|
علی اکبری - شاهد پژوهش و تحقیق درس حرفه و فن دوره راهنمایی
| ||
|
لینک دوستان
|
فناوری نانوتکنولوژی
فناوری نانو یا نانوتکنولوژی رشته‌ای از دانش کاربردی و فناوری است که جستارهای گسترده‌ای را پوشش می‌دهد. موضوع اصلی آن نیز مهار ماده یا دستگاه‌های در ابعاد کمتر از یک میکرومتر، معمولاً حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. در واقع نانو تکنولوژی فهم و به کارگیری خواص جدیدی از مواد و سیستمهایی در این ابعاد است که اثرات فیزیکی جدیدی - عمدتاً متاثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک - از خود نشان می‌دهند. نانوفناوری یک دانش به شدت میان‌رشته‌ای است و به رشته‌هایی چون پزشکی، داروسازی و طراحی دارو، دامپزشکی، زیست شناسی، فیزیک کاربردی، مهندسی مواد، ابزارهای نیم رسانا، شیمی ابرمولکول و حتی مهندسی مکانیک، مهندسی برق و مهندسی شیمی نیز مربوط می‌شود. تحلیل گران بر این باورند که فناوری نانو ، فناوری زیستی (Biotechnology) و فناوری اطلاعات (IT) سه قلمرو علمی هستند که انقلاب سوم صنعتی را شکل می دهند. نانو تکنولوژی می‌تواند به عنوان ادامهٔ دانش کنونی به ابعاد نانو یا طرح‌ریزی دانش کنونی بر پایه‌هایی جدیدتر و امروزی‌تر باشد.
تاریجچه فناوری نانو
در حدود 400 سال پیش از میلاد مسیح ، دموکریتیس فیلسوف یونانی ، برای اولین بار واژه اتم را که در زبان یونانی به معنی تقسیم نشدنی است، برای توصیف ذرات سازنده مواد به کار برد. از این رو شاید بتوان او را پدر فناوری و علوم نانو دانست.
تعریف استاندارد
1. به طراحی، تعیین ویژگی ها، تولید و کاربرد مواد، ابزار آلات و سیستم‌ها با کنترل شکل و اندازه در مقیاس نانو می گویند.
2. به دستکاری کنترل شده، جاگیری دقیق، اندازه گیری، مدلسازی و تولید مواد در مقیاس نانو می گویند و هدف آن تولید مواد، ابزار و سیستم هایی با ویژگی‌های بنیادی و عملکردهای جدید می باشد.
اصول بنیادی
یک نانومتر (nm) یک میلیاردیم متر است. برای سنجش طول پیوندهای کربن-کربن، یا فاصلهٔ میان دو اتم بازهٔ ۱۲ تا ۱۵ نانومتر به کار می‌رود؛ همچنین طول یک جفتِ دی‌ان‌آ نزدیک به ۲ نانومتراست. و از سوی دیگر کوچک‌ترین باکتری سلول‌دار ۲۰۰ نانومتر است. اگر بخواهیم برای دریافتن مفهوم اندازهٔ یک نانومتر نسبت به متر سنجشی انجام دهیم می‌توانیم اندازهٔ آن را مانند اندازهٔ یک تیله به کرهٔ زمین بدانیم.. یا به شکلی دیگر یک نانومتر اندازهٔ رشد ریش یک انسان در طول زمانی است که برای بلند کردن تیغ از صورتش باید بگذرد.
شاخه‌های اصلی در نانو
می‌توان موردهای زیر را شاخه‌های بنیادین دانش نانوفناوری دانست:
C60 که از جستارهای مهم پژوهش‌های وابسته به فناوری نانو است.
((کاربردهای نانو)) فناوری نانو کاربردهای گسترده‌ای در دانش‌های گوناگون دارد که از موردهای مهم آن می‌توان به کاربردهایش در پزشکی برای ساخت داروهای بدون اثرهای جانبی اشاره کرد که تنها بر یک بافت ویژه تأثیر می‌گذارند. از انواع کاربردها می‌توان در ساخت نانو جوراب‌ها، نانو لوله‌های کربنی، داروسازی هوشمند و ... اشاره کرد.
کاربرد نانو تکنولوژی در پزشکی
يك باكتري مغناطيسي مي تواند در امتداد ميدان مغناطيسي زمين قرار گيرد و مطابق با آن بالا يا پايين برود تا مقصد مورد نظرش را پيدا كند.
در سال 1966 فيلمي تخيلي با عنوان «سفر دريايي شگفت انگيز» اهالي سينما را به ديدن نمايشي جسورانه از كاربرد نانوتكنولوژي در پزشكي ميهمان كرد. گروهي از پزشكان جسور و زيردريايي پيشرفته شان با شيوه اي اسرارآميز به قدري كوچك شدند كه مي توانستند در جريان خون بيمار سير كنند و لخته خوني را در مغزش از بين ببرند كه زندگي او را تهديد مي كرد. با گذشت 36 سال از آن زمان، براي ساختن وسايل پيچيده حتي در مقياس هاي كوچك تر گام هاي بلندي برداشته شده است. اين امر باعث شده برخي افراد باور كنند كه چنين دخالت هايي در پزشكي امكان پذير است و روبات هاي بسيار ريز قادر خواهند بود در رگ هاي هر كسي سفر كنند.
همه جانداران از سلول هاي ريزي تشكيل شده اند كه خود آنها نيز از واحدهاي ساختماني كوچك تر در حد نانومتر (يك ميلياردم متر) نظير پروتئين ها، ليپيدها و اسيدهاي نوكلئيك تشكيل شده اند. از اين رو، شايد بتوان گفت كه نانوتكنولوژي به نحوي در عرصه هاي مختلف زيست شناسي حضور دارد. اما اصطلاح قراردادي «نانوتكنولوژي» به طور معمول براي تركيبات مصنوعي استفاده مي شود كه از نيمه رساناها، فلزات، پلاستيك ها يا شيشه ساخته شده اند. نانوتكنولوژي از ساختارهايي غيرآلي بهره مي گيرد كه از بلورهاي بسيار ريزي در حد نانومتر تشكيل شده اند و كاربردهاي وسيعي در زمينه تحقيقات پزشكي، رساندن داروها به سلول ها، تشخيص بيماري ها و شايد هم درمان آنها پيدا كرده اند. در برخي محافل نگراني هاي شديدي در مورد جنبه منفي اين فناوري به وجود آمده است؛ آيا اين نانوماشين ها نمي توانند از كنترل خارج شده و كل جهان زنده را نابود كنند؟ با وجود اين به نظر مي رسد فوايد اين فناوري بيش از آن چيزي باشد كه تصور مي رود. براي مثال، مي توان با بهره گيري از نانوتكنولوژي وسايل آزمايشگاهي جديدي ساخت و از آنها در كشف داروهاي جديد و تشخيص ژن هاي فعال تحت شرايط گوناگون در سلول ها، استفاده كرد. به علاوه، نانوابزارها مي توانند در تشخيص سريع بيماري ها و نقص هاي ژنتيكي نقش ايفا كنند.
طبيعت نمونه زيبايي از سودمندي بلورهاي غيرآلي را در دنياي جانداران ارائه مي كند. باكتري هاي مغناطيسي، جانداراني هستند كه تحت تاثير ميدان مغناطيسي زمين قرار مي گيرند. اين باكتري ها فقط در عمق خاصي از آب يا گل ولاي كف آن رشد مي كنند. اكسيژن در بالاي اين عمق بيش از حد مورد نياز و در پايين آن بيش از حد كم است. باكتري اي كه از اين سطح خارج مي شود بايد توانايي شنا كردن و برگشت به اين سطح را داشته باشد.
از اين رو، اين باكتري ها مانند بسياري از خويشاوندان خود براي جابه جا شدن از يك دم شلاق مانند استفاده مي كنند. درون اين باكتري ها زنجيره اي با حدود 20 بلور مغناطيسي وجود دارد كه هر كدام بين 35 تا 120 نانومتر قطر دارند. اين بلورها در مجموع يك قطب نماي كوچك را تشكيل مي دهند. يك باكتري مغناطيسي مي تواند در امتداد ميدان مغناطيسي زمين قرار گيرد و مطابق با آن بالا يا پايين برود تا مقصد مورد نظرش را پيدا كند.
اين قطب نما اعجاز مهندسي طبيعت در مقياس نانو است. اندازه بلورها نيز مهم است. هر چه ذره مغناطيسي بزرگ تر باشد، خاصيت مغناطيسي اش مدت بيشتري حفظ مي شود. اما اگر اين ذره بيش از حد بزرگ شود خود به خود به دو بخش مغناطيسي مجزا تقسيم مي شود كه خاصيت مغناطيسي آنها در جهت عكس يكديگرند. چنين بلوري خاصيت مغناطيسي كمي دارد و نمي تواند عقربه كارآمدي براي قطب نما باشد.
باكتري هاي مغناطيسي قطب نماهاي خود را فقط از بلورهايي با اندازه مناسب مي سازند تا از آنها براي بقاي خود استفاده كنند. جالب است كه وقتي انسان براي ذخيره اطلاعات روي ديسك سخت محيط هايي را طراحي مي كند دقيقاً از اين راهكار باكتري ها پيروي مي كند و از بلورهاي مغناطيسي در حد نانو و با اندازه اي مناسب استفاده مي كند تا هم پايدار باشند و هم كارآمد. محققان در تلاش هستند تا از ذرات مغناطيسي در مقياس نانو براي تشخيص عوامل بيماري زا استفاده كنند. روش اين محققان نيز مانند بسياري از مهارت هايي كه امروزه به كار مي رود به آنتي بادي هاي مناسبي نياز دارد كه به اين عوامل متصل مي شوند. ذرات مغناطيسي مانند برچسب به مولكول هاي آنتي بادي متصل مي شوند. اگر در يك نمونه، عامل بيماري زاي خاصي مانند ويروس مولد ايدز مد نظر باشد، آنتي بادي هاي ويژه اين ويروس كه خود به ذرات مغناطيسي متصل هستند به آنها مي چسبند. براي جدا كردن آنتي بادي هاي متصل نشده، نمونه را شست وشو مي دهند. اگر ويروس ايدز در نمونه وجود داشته باشد، ذرات مغناطيسي آنتي بادي هاي متصل شده به ويروس، ميدان هاي مغناطيسي توليد مي كنند كه توسط دستگاه حساسي تشخيص داده مي شود. حساسيت اين مهارت آزمايشگاهي از روش هاي استاندارد موجود بهتر است و به زودي اصلاحات پيش بيني شده، حساسيت را تا چند صد برابر تقويت خواهد كرد.
دنياي پيشرفته الكترونيك پر از مواد پخش كننده نور است. براي نمونه هر CDخوان، CD را با استفاده از نوري مي خواند كه از يك ديود ليزري مي آيد. اين ديود از يك نيمه رساناي غيرآلي ساخته شده است. هر تصوير، قسمت كوچكي از يك CD به اندازه يك مولكول پروتئين (در حد نانومتر) را مي كند. در نتيجه اين عمل يك نانو بلور نيمه رسانا يا به اصطلاح تجاري يك «نقطه كوانتومي» ايجاد مي شود. فيزيكداناني كه براي اولين بار در دهه 1960 نقاط كوانتومي را مطالعه مي كردند معتقد بودند كه اين نقاط در ساخت وسايل الكترونيكي جديد و وسايل ديد استفاده خواهند شد. تعداد انگشت شماري از اين محققان ابراز مي كردند كه از اين يافته ها مي توان براي تشخيص بيماري يا كشف داروهاي جديد كمك گرفت و هيچ كدام از آنان حتي در خواب هم نمي ديدند كه اولين كاربردهاي نقاط كوانتومي در زيست شناسي و پزشكي باشد. نقاط كوانتومي قابليت هاي زيادي دارند و در موارد مختلفي مورد استفاده قرار مي گيرند. يكي از كاربردهاي اين نقاط نيمه رسانا در تشخيص تركيبات ژنتيكي نمونه هاي زيستي است. اخيراً برخي محققان روش مبتكرانه اي را به كار بردند تا وجود يك توالي ژنتيكي خاص را در يك نمونه تشخيص دهند. آنان در طرح خود از ذرات طلاي 13 نانومتري استفاده كردند كه با DNA (ماده ژنتيكي) تزئين شده بود. اين محققان در روش ابتكاري خود از دو دسته ذره طلا استفاده كردند. يك دسته، حامل DNA بود كه به نصف توالي هدف متصل مي شد و DNA متصل به دسته ديگر به نصف ديگر آن متصل مي شد. DNA هدفي كه توالي آن كامل باشد به راحتي به هر دو نوع ذره متصل مي شود و به اين ترتيب دو ذره به يكديگر مربوط مي شوند. از آنجا كه به هر ذره چندين DNA متصل است، ذرات حامل DNA هدف مي توانند چندين ذره را به يكديگر بچسبانند. وقتي اين ذرات طلا تجمع مي يابند خصوصياتي كه باعث تشخيص آنها مي شود به مقدار چشم گيري تغيير مي كند و رنگ نمونه از قرمز به آبي تبديل مي شود. چون كه نتيجه اين آزمايش بدون هيچ وسيله اي قابل مشاهده است مي توان آن را براي آزمايش DNA در خانه نيز به كار برد. هيچ بحثي از نانوتكنولوژي بدون توجه به يكي از ظريف ترين وسايل در علوم امروزي يعني ميكروسكوپ اتمي كامل نمي شود. روش اين وسيله براي جست وجوي مواد مانند گرامافون است. گرامافون، سوزن نوك تيزي دارد كه با كشيده شدن آن روي يك صفحه، شيارهاي روي آن خوانده مي شود. سوزن ميكروسكوپ اتمي بسيار ظريف تر از سوزن گرامافون است به نحوي كه مي تواند ساختارهاي بسيار كوچك تر را حس كند. متاسفانه، ساختن سوزن هايي كه هم ظريف باشند و هم محكم، بسيار مشكل است. محققان با استفاده از نانو لوله هاي باريك از جنس كربن كه به نوك ميكروسكوپ متصل مي شود اين مشكل را حل كردند.
با اين كار امكان رديابي نمونه هايي با اندازه فقط چند نانومتر فراهم شد. به اين ترتيب، براي كشف مولكول هاي زنده پيچيده و برهم كنش هايشان وسيله اي با قدرت تفكيك بسيار بالا در اختيار محققان قرار گرفت. اين مثال و مثال هاي قبل نشان مي دهند كه ارتباط بين نانوتكنولوژي و پزشكي اغلب غيرمستقيم است به نحوي كه بسياري از كارهاي انجام شده، در زمينه ساخت يا بهبود ابزارهاي تحقيقاتي يا كمك به كارهاي تشخيصي است. اما در برخي موارد، نانوتكنولوژي مي تواند در درمان بيماري ها نيز مفيد باشد. براي مثال مي توان داروها را درون بسته هايي در حد نانومتر قرار داد و آزاد شدن آنها را با روش هاي پيچيده تحت كنترل در آورد. يكي از نانوساختارهايي كه براي ارسال دارو يا مولكول |
درباره وبلاگ  سلام این یک وبلاگ علمی ،پژوهشی مخصوص دبیران و دانش آموزان می باشد .بسیار خوشحال می شوم تا مطالب ارزنده شما را با نام و مشخصات خودتان در این وبلاگ ثبت کنم . منتظر شما هستم . |
| [ طراحی : ایران اسکین ] [ Weblog Themes By : iran skin ] | ||
تبادل
لینک هوشمند