صنایع خوردرو سازی از بزرگ ترین صنایع جهان می باشد و در کشور ما نیز از اهمیت بسزایی برخوردار است. با توجه به رشد روز افزون و پیشرفت صنعت خودروسازی استفاده از فناوری های نوین نیز در این صنعت از اهمیت فراوانی برخوردار است و نانوفناوری به عنوان یکی از مهم ترین عوامل در این زمینه حائز اهمیت می باشد.
فناوری نانو به عنوان انقلاب صنعتی قرن آینده اثرات فراوانی در صنایع گوناگون خواهد داشت. یکی از چشم اندازهای امیدوارکننده این فناوری پیشرفته، تحول در صنعت خودروسازی است.
یکی از اصلی ترین موضوعات فناوری نانو، ساخت مواد با خواص جدید است. این مواد ارزش افزوده وکارایی بسیار بالاتری در تمام صنایع خواهد داشت که صنعت خودرو نیز از آن مستثنی نمی باشد.
در این مقاله به منظور درک اهمیت این فناوری برای مدیران و کارشناسان صنعت خودرو، نگاهی گذرا به کاربردها، شرکت های فعال در این حوزه و محصولات تجاری شده آن خواهیم داشت.
فناوری نانو، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید با دردست گرفتن کنترل در سطح مولکولی و اتمی و استفاده از خواصی است که در آن سطوح ظاهر می شود.
گستردگی علوم و فناوری نانو موجب تعریف کاربردهای بسیار زیادی در عرصه های مختلف علمی و صنعتی شده است. کاربردهای فناوری نانو در همه جا همراه با هزینه کمتر، دوام عمر بیشتر، مصرف انرژی پایین تر، هزینه نگهداری کمتر و خواص بهتر است.
از هم اکنون بازار بزرگی برای به کارگیری مواد جدید در محصولات فعلی در حال شکل گیری است، موادی می توانند خواص جدید و فوق العاده ای به محصولات موجود بخشیده و موجب کاهش قیمت تمام شده آنها شوند. به عنوان نمونه نانو لوله های کربنی با وزن بسیار کمتر و استحکام بسیار بیشتر نسبت به موادی چون فولاد، بخش زیادی از صنایع را در آینده تحت تاثیر خواهد داد.
صنعت خودروسازی یکی از بزرگترین صنایع جهان است و در کشور ما نیز از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. توجه به کارگیری فناوری های جدیدی چون فناوری نانو، در چنین صنعتی ضروری است.
یکی از اصلی ترین موضوعات فناوری نانو، ساخت مواد با خواص جدید است. این مواد ارزش افزوده بسیار بالا و کارایی بالاتری در تمام صنایع خواهند داشت که صنعت خودرو نیز از آن مستثنی نمی باشد.
ساخت بدنه های سبک تر و مقاوم تر برای خودرو، ساخت لاستیک هایی با مقاومت سایشی بهتر، ساخت قطعات موتور با عمر چند برابر، کاهش مصرف سوخت خودرو، ساخت باتری هایی با انرژی بالا و دوام بیشتر، نانوساختارهایی مبتنی بر کربن به عنوان سوپر اسفنج هیدروژنی در خودروهای پیل سوختی، ساخت حسگرهای چند منظوره برای کنترل فرایند مختلف در خودرو، ساخت کاتالیزورهای اگزوز خودرو برای کاهش آلودگی هوا، ساخت لایه های خیلی محکم با خصوصیات ویژه ای مثل الکتروکرومیک (رنگ پذیری الکتریکی) یا خودپاک کنندگی برای استفاده در شیشه ها و آینه های خودرو و سازگار کردن خودرو با محیط زیست و بسیاری موارد دیگر از جمله کاربردهایی هستند که فناوری نانو در صنعت خودرو خواهد داشت. همچنین جایگزینی کربن سیاه ( Black Carbon) تایرها با ذرات رس و پلیمرهای نانومتری، فناوری جدیدی است که تایرهای سازگار با محیط زیست و مقاوم در برابر ساییدگی را به ارمغان می آورد.
یکی از اثرات مثبت فناوری نانو، بالا بردن بازده موتورهای احتراق داخلی فعلی است. این موتورها حدود پانزده درصد انرژی ذخیره شده در بنزین محرکه تبدیل می کنند، از طرف دیگر وزن متوسط خودروهای امروزی حدود هزار و پانزده کیلوگرم می باشد، ولی با استفاده از فناوری نانو، پیش بینی می شود که بتوان بازده را تا پنج برابر افزایش داد و نیز وزن وسایل نقلیه را به میزان 10 برابر کاهش داد؛ پس می توان امیدوار بود که وسایل نقلیه با استفاده از این فناوری تا 50 درصد بهبود کارایی داشته باشند.
کل درآمد صنایع خودروسازی از یک تریلیون فراتر می رود (مثلا فروش شرکت جنرال موتورز که حدود 15/1 درصد از بازار 2001 را در دست داشت، در این سال 177/3 میلیارد دلار در این سال بود).
الگوهای خرید وسایل نقلیه جدید، تابع اقتصاد جهانی است. در شرایط رکود فعلی، عوامل اقتصادی مثل مصرف اندک سوخت و سوخت های جایگزین اهمیت فزاینده ای دارد. با افزایش میزان تولید جهانی و کاهش سود تولیدکنندگان خودرو و صنعت حمل و نقل بیش از همیشه خواهان اصلاحاتی در محصول و فرایند تولید می باشند.
خصوصیات ویژه صنعت خودروسازی، آن را به بازاری مستعد برای ورود فناوری نانو تبدیل کرده است. این بازار بسیار بزرگ است و با پیشرفت زمان، توسعه سریعی برای ایجاد محصولات جدید دارد (حداقل در مقایسه با دیگر محصولات پیچیده).
صنعت خودرو از طرفی در معرض فشارهای ناشی از قیمت سوخت و مسائل ایمنی و از طرف دیگر به شدت تحت تاثیر سلایق و تنوع درخواست مشتریان برای مدل های جدید خودرو است. بنابراین تمایل به ورود فناوری های نوین در این صنعت وجود دارد. خودرو مثل البسه برای بسیاری از افراد ضروری نیست، بلکه وسیله ای برای ابراز شأن و منزلت و سبک زندگی نیز به شمار می رود. به دلیل موارد مذکور صنعت خودرو یکی از اولین نقاط ورود فناوری هایی است که بیش از عملکرد، نوگرایی در آنها مطرح است. پوشش های پنجره الکتروکرومیک، که می توانند به صورت دلخواه یا خودکار شیشه ها را تیره سازند، یک کاربرد بالقوه فناوری نانو است که احتمالا پیش از نفوذ به دیگر بازارها همچون صنعت ساختمان در ساخت خودروهای پیشرفته جایگاهی خواهند یافت.

عوامل اصلی رقابت در صنعت خودروسازی

همانند سایر بخش ها، رقابت در صنعت خودروسازی از یک سو در زمینه تلاش برای کاهش هزینه ها، و از دیگر سو، افزایش کارایی و غلبه بر مشکلات زیست محیطی است.
عوامل اصلی رقابت در صنعت خودروسازی عبارتند از:
ـ قیمت
ـ ایمنی و امنیت
ـ کارایی سوخت
ـ ارتباطات/اطلاعات
ـ عملکرد بهتر
ـ کاهش آلودگی هوا
ـ زیبایی
ـ راحتی
در تمامی این زمینه ها، شرکت های خودروسازی یا در حال استفاده از فناوری نانو برای کسب قدرت رقابت بالاتر هستند، و یا این فناوری، در آینده توسط این شرکت ها به کار گرفته خواهد شد. بسیاری از کاربردهای پیشنهادی فناوری نانو، مشخصات نسل بعدی خودروها را تعیین خواهد کرد. استفاده از فناوری نانو به عنوان قدرتمندترین فناوری توانمند ساز موجب به دست گرفتن نقش رهبری در زمینه این فناوری خواهد شد.
فناوری میکرو نانو در حال تغییر دادن صنعت خودرو می باشند. تولید کنندگان صنعت خودرو نیز مشتاق استفاده از نوآوری برای بهبود عملکرد، راحتی و ایمنی خودرو می باشند. عامل تصمیم گیرنده برای پذیرش این فناوری ها مقرون به صرفه بودن آنهاست.
بنابراین در چند سال بعدی پیشرفت های اصلی فناوری نانو در زمینه زیر خواهد بود:
ـ عملکرد بهتر: مربوط به کارایی موتورهای بهبود یافته و استفاده از مواد سبک ومستحکم تر می باشد که همگی آنها تحت تاثیر فناوری نانو قرار خواهند گفت.
ـ به کارگیری لایه های نازک بر روی بلبرینگ ها و قطعات تحت اصطکاک به جای استفاده از روان کننده ها
ـ فیلتر های الکترواستاتیک جدید
ـ کاتالیزورهای جدیدی که از مواد بسیار متخلخل و سطوح انتخابگر شیمیایی بهره می برند.
ـ نانو ذرات در افزودنی های رنگ ها به کار رفته و اثرات رنگی جدید، سختی بیشتر، و دوام بالاتر را موجب می شوند.
کابردهای بلند مدت شامل سیستم یاری رسان رانندگی مبتنی بر واقعیت تکمیل شده، خودروهایی که با انرژی تجدیدپذیر کار می کنند و تولید شخصی می باشد.

کاربردهای فناوری نانو در صنعت خودروسازی

ـ مواد نانو ساختار
ـ مواد سبک
ـ افزایش استحکام و سختی
ـ افزایش طول عمر
ـ مواد ضد آتش ومحافظت کننده دمایی
ـ مواد مهندسی شده
ـ حسگری و پایش
- مواد هوشمند
ـ افزایش شفافیت
ـ پنجره هایی با قابلیت کنترل میزان نور و گرمای خورشید
ـ پنجره های تمیز
ـ محافظت در برابر آلودگی
ـ پلاستیک ضدنشت
ـ مواد فوق العاده چسبناک
ـ رنگ های دارای کارکرد خاص
ـ خودتمیزشوندگی

انرژی

ـ پیل سوختی
ـ الکترولیت نانوساختار
ـ پیل خورشیدی
ـ نانوفراورش
ـ پیل های خورشیدی مجهز به چاه کوانتومی
ـ تجهیزات غیر بلوری حساس شده به کمک رنگ
ـ پیل های خورشیدی آلی
ـ ترکیب مولکول های آلی یا غیر آلی
ـ ذخیره سازی انرژی بازده بالا
ـ بازده انرژی
ـ مصرف هوشمند انرژی

انتقال نیرو

ـ بهبود کارایی
ـ صرفه جویی در هزینه
ـ موتور هوشمند
ـ مایعات خنک کننده

حسگری و نمایش

ـ نمایش وضعیت فیزیکی مواد
ـ حسگری حرکتی
ـ ژیروسکوپNEMS و MEMS
ـ حسگرهای شیمیایی/زیستی
ـ تعیین وضعیت تایرها
ـ حسگرهای کیسه هوا

روشنایی

ـ سیستم روشنایی کم مصرف یکپارچه
ـ منابع روشنایی جدید

پردازش داده و ارتباطات

ـ ابزارهای الکترونیکی مولکولی
ـ تراشه های قدرتمند و ذخیره داده ها
ـ بهبود سیگنال ها
ـ ارتباطات سریع
ـ تفریحات
ـ رانندگی توسط هوش مصنوعی

بینایی

ـ نمایشگرهای مسطح با تفکیک پذیری بالا
ـ یاری رسان های رانندگی (واقعیت بهبود یافته)
ـ هولوگرافی همزمان
ـ سیستم ناوبری

ایمنی

ـ سیستم ایمنی پیشرفته
ـ تشخیص الگوی رانندگی
ـ حفاظت بیومتریک
ـ کاربردهای زیست پزشکی
ـ بهداشت
ـ رفع خستگی
ـ آسایش

تولید

ـ طراحی خوردو شخصی
ـ مدلسازی سریع
ـ تولید مواد به روش خود آرایی
ـ تولید قطعات الکترونیکی توسط خودآرایی
ـ رشد مواد
ـ نانو کارخانه با اندازه شخصی
ـ رنگ آمیزی

محیط زیست

ـ بازیابی
ـ تولید زیست سازگار
ـ پاکسازی آلودگی های خارج شده ازاگزوز
ـ کاهش سروصدا

مروری بر محصولات نانو در حوزه خودرو

ـ باتری های دارای ساختار نانو
ـ کاتالیزور سوختی نانوذره ای
ـ کاتالیزور پیل سوختی
ـ غشای نانو حفره ای
ـ مبدل کاتالیستی الکترونی
ـ نانوالیاف برای فیلتر کردن هوا
- سیستم خالص سازی هوای نانو
ـ نانو لوله های کربنی برای مواد مورداستفاده درخودرو
ـ آئروژل نانوساختار
ـ درزگیر آلیاژی
ـ روکش های نانو برای تایرها
ـ تولید مخازن پلاستیکی با کارآیی بالا با استفاده از فناوری نانو
ـ نانوسیالات
ـ فناوری خنک کننده برای خوردو
ـ نانو اندازه گیری
ـ فرآیند جریان آرام نازک دینامیک
ـ حسگرهای تصویری سه بعدی

نتیجه گیری

همان طور که ملاحظه کردید فناوری نانو تاثیرات زیادی در بخش های مختلف خودرو، از جمله رنگ، شیشه بدنه، لاستیک، پیل سوختی، و بسیاری از مواد دیگر خواهد داشت.
کشور ما با داشتن منابع غنی معدنی و مخازن عظیم نفتی باید انگیزه بیشتری برای دستیابی به این فناوری داشته باشد.
تاثیرات فناوری نانو بر ارتقا کیفیت مواد به کار رفته و در قسمت های مختلف خودرو وخصوصیات ویژه ای که آن مواد پیدا می کنند مهمترین مقوله ای است که باید به آن توجه کرد. همچنین تاثیرات بسزایی که استفاده از این فناوری در محیط زیست می گذارد قابل توجه است. مواد اولیه مورد نیاز برای هر صنعت، نقش مهمی در کیفیت ، قیمت و قابلیت های محصول تولید شده آن صنعت دارد. اگر بتوان از موادی با کیفیت بهتر، قیمت کمتر و کارایی بیشتر در ساخت قطعات خودرو استفاده کرد، خودروهای آینده علاوه بر آلودگی کمتر، از قیمت مناسب و قابلیت های بیشتر برخوردار خواهند بود.
با توجه به هشیاری روزافزون جهانی در بخش فناوری نانو و اقدامات صنایع مختلف از جمله صنعت خودروسازی در جهان، ما نیز باید درصدد باشیم که سهمی هرچند اندک از این بازار را در دست بگیریم. با مطالعه کارهای تجاری شرکت های خودروسازی در می یابیم که شرکت های بزرگ در این زمینه کارهای تجاری کوچکی را انجام داده اند. گرچه در زمینه تحقیقاتی فعالیت فراوانی کرده اند اما در تولید تجاری مثلا با استفاده از فناوری نانو دست به تولید رکاب برای یک خودرو زده اند (شرکت جنرال موتورز) با یک قاب آینه (شرکت فورد) که شاید از اهمیت خاصی برخوردار نیست، اما در حقیقت تلاش تجاری آنها به منظور در دست گرفتن بازار بوده است تا کارهای تحقیقاتی تجاری و آزمایشگاهی شان را با ارزیابی های تجاری در آینده به صورت تولید انبوه درآورند.
نکته دیگر که باید به آن توجه کرد توسعه دیگر صنایع پایین دستی و بالادستی است. تقاضای شرکت های خودروسازی مثلا نانوکامپوزیت ها می توانند سازندگان این مواد را به تحریک وادار و باعث پیشرفت صنایع پتروشیمی برای تولید نانوکامپوزیت گردد، که "تا نیاز وجود نداشته باشد چیزی به وجود نمی آید". باید درخواست از طرف یک مصرف کننده باشد تا تولید کننده بتواند خطر کند و پا به عرصه بازار بگذارد.
شرکت های خودروسازی ما باید توجه داشته باشند که با تحقیق و توسعه، تولید محصولات بهبود یافته با کمک فناوری نانو درخواست های منطقی تولید کنندگان داخلی و خارجی را پاسخ دهند و سهمی از بازار را به دست گیرند.
در مجموع سیاست گذاران و بخش های تصمیم گیری صنعت خودرو باید از گستره فرصت های ارائه شده توسط این فناوری آگاه شوند تا بتوانند سیاستی مطلوب اتخاذ کنند. با برگزاری سمینارها و کارگاه های آموزشی و ارتباط با دانشگاه ها می توان این امر را سرعت بخشید و سپس تولید، هرچند اندک می تواند برایمان کارگشا باشد (حتی اگر امکان تولید داخلی نبود می تواند با کسب اطلاعات کافی درباره تاثیرات صنعت خودروسازی از فناوری نانو، با چشمان باز، واردات و انتقال فناوری را هدایت کرد).

پی نوشت ها :

1ـ رئیس اداره اطلاع رسانی و ارتباط با رسانه های گروه خودروسازی سایپا
2ـ کارشناس اداره کیفیت رنگ شرکت سایپا
3ـ کارشناس اداره مهندسی کیفیت بدنه و رنگ سایپا
منابع:

1-http://www.csa.com/hottopics/nano/overview.html
2_ http://www.hkc22.com/nanofood.html
3_htpp://nanotechwire.com/news.asp?nid=805&ntid=1 24&pg=1
4_http://www.foresight.org/Nanomedicine/NanoMedArticles.html
5_http://wwwnaknow.com/nicfaq.html
6_http://www.def_logic.ocm/articles/nanomachines.html
7_http://www.nanomachines.com
8_http://www.elcot.com/nano/nanomachine.htm

منبع: دانشمند شماره 569

قسمت اول

مقدمه:

«ریچارد فاینمن » طی یک سخنرانی در همایش جامعه فیزیک آمریکا در سال 1959 در مؤسسه تکنولوژی (فن آوری) کالیفرنیا، اولین ایده ها در مورد، فن آوری نانو را مطرح کرد: «آنچه من می خواهم به شما بگویم» مسأله دستکاری و کنترل اشیاء در مقیاس کوچک است. تردیدی وجود ندارد که در نوک یک سوزن آن قدر جا هست که بتوان تمام دایره المعارف بریتانیکا را در آن جا داد».
با توجه به امکانات علمی آن زمان، سخنرانی فاینمن کاملا نظری و ظاهرا غیرعملی به نظر می رسید. چرا که ساخت اتم ها یا ملکول های منفرد غیر ممکن به نظر می رسید.
با اختراع میکروسکوپ نگاه روبشی (stm) و میکروسکوپ نشانگر روبشی (sp) پیشرفت های زیادی در زمینه شیمی ملکولی رخ داد و کم کم کار کردن با ملکول ها عملی شد و فن آوری نانو پا به عرصه وجود گذاشت. فن آوری نانو عرصه پیچیده و غیر قابل باور، اما عملی و ممکن ابتدای قرن بیست و یکم می باشد که جهان امروز را درخواهد نوردید و بنیان تازه و جدیدی در عرضه محصولات شکل گرفته به دست بشر را معرفی خواهد کرد. این فن آوری در بیشتر حوزه های فن آوری تاثیر چشمگیری داشته و به نظر می رسد در سال های نه چندان دور، تغییرات بنیادی در علم و صنعت ایجاد کند. البته فن آوری نانو هنوز دوران بلوغ خود را طی نکرده است، اما با توجه به کاربردهای گسترده این فن آوری در علوم مختلف از هوا و فضا، الکترونیک، تولید مواد گرفته تا پزشکی و داروسازی، آینده درخشانی را می توان برای آن متصور بود.
در این مقاله، کاربردهای مختلف این فن آوری در پزشکی مورد بحث و بررسی قرار خواهد گرفت.

تعریف

واژه فن آوری نانو اولین بار توسط نوریوتاینگوچی – استاد دانشگاه علوم توکیو در سال 1974 معرفی شد. او این واژه را برای ساخت مواد دقیقی که تلورانس ابعادی آنها در حد نانومتر باشد به کار برد.
فن آوری نانو واژه ای است کلی که به تمام فن آوری های پیشرفته در عرصه کار با مقیاس نانو اطلاق می شود. معمولا منظور از مقیاس نانو در اینجا ابعادی در حدود 1 تا 100 نانومتر می باشد (1 نانومتر یک میلیاردیم متر است).
در حالی که تعاریف زیادی برای فن آوری نانو وجود دارد، اما NNI تعریفی برای فن آوری نانو ارائه می دهد که در برگیرنده هر سه تعریف ذیل باشد:
- توسعه فن آوری و تحقیقات در سطوح ملکولی در مقیاس 1 تا 100 نانومتر
- خلق و استفاده از ساختارها، ابزارها و سیستم هایی که به خاطر اندازه کوچک آنها خواص و عملکرد نوینی دارند.
- توانایی کنترل یا دستکاری در سطوح اتمی
- بنابراین، فن آوری نانو فن آوری جدیدی است که بر پایه دستکاری تک تک اتم و ملکول ها استوار است، بدین منظور که بتوان ساختاری پیچیده را با خصوصیات اتمی تولید کرد.

نانو پزشکی

نانو پزشکی عبارت است از به کارگیری فن آوری نانو برای منافع سلامت انسان و بهزیستی او، استفاده از نانو تکنولوژی در بخش های مختلف درمانی و پزشکی انقلاب ایجاد کرده است. ذرات نانو با ابعاد 1 تا 100 نانومتر طراحی و در تشخیص، درمان و تولید ابزار و وسایل پزشکی استفاده شده اند. در حال حاضر این امکان وجود دارد که درمان در سطح ملکولی با کمک این ابزار تحقق یابد. بنابراین، درمان بیماری و مطالعه روند بیماری زایی (پاستور) بیماری ها نیز امکان پذیر شده است
داروهایی که در حال حاضر استفاده می شوند از محدودیت عمده ای به نام «عوارض جانبی» رنج می برند که معمولا به علت عدم اختصاصی عمل کردن دارو اتفاق می افتد. همچنین اثر بخشی بسیاری از داروها، نیز، مثل داروهایی که در شیمی درمانی سرطان یا درمان دیابت استفاده می شوند، بسیار کم است. بنابراین، تولید داروهایی با درجه اختصاصیت بالاتر اثر بخشی را بهبود می دهد و عوارض جانبی را به حداقل می رساند.
در زمینه روش های تشخیص بیماری ها نیز، افزایش درجه حساسیت ابزارها و وسایل می تواند کمک شایانی به تشخیص بیماری در ابتدای بیماری می کند و بنابراین پیش آگهی بیمار و شانس درمان یا زنده ماندن بیمار افزایش می یابد.

وضعیت درمان در حال حاضر

مهمترین عواملی که در نتیجه درمان یک بیمار اثر می گذارند عبارتند از اثربخشی و ایمنی (سلامت) دارو. این عوامل در دارو درمانی بیماری هایی چون سرطان بسیار مهمتر و چشمگیرتر هستند. داروهای مورد استفاده در شیمی درمانی سرطان اختصاصیت بسیار پایینی دارند و سمیت بالا مثل سرکوب مغز استخوان، عوارض گوارش، ریزش مو، سمیت کلیوی، عوارض قلبی و.. ایجاد می کنند. به طور مشابه دارودرمانی دیابت نیز با کنترل ناکافی قند خون مواجه است. در دسترس بودن اشکال غیرتزریقی انسولین می تواند موجب رشد دارو رسانی مناسب این بیماری شود. در زمینه تشخیص و ردیابی سرطان نیز روش های موجود کافی و کاملا دقیق به حساب نمی آیند، در حالی که تشخیص به موقع بیماری نقش مهمی در درمان بیماری خواهد داشت.

فن آوری نانو و کاربردهای پزشکی

توسعه سیستم های دارورسانی جدیدتر بر پایه فن آوری نانو برای درمان سرطان، دیابت، عفونت های قارچی و بررسی و ژن درمانی مورد بررسی قرار گرفته است. عمده ترین مزایای این روش های درمانی عبارتند از: هدف گیری اختصاصی دارو و بنابراین عملکرد اختصاصی دارو و همچنین ایمنی و سلامت بیشتر.
فن آوری نانو همچنین در روش های تشخیصی، به عنوان مواد حاجب، رنگ های فلورسنت و نانو و ذرات مغناطیسی استفاده شده اند.

انواع نانو ذرات مورد استفاده در پزشکی
لیپوزوم ها

لیپوزوم ها در اواسط دهه 1960 کشف شده اند و امروزه از مهمترین ابزارهای دارورسانی در مقیاس نانو به حساب می آیند. لیپوزوم ها نانو ذرات کروی با یک غشاء لیپیدی دو لایه هستند. نشان داده شده است هنگامی که داروهای شیمی درمانی سرطان و دیگر داروهای سمی مثل آمفوترسین B و هامیسین، به صورت لیپوزیوم استفاده می شوند اثر بخشی و ایمنی بسیار بیشتری در مقایسه با فرآورده های معمولی این داروها دارند.
لیپوزوم ها دارای دو بخش هستن. بخش مرکزی که پوشیده از آب است و غشاء دو لایه که لیپیدی است. معمولا داروهای محلول در چربی در بخش غشاء لیپیدی دولایه که لیپیدی است. معمولا داروهای محلول در چربی در بخش غشاء لیپیدی و داروهای محلول در آب در بخش آبی مرکزی قرار می گیرند.
مهمترین مشکل در استفاده از لیپوزوم ها، تخریب سریع و حذف آنها از گردش خون توسط ماکروفاژهای کبدی است. این مورد موجب کاهش طول اثر داروهایی که با خود حمل می کنند می شود. این مشکل را می توان با پنهان کردن لیپوزوم ها از طریق پوشاندن آنها با موادی مثل پلی اکسی اتیلن، که موجب مهار بلغ لیپوزوم ها توسط ماکروفاژها می شود، برطرف کرد. یک راه دیگر، افزایش زمان حضور لیپوزوم ها در گردش خون، اضافه کردن موادی مثل کلسترول، لیپیدی های پلی آکریلامید و نییل پیرولیدون و.. به آنها است.
یکی از مهمترین قابلیت های لیپوزوم ها آن است که می توان طوری آنها را طراحی کرد که یک بافت یا اندام اختصاصی را هدف گیری کنند. با این کار دارو به صورت کاملا اختصاصی عمل کرده و به علت کاهش یا عدم تاثیر دارو بر سایر بافت ها ایمنی بهتری حاصل می شود. هدف گیری لیپوزوم به دو صورت فعال و غیر فعال انجام می شود. روش غیر فعال در واقع انتخاب طبیعی لیپوزوم برای حضور در یک بافت است. برای مثل عروق خوبی در تومورها ساختار بسیار ضعیف دارند و عبور و مرور مواد از خون به این بافت ها با سهولت بیشتری رخ می دهد. لذا داروهای محصور در لیپوزوم ها به طور خود به خودی تجمع بیشتری در تومور می یابند و اثر دارو بر این بافت ها بیشتر از سایر بافت ها می شود.
در هدف گیری فعال از ایمونولیپوزوم ها و لیپوزوم های هدایت شونده با لیگاند استفاده می شود. ایمونو لیپوزوم ها لیپوزوم هایی هستند که یک آنتی بادی اختصاصی (مثلا آنتی بادی یک آنتی ژن توموری) به آنها متصل شده است. آنتی بادی های مختلفی را می توان به لیپوزوم ها وصل کرد و با توجه به نوع آنتی بادی آن را برای بافت یا سلول مشخصی اختصاصی کرد.

همچنین لیپوزوم های غیر پنهان و یا پنهان شده با پلی اکسی اتیلن را می توان به آنتی بادی متصل نمود و محدودیتی در این مورد وجود ندارد. این ایمونولیپوزومها هنگامی که وارد بدن بیمار می شوند به بافت هدف رسیده و در آنجا تجمع می یابند.
لذا اختصاصیت دارو و اثر بخشی در این روش به حداکثر و عوارض سمی و جانبی به حداقل می رسد. بنابراین ایمنی استفاده از این داروها بسیار بالاست. روش دیگر به اختصار ADEPT نامیده می شود به این صورت است که لیپوزوم ابتدا به یک آنزیم متصل می شود که این آنزیم مسئولیت فعال کردن یک پیش دارو به فرم فعال خود را دارد. سپس این مجموعه (لیپوزوم + آنزیم) به یک آنتی بادی اختصاصی (مثل یک آنتی ژن توموری) متصل می شود. این دارو را باید بعد از تجویز پیش داروی اصلی تجویز کرد.

بعد از تجویز آنتی بادی کمپلکس لیپوزومی را به سمت تومور هدایت و در آنجا آنزیم پیش دارو را به فرم فعال دارو تبدیل می کند و سلول توموری را از بین می برد. بنابراین، تبدیل پیش دارو به فرم فعال در سایر بافت های سالم رخ نمی دهد و بنابراین، عوارض سمی به حداقل می رسد. دو داروی ضد سرطان به نام های اپی روبیسین و دو کسوربیسین با چنین روشی در حال مطالعه هستند.
در روش هدف گیری لیپوزوم با استفاده از لیگاند، لیپوزوم به یک ملکول شیمیایی (لیگاند) متصل می شود که به کمک آن به ساختمان هدف هدایت می شود. برای مثال در سرطان تخمدان، گیرنده های فولات به وسیله بافت توموری بیان بیش از حد پیدا می کنند. لذا برای دستیابی به این تومورها می توان لیپوزم ها را به فولات متصل کرد تا لیپوزوم و داروی موجود در آن را به سمت تومورهای تخمدانی هدایت کند. همچنین در درمان بیماری لشمانیا (ایجاد شده توسط یک میکروارگانیسم به نام لشمانیا) از روشی مشابه استفاده شده است. در این روش لیپوزوم حاوی داروهای هامیسین به مانوسیل متصل شده اند تا ماکروفاژهای انسانی حاوی لشمانیا را شناسایی کند.
در ژن درمانی نیز از اتصال آسیالوفوتین به لیپوزوم برای هدف گیری سلول های کبدی استفاده شده است.

نانو سوراخ ها

نانو سوراخ ها (NAnoreres) در سال 1997 به وسیله دسایی و فراری طراحی شدند و شامل قطعاتی با تراکم بالای سوراخ هایی با ابعاد حدود 20 نانومتر هستند. این سوراخ ها اجازه می دهند اکسیژن، گلوکز، انسولین و... از آنها عبور کند ولی اجازه عبور به سلول ها یا درشت ملکولهایی مثل آنتی بادی ها را نمی دهند. لذا نانو سوراخ ها می توانند به وسیله های برای حفاظت بافت های پیوند شده از سیستم ایمنی میزبان استفاده شوند. با این کار درشت ملکولهای سیستم ایمنی مثل آنتی بادی ها امکان دسترسی به بافت و رد پیوند را ندارند ولی در عین حال بافت به طور کامل قادر است وظایف فیزیولوژیک خود را انجام دهد.
در درمان دیابت وابسته به انسولین از چنین روشی استفاد شده است. در این روش سلول های متای پانکراس (لوزالمعده) داخل نانو سوراخ ها بسته بندی می شوند و سپس به بدن فرد دیابتی پیوند می شوند. این بافت مواد مغذی خود را بافت های اطراف تأمین می کند. و در عین حال از دسترس سیستم ایمنی به دور است و بنابراین پس زده نمی شود و انسولین مورد نیاز بیمار را بدون مشکل تأمین کند. یکی دیگر از کاربردهای نانو سوراخ ها استفاده از آنها در تعیین توالی نوکلئوتیدهای DNA است.
گروه برانتون در دانشگاه هاروارد روی نانوسوراخ های اصلاح شده ای که توانایی داشتند رشته های DNA را بر پایه توالی جفت بازها تمایز دهند، کارکردند. نانوسوراخ ها همچنین می توانند طوری طراحی شوند که نوکلئوتیدهای حاوی بازهای پورینی را از نوکلئوتیدهای حاوی بازهای پیریمیدنی تشخیص دهند. علاوه بر این ها، برای تفکیک و شناسایی بازها در طول DNA از اتصاف الکترودهای هدایت کننده الکتریسیته در سطح نانوسوراخ ها استفاده شده است. چنین روشی می تواند یک هزار بار در هر ثانیه در هر سوراخ شناسایی کند. این روش می تواند برای تعیین توالی ژنوم با قیمتی بسیار پایین و دقت بالا استفاده کرد.

فولرن ها

فولرن ها از آلوتروپ های کربن هستند که باکی بال نیز نامیده می شوند. فولرن ها در سال 1985 کشف شدند. فولرن Buckminster معروفترین فولرن با اندازه 7 آنگستروم (در قطر) و به شکل یک توپ فوتبال است که 20 شش ضلعی و 12 پنج ضلعی در ساختمان آن قابل مشاهده است.

انواع فولرن ها

- فولرن های قلیایی: فولرن هایی هستند که در بین آنها فلز قلیایی وجود دارد. فولرن ها ماهیت الکترونگاتیو دارند. بنابراین یک فلز الکتروپوزیتیو قادر به کشیدن الکترونهای آنها به سمت خود است.
- فولرن های اندوهدرال: این فولرن ها یک اتم مشخص می تواند در داخل فولرن ها قرار گیرد. اگر این اتم، یک اتم فلزی باشد آن را متالوفولرن می گوییم. به علت اندازه کوچک فولرن60c (فولرنی با 60 اتم کربن در ساختمان خود) سنتزاندوهدرال آن دشوار است. اما فولرن های بزرگ تر مثل82 c و 84 c برای سنتز فولرن های اندوهدرال استفاده شده اند.
متافولرن های اندوهدرال می توانند برای اهداف تشخیصی به عنوان ماده. حاجب در MRI و دیگر روش های تشخیصی استفاده شوند. زمانی که فلز رادیواکتیو داخل باکی بال محصور می شود سمیت کمتری ایجاد می کند و ایمن تر هستند. این روش همچنین می تواند برای تصویربرداری از اندام ها به عنوان ردیاب رادیواکتیو به کار گرفته شود. فولرن های اگزوهدرال: این فولرن ها به وسیله واکنش های شیمیایی بین فولرن ها و دیگر گروه های شیمیایی بین فولرن ها و دیگر گروه های شیمیایی ساخته می شوند این دسته فولرن ها، فولرن های عملکردی نیز نامیده می شوند. چنین فولرن هایی می توانند به مواد حساس کننده به نور فوتودینامیک تراپی برای درمان سرطان ها استفاده شوند. این فولرن ها گونه های واکنشگرا اکسیژن را هنگام تحریک شدن با نور آزاد می کنند و سلول های هدف را می کشند. این روش هم اکنون به عنوان ماده ای با خواص ضد میکروبی نیز در دست تحقیق است. فولرن ها با روش مشابه روش فوق می توانند موجب از بین رفتن غشاء سلولی به خصوص در باکتری های گرم مثبت و مایکوباکتری ها شوند.
- هتروفولرن ها: فولرن هایی هستند که با یک تعداد بیشتری اتم کربن، در آنها با اتم های دیگر مثل نیتروژن یا بور جایگزین می شود.
فولرن هابرای انتقال داروهای ضدویروس، آنتی بیوتیک ها و داروهای ضد سرطان در دست تحقیق هستند. فولرن ها همچنین به عنوان گیرنده رادیکال آزاد، در نتیجه حضور تعداد زیاد پیوندهای دوگانه که در ساختمان هسته آنها، نیز عمل می کنند. مشخص شده که فولرن ها یک فعالیت حفاظتی در برابر آسیب های میتوکندری القاء شده به وسیله رادیکال های آزاد عمل می کنند. این خواص می توانند در درمان سرطان استفاده شوند. فولرن ها پتانسیل تحریک پاسخ سیستم ایمنی و تولید آنتی بادی های اختصاصی ضد فولرن را دارند. مطالعات حیوانی با فولرن های 60 C متصل به تیروگلوبین یک پاسخ ایمنی اختصاصی c 60 را تولید کرد که توسط روش ELTSA قابل ردیابی بود. این خاصیت می تواند برای طراحی روش ها برآورد سطح فولرن ها در بدن، هنگامی که برای اهداف تشخیصی یا درمانی استفاده می شوند به کار برده شود. در تزریق داخل وریدی، فولرن ها بدون تغییر از کلیه دفع می شوند.
مشتقات محلول در آب فولرن ها، در مقایسه با اشکال نامحلول در آب آنها سازگاری زیستی بیشتری دارند و پتانسیل سمی کمتری تولید می کنند حتی در دوزهای بالاتر، علاوه بر اینها، درجه خلوص فولرن ها عامل مهمی در تعیین قیمت آنها است و فولرن های بسیار خالص، بسیار گران هستند و کاربرد پزشکی آنها نامحدود است.

نانو تیوب ها

نانوتیوب های کربنی در سال 1991 کشف شدند. این ترکیبات ساختمان های لوله ای شکل هستند که سطح خارجی آنها یک ورقه با ساختمانی مانند گرافیت است که به صورت استوانه پیچیده است و یک یا دو سر آنها توسط باکی بال بسته شده است.
نانو تیوب ها به دو صورت وجود دارند: الف: نانوتیوب های دارای یک دیواره کربنی که به اختصار SWCNT نامیده می شود. ب: نانوتیوب هی دارای چند لایه کربنی متحدالمرکز که به اختصار MWCNT، نامیده می شوند.
SWCNT ها دارای قطر داخلی 1 یا 2 نانومتر هستند. SWCNT ها قطری بین 2 تا 25 نانومتر دارند و فاصله بین دیواره های آنها 0/36نانومتر است. طول نانوتیوب ها متفاوت است و می تواند از یک میکرومتر تا چند میکرومتر متغیر باشد.
نانوتیوب ها پایداری بسیار خوب و دوام بالایی دارند و بنابراین مورد توجه زیادی به عنوان حامل های دارویی هستند.
به کمک اتصال آنتی بادی های اختصاصی به نانوتیوب ها و یا با افرودن مواد فلورسنت و مواد رادیواکتیو به آنها می توان به اختصاصیت سلولی دست یافت.
ورود نانوتیوب ها به داخل سلول می تواند به واسطه آندوستیوز یا با الحاق با غشاء سلولی صورت پذیرد.
برای افزایش پایداری نانوتیوب ها کربن، می توان به آنها گروه های کربوکسیلیک یا آمونیوم اضافه کرد.
از نانوتیوب ها برای انتقال پپتیدها، نوکلئیک اسیدها و دیگر ملکول های دارویی استفاده شده است. از جمله نانوتیوب های کربنی متصل به رادیونوکلئوتید ایندیوم – 111 برای کشتن سلول های سرطانی به طور انتخابی، در دست مطالعه است. همچنین نانوتیوب های حاوی آمفوترسین B نشان داده اند که در مقایسه با تجویز آمفوتریسین B به تنهایی، دارو را به مقدار بیشتر به داخل سلول ها می رسانند. اثر بخشی نانوتیوب های آمفوتریسین B به عنوان یک داروی ضد قارچ در مقایسه با آمفوتریسین B به تنهایی بهتر بوده است و حتی روی نژادهای که به آمفوتریسینB مقاوم بوده اند نیز موثر بوده است. علاوه بر اینها، سمیت نانوتیوب های آمفوتریسین B برای سلول های پستانداران کمتر از آمفوتریسین B به تنهایی بود.
از توانایی نانوتیوب ها برای حمل DNA در عرض غشاء در مطالعات ژن درمانی استفاده شده است. DNA می تواند به سر نانوتیوب ها متصل شده و یا در داخل آنها قرار گیرد. پارتو و همکارانش، نشان دادند هنگامی که ژن بتاگالاتوزید از طریق نانوتیوب ها به داخل سلول منتقل شود بیان آن بیشتر از حالتی است که DNA به صورت برهنه وارد سلول گردد. یک مزیت استفاه از نانوتیوب ها در ژن درمانی آن است که این روش موجب برانگیختن پاسخ سیستم ایمنی نمی شود در حالی که انتقال ژن از طریق ناقل های ویروسی موجب تولید واکنش های ایمنی می شد.
مطالعات خاموش کردن ژنها با استفاده از RNA کوچک مداخله کننده (SIRNA ) یک روش درمانی نسبتا جدید هستند که سلول های توموری را به طور انتخابی از بین می برند. استفاده از SWCNT های متصل به SIRNA می تواند برای خاموش کردن ژن ها استفاده شود.
در یک سری مطالعات جدید نیز استفاده از نانوتیوب ها در تولید واکسن ها مورد مطالعه قرار گرفته است. مشاهده شده است که هنگامی که نانوتیوب های کربن، به استثناء انواع استیله آنها، به یک پپتید متصل باشند، پاسخ ایمونولوژیک بیشتری در مقایسه با پپتیدهای آزاد تولید می شود. از این خاصیت می توان در تولید واکسن ها، به منظور افزایش پاسخ سیستم ایمنی علیه یک آنتی ژن و در نتیجه افزایش اثر بخشی واکسن استفاده کرد. علاوه بر این مشخص شده است که ترکیبات متصل شده به نانوتیوب ها اثر بخشی روش های تشخیصی مثل ELISA را نیز افزایش می دهند. لذا از آنها می توان برای طراحی حسگرهای زیستی استفاده کرد.
اشکال نامحلول در آب نانوتیوب ها مثل نانوتیوب کربنی Pristine سمیت invitro بسیار بالاتری نسبت به انواع قابل حل در آب نانوتیوب ها دارند.
منبع: مجله اطلاعات علمی شماره 368

ساختارهای بتن بواسطه واکنش‌پذیری سیلیکای قلیایی (ASR)، یک واکنش شیمیایی که سبب شکاف‌هایی در این ماده می شود، بصورت ناگهانی ترک برداشته و فرسوده می شوند. اکنون جون بلکوویتز در موسسه فناوری استیون با مطالعه واکنش‌های شیمیایی داخل بتن در مقیاس نانو، طرحی برای حل این مشکل ارائه کرده است. این محقق از ابزارهای تعیین مشخصات نانوساختارها استفاده کرد و نشان داد که استفاده بهینه از نانوسیلیکا، مخلوط بتنی جدیدی ایجاد خواهد کرد که منجر به ساختمان‌ها، جاده‌ها، پیاده‌روها، راه‌پله‌ها و سدهای مستحکم‌تری خواهد شد. ‌
بتن مخلوطی از پودر سیمان بسیار ریز، مصالح دانه‌ای سنگی آب است. یک واکنش بین سیمان و آب، هیدرات سیلیکات کلسیم یا ژل ASR می دهد که بخوبی به بتن استحکام می بخشد. این ژل ASR تشکیل شده در فصل ‌مشترک سیمان قلیایی و سیلیکای غیربلوری در مصالح دانه‌ای دیده شده است. هنگامی که بتن سفت می‌شود، ژل ASR منبسط می شود که سبب تنش‌های اضافی شده و استحکام بتن را کاهش داده و آن را فرسوده می‌کند. همچنانکه به فصل‌ مشترک فشار وارد می‌شود، بتن طی دوره زمانی از چند روز تا چند سال شروع به ترک برداشتن و خرد شدن از داخل می‌کند.
بلکوویتز می‌گوید: "ما اکنون با استفاده از ابزارهای تعیین مشخصات نانوساختار قادر به درک بسیاری از رازهای بتن هستیم. برای مثال، سه نوع آب در بتن هیدراته وجود دارد، و این سه نوع آب مختلف سه نوع حرکت مولکولی مختلف دارند که به معنی سه نیروی مختلف است". او اشاره می‌کند که هرچه بیشتر درباره بتن بدانید، آن را پیچیده‌تر می بینید. او امید دارد که تحقیقش منجر به کشف روش‌های جدید افزایش خواص مکانیکی بتن شود.
بلکوویتز توضیح می‌دهد: "من این فناوری ‌نانوی جدید را نه فقط برای ممانعت از انبساط ASR استفاده کرده‌ام، بلکه از نانوسیلیکا نیز برای افزایش استحکام ماتریس سیمان هیدراته‌ی بتن جهت مقاومت در برابر طبیعت قابل انبساط ژل ASR، استفاده کرده‌ام. همچنین من سعی کرده‌ام خواص آب اضافی داخل بتن را تغییر دهم، بطوری که نتواند جهت تشکیل ژل ASR با مواد قلیایی قابل حل موجود در سیلیکا واکنش دهد".
کنترل واکنش‌های داخل بتن، موقعی که خشک و سفت می‌شود، مشکل است. بلکوویتز می گوید: "این یک مشکل همیشگی در صنعت بتن است. در گذشته ما واقعا راهی برای درک رشد دانه‌های ماتریس بتنی نداشتیم. اکنون با استفاده از ابزارهای تعیین مشخصات نانو ساختار قادر به بدست آوردن فهم بهتری از ماتریس سیمان هیدراته‌ای که بتن را می‌سازد، هستیم".
منبع:www.stevens.edu , ماهنامه فناوری نانو
ارسال توسط کاربر محترم سایت :hadi_g

اشاره

در صفحه (گام به گام با نانوتکنولوژی ) قصد داریم خوانندگان ماهنامه اطلاعات علمی را هر چه بیشتر با فناوری نانوآشنا سازیم در این راستا طی مقالاتی به معرفی کامل این فناوری پرداخته و کاربردهای آن را در صنایع مختلف به تفصیل مورد بحث و بررسی قرار خواهیم داد . امید است مورد توجه قرار گیرد .
بشر از همان ابتدای تاریخ تمامی همت خود را معطوف ساخت و ساز در محدوده عادی و مورد دسترس نموده وتوجه زیادی به ساختارهای خیلی بزرگ و یا خیلی کوچک نداشته است . برای اینکه تصور جامع تری نسبت به موضوع ارائه دهیم می توانیم از سیستم si یاد کنیم ، برای مثال در این سیستم واحد طول ، متر انتخاب شده و دیگر اندازه های طولی از آن مشتق می شوند . بشر در ابتدا نه توانایی این را داشت که به محدوده های دیگر وارد شود و نه لزوم کار در چنین محدوده هایی را احساس می کرد . اما این روند که انسان تا به دیروز دنبال می کرد ، دیگر جواب گوی نیاز بشر امروزی نیست . هر چند با اختراع ترانزیستورها و ... توانسته ایم تا حدودی وارد میکروالکترونیک شده و از آن بهره مند شویم ، با این وجود برای ساخت کامپیوترها به مشکل برخورد کرده ایم ، مشکلی به بزرگی کوچک کردن اندازه در حد اتمی که تقریبا تمام استراتژی های حل این مسأله به نوعی با نانوتکنولوژی در ارتباط می باشند .
قرن بیست و یکم ، قرن فناوری نانو بشمار می رود . قرن نانو ، قرن سلامتی ، صرفه جویی و آرامش می باشد . نانو نه یک ماده است نه یک جسم ، فقط یک مقیاس است ، نانو یک میلیاردم متر است ، به اندازه ای کوچک که دیده نمی شود اما تاثیر شگرفی در زندگی انسان دارد .

با توجه به گسترش روزافزون فناوری نانو و ایجاد تحولات بزرگ در صنایع مختلف توسط این فناوری ، لازم است که هر کسی بسته به تخصص خود اطلاعی هر چند کلی از کاربردها و قابلیت های فناوری نانو داشته باشد .
فناوری نانو منحصر به یک رشته خاص نیست ، بلکه موضوعی میان رشته ای است ، یعنی به علوم مختلف وابسته است و با استفاده از پیشرفت های علوم مختلف می توان به پیشرفت های فناوری نانو دست یافت . بنابراین کاربردهای متفاوتی را می توان برای این فناوری متصور شد . مانند کاربردهای الکترونیکی ، پزشکی ، زیستی و ... که از نظر رشته ای ارتباط خاصی با یکدیگر ندارند . لذا ممکن است فناوری نانو رشته ای کاملا گسسته به نظر آید که موضوعات آن هیچ ارتباطی با هم ندارند .در واقع فناوری نانو نگرشی جدید به علوم مهندسی است که توانسته با تاثیری شگرف ، باعث به وجود آمدن مواد جدیدی شود و یا خواص مواد شناخته شده قبلی را به طور کامل عوض کند .
گرچه تا کنون تنها به بخش بسیار محدودی از کاربردهای فناوری نانو در صنایع پرداخته شده است ، اما در همین حد نیز به خوبی روشن است که گسترش این فناوری و محصولات آن تا چه اندازه تحولات شگرفی را در زمینه های گوناگون مهندسی ایجاد کرده و خواهند نمود . بنابراین مهندسان آینده ما علاوه بر این که باید با علم مهندسی در زمینه تخصصی خود آشنایی داشته باشند ، باید در زمینه مواد و قابلیت های جدیدی که فناوری نانو ایجاد می کند نیز آگاهی کافی داشته باشد .

تاریخچه نانوتکنولوژی

تاریخچه و شروع علمی این رشته را مربوط به سخنرانی ریچارد فاینمن می دانند او که به پاس کمک های شایانش به الکترودینامیک کوانتومی (موضوعی بسیار دور از فناوری نانو) جایزه ی نوبل فیزیک را دریافت کرده بود ، در کنفرانس سال 1960 تحت عنوان «فضای زیادی وجود دارد» به بحث در مورد توانایی ها و امکان ساخت مواد در مقیاس نانو پرداخت . وی با این سؤال شروع کرد که :
«چرا نمی توانیم بیست و نه جلد دایره المعارف بریتانیا را بر سر یک سوزن بنویسیم؟»
و ادامه داد :
«قطر ته سوزن 1/61اینچ است . اگر آن را بیست و پنج هزار بار بزرگ کنیم سطح آن با کل سطح صفحات دایره المعارف برابر می شود . پس کافی است همه نوشته ها را بیست و پنج هزار بار کوچک کنیم .»

اگر چه اندیشه های فاینمن بازتاب چندانی توسط دانشمندان آن زمان نداشت ؛ اما هم اکنون بسیاری از فرضیات او به واقعیت پیوسته اند .
همگام با فاینمن ، دانشمندان دیگری نیز مشغول به فعالیت در این حوزه بودند . یکی از این افراد فیزیکدانی نظری به نام راف لندرو بود که در سال 1957 برای ibm کار می کرد . وی ایده هایی پیرامون نانو الکترونیک داشت و به ارزش اثرات مکانیک کوانتومی در این زمینه پی برده بود . در اواسط دهه 70 اریک درکسلر که سخت به افکار و نظرات فاینمن علاقه مند شده بود ، تصمیم گرفت تا در حوزه نانو به کاوش بپردازد . او در اوایل دهه 80 میلادی درجه استادی خود را در رشته علوم کامپیوتر دریافت کرد و توانست به همراه گروهی از دانشجویان انجمنی را تشکیل دهد . او افکار جوانترها را با یک سری ایده ها که خودش نانو تکنولوژی نامگذاری کرده بود مشغول می داشت . در کسلر اولین مقاله علمی خود را در مورد نانوتکنولوژی مولکولی (mnt) در سال 1981 ارائه داد . در سال 1986 در کسلر کتاب «موتور خلقت» را به چاپ رساند و در سال 1991 تنها درجه دکتری در نانوتکنولوژی را از دانشگاه mnt دریافت داشت . در کسلر را پدر علم نانوتکنولوژی می دانند .

فناوری نانو

نانوتکنولوژی یعنی فناوری یک میلیاردم متر یا تکنولوژی اتم ها . در زبان یونانی نانو به معنای کوتوله و معادل یک میلیاردم می باشد ، یعنی 50000 بار نازکتر از ضخامت یک تار مو . اگر انسان به این اندازه بزرگ شود طول قدش 2 میلیون کیلومتر می شود یعنی به اندازه 5 برابر ماه تا زمین .
تعاریف مختلفی برای فناوری نانو ارائه می شود که مهمترین آن ها به شرح زیر است :
- فناوری نانو عبارت است از هنر دستکاری مواد در مقیاس اتمی یا ملکولی و به خصوص ساخت قطعات و لوازم میکروسکوپی (مانند روباتهای میکروسکوپی)
- فناوری نانو ، توانمندی تولید مواد ، ابزار و سیستم های جدید با درست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی و اتمی و استفاده از خواص آنهاست که در آن سطوح ظاهر می شود . فناوری نانو یک رشته جدید نیست ، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته هاست .

- فناوری نانو فناوری است که بر پایه دستکاری تک تک اتم ها و مولکول ها استوار است بدین منظور که بتوان ساختاری پیچیده را با خصوصیات اتمی تولید کرد .
- فناوری نانو ، توانمندی بهره برداری از خصوصیات و پدیده های جدید حاصله در مقیاس نانو می باشد . به طوری که خصوصیات مواد پس از تبدیل به مقیاس نانو کاملا تغییر می کند .
- اهدافی که دانشمندان در حوزه نانو دنبال می کنند عبارتند از :
1- توسعه فناوری و تحقیقات در سطوح اتمی ، مولکولی و یا ماکرو مولکولی در مقیاس اندازه های 1 تا 100نانومتر.
2- خلق و استفاده از ساختارها ، ابزار و سیستم هایی که به خاطر اندازه کوچکشان ، خواص و عملکرد جدیدی دارند .
3- توانایی کنترل یا دستکاری در سطوح اتمی .
آنچه که فناوری نانو رابا فناوری های دیگر متمایز می کند این است که ، در فناوری نانو تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نیست بلکه زمانی که اندازه مواد در این مقیاس قرار می گیرد ، خصوصیات ذاتی آنها از جمله رنگ ، استحکام ، مقاومت در برابر خوردگی و... تغییر می یابد .
در واقع می توان تفاوت این فناوری را با فناوری های دیگر اینگونه بیان کرد که در فناوری های دیگر سعی در کوچک ساختن ساختارهای بزرگ می کنند ، به طور مثال با جایگزین شدن ترانزیستورها به جای مدارات لامپی اندازه وسایل الکترونیکی کوچک تر شد و نهایتا کیت ها ساخته شد که شامل میلیون ها ترانزیستور می باشند . صنایع میکروالکترونیک از بزرگ به کوچک رسیده اند اما در نانوتکنولوژی از جزء به کل می رسند و بدین ترتیب می توان ساختارهای جدیدی به نام «عناصر پایه» ساخت . عناصر پایه در حقیقت همان عناصر نانو مقیاسی هستند که خواص آنها در حالت نانو مقیاس با خواص شان در مقیاس بزرگتر فرق می کند . این عناصر پایه دارای گوناگونی فراوانی هستند مانند : نانو ذرات ، نانولوله های کربنی ، نانو کپسول ، نانو درخت ، فولرین و... ، که شرح تعدادی از آن ها به اختصار بیان می کنیم .

1- نانو ذرات

اولین و مهمترین عناصر پایه ، نانو ذره است . منظور از نانو ذره ، ذراتی با ابعادی در حدود 1 تا 100 نانومتر و در هر سه بعد می باشد . نانو ذرات می توانند از مواد مختلفی تشکیل شوند ، مانند نانو ذرات فلزی ، سرامیکی و....

2- نانو لوله های کربنی

این عنصر پایه در سال 1991 توسط دانشمندان ژاپنی کشف شد و در حقیقت لوله هایی از جنس گرافیک می باشند . این نانو لوله ها دارای اشکال و اندازه های مختلفی هستند و می توانند تک دیواره یا چند دیواره باشند . این لوله ها خواص بسیار جالبی دارند که منجر به ایجاد کاربردهای قابل توجهی از آنها می شوند .

3- نانو کپسول ها

سومین عنصر پایه ، نانوکپسول است . همان طوری که از اسم آن مشخص است ، کپسول هایی هستند که قطر نانومتری دارند و می توان موارد مورد نظر را درون آنها قرار داد و کپسوله کرد . از نانو کپسول ها در پزشکی برای دارورسانی به سلول های بیمار استفاده می شود .

4- فولرین ها :

مهمترین نوع فولرین ها ، 60C نام دارد و آن چنان که از نامش پیداست از 60 اتم کربن تشکیل شده است . این اتم ها به گونه ای در کنار یکدیگر قرار گرفته اند که یک ساختار کروی به دست می دهند . این ماده کاربردهای گوناگونی در صنایع مختلف دارند .

کاربردهای نانو

تا کنون نانوتکنولوژی بیشترین کاربرد را در صنایع سنگین ، بهداشت ، نساجی و کشاورزی داشته و در صنایعی نظیر رنگ ، اتومبیل ، کامپیوتر ، شیمی ، تصفیه آب و ... نیز در حال توسعه است . محصولات نساجی حاصل از فناوری نانو در کشورهای آلمان و انگلیس بیشترین رواج را دارند . تولدی کفش ها و لباس هایی که با حفظ گرمای بدن و تاثیر در گردش خون ، باعث کاهش خستگی می شوند نیز از دستاوردهای سحر آمیز علم نانو است . در صنعت الکترونیک با استفاده از نانو تکنولوژی نمایشگرهایی تولید کرده اند که قابلیت دید با زاویه 180 درجه را دارند و پیل های خورشیدی با دوام تر و کارات ، با امید به کاهش واقعی قیمتها ، هم اکنون در حال پیشرفت هستند . برخی از این پیل ها حتی هیدروژن تولید خواهند کرد . در صنعت داروسازی از نانوذرات برای جذب دارو از راه پوست و چشمها (خیلی لذت بخش تر از تزریقات) و استنشاق ، به منظور در امان ماندن از تخریب دارو توسط آنزیم های معده که در شش ها وجود ندارند استفاده می شود ، همچنین از نانوکپسول ها برای پخش تدریجی دارو در بدن برای دارورسانی به سلول های بیمار و کاهش عوارض جانبی استفاده می شود . همچنین به کمک این فناوری ، صنعت رنگسازی توانسته رنگ هایی را تولید کند که با تصفیه هوا به میزان زیادی باعث کاهش آلودگی شهرها می شود .
از فناوری نانو به عنوان «روان کننده جریان سرمایه گذاری» یاد می شود . ورود محصولات متکی بر این فناوری جهشی بس عظیم در رفاه و کیفیت زندگی وتوانائی های دفاعی و زیست محیطی به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابه جایی های بزرگ اقتصادی خواهد شد .
هم اکنون بخش های دولتی و خصوصی کشورهای مختلف جهان مانند ژاپن ، آمریکا ، اتحادیه اروپا ، چین ، هند ، تایوان ، کره جنوبی ، استرالیا ، رژیم صهیونیستی و روسیه در رقابتی تنگاتنگ بر سر کسب پیشتازی جهانی در لااقل یک حوزه از این فناوری به سر می برند . هم اکنون روی هم رفته حدود 30 کشور دنیا در زمینه فناوری نانو دارای «برنامه ملی» یا در حال تدوین آن هستند و طی پنج سال گذشته سرمایه گذاری در آن زمینه را به میزان سه برابر افزایش داده اند .
کشورمان ایران نیز در این سال ها توانسته با برنامه ریزی و سرمایه گذاری گام های مؤثری در این زمینه بردارد . شیب قابل توجه رشد مقالات علمی در حوزه نانو خود گواه گسترش روزافزون این فناوری در میان دانشمندان وجامعه دانشگاهی است . همچنین در سال های اخیر تلاش های موفقیت آمیزی در جهت تولید محصولات نانو صورت گرفته است و با تولید این محصولات استراتژیک ، کشورمان در زمره کشورهای در حال پیشرفت در حوزه نانو قرار گرفته است .
منبع: مجله اطلاعات علمی شماره 368

نقاط کوانتومی

نقاط کوانتومی، نانو کریستالهایی با ابعاد 2 تا 10 نانومتر هستند که در اثر تحریک شدن با نور، ایجاد فلورسانس کرده و از خود نور ساطع می کنند. نقاط کوانتومی در دسته نیم رساناها قرار می گیرند. اهمیت نیم رساناها در این است که رسانایی الکتریکی این مواد را می توان با محرک های خارجی مانند میدان الکتریکی یا تابش نور تغییر داد، تا حدی که از نارسانا به رسانا تبدیل شوند و مانند یک کلید عمل کنند. نقاط کوانتومی به علت کوچک بودن بسیار زیادشان، دسته منحصر به فردی که از نیمه رساناها به شمار می روند. پهنای آنها بین 2 تا 10 نانومتر، یعنی معادل کنار هم قرار گرفتن 10تا 50 اتم است. در این ابعاد کوچک، مواد رفتار متفاوتی دارند و این رفتار متفاوت قابلیت های بی سابقه ای در کاربردهای علمی و فنی به نقاط کوانتومی می بخشد.
ساختمان نقاط کوانتومی از دو قسمت تشکیل شده است: یک هسته غیرآلی که اندازه آن رنگ نور ساطع شده از این نقاط را تعیین می کند، بخش دوم یک پوسته غیرآلی و یک پوشش آلی محلولی در آب است که با مولکولهای زیستی ارتباط برقرار می کند. کارآیی نقاط کوانتومی در پزشکی ناشی از دو خاصیت آنها است، اول اینکه آنها توانایی اتصال به ملکولهای زیستی را دارند و دوم آنکه طول موجی را که از خود ساطع می کنند، می توان تنظیم کرد. به عبارت دیگر، نقاط کوانتومی می توانند به گونه ای طراحی شوند که در اثر برخورد با یک طول موج مشخص رنگ مشخصی از خود ساطع کنند.
نقاط کوانتومی می توانند به ملکولهای زیستی متصل شده و به عنوان ابزارهای تشخیصی بسیار حساس استفاده شوند.
در یک مطالعه انجام گرفته، نقاط کوانتومی را به پلی اتیلن گلیکول (PEG) و یک آنتی بادی ضد آنتی ژن غشایی اختصاصی پروستات (PSMA) متصل کردند و سپس آنها را به موش هایی که بافت توموری به آنها پیوند زده شده بود، تزریق کردند. نقاطی کوانتومی به کمک جریان خون و به کمک آنتی بادی اختصاصی وارد تومور شده و در آنجا تجمیع پیدا کردند.
از نقاط کوانتومی همچنین می توان برای تصویربرداری از بیماران سرطانی و تعیین مرحله بیماری و انتخاب روش درمانی استفاده کرد. این روش درمانی می تواند در بدخیمی های مختلف مثل سرطان پوست (ملانوما)، سرطان پستان، ریه و تومورهای معدی روده ای به کار گرفته شود. در این مورد نقاط کوانتومی پس از ورود به بدن توسط یک عامل هدف گیری (مثل آنتی بادی اختصاص یک بافت) در بافت مورد نظر تجمع پیدا می کنند. سپس تحت تاثیر تابش یک پرتو با طول موج مشخص،این نقاط از خود تابش فلورسانس ابجاد می کنند. نکته قابل توجه این فن آوری نو، آن است که نقاط کوانتومی مورد استفاده، در محدوده مادون قرمز نزدیک (NIR) تابش می کنند. امواج مادون قرمز نزدیک، نفوذ خوبی به بافت دارند (2تا5 سانتی متر)، ضمن اینکه امواج مزاحم (noise) کمتری نیز در دستگاه ثبت می شود.
رنگ های معمول که در حال حاضر برای تصویربرداری استفاده می شوند، نسبت به نقاط کوانتومی در ناحیه مادون قرمز نزدیک، شدت سیگنال کمتری ایجاد می کنند. بنابراین تصویربرداری، به کمک نقاط کوانتومی تصاویر واضح تری از بافت ایحاد می کند. البته باید در نظر داشت که استفاده از نقاط کوانتومی در مطالعات بالینی با خطرات و محدودیت هایی نیز مواجه است. در هسته اکثر نقاط کوانتومی عنصر کادمیم وجود دارد که
در مورد پتانسیل سمی این عنصر نگرانی هایی وجود دارد. از طرف دیگر، پوشش نقاط مرکزی برای حفاظت در برابر اثرات سمی این عنصر، منجر به افزایش ابعاد این نقاط می شود، و ممکن است ابعاد آنها از ابعاد منافذ غشاء اندوتلیوم و کلیه بیشتر و دفع آنها با مشکل مواجه می شود و این نقاط در بدن تجمع پیدا کرده و سمیت ایجاد کنند.

نانوشل ها

نانوشل ها(Nano shells) توسط وست و هالاس در دانشگاه Rice کشف شدند. این ذرات از یک هسته از جنس سیلیس و یک پوشش نازک فلزی تشکیل شده اند. این ذرات می توانند به کمک روش های ایمونولوژی به بافت مورد نظر هدایت شوند. از این فن آوری برای درمان سرطان استفاده شده است.
هیوش و همکارانش، از نانوشل هایی استفاده کردند که قادر بودند امواج مادون قرمز نزدیک، که از یک منبع خارج بدن ساطع می شدند را جذب کرده و بر اثر آن افزایش دما پیدا کنند. بر اثر افزایش دما، این ذرات موجب مرگ سلولی شده در نهایت موجب تخریب بافت مورد نظر می شوند.
در یک روش دیگر، محققان نانوشل ها را در یک پلیمر هیدروژنی حاوی داروی ضد سرطان تعبیه کردند. سپس با استفاده از آنتی بادی اختصاصی آنها را به سمت بافت توموری مورد نظر هدایت کردند. با تاباندن لیزر مادون قرمز این نانوشل ها گرم شده و موجب تخریب پلیمر هیدروژنی و آزادسازی دارو در بافت مورد نظر شدند. سپس داروی مورد نظر اثرات ضد سرطانی خود را اعمال کرد. مزیت این روش، کاهش عارضه جانبی داروی ضد سرطان به کار رفته است، زیرا تنها در بافت مورد نظر آزاد می شوند و در سایر بافت ها اثرات مضر خود را اعمال کرد. مزیت این روش، کاهش عارضه جانبی داروی ضدسرطان به کار رفته است، زیرا تنها در بافت مورد نظر آزاد می شود و در سایر بافت ها اثرات مضر خود را اعمال نمی کند. اخیرا از نانوشل ها در درمان انواع متاستاز یافته سرطانها و همچنین درمان دیابت نیز استفاده شده است.
از نانوشل ها برای اهداف تشخیصی نیز استفاده شده است. از آن جمله از نانوشل های طلا برای ردیابی ایمونو گلوبین ها استفاده شده است. در این روش ایمونوگلوبین مورد نظر به نانوشل حاوی طلا متصل شده و وارد بدن می گردد. از نانوشل های طلا با ابعادی استفاده می شود که قادر به جذب طول موج قرمز نزدیک باشند.
نانوشل ها پس از ورود به بدن، در تمام بدن به گردش درمی آیند و بنابراین می توان با تاباندن امواج مادون قرمز نزدیک جایگاه آنها را در هر لحظه از بدن تعیین کرد. یک مزیت عمده این کار دقت بالای این روش است، به طوری که به کمک آنها می توان ایمونوگلوبین را در غلظت های نانوگرم در میلی لیتر در پلاسما و خود ردیابی کرد.

نانوحباب ها

نانوحباب ها ساختمان هایی به شکل حباب هستند که می توان داروهای ضد سرطان را در آنها قرار داد. نانوحباب ها در درجه حرارت اتاق پایدارند اما بعد از ورود به بدن، در درجه حرارت بدن به یکدیگر متصل شده و میکروحباب ها را ایجاد می کنند. مزیت نانوحباب ها آن است که به کمک فراصوت می توان آنها را به طور انتخابی در بافت مورد نظر فعال کرد. در این روش یک داروی ضد سرطان، مثل دوکسوروبیسن، در داخل نانوحباب ها قرار می گیرد و سپس وارد بدن می گردد. در بدن و در اثر درجه حرارت فیزیولوژیک بدن، این نانوحباب ها به یکدیگر متصل شده و میکروحباب ها را تشکیل می دهند، این میکروحباب ها سایز بزرگتری داشته و بنابراین از غشاء بسیاری از سلولها عبور نمی کنند یا به سختی عبور می کنند، در حالی که غشاء ناپایدار سلولهای توموری به راحتی اجازه عبور به این ذرات را می دهند، بنابراین غلظت آنها در سلولهای سرطانی به مراتب بیشتر از سایر بافت ها خواهد بود. سپس با تابش فراصوت این میکروحباب ها تخریب شده و دارو آزاد می گردد.
با توجه به آنکه دارو در این روش تقریبا به طور کامل در بافت هدف آزاد می شود، اثر بخشی دارو بسیار زیاد خواهد بود و عوارض جانبی دارو به شدت کم می شود. تاکنون در چندین مطالعه، اثربخشی آنها در درمان انواع سرطان ها مورد بررسی قرار گرفته و نتایج امیدوار کننده ای نیز به دست آمده است. علاوه بر این، از نانوحباب ها به عنوان ناقل در ژن درمانی استفاده شده است .در مطالعات in vitro و in vivo انتقال ژن ها به کمک نانوحباب ها و در حضور فراصوت به خوبی صورت گرفت.
یکی دیگر از کاربردهای نانوحباب ها در پزشکی، استفاده از آنها در حذف لخته های خونی در رگ هاست. در این روش که «سونوترمبولیز» نامیده می شود از ناحباب ها و فراصوت برای حذف لخته خونی استفاده می شود.این روش این مزیت را دارد که غیرتهاجمی است و همچنین کمتر باعث تخریب اندوتلیوم عروق خونی می شود.

نانوذرات پارامغناطیس

از نانوذرات پارامغناطیس برای تشخیص و درمان استفاده شده است. در زمینه تشخیصی، از نانوذرات پارامغناطیس اکسید آهن به عنوان ماده حاجب در تصویربرداری MRI استفاده شده است. این ذرات نسبت به مواد حاجب مرسوم حساسیت بیشتری دارند.
این نانو ذرات قادر خواهند بود بافت و اندام اختصاصی خود را هدف گیری کنند. از نانو ذرات پارامغناطیسی متصل شده به آنتی بادی HER-2/neu (اختصاصی سرطان پستان) برای ردیابی سلولهای سرطانی پستان در تصویربرداری MRI در in vitro استفاده شده است. یکی از محدودیت های پیش رو در این روش، حذف نانوذرات توسط ماکروفاژهای بدن است که باعث می شود عمر این ذرات در بدن کاهش یافته و اثربخشی آنها نیز کاهش یابد. برای جلوگیری از این مشکل، چندین راهکار به کار گرفته شده اند، از جمله مشخص شده است که دارویی مثل لووستاتین قادر است میزان بلع نانو ذرات توسط ماکروفاژها را کاهش دهد. همچنین مشخص شده است تغییر بار سطحی نانوذرات به سمت خنثی، از طریق اتصال کووالانسی با مواد شیمیایی، می تواند موجب افزایش زمان در گردش خون نانو ذرات شود.
علاوه بر این ها از نانو ذرات پارامغناطیسی، برای تصویربرداری از مغز و همچنین برای شناسایی پروتئین هایی مثل آنتی ژن اختصاصی پروستات استفاده شده است.
از نانو ذرات مغناطیسی برای درمان سرطان نیز استفاده شده است. برای این منظور، در یک مطالعه نانو ذرات مغناطیسی آهن به آنتی بادی مونوکلونال متصل شده و به بافت مورد نظر منتقل شدند. سپس تحت تاثیر میدان مغناطیسی خارجی، گرمای شدید در این نانو ذرات اعمال شد که این افزایش درجه حرارت موجب مرگ سلول های سرطانی شد.

نانو زوم ها

رائول کوپلمن و همکارانش در دانشگاه میشیگان روی نانو زوم ها کار کرده اند. این نانوزوم ها در کاربردهای مختلف پزشکی مثل هدف گیری، تشخیص و درمان به کار گرفته شده اند. از مهمترین کاربردهای آنها می توان به درمان تومورهای مختلف از جمله تومورهای CNS (سیستم اعصاب مرکزی) اشاره کرد. در این روش نانو ذرات اکسید آهن پوشیده شده با سیلیکا و پلی اتیلن گلیکول، که به آنتی بادی های اختصاصی و عناصر متمایز کننده مثل گادولینیوم متصل شده اند، برای دستیابی به مناطق اختصاصی مغز مبتلا به تومور استفاده شده اندو ساختمان ویژه این نوع نانوذرات و حضور عوامل هدف گیری کننده اختصاصی بافت، به علاوه عناصر متمایز کننده، موجب بهبود ردگیری این ذرات در تصویربرداری MRI شده است. در موارد درمانی، با استفاده از تابش لیزر ذرات اکسید آهن را گرم کرده و گرمای ایجاد شده موجب مرگ سلول های حاوی آنها (سلول های سرطانی) می شود. یکی دیگر از روش های استفاده از نانوزوم ها در درمان سرطان، قرار دادن کاتالیت های نوری مخصوص در این نانوذرات است این کاتالیت های نوری هنگامی که با نور تحریک می شوند گونه های واکنشگر اکسیژن را تولید می کنند و بافت هدف را تخریب می کنند. یکی از مزایای این روش نسبت به روش های مرسوم شیمی درمانی، ایمنی بیشتر آنها و عوارض جانبی بسیار کمتر آنهاست، ضمن اینکه مقاومت دارویی به این روش درمانی حاصل نمی شود. در حالی که مشکل مهم داروهای شیمی درمانی، مقاوم شدن سلول های سرطانی به این داروها است.

دندریمرها

دندریمرها دسته خاصی از ماکرو ملکول های پلیمری شاخه دار هستند که از مرکز آنها چندین بازو به سمت خارج ایجاد شده است. تعداد شاخه ها (بازوها) اندازه دندریمرها را تعیین می کند که قابل کنترل است. شاخه ها به شکل ساختار کروی از مرکز دندریمرها به سمت خارج و به وسیله فرآیند پلیمریزاسیون ایجاد می شوند. این حالت منجر به تشکیل حفره هایی در دندریمرها می شود که می تواند برای انتقال دارو استفاده شود. پایانه های ملکول دندریمر می تواند به ملکول های دیگری برای انتقال متصل شود. این ملکول ها به دندریمرها کاربردهای عملی مختلف می دهند. تکنودندریمرها (Tectodendrimers) مجموعه دندریمرهایی هستند که هر جزء دندریمری آنها یک فعالیت ویژه مثل هدفگیری، تشخیص وضعیت بیماری، انتقال دارو و تصویربرداری را دارد. این نانو ابزارها کاربردهای بالقوه ای در شیمی درمانی سرطان به عنوان یک دارو درمانی هدف دار دارند.
دندریمرها همچنین می توانند جایگزین ناقل های ویروسی رایج در ژن درمانی شوند. آنها توسط آندوسیتوز وارد سلولها شده و قطعه ای از DNA را که باید رونویسی از روی آن صورت گیرد، وارد سلول می کنند. مزیت عمده این روش ژن درمانی آن است که در این حالت سیستم ایمنی بدن تحریک نمی شود. دندریمرها در انواع سلول های پستانداران و در مدل های حیوانی مورد آزمایش قرار گرفته اند و موفقیت های چشمگیری هم به همراه داشته اند.
از دندریمرها برای درمان عفونت های ویروسی (خانواده رتروویروس ها) نیز استفاده شده است. رتروویروس ها دسته ای از RNA ویروس ها شامل ویروس ایدز (HIV) هستند. داروهای بر پایه دندریمرها، برای درمان نوع میمونی HIV موفق عمل کرده اند.
نوعی از دندریمرها به نام دندریمرهای PAMAM با اتصال به داروهای ضد سرطان مثل سیس پلاتین در درمان سرطان به کار گرفته شده اند. در یک سری مطالعات دیگر نیز از داروهای سرطان دیگر مثل آدریامایسین و متوترکسات متصل به دندریمرها برای این منظور استفاده شده است.
در مطالعات دیگر محققان از دندریمرها برای از بین بردن میکروب ها استفاده کرده اند. از آن جمله «کالابرتا» و همکارانش خواص آنتی باکتریال دندریمری PAMAM و مشتقات پوشیده شده با پلی اتیلن گلیکول آن را گزارش کردند. خواص آنتی باکتریال علیه باکتری های گرم مثبت مثل استافیلوکوک و باکتری های گرم منفی مثل سودومونا مشاهده شد. هرچند پوشش پلی اتیلن گلیکول دندریمر، که سمیت سلولی دندریمرهای PAMAM را کاهش می دهد اثر بخشی علیه باکتری های گرم مثبت را کاهش می دهد، اما تاثیری بر اثربخشی این دندریمرها بر باکتری های گرم منفی مثل سودومونا ندارد.
از دیگر کاربردهای دندریمرها در پزشکی می توان به استفاده از آنها به عنوان مواد حاجب در تصویربرداری های پزشکی اشاره کرد. دندریمرهای 4.1- دی آمینو بوتان (PAMAM) و DAB برای این منظور در دسترس هستند. دفع کلیوی دندریمرها مهمترین راه دفع این ترکیبات از بدن است و وابسته به اندازه ذره است. بیش از 60 درصد دندریمرهای DAB و PAMAM ، طی 15 دقیقه بعد از تزریق از جریان خون حذف می شوند. دندریمرهای کوچکتر از نظر اندازه خیلی زود از طریق کلیه ها دفع می شوند، اما دندریمرهای دارای بار سطحی و یا سطح آب گریز به سرعت از طریق کبد دفع می شوند. دندریمرهای دارای سطح دوست از دفع کلیوی در امان می مانند و زمان در گردش طولانی تری دارند.
دندریمرهای کاتیونی دارای پتانسیل بیشتری برای ایجاد سمیت سلولی، در مقایسه با دندریمرهای آنیونی و دندریمرهای PAMAM هستند. به نظر می رسد دندریمرهای کاتوینی موجب ناپایداری غشاء سلولی و تجزیه سلول می شوند. سمیت دندریمرها به اندازه ذره بستگی دارد و با افزایش اندازه این ذرات افزایش می یابد. سمیت سلولی آنها را می توان با اصلاح سطحی دندریمرها، مثل افزودن پلی اتیلن گلیکول یا اسیدهای چرب، کاهش داد.

فن آوری نانو در ژن درمانی

ژن درمانی یک دستاورد نسبتا جدید در درمان بسیاری از اختلالات با منشأ ژنتیکی مثل دیابت، فیبروز کیستی و... است. ناقل های ویروسی که برای انتقال ژن ها استفاده می شوند، از نظر ایمنی با خطرات بالقوه ای همراه هستند و همچنین می توانند موجب تجریک سیستم ایمنی و تولید آنتی بادی علیه این ناقل های ویروسی شوند.
از طرف دیگر، DNA برهنه (DNAفاقد پوشش) به علت بار منفی خود، قادر نیست از سطح غشاء سلولی که آن هم دارای بار منفی است، عبور کند. از این رو استفاده از نانو ذرات در انتقال ژن ها مورد توجه فراوانی قرار گرفته است. لیپوزوم هایی با اندازه کوچکتر از100 نانومتر می تواند برای انتقال ماده ژنتیکی به داخل سلول ها استفاده شونتد. لیپوزوم هایی که به پلی اتیلن گلیکول و گالاکتوز ملحق شده اند به طور موثری سلول های کبدی را هدف گیری می کنند زیرا سلول های کوپفر کبدی به سرعت آنها را جذب می کنند. بنابراین ژن درمانی به کمک این لیپوزوم ها در اختلالات مختلف کبدی مثل بیماری ویلسون و هموکروماتوز ارثی مورد بررسی قرار گرفته است.
در یک مطالعه محققان از نانو ذرات کیتوزان برای انتقال ژن انسولین انسانی به موش ها، از طریق مجاری گوارشی استفاده کردند. آنها دریافتند در این موش ها قند صبح ناشتا به شدت کاهش می یابد و سطوح انسولین پلاسمایی و همچنین بیان MRNA ژن انسولین انسانی به شدت افزایش می یابد. این مطالعه می تواند به کشف راه های درمانی جدید برای درمان دیابت کمک کند.
منبع: نشریه اطلاعات علمی شماره8

دامنه گسترده فناوری نانو در تمام زمینه ها، اعجاب انگیز است. دستاوردهای این فناوری، بسیار امید بخش بوده و دریچه های جدیدی را به روی پژوهشگران گشوده است.
در طول سال گذشته پیش از یکصد سمینار آموزش فناوری نانو برای دانش آموزان و دانشجویان در شهرهای مختلف برگزار شد. این رشته، جدا از دیگر رشته های تعلیمی نیست بلکه یک حوزه بین رشته ای است که توانمندی در درک رفتار مواد و سیستم ها را در مقیاس نانو می طلبد و اینکه فرد علاقه مند بتواند روی این رفتارها کنترل داشته و از آنها بهره گیری نماید. مطالعات مدیریتی، حقوقی، جامعه شناس و آموزشی، از جمله مباحث مهم در توسعه فناوری های جدید هم چون فناوری نانو است که خوشبختانه در کشور ما رو به فزونی است. امروزه پیشرفت علوم و فناوری نانو در حوزه های صنعتی، نظامی، کشاورزی، مخابرات و... به مرحله ای رسیده که می تواند راه گشای بسیاری از مسائل و مشکلات، حتّی در علوم قانونی، قضایی و کشف جرم باشد.
تا چندی پیش اگر نگاهی به عملکرد آزمایشگاهی جنایی کشورهای مختلف می انداختیم، می دیدیم که هم چنان فناوریهای قبل از سال 1980 در کشف علمی جرم کاربرد داشت. امّا اکنون گسترده فعالیت های پلیسی و جنایی با بهره گیری از پیشرفته ترین تجهیزات و امکانات فناوری زیستی و نانو، وسیع تر شده و امروزه استفاده از میکروسکوپ الکترونی، نانوحسگرها، حسگرهای زیستی و روش های گوناگون طیف بینی در آزماییشگاه های معتبر جنایی رایج شده و هدف نهایی، کشف حقیقت بدون باقی ماندن کوچک ترین ابهام است. زیرا در کشف جرم نیز همانند دیگر رشته ها در حدّ بضاعت از دانش عصر جدید باید بهره گیری شود و با پیشرفت فناوری، پلیس نیز باید امکانات فنی و علمی خود را بالاتر ببرد.
در علوم قانونی، شناسایی متهم از روی آثار جزئی باقی مانده در صحنه، مانند خون، مو، بافت و... امری مهم به شمار می رود. با توجه به منحصر به فرد بودن الگوی DNA هر شخص، می توان با استخراج DNA از آثار زیستی باقی مانده در صحنه و مقایسه آن با DNA افراد مظنون، به این مهم نائل آمد. حالا در آزمایشگاه ها، DNA را باز کرده و فناوری نانو، استفاده از مواد نانو حفره و دستگاه های ویژه را پیشنهاد می کند. استفاده از این روش، فناوری تعیین الگوی DNA را متحول خواهد کرد. هم چنین در زمینه ظهور آثار پنهان انگشتان، پژوهشگران موفق به کشف پودر جدیدی شده اند که روشی حساس تر و دقیق تر را برای اثر برداری در اختیار پلیس قرار می دهد. این پودر از نانو ذرات شیشه مانند و آغشته به مواد فلورسانس تشکیل شده است. هم چنین از نانو ذرات اکسید تیتانیوم نیز بهره گیری شده تا آثار پنهانی انگشت روی سطوح بدون حفره مانند پلاستیک، فلز و سطوح شیشه ای رنگی، نمایان شود. هم چنین نانو ذرات اکسید روی، آثار پنهان انگشتان روی سطوح مرطوب را نیز نمایان می کند.
در زمینه ممانعت از جعل اسکناس، اسناد بانکی و قانونی نیز، موادی لازم است که پایداری بالایی داشته باشند و امکان توصیه آنها توسط جاعلان وجود نداشته باشد. نانو محلول هایی وجود دارد که ذرات چاپ شده توسط آن را حتّی پس از تبخیر حلال هم نمی توان با چشم غیرمسلح مشاهده نمود و تنها زیر نور با طول موج معین قابل تشخیص هستند. استفاده از این ترکیبات در بارکدهای غیرقابل مشاهده ظاهری، بسیار مفید است.
از نانوحسگرها هم در تشخیص و ردیابی داروها و سموم در بدن استفاده می شود. مثلاً با پلیمرهای قالب مولکولی، میزان مورفین را می سنجند. هم چنین غلظت الکل حتّی به میزان بسیار کم نیز توسط حسگرهای نانو قابل کنترل است.
با استفاده از نانو لوله ها نیز گازهای سمی را می توان ردیابی و اندازه گیری کرد. این مورد در فضاهایی کاربرد دارد که مرگ و میر در اثر استنشاق مواد سمی و خفگی روی داده است.
گسترش حسگرها و سیستم هایی که به طور انتخابی می توانند مقدار جزئی از گازهای انفجاری مانند متان، پوپان و بوتان را ردیابی کنند در بررسی صحنه حریق و انفجار اهمیت دارد.
در دانشگاه لستربریتانیا، ساختاری طراحی شده که قادر به شناسایی افراد و مکان ها بر اساس رایحه است. بینی الکترونیکی می تواند مارک عطر، صاحب هر تنفس یا بوی بدن را در کمتر از یک دقیقه به وسیله تجزیه ترکیبات آلی فرار و مقایسه آن چه در بانک اطلاعاتی خود دارد شناسایی کند.
اینها تنها نمونه هایی از کاربرد فناوری نانو در علوم قانونی بودند. امید است با پیشرفت روزافزون شاهد کاربردهای گسترده تر در کشف جرم و کاهش جنایت باشیم.
منبع:نوآور-ش59

با استفاده از نانو حسگرها می توان دریافت که هر قسمت از مزرعه به چه میزان عناصر غذایی و سم نیاز دارد
فناوری نانو از جمله مباحث علمی جدیدی است که انتظار می رود در آینده نقش به سزایی در فناوری های تولید و طراحی داشته باشد. با توجه به سهم انکارناپذیر ارزش افزوده ایجاد شده توسط محصولات فن محور در توسعه اقتصادی کشورها و نیز درصد بالای نرخ بیکاری افراد تحصیل کرده در ایران، به نظر می رسد این فناوری راه حل مناسبی برای شتاب بخشیدن به توسعه اقتصادی کشور و نیز اشتغال در جامعه باشد. فناوری نانو در بخش های مختلف کشاورزی نظیر زراعت، اصلاح نباتات و تولید سم ها و کودها و نیز صنایع غذایی نقش به سزایی دارد.

فناوری نانو در کشاورزی

ورود نسل اول فناوری ها به عرصه کشاورزی، در چند دهه گذشته منجر به وقوع انقلاب سبز و گذر از کشاورزی سنتی به کشاورزی صنعتی شد. در این دوره افزایش چشمگیری در کیفیت و کمیت محصولات کشاورزی صورت گرفت، ولی استفاده بی رویه از منابع، مشکلاتی را نیز در پی داشت. گذشت سال ها از وقوع انقلاب سبز و کاهش مجددِ نسبت رشد تولیدات کشاورزی به جمعیت جهان، لزوم به کارگیری فناوری های جدید در صنعت کشاورزی را بیش از هر زمان دیگری ضروری ساخته است. فناوری نانو کاربردهای وسیعی در همه مراحل تولید، فراوری، نگهداری، بسته بندی و انتقال تولیدات کشاورزی دارد. ورود فناوری نانو به صنعت کشاورزی و صنایع غذایی متضمن افزایش میزان تولیدات و کیفیت آنها، و حفظ محیط زیست و منابع کره زمین است.

فناوری نانو در زراعت

نانو می تواند در بخش های مختلف زراعت نظیر موارد زیر کاربرد داشته باشد:
1- با استفاده از نانو حسگرها می توان دریافت که هر قسمت از مزرعه به چه میزان عناصر غذایی و سم نیاز دارد و بدین وسیله از آلودگی محیط زیست جلوگیری کرد و سلامت محصولات را افزایش داده در نتیجه بازده اقتصادی نیز افزایش می یابد.
2- نانوحسگرها می توانند با کنترل دقیق و گزارش دهی به موقع نیازهای گیاهان به مرکز پردازش اطلاعات سیستم در نگهداری محصولات یاری رساند.
3- ایجاد گلخانه های کم هزینه تر با هدف صرفه جویی در مصرف انرژی و دوام بیشتر در برابر رطوبت.

کاربرد نانو در اصلاح نباتات

1- انتقال ژن های مورد نظر به سلول های گیاهی با استفاده از نانو مواد. (در این روش از سامانه رسانش نانو ذرات طلای پوشیده با آران ای یا دی ان ای داخل سلول استفاده می شود.)
2- ساخت ابزارهای جدید برای زیست شناسی سلولی و مولکولی. این ابزارها جهت تعین مولکول های خاص، شناسایی و جداسازی آنها استفاده می شوند و کاربری بسیاری دارند که می توان به این موارد اشاره کرد: فناوری و علم تولید مثل، اصلاح نژاد حیوانات و گیاهان، تبدیل ضایعات به انرژی و محصولات جانبی مفید و فناوری کودسازی.
3- اصلاح بذرها به شیوه اتمی.

کاربردهای نانو در تولید سموم و کودهای مؤثر و کم خطر

1- تولید سموم و کودهای شیمیایی با استفاده از نانو ذرات و نانو کپسول ها. این نسل از سموم و کودها قابلیت رهایش کنترل شده یا تأخیری، جذب و تأثیرگذاری بیشتر و سازگاری با محیط زیست را دارند.
2- تولید بلورهای نانویی جهت افزایش کارایی استفاده از آفت کش ها. استفاده از بلورهای نانویی امکان کاربرد آفت کش ها با مقادیر کمتر
را فراهم می آورد و ورود این ترکیبات خطرناک به طبیعت را به حداقل می رساند.
3- تولید نانوکودها. این ترکیبات نانویی به سرعت و به صورت کامل جذب گیاه شده و به خوبی نیازها و کمبودهای غذایی آن را مرتفع می کند.

ارتباط نانو با غذا

یکی از مهم ترین بخش های صنعتی تمام کشورها صنایع غذایی است. با کمبود منابع غذایی و افزایش جمعیت، توسعه این بخش از صنعت ضروری به نظر می رسد. کشور ما از جمله وارد کنندگان محصولات کشاورزی و اگر امروز به فکر تولید و فرآوری غذا نباشیم، واردات این محصولات در آینده افزایش خواهد یافت.
تفاوت اصلی فناوری نانو با سایر فناوری ها در مقیاس مواد و ساختارهایی است که در این فناوری استفاده می شود. عناصر پایه در حقیقت همان عناصر در مقایس نانو هستند که خواص آنها در مقیاس نانو با خواصشان در مقیاس بزرگ تر فرق می کند. عناصر پایه عبارتند از: نانو ذرات، نانو کپسول، نانو لوله های کربنی، نانو کامپوزیت و...

نانو ذرات

اولین و مهم ترین عناصر پایه، نانو ذرات ها و متداول ترین آنها نانو ذرات نیمه رسانا، نانو ذرات سرامیکی و نانو ذرات فلزی هستند. نانو ذرات در اندازه پایین را نانو خوشه می گویند. که در بسته بندی مواد غذایی، ظروف نگهداری مواد غذایی، از بین بردن زیر ساختارهای زنده و تولید روغن هایی که سریع تر داغ می شوند، کاربرد دارند.

نانو کپسول

به هر نانو ذره ای که یک پوسته و یک فضای خالی در آن باشد نانو کپسول گفته می شود. نانو کپسول در طبیعت نیز تولید می شوند و به دو دسته پلیمری و نانو امولسیون ها تقسیم می شوند. فرایند نانو کپسوله کردن به این معنی است که این امکان وجود دارد که مواد غذایی مفید برای بدن، بدون این که در فرایند ساخت در کارخانه و یا هنگام پخت و پز در آشپزخانه و یا توسط آنزیم های دهان و معده از بین بروند، به طور مستقیم وارد جریان خون شده و جذب بدن می شود. این کار حتی مانع از دفع بدون جذب ویتامین های مواد غذایی می شود. یکی مزایای نانو کپسوله کردن این است که مواد غذایی مفید ولی با طعم های نامطبوع مانند روغن ماهی را می توان از طریق این کپسول ها بدون احساس مزه ناخوشایند به غذا اضافه کرد. از جمله کاربردهای آن عبارتند از: ساختن مواد غذایی کاربردی و تعاملی، رساندن مواد مغذی به بدن، ارسال ترکیب های چربی گیاهی برای جایگزینی چربی گوشت قرمز در غذا.

نانو لوله های کربنی

از صفحات کربن به ضخامت یک اتم و به شکل استوانه تو خالی ساخته شده اند، از فولاد سخت تر و از آلومینیوم سبک تر هستند و ضریب هدایت بیشتری نسبت به مس دارند نانو لوله های کربنی به دو دسته تک جداره و چند جداره تقسیم می شوند. مهم ترین کاربرد آنها، تولید نانو حسگرهایی است که در صنایع غذایی به کار می روند و تشخیص فساد مواد غذایی، تشخیص میکروب های مضر، تشخیص مواد شیمیایی مضر و سم ها در مواد غذایی را ممکن می سازد. همچنین با استفاده از آنها می توان، حسگرهای بویایی و چشایی الکترونیکی تولید کرد.

نانو کامپوزیت ها

استفاده از نانو کامپوزیت های زیستی برای بسته بندی غذا نه تنها غذا را حفظ می کند و طول عمر آن را افزایش می دهد، بلکه در حفظ محیط زیست مفید است. اکثر مواد بسته بندی معمولی از مواد پلاستیکی غیر قابل بازیافتی هستند که آلودگی محیط زیست را افزایش می دهد. برای تولید این پلاستیک ها از سوخت های فسیلی استفاده می شود. از نانو کامپوزیت های خاک رس نیز می توان برای تولید مواد اولیه بطری های نوشابه استفاده کرد. مهم ترین خصوصیت این مواد، خاصیت بازدارندگی و به حداقل رساندن خروج گاز دی اکسید کربن در این نوشیدنی ها است.

کاربردهای فناوری نانو در صنایع غذایی

کاربردی فناوری نانو در غذا و صنایع غذایی را می توان به پنج دسته زیر تقسیم بندی کرد:
- تولید غذا
- بهبود طعم و رنگ
- سلامت غذا
- بسته بندی
- نگهداری غذا

تولید غذا

در بخش تولید می توان در صنعت کشاورزی و هم چنین در ابداع روش های جدید برای تولید غذا از این فناوری بهره گرفت. مانند: به کارگیری نانو حسگرها در شناسایی آفت کش ها، تولید آفت کش های بی خطر، آنتی بیوتیک ها و ژن های گوناگون گیاهان، کاهش اثرات منفی آفت کش های موجود از جمله کاربردهای نانو فناوری در این بخش است.

بهبود طعم و رنگ غذا

متخصصان صنایع غذایی به کمک فناوری نانو توانسته اند در مواد غذایی مختلف خواصی ایجاد کنند که مصرف کننده طعم و بوی خاص احساس کند. مثلاً سس کم چربی تولید کرده اند که مزه چربی می دهد در حالی که چربی ندارد.

سلامت غذا

برای اطمینان از سلامت غذایی، پژوهشگران در پروژه ای از نانو حسگرهای قابل حمل برای یافتن مواد شیمیایی مضر، پاتوژن ها و سم ها در مواد غذایی استفاده کرده اند، با این کار، دیگر نیازی به فرستادن نمونه های مواد غذایی به آزمایشگاه برای تشخیص سلامت و کیفیت محصول در کشتزارها و کشتارگاه ها نیست. همچنین این پروژه، در حال توسعه به کارگیری زیست تراشه های دی ان ای برای کشف پاتوژنهاست. این روش می تواند در تشخیص باکتری های مضر و متفاوت موجود در گوشت یا ماهی و یا قارچ های میوه مؤثر باشد. این پروژه در نظر دارد با گسترش میکروحسگرهای رشته ای، بتواند آفت کش های میوه و سبزیجات را به همان خوبی که شرایط محیطی کشتزارها را کنترل می کند تشخیص دهد. این نوآوری به نام حسگرهای Good Food نامیده می شود.

بسته بندی

بسته بندی چهره کالاست و به همراه مواردی مانند طرح و نام تجاری و کیفیت به نحوی با هم ترکیب می شوند تا کالا به راحتی معرفی شود. بسته بندی در واقع اولین ارتباط مشتری با محصول است. بیشترین کاربردی که نانو در صنعت غذایی دارد مربوط به بسته بندی است.

بسته بندی نانویی:

1- محصول را از صدمات فیزیکی و آلودگی ها حفظ می کند.
2- با کارایی وسیع و مؤثر در برابر انواع زیر ساختارهای زنده می توانند باعث افزایش عمر مفید و ماندگاری دراز مدت محصول شوند.
3- کیفیت ضد میکروبی و خواص ممانعتی آن، بهداشت بهتر، کنترل بیشتر، ممانعت از بی رنگی و خسارت کمتر به ساختار آن را باعث می شود.
4- استحکام در مقابل حرارت. یعنی از فساد و پلاسیدگی میوه ها و سبزی ها در دمای بالا جلوگیری می کند.
5- زمان ماندگاری محصولات در بسته بندی های نانو از سه یا چهار روز به دو تا سه هفته در شرایط دمای محیط بیرون از یخچال افزایش می یابد.

بسته بندی های نانویی به دو دسته تقسیم می شود:

الف) بسته بندی کنترل کننده مواد غذایی با استفاده از نانو ذرات. اکسیژن مسئله سازترین عامل در بسته بندی مواد غذایی است زیرا این عنصر باعث فساد چربی مواد غذایی و هم چنین باعث تغییر در رنگ آنها می شود. در این نوع بسته بندی ها، نانوذرات به صورت زیگزاگ قرار گرفته اند و مانند سدی مانع از نفوذ اکسیژن می شوند. به بیان دیگر مسیری که گاز باید برای ورود به بسته طی کند طولانی می شود. به همین خاطر مواد غذایی در این بسته ها تازگی خود را بیشتر حفظ می کنند.
ب) بسته بندی هوشمند. در این نوع بسته بندی که برای افزایش عمر مفید محصول های غذایی است، سیستم های بسته بندی قادر خواهد بود پارگی ها و سوراخ های کوچک را با توجه به شرایط محیطی (مانند تغییرات دما و رطوبت) ترمیم و مصرف کننده را از فساد مواد غذایی آگاه سازند. در این نوع بسته بندی نانوحسگرهایی وجود دارد که نسبت به گازهایی که از مواد غذایی آزاد و موجب فساد می شوند به شدت حساس بوده و تغییر رنگ می دهند. این تغییر رنگ علامت واضحی از سلامت یا فساد مواد غذایی است. این سیستم به مراتب دقیق تر و مطمئن تر از فروش با تاریخ مصرف است.

نگهداری غذا

الف- ضدعفونی و میکروب زدایی سطوح: نانو می تواند با جابه جا کردن سطح پوشش مواد، از ورود هر نوع زیر ساختارهای زنده یا میکروب به غذا جلوگیری کند و سبب ضدعفونی شدن سطوح غذاها شود.
ب- حفاظت ضد اکسیدان ها: با استفاده از نانو حفره ها می توان از خراب شدن مواد بی ثباتی مثل آنتی اکسیدان های حساس از جمله ویتامین های A، D، E و امگا 3 جلوگیری کرد.
ج- دست کاری و کنترل فعالیت آنزیم ها: نانو حفره ها می تواند در شناسایی و طراحی ساختمان آنزیم ها و کنترل سوخت و ساز آنها با تغییر در ساختار و افزودن ذرات فعال به مواد غذایی استفاده شود.
منبع: نشریه دانشمند، شماره 581..

تحقیقات جدید نشان می دهند که افزایش نانوذرات در طبیعت می تواند منجر به تجمع آنها در زنجیره غذایی شود. مطالعاتی که توسط گروه های تحقیقاتی بر روی نانوذرات طلا AU ‏و نانوذرات کادمیم سلناید CdSe صورت گرفته است، نشان می دهد که این نانوذرات از قسمت های زیرین زنجیره غذایی به قسمت های بالای زنجیره منتقل می شوند. و این مشاهده به این دلیل است که موجودات بالای زنجیره از موجودات زیرین تغذیه می کنند. تعدادی از این نوع آلودگی، توسط گیاهان و باکتری ها در قسمت های زیرین زنجیره غذایی رو به افزایش است. اما موضوع نگران کننده این است که افزایش غلظت، بیشتر در قسمت های بالاتر زنجیره دیده می شود. بدین معنا که این مواد در زنجیره غذایی و در موجودات زنده بالاتر زنجیره با غلظت های بیشتری انباشته می شوند. می توان حشره کش د.د.ت را به عنوان یک مثال قدیمی عنوان کرد.
یک گروه تحقیقاتی از دانشگاه کالیفرنیا و گروه تحقیقاتی دیگری از دانشگاه کنتاکی سعی دارند بفهمند که آیا نانوذرات نیز می توانند بدین صورت رفتار کنند. آنها به اتفاق دریافته اند که میزان نانوذرات به مقدار کمی در طبیعت رو به افزایش است. و این نتیجه بر اساس آشکار سازی مستقیم افزایش غلظت آلوده کننده ها به دست آمده است.
گروه تحقیقاتی دانشگاه کنتاکی، کرم هایی را که از گیاه ‏تنباکو تغذیه کرده بودند، مورد بررسی قرار دادند. محلول های به دست آمده از این کرم ها حاوی غلظت های متفاوتی از نانوذرات طلا بودند. بزرگی این غلظت ها 6-12 ‏مرتبه از غلظت موجود در بافت خود گیاه بیشتر است.
گروه تحقیقاتی دانشگاه کالیفرنیا نیز نشان دادند که میزان این مواد آلوده کننده، در تک یاخته ها 5 مرتبه ‏ بیشتر از باکتری پزودوموناس است.
‏یافته های این دو گروه بسیار شبیه به یکدیگر است. و نکته قابل توجه آن که، این اطلاعات از دو نوع محیط زیست به دست آمده است. کار تحقیقاتی روی کرم ها که یک زنجیره غذایی خاکی و ساده را نشان می دهد. و کار بر روی تک یاخته ها که به محیط های آبی مربوط می شود. نتایج به دست آمده از تحقیقات روی طلا بسیار حیرت آور است، چون غلظت فلزات (به استثنا تعداد کمی از آنها) در محیط زیست افزایش نمی یابد. "برتش" یکی از پژوهشگران می گوید: "نکته حیرت آور این است که حذف نانوذرات فلزی در فرایند های صنعتی کافی نیست و بنابراین فلزات در محیط باقی مانده و در بافت ها انباشته می شوند."

آیا می توان این نتیجه را تعمیم داد؟

‏"جیمز لید" که آسیب های محیطی نانوذرات را در دانشگاه بیرمنگام انگلستان بررسی می کند، می گوید: "یافته ها پتانسیل مهم سازوکارهای انتقال را برای بشر نشان می دهد و از آنجا که افراد بشر در راس زنجیره غذایی قرار دارند. در صورتی که افزایش غلظت نانوذرات ادامه پیدا کند، می تواند خطرناک باشد. و او می افزاید: به سختی می توان این نتیجه را بین تمام نانوذرات تعمیم داد. زیرا آنها دارای متغیرهای فیزیکی و شیمیایی
مختلفی می باشند." برتش ضمن اعلام موافقت می گوید: "تعمیم دادن این نتیجه بسیار سخت و دشوار است. آنچه ما سعی بر انجام آن داریم، کار روی مواد گوناگون است که در ضمن آن نگاهی به تفاوت های آنها داشته باشیم. او اشاره می کند که: طلا نقطه آغاز خوبی است چون پایدار و بی اثر (واکنش ناپذیر) است. در حالی که مطالعه بر روی نانوذرات نقره با چالش های بیشتری مواجه می شود. زیرا دارای گونه های متفاوت شیمیایی است."
بر اساس اظهارات "ریچارد هولبروک" مهندس شیمی در موسسه ملی استاندارد؛ بیشتر نوشته های موجود در مورد افزایش غلظت مواد در طبیعت، فاقد اطلاعات تعیین کننده ای در مورد خصوصیات نانوذرات است و می بایست این یافته ها برای مواد دیگری آشکار شوند. او می گوید گروه های تحقیقاتی کالیفرنیا و کنتاکی در این مورد کار مفیدی انجام داده اند.
چون مطالعات روی گونه های خاصی صورت گرفته است. نمی توان نتیجه را برای دیگر گیاهان و باکتری ها تعمیم داد. هلدن می گوید: "می توان گستره متفاوتی از جذب نانوذرات را در بین موجودات انتظار داشت." ولی او گمان نمی کند که همیشه یک رویکرد مورد به مورد در بین موجودات لازم باشد. او می گوید: "ما هنوز در مرحله اول جمع آوری اطلاعات هستیم و امیدوارم بتوانیم به سرعت به یک مدل کلی دست یابیم."

طراحی نانو ذرات ایمن تر

‏هولبروک می پرسد اگر شما گزارش هایی ازاین قبیل را برای افزایش غلظت نانوذرات منتشر کنید چه اتفاقی می افتد؟ آنها می گویند امیدواریم که کارخانجات بتوانند روشی طراحی کنند و خصوصیات خطرناک نانوذرات را اصلاح کنند. برای مثال در این مورد با پوشاندن نانوذره این کار صورت می گیرد. در آخرین کاری که توسط گروه تحقیقاتی هلدن صورت گرفت. عنوان شده است که برهمکنش نانوذره منجر به آسیب رساندن به غشاء (این عمل توسط تشکیل رادیکال آزاد صورت می گیرد) سلول می شود. و باعث وارد شدن این نانوذره به درون سلول می شود. بنابراین هلدن می گوید: "پوشاندن نانوذرات تشکیل رادیکال آزاد را کاهش می دهد و نانوذرات را ایمن تر می سازد."
‏هولبروک اشاره می کند که می بایست تعادل خوبی بین ایمنی و عملکرد ماده برقرار باشد. او می گوید: "شما می توانید یک نانوذره نوعی بی خطر برای محیط زیست طراحی کنید. که آن از نظر تجاری هیچ ارزشی نداشته باشد. طراحی چنین موردی که در آن هیچ جنبه نوآوری وجود ندارد، مفید نیست. و یا شما می توانید نانوذراتی نوعی تولید کنید که منجر به تولید محصولات بسیار بی نظیری می شوند، ولی بسیار سمی
‏و خطرناک هستند که این برای محیط زیست امری غیر عقلانی است. سوال من این است که آیا شما می توانید نانوذره ای تولید کنید که از هر دو نظر (از نظر ایمنی و تجاری)بهترین باشد؟"

منبع: دانشمند ش 572

محققان، نانو ابزارهایی ساخته اند که می تواند نجوای سلول ها را استراق سمع کند و آنها ادعا می کنند که این وسیله می تواند طوری سازگار شود تا مکالمات سلول ها را بشنود.
تشدید کننده نانوپلاسمونیک که توسط یک گروه پژوهشی ایجاد شده است، می تواند سیگنال های شیمیایی را قابل رؤیت کرده و آنها را تشدید کند. سیگنال های شیمیایی توسط یک سلول به محققان اجازه می دهد تا غلظت ها را با جزئیات زیر - میکرومتری ببینند.
"شنگ وانگ" از دانشگاه کالیفرنیا می گوید: "سلول های تی پیغام های شیمیایی را برای باخبر کردن یکدیگر و کنترل سیستم ایمنی به کار می گیرند. وقتی که سلول های تی سیستم ایمنی، یک پادگن (آنتی ژن) را ملاقات می کنند، پادگن ها را با II-2 محاصره می کنند و این امر به سلول های تی یادآوری می کند تا خودشان را آماده کنند. این عمل شبیه به صدا درآوردن زنگ اخبار است."
غلظت II-2 مجاور یک سلول تی با فعالیت بسیار زیاد است؛ این امر باعث می شود تا سلول های تی که از محل مبارزه بسیار دور هستند، انرژی مهیا شده خود را برای مبارزه از دست ندهند. اکنون، وانگ و همکارانش این موضوع جدید را دیده اند. آنها نشان دادند که II-2 در سطح سلول تی، صدهزار تا یک میلیون بارفراوان تر از یک میکرومتر از سلول است.
این گروه تحقیقاتی با استفاده از یک نانوکوارتز به نام "کاور اسلیپ" صدای سلول ها را می شنوند. آنها این "کاور اسلیپ" را توسط سیلندرهایی ایجاد می کنند که شامل یک دیسک سیلیکون دی اکساید با ضخامت 5 نانومتر است که توسط دو دیسک دیگر از جنس طلا با ضخامت 20 نانومتر پیچیده شده است. این سیلندرها، 100 نانومتری هستند و با فاصله 500 نانومتر از یکدیگر قرار می گیرند تا تراشه توری مانندی بسازند.
محققان سلول های تی را به پادتن ها (آنتی بادی ها) می چسبانند تا II-2 را برای کاور اسلیپ به دام اندازند، و پس از آن سلول های تی را طوری القا می کنند تا II-2 ترشح کنند. برای دیدن II-2 آن را به پادتن ها (آنتی بادی ها) پیوند می کنند، و سپس آنتی بادی های دیگری را به مجموعه پیشین اضافه می کنند، که این آنتی بادی به یک مولکول فلورسانس کننده به نام آلوفیکوسیانین متصل شده است.
وقتی لامپ جیوه روی کاور اسلیپ روشن شود، نانوسیلندرها نور را همانند یک نورافکن جمع می کنند و منجر به درخشان شدن آلوفیکوسیانین می شوند. همچنین، طول موج قرمز نور نشر شده که توسط فلورسانس آلوفیکوسیانین ایجاد می شود، با فرکانس تشدید کننده وسیله جفت می شود. با تشدید کردن سیگنال ها، سیگنال به دست آمده از بخش مهندسی شده کاور اسلیپ 100 برابر قوی تر از هنگامی است که این اقدامات صورت نگرفته است. این موضوع به دانشمندان اجازه می دهد تا طرحی از ارتباطات شیمیایی سلول ها، به دست آورند.
"مایکل داستین"، که فرد ماهری در زمینه فعالیت سلول تی است، می گوید: "افزایش حساسیتی که توسط این تشدید کننده به وجود آمده است، می تواند ابزارهایی ایجاد کند که پاسخ های ایمنی انسان را به سرعت و با هزینه کمتر نشان دهد. حساسیت ایجاد شده از این نظر بسیار مهم است. زیرا وقتی که سلول های تی توسط آلودگی یا عفونت فعال می شوند، در مقایسه با زمانی که با روش های تصنعی فعال می شوند، غلظت های کمتری از پروتئین های نظیر II-2 را ترشح می کنند."
وانگ می گوید: "روش سیگنال دهی سلول تی می تواند پاسخ بزرگ ترین سؤال ها باشد. از آن جمله می توان این سؤال را مطرح کرد که چگونه سلول ها فعال می شوند؟ تعدادی از مولکول های پیغام بر که در فعال کردن سلول ها به آنها کمک می کنند، مانند آن چه که در فضای بین نورون های عصبی اتفاق می افتد، ملزم به ماندن در مجاور سلول هدف هستند تا از آشفته کردن سلول های دیگر جلوگیری شود. برای آن که این بر هم کنش ها را بفهمیم، پچ پچ کردن سلول ها را استراق سمع می کنیم".
منبع: ماهنامه دانشمند شماره 577