up
Search      menu
علم و تکنولوژی :: مقاله نانو تکنولوژي PDF
QR code - نانو تکنولوژي

نانو تکنولوژي

نانو تکنولوژي به زبان ساده

در حدود سال ۱۹۵۰ ميلادي ، فيزيکدان معروف آمريکايي ، پروفسور ريچارد فاينمن پيشنهاد ساخت يک موتور الکتريکي با ابعاد کمتر از ۱.۶۴ اينج را داد و براي اولين بار جايزه ۱۰۰۰ دلاري براي کسي که موفق به ساخت آن شود تعيين نمود. سرانجام ويليام مک ليلان با زحمت فراوان توانست بوسيله يک انبرک دستي و يک ميکروسکوپ اين کار را به انجام برساند. در واقع هدف فاينمن از اين کار ايجاد انگيزه در موسسات آموزشي و تحقيقاتي بود تا توجه آنها رابه دنياي ميکروها و نانوها جلب کند.
فاينمن براي اولين بار و بطور جدي اين بحث را در سال ۱۹۶۰ و در تکنولوژي کاليفرنيا (Caltech) طي يک سخنراني با عنوان (There is plenty of ۲۰۰m at the Bottom) مطرح کرد. در طي اين سخنراني فاينمن طريقه نگارش ۲۴ جلد دايره المعارف Britanica را به صورت تئوري بر نوک يک سوزن توضيح داد و بدين ترتيب شاخه جديدي از دانش پا به عرصه ظهور گذاشت.
● چقدر کوچک؟
تا به اينجا متوجه شديم که علم فناوري نانو که مورد بحث ما مي باشد، در مورد بسيار کوچکها صحبت مي کند. اما مي خواهيم بدانيم چقدر کوچک؟ يک نانو عبارتست از ۹-۱۰ متر ، اگر بخواهيم اين اندازه را در ذهن خود مجسم کنيم بايد بدانيم که اگر تعداد يک ميليون ذره يک نانومتري را در کنار هم قرار دهيم تنها طولي برابر با يک ميليمتر بدست مي آيد. به صورت کاملا دقيق هنگامي که ما از ابعاد نانومتري صحبت مي کنيم. منظور ما ابعادي در اندازه اتمها و مولکولها مي باشد.
● آيا نانو تکنولوژي يک علم هست؟
قبل از اينکه به توانمنديهاي علم نانو تکنولوژي بپردازيم بهتر است که تعريف جامع و دقيقي از اين علم ارائه دهيم تا چهارچوپ بحثمان مشخص گردد.
نانو تکنولوژي عبارتست از توانمندي توليد مواد ، ابزارها و سيستمهاي جديد در اندازه هاي مولکولي و اتمي و در دست گرفتن کنترل اين ساخته ها و استفاده از ويژگيهايي که در اين ابعاد ظاهر مي شود.
با استفاده از همين تعريف ساده مشخص مي شود که نانو تکنولوژي کاربردهاي متعددي را در زمينه هاي مواد غذايي ، دارو ، تشخيص پزشکي ، بيوتکنولوژي تا الکترونيک و کامپيوتر در ارتباطات ، حمل و نقل ، انرژي ، محيط زيست ، مواد ، هوافضا و امنيت ملي مي توان برشمرد. خواننده به وضوح مشاهده مي کند که بشر با يک انقلاب ديگري در تکنولوژي روبرو است. انقلابي که بسيار وسيعتر و گسترده تر از دو انقلاب ديگر (کشاورزي و صنعتي) است. البته گفتني است که نانو تکنولوژي در کنار دو تحول عظيم ديگري يعني ژنتيک و فناوري اطلاعات گام بسوي اين انقلاب بر مي دارد.
● فناوري نانو و پزشکي
همانگونه که مي دانيد روش معمولي درمان دارويي ، بدين صورت است که ماده موثر را وارد بدن مي کنند و اين ماده علاوه بر سلولهاي مريض به سلولها و بافتهاي سالم بدن نيز سرايت مي کند. اين امر ، باعث مصرف بسيار بالاي دارو شده و مهمتر اينکه موجب آسيب رساندن به بافتهاي سالم بدن نيز مي گردد. محققان با استفاده از فناوري نانو ، در حال ساخت کپسولهايي با ابعاد نانومتري هستند که علاوه بر اندازه غير قابل تصورشان قدرت تشخيص بافتهاي مريض را داشته ، دقيقا روي اين بافتها قرار گرفته و مقدار داروي لازم را به آنها مي رسانند.
اين پديده را دارو رساني (drug delivery) گويند. فناوري نانو همچنين راه را براي ساخت اندامکهاي سازگار با بدن بسيار هموارتر ساخته و بسياري از امراض غير قابل علاج را درمان پذير خواهد کرد. در مورد درمان سرطان نيز محققان در حال ساخت نانو ذراتي هستند که به محض ورود به بدن ، بافتهاي سرطاني را حتي اگر به اندازه چند سلول باشند، شناسايي کرده و از بين مي برند. اين امر موجب خواهد شد که بافتهاي سرطاني در همان روزهاي ابتداي شکل گيري ، شناسايي شده و از بين بروند. بطور کلي در سالهاي آينده پيشگيري ، تشخيص و درمان بيماريها نسبت به آنچه امروزه به عنوان پزشکي خوانده مي شود، بسيار متفاوت خواهد شد.
● فناوري نانو و حمل و نقل
مواد جديدي که از نانو ذرات ساخته شده اند، به ميزان چشم گيري موجب کاهش وزن وسايل نقليه خواهند شد. در خودروهاي نسل آينده ، بجاي فولاد ، از مواد مرکب يا نانو کامپوزيتهايي استفاده مي شود که وزني بسيار ناچيز و استحکام حيرت انگيز دارند (نسبت استحکام به وزن در اين مواد در مقايسه با فولاد چند صد برابر بيشتر است).
کاهش وزن در وسايل نقليه يعني دستيابي به سرعتهاي بالاتر ، کاهش مصرف سوخت ، کاهش توليد آلاينده ها و هزاران منفعت ديگر که به يمن کاهش آلودگي ، عايد بشر خواهد شد. هم اکنون با استفاده از اين فناوري ، لاستيکهايي ساخته مي شود که با دارا بودن درصدي از خاک رس ، مقاومت به سايش بسيار بالايي داشته و عمري چند برابر لاستيکهاي معمولي دارند.
● ديد کلي
فناوري نانو ، چنانکه از نام آن برمي آيد با اجسامي به ابعاد نانومتر سروکار دارد. فناوري نانو در سه سطح قابل بررسي است: مواد ، ابزارها و سيستمها. در حال حاضر در سطح مواد ، پيشرفتهاي بيشتري نسبت به دو سطح ديگر حاصل شده است. موادي را که در فناوري نانو بکار مي روند، نانو ذره نيز مي نامند. براي آنکه تصوري از ريزي نانو ذره ها داشته باشيم بهتر است آن را با ابعاد سلول مقايسه کنيم. اندازه متوسط سلول يوکاريوتي ۱۰ ميکرومتر است. اندازه متوسط يک پروتئين ۵ نانومتر است که با ابعاد ريزترين جسم ساخت بشر قابل مقايسه است. بنابراين مي توان با بکارگيري نانو ذره ها نوعي مامور مخفي به درون سلول فرستاد و به کمک آن از بعضي رازهاي نهفته در سلول پرده برداري کرد.
اين ذرات آنقدر ريزند که تداخل عمده اي در کار سلول بوجود نمي آورند. پيشرفت در زمينه نانو فناوري نيازمند درک وقايع زيستي در سطح نانوهاست. از ميان خواص فيزيکي وابسته به اندازه ذرات نانو ، خواص نوري (Optical) و مغناطيسي اين ذرات ، بيشترين کاربردهاي زيستي را دارند. استفاده از فناوري نانو در علوم زيستي به تولد گرايش جديدي از اين فناوري منجر شده است يعني نانوبيوتکنولوژي. کاربردهاي نانو ذره ها در زيست شناسي و پزشکي عبارتند از: نشانگرهاي زيستي فلورسنت ، ترابري دارو و ژن ، تشخيص زيستي پاتوژنها ، تشخيص پروتئينها ، جستجو در ساختار DNA ، مهندسي بافت ، تخريب تومور از طريق گرمادهي به آن و بهبود تباين (کنتراست).
● رابطه نانوتکنولوژي و بيوتکنولوژي
نانوتکنولوژي مجموعه اي است از فناوريهايي که به صورت انفرادي يا باهم در جهت بکارگيري و يا درک بهتر علوم مورد استفاده قرار مي گيرند. بيوتکنولوژي جزء فناورهاي در حال توسعه مي باشد که با بکارگيري مفهوم نانو به پيشرفتهاي بيشتري دست خواهد يافت. نانوبيوتکنولوژي به عنوان يکي از حوزه هاي کليدي قرن ۲۱ شناخته شده است که امکان تعامل با سيستمهاي زنده را در مقياس مولکولي فراهم مي آورد. بيوتکنولوژي به نانوتکنولوژي مدل ارائه مي دهد، در حالي که نانوتکنولوژي با در اختيار گذاشتن ابزار براي بيوتکنولوژي آن را براي رسيدن به اهدافش ياري مي رساند.
● نشانگرهاي زيستي
از آنجا که انداه نانو ذرات ، در محدوده اندازه پروتئينهاست، مي توان از آنها براي نشاندار کردن نمونه هاي زيستي استفاده کرد. براي اين کار ، بايد نانو ذره بتواند به نمونه زيستي هدف متصل شود و نيز راهي براي دنبال کردن و شناسايي نانو ذره وجود داشته باشد. به منظور ايجاد ميان کنش بين نانو و نمونه زيستي ، نانو ذره را با پوشش بيولوژيکي مانند آنتي باديها ، بيوپليمرهايي مانند کلاژنها که نانو ذره ها را از نظر زيستي سازگار مي کند، مي پوشانند. مي توان نانو ذره ها را فلورسنت کرده يا خواص نوري آنها تغيير داد.
نانو ذره ها در مرکز نشانگر زيستي قرار مي گيرند و بقيه اجزا روي آنها قرار داده مي شوند و اين ساختار غالبا کروي است. کنترل دقيق بر اندازه متوسط ذرات امکان ايجاد کاوشگرهاي فلورسنت را که باريکه هاي نوري را در طيف وسيعي از طول موج گسيل مي دارند، فراهم مي آورند. اين امکان به تهيه نشانگرهاي زيستي با رنگهاي فراوان و قابل تشخيص ، کمک شاياني مي کند. ذره مرکزي معمولا توسط چندين تک لايه از موادي که تمايل به واکنش ندارند مثل سيليکا محافظت مي شود.
● مهندسي بافت Tissue engeering
سطح استخوان از ترکيباتي تشکيل شده است که حدودا ۱۰۰ نانومتر عرض دارند. اگر سطح يک عضو مصنوعي به استخوان طبيعي پيوند بخورد بدن آن را پس مي زند. دليل امر توليد بافت مصنوعي در محل استخوان طبيعي و سطح مصنوعي مي باشد. استئوبلاستها در بافت پيوندي استخوان وجود دارند و بخصوص در استخوانهاي در حال رشد داراي فعاليت چشمگيري هستند. با ايجاد ذراتي در اندازه نانو در سطح مفاصل و استخوانهاي مصنوعي احتمال دفع عضو جايگزين به دليل تحريک سلولهاي استئوبلاست کمتر مي شود. ايجاد اين ذرات با ترکيب مواد پليمري ، سراميکي و فلزي چندي پيش توسط دانشمندان به اثبات رسيد.
● مواد مورد استفاده در ترميم استخوان
تيتانيوم ماده شناخته شده اي براي ترميم استخوان است و به دليل ترکيبات خاص و وزن زيادش جهت بالا بردن ميزان استحکام بطور وسيع در دندانپزشکي و ارتوپدي استفاده مي شود. ولي متاسفانه به دليل آنکه بخش چسبنده اي که با Apatite (بخش فعال استخوان) پوشيده شده با تيتانيوم سازگار نيست فاقد فعاليت زيستي مي باشد. استخوان واقعي نانوکامپوزيتي از موادي است که از ترکيب بلورهاي هيدروکسيد Apatite در ماتريکس آلي بوجود آمده و به حالت منفرد يافت مي شود. استخوان طبيعي از نظر مکانيکي ، ضخيم و در عين حال داراي الاستيسيته مي باشد و در نتيجه قابل ترميم است.
● ساخت يک دندان
مکانيسم نانويي دقيقي که منجر به توليد ترکيباتي با خواص مفيد شود، همچنان مورد مطالعه و بررسي قرار دارد. اخيرا با استفاده از روش tribology يک دندان مصنوعي به صورت viscoelastic ساخته شده و داراي روکش نانويي مي باشد. از خواص منحصر به فرد اين دندان مصنوعي مي توان به عايق بودن آن در مقابل خراش و افزايش التيام دندان اشاره کرد.
● معالجه سرطان به روش فتوديناميک
معالجه سرطان با استفاده از روش فتوديناميک بر اساس نابودي سلولهاي سرطاني بوسيله ليزري است که توليد اکسيژن اتمي مي کند. به اين طريق که اکسيژن اتمي رنگ خاصي را توليد مي کند و سلولهاي سرطاني بيش از سلولهاهاي ديگر آن را جذب مي کنند. در نتيجه فقط سلولهاي سرطاني توسط اشعه ليزر نابود مي شوند. البته يکي از معايب اين روش آن است که به دليل آب گريز بودن مواد رنگي ، اين مواد به سمت پوست و چشمها حرکت مي کند و در صورتي که شخص در معرض نور خورشيد قرار گيرد باعث حساسيت در پوست و چشمها مي شود.
براي اين حل مشکل صورتهاي آب گريز مولکول رنگها را داخل ذرات نانويي متخلخل مثل ormosil nano partical که داراي منافذي در حدود يک نانومتر مي باشند قرار مي دهند که اين داراي دو مزيت است اولا از انتقال مواد رنگي به ساير نقاط بدن جلوگيري مي کنند و ثانيا امکان ورود و خروج آزادانه اکسيژن را مهيا مي سازد.
● کاربردهاي اکسيد تيتانيوم
اکسيد تيتانيوم (TiO۲) مي تواند به عنوان کاتاليزور نوري عمل نمايد. هنگام تابش نور جذب فوتونها با انرژي بالا ، باعث برانگيختگي الکترونها و ايجاد رسانايي در مولکول مي گردد. شکاف ايجاد شده بين دو جفت الکترون به مشابه يک جريان الکتروپوزيتيو در طول مولکول DNA باعث باز شدن دو رشته DNA از يکديگر مي گردد. در واقع تغييرات ايجاد شده بوسيله فوتونهاي نور در مولکول TiO۲ باعث مي شود که اين مولکول به شکل يک آنزيم آندونوکلئاز عمل نمايد. اين تواناييها در آينده مي تواند تغييرات زيادي را در استفاده از داروها و ژن درماني ايجاد نمايد و توانايي پيوند TiO۲ با بيومولکولهاي مختلف راه را در ژن درماني هموار خواهد نمود.
يکي از بزرگترين اشکالات دستکاري داخل سلول بوسيله اين ريز ابزار اين است که اين ذرات به اندازه کافي توانايي کنترل ماده ژنتيکي داخل هسته را ندارند. ترکيب مولکول DNA با TiO۲ در محيط خارج سلول نشان دهنده اين مشکل است. به ازاي اتصال TiO۲ به هر ۶۰ - ۵۰ جفت باز فقط يک ناحيه ژني در سلول پستانداران تحت پوشش قرار مي گيرد که دانشمندان اميدوارند اين مشکل نيز در آينده نزديک حل شود. همچنين تحقيقاتي در زمينه استفاده از اين ذرات به عنوان جايگزيني در توقف سنتز RNA به عنوان بازدارنده هاي سنتز RNA با مکانيزم ايجاد شکاف در RNA صورت گرفته که مي تواند در صورت تکميل شدن، امکان استفاده از اين ذرات را در توقف سنتز RNA در سلولهاي سرطاني فراهم نمايد.
● چشم انداز بحث
با توجه به پيشرفت سريع و دامنه گسترده بيوتکنولوژي زمينه هاي بروز انقالاب بيوتکنولوژي عصر جديدي در علوم مختلف مانند بيولوژي ، پزشکي ، فارماکولوژي و مهندسي ژنتيک فراهم گرديده است. به علاوه حوزه هاي ديگري مانند اقتصاد و سياست نيز از آن تاثير بسزايي پذيرفته است. هم اکنون از ديدگاه اخلاق زيستي در اين رابطه سوالات مهم و اساسي مطرح شده است که علاوه بر اثرات بسزايي که بر پيشرفتهاي علمي و ساير زمينه هاي علوم زيستي دارد، نسلهاي آينده بشر را نيز به صورت گسترده اي تحت الشعاع قرار مي دهد.
در اين باره مشارکت مداوم دانشمندان کنجکاو و خردمندي مي تواند راه گشا بوده و بايستي با در نظر گرفتن اين منابع و پيشرفتهاي جديد و با اميد به حل چنين مشکلات و مسائلي با فائق آمدن بر همه محدوديتها در جهت گسترش اين دانش فعاليت نمود.

امروزه علم پزشکي کمک بسياري به انسان کرده و پزشکان سعي کرده اند براي بيماري ها درماني پيدا کنند. هر روز تعداد بيشتري از بيماري ها قابل درمان مي شوند . ...

اصولاً اتصالات نيم رسانا - فلز جزو لازمه تمامي قطعات الکترونيکي اند. چگونگي و رفتار اتصالات الکتريکي به غلظت سطح نيم رسانا (Si) ، تميزي سطح و واکنش ها ...

نانوتکنولوژي، فناوري جديد است که تمام دنيا را فرا گرفته است و به تعبير دقيقتر نانوتکنولوژي بخشي از آينده نيست بکله همه آينده است . در اين نوشتار بعد ...

نانوحسگر وسيله اي است بسيار ريز که قادر به شناسايي و ارائه پاسخ به محرک هاي فيزيکي در مقياس يک نانومتر است. نانوحسگرها کاربردهاي متعددي در علوم مختلف ...

نانوحسگر وسيله‏اي است بسيار ريز که قادر به شناسايي و ارائه پاسخ به محرک‏هاي فيزيکي در مقياس يک نانومتر است. نانوحسگرها کاربردهاي متعددي در علوم مختلف ...

● فناوري نانو در بسته بندي موادغذايي درصنايع و شرکت ها: در حال حاضر شرکت هاي زيادي مانند Unilever, keystone,Hershey,food,nestle مشغول کار روي نانو غذا ...

زمان ظهور نانوسراميک ها را مي توان دهه ۹۰ ميلادي دانست. در اين زمان بود که با توجه به خواص بسيار مطلوب پودرهاي نانوسراميکي، توجهاتي به سمت آنها جلب شد ...

حدود دو هفته از پنجاهمين سالگرد ايجاد فناوري ليزر مي گذرد و همين موضوع بهانه اي شد تا به پيشرفت هاي جديد در زمين ليزر(Laser) بپردازيم . واژه Laser مخف ...

دانلود نسخه PDF - نانو تکنولوژي