گذري بر فناوري نانو در علوم مختلف

1- مقدمه

با نيم نگاهي به عملکرد آزمايشگاه هاي جنايي کشورهاي پيشرفته، مشاهده مي شود که همچنان فناوري هايي که قبل از سال 1980 ميلادي در کشف علمي جرم کاربرد داشته اند، مورد استفاده ي کارآگاهان است. علاوه بر اين، گستره ي فعاليت هاي پليس جنايي با بهره گيري از پيشرفته ترين تجهيزات و امکانات فناوري زيستي و نانو، وسيع تر شده و امروزه استفاده از ميکروسکوپ الکتروني، نانوحسگرها، حسگرهاي زيستي و روش هاي گوناگون طيف بيني، در آزمايشگاه هاي جنايي معتبر پليس رايج شده است و هدف نهايي، کشف حقيقي جرم بدون باقي ماندن کوچک ترين ابهام است زيرا کشف جرم همانند ديگر رشته ها در حد بضاعت از دانش عصر خود استفاده کرده و با پيشرفت فناوري، پليس هم امکانات فني و علمي خود را بالاتر مي برد.

2- بررسي DNA

در علوم قانوني، شناسايي متهم از روي آثار جزئي باقي مانده در صحنه مانند خون، مو، بافت و... امري مهم و ضروري به شما مي رود. با توجه به منحصر به فرد بودن الگوي DNA هر شخص، مي توان با استخراج DNA از آثار زيستي باقي مانده در صحنه و مقايسه ي آن با DNA افراد مظنون، به اين مهم نايل آمد. يکي از روش هاي مورد استفاده در اين کار، تهيه ي تعداد نامحدودي کپي از هر بخش DNA است که همينک در آزمايشگاه هاي جنايي مورد استفاده قرار مي گيرد و به «واکنش هاي زنجيري پليمراز» يا  PCR معروف است. واکنش هاي زنجيري پليمراز را گاهي «فتوکپي مولکولي» نيز مي نامند.

سه مرحله ي اصلي در PCR عبارتند از:

1) تغيير ماهيت: در اين مرحله دو رشته ي به هم پيچيده شده ي DNA در دماي حدود 95 درجه ي سانتي گراد از هم باز مي شوند؛

2) اتصال آغازگر: اين مرحله در دماي 55-72 درجه ي سانتي گراد انجام مي گيرد؛

3) توسعه: در اين مرحله با استفاده از آنزيم DNA پليمراز، همانندسازي DNA انجام مي گيرد. پس از اجراي 20 تا 30 چرخه، ميليون ها کپي از DNA تهيه مي شود.

براي انجام PCR از محلول هاي زير استفاده مي شود:

- بافر حاوي نمک هاي مختلف و اسيدها براي تنظيم PH

- محلول حاوي بازي هاي آدنين، گوانين، سيتوزين و تيمين تري فسفات به عنوان منبع باز براي استفاده در فرايند همانند سازي؛

- آنزيم پليمر کننده با پايداري حرارتي؛

- آغازگر براي مشخص نمودن ناحيه مورد نظر براي همانند سازي

- افزودني هايي مانند دي متيل سولفوکسيد براي افزايش کارايي کلي فرايند شبيه سازي.

براي تعيين الگوي DNA به روش اسنيگر، دي داکسي نوکلئوتيدهاي هر کدام از بازهاي آدنين، گوانين، سيتوزين و تيمين با خاصيت فلورسانس، براي خاتمه دادن به واکنش پليمريزاسيون، به طور جداگانه به چهار محلول واکنش افزوده شده، بدين ترتيب رشته هايي با اندازه هاي مختلف تهيه مي گردد. در روش اسنيگر، از ژل – الکتروفورز براي مقايسه الگوي DNA مظنون با الگوي DNA شاهد استفاده مي گردد. در روش الکتروفورز، DNA هاي مختلف متناسب با طول و ساختار شيميايي، با سرعت هاي متفاوتي حرکت کرده، به صورت نوارهاي جداگانه اي روي الکتروفوروگرام ظاهر مي گردند. روش هاي تعيين الگوي کنوني، تنها قادر به تعيين ميانگين الگوي تعداد زيادي از مولکول ها هستند. آن چه مسلم است اينکه الگوي يک مولکول با خود مولکول کاملاً متفاوت خواهد بود و در اين روش احتمال خطا وجود دارد.

فناوري نانو استفاده از مواد نانوحفره و دستگاه هايي که نسبت جرم به بار را تعيين مي کنند، پيشنهاد مي کند. هنگام عبور يک رشته ي DNA از حفره ي ماده ي نانوحفره، هر نوکلئوتيد آن شناسايي مي شود. استفاده از اين روش، فناوري تعيين الگوي DNA را متحول خواهد کرد .

3- ظهور آثار انگشت پنهان

در اغلب صحنه هاي جرم، آثار انگشت مجرمان در صحنه و بر روي مدارک فيزيکي موجود باقي مي ماند که با مقايسه ي آنها با آثار انگشت افراد مظنون، مي توان مدرکي دال بر حضور شخص مظنون در صحنه جرم به دست آورد. آثار انگشت تحت برخي شرايط ايجاد مي شود که از آن جمله مي توان به انتقال ماده اي مانند خون يا رنگ از سطح انگشت به يک سطح؛ فرورفتن انگشت در سطحي مرطوب مانند رنگ يا بتونه اشاره کرد که اين اثرات نيازي به ظهور ندارند. اما گاهي تماس انگشت ممکن است. بقايايي را روي سطح برجاي گذارد که ناشي از انتقال مواد شيميايي طبيعي موجود در پوست است. چنين اثراتي به نام «آثار انگشت پنهان» ناميده مي شود که براي مشاهده شدن بايد ظاهر گردند. اين مواد، ناشي از ترشح غدد عرق در کف دست و غدد چربي در بقيه ي نقاط پوست است. 98-99 درصد سازنده ي اصلي اين مواد، آب است که به سرعت تبخير مي گردد و بقيه آن شامل آنيون هايي مثل کلريد، کاتيون ها، آمينو اسيدها، پروتيين ها، لاکتيک اسيد، گلوکز، اسيدهاي چرب، تري گليسيريدها، کلسترول، اسکوالن و استرهاي موم است. روش ظهور آثار انگشت، با توجه به نوع سطح انجام مي گيرد (سطوح جاذب و غير جاذب رطوبت).

پژوهشگران موفق به کشف پودر جديدي شده اند که روش حساس تر و دقيق تري را براي اثر برداري در اختيار پليس قرار مي دهد. اين پودر از نانو ذرات شيشه مانند و آغشته به مواد فلورسانس تشکيل شده است. سطح نانوذرات را مي توان اصلاح کرد به اين صورت که نانوذرات چربي دوست با ميل چسبندگي به ترکيبات چربي، و نانوذرات آب دوست با ميل چسبندگي به ترکيباتي آب دوست به دست آيد؛ ابتدا پاشيده شدن نانوذرات آب دوست بر روي اثر، باعث ظهور قسمتي از آن مي گردد و پس از آن استفاده از نانوذرات چربي دوست اثر را کاملاً قابل تشخيص مي کند .

3-1. استفاده از نانوذرات اکسيد تيتانيم براي ظهور آثار انگشت پنهان

پژوهشگران استراليايي موفق به کشف روش جديدي براي ظهور آثار انگشت پنهان روي سطوح بدون حفره، مانند پلاستيک، فلز و سطوح شيشه اي رنگي و... شده اند. معمولاً براي ظاهر کردن آثار انگشت پنهان روي سطوح بدون حفره از پودرهاي معمولي استفاده مي شود. اين پودرها به باقي مانده ي چربي يا آبي اثر انگشت چسبيده، يک اثر پايدار و مرئي را براي عکاسي تشکيل مي دهد. ترکيب کشف شده شامل نانوذرات اکسيد تيتانيم است که به دليل داشتن خواص بصري، الکتريکي و فوتوکاتاليزوري، به طور گسترده اي مطالعه شده است.

ممکن است بتوان از اين نانوذرات به صورت يک خمير نقاشي، اسپري محلول يا حتي به صورت شناور در يک شناساگر ويژه استفاده کرد، حتي شايد بتوان با استفاده از آن اثر انگشت روي سطوح چسبناک و خارجي نوارهاي الکتريکي تيره رنگ و نوارهاي لوله اي را نيز آشکار ساخت. به هر حال از خواص مهم اين ماده، جذب سطحي ترکيب ها و عمل کردن آن به عنوان يک درخشان کننده ي نوري است که مي تواند براي کارشناسان قانوني بسيار جالب توجه باشد.

در اين پژوهش دانشمندان استراليايي از مزدوج شدن نانوذرات اکسيد تيتانيم با رنگ دانه هاي بسيار پايدار مثل پريلين و پريلين دي آمين استفاده کرده اند. محدوده ي جذبي اين رنگ دانه ها در گستره ي طول موج ها قرمز تا بنفش و حتي سياه قرار مي گيرد. اين پژوهشگران پيش بيني کرده اند که ترکيب کردن ذرات اکسيد تيتانيم با يک رنگ دانه ي فلورسنت قوي حاوي استخلاف هاي چربي دوست، کارايي اکسيد تيتانيم را در آشکار کردن آثار انگشت پنهان افزايش مي دهد.

در پايان اين بررسي، پژوهشگران با استفاده از اولئيل آمين و 10، 9، 4، 3- پريلين تتراکربوکسيليک دي انيدريد، موفق به تهيه ي مشتق جديد پريلين دي ايميد شدند و پس از پوشش دادن نانو ذرات اکسيد تيتانيم با اين رنگ دانه ي جديد، متوجه شدند که اين ترکيب چندسازه در محدوده ي 700-650 نانومتر، فلورسانس قوي اي را نشان داده، در طول موج 505 نانومتر (سبز – آبي) برانگيخته مي شود. با وجود اين ويژگي ها اما نمي توان از آن براي ظهور آثار انگشت روي سطوح چوبي استفاده کرد. بر اين اساس دانشمندان در حال بررسي ديگر نانوذرات اکسيد فلزي قابل استفاده براي سطوح چوبي و سطوح ديگر هستند.

3-2. آشکارسازي آثار انگشت پنهان روي سطوح مرطوب با استفاده از نانوذرات روي اکسيد

پژوهشگران با استفاده از نانوذرات اکسيد روي موفق به آشکارسازي آثار انگشت پنهان بر روي سطوحي مثل شيشه، پلي اتيلن و آلومينيم، به ويژه سطوح مرطوب شده اند. ذرات اکسيد روي با قطري برابر با 20 نانومتر به صورت بلورهاي گل مانند با اندازه ي يک ميکرومتر تجمع کرده، به مواد چربي باقي مانده ي حاصل از اثر انگشت روي سطوح مي چسبند. اين نانوذرات بدون نياز به افزايش هر گونه رنگ دانه ي فلورسانس قابل ظهور است و در زير نور فرابنفش، اثرات انگشت را ظاهر مي کند.

استفاده از اين روش در مقايسه با پودرهاي معمولي اين مزيت را دارد که اثرات انگشت را کاملاً آشکار مي نمايد. اين در حالي است که پودرهاي معمولي پس پاشيدن شدن روي سطوح، علاوه بر مواد موجود در اثر انگشت به مواد ديگر روي سطح نيز مي چسبند که عمل ظهور آثار انگشت را با اشکال مواجه کرده، تنها لبه هاي اثرانگشت را آشکار مي کند. از اين رو هميشه موفقيت آميز نيست؛ زيرا بررسي اثر انگشت روي سطوح مرطوبي مانند وان حمام را مشکل مي سازد، خصوصاً وقتي که اثر انگشت سطوح شسته شده باشد.

4- ممانعت از جعل

هم اکنون براي تشخيص اصالت اسکناس، گذرنامه، اسناد بانکي و... از ترکيبات فلورسانس استفاده مي شود. مقاومت کم اين ترکيبات در برابر گرما و مواد شيميايي، امکان استفاده از آن را جعل اسناد مذکور فراهم ساخته است. بنابراين تهيه ي موادي که از پايداري بالايي برخوردار باشند و امکان تهيه ي آنها به وسيله ي جاعلان وجود نداشته باشد، از اهميت بالايي برخوردار است.

پژوهش هاي کنوني روي نانومحلول هايي صورت مي گيرد که شامل نقاط کوانتومي بوده، به صورت محلول با جوهر مخلوط مي شود و از آنجا که به رغم ترکيبات کنوني کوچک هستند، مي توان از آن در چاپگرهاي معمولي استفاده کرد. ذرات چاپ شده را پس از تبخير حلال نمي توان با چشم غيرمسلح مشاهده نمود و تنها زير نوري با طول موج معين، تصويرهايي با رنگ هاي مشخص ايجاد مي کنند که متناسب با طول موج مي توانند ظاهر يا ناپديد شده و يا به رنگ هاي مختلفي درآيند که باعث سهولت تشخيص آنها بين رنگ هاي آلي مي گردد. استفاده از اين ترکيبات هزينه ي بالايي را در بر نداشته، امکان جعل را هم بسيار کاهش مي دهد. همچنين از اين نانوذرات مي توان در بارکدهاي غيرقابل مشاهده ي ظاهري استفاه کرد؛ مثلاً مي توان تاريخچه ي کامل ساخت و مالکيت خودرو را به وسيله ي اين نانوذرات بر روي خودرو ثبت کرد به طوري که به غير از شرايط نوري معين قابل تشخيص نباشد .

ادامه دارد...