گذري بر فناوري نانو در علوم مختلف(2)
جمعه 1 اسفند 1393 10:14 AM
در دهه ي گذشته، توجه فراواني به الکترونيک مولکولي و نوعي از ابزارهاي الکترونيکي قابل استفاده در سطح مولکولي شده است. از بين اين ابزارها، «حسگرهاي زيستي» انتخاب گري بالاي سيستم هاي زيستي را با حساسيت مناسب ابزارهاي فيزيکي تلفيق نموه است. گسترش حسگرهاي زيستي، و به خصوص تجاري کردن آنها به دليل پايداري پايين، مشکلات مربوط به تحرک نداشتن مولکول هاي زيستي، فقدان آنزيم يا گيرنده براي تمام نمونه ها، توانايي پايين براي ميکرومکانيزه نمودن، کارايي ضعيف در حلال هاي آلي و PHهاي بالا و پايين، و دماهاي بالا، به تعويق افتاده است. پژوهش ها نشان مي دهد مهندسي مولکولي، دانشمندان را به طراحي و تهيه آنالوگ هاي مشابه آنتي بادي ها و گيرنده ها هدايت مي کند. از ميان اين ترکيب ها مي توان کريپتاندها، دندريمرها (درخت سان ها)، فولرين ها، نانولوله ها، پليمرهاي قالب مولکولي(6) و... را نام برد.
از نانوحسگرها در تشخيص نمونه هاي زير استفاده مي شود:
ايمني آب و غذا: کلروفنول ها، کلروآنيسول ها، افلاتوکسين ها و...
حفاظت محيط زيست: سموم، ترکيب هاي آلي فرار، فرم آلدهيد، هيدروکربن ها و...
اهداف دفاعي: عوامل جنگي شيميايي و زيستي، داروهاي غيرمجاز، مواد انفجاري و...
طب باليني: تشخيص بيماري هايي مانند سرطان، بيماري هاي قلبي و ديابت و...
رديابي داروها و سموم در محل، بدون نمونه گيري و حمل به آزمايشگاه و انجام مراحل وقت گير و پرهزينه، همواره مودر توجه بوده است. اکثر کشورها به گسترش چنين حسگرهايي براي رديابي سريع و صحيح مقدارهاي اندک عوامل زيستي يا شيميايي در حملات شيميايي يا زيستي علاقه مند شده اند.
6- جستجوي سموم و مواد مخدر در بدن
6-1- اندازه گيري مورفين با پليمرهاي قالب مولکولي
مورفين، آلکالوييدي است که بر سيستم عصبي تأثير گذاشته، به عنوان ماده ي مخدر به طور گسترده مورد استفاده ي غير مجاز قرار مي گيرد؛. بنابراين اندازه گيري دقيق آن در مايعات زيستي بدن حائز اهميت است. روش مورد استفاده براي اندازه گيري آن بايد از حساسيت و انتخاب گري بالايي برخوردار باشد. مهندسي مولکولي، استفاده از پليمرهاي قالب مولکولي را براي جداسازي مورفين و اندازه گيري آن به روش کروماتوگرافي (رنگ سنجي) پيشنهاد نموده است. پليمرهاي قالب مولکولي، پليمرهايي حاوي حفرات قالبي ويژه براي نمونه هاي خاص هستند. تهيه ي آنها براساس پليمريزاسيون مونومرها در اطراف يک مولکول نمونه، سپس خارج کردن نمونه است. حفرات باقي مانده در پليمر به شکل مولکول نمونه مي توانند همانند سيستم هاي آنتي بادي – آنتي ژن براي اتصال با مولکول نمونه تمايل ويژه اي را از خود نشان دهند.
پليمرهاي قالب مولکولي را مي توان با انتخاب گري بالا براي مواد منفجره، مورفين، متادون، متاآمفتأمين، کوکايين، انواع سموم، آفت کش ها، هورمون ها، داروها نوکلييک اسيدها تهيه نمود؛ در اين روش پس از تهيه پليمر اختصاصي مورفين آن را در محلول نمونه ي مشکوک وارد مي کنند.
در صورت وجود مورفين در نمونه، پليمر با مولکول هاي مورفين پيوند يافته، سپس با محلول آبي آهن (III) و هگزااسيانو – فرات مخلوط مي شود که سبب تشکيل ترکيب «آبي پروس» شده، امکان شناسايي و اندازه گيري به روش طيف بيني مرئي را فراهم مي آورد.
6-2- اندازه گيري الکل
روش رزونانس پلاسمون سطحي (SPR7) يک روش نوري است که نويد کاربردهاي فراوان در حسگرهاي شيميايي را مي دهد. وقتي نور با زاويه ي معيني به يک فيلم نازک فلزي تابانده مي شود، اثرات متقابل بين نور و فيلم فلزي، موجب کاهش شدت نور منعکس شده مي گردد. اگر چه اين پديده (که SPR ناميده مي شود) سال هاست که شناخته شده؛ به تازگي در حسگرها استفاده مي شود.
6-3- اندازه گيري ميکروسيستين
ميکروسيستين، يکي از سموم خطرناک و شايع توليد شده به وسيله ي سيانوباکتري هاي آب شيرين است. آلودگي آب به وسيله ي ميکروسيستين که باعث مرگ انسان ها، حيوانات و از بين رفتن گياهان مي شود در چندين ناحيه از سراسر دنيا گزارش شده است بنابراين ساخت و ارائه ي يک حسگر براي استفاده ي سريع، حساس و ارزان براي رديابي اين سم داراي اهميت است.
7- رديابي و اندازه گيري گازها
7-1- رديابي و اندازه گيري گازهاي سمي با استفاده از نانولوله ها
هندسه ي خاص و خواص شيميايي و الکتريکي بي نظير نانولوله هاي کربني، همچنين قابليت بالاي آنها به عنوان حسگرهاي گازي، باعث شده است تا اين ترکيبات در سال هاي اخير توجه بسياري از دانشمندان را به خود جلب نمايد. نانو لوله هاي کربني اي که به عنوان الکترود و واکنش هاي الکتروشيميايي مورد استفاده قرار مي گيرند، مي توانند در واکنش هاي انتقال الکترون موجود در محلول نيز نقش واسط داشته باشند. يک ميکروالکترود براي کاربردهاي الکتروآناليتيکي (تجزيه ي الکتريکي) مناسب است. براي ساخت ميکروالکترود نانولوله ي کربني چند ديواره (MWCNTME)، با استفاده از تيزاب سلطاني (1HNO3+3HCL) در نوک يک صفحه ي پلاتين به قطر 80 ميکرومتر حفره اي به عمق صد ميکرومتر ايجاد و حفره را با نانولوله هاي کربني خالص پر مي کنيم. اين حسگر براي اندازه گيري گاز مونوکسيد کربن در هوا مورد استفاده قرار مي گيرد. مونوکسيد کربن، گازي بي رنگ، بي مزه بي بويي است که از احتراق ناقص به دست مي آيد. اين گاز پس از ترکيب با هموگلوبين خون و تشکيل ترکيب پايدار کربوکسي هموگلوبين، از حمل اکسيژن به وسيله ي خون به بافت هاي بدن و اندام هاي مهم به خصوص قلب و مغز جلوگيري مي کند. مرگ زماني اتفاق مي افتد که غلظت کربوکي هموگلوبين در خون به 50 درصد برسد. بنابراين اندازه گيري غلظت اين گاز در تشخيص علت هاي مرگ و مير از اهميت زيادي برخوردار است.
7-2 رديابي و اندازه گيري گازهاي انفجاري به کمک حسگرهاي نانوذرات
گسترش حسگرها و سيستم هايي که به طور انتخابي مي توانند مقدارهايي جزئي از گازهاي انفجاري مانند متان، پروپان و بوتان را در محل رديابي کنند، در بررسي صحنه هاي حريق و انفجار اهميت فراواني دارد.
يک عضو بويايي الکترونيکي بايد از اعتبار، پايداري و حساسيت بالايي برخوردار باشد. براي اين منظور از مواد نانومقياس اکسيد قلع در ساختن آرايه اي از حسگرهاي فيلم لايه نازک با پايداري و حساسيت بالا استفاده شده است. در مرحله ي نخست، بايد مواد حسگر انتخابي براي گازهاي مورد نظر ساخته شود. کاهش اندازه ي ذرات در حد نانو، و افزايش کلسيم و کاتاليزور پلاتين، منجر به افزايش حساسيت مواد حسگر حتي در غلظت هاي پايين مي شود.
7-3- استفاده از بيني الکترونيکي در تشخيص گازها
در پژوهش هاي جنايي، تشخيص جنسيت و مشخصه هاي فردي افراد، اغلب براساس موارد حامل بو (عرق، خون، موها، وسيله ي جنايت و ديگر وسايل گيرنده ي بو) و تعيين شرايط فيزيکي و رواني فرد براساس بوي آن (تکميل کننده ي دستگاه دروغ سنج) صورت مي گيرد.
در دانشگاه لستر (بريتانيا) ساختاري را طرح ريزي کرده اند که قادر به شناسايي افراد و مکان ها براساس بوهاست. بيني الکترونيکي مي تواند مارک عطرها، صاحب بوي تنفس يا بوي بدن را در مدتي کم تر از يک دقيقه، به وسيله ي تجزيه ي ترکيب هاي آلي فرّار و مقايسه ي آنها با آن چه در بانک اطلاعاتي خود دارد، شناسايي کند. اين بيني اين امکان را به پليس مي دهد که تعيين کند در يک محل آيا از سلاح گرم يا مشروبات الکلي استفاده شده است يا نه؟
8- نتيجه گيري
در اين مقاله تنها نمونه هايي از کاربرد فناوري نانو در علوم قانوني ارائه شد. اميد است با پيشرفت هاي روزافزون اين فناوري در زمينه هاي مختلف علوم از جمله علوم قانوني، شاهد کاربردهاي گسترده ي آن در کشف و کاهش جرم و جنايت در آينده اي نزديک باشيم.
