انقلاب نانوتکنولوژي
مقدمه
ريچارد فاينمن طي يک سخنراني در همايش جامعه فيزيک آمريکا در 1959 در مؤسسه تکنولوژي کاليفرنيا که بعد در آنجا استاد فيزيک شد، ايده هايي بنيادي در زمينه کوچک سازي نوشتجات ، مدارها و ماشينها ايراد کرد: آنچه من مي خواهم به شما بگويم، مسئله دستکاري و کنترل اشياء در مقياس کوچک است. ترديدي وجود ندارد که در نوک يک سوزن آنقدر جا هست که بتوان تمام دايرة المعارف بريتانيکا را جا داد. فاينمن براي به تفکر واداشتن محققين و تأکيد نمودن بر عقيده اش مبني بر امکان فيزيکي چنين معجزه اي ، جايزه هايي 1000 دلاري براي اولين افرادي که به اهداف مشخص شده اي در کوچک سازي کتابها و موتورهاي الکتريکي دست يابند تعيين کرد .
فاينمن تآکيد کرد: من در حال خلق ضد جاذبه نيستم که به فرض روزي اگر قوانين (فيزيک) آنچه ما مي پنداريم، نبودند عملي شود. من صحبت از چيزي مي کنم اگر قوانين آنچه ما مي پنداريم باشند، عملي خواهد بود. ما به آن دست پيدا نکرده ايم چون خيلي ساده هنوز در صدد انجام آن نبوده ايم. جمله معروف ريچارد فاينمن فيزيکدان برجسته در اين زمينه که مي فرمايد: فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد، بيانگر اين مدعاست. هر کشوري در پي آن است که فرصتها را کشف کند تا بتواند پيشرفت کند .
تاريخ کشورهايي که امروزه ما آنها را کشورهاي پيشرفته و ثروتمند مي دانيم هم حاکي از همين مسئله است، کشورهايي که به انقلاب صنعتي روي خوش نشان دادند، کشورهايي که با فناوري ديجيتال همگام شدند، کشورهايي که از همان ابتدا کامپيوتر و جهان پس از آن را باور کردند و ... . اين فرصتها هر چندين سال يک بار اتفاق مي افتند و هر کشوري که گوش به زنگ باشد مي تواند از آثار مثبت آنها برخوردار شود. اکنون نانو تکنولوژي هم يک فرصت است، فرصتي که اگر به آن بها داده شود مي تواند يک جهش علمي و اقتصادي در پي داشته باشد بخصوص براي کشور ما. ما بايد علوم و فناوريهاي جديد را با آغوش باز بپزيريم و براي آن هزينه کنيم .
اما متأسفانه به نظر نمي رسد که در کشور ما توجه خاصي به اين مسئله شده باشد، اما حقيقتا درصد بسيار کمي از اين حرفها راهي بسوي عملي شدن پيدا مي کنند. هر کشوري در پي آن است که فرصتها را کشف کند تا بتواند پيشرفت کند . در نيم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوري عمده بوديم، که باعث پيشرفتهاي عظيم اقتصادي در کشورهاي سرمايه گذار و ايجاد فاصله شديد بين کشورهاي جهان شد .
متأسفانه در کشور ما بدليل فقدان جرات علمي و عدم تصميم گيري به موقع ، به اين فرصتها پس از گذشت ساليان طلائي آن بها داده مي شد که البته سودي هم براي ما به ارمغان نمي آورد، همچون فنآوري الکترونيک و کامپيوتر در دو سه دهه گذشته که امروزه عليرغم توانايي دانشگاهي و داشتن تجهيزات آن ، هيچگونه حضور تجاري در بازارهاي چند صد ميلياردي آن نداريم. فناوري نانو جديدترين اين فرصتهاست، که کشور ما بايد براي حضور يا عدم حضور در آن خيلي سريع تصميم خود را اتخاذ کند .
نانو بيوتکنولوژي
نانو ذرات بخاطر ريز بودن مي توانند به درون سلولها نفوذ کرده و پرده از رازهاي درون آنها برداشته ، بدون آنکه تداخل عمده اي در کار سلول بوجود آيد. اين فناوري در علوم زيستي و پزشکي بخصوص با فراهم آوردن امکان ايجاد تغييرات در مکانيسمهاي بدن انسان ، تصحيح نقصها و درمان بيماريها کاربردهاي فراواني دارد. استفاده از اين فناوري در علوم زيستي به تولد و گرايش جديدي از اين فناوري منجر شده است: نانو بيوتکنولوژي .
برخي از کاربردها در زمينه بيوتکنولوژي
نشانگرهاي زيستي فلورسنت
* ترابري دارو و ژن (طراحي داروهايي با هدف گيري بسيار مطلوب که از نانو ماشينهاي پروتئيني بهره مي برند و ...)
* تشخيص زيستي پاتو ژنها
* تشخيص پروتئينها
* جستجو در ساختار DNA
* ابداع روشهايي براي استفاده از RNA در فناوري نانو
* حرکت رباتهاي زنده با نيروي ماهيچه
* مهندسي بافت
* تخريب تومور از طريق گرما دهي به آن
* بهود تباين (کنتراست )
* روشهاي بيولوژيکي ذخيره کردن و بازيابي اطلاعات به منظور حل مسائل محاسباتي و ديگر کاربردها تحت کنترل در آمده اند .
* ساخت سلولهاي مصنوعي (با ساختارهاي محدود خود تکثير شونده و مولکولهاي اطلاعاتي خود تکرار شونده )
* فرآيندهاي تشخيص و رديابي مقادير بسيار کم ماده
* شناسايي و درمان بيماريها و کشف داروها
* ساخت حسگرها (استفاده از حسگرهاي مغناطيسي جهت شناسايي ويروسها )
* ساخت ميکرو آرايه هاي DNA با نانومُهر زني
* نتايج بررسي باليني فناوري Nano - JETA RT- PCR توسط شرکت Acrongenomics
* طراحي و ساخت کارتهاي نانويي براي کاهش درد و افزايش شادابي انسان
و ... .
نانو کامپوزيتهاي خاک رس _ پليمر
نانو کامپوزيتهاي خاک رس _ پليمر بهبود فوق العاده اي در بسياري از خواص فيزيکي و مهندسي پليمرهايي که در آنها از مقدار کمي پر کننده استفاده مي شود، ايجاد مي کند. در اين نوع مواد از خاک رسهاي نوع اسمکتيت (Smectite - type) از قبيل هکتوريت ، مونت موريلونيت و ميکاي سنتزي به عنوان پر کننده براي بهبود خواص پليمرها استفاده مي شود. خاک رسهاي نوع اسمکتيت ساختاري لايه اي دارند و با توجه به طبيعت پيوند بين اتمهاي اين لايه ها ، اين مواد خواص فوق العاده اي را در جهت موازي لايه ها نشان مي دهند. در نانو کامپوزيتهاي خاک رس نه تنها دانه هاي خاک رسي را از هم جدا مي کنند، بلکه لايه هاي هر دانه را نيز از هم جدا مي کنند .
با انجام اين عمل ، خواص مکانيکي فوق العاده هر دانه نيز بطور موثر بکار مي آيد و اين در حالي است که در اجزاي تقويت شده نيز بطور چشمگيري افزايش پيدا مي کند، زيرا هر جزء خاک رس خود از صدها تا هزاران لايه تشکيل شده است. خواص مهندسي و فيزيکي بهبود قابل توجهي مي يابند، مانند: افزايش ضريب يانگ ، قدرت کشساني ، مقاومت در برابر تغيير شکل بر اثر گرما ، مقاومت در برابر آتش ، مقاومت بارير (barrier resistance) ، هدايت يوني و شکل پذيري . امتياز ديگرشان اين است که تأثير قابل توجهي بر خواص اپتيکي پليمر ندارند . ضخامت يک لايه خاک رس منفرد ، بسيار کمتر از طول موج نور مرئي است. از نظر اپتيکي شفاف و تقريبا بي رنگ هستند .
کاربردها
* نايلون 6 به عنوان روکش نوار زمان سنج خودروها ، محافظ روي موتورها و استفاده در قسمتهاي مختلف خودروها از جمله: بدنه ، صندلي ، سي ستم سوخت رساني و ... .
* بسته بندي نوشيدنيها
* ساخت بطريهاي چندلايه
* صنعت لاستيک (کاربرد تجارتي )
* افزايش مقاومت لاستيک در برابر سايش
* افزايش استحکام مکانيکي (افزايش مقاومت در برابر نفوذ پذيري )
* افزايش مقاومت گرمايي
* کاهش قابليت اشتعال
* بهبود بخشيدن اعوجاج گرمايي
* کاهش وزن
* افزايش مقاومت
محققين دانشگاه لندن در انگلستان و دانشگاه Paris Sud در فرانسه ، شبيه سازيهايي براساس مکانيک کوانتوم براي مطالعه نانو کامپوزيتهاي خاک رس - پليمر بکار برده اند. امروزه اين ترکيبات يکي از موفقترين مواد نانوتکنولوژي هستند، زيرا بطور همزمان مقاومت بالا و شکل پذيري از خود نشان مي دهند؛ خواصي که معمولا در يکجا جمع نمي شوند .
چشم انداز بحث
تغييرات در مقياس نانومتري برخواص موج گونه الکترونهاي درون مواد اثر مي گذارد. با جابجا کردن اتمها در اين مقياس مي توان خواص اصلي مواد (به عنوان مثال دماي ذوب ، اثرات مغناطيسي ، ظرفيت بار) را بدون تغيير کلي ترکيب شيميايي مواد ، دگرگون ساخت. پيش بيني رفتار و خواص در محدودهاي از ابعاد براي نانوتکنولوژيستها حياتي است. خوشبختانه در طول دو دهه قبل روشهاي تحليلي به حدي از تکامل رسيده اند که مي توانند تمام مقياسهاي طول و زمان را از ابعاد الکتروني تا ابعاد بزرگ پوشش دهند .
مدل سازي رايانه اي با بکارگيري قوانين اوليه مکانيک کوانتوم و يا شبيه سازيهاي مقياس مياني ، دانشمندان را به مشاهده و پيش بيني رفتار در مقياس نانو و يا حدود آن قادر مي سازد. مدلهاي مقياس مياني با بکارگيري واحدهاي اصلي بزرگتر از مدلهاي مولکولي که نيازمند جزئيات اتمي است، به ارائه خواص جامدات ، مايعات و گازها ميپردازند. روشهاي مقياس مياني در مقياسهاي طولي و زماني بزرگتري نسبت به شبيه سازي مولکولي عمل مي کنند. مي توان اين روشها را براي مطالعه مايعات پيچيده ، مخلوطهاي پليمر و مواد ساخته شده در مقياس نانو و ميکرو بکار برد .