نانو تکنولوژی

تاریخچه

تکنولوﮋی در قرن گذشته در هر چه ریزتر کردن دانه‌های بزرگترﭘیشرفت چشمگیری داشت، بطوری که به مزاح گفته شد که دیگر کشفذرات ریز اتمی (Sub - Atomic) نه تنهاجایزه نوبل ندارد، بلکه به آن جریمه هم تعلق می‌گیرد. تکنولوﮋی نو درقرن حاضر مسیر عکس را طی می‌کند. یعنی مواد فوق ریزرا باید ترکیب کرد تا دانه‌های بزرگتر و کارآمد بوجود آ ورد. درست همان روشی که در طبیعت برای تولید کردن حاکماست. مجموعه‌های طبیعی ، ترکیبی از دانه‌های فوق ریز قابل تشخیص با خواص مشابه و یامتفاوت با اندازه‌هایی در حدود نانو است

دید کلی

فناوری نانو ، چنانکه از نام آن برمی‌آید با اجسامی به ابعادنانومتر سروکار دارد. فناوری نانو در سه سطح قابل بررسی است: مواد ، ابزارها وسیستمها. در حال حاضر در سطح مواد ، پیشرفتهای بیشتری نسبت به دو سطح دیگر حاصل شده است. موادی را که در فناوری نانو بکار می‌روند، نانو ذره نیز می‌نامند. برای آنکه تصوری از ریزی نانو ذره‌ها داشته باشیم بهتر است آن را با ابعاد سلول مقایسه کنیم. اندازه متوسطسلول یوکاریوتی 10 میکرومتر است. اندازه متوسط یکپروتئین 5 نانومتر است که با ابعاد ریزترین جسم ساخت بشر قابل مقایسه است. بنابراین می‌توان با بکارگیری نانو ذره‌ها نوعی مامور مخفی به درون سلول فرستاد و به کمک آن از بعضی رازهای نهفته در سلول پرده برداری کرد.

این ذرات آنقدر ریزند که تداخل عمده ‌ای در کار سلول بوجود نمی‌آورند. پیشرفت در زمینه نانو فناوری نیازمند درک وقایع زیستی در سطح نانوهاست. از میان خواص فیزیکی وابسته به اندازه ذرات نانو ،خواص نوری (Optical) و مغناطیسی این ذرات ، بیشترین کاربردهای زیستی را دارند. استفاده از فناوری نانو در علوم زیستی به تولد گرایش جدیدی از این فناوری منجر شده است یعنی نانوبیوتکنولوژی. کاربردهای نانو ذره‌ها درزیست شناسیوپزشکیعبارتنداز: نشانگرهای زیستی فلورسنت ، ترابری دارو و ژن ، تشخیص زیستی پاتوژنها ، تشخیص پروتئینها ، جستجو درساختار DNA، مهندسی بافت ، تخریب تومور از طریق گرمادهی به آن و بهبود تب این کنتراست.

 

رابطه نانوتکنولوژی و بیوتکنولوژی

نانوتکنولوژی مجموعه‌ای است از فناوریهایی که به صورت انفرادی یا باهم در جهت بکارگیری و یا درک بهتر علوم مورد استفاده قرار می‌گیرند. بیوتکنولوژیجزء فناورهای در حال توسعه می‌باشد که با بکارگیری مفهوم نانو به پیشرفتهای بیشتری دست خواهد یافت. نانوبیوتکنولوژی به عنوان یکی از حوزه‌های کلیدی قرن 21 شناخته شده است که امکان تعامل با سیستمهای زنده را در مقیاس مولکولی فراهم می‌آورد. بیوتکنولوژی به نانوتکنولوژی مدل ارائه می‌دهد، در حالی که نانوتکنولوژی با دراختیار گذاشتن ابزار برای بیوتکنولوژی آن را برای رسیدن به اهدافش یاری می‌رساند.

نشانگرهای زیستی

از آنجا که انداه نانو ذرات ، در محدوده اندازه پروتئینهاست، می‌توان از آنها برای نشاندار کردن نمونه‌های زیستی استفاده کرد. برای این کار ، باید نانو ذره بتواند به نمونه زیستی هدف متصل شود و نیز راهی برای دنبالکردن و شناسایی نانو ذره وجود داشته باشد. به منظور ایجاد میان کنش بین نانو ونمونه زیستی ، نانو ذره را با پوشش بیولوژیکی مانندآنتی بادیها، بیوپلیمرهایی مانندکلاژنهاکه نانوذره ها را از نظر زیستی سازگار می‌کند، می‌پوشانند. می‌توان نانو ذره‌ها را فلورسنت کرده یا خواص نوری آنها تغییر داد.

نانو ذره‌ها در مرکز نشانگر زیستی قرارمی‌گیرند و بقیه اجزا روی آنها قرار داده می‌شوند و این ساختار غالبا کروی است. کنترل دقیق بر اندازه متوسط ذرات امکان ایجاد کاوشگرهای فلورسنت را که باریکه‌های نوری را در طیف وسیعی ازطول موجگسیل می‌دارند، فراهم می‌آورند. این امکان به تهیه نشانگرهای زیستی با رنگهای فراوان و قابل تشخیص ، کمک شایانی می‌کند. ذره مرکزی معمولا توسط چندین تک لایه ازموادی که تمایل به واکنش ندارند مثل سیلیکامحافظت می‌شود.

 

 

مهندسی بافت Tssue engeering

سطحاستخواناز ترکیباتی تشکیل شده است که حدودا 100 نانومتر عرض دارند. اگر سطح یک عضو مصنوعی به استخوان طبیعی پیوند بخورد بدن آن را پس می‌زند. دلیل امر تولید بافت مصنوعی درمحل استخوان طبیعی و سطح مصنوعی می‌باشد. استئوبلاستهادربافت پیوندیاستخوان وجود دارند و بخصوص در استخوانهای در حال رشد دارای فعالیت چشمگیری هستند. با ایجاد ذراتی در اندازه نانو در سطح مفاصل و استخوانهای مصنوعی احتمال دفع عضو جایگزین به دلیل تحریک سلولهای استئوبلاست کمتر می‌شود. ایجاد این ذرات با ترکیب مواد پلیمری، سرامیکی و فلزی چندی پیش توسط دانشمندان به اثبات رسید.

مواد مورد استفاده در ترمیم استخوان

تیتانیوم ماده شناخته شده‌ای برای ترمیم استخوان است و به دلیل ترکیبات خاص و وزن زیادش جهت بالا بردن میزان استحکام بطوروسیع دردندانپزشکیوارتوپدی استفاده می‌شود. ولی متاسفانه به دلیل آنکه بخش چسبنده‌ای که باApatite بخش فعال استخوان پوشیده شده با تیتانیوم سازگار نیست فاقد فعالیت زیستی می‌باشد. استخوان واقعی نانوکامپوزیتی از موادی است که از ترکیب بلورهای هیدروکسید Apatite در ماتریکس آلی بوجود آمده و به حالت منفرد یافت می‌شود. استخوان طبیعی از نظرمکانیکی ، ضخیم و در عین حال دارای الاستیسیته می‌باشد و در نتیجه قابل ترمیم است.

ساخت یک دندان

مکانیسم نانویی دقیقی که منجر به تولید ترکیباتی با خواص مفید شود، همچنان مورد مطالعه و بررسی قرار دارد. اخیرا با استفاده ازروش tribologyیک دندان مصنوعی به صورتviscoelasticساخته شده و دارای روکش نانویی می‌باشد. از خواص منحصر به فرد این دندان مصنوعی می‌توان به عایق بودن آن در مقابل خراش و افزایش التیام دندان اشاره کرد.

معالجه سرطان به روش فتودینامیک

معالجهسرطانبا استفاده از روش فتودینامیک بر اساس نابودی سلولهای سرطانی بوسیله لیزری است که تولیداکسیژن اتمیمی‌کند. به این طریق که اکسیژن اتمی رنگ خاصی را تولید می‌کند و سلولهای سرطانی بیش از سلولهاهای دیگر آن را جذب می‌کنند. در نتیجه فقط سلولهای سرطانی توسط اشعه لیزرنابود می‌شوند. البته یکی ازمعایب این روش آن است که به دلیل آب گریز بودن مواد رنگی ، این مواد به سمت پوست وچشمهاحرکت می‌کند و در صورتیکه شخص در معرض نور خورشید قرار گیرد باعث حساسیت در پوست و چشم ها می‌شود.

برای این حل مشکل صورتهای آب گریز مولکول رنگها را داخل ذرات نانویی متخلخل مثلormosil nano particalکه دارای منافذی در حدود یک نانومتر می‌باشند قرار می‌دهند که این دارای دو مزیت استاولا از انتقال مواد رنگی به سایر نقاط بدن جلوگیری می‌کنند و ثانیا امکان ورود وخروج آزادانه اکسیژن را مهیا می‌سازد.

 

کاربردهای اکسید تیتانیوم

اکسید تیتانیوم (Tio₂) می تواند به عنوان کاتالیزور نوری عمل نماید. هنگام تابش نور جذبفوتونهابا انرژی بالا ، باعث برانگیختگیالکترونهاو ایجاد رسانایی در مولکول می‌گردد. شکاف ایجاد شده بین دو جفت الکترون به مشابه یک جریان الکتروپوزیتیو در طولمولکول DNAباعث باز شدن دو رشته DNA از یکدیگر می‌گردد. در واقع تغییرات ایجاد شده بوسیله فوتونهای نور در مولکول Tio₂ باعث می‌شود که این مولکول به شکل یک آنزیم آندونوکلئاز عمل نماید. این تواناییها در آینده می‌تواند تغییرات زیادی رادر استفاده از داروها وژن درمانیایجاد نماید و توانایی پیوند Tio₂ با بیومولکولهای مختلف راه را در ژن درمانی هموار خواهد نمود.

یکی از بزرگترین اشکالات دستکاری داخل سلول بوسیله این ریز ابزار این است که این ذرات به اندازه کافی توانایی کنترل ماده ژنتیکی داخلهستهرا ندارند. ترکیب مولکول DNA با Tio₂ در محیط خارج سلول نشان دهنده این مشکل است. به ازای اتصال Tio₂ به هر 60 - 50 جفت باز فقط یک ناحیه ژنی در سلول پستانداران تحت پوشش قرار می‌گیرد که دانشمندان امیدوارند این مشکل نیز درآینده نزدیک حل شود. همچنین تحقیقاتی در زمینه استفاده از این ذرات به عنوان جایگزینی در توقف سنتز RNA به عنوان بازدارنده‌های سنتز RNA با مکانیزم ایجاد شکاف در RNA صورت گرفته که می‌تواند در صورت تکمیل شدن، امکان استفاده از این ذرات را درتوقف سنتز RNA در سلولهای سرطانی فراهم نماید.

چشم انداز بحث

با توجه به پیشرفت سریع و دامنه گسترده بیوتکنولوژی زمینه‌های بروز انقلاب بیوتکنولوژی عصر جدیدی در علوم مختلف مانند بیولوژی ، پزشکی،فارماکولوژی ومهندسی ژنتیکفراهم گردیده است. به علاوه حوزه‌های دیگری مانند اقتصاد و سیاست نیز ازآن تاثیر بسزایی پذیرفته است. هم اکنون از دیدگاه اخلاق زیستی در این رابطه سوالات مهم و اساسی مطرح شده است که علاوه بر اثرات بسزایی که بر پیشرفتهای علمی و سایرزمینه‌های علوم زیستی دارد، نسلهای آینده بشر را نیز به صورت گسترده‌ای تحت‌الشعاع قرار می‌دهد. در این باره مشارکت مداوم دانشمندان کنجکاو و خردمندی می‌تواند راهگشا بوده و بایستی با در نظر گرفتن این منابع و پیشرفتهای جدید و با امید به حل چنین مشکلات و مسائلی با فائق آمدن بر همه محدودیتها در جهت گسترش این دانش فعالیت نمود.