کمتر از ۱۰۰ نانومتر باشد. نانو ذرات سرامیکی فلزی یا اکسید فلزی معمولاً اندازه یکسانی از دو یا سه نانو متر تا ۱۰۰ نانو متر – در هر سه بعد دارند شاید شما انتظار دارید که چنین ذرات کوچکی در هوا معلق بمانند اما در واقع آنها به وسیله نیروهای الکترواستاتیک به یکدیگر چسبیده و به شکل پودر بسیار ریزی رسوب می کنند. کاربردهای بازارپسند این نانو مواد بسیار زیاد است.
خردایش یک فرآیند منحصر به فردی است که در محدوده وسیعی از کابردهای صنعتی جهت تولید ذرات ریز کاربرد دارد اما بسیار مشکل است که توسط خردایش، ذرات را به سایز بسیار ریز تبدیل کنیم و علاوه بر این، خردایش بسیار ریز به علت ظرفیت پایین آسیا و مصرف انرژی بالا، بسیار گران است.
بنابراین افزایش در کارآیی خردایش، تاثیر مفید اساسی بر روی مصرف انرژی خردایش و هزینه خواهد داشت. برای رسیدن به این هدف، انتخاب آسیای مناسب و عملیات در شرایط بهینه آسیا کردن لازم و ضروری به نظر می‏رسد. در این جهت از آسیای سانتریفیوژ استفاده می شود که، یک آسیای با قدرت بالا بوده و می‏تواند جهت خردایش بسیار ریز مواد مورد استفاده قرار گیرد.
این آسیا با به کارگیری نیروهای سانتریفیوژ تولید شده توسط دوران محور لوله آسیا در یک چرخه فعالیت می‏کند.
همچنین در فناوری نانو میتوان توسط فرآیند شیمی مکانیکی ترکیبات اکسی فلوراید لانتانیوم (Loaf) را در حد سایز بسیار ریز نانو به دست آورد. اکسی فلوراید لانتانیوم می تواند یک فعال کننده، ماده میزبان فسفر، کاتالیزور برای جفت شدن اکسایشی متان و یا اکسایش هیدروژن زدایی متان باشد. این ماده توسط دو روش مهم ترکیب می شود. اولین شیوه، فرآیند ترکیبی حالت جامد تحت فشار و حرارت بالا بوده و فعل و انفعالات مستقیمی را در بین مواد موجب می شود و دیگری فرآیند electro_winning است که جهت آماده سازی به یک محلول آبدار و یا یک نمک گداخته نیاز دارد. در این روش های ترکیبی، از فلوراید لانتانیوم یا آمونیوم فلوراید به عنوان یک منبع فلوراید مورد استفاده قرار می گیرد که طبعاً دارای هزینه بالایی نیز است.
روش جایگزین دیگر جهت ترکیب مواد کاربردی بدون استفاده از گرما می باشد. در این روش تنها از یک دستگاه خردایش با قدرت بالا نظیر آسیای Planetary استفاده می شود، به طوری که در این روش مسائل آلودگی های زیست محیطی به حداقل رسیده و دلیل آن عدم وجود مواد مضری چون فلوئورین در گازهای خروجی آن است. جهت جلوگیری از وجود ناخالصی های ناشی از پوشش گلوله های مورد استفاده در آسیا در زمان خردایش، از گلوله های از جنس زیرکنیوم استفاده می شود که در مقابل سائیدگی مقاوم است .
مضرات نانو
هر چند که گفته مى شود نانوفناورى قابلیت تولید و کاربرد فناورى هاى تمیزتر را دارا است؛ اما در کاربرد نانومواد یا ریزمواد باید احتیاط لازم را به عمل آورد. مطالعات نشان مى دهد افرادى که در معرض انتشار نانومواد قرار دارند ممکن است به عارضه هایى دچار شوند و همچنین تخلیه نانوذرات به آب نیز سبب آلودگى هاى سمى زیست محیطى مى شود. در این نوشتار جهت آشنایى بیشتر خوانندگان گرامى با سایر جنبه هاى علم و فناورى رو به رشد نانو یکى از کامل ترین و جدیدترین مطالعاتى که در زمینه خطرات نانوذرات انجام شده و هم اکنون در مجله Journal of Cleaner Production زیر چاپ است؛ به صورت خلاصه ترجمه و ارائه شده است.
ویژگى بارز نانوفناورى استفاده آن از ذرات بسیار کوچکى است که حداقل یکى از ابعاد آنها کمتر از ۱۰۰ نانومتر باشد. گفته شده است که نانوفناورى مى تواند مواد زائد و آلودگى ها را از محیط حذف کند حتى مى تواند به طور فزاینده اى از مصرف و هدر رفتن منابع جلوگیرى کند که این خود مى تواند سبب شود قیمت تمام شده بسیارى از محصولات و فرآیندها کاهش یابد. از سوى دیگر نانوفناورى این قابلیت را دارد که با فراهم آوردن امکان انتخاب گرى بالا در واکنش هاى شیمیایى، بهره ورى در مصرف انرژى و کاهش تولید مواد زائد را موجب شود. با این وجود مطالعات نشان مى دهد که این فناورى نوظهور آنچنان که گفته مى شود بى خطر نیست. اصولاً ما با سه دسته نانومواد سروکار داریم. دسته اول که مهم ترین و قدیمى ترین آنها کربن سیاه یا کربن بلاک است که در ساختن لاستیک و نیز در صنایع چاپ به کار مى رود. کاربردهاى جدید این نانوماده در صنایع دیگرى چون صنایع پوششى، نساجى، سرامیک، شیشه و… گزارش شده است. تنها افرادى که در این صنایع کار مى کنند مى توانند در معرض این دسته از نانومواد قرار بگیرند. دسته دوم شامل نانوذراتى است که در مواد دارویى و آرایشى بهداشتى به کار مى روند که بالنسبه عموم افراد ممکن است از آنها استفاده کنند. دسته سوم نانوذراتى هستند که به صورت ناخواسته به عنوان محصول فرعى بعضى از فرآیندها- مانند سوختن سوخت هاى دیزلى، گداختن فلزات و حرارت دادن پلیمرها تولید مى شوند، که به این دسته نانوذرات غیرتولیدى نیز گفته مى شود. امروزه بیشتر نانوذرات تولیدى از اکسیدهاى فلزى، سیلیکون و کربن ساخته مى شوند. بیشتر نانوذرات دارو رسان از چربى ها و ساختارهایى با پایه پلى اتیلن گلیکول ساخته شده اند.

  • مجله اطلاعات پزشکی



همکاران ما از نظرات و پیشنهادات شما استقبال می نمایند

نظر يا مطلب خود درباره اين مقاله را بفرماييد
اگر مي خواهيد تصويري در كنار نظر شما نشان داده شود اينجا را امتحان كنيد . gravatar

*