بهبود کارایی ادوات پزشکی با فناوری نانو

فناوری نانو و پزشکی (3)

قسمت قبل

با توجه به کاربردهای اخیر فناوری نانو در حوزه پزشکی، می‌توان گفت این فناوری، کلیدی برای روش‌های تشخیص پارامترها است ودر ساخت حسگرها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این علم همچنین می‌تواند تولید محصولات بافتی مهندسی شده و مصنوعی را گسترش دهد که کاربرد فراوانی در پزشکی دارند.

بهبود فرایند کاشت

به جسمی که در داخل بدن در بخش خاصی برای جبران یک وظیفه قرار داده می شود، کاشت یا ایمپلنت اطلاق می شود. به قرار دادن این جسم در داخل بدن نیز  کاشت گفته می شود. کاشت ها کارهای متفاوتی انجام می دهند؛ از جایگزین کردن مفصل زانو و فنرهایی که شریان ها را باز نگاه می دارد، تا دستگاه های پویای کارگذاری شده مانند دستگاه تنظیم ضربان قلب و سمعک (برای جبران کم شنوایی) را می توان در این دسته قرار داد. در تمام این موارد پیوندها باید طوری کارگذاری شوند که با بافت های بدن سازگاری و تعامل نزدیکی داشته باشند. یکی از مسائل کلیدی، اطمینان از چسبیدن سلول های بیمار به کاشت در جایی است که نیاز باشد، مثل اتصال استخوان که به بازسازی بافت آسیب دیده کمک می کند.

برعکس، در جایی دیگر مثل فنرهای بازکننده رگ (استنت) نباید چنین اتفاقی رخ دهد. در چند ساله اخیر مشخص شده است که خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مواد، هر دو در قابلیت چسبیدن سلول ها و بیومولکول ها موثرند. برای مثال حفره های بیشتر در سطح ماده می تواند اتصال سلولی را بهتر کند، در حالی که سطوح کاملاً صاف حداقل میزان به سلول ها را ممکن می کنند. آماده سازی و پوشش سطحی با مولکول هایی مشابه مولکولهای بافت، چسبندگی را زیاد می کند.دراین قسمت هم فناوری نانوجایگاه مناسبی دارد. برای مثال در پیوند تیتانیوم استخوان، پوششی از دی اکسیدتیتانیوم نانوساختار وجود دارد که اتصال به استخوان را بهبود می دهد.

به عنوان نمونه به دو کاربرد زیر می پردازیم:

نانوحسگرهای قابل کاشت در شبکیه چشم

فناوری نانو جهت ساخت نسل جدیدی از وسایل کوچک‌تر و قوی‌تر برای برگرداندن بینایی و شنوایی به کار گرفته می‌شوند. این وسایل اطلاعات را جمع آوری کرده  به پیام‌های الکتریکی که به سیستم عصبی انسان منتقل می‌شوند تبدیل می‌کنند. در مواردی که عصب دهی چشم به مغز آسیب نرسیده اما گیرنده‌ای نوری چشم فعالیت لازم را ندارند، می‌توان با تحریک مصنوعی سلول‌ها، فقدان گیرنده‌ها را جبران کرد. در این حالت پیام‌های عصبی مصنوعی ایجاد شده به مغز رسیده و حس بینایی ایجاد می‌شود و از این رو مقداری از دید ابتدایی شخص برگشت پیدا می‌کند.

ترمیم استخوان با استفاده از نانو سرامیک

نانو سرامیک های با استحکام بالا را می‌توان به یک خمیر قابل جریان و شکل پذیر که به استخوان‌های محکم جریان و شکل پذیر که به استخوان‌های محکم تبدیل می‌شود، تبدیل کرد. در صورتی که در استخوان از این نوع مواد استفاده شود، سازگاری زیستی تا حد بسیار زیادی بالا می‌رود. در ضمن نسبت به سیمان‌های مصنوعی، نانو سرامیک‌ها این قابلیت را دارند که در هر دو نوع استخوان‌هایی که وزن را تحمل می‌کنند و یا وزن را تحمل نمی‌کنند به کاربرده شوند.

پوشش های ضدمیکروبی

پوشش های ضدمیکروبی با کمک به کاهش پایداری و گسترش ویروس ها، باکتری ها و قارچ ها می تواند منافع مهمی را در محدوده مراقبت های بهداشتی در برداشته باشد. این قبیل پوشش ها به عنوان مکمل و نه جایگزین برای فرآیندهای گندزدایی و ضدعفونی تجهیزات جراحی و سطوح عامل جراحی (از قبیل داروهای ضدعفونی) به حساب می آیند. پوشش ها می توانند توانایی میکروب ها در چسبیدن و رشد روی سطوحی که در معرض خون  بدن بیمارند را طی فرآیندهای عادی جراحی به حداقل برسانند. این امر با اعمال پوشش هایی از قبیل نانوذرات نقره و دی اکسید تیتانیوم که می توانند میکروب ها را به طور مستقیم از بین ببرند امکان پذیر است. این پوشش ها می توانند در به حداقل رساندن انتشار بیماری در اثر تماس نیز، به بیمار کمک کنند.

بهبود کارایی ادوات وتجهیزات پزشکی

همان طور که در مقدمه ذکر کردیم از دیگر کاربردهای فناوری نانو در حوزه پزشکی می‌توان به بهبود کارایی ابزاری و ادوات پزشکی اشاره کرد. نانوادوات پزشکی قادرند وظایف بسیار پیچیده ای را در داخل بافت های زیستی انجام دهند که از عهده ی ادوات معمول که در مقیاس های بزرگتر ساخته شده اند خارج است.به عنوان مثال ،ادوات پزشکی کوچکتر از 50 نانومتر براحتی می توانند وارد اکثر سلول ها شده وادوات کوچکتر از 20نانومتر می توانند از جداره ی رگ های خونی عبور کنند.در نتیجه نانوادوات براحتی می توانند با مولکول های مستقر برروی سطح یا داخل سلول ها تعامل داشته باشند ،به طوریکه این تعامل منجر به تغییر رفتار وخواص این مولکول ها نگردد.اندازه نانو ادوات عمو ما کوچکتر از اندازه سلول های انسانی واجزای درونی این سلول ها می باشد.به عنوان مثال نانو ادوات ،امکان شناسایی وتصویر برداری از تومورهای سرطانی بسیار کوچک را فراهم می کند ،ادوات فعلی از این قدرت تشخیصی برخوردار نیستند. تاکنون قدم‌های موثری در این زمینه برداشته شده است و پیش بینی می‌شود در سال‌های آینده پیشرفت‌های چشمگیری در این بخش صورت گیرد.

ابزار جراحی هوشمند

وسایل پزشکی مبتنی بر فناوری نانو، جراحان را قادر می‌سازند که کارهایی با دقت و ایمنی بالاتر انجام بدهند و پارامترهای فیزیولوژیکی و بیومکانیکی را با صحت و دقت بیشتری کنترل کند و کارهایی انجام بدهند که قبلاً امکان پذیر نبوده است.

وسایل جراحی مانند چاقو، انبر، گیره و مته به نانو حسگرهای می‌توانند مجهز شوند که قابلیت آن‌ها را افزایش داده و اطلاعات لازم را برای جراح فراهم می‌کند. در این حالت جراحان به طور مداوم اطلاعاتی را از دستگاه‌ها، نوع بافتی که باید برش زده شود و ویژگی های خاص بافت مانند جرم مخصوص، دما، فشار و پیام‌های الکتریکی دریافت می‌کنند که به چگونگی ادامه عمل جراحی کمک می‌کند.

ابزارهای تشخیصی بهبود یافته

فناوری نانو راه حل‌های جدید را جهت افزایش سرعت و صحت شناسایی ژن‌ها و مواد ژنتیکی، جهت کشف داروها و بهبود آن‌ها و تهیه فراورده‌های تشخیصی بیماری‌ها ارائه نموده است.

در فناوری‌های رایج از رنگ‌های فلورسنت جهت نشانه گذاری مولکول استفاده می‌شود و به تجهیزات گرانی مانند لیزر جهت نشان داد واکنش‌های زیستی صورت گرفته و یک میکروسکوپ نوری جهت شناسایی محل اتصال، نیاز است. این رنگ‌ها همیشه حساسیت کافی جهت شناسایی ژن‌ها را ندارند و در مورد ژن‌هایی که از هم تفکیک نشده اند باعث ایجاد پاسخ‌های غلط و غیر پایدار می‌شوند. فناوری نانو توانسته است چندین محصول جدید برای افزایش توانایی در نشان دار کردن و شناسایی ژن‌های نامشخص به بازار عرضه کند.

      ادامه دارد...

فناوری نانو و پزشکی (2)

نانوپزشکی حوزه کاربردرویکردها،نظریه ها،دستگاه ها وادوات مقیاس نانوونانوساختارهای ویژه به منظورشناخت ،پیشگیری ویا درمان بیماری ها ازطریق آشکارسازی،ترمیم وبازسازی بافت های زیستی آسیب دیده درسطوح مولکولی است.هدف فناوری نانودرپزشکی،ارائه امکانات آسیب شناسی ودرمان آن ها درمقیاس های بنیادی یعنی مولکولی ویاحتی ریزمولکولی است.

قسمت اول

نانوحسگرها

عمده فعالیت نانو حسگرها درپزشکی ،حسگرهای تشخیص پزشکی می باشد. نانو حسگرهای بسیار حساس بر روی تراشه قرارمی گیرد تا بتواند کوچک‌ترین علائم نشان‌دهنده سرطان وسایربیماری هارا شناسایی کند.

 پیشرفت های اخیر در نانوحسگرها ریشه در حرفه دندان پزشکی دارد. بزاق، دهان را تمیز و ضدعفونی می کند، با پوسیدگی دندان مقابله می کند و نحوه کار آن دریچه ای به سمت شناسایی کار بدون نقص و سلامت بدن است. بزاق حاوی پروتئین ها، هورمون ها، آنتی بادی ها و دیگر مواد است. گرفتن بزاق کار ساده ای است و نیازی به خطرپذیری، تنش و دخالت آزمایش خون ندارد.

نانو حسگرهای زیستی را برای اندازه گیری چهار سرطان مربوط به مولکول های RNA (ریبونوکلئیک اسید) در بزاق استفاده کرده اند و افراد سالم و افرادی که سرطان دهانی (سرطان از راه دهان) آن ها تشخیص داده شده با دقت 91%  مشخص شده اند. با چنین روش های دقیقی، ممکن است روزی مراکز دندان پزشکی به آشکارسازهای بدون تأخیر برای تشخیص بیماری ها از نمونه های بزاقی مجهز شوند. با تحقیقات در زمینه نانوحسگرهای زیستی ممکن است در آینده ای نزدیک، بیماری های دیگر از جمله انواع سرطان، آلزایمر، آیدز، دیابت و پوکی استخوان از طریق نمونه های بزاقی تشخیص داده شوند.

توانایی به دست آوردن آنالیزهایی با دقت بالا از غشاهای زنده، ابزار بزرگ دیگری از نانوحسگرهای زیستی را در جعبه ابزار پزشکان به وجود می آورد. تراشه های زیستی کمی بزرگ تر از یک تمبر هستند، هر تراشه می تواند آزمایش را برای هزاران نوع ژن مختلف انجام دهد. سطح تراشه ردیف هایی از نقاط میکرومتری دارد که هر کدام ژن خاصی را در بردارند. بیشتر تراشه های حیاتی ژن انسان را دارند. همه ژن ها به کمک روبات های فوق سریع روی تراشه قرار گرفته اند.دراین جا نانو حسگرهای زیستی برای تشخیص حضور بیماری استفاده می شوند. این بیماری ها، هم می تواند بیماری های واگیردار (مثل بیماری های ویروسی و باکتریایی) و بیماری های ژنتیکی (مثل سرطان) باشد. انتخاب مولکول های زیستی (یا بیومولکول یعنی مولکولی که منشاء آن ارگان های زنده هستند) به طبیعت بیماری ها بستگی دارد، اما می تواند یک پروتئین،  DNAیا RNA باشد. همه حسگرها با اتصال دلخواه یک مولکول زیستی به بیومولکول دیگر کار می کنند (مشابه قفل و کلید یا دندانه های زیپ). با اتصال مولکول های زیستی به نانوذات، حسگرها تغییر وضعیت خواهند داد و وضعیت شان توسط دستگاه گزارش می شود.

نانو حسگرهای زیستی دارای این خصوصیات می باشد

 حساسیت بیشتر: نانوحسگرهای زیستی می توانند حضور میزان خیلی کمی از مولکول های بیماری زا را گزارش دهند. بنابراین بیماری را خیلی زودتر، در مرحله رشد آن آشکار سازند.

عملکرد آسان تر: می توانند سریع و بدون نیاز به خالص سازی نمونه های گرفته شده از بیمار، انجام شوند.

محدوده شناسایی وسیع تر: نانوحسگرهای زیستی با اتصال بیومولکول های مختلف به نانوذرات به طور همزمان، قادر به آشکارسازی بیومولکول های هدف بیشتر و در نتیجه بیماری های بیشتری هستند.

موادی از جمله نقاط کوانتومی که از مواد نیمه رسانا ساخته شده اند، برای تشخیص قابل استفاده هستند. نقاط کوانتومی بسته به ابعادشان می توانند رنگ های مختلفی را منعکس کنند. ذرات طلا معمولاً در آزمایش های الکتریکی یا تغییر رنگ استفاده می شوند. نانوذراتی که از لایه های مواد مختلف تشکیل شده اند، یک اثر رمزی مثل بار کد ایجاد می کنند که این اثر با میکروسکوپ به راحتی خوانده می شود.

نانو روبات‌ها

نانوروبات ها، روبات‌هایی در اندازه‌های مولکولی‌اند که می‌توانند برایِ کار کردن با ماده‌هایی در ابعادِ کوچک (مثلاً مولکول‌ها، سلول‌ها و اتم‌ها) به کار آیند. نانوروبات‌ها وقتی كه به مرحله كاربردی برسند دنیای علم پزشكی را دگرگون خواهند كرد. با كاربردی شدن این اجزا، نانوداروها با استفاده از آنها می‌توانند وارد بدن شوند، بخش‌های آسیب دیده را شناسایی یا درمان كنند. در این بخش به تازگی محققان در دانشگاه كارنگی ملون توانسته‌اند نانوموتوری تولید كنند كه به راحتی درون رگ‌های انسان حركت می‌كند. این اتفاق را می‌توان نقطه عطفی در بخش پیشرفت نانوموتورها دانست.نانوروبات‌ها هنگام كار در بدن می‌توانند توسط تصویربرداری ام‌آرآی دیده شوند. این نانوربات‌ها ابتدا به بدن یك فرد تزریق می‌شوند و پس از آن به بافتی كه برای آن تعریف شده است، می‌روند. تلاش محققان بر ساخت نانوروبات هایی است که در داخل بدن بتوانند وارد شوند. خود را به موضع مناسبی برسانند و سلول زبانبار را نابود کنند. آن ها باید کاری کنند که این روبات ها با سامانه ایمنی بدن، امواج گرمایی اداره کننده گردش خون و تعادل بدن هماهنگ و سازگار باشند.

نانوروبا ت ها در جراحی های فوق ریز نیز استفاده می شوند. نانوروبات‌ها می‌توانند از طریق رگ‌ها وارد بدن شوند، به جستجوی محل آسیب‌دیده بپردازند و به کمک رایانه و جراح ناظر، بیماری را تشخیص دهند. پس از تشخیص دقیق محل بروز مشکل، با هدایت جراح و با استفاده از بازوهای مجهز نانوربا‌ت‌ عمل جراحی انجام می‌شود. این ربات‌های کوچک نانومتری می‌توانند جراحی‌های دقیقی را نیز در درون سلول (مثل تعویض کروموزوم‌های داخل هسته سلول با کروموزوم‌های جدید) انجام دهند؛ جراحی‌هایی که تا به‌حال هیچ جراح انسانی موفق به انجام آنها نشده‌است.

تصویربرداری

آشکارسازی پزشکی به پزشکان کمک می کند که آثار تأثیر بیماری و آسیب به بدن را مشاهده کنند. در گذشته این تصویربرداری برای بافت های خاص مثل استخوان ها مطرح بود، اما برای بافت های نرم انجام این فرایند آن چنان آسان نیست. توسعه فناوری نانو کمک می کند که عوامل آشکارسازی جدیدی ایجاد شوند که به طور موثری، بافت های دلخواه را نشان دهند. این عوامل تصویربرداری شامل مولکول هدفی هستند که می تواند به روش خاصی به بافت آسیب دیده یا بیمار متصل شود و یک مولکول آشکار کننده، که می تواند با روش MRI یا XRD ،ماورای صوتی یا روش های دیگر آشکار سازی در بیمارستان ها، شناسایی شود، مشکل آن ها را حل کند. در این راه فولرین ها یا باکی بال ها که قفس هایی از اتم های کربن هستند و می توانند مولکول های آشکار کننده مثل نقاط کوانتومی را در بر بگیرند و به مولکول های هدف نزدیک شوند، پیشگام هستند. در همه موارد عامل آشکارسازی پس از تزریق به بدن بیمار می تواند با دقت بالا جذب بافت آسیب دیده شده و به راحتی موقعیت و وخامت بیماری یا آسیب را به پزشک نشان دهند.

ادامه دارد...

تقویم توسعه فناوری نانو

یک نانومتر معادل طول تعدادی از اتم‌ها است که با طول یکسان در یک ردیف و در کنار هم قرار گرفته اند. فناوری نانو، شاخه ای از فناوری است که شامل مشاهده، دستکاری و کنترل ماده در مقیاس نانو است و تا نیمه قرن 21 پیشرفت‌های زیادی در این حوزه انجام گرفته است.

فناوری نانو منجر به پیشرفت‌هایی در زمینه تلفن همراه و دیگر فناوری‌های اطلاعات و فناوری زیستی از قبیل مهندسی ژنتیک مهندسی ژنتیک شده است.کشف‌های علمی که منجر به ظهور این فناوری‌ها شده است، به وسیله‌ی چه کسانی و در چه زمانی انجام شده است؟چه کسی در پیشرفت‌های بعدی حاصل شده در این فناوری‌ها دخیل بوده است و در آینده چه پیشرفت‌هایی حاصل خواهد شد؟

جدول تقویمی حاضر با کمک تعدادی از دانشمندان و کارشناسان فنی، با فرمت یکسان به طوری تهیه شده است که هر خواننده ای می‌تواند تاریخچه فناوری نانو را به سادگی درک نماید.

1910    1911    پدیده ابر رسانایی به وسیله‌ی Onnes کشف شد. برنده ی جایزه نوبل

1920    1925    اساس ترانزیستورهای اثر میدان برای اولین بار پیشنهاد شد.

            1928    اساس میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک برای اولین بار پیشنهاد شد.

1930    1932    میکروسکوپ الکترونی اختراع شد. برنده جایزه نوبل

            1935    فیلم لانگمیر – بلاجت (LB) کشف شد. برنده جایز نوبل

            1936    الکترولومینسانس معدنی کشف شد.

1940    1948    ترانزیستور دو قطبی اختراع شد. برنده جایزه نوبل

            1949    تحقیقاتی بر روی نانو ذرات روی، به وسیله‌ی روش تفرق اشعه کاتدی انجام شد.

1950    1950    نیمه هادی‌های آلی کشف شد.

            1953    ساختار DNA کشف شد. برنده جایزه نوبل

            1954    پدیده پیزو – مقاومت نیمه‌هادی‌ها کشف شد.

            1954    باتری‌های خورشیدی اختراع شد.

            1954    مفهوم میزر (تقویت امواج میکروویو) کشف شد. برنده جایزه نوبل

            1957    تئوری BCS معرفی شد. برنده جایزه نوبل

1959    IC (مدارهای مجتمع) اختراع شد. برنده جایزه نوبل

1959    الیاف کربنی پلی اکریلونیتریل اختراع شد.

1959    سخنرانی فاینمن: فضای بسیاری در آن پایین وجود دارد.

1960 1960       سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی (MEMS) در کاربردهای واقعی، مانند سنسورهای فشاری و تشدید کننده‌ها، به کار گرفته شد.

1960    ترانزیستور نیمه‌هادی اکسید فلزی (MOS) ساخته شد.

1960    نوسانات لیزری به طور موفقیت آمیزی به انجام رسید.

1960    غشای استات سلولز نامتقارن برای کاربردهای اسمز معکوس اختراع شد.

1962    مدارهای مجتمع به کار گرفته شده از CdSTFT ساخته شد.

1962    پدیده Kubo پیشنهاد شد.

1962    پروتئین فلئورسانس سبز (GFP) کشف شد. برنده جایزه نوبل

1962    دیود نشر نوری اختراع شد.

1963    نیمه هادی‌های تکمیلی اکسید فلزی اختراع شد.

1963    آستانه پایین لیزر با به کارگیری اتصال ناهمگون نیمه‌هادی پیشنهاد شد. برنده جایزه نوبل

1964    پدیده Kondo پیشنهاد شد.

1965    قانون مور (Moore) معرفی شد.

1967    حافظه دستیابی مستقیم پویا (DRAM) اختراع شد.

1967    اثرهای تاجی شکل اختراع شد. برنده جایزه نوبل

1968    پدیده سوئیچ کالکوژنید الکتریکی و پدیده حافظه کشف شد.

1969    کاتالیزور نوری کشف شد.

1970    1970    مفهوم ابر شبکه‌های نیمه‌هادی پیشنهاد شد.

            1970    تجهیزات با کوپل بار الکتریکی (CCD) اختراع شد.

1970    لیزر نیمه‌هادی پیوسته (CCD) اختراع شد. برنده جایزه نوبل

1970    ساختار مولکول فولرین پیش بینی شد.

1971    حافظه تغییر فاز اختراع شد.

1971    واحد پردازش میکرو (MPU) اختراع شد.

1972    دیود نوری آمورف با ساختار ناهمگون از طریق فرآیند از بالا به پایین ساخته شد.

1972    لیزرهای DFB پیشنهاد شد.

1974    لیزر با مد تثبیت شده توسعه داده شد.

1974    مفهوم فناوری نانو پیشنهاد شد.

1974    حالت‌های کوانتومی گاز الکترونی دو بعدی آنالیز شد.

1974    تئوری مقیاس بندی (اشل) دنارد (Dennard) پیشنهاد شد.

1975    اتصال p-n سیلیکونی آمورف ساخته شد.

1976    تشکیل نانو الیاف کربنی مشاهده شد.

1976    ثبت مغناطیسی عمودی (PMR) پیشنهاد شد.

1976    سلول‌های خورشیدی سیلیکونی آمورف پیشنهاد شد.

1977    لیپیدهای دو لایه مصنوعی ساخته شد.

1977    پلیمرهای رسانای ذاتی کشف شد. برنده جایزه نوبل

1979    ترانزیستورهای لایه نازک سیلیکونی آمورف (TFT) پیشنهاد شد.

1979    ترانزیستورهای لایه نازک پلی سیلیکون دما پایین اختراع شد.

1979    ماشین‌های مولکولی مصنوعی ساخته شد.

1979    لیزر نشر سطحی اختراع شد.

1979    میکرو TAS (µ TAS) اختراع شد.

1980    1980    پروژه باتری‌های خورشیدی فیلم نازک آمورف شروع شد.

1980    فیلم‌های نازک مورد استفاده برای ساخت الکترولومینسانس آلی پیشنهاد شد.

1980    پدیده هال (hall) کوانتومی پیشنهاد شد. برنده جایزه نوبل

            1981    پروژه ذرات بسیار ریز هایاشی (Hayashi) (1986- 1981) شروع شد.

            1981    زیست مولکول منفرد اندازه گیری شد.

            1982    نقاط کوانتومی پیشنهاد شد.

            1982    میکروسکوپ تونلی روبشی (STM) اختراع شد.

            1982    مغناطیس نئودیمیم (Nd) اختراع شد.

            1983    دندریمر اختراع شد.

            1983    تک لایه‌ای خودمونتاژی تیوآلکان تهیه شدند.

            1983    توالی سنج اتوماتیک DNA پیشنهاد شد.

            1984    میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک با دیافراگم میکروبی در محدوده نور مرئی توسعه داده شد.

            1984    آزمایشات الکترومغناطیسی بر روی کلاسترهای فلزی در باریکه‌ها انجام شد.

            1984    حافظه فلش اختراع شد.

            1984    فوتولومینسانس مرئی کشف شده در سیلیکون متخلخل کشف شد.

            1985    فولرین کشف شد. برنده جایزه نوبل

            1986    پدیده آهارانوف – بوهم (Aharonov –Bohm) اثبات شد.

            1986    میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) اختراع شد.

            1986    ابر رساناهای دما بالا کشف شد. برنده جایزه نوبل

            1986    دستکاری اتم‌ها در فضای سه بعدی نشان داده شد.

            1986    ترانزیستورهای لایه نازک الی پیشنهاد شد.

            1986    پدیده افزایش نفوذپذیری و بازداری کشف شد. برنده جایزه نوبل

            1986    موتور در کسلر (Drexler) معرفی شد.

            1987    عملکرد کاتالیزوری جدید نانوذرات طلا کشف شد.

            1987    سوپررساناهای دما بالای نوع Y کشف شد.

            1987    انتقال ژن‌های حاوی لیپوزوم های کاتیونی گزارش شد.

           1988    ابررساناهای از نوع بیسموت کشف شد.

            1988    پدیده مقاومت مغناطیسی قوی کشف شد. برنده جایزه نوبل

            1989    پروژه Aono Atomcraft شروع شد.

1990    1990    تصحیح انحراف میکروسکوپ الکترونی انجام شد.

            1990    درمان هدف سرطانی با به کارگیری داروهای پلیمری میسلی ضدسرطان توسعه داده شد.

            1990    کنترل اتمی با به کارگیری میکروسکوپ تونلی روبشی انجام شد.

            1990    پنهان کردن لیپوزوم های ایزوله شده انجام شد.

            1991    فیلم‌های چند لایه از طریق فرآیند خودمونتاژی تشکیل شد.

            1991    توالی سنج DNA با سرعت بالا توسعه داده شد.

            1991    سلول‌های خورشیدی حساس شده با رنگ دانه پیشنهاد شد.

            1991    نانو لوله های کربنی کشف شد.

            1992    کلاستر جدید فلز – کربن از نوع Ti8C12 کشف شد.

            1992    تجهیزات نانویی جهت آنالیز DNA توسعه داده شد.

            1992    میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک بدون دیافراگم اختراع شد.

            1994    مقاومت‌های مغناطیسی بسیار بزرگ کشف شد.

            1995    پدیده مقاومت مغناطیسی تونلی معرفی شد.

            1995    نقش پذیری در مقیاس نانو برای اولین بار پیشنهاد شد.

            1996    نانو صفحه سنتز شد.

            1996    توالی سنجی SNA با روش حفره‌های نانویی به انجام رسید.

            2001    ابررساناهای از نوع منیزیم دی بوراید MgB2 کشف شد.

            2001    فناوری تولید پلیمر نانو آلیاژی اختراع شد.

            2004    گرافن به طور موفقیت آمیز، ایزوله شد. برنده جایزه نوبل

            2008    ابررساناهای لایه‌ای بر پایه آهن کشف شد.

فناوری نانو و پزشکی (1)

با توسعه فناوری نانو در بخش پزشکی می‌توان محصولاتی تولید کرد که به طور مستقیم و غیرمستقیم بر ارتقای سلامت انسان و بهداشت جامعه تأثیر گذارند.فناوری نانو می تواند از به وجود آمدن عوارض ناخواسته جلوگیری کند. سه محدوده اصلی وجود دارد که فناوری نانو می تواند این انقلاب را ایجاد کند: تشخیص،درمان و پیشگیری.

افق آینده علم پزشکی دستیابی به فناوری هایی است که در نهایت سلامت بشر را تضمین می کنند. موضع این فناوری ها کاملاً پیشگیرانه است، یعنی تشخیص و توقف عوامل ایجاد بیماری در بدن، قبل از آنکه بیماری شروع به فعالیت کند. استفاده از ترکیبات و ساختارهای طبیعی در تحقیقات فناوری نانو جایگاهی ویژه دارد.

پیشگیری

بیشتر مراقبت های بهداشتی درمان هستند نه پیشگیری. آنها اغلب مدتی بعد از اولین عفونت یا زخم صورت می گیرند؛ در حالی که آسیب بافت و درد قبلاً اتفاق افتاده است. گاهی این آسیب جبران ناپذیر است، گاهی نیز یک اثر همیشگی بر جای می ماند، برای مثال از دست دادن عملکرد قسمتی از بدن یا جای زخم و سوختگی آثاری هستند که اثر آنها همیشه می ماند. فناوری نانو از طریق نظارت موثرتر بر سلامتی فردی و تشخیص بیماری ها در مراحل ابتدایی آن و ایجاد محیط های بیمارستانی پاک و ضدعفونی شده اجازه فعالیت باکتری ها و ویروس ها و دیگر میکروب هایی را که عامل بیماری زا هستند نخواهد داد.

معاینه

معاینه وضعیت سلامت بیمار نه تنها در زمان استراحت بعد از عمل های جراحی و درمان مهم است، بلکه برای معاینه معمول موارد خاص نیز حائز اهمیت است. دستگاه های مراقبت، در اندازه گیری مولفه های فیزیولوژی مختلف بدن مانند فشارخون، شیمی خون (میزان قند، هورمون ها و آنتی بادی های خون) ضربان قلب و درجه حرارت بدن بیمار، در هر محلی که بیمار باشد بدون ارسال نمونه ها به آزمایشگاه، انعطاف زیادی دارد. برای تست های پیچیده تر ابزارهای مراقبت با ابزار آزمایشگاه روی تراشه همراه شده و اجازه می دهد که ده ها بلکه صدها بیومولکول مختلف به سرعت اندازه گیری شوند، که این امر به پزشک اجازه می دهد تا در هر محلی که بیمار باشد، بدون خطر از دست دادن نمونه ها و انتظار چند روزه بیمار برای دریافت نتایج از آزمایشگاه وضعیت او را معاینه کند. در این صورت احتمال اشتباه در تشخیص به خاطر ماندن یا خطای آماده سازی نمونه ها در آزمایشگاه نخواهد بود. این امر امکان انجام آزمایش در جاهای دور افتاده را نیز می دهد.

به کمک این تجهیزات می توان بیمارانی از خارج کشور و حتی کشورهای پیشرفته را توسط پزشکان داخلی درمان کرد (برای مثال کنترل بیماری ایدز در کشورهای دیگر). حتی این هدف را دنبال می کنند که تمام این تجهیزات به صورت مخابراتی از محل استقرار بیمار با دفتر دکتر ارتباط داشته باشند و در صورت نیاز به بررسی، دکتر از وضعیت بیمار مطلع شود. در آینده ممکن است چنین ابزاری به صورت بی سیم به کامپیوتری در مطب پزشک شود و به بیماران این امکان را دهد که وضعیت شان توسط دکتر در خانه خودشان در کمال راحتی کنترل شود و نتایج درمان را به راحتی با دکتر در میان بگذارد.در حال حاضرTelemedicineمهمترین دستاورددر حوزه سلامت است.(دربیانی ساده Telemedicine را می توان به نوعی ارائه ی مجموعه خدمات پزشکی با استفاده از تکنولوژی های اطلاعاتی وارتباطی به تمام متقاضیان این خدمات ،به صورت راه دوروفارغ ازمحدودیت زمانی ومکانی تعریف کرد.)

تشخیص بیماری

هر چه بیماری یا آسیب به بخشی از بدن زودتر تشخیص داده شود، با احتمال زیاد آن درمان موفقیت آمیز خواهد بود. پیشرفت آزمایشگرهای زیستی امکان شناسایی میکروب های عامل بیماری را قبل از ظهور عامل بیماری ممکن می سازد. با توجه به پیشرفت فناوری تصویری می توان به درون بدن شخص نگاه کرد و با دقت بسیار زیادی، محل حضور سرطان و آسیب وارده به بافت های بدن و اندام ها را تعیین کرد. با مراقبت های ویژه، مرحله بهبود بیمار با اطمینان مشخص می شود. این پیشرفت ها نه تنها کیفیت بهتری از زندگی ر ا به ارمغان می آورد، بلکه به سرویس های مقرون به صرفه و موثر سلامت نیز کمک می کند. فناوری نانو راه حل‌های جدید را جهت افزایش سرعت و صحت شناسایی ژن‌ها و مواد ژنتیکی، جهت کشف داروها و بهبود آن‌ها و تهیه فراورده‌های تشخیصی بیماری‌ها ارائه نموده است.در فناوری‌های رایج از رنگ‌های فلورسنت جهت نشانه گذاری مولکول استفاده می‌شود و به تجهیزات گرانی مانند لیزر جهت نشان داد واکنش‌های زیستی صورت گرفته و یک میکروسکوپ نوری جهت شناسایی محل اتصال، نیاز است. این رنگ‌ها همیشه حساسیت کافی جهت شناسایی ژن‌ها را ندارند و در مورد ژن‌هایی که از هم تفکیک نشده اند باعث ایجاد پاسخ‌های غلط و غیر پایدار می‌شوند. فناوری نانو توانسته است چندین محصول جدید برای افزایش توانایی در نشان دار کردن و شناسایی ژن‌های نامشخص به بازار عرضه کند.

محققان در تلاشند تا از نانوذرات مغناطیسی برای تشخیص عوامل بیماری زا استفاده کنند.روش این محققان نیز مانند بسیاری از مها رت هایی که امروزه به کار می رود به آنتی بادی های مناسبی نیاز داردکه به این عوامل متصل می شود.نانوذرات مغناطیسی مانند برچسب به مولکول های آنتی بادی متصل می شوند.اگر در یک نمونه عامل بیماری زای خاصی مانند ویروس مولد ایذ مد نظر باشد،آنتی بادی های ویژه این ویروس که خود به نانو ذرات مغناطیسی متصل هستند به آن ها  می چسبند.

درمان

در حال حاضر، مقابله با بیماری ها معمولاً با روش های کاملاً قدیمی پایه ای صورت می گیرد. روش های نوین به طور بارز همیشه کاملاً موفقیت آمیز نیستند و با راه حل ها و روش های کلی معمولاً به حل دسته خاصی از مسائل می پردازند. افزون بر این مراقبت های بهداشتی امروزه می توانند باعث مشکلات متعددی مانند پس زدن یا عکس العمل نامناسب پیوند عضو شوند.

فناوری نانو می تواند به طرق مختلف، به حل برخی از این مسائل کمک کند. امکان استفاده از داروهای شخصی برای بیماران متناسب با بیماری آن ها فراهم خواهد شد. خطر پس زدن عضو پیوندی با استفاده از نانو پوشش های سازگار با بدن می تواند به کمترین مقدار کاهش یابد و در عین حال راه های جدیدی نیز برای هدایت دقیق داروها به سمت اهداف توسعه یابد.

علم نانو همچنین می‌تواند تولید محصولات بافتی مهندسی شده و مصنوعی را که کاربرد فراوانی در علم پزشکی دارد گسترش دهد. جالب اینکه این بافت‌های مصنوعی می‌توانند حتی از بافت خود شخص به دست آیند. فناوری نانو همچنین راه‌هایی برای تولید اندام‌هایی نظیر شبکیه، بخش حلزونی گوش و زیر لایه‌هایی که الگوی نانویی دارند و برای سرعت بخشیدن به رشد اندام‌ها مؤثرند ارائه داده و بازسازی بافت را ممکن می‌سازد.

      ادامه دارد...

تولید سوخت پاک برای خودروبه کمک فناوری نانو

فناوری نانو و صنعت خودرو (3)

تولید سوخت پاک برای خودروبه کمک فناوری نانو

آلودگی محیط زیست، خصوصاً آلودگی هوا یکی از بزرگ ترین مشکلات پیش روی بشر در آینده خواهد بود. زندگی شهرنشینی و در کنار آن لزوم به کارگیری ابزارهای جدید و فناوری های ایجاد شده توسط انسان، خصوصاً استفاده روزافزون از وسایل نقلیه در بخش حمل و نقل، عامل اساسی در آلودگی هوا بوده است. امروزه میلیون ها نفر به خودروها به عنوان اولین ابزار در دسترس برای حمل و نقل وابسته هستند. متاسفانه، اکثر این خودروها از سوخت های فسیلی استفاده می کنند. با مصرف بنزین در موتورهای احتراق داخلی، مونواکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن، هیدروکربن ها و دی اکسیدکربن تولید می شود. این مواد شیمیایی موجب آلودگی هوا، باران اسیدی و تجمع گازهای گلخانه ای در اتمسفر و همچنین موجب تخریب لایه ازن می گردند. در سال های گذشته، فعالیت های بسیار وسیعی در سطح بین المللی به عمل آمده است تا ضمن دستیابی به فناوری های جدید در بخش حمل و نقل، نیروی محرکه خودروها نیز به حداقل آلایندگی محیط زیستی برسند. در مورد خودروهای متداول فعلی، می توان به اصلاح ساختار موتورهای احتراق داخلی، کاهش مصرف سوخت، افزایش بازده، تنوع سوخت های مصرفی در جهت استفاده از سوخت هایی با آلایندگی کمتر اشاره کرد.

آن چنان که پیش می رود پیل های سوختی آینده محرک های خودرو را شکل می دهند. این مولدها بازدهی بالایی دارند و از هیدروژن مایع که پر انرژی ترین سوخت به ازای هر کیلوگرم است، استفاده می کند. پیل های سوختی، باتری ها و سلول های خورشیدی مولدهای برق بدون آلایندگی هستند. در این مولدهای برق به جای دود از اگزوز خودرو آب گرم بیرون می آید. مهم ترین مسئله در انتخاب پیل های سوختی ظرفیت تولید انرژی بیشتر، ایمنی و سلامت بیشتر، سوخت های متنوع و خط مشی موفق تر در جهت از بین بردن گازهای گلخانه ای می باشند. هیدروژن به عنوان سوخت سالم یکی از منابع انرژی با بازدهی عالی و مقرون به صرفه می باشد. ابزاری مناسب و ایمن جهت ذخیره هیدروژن می تواند کاربرد این سوخت تمیز و پاک را افزایش دهد.درواقع ارزش سوختی بالا وفقدان آلاینده های زیست محیطی ،هیدروژن را به سوختی جذاب تبدیل کرده است.  لذا روش های جدیدتولید هیدروژن پاک درحال گسترش هستند.نانو کاتالیست ها در انواع فرایندهای تولید هیدروژن یک عنصرکلیدی می باشند.با کمک ویژگی های نانومتری کاتالیست ها ،می توان میزان فعالیت ،قابلیت انتخاب وعمرکاتالیست ها را کنترل کرد.استفاده از نانو کاتالیست ها پتانسیل خوبی برای کاهش هزینه ها در بر دارد.همچنین نانوذرات ،سایت های کاتالیستی درسیستم ذخیره سازی هیدریدراافزایش می دهدوسرعت جذب ودفع ودما وفشار ذخیره سازی هیدروژن را بهبود می بخشد.

استفاده از نانوذرات در لاستیک ها

چنانچه بخواهیم لاستیک ها را مورد مطالعه قرار دهیم خواهیم دید که انواع و اقسام لاستیک ها در کاربردهای مختلف استفاده می شود و هر کدام خصوصیات مربوط به خود را دارد. لاستیک دوچرخه، تراکتور، کامیون، خودروهای سواری، موتورها و... همه در خصوصیات با هم متفاوتند. اما در یک بررسی کلی می توان اجزای لاستیک را مورد بررسی قرار داد. لاستیک از آج، شیارها، برجستگی های میانی، شیارهای مقابل هم و سوراخ های کوچک و همچنین نگه دارنده داخلی تشکیل شده است.

حضور نانوذرات باعث افزایش مقاومت سایشی، افزایش استحکام (بهبود خاصیت مکانیکی)، افزایش حد پارگی و حد شکستگی و زیبایی ظاهری لاستیک می شوند. همچنین همواری، صافی و ظرافت شکل ظاهری تایر را سبب می شوند. همه این عوامل موجب ایجاد محصولی مرغوب، با کیفیت عالی، زیبا و بازارپسند که توانایی رقابت در بازارهای جهانی را داشته باشد، می شود. صنعت لاستیك‌سازی با تأثیرپذیری از فناوری نانو، بازدهی و كیفیت فراوانی خواهد داشت. براساس تحقیقات به عمل آمده چندین ماده نانومتری در صنایع لاستیک سازی کاربرد فراوانی یافته اند که از این جمله می توان به نانوذرات اکسید روی، نانوذرات کربنات کلسیم، نانوذرات الماس ، نانورس و فولرین ها اشاره نمود.

 با افزودن این مواد به تركیبات لاستیك، به دلیل پیوندهایی كه در مقیاس اتمی بین آنها و تركیبات لاستیك انجام می‌شود، خواص فیزیكی آنها بهبود می‌یابد. همچنین، می‌توان به افزایش مقاومت سایشی، افزایش استحكام، بهبود خاصیت مكانیكی، افزایش حد پارگی و افزایش حد شكستگی اشاره كرد. زیبایی ظاهری لاستیك نیز از این پدیده تاثیر می‌پذیرد و باعث لطافت، همواری، صافی و ظرافت شكل ظاهری لاستیك می‌شود.

کاربرد نانوذرات اکسید روی

نانوذرات اکسید روی ذراتی غیرآلی و فعال هستند. کوچکی کریستال ها و خاصیت غیرچسبندگی آن ها باعث شده که نانوذرات اکسیدروی به صورت پودر زردرنگ کروی و متخلخل باشند. استفاده از این نانوذرات در لاستیک باعث زیبایی و ظرفیت‌بخشی، صافی و همواری شكل ظاهری ، افزایش استحكام مكانیكی لاستیک، افزایش مقاومت سایشی (خاصیت ضداصطكاك و سایش)،پایداری دمایی بالا ، طول عمر زیاد ، افزایش حد پارگی تركیبات لاستیك ،كاهش هزینه‌هاو بازدهی بالا می شود. تمامی این موارد به صورت تجربی ثابت شده‌اند. بهبود خواص فیزیکی لاستیک در اثر اضافه شدن نانوذرات اکسیدروی، ناشی از پیوند ساختار نانوذرات اکسیدروی با مولکول لاستیک است که در مقیاس اتمی صورت می گیرد.اثرات سطحی و فعالیت‌ بالای نانوذرات اکسید روی ناشی از اندازه بسیار كوچك، سطح موثر بسیار زیاد و كشندگی خوب آن است.

کاربرد نانو الماس

نانوالماس نیز در کامپوزیت ها، لاستیک ها، مواد ضد اصطلاک و روان کننده ها به کار می رود. نانو الماس دارای خواص برجسته ای است که ساختار کریستالی(بلوری)، شکل کاملا کروی، سطح شیمیایی كاملاً ناپایدار ، ساختمان شیمیایی بسیار محكمو فعالیت جذب سطحی بسیار بالا از جمله این خواص هستند. نانوالماس با درصدهای ترکیب مختلف به انواع لاستیک ها اضافه می شود. از این لاستیک در صنعت خودرو و لوله های انتقال آب نیزاستفاده می گردد. با اضافه کردن ساختارهای نانوالماس به لاستیک ها خواص آنها به شكلی قابل توجه بهبود می‌یابد.

موارد ذیل نمونه‌ای از این بهبودها هستند:

*خاصیت انعطاف پذیری لاستیک 4 الی 5 برابر می شود

* استحکام 2 الی 5/2 برابر افزایش می یابد.

* افزایش حد شكستگی تا حدود 620 تا 700 كیلوگرم بر سانتی‌متر مربع

*3 برابر شدن قدرت بریده شدن لاستیك

*افزایش خاصیت ضد پارگی لاستیك در دمای بالا و پایین

کاربردنانورس

نانورس نیز کاربردهای تجاری نیز کاربردهای تجاری گسترده ای در صنعت لاستیک پیدا کرده است و اکنون شرکت های بزرگ لاستیک سازی به طور گسترده ای از آن در محصولات خود استفاده می کنند. با افزودن این ذرات به لاستیك، خواص آن به طور قابل ملاحظه‌ای بهبود می‌یابد كه به عنوان نمونه می‌توان به موارد زیر اشاره كرد:

- افزایش مقاومت لاستیك در برابر سایش

- افزایش استحكام مكانیكی

- افزایش مقاومت گرمایی

- كاهش قابلیت اشتعال

-  پایداری ابعادی در برابر گرما

با اضافه كردن این مواد به تركیبات لاستیك، به دلیل پیوندهایی كه در مقیاس اتمی بین این مواد و تركیبات لاستیك صورت می‌ گیرد، علاوه بر بهبود خواص فیزیكی آنها، می‌توان به افزایش مقاومت سایش، افزایش استحكام، بهبود خاصیت مكانیكی، افزایش حد پارگی و حد شكستگی اشاره كرد. این مواد بر زیبایی ظاهری لاستیك نیز تاثیر گذاشته و باعث لطافت، همواری، صافی و ظرافت شكل ظاهری لاستیك می‌شوند.

كاربرد نانوذرات کربنات کلسیم

استفاده از نانوذرات كربنات كلسیم در صنایع لاستیك باعث بهبود كیفیت و خواص تركیبات لاستیك می‌شود. از جمله مزایای استفاده از نانوذرات كربنات كلسیم می‌توان به توانایی تولید در مقیاس زیاد، افزایش استحكام لاستیك، بهبود بخشیدن خواص مكانیكی (افزایش استحكام مكانیكی) و انعطاف‌پذیر شدن تركیبات لاستیك اشاره كرد. نانودرات كربنات كلسیم علاوه بر بهبود خواص فیزیكی تركیبات لاستیك، در شكل ظاهری آن نیز تاثیر می‌گذارد و به آن زیبایی و ظرافت می‌بخشد. این امر در مرغوبیت كالا و بازار پسند بودن آن تاثیری بسزا دارد.

نانوذرات كربنات كلسیم برای كسب مزایای ذكر شده به لاستیك‌های طبیعی و مصنوعی نظیر: NR، SBR، BR، EPDM SBS اضافه می‌شود. نتایج نشان می‌دهند كه استحكام لاستیك، افزایش می‌یابد. استحكام بخشی نانوذرات كربنات كلسیم، بر اثر پیچیدگی فیزیكی ناشسی از پیوستگی در پلیمرهای آن و واكنش‌های شیمیایی ناشی از سطح تعمیم یافته آن است.

کاربرد دوده

دوده نیز یکی از مهم ترین پرکننده ها در لاستیک سازی محسوب می شود. این ماده به عنوان یک تقویت کننده به لاستیک ها اضافه می شود. اندازه این ذرات در مقاومت در برابر سایش و خوردگی موثر است. افزودن نانوذرات کربنی به لاستیک به علت افزایش انرژی کشتی سطحی بالای نانوذرات، باعث چسبیدن ذرات به هم می شود که نتیجه آن افزایش مقاومت سایشی و طول عمر بیشتر لاستیک است.

 ادامه دارد...

فناوری نانو و صنعت آب و فاضلاب(1)

 با وجود پیشرفت‌های شگفت آوری که در زمینه‌های مختلف حیات بشر صورت گرفته است، آب همچنان اهمیت خود را به عنوان منبع اصلی تأمین انرژی و نیز تولید محصولات کشاورزی حفظ کرده است.با توسعه فناوری نانو در صنعت آب و فاضلاب، می‌توان تحولی عظیم در تأمین آب مصرفی و بخش‌های وابسته به آن به وجود آورد. کاربردهای فناوری نانو در تصفیه آب، گندزدایی، استفاده بهینه از آب سفره‌های زیرزمینی و بهبود سازه‌های آبی از جمله ویژگی‌هایی است که صنعت آب و فاضلاب با استفاده از فناوری نانو به دنبال تحقق آن‌ها است.

در مجموع کاربردهای متعددی را می‌توان در زمینه استفاده از فناوری نانو متصور بود که اهم آنها عبارتست از:

استفاده از ذرات نانو ساختار در تصفیه آلاینده ها ،رنگ زدایی از آب آشامیدنی ،نمک زدایی از آب ،نانو پوشش ها ،نانو لوله‌های جاذب گازهای سمی ،نانو پلیمرهای متخلخل ،استفاده از نانو ذرات در تصفیه پسابها ،نانو فیلترها ،حذف آرسنیک موجود در آب با استفاده از فناوری نانو

برخی کاربرد های فناوری نانو در عرصه صنعت آب فناوری نانو با روشهای زیر می‌تواند در تهیه آب تمیز کمک کند :

غشاهای فیلتر اسیون نانو متری به منظور افزایش بازیابی آب ،روشهای سازگار با محیط زیست جهت تصفیه آبهای زیر زمینی به وسیله اجزای معدنی و آلی ،نانو مواد برای بهبود کارایی فرایندهای فتو کاتالیستی و شیمیایی ،نانو حسگرهای زیستی جهت تشخیص سریع آلودگی آب .

نانو فیلتراسیون

یکی از کاربردهای فناوری نانو استفاده از نانوفیلترهاست که گام مؤثری در حفظ محیط زیست و صرفه جویی در انرژی نهاده است. نانوفیلترها براساس منافذشان طبقه بندی شده اند. روش نانوفیلتراسیون طی چند سال گذشته رونق گرفته است. در نانو فیلتراسیون جدا سازی براساس اندازه مولکول صورت می‌گیرد و فرآیندی فشاری است. اساساً این روش جهت حذف اجزای آلی نظیر آلوده کننده‌های میکرونی و یونهای چند ظرفیتی می‌باشد. از دیگر کاربردهای نانو فیلتراسیون می‌توان به حذف مواد شیمیایی که به منظور کشتن موجودات مضر به آب اضافه شده اند، حذف فلزات سنگین، تصفیه آبهای مصرفی، رنگ زدایی و حذف آلوده کننده ها و حذف نیترات ها اشاره کرد.

در واقع با استفاده از نانوفیلتراسیون کلیه ذرات معلق، ویروس ها و باکتری های آب بدون نیاز به هیچ گونه مواد افزودنی از بین خواهد رفت.  دیگر مزایای استفاده از نانوفیلتراسیون در تصفیه آب و پساب عبارتند از: حذف نمکهای چند ظرفیتی (از قبیل آهن، منگنز، اورانیم و برخی آفت کش ها)، امکان تولید میزان آب تصفیه شده در مقیاس وسیع، از بین بردن انواع باکتری، ویروس و میکروارگانیزم ها، حذف آلاینده های آلی، حفظ مواد معدنی مورد نیاز سلامت انسان، از بین بردن اثرات مخرب زیست محیطی، حذف کدورت، سختی و شوری آب، پایین بودن هزینه تصفیه و در مجموع همانگونه که اشاره شد نیاز نداشتن به افزودن مواد شیمیایی زیان آور برای محیط زیست و انسان.

آب نانو فیلتر شده

فناوری‌های جدید، امکان تولید آب نانوفیلتر شده را در مقیاس انبوه فراهم می‌کند. آب تصفیه‌شده به وسیله نانوفیلتراسیون به اندازه آب‌معدنی تصفیه‌شده ارزش دارد. همان طور که گفتیم با استفاده از نانوفیلتر، مواد معدنی لازم برای سلامت انسان در آب باقی مانده و مواد سمی و مضر، از آن حذف می‌شود.

نانوفیلتراسیون یک روش مفید بین روش‌های اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون است. اولترافیلتراسیون به دلیل بالاتر بودن مقدار آلاینده‌های معدنی و قلیایی نسبت به حد مجاز و روش اسمز معکوس به دلیل تولید خلوص بیش از حد محصول و بالا بودن قیمت دارای نقایصی هستند.دانشمندان دانشگاه باناراس (Banaras) روش ساده‌ای برای تولید فیلترها با استفاده از نانولوله‌های کربنی توسعه داده‌اند که قادر به حذف مؤثر آلاینده‌های میکرو‌ و نانومقیاس از آب و نیز حذف هیدروکربن‌های سنگین از نفت خام است. استفاده از نانولوله‌های کربنی در ساخت فیلترها سبب سهولت در تمیز کردن، افزایش استحکام، قابلیت استفاده مجدد و مقاومت آنها در برابر گرما می‌شود. این فیلترها دارای دقت بسیار مناسبی در کاربردهای مختلف هستند، به عنوان مثال قادرند پولیوویروس‌هایی با اندازه 25 نانومتر را به خوبی پاتوژن‌های بزرگ‌تری مانندE. Coil و باکتری‌های استافیلوکوک، از آب حذف نمایند. شرکت آرگوناید (argonide) در حال استفاده از نانوفیبرهای اکسید آلومینیوم با اندازه دو نانومتر برای تصفیه آب است. فیلترهایی که از این فیبرها ساخته شده‌اند، می‌توانند ویروس‌ها، باکتری‌ها و کیست‌‌ها را از بین ببرند.

نانو حسگر ها

 اگر چه حسگرهای مختلفی برای آشکار نمودن آلودگی‌ها و مواد آلوده وجود دارند ولی فناوری نانو امکان ایجاد نسل‌های جدیدی از حسگرهای با توانایی بالا را فراهم می‌نماید که مواد آلاینده در مقادیر و غلظت‌های کم را آشکار می‌نمایند.

فناوری نانوو تصفیه آب

در دسترس بودن آب سالم و پاک یکی از مهم‌ترین مسائل پیش روی بشر است و به تدریج که مقدار مصرف آب بیشتر می‌شود مواد آلاینده نیز به طرق مختلف باعث آلوده کردن منابع آبی می‌گردند و این مسأله در آینده بحرانی‌تر خواهد شد. توانایی تصفیه آب، این امکان را فراهم می‌کند تا منابع مناسب‌تری برای مصارف گوناگون به دست آوریم.

بهره گیری از فناوری نانو در فرآیند تصفیه آب، راه حل مناسبی است تا بتوان به سادگی آب آلوده را برای استفاده در کشاورزی و یا حتی برای مصارف خانگی بازیافت نمود. کاربردهای فناوری نانو در تصفیه آب را می‌توان در سه فرآیند زیر خلاصه کرد:

فرآیند غربالی

در فرآیند غربالی، تصفیه آب به وسیله غشاهایی با منافذ در حد نانومتر صورت می‌پذیرد. فناوری تولید نانو غشاء یکی از فناوری‌های پرکاربرد در صنعت امروز است که حوزه کاربرد آن از صنعت آب و فاضلاب تا صنایع غذایی، دارویی و همچنین صنایع نفت، گاز و انرژی گسترده شده است. در این روش، بر حسب اندازه منافذ غشا، ترکیبات آلی و معدنی و یا مواد زیستی، به راحتی از آب جدا شده و در نهایت آبی تصفیه شده خواهیم داشت.

فرآیند جذبی

از جاذب‌ها می‌توان به عنوان جداسازی محیطی، در تصفیه آب و حذف آلاینده‌های آلی بهره برد . از جمله نانو جاذب های پرکاربرد در تصفیه آب می‌توان به مزوپورهای نانو حفره ای اشاره کرد. مزپورها مواد متخلخلی‌اند که در ابعاد میکرون بوده و تنها حفرات تشکیل دهنده آن‌ها در اندازه‌های نانومتری است. پوشش دادن این حفرات با نانوذراتی که قدرت پیوند با مواد آلاینده را دارند باعث بهبود عملکرد نانو جاذب‌ها خواهد شد.

فرآیند تجزیه

استفاده از صفحات لایه نشانی شده با دی اکسید تیتانیوم در فرآیند تصفیه آب، این امکان را فراهم می‌کند تا با تابش اشعه UV، مواد آلاینده موجود در آب، به ترکیباتی غیرمضر تجزیه شوند. در این روش، دی اکسید تیتانیوم به عنوان یک فتوکاتالیست عمل کرده و شرایط مورد نیاز برای انجام واکنش تجزیه را فراهم خواهد کرد.

از جمله آلاینده‌های موجود در آب‌های صنعتی که دی اکسید تیتانیوم آن‌ها را به آب و دی اکسید کربن تبدیل می‌کند عبارتند از: آلکان ها، و آلکن ها، آلکین ها، اترها، آلدئیدها، الکل ‌ها، ترکیباتی آمینی، ترکیبات سیانیدی، استرها و ترکیبات آمیدی.

ادامه دارد...

فناوری نانو وصنعت نفت وگاز (2)

قسمت اول

صنعت نفت و گاز در ایران قدمت زیادی دارد و با بهره مندى از این منابع عظیم توانسته است، جایگاه ویژه اى  را براى کشور به وجود آورد. تلاش براى  دستیابى به فناوری و بهبود وضعیت موجود در این صنایع امرى است که بایدبه آن توجهى ویژه کرد. به همین دلیل، صنایع نفت، گاز و پتروشیمى نیز کمابیش از دایره نفوذ فناوری نانو دور نمانده و فناوری نانو در این محدوده نیز وارد شده است.

کاربرد فناوری نانو در بهره برداری از چاه ها

عملیات بهره برداری از چاه ها، شامل کلیه فعالیتهایى است که منجر به تولید، حفظ و افزایش آن می شود. در این مورد می توان به انجام آزمایشهای مورد نیاز چاه ها و عملیات بهبود چا ه هامانند )اسیدکاری، مشبک کاری، مسدودسازی، مانیتور نمودن وضعیت فشار و دبی) اشاره کرد. فناور ی نانو می تواند نقش بسیار حیاتی را در هر کدام از این بخشها ایفا کند. عمده این نقش، تغییر در ساختار ابزار و مواد مورد استفاده در این عملیات است . به طور یقین، استفاده از فنآوری نانو می تواند موجب تسهیل و تسریع عملیات و در نهایت منجر به افزایش تولید از چاه ها شود.

از کاربردهای فناور ی نانو در بهره برداری از چاه ها می توان به موارد ذیر اشاره کرد.

کاربرد درپایش وضعیت چاهها

یکی از عملیات مهم در بهر ه برداری از چا ه ها ثبت اطلاعات دقیق از وضعیت چا ه ها از قبیل فشار، دما و دبی در سرچاه و یا در ته چاه است. اطمینان از صحت عملکرد  وسایل انداز ه گیری اهمیت ویژ های دارد.

محققان در آزمایشگاه فوتونیک دانشگاه  ویرجینیا، در حال توسعه ى انواع خاصی از حسگرهای قابل اعتماد و ارزان، از فیبرهای نوری براى اندازه گیری فشار، دما، جریان نفت و امواج آکوستیک در چا ه ها هستند. این حسگرها به علت مزایایی نظیر انداز ه ى کوچک، ایمنی در قبال تداخل الکترومغناطیسی، قابلیت کارآیی در فشار و دمای بالا و محیط های دشوار، بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. از همه مهمتر این که، امکان جایگزینی و تعویض این حسگرها بدون دخالت در فرآیند تولید نفت و با هزینه ى مناسب فراهم میشود. در حال حاضر عمل جایگزینی و تعویض حسگرهای قدیمی در چا ههای نفت هزینه هاى هنگفتى در پی دارد. حسگرهای جدید از نظر تولید، بسیار مقرون به صرفه بوده و انداز ه گیر یهای دقیق تری را انجام می دهند. انتظار می رود که فناوری این حسگرها تولید نفت را با ارایه انداز ه گیری های دقیق و قابل اعتماد و کاهش ریسکهای همراه با اکتشاف و حفاری نفت بهبود بخشد.

هم چنین حسگرهای مذکور به علت توانایى کاربرد در موارد ویژه نظیر استخراج دریایی و افقی نفت جایی که به کاربستن حسگرهای قدیمی در چنین شرایطی بسیار مشکل می باشد از توجه خاصی برخوردارند.

کاربرد در عملیات مشبک کاری

قسمت عمده تکمیل یک چاه، مشبک کردن لایه تولیدی آن در صورت نیاز  است. این عمل، یعنی برقرار کردن ارتباط بین لایه تولیدی و داخل چاه، با سوراخ کردن جداره پوششی  چا ه صورت می پذیرد. امروزه به دو صورت جداره پوششی را مشبک میکنند: یکی توسط گلوله های خاصى که با یک روش مشخص از داخل چاه به سمت دیواره فلزی آن(در عمق مورد نظر( پرتاب می شود و دیگری به وسیله ى شهاب فلزی که با استفاده از باروت به وجود می آید. طرز عمل هر دو تقریباً مشابه است و فقط نوع گلوله ها متفاوت است. امروزه عملیات شهاب فلزی معمول است که در آن از دو فلز با جنس های متفاوت و مواد منفجره)برای تولید نیروی کافی(بهره گرفته مى شود.

انجام عملیات مشبک کاری به نوع مواد منفجره، جنس گلوله، نوع سنگ و ... بستگی دارد. با مشبک کاری، لوله ى جداری یا آستری و سیمان پشت آن و نیز بخشی از لایه ى مربوط به آن سوراخ می شوند. سپس نفت یا گاز از طریق سورا خهای ایجاد  شده به درون چاه راه پیدا می کند.

پیشرفتهای اخیر در زمینه مهندسی سطح با استفاده از پوشش های هوشمند و فناور یهای پوشش دهی، اصطکاک و سایش را در تما س های سطحی، بهتر کنترل مى کند. پوششهاب به علت جذب سولفورها و فسفرها ویسکوزیته را کاهش داده و خاصیت روانروی را در سیال تقویت مى کنند.

در سا لهای اخیر گونه ای از پوشش های نانو ساختار تولید شده که از فازهای فلزی  و سرامیکی تشکیل شده اند. پوششهاى مذکور به علت دارا بودن ساختار نانو و یکنواختى یکسان آنها در طول پوشش، داراى قابلیت چندکارگى نیز هستند.  این پوششها علاوه بر سختی بالا، ضریب اصطکاک پایین، خواص هدایت الکتریکی یا حرارتی زیادی دارند.

کاربرد در عملیات سیما ن کاری

سیما ن کاری دقیق لوله های جداری در عملیات حفاری از اهمیت ویژ ه ای برخوردار است، به طور یکه اگر کیفیت سیما ن بندی پایین باشد، مشکلات عدید ه ای در زمان تولید از چاه به وجود خواهد آمد. لوله‌های جداری توسط سیمان به جداره چاه می‌چسبند و محکم می‌شوند. در این فرآیند ابتدا لوله‌های جداری به یکدیگر وصل می‌شوند و تا انتهای چاه رانده می‌شود. سپس سیمان از ته چاه به پشت لوله‌های جداری (فضای بین لوله‌های جداری و دهانه چاه) پمپ می‌شود و تا سطح زمین بالای می آید.نوع سیما نهای مورد استفاده  عملیات سیما نکاری به نوع عملیات و وضعیت چاه و لایه ها بستگی دارد. سیمان باید خواصی مانندگیرش، پمپ شوندگی، ویسکوزیته مناسب و سختی نهایی قابل کنترلی را داشته باشد. خصوصیات مذکور را مى توان با استفاده از نانوافزودنیها تأمین کرد.   نانوذرات با اضافه شدن به سیمان به خاطر خواص میا ن کوانتومی و توده مواد، باعث به وجود آمدن کیفیت مناسب آن می شوند. یکی از خصوصیات بارز این ذرات آن است که پس از اضافه شدن، تمام مخلوط یکسان شده و به تبع آن باعث یکنواختى خواص سیمان می شود.

ازدیاد برداشت نفت با استفاده از فناوری نانو

روند اکتشاف حوزه‌های نفتی در حال کاهش است و بسیاری از مخازن نفتی نیز در انتهای بازه تولید خود قرار دارند. اهمیت اصلاح و بهبود روش‌های ازدیاد برداشت از این روست که در بسیاری از مخازن نفتی دنیا حدود دو سوم از نفت مخزن درون آن و بدون استفاده باقی می‌ماند و به کمک روش‌های مرسوم نمی‌توان آن را برداشت کرد حضور فناوری نانو در این بخش می‌تواند به افزایش بازدهی مخازن انرژی کمک شایانی نماید.

پوشش‌های مایع نانوساختار به عنوان عایق حرارت و ضدخوردگی

خصوصیت ویژه این محصول، مایع بودن آن است که امکان استفاده از آن را بر روی سطوح فلزی و غیر فلزی توسط پیستوله، برس و رول‌های نقاشی فراهم می‌کند. همچنین در اندازه نانو بودن ذرات این پوشش‌ها باعث می‌شود که بیشترین نفوذ در حفره‌های سطحی، که عملیات پوشش دهی بر روی آن انجام می‌شوند، را ایجاد کنند و چون ابعاد ذرات این پوشش‌ها در حد میلی میکرون است، هم از فضا و هم از مواد به میزان صحیحی استفاده می‌شد. علاوه بر این، تراکم این لایه‌های نازک به حدی است که میزان تخلخل در آن بسیار کم بوده و عواملی که سبب خوردگی می‌شوند، نیز نمی‌توانند در این لایه‌ها نفوذ کنند. ضمناً چسبندگی این نوع پوشش به ماده هدف بسیار مناسب بوده و استحکام پوشش بسیار بالا است و همچنین به دلیل توزیع یکنواخت پوشش، پراکنش لایه نازک اختلاف پتانسیل را از بین برده و نیروی محرکه برای شروع خوردگی را از بین می‌برد.

  ادامه دارد...

راه طولانی نانولوله‌های کربنی برای تحول جهان

اینکه چه زمانی قرار است این رشته های سبک، قدرتمند و میکروسکوپی جهان را تغییر دهند نامشخص است اما در ادامه چند شیوه جدید که محققان از این نانو لوله ها استفاده می کنند تا جهان را به مکانی شگفت انگیزتر تبدیل کنند، معرفی می شوند:

کارایی حقیقی نانولوله های کربنی

اگر در یک سیستم رایانه ای یک کابل مسی نتواند الکترونها را انتقال دهد کل سیستم از کار خواهد افتاد. در حالی که بیشتر مطالعات بر روی تولید نانولوله های کربنی متمرکز شده که کم هزینه و کارآمد هستند، محققان در موسسه ملی استاندارد و تکنولوژی یا NIST در حال اکتشاف بر روی کاربردهای واقعی نانولوله های کربنی هستند.

با کوچکتر شدن روز به روز الکترونیکها، تولید کنندگان در جستجوی شیوه هایی برای بهبود گنجایش آنها برای گنجاندن تجهیزات مورد نیاز هستند و به نظر می آید نانولوله ها بهترین راهکار برای مینیاتوری کردن اتصالات میان رایانه ها باشند. علاوه بر ابعاد کوچک این نانولوله ها، از کارایی بسیار زیادی برخوردارند و به صورت نظری می توانند هزار برابر رساناهای رایج فلزی جریان الکتریکی را انتقال دهند.

تصور نانو لوله های کربنی در حالی که در آینده ای نه چندان دور درون الکترونیکهای مصرفی جایگزین کابلهای مسی شده اند کار چندان دشواری نیست. با این همه توماس ادیسون نیز در زمان خود و در حالی که بر روی ساخت لامپ کار می کرد از رشته های کربنی استفاده کرد، رشته هایی که ابعاد نانویی نداشتند و به سرعت در آزمایشها سوخته می شدند، مشکلی که دانشمندان امروزی نیز باید برای برطرف کردن آن راهکاری بیاندیشند.

محققان بر این باورند که باید سطح مشترک نانولوله ها با دیگر فلزات به دقت مورد بررسی قرار گیرد. اکتشافات جدید در این زمینه می تواند منجر به مقرون به صرفه شدن و امکان پذیرشدن تولید انبوه نانولوله ها شده و سرعت جایگزینی آنها را درون الکترونیکهای مصرفی بالا ببرد.

متاسفانه جایگزینی کابلهای مسی توسط این نانولوله های کربنی در یک تراشه امیدوار کننده نبود زیرا الکترودهای فلزی تراشه زمانی که جریان از سطحی بالاتر رفت، مختل شدند و مدار طی 40 ساعت از کار افتاد. به گفته محققان NIST شاید این نانو رشته ها برای جایگزینی سیمهای مسی در ابزارهای مختلف کارامد نباشند، اما به طور حتم در ساخت ابزارها و نمایشگرهای قابل انعطاف کاربردی خواهند بود.

ترانزیستورها

نانولوله‌ها در آستانه كاربرد در ترانزیستورهای سریع هستند، اما آن ها هنوز هم در اتصالات داخلی استفاده می‌شوند. بسیاری از طراحان دستگاه‌ها تمایل دارند به پیشرفت‌هایی دست یابند كه آن ها را به افزایش تعداد اتصالات داخلی دستگاه‌ها در فضای كوچك تر، قادر نماید. ترانزیستورهای ساخته شده از نانولوله‌ها دارای آستانه می‌باشند (یعنی سیگنال باید از یك حداقل توان برخوردار باشد تا ترانزیستور بتواند آن را آشكار كند) كه می‌توانند سیگنال‌های الكتریكی زیر آستانه را در شرایط اختلال الكتریكی یا نویزآشكار و ردیابی نمایند. همچنین از آنجایی كه ضریب تحرك، شاخص حساسیت یك ترانزیستور برای كشف بار یا شناسایی مولكول مجاور می‌باشد، لذا ضریب تحرك مشخص می‌كند كه قطعه تا چه حد می‌تواند خوب كار كند. ضریب تحرك تعیین می‌كند كه بارها در یك قطعه چقدر سریع حركت می‌كنند و این نیز سرعت‌ نهایی یك ترانزیستور را تعیین می‌نماید.

لذا اهمیت استفاده از نانولوله‌ها و تولید ترانزیستورهای نانولوله‌ای با داشتن ضریب تحرك برابر با 100 هزار سانتیمتر مربع بر ولت ثانیه در مقابل سیلیكون با ضریب تحرك 1500 سانتیمتر مربع بر ولت ثانیه و ایندیم آنتیمونید (بالاترین ركورد بدست آمده تا به امروز) با ضریب تحرك 77 هزار سانتیمتر مربع بر ولت ثانیه بیش از پیش مشخص می‌شود.

حسگرها

حسگرها ابزارهایی هستند كه تحت شرایط خاص، از خود واكنش‌های پیش‌بینی شده و مورد انتظار نشان می‌دهند. شاید دماسنج را بتوان جزء اولین حسگرهای كه بشر ساخت به حساب آورد. با توجه به وجود آمدن وسایل الكترونیكی و تحولات عظیمی كه در چند دهه اخیر و در خلال قرن بیستم به وقوع پیوسته است، امروزه نیاز به ساخت حسگرهای دقیق‌تر، كوچك تر و با قابلیت‌های بیشتر احساس می‌شود.

حسگرهایی كه امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرند،‌ دارای حساسیت بالایی هستند به طوری كه به مقادیر ناچیزی از هر گاز، گرما یا تشعشع حساسند. بالا بردن درجه حساسیت،‌ بهره و دقت این حسگرها نیاز به كشف مواد و ابزارهای جدید دارد. با آغاز عصر فناوری نانو، حسگرها نیز تغییرات شگرفی خواهند داشت. یكی از نامزدهای ساخت حسگرها، نانولوله‌ها خواهند بود. با نانولوله‌ها می‌توان،‌ هم حسگر شیمیایی و هم حسگر مكانیكی ساخت. به خاطر كوچك و نانومتر بودن ابعاد این حسگرها، دقت و واكنش آن ها بسیار زیاد خواهد بود، به گونه‌ای كه حتی به چند اتم از یك گاز نیز واكنش نشان خواهند داد.

تحقیقات نشان می‌دهد كه نانولوله‌ها به نوع گازی كه جذب آن ها می‌شود حساس می باشند؛ همچنین میدان الكتریكی خارجی،‌ قدرت تغییر دادن ساختارهای گروهی از نانولوله‌ها را دارد؛ و نیزمعلوم شده است كه نانولوله‌های كربنی به تغییر شكل مكانیكی از قبیل كشش حساس هستند. گاف انرژی نانولوله‌های كربنی به طور چشمگیری در پاسخ به این تغییر شكل‌ها می‌تواند تغییر كند. همچنین می‌توان با استفاده از مواد واسط، مانند پلیمرها، در فاصله میان نانولوله‌های كربنی و سیستم، نانولوله‌های كربنی را برای ساخت زیست حسگرها نیز توسعه داد. تحقیق در زمینه كاربرد نانولوله‌ها در حسگرها در حال توسعه و پیشرفت است و مطمئناً در آینده‌ای نه چندان دور شاهد بكارگیری آن ها در انواع مختلف حسگرها (مكانیكی، شیمیایی، تشعشی، حرارتی و ..) خواهیم بود.

نانولوله های کربنی جایگزین حسگرهای زیستی

حسگرهای زیستی از الکترودهای پوشیده شده از آنزیمهایی خاص، برای احساس ترکیباتی ویژه استفاده می کند. زمانی که ترکیبات واکنش آنزیم را دریافت می کنند سیگنالهای قابل محاسبه الکتریکی از خود ایجاد می کنند. نانولوله ها می توانند این میدان مطالعاتی را متحول کنند همانطور که دانشمندان در دانشگاه پوردو در حال مطالعه بر روی کاربرد نانولوله ها به عنوان حسگرهای زیستی هستند.

محققان برای اینکار باید ابتدا نانولوله ها را با آب سازگار سازند و از این رو محققان DNA ترکیبی را ایجاد کرده اند که درون مایع به نانولوله ها متصل می شود. به گفته دانشمندان دانشگاه پوردو در آینده می توان توالی از DNA را به وجود آورد که مکمل نانولوله ها بوده و می تواند جایگزین آنزیمها در حسگرهای زیستی شوند.

نمایشگرهای گسیل میدانی

بسیاری از متخصصان بر این باورند كه فناوری نمایشگرهای با صفحه  تخت امروزی از نظر هزینه، كیفیت و اندازه صفحه نمایش، برای مصارف خانگی مناسب نیستند. آن ها معتقدند كه با استفاده از نمایشگرهایی كه از نانولوله‌های كربنی به عنوان منبع انتشار استفاده می‌كنند، می توانند این مشكلات را بر طرف ‌كنند .

نانولوله‌های كربنی می‌توانند عنوان بهترین گسیل كننده میدانی را به خود اختصاص داده و ابزارهای الكترونی با راندمان وكارایی بالاتری تولید كنند. خصوصیات منحصر به فرد این نانولوله‌ها، تولیدكنندگان را قادر به تولید نوعی جدید از صفحه نمایش‌های تخت خواهد ساخت كه ضخامت آن ها به اندازه چند اینچ بوده و نسبت به فناوری‌های فعلی از قیمت مناسب‌تری برخوردار باشد. به علاوه كیفیت تصویر آن ها هم به مراتب بهتر خواهد بود.

در پدیده گسیل میدانی، الكترونها با استفاده از ولتاژ اندك از فیلم‌های ضخیم دارای نانولوله به سمت صفحه نمایش پرتاب شده و باعث روشن شدن آن می‌شوند. هر نقطه از این فیلم، یك پرتاب كننده الكترون (تفنگ الكترونی) كوچك است كه تصویر را روی صفحه نمایش ایجاد می‌كند. ولتاژ لازم برای نمایشگر گسیل میدانی از طریق صفحه نمایش صاف متكی بر نانولوله‌ نسبت به آنچه به صورت سنتی در روش اشعه كاتدی استفاده می‌شد، كمتر می‌باشد و این نانولوله‌ها با ولتاژ كمتر، نور بیشتری تولید می‌كنند.

حافظه‌های نانولوله‌ای

به دلیل كوچكی بسیار زیاد نانولوله‌های كربنی ‌(كه در حد مولكولی است)، اگر هر نانولوله‌ بتواند تنها یك بیت اطلاعات در خود جای دهد، حافظه‌هایی كه از این نانولوله‌ها ساخته می‌شوند می‌توانند مقادیر بسیار زیادی اطلاعات را در خود ذخیره نمایند. با در نظر داشتن این مطلب، بسیاری از محققان در حال كار بر روی ساخت حافظه‌های نانولوله‌ای می‌باشند؛ بنابراین رؤیای ساخت رایانه‌های با سرعت بالا عملی خواهد شد.

از كاربردهای دیگر نانو لوله ها می توان به امكان ذخیره هیدروژن در پیل‌های سوختی، افزایش ظرفیت باتری‌ها و پیل‌های سوختی، افزایش راندمان پیل‌های خورشیدی، جلیقه‌های ضدگلوله سبك و مستحكم، كابل‌های ابررسانا یا رسانای سبك، رنگ‌های رسانا،‌ روكش‌‌های كامپوزیتی ضد رادار، حصار حفاظتی الكترومغناطیسی در تجهیزات الكترونیكی، پلیمرهای رسانا، فیبرهای بسیار مقاوم، پارچه های با قابلیت ذخیره انرژی الكتریكی جهت راه اندازی ادوات الكتریكی، ماهیچه‌های مصنوعی با قدرت تولید نیروی 100 مرتبه بیشتر از ماهیچه‌های طبیعی، صنایع نساجی، افزایش كارایی سرامیك‌ها، مواد پلاستیكی مستحكم، تشخیص گلوكز، محلولی برای اتصال درونی تراشه‌های بسیار سریع، مدارهای منطقی و پردازنده‌های فوق سریع، كمك به درمان آسیب‌دیدگی مغز، دارورسانی به سلول‌های آسیب دیده، از بین بردن تومورهای سرطانی، تجزیه هیدروژن، ژن‌درمانی، تصویربرداری، SPM، FEM، محافظ EMT، حسگرهای شیمیایی ، SET و LED، پیل‌های خورشیدی و نهایتاً LSI اشاره كرد. البته در چند مورد اخیر بیشتر از نوع تك جداره آن استفاده می‌شود.

نانولوله های کربنی با این گستره كاربردها می‌تواند در آینده‌ای نه چندان دور بازار بزرگی را به خود اختصاص داده و زندگی بشر را تحت تأثیر خود قرار دهد.

حیات مجدد دندان‌های پوسیده با فناوری نانو

فناوری نانو و دندانپزشکی (2)

قسمت اول

فناورى نانو می تواندساخت و تولید موادى در مقیا سهاى كوچك (درحد نانو) را به عهده گیرد كه در علم دندان پزشكی مورد استفاده  قرار گرفته و به پایدارى و استحكام دندا نها كمك نمایند. با توجه به امكان دستكارىدر عمده خواص مواد به كمك فناورى نانو،می توان به ساخت محصولات باكیفیت تر و بهره ورى بیشترامیدوار بود. این یك ایده نوین در جهت پیشرفت علم دندان پزشكى و فناورى نانو در كنار یكدیگراست.

استفاده از نانو ذرات در ترمیم دندان

زیبایی امروزه در دندانپزشكی ترمیمی جایگاه ویژه‌ای دارد و استفاده از نانوذرات در این راه ایده‌آل به نظر می‌رسد. زیبایی زیاد به خصوص كه دارای كاربردی راحت و سریع نیز است، مهمترین ویژگی‌ آن‌ها محسوب می‌شود.

از جمله مزایای استفاده از نانوذرات در ترمیم دندان‌ها می‌توان تولید پركننده‌ها با جلای بالا، حداقل زمان جلا دادن، پایداری و مقاومت مواد نسبت به ضربات مكانیكی، كمترین چسبندگی به ابزارها و امكان دقیق تطابق رنگ را نام برد.در ادامه به عنوان نمونه کاربرد نانو ذرات رادر محصولات تعدادی از شر کت ها بیان می کنیم.

شركت 3M نانو كامپوزیتی به نام Filtek Supreme تولید می‌كند كه در ترمیم دندان‌ها كاربرد دارد. این كامپوزیت‌ دارای 3 ویژگی برجسته است كه مورد توجه دندانپزشكان و مریض‌ها قرار گرفته كه استفاده راحت، زیبایی منحصر به فرد، كیفیت بالا از مزایای آن است. این محصول به 3 شكل كیت مقدماتی (افراد تازه‌كار)، كیت افراد حرفه‌ای و كیت كامل محصولات عرضه می‌شود.

شركت Altair‌دارای فناوری منحصر به فردی در تولید مواد نانوكریستالی در سطح وسیع با كیفیت بالا و قیمت مناسب است. این شركت موفق به تولید نانوذرات اكسید زیركونیوم شده كه از جهت كاربرد در دندانپزشكی این ذرات دارای استحكام بالا و شفافیت نسبت به نور بوده ولی مانع از عبور اشعه ایكس می‌شود و لذا در مواردی كه دندان‌های پر شده با اشعه UV معالجه می‌شوند، بسیار مناسب است.

نانوذراتی كه در شركت كره‌ای Sukgyung تولید می‌شوند دارای كاربردهای وسیع و كارایی بالا هستند. DM یك سیلیكاژل بسیار خالص است كه به روس سل-ژل در این شركت تولید می‌شود كه ذرات آن به هم نمی‌چسبند و بدون تخلخل و دارای وزن حجمی بالا هستند.DM برای مصارف انسانی بی‌ضرر بوده و آمیزش پذیری بالایی با رزین‌های با كارایی بالا دارد. با توجه به این ویژگی‌ها، امكان استفاده از این مواد در دندانپزشكی به عنوان پركننده فراهم شده است.

گروه Nanoproducts محصولی با نام تجاری PurNano از نانوذرات سیلیكونی تولید كرده است كه در صورت استفاده در نانو كامپوزیت‌های دندانپزشكی، باعث سختی بیشتر، قدرت خمش افزایش یافته، شفافیت و ایجاد ظاهری جذاب‌تر می‌شوند. به علاوه استفاده از این نانوذرات میزان شكنندگی مواد پركننده را به اندازه 50 درصد كاهش می‌دهد.

Amazon نام كامپوزیت سرامیكی است كه محصول شركت آمریكایی Medidenta است. این كامپوزیت سرامیكی حاوی نانو و میكروذرات هیبریدی سرامیك است. ادعا شده است این كامپوزیت‌ توانسته است كه زیبایی، دوام و خواص فیزیكی مواد هیبریدی را با خاصیت جلاپذیری میكروفیل‌ها همراه سازد. درجات متغیر كدورت این فرآورده امكان ایجاد رنگ مشابه دندان طبیعی را فراهم می‌سازد.

شركت Pentron تولیدكننده یك نانوكامپوزیت‌ به نام Sculpture است. از این نانوكامپوزیت می‌توان در انوع ترمیم‌های دندانپزشكی بدون استفاده از آلیاژهای فلزی استفاده كرد. این كامپوزیت‌ نانوهیبریدی باعث جلاپذیری و زیبا شدن كامپوزیت‌های میكروفیل شده و باعث تقویت، استحكم، كاهش سایش و افزایش مقاومت در برابر زنگ‌زدگی كامپوزیت‌ هیبریدی می‌گردد. POSS نام ماده‌ای سیلیكونی دیگر است كه بر اساس نانوتكنولوژی در این شركت ساخته شده است و باعث بهبود خواص گرمایی و مكانیكی پلیمرهای رایج می‌شود و لذا از آن به راحتی در طی فرآیند تولید پلیمرها به صورت مستقیم می‌توان استفاده كرد. از این ماده می‌توان به عنوان جایگزین مواد با پایه هیدروكربنی یا مواد افزودنی با وزن حجمی كم در پلاستیك‌های رایج استفاده كرد.

این مواد دارای سازگاری زیستی، قابلیت بازیافت، عدم احتراق و قیمت مناسب هستند. Simile نام محصول دیگر این شركت است. این نانوكامپوزیت نیز دارای مزایای متعددی است. به دلیل داشتن نانوفیلرها در اثر استفاده از این كامپوزیت‌ سطوح صافتری ایجاد می‌شود كه امكان جلاپذیری آنها بیشتر است.از طرفی به دلیل داشتن نانوفیلرها جلای بیشتری با مصرف آن ایجاد می‌شود. خواص فیزیكی مناسب جهت كاربرد در قسمت های خلفی ،فرسایش كمتر جهت انجام ترمیم های درازمدت ،سائیدگی كمتر ،عدم چسبیدن به وسایل جهت راحتی كار ،عدم سفت شدن در صورتی كه كنار گذاشته شود ،زیبایی فوق العاده و طبیعی از دیگر مزایای این محصول است.

تجدید حیات دندان‌های پوسیده با فناوری نانو

محققان به وسیله فناوری نانو این امید را ایجاد کرده اند که می توان به دندان مشکل دار و مرده حیاتی دوباره بخشید. گروهی از محققین با ساخت ماده ای نرم ومشابه پالپ از جنس نانو مدعی شده اند به جای استفاده از روش های مرسوم می توان با پر کردن دندان با پالپ جدید دندان را ترمیم نمود.

محققین در Regenerative endodontics همچنین با نوعی جدید از دنتال فیلم در ابعاد نانو می گویند می توان در فرایند کانال تراپی به نتایج فوق العاده ای دست یافت و دندان را به زندگی مجدد برگرداند. به گفته نادیا جسیل از محققان این پروژه با این روش از تخریب دندان میلیون ها نفر در دنیا می توان جلوگیری نمود. در طول معالجه دندان، پزشک پالپ معیوب را بر می دارد اما اگر بتوان به جای برداشتن پالپ آنرا با پالپ نانویی عوض کرد، آنوقت انقلابی بزرگ در دندان پزشکی بوجود می آید.

دانشمندان از ترکیب ماده ای بنام آلفا ملانوسیت Alpha-MSH یا هورمون محرک با نوعی پلیمر که خاصیت جنگندگی با باکتری را داراست به ماده جدید دست یافته اند.این ماده جدید نوعی پالپ مصنوعی با همان ویژگی طبیعی است. نانو فیلم حاصل از این فناوری نیز که دارای آلفا ملانوسیت است، می تواند در تجدید حیات دندان آسیب دیده کمک فراوانی نماید و حتی روش کانال تراپی و فرایند آنرا کاملا تغییر دهد. در واقع دورن پالپ فیبروبلاست است که میکروبی شده و باعث تخریب در دندان می شود. ماده ساخته شده نیز به ترمیم و محافظت دائمی از پالپ بر می خیزد.

کانال ریشه فضایی درون دندان است که به قسمت نرم آن پالپ می گویند.پالپ در واقع سیستم عصبی و رگهای خونی را شامل می شود که هرنوع آسیبی (مانند شکستن دندان و ...)که بدان برسد باکتری می تواند دورن آن رشد و نمو کرده و میکروب خود را در آن توسعه دهد. باکتری منجر به عفونت شده و اگر درمان نشود کل دندان را مورد تهدید قرار می دهد. به طور معمول کانال تراپی ریشه خالی کردن درون دندان از میکروب و باکتری ها و محتویات آسیب رسان ومهر و موم کردن آن با ماده ای سخت است تا از نفوذ میکروب در آینده جلوگیری شود. در طول سالیان گذشته هر نوع دندانی که از قسمت پالپ خراب شده و یا آسیب می دیده پالپ آن کشیده می شده و مابقی دندان سر جای خود باقی می مانده است.

کانال ریشه چیست؟ "کانال ریشه" فضایی درون ریشه دندان است که درون آن پالپ وجود دارد. محتویات کانال ریشه و تاج دندان را پالپ می گویند. پالپ دندان محتویات درون دندان را می سازد.البته این قسمت پالپ روزگاری در دوران جنینی یا ابتدای زندگی تمام قسمتهای دندان شانل مینا و عاج را ساخته است و خود اکنون درون عاج محصور شده  است. محتویات پالپ دندان عبارتند از: رگهای خونی ,لنف و اعصاب مختلف, مایع میان بافتی. عصب دندان تنها یکی از اجزای پالپ می باشد ولی ظاهرا برای بیماران تمام محتویات کانال می باشد.پالپ دندان به دو قسمت تاجی و ریشه ای تقسیم می شود. وظایف پالپ عبارت است از :تغذیه دندان, انتقال حس دندان و مهمتر از همه ساخت و رسوب دادن نسوج دندانی که البته این آخری تا آخر عمر ادامه دارد.دقیقا به همین دلیل است که پالپ سن جوانی بسیار وسیع تر از پالپ در سنین بالا است که این نیز به دلیل رسوب پشت سر  هم عاج در طول پالپ می باشد که رفته رفته حفره پالپ را کوچکتر می کند. اصولا هر فرایندی که باعث از بین رفتن و به اصطلاح درگیر شدن پالپ در فرایند نکروز می شود نیاز به روت کانال تراپی را نیز به دنبال خواهد داشت.حال این علت می تواند پوسیدگی باشد و یا حتی دندانهایی وجود دارند که دچار پوسیدگی نیستند ولی به دلیل تروما و یا علل نامعلوم پالپ دندان فرایند انهدام را طی می کند و این نیز محیط میکروبها را مهیا نموده و عفونت دندانی آغاز می شود در این شرایط است که باید محتویات کانال خالی شده و طوری مهر و موم شود که میکروبها نتوانند به آن محیط نفوذ کنند.

      ادامه دارد...

فناوری نانو وصنعت نفت وگاز (1)

از آنجایی که قدرت و پایداری مواد در صنایع نفت و گاز از اهمیت فراوانی برخوردار است، ساخت مواد در مقیاس نانو با دقت بسیار زیاد نه تنها زمین شناسان و مهندسان را قادر می‌سازد ابزارهایی که از آن‌ها استفاده می‌شود را کوچک‌تر سازند بلکه در تولید و ساخت مواد با کیفیت آن‌ها را یاری می‌کند.

کاربردهای فناوری نانودر کشف کاهش آلودگی

آلودگی توسط مواد شیمیایی و یا گازهای آلاینده یك مبحث بسیار دشوار در تولید نفت و گاز می‌باشد. نتایج بدست‌آمده از تحقیقات دانشمندان حاكی از آن است كه فناوری نانو می‌تواند تا حد مطلوبی به كاهش آلودگی كمك كند. در حال حاضر فیلترها و ذراتی با ساختار نانو در حال توسعه می‌باشند كه می‌توانند تركیبات آلی را از بخار نفت جدا سازند. این نمونه‌ها علیرغم اینكه اندازه‌ای در حدود چند نانومتر دارند، دارای سطح بیرونی وسیعی بوده و قادر به كنترل نوع سیال گذرنده از خود می‌باشند. همچنین كاتالیست‌هایی با ساختار نانو جهت تسهیل در جداسازی سولفید هیدروژن، آب، مونوكسیدكربن، و دی‌اكسید كربن از گاز‌طبیعی در صنعت نفت بكار گرفته می‌شوند. در حال حاضر مطالعاتی بر روی نمونه‌هایی از خاك رس در ابعاد نانو و جهت تركیب با پلیمرهایی صورت می‌پذیرد كه بتوانند هیدروكربن‌ها را جذب نمایند. بنابراین می‌توان باقیمانده‌های نفت را از گل حفاری جدا نمود.

نانوسنسورها در خدمت بهبود استخراج نفت

با توجه به دما و فشار زیاد در محیط‌های سخت زیرزمینی، سنسورهای قدیمی الكتریكی و الكترونیكی و سایر لوازم اندازه‌گیری قابل اعتماد نمی‌باشند و در نتیجه شركت‌های استخراج‌ كنندة‌ نفت در تهیة ‌اطلاعات لازم و حساس جهت استخراج كامل و مؤثر نفت از مخازن از نانو سنسورها استفاده کنند.

در حال حاضر محققان در حال توسعة یك‌سری نانوسنسورهای قابل اعتماد و ارزان از فیبرهای نوری جهت اندازه‌گیری فشار، دما، جریان نفت و امواج آكوستیك در چاه‌های نفت می‌باشند. این نانو سنسورها به‌علت مزایایی نظیر اندازه كوچك ،‌ایمنی در قبال تداخل الكترومغناطیسی ، قابلیت كارآیی در فشار و دمای بالا و همچنین محیط‌های دشوار، مورد توجه بسیار قرار گرفته‌اند. از همه مهم‌تر اینكه امكان جایگزینی و تعویض این نانوسنسورها بدون دخالت در فرآیند تولید نفت و باهزینه‌ مناسب فراهم می‌باشددرحالی که عمل جایگزینی و تعویض سنسورهای قدیمی در چاه‌های نفت میلیون‌ها دلار هزینه در پی دارد. نانوسنسورها از نظر تولید بسیار مقرون ‌به صرفه بوده و اندازه‌ گیری‌های دقیق‌تری ارائه می‌دهند.

انتظار می‌رود كه تكنولوژی این نانوسنسورها تولید نفت را با ارائه اندازه‌گیری‌های دقیق و قابل اعتماد و كاهش ریسك‌های همراه با اكتشاف و حفاری نفت بهبود بخشد. همچنین این نانوسنسورها به‌علت برخی كاربردهای ویژه نظیر استخراج دریایی و افقی نفت، جایی كه بكاربستن سنسورهای قدیمی در چنین شرایطی بسیار مشكل می‌باشد، از توجه ویژه‌ای برخوردارند.

نانوسنسورها در لرزه نگاری بهتر

یکی از کاربردهای فناوری نانو در صنایع  نفت و گاز، استفاده از آن در لرز ه نگاری است. عملیات لرز ه نگاری با ایجاد انفجار در نقاط مختلف روی زمین و سپس ثبت شدت و دامنه لرز ه های ایجاد شده، توسط دستگا ه هایی خاص انجام میشود. از اطلاعات لرز ه نگاری می توان؛ ساختار کلی لایه های زمین، محدوده مخزن، نوع سیال(اعم از گاز، آب یا نفت و ...) را به دست آورد. دریافت اطلاعات در عملیات لرزه نگاری توسط سنسورهای خاصی صورت می گیرد.  به نظر میرسد با ساخت نانوسنسورها میتوان ثبت لرز ه ها را به صورت دقیقتر انجام داد؛ زیرا امکان وارد کردن این سنسورها  در لایه های مختلف زمین و ثبت لرز ه ها در موقعیتهای گوناگون وجود دارد. فناوری نانو می‌تواند علاوه بر پیشرفت فوق با نانوساختار کردن ژئوفون ها (لرزه نگارهای کوچک )به عملکرد سریع و ثبت اطلاعات صوتی دقیق‌تر در روی سطح زمین منجر گردد.

کاربرد فناوری نانو در ابزار مربوط به عملیات اکتشاف نفت و گاز می تواند به دریافت اطلاعات دقیقتر و به خصوص اخذ اطلاعات از اعماق بسیار زیاد و به تبع آن شناخت جامعتر مخازن کمک کند.

نانوسنسورها برای نمودار گیری دقیق‌تر از چاه

از نانوسنسورها برای تحلیل پرتوها به صورت دقیق، به خاطر سطح ویژه بالای آن‌ها، استفاده می‌شود. این نانوسنسورها علاوه بر این کارکرد، وظیفه تعیین جنس لایه‌ها و تضمین خواص سیال را نیز خواهند داشت. این سنسورها به علت مزایایی نظیر اندازه کوچک، ایمنی در قبال تداخل الکترومغناطیسی، قابلیت کارایی در فشار و دمای بالا و محیط‌های دشوار، در صنعت نفت مورد توجه بسیار قرار گرفته‌اند. همان طور که گفتیم نانوسنسورهای  از نظر تولید بسیار مقرون به صرفه خواهند بود.

کاربرد فناوری نانو در حفاری و تولید

با کاهش منابع در دسترس صنعت اکتشاف و تولید نفت و گاز به دلیل افزایش عمق عملیاتی، خطرات و مشکلات مربوط به زمین شناسی زیر سطحی با افزایش عمق، حرکت افقی برای رسیدن به حداکثر تولید، پیچیدگی عملیات حفاری و شکل پروفایل دهانه چاه یا تعداد شعبه‌های خروجی از دهان اصلی برای رسیدن به حداکثر تماس با مخزن، با چالش‌هایی روبرو شده است. در تمامى فرآیندهاى حفاری چا ههای نفت و گاز، به موادی مستحکم و مطمئن احتیاج است.  با ساخت مواد در مقیاس نانو میتوان تجهیزاتی سبکتر، مقاو م تر و محکمتر از محصولات فعلى را تولید کرد.   دو کاربرد عمده فناوری نانو در عملیات حفاری؛ ساخت سیالات و ابزار حفاری است که در ادامه به آنها اشاره خواهد شد.

ابزارهای حفاری بسیار مقاوم

بیشترین تنش طی عملیات حفاری، به مته‌های حفاری وارد می‌شود. مته‌های حفاری، جزء قسمت‌های از رشته حفاری هستند که مرتباً در حال فرسایش می‌باشند و پس از حفر یک متراژ مشخص، کارایی خود را از دست می‌دهند و بایستی جایگزین شوند. مواد جدیدی که مته‌ها را در برابر خوردگی و فرسایش مقاوم‌تر نمایند در این بخش بسیار مفید هستند. لذا در این بخش می‌توان با استفاده از نانوکامپوزیت ها، نانوساختارها و نانولوله های کربنی، مته‌های حفاری بادوام و مستحکم‌تری را تولید کرد. همچنین با استفاده از نانوالماس ها که به صورت مصنوعی ساخته می‌شود می‌توان بازده حفاری را به میزان زیادی افزایش داد.

گل‌های حفاری با کارایی بیشتر

گل حفاری نقش بسیار عمد ه ای در تسریع یا تأخیر انجام عملیات حفاری دارد. گل حفاری، سیالی است که از درون لوله‌های رشته حفاری به سمت پایین پمپ می‌شود، از سوراخ‌های مته بیرون می‌آید و سپس از فضای حلقوی بین دیواره چاه و لوله‌های حفاری، کنده‌های حاصل از حفاری را به سطح حمل می‌کند. این سیال وظایف بسیاری در عملیات حفاری دارد؛ مانند انتقال خرد ه های حفاری به سطح، خنک نگه داشتن مته حفاری، جلوگیری از ریزش دیواره چاه، کنترل فشار دیوار ه ها و انتقال توان هیدرولیکی پمپ به مته حفاری که بدون آن، عملیات حفاری امکا ن پذیر نیست.

گل حفاری باید خواصی همچون چگالی ویسکوزیته مناسب جهت حمل کنده‌های حفاری به بالا و همچنین قابلیت انتقال توان هیدرولیکی پمپ‌ها را نیز داشته باشد. حصول به خواص مورد نیاز در گل حفاری با افزودن مواد شیمیایی خاص؛ مانند پلیمرها، وزن دهند هها و... امکا ن پذیر است. برای حصول خواصی همچون چگالی مناسب با استفاده از نانوافزودنی ها قابل حصول است. ویسکوزیته مناسب نیز با اضافه کردن نانوافزودنیهایی که خاصیت روغنکاری دارندبه دست می آید. خواصی مانند قابلیت انتقال توان هیدرولیکی و تراکم پذیری از مهم ترین عواملی هستند که به نظر می رسد با استفاده از نانوکامپوزیتها, نانولوله های کربنی و برخی از  نانوپودرهای سرامیکی سخت با وزن مخصوص مناسب(نظیر نانوپودرهای کاربید سلیسیم) قابل دستیابی است.

خواص تیکسوتروپیک گل حفاری نیز می تواند با نانو افزودنیها محقق شود. اگر احیاناً عملیات حفاری قطع شد، گل می بایست به حالت ژلاتینی د ر آمده و مانع از ته نشین شدن کنده های حفاری شود و از گیر کردن ابزار حفاری در درون چاه جلوگیری کند. همچنین گل ژلاتینی باید به گونه ای باشد که با کمترین تنش از حالت ژلاتینی به حالت روان درآید و مجدداً خاصیت تیکسوتروپیک گل را برگشت دهد.در این بخش نیز استفاده از نانومواد تأثیرات به سزایی روی بهبود این خواص دارد.

معجزه مقیاس نانومتر در بناها

فناوری نانو و صنعت ساختمان (2)

قسمت اول

 یک ساختمان بزرگ به استحکام، امنیت و تامین انرژی نیاز دارد که هر یک از این مولفه ها با صنعتی مجزا مرتبط است. به دلایل متعدد ساختمان سازی یکی از اقتصادی ترین فعالیت ها در دنیای امروز است و به بسیاری از فناوری ها ارتباط دارد.

یک ساختمان معمولاً باید 50 تا 100 سال عمر کند و می توان آخرین تحولات در فناوری را در آن اعمال کرد بدون آنکه نیاز به بیرون رفتن ساکنانش باشد. بخش زیادی از فعالیت های جدید فناوری نانو مربوط به ساختمان در حیطه کاهش اتلاف انرژی است، چرا که میزان زیادی از انرژی مصرفی خانه ها صرف گرمایش و سرمایش و استفاده از وسایل برقی می شود، بنابراین به این بخش توجه ویژه ای صورت گرفته است. ساختمان های جدید خروجی دی اکسید کربن و انرژی مصرفی کمتر دارند.

در بسیاری از ساختمان های امروزی مقادیر اتلاف انرژی به حداقل رسیده است .متوسط مصرف ساختمان های کم انرژی امروزی 85 کیلو وات ساختمان به ازای هر متر مربع است. این مقدار برای ساختمان های متداول 220 کیلو وات ساعت به ازای هر متر مربع است.

در ساختمان سازی امروزی کلیه مراحل عمر یک ساختمان از مصالح اولیه و ساخت تا تخریب ساختمان ها، مورد دقت قرار می گیرد. سرفصل های ساختمان سازی در دنیای امروز شامل کاهش مصرف منابع، استفاده از مواد و اجزای قابل بازیافت ساختمانی، جلوگیری از هزینه های حمل و نقل، بازگشت ایمن مواد ساختمانی به چرخه مواد طبیعی، جلوگیری از آسیب به طبیعت و ساختمان هایی است که در آن ها فضا تلف نشود.

هنر فناوری نانو آن است که بتواند هزینه های مربوط به مسکن را کاهش دهد و به خانه دار شدن همه نیز کمک کند.

ساخت بناهای قرص و مطمئن با استفاده از نانو مواد

در نگاه اول به یک بنا اول از خود می پرسیم این بنا چقدر محکم است. مصالح نیز ترکیبی از مواد استحکام دهنده و نگهدارنده هستند. استحکام دهی به یک بنا به طور معمول به مصرف مصالح خیلی زیادی نیاز دارد، مثلاً باید تیرآهن و میلگرد زیادی برای پی ریزی ساختمان استفاده شود. میزان زیاد مصرف ماده و انرژی حین ساخت و سکونت مساله بسیار مهمی است. فناوری نانو راه هایی برای افزایش استحکام با مصرف مصالح کمتر اما محکم تر و کاهش مصرف انرژی ارائه می دهد، یکی از راه ها استفاده از قدرت نانومواد است. نانومواد عمدتاً فعال تر و قوی تر از مواد حجیم هستند و توانایی آن ها به طور چشم گیری افزایش یافته است. لذا حجم کمتری از آنها مورد نیاز است. حضور نانولوله های کربنی و نانوذرات سرامیکی در مصالح می تواند تحمل بار در آنها را افزایش دهد.

بتن مسلح به فولاد محکم در برابر فشارهای خم کننده تحمل بالایی دارد اما تکرار سرما و گرما و چرخه های رطوبت و خشکی سرانجام باعث خرد شدن بتن و بی حفاظ ماندن فولاد می شود که بعدها به زنگ زدن آن منجر خواهد شد. مواد کامپوزیت جدید (نانوکامپوزیت ها)بر اساس پیشرفت های فناوری نانو می توانند این مشکلات را حل کنند.

 اضافه کردن نانولوله ها ی کربنی (نانولوله ها ی کربنی به صورت های تک جداره ویاچند جداره مورد استفاده قرار می گیرند.) و نانوذرات سرامیکی به موادی مانند بتن ها و پلیمرها می تواند قابلیت تحمل بار آنها را افزایش دهد و مقاومت آن ها را نسبت به شرایط محیطی مثل سرما و گرمای خیلی زیاد با شرایط خوردگی نمک یا برخورد با آب، افزایش دهد و توانایی آن ها را برای رو به رو شدن با تنش های دیگر مثل بر خورد با حرکت در زمین لرزه ها، بدون اینکه شکاف بر دارند یا شکسته شوند، زیاد کند،وکارایی وخواص بتن را به طور قابل ملاحظه ای افزایش دهد، استفاده از مصالح جدید نیاز به استفاده از مواد تقویت کننده سنگین مانند فولاد را تغییر داده و امکان ضعیف شدن سازه بر اثر خوردگی را رفع می کند.

جلوگیری از اتلاف انرژی درساختمان

کاری که یک پارچه از عهده آن بر می آید کنترل دما در مجاورت بدن است. پارچه با ذخیره مقادیر اندکی هوا به عنوان بهترین عایق جلوی اتلاف حرارت و گرما را بگیرد. این مثال در مقیاسی بزرگ تر برای یک خانه نیز ممکن است. بشر در طول تاریخ بیشتر از مواد طبیعی برای عایق بندی استفاده کرده است. اگر چه مواد قدیمی در هر موقعیتی که کاربرد انبوه آن ها امکان پذیر بود مانند فضاهای خالی دیوار خوب عمل می کردند، اما برای کاربردهایی مثل شیشه کاری که مقادیر قابل توجه ای گرما می تواند جذب یا دفع شود، مناسب نیستند. مبنای مواد عایق بر دارا بودن تعداد زیادی از حفرات است که تا حد امکان بتوانند هوا را در میان خود نگه دارند. مواد عایق از خاصیت رسانش پایین هوا استفاده کرده و جلوی جریان آزاد هوا را می‌گیرند.

 فناوری نانو خصوصیات عایق بندی بالایی را ممکن می سازد که به پوشش ها یا لفاف های نازک تر امکان می دهد تا از اتلاف یا جذب حرارت بالا جلوگیری کند. کاری که با مواد معمول امکان پذیر نیست. در این عرصه، مواد نانو حفره‌ای ویژگی‌های بسیار جالبی ارائه می‌دهند. از سویی می‌توان به عایق حرارتی در مقابل هر سه نوع انتقال گرا شامل تشعشع، جابجایی و همرفتی اشاره کرد. خصوصیت ویژه این محصول، مایع بودن آن است که امکان استفاده از آن را بر روی سطوح فلزی و غیر فلزی فراهم می‌کند و با صرف هزینه نسبتاً کمی، می‌توان حتی از آن در ساختمان‌های در دست بهره برداری نیز استفاده نمود و هیچ گونه تغییر ظاهری نیز در ترکیب ساختمان ایجاد نمی‌کند.حاصل این کار جلوگیری از اتلاف انرژی از ساختمان است.

فوم های نانوساختار هم با به حداکثر رساندن هوای به دام افتاده مربوط به توده جامد مثل لباس عمل می کنند. این فوم ها از ترکیب پلیمرها و مواد نانوساختار مثل نانوذرات سرامیکی و نانولوله های کربنی ساخته شده اند.

برای آنکه هوا بتواند گرما را انتقال دهد، باید مولکول ها با یکدیگر ارتباط داشته باشند. در فوم های میکرومتری تراکمی حدود 10 سلول در هر میلیمتر وجود دارد. نانوفوم ها حفره های بسیار ریزتری دارند که اندازه آنها کمتر از نیم میکرومتر است. بنابراین باید 2000 سلول در هر میلی متر از این سلول ها وجود داشته باشد. در نانوفوم ها، تعداد مولکول های محبوس در هر سلول آنقدر کم است که مولکول ها حتی اجازه رویت مولکول های جانبی را پیدا نمی کنند و نمی توانند انرژی را دست به دست انتقال دهند، در نتیجه خصوصیت بازدهی در سد کردن گرما بسیار زیاد می شود.

ادامه دارد...

فناوری نانو وبخش کشاورزی (2)

کاربرد فناوری نانو در کشاورزی دقیق

کشاورزی دقیق که همواره آرزویی دیرینه بوده است، کمک می‌کند که بتوان با کم‌ترین ورودی (کودها، آفت کش‌ها، علف کش‌ها و...) بیشترین خروجی (عملکرد محصولات) را به دست آورد؛ این هدف با بررسی متغیرهای محیطی و عملکردهای هدفمند قابل دستیابی است. در کشاورزی دقیق با استفاده از رایانه‌ها، سیستم‌های ماهواره‌ای مکان یاب جهانی (GPS) و دستگاه‌های حسگر کنترل از راه دور، می‌توان در مورد کیفیت رشد محصولات کشاورزی، تشخیص دقیق طبیعت منطقه و مشکلات آن، تصمیم صحیح گرفت. حسگرهای کوچک و سیستم‌های کنترل و پایش که با کمک فناوری نانو ساخته شده‌اند، می‌توانند تأثیر مهمی بر این شیوه جدید کشاورزی داشته باشند.

یکی از نقش‌های اصلی ابزارهای مبتنی بر فناوری نانو، افزایش استفاده از حسگرهای خودکاری است که برای کنترل بلادرنگ به دستگاه‌های GPS متصل می‌شوند. این نانو حسگرها می‌توانند در سراسر کشتزار بخش شده و شرایط خاک و رویش محصول را کنترل و تنظیم کنند. بطور كلی كشاورزی‌ دقیق را می توان یك نوع نگرش جدید در مدیریت مزرعه دانست. امروزه با استفاده از نانو حسگرها مشخص می شود كه هر قسمت كوچك از مزرعه به چه میزان عناصر غذائی و سم نیاز دارد و بدین وسیله از آلودگی‌ محیط زیست جلوگیری‌کرده ، سلامت محصولات و افزایش بازده اقتصادی‌ راممكن می سازد. نانو حسگرها می توانند با کنترل دقیق و گزارش دهی به موقع نیاز های گیاهان به مرکز پردازش اطلاعات سیستم را در نگهداری محصولات یاری نماید.

ساختارهای نانویی همچنین می توانند گلخانه هایی در حجم كم اما انبوه پدید آورند كه تقریباً با اندازه ای برابر 10 درصد كل مزارع زیر كشت در حال حاضر ، می توانند جمعیت كنونی جهان را تغذیه نمایند. در این صورت میلیونها هكتار از زمین های كشاورزی به محیط های طبیعی برای سكونت حیوانات در سراسر جهان باز گردانده می شوند .با استفاده از این ساختارها می توانیم گلخانه‌های كم‌هزینه‌تر با هدف صرفه‌جویی در مصرف انرژی و دوام بیشتر در برابر رطوبت داشته باشیم.

کاربردهای فناوری نانو در گیاه پزشکی

همه ما میدانیم که پیشگیری بر درمان مقدم است. بیماری های گیاهی نیز از روی علائمی مانند تغییر رنگ یا تغییر شکل اندام ها شناسایی می شوند ولی مسئله اینجاست که این علائم مدتها پس از ورود عامل بیماری به بافت گیاه بروز پیدا می کنند به همین خاطر با سریعترین اقدام ها برای جلوگیری از شیوع بیماری باز هم مقداری از محصول از بین می رود. در نتیجه نیاز به ابزاری که به کمک آن بتوان در همان مراحل ابتدایی ورود عامل بیماری، آن را کنترل و مهار کرد بسیار ضروری به نظر میرسد. نانو حسگرهای زیستی ابزارهایی هستند که از تلفیق ابزارهای شیمیایی، فیزیکی و زیستی بدست آمده اند. این نانوحسگرها شامل ترکیبات زیستی مانند یک سلول، آنزیم و یا آنتی بادی متصل به یک مبدل انرژی هستند و قادرند که تغییرات ایجاد شده در مولکول های اطراف خود را گزارش دهند. این گزارش ها توسط سیگنالهایی که مبدل انرژی به تناسب با مقدار آلودگی تولید میکند دریافت می شوند. بنابراین اگر تجمع زیادی از عامل بیماری در اطراف این حسگرها وجود داشته باشد سیگنال های قوی فرستاده می شوند. ارزیابی حضور آلاینده ها در محیط توسط حسگرها در چند دقیقه میسر است اما با استفاده از روش های رایج حداقل 48 ساعت زمان برای تشخیص نیاز است.

شیوه های کنونی برای بررسی سلول ها بسیار ابتدایی است و دانشمندان برای شناخت آنچه که در سلول اتفاق می افتد ناگریزند سلول ها را از هم بشکافند و در این حال بسیاری از اطلاعات مهم مربوط به سیالهای درون سلول یا ارگانهای موجود در آن از بین می رود. پیشرفت های فناوری نانوبطور خاص مطالعات بنیادی زیست شناسی را تقویت خواهد کرد.محققان امیدوارند در آینده ای نه چندان دور با استفاده از نانوفناوری موفق شوند فعالیت اجزای هر سلول را تحت کنترل خود در آورند.هم اکنون گام های بلندی در این زمینه برداشته شده ، به عنوان نمونه دانشمندان میتوانند فعالیت پروتئین ها و مولکول D.N.A را در درون سلول کنترل کنند.به کمک فناوری نانوروش جدیدی برای بررسی بیان ژن و آنالیز mR.N.A سلولهای زنده بدون مرگ یا تخریب آنها با استفاده از میکروسکوب نیروی اتمی AFM ارائه شده است.

حسگرهای هوشمند و سیستم‌های حمل هوشمند

به منظور ردیابی و مبارزه ی سریع و مفید با ویروس‌ها و سایر عوامل بیماریزا گیاهی به کار می روند.

تیمار مولكولی بیماریها، ردیابی سریع بیماریها، افزایش توانمندی گیاهان برای جذب مواد مورد نیاز

 سموم هوشمند در ابعاد نانو

 از بین تدابیر موجود در مدیریت آفات کشاورزی استفاده از آفت کش ها و سموم سریعترین و ارزان ترین روش برای واکنش به یک وضعیت اضطراری است.

روش های کنترل زیستی در حال حاضر بسیار هزینه بر هستند. در این روش ها کنترل آفت از طریق یکی از دشمنان طبیعی آن آفت صورت می گیرد. امروزه مصرف بی رویه آفت کش ها مشکلات زیادی را ایجاد کرده اند این مشکلات شامل اثرات سوء بر سلامت انسان (ایجاد مسمومیت های حاد یا بیماری های مزمن)، تاثیر این مواد بر حشرات گرده افشان و حیوانات اهلی مزارع و همچنین ورود این مواد به آب و خاک و تاثیر مستقیم و غیر مستقیم آن در این نظام های زیستی می باشد. مصرف بی رویه آفت کش ها محصولات کشاورزی را نیز به منبع ذخیره سم تبدیل می کند مهمترین سوال در زمینه استفاده از آفت کش ها این است که: چقدر از این سموم استفاده کنیم؟ استفاده از سموم هوشمند در ابعاد نانو می تواند راه حل مناسبی باشد. این سموم که قابلیت حرکت در گیاه را دارند در بسته هایی که حاوی نشانی خاصی هستند قرار می گیرند. برچسب نشانی یک کد مولکولی است که بر روی بسته نصب شده و به بسته اجازه میدهد که به بخشی از گیاه که مورد حمله عامل بیماری یا آفت قرار گرفته تحویل داده شود. این ناقلین در ابعاد نانو همچنین دارای خود تنظیمی نیز می باشند به این معنی که سموم فقط به میزان لازم به بافت گیاهی تحویل داده می شود. دقت در ردیابی بافت هدف و میزان اندک اما موثراین سموم باعث می شود استفاده از سموم در کشاورزی به حداقل برسد.

      ادامه دارد...

فناوری نانو وبخش کشاوری(1)

همان طور که می دانید ورود نسل اول فناوری ها به عرصه ی کشاورزی ، در چند دهه ی گذشته منجر به وقوع انقلاب سبز و گذر از کشاورزی سنتی به کشاورزی صنعتی گردید ، در این دوره افزایش چشمگیری در کیفیت و کمیت محصولات کشاورزی صورت گرفت که البته در کنار آن استفاده ی بی رویه از منابع مشکلاتی را نیز در پی داشت.

اکنون با گذشت سالها از وقوع انقلاب سبز و کاهش مجدد نسبت رشد تولیدات کشاورزی به جمعیت جهان ، لزوم به کارگیری فناوری های جدید در صنعت کشاورزی پیش از هر زمان دیگری آشکار است.

در این بین فناوری نانو به عنوان یک فناوری بین رشته ای و پیشتاز رفع مشکلات و کمبود ها در بسیاری از عرصه های علمی و صنعتی ، به خوبی جایگاه خود را در علوم کشاورزی و صنایع وابسته آن به اثبات رسانیده است. فناوری نانو کاربرد های وسیعی در همه مراحل تولید ، فراوری ، نگهداری ، بسته بندی و انتقال تولیدات کشاورزی دارد.ورود فناوری نانو به صنعت کشاورزی و صنایع غذایی متضمن افزایش میزان تولیدات و کیفیت آن ها ، در کنار حفظ محیط زیست و منابع کره ی زمین می باشد.

کاربردهای فناوری نانو در اصلاح نباتات

از کاربردهای فناوری نانو در اصلاح نباتات به موارد زیر می توان اشاره کرد

* انتقال ژن های مورد نظر به سلول های گیاهی با استفاده از نانومواد.

در این روش از سامانه ی رسانش نانوذرات طلای پوشیده با DNA یا RNA بداخل سلول استفاده می شود.

* ساخت ابزارهای جدید برای بیولوژی سلولی و مولكولی.

این ابزار ها جهت تعیین مولكول‌های خاص ، شناسایی و جداسازی آن ها استفاده می شوند و کاربری بسیاری دارند که از این بین می توان به موارد زیر اشاره کرد.

تكنولوژی و علم تولید مثل ، اصلاح نژاد حیوانات و گیاهان ، تبدیل ضایعات به انرژی و محصولات جانبی مفید و علم و تكنولوژی كودسازی.

* اصلاح بذور به شیوه اتمی

کاربردهای نانو در تولید سموم و کود های موثر و کم خطر

ذرات سموم کشاورزی به وسیله عواملی از قبیل باد ، وارد هوا شده و با ورود به سیستم تنفسی انسان ، آن را در معرض انواع بیماری های استنشاقی قرار می دهد ، فناوری نانو، با افزایش میزان سوددهی و کاهش عوارض سموم کشاورزی ، معضلات ناشی از این سموم را رفع می کند و آنها را به محصولاتی کاملاً مفید تبدیل می کند.

ازکاربردهای آن می توان به موارد زیر اشاره کرد:

* تولید سموم و كودهای شیمیایی با استفاده از نانوذرات و نانوكپسول ها

این نسل از سموم و کود ها قابلیت رهایش كنترل شده یا تاخیری ، جذب و تاثیرگذاری بیشتر و سازگاری با محیط زیست را دارا هستند.

* تولید كریستالهای نانویی جهت افزایش كارایی استفاده از آفت‌كش‌ها

استفاده از كریستالهای نانویی امکان كاربرد آفت‌كش‌ها با دُز های كمتر را فراهم می آورد و این یعنی به حداقل رساندن ورود این ترکیبات خطرناک به طبیعت.

* تولید نانوکودها (Nanofertilizers)

این ترکیبات نانویی به سرعت و به صورت کامل جذب گیاه شده و به خوبی نیازها و کمبود های غذایی آن را مرتفع می سازد.

کاربردهای فناوری نانو در حوزه ماشین آلات كشاورزی

ورود فناوری های نوین ،از جمله فناوری نانو به بازار ساخت ماشین های کشاورزی وساخت ادوات کاراتر،صاحبان این صنعت را بر آن داشته است که گوی سبقت را از سایر رقبا بربایند.

از کاربردهای فناوری نانو در حوزه ماشین آلات کشاورزی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

* كاربرد در پوششهای بدنه ادوات و ماشینها و ابزارهای كشاورزی و حتی شیشه ها برای افزایش در برابر خوردگی و سائیدگی و انعكاس امواج ماوراء بنفش

* تولید قطعات مكانیكی مستحكم تر با استفاده از نانوروكش ها و استفاده از بیوحسگرها در ماشین آلات هوشمند جهت مبارزه مكانیكی  شیمیایی با علف های هرز

* بهینه سازی میزان و شكل سموم مصرفی و وسایل سم پاشی

* تولید روكش های نانویی یاتاقانها برای كاهش اصطكاك

* تولید قطعات مختلف موتورماشینهای كشاورزی مقاوم به ساییدگی، خوردگی ، حرارت و كاهش اصطكاك

* استفاده از آنها در تولید سوختهای جایگزین و آلودگی كمتر محیط زیست

کاربردهای فناوری نانو در تصفیه ی آب و ادوات آبیاری

نمک زدایی و تصفیه ی اقتصادی تر آبها جهت شرب و کشاورزی

سازمان ملل پیش بینی کرده که در سال 2025 میلادی ، 48 کشور جهان (معادل 32% جمعیت جهان) دچار کمبود آب آشامیدنی و کشاورزی می شوند، تخلیص و نمک زدایی آب به کمک نانوفناوری از زمینه های مورد توجه در دفاع پیشگیرانه و امنیت زیست محیطی است.سامانه های نانویی طراحی شده می توانند آب دریا را با صرف انرژی 10 برابر کمتر از دستگاه اسمز معکوس، و 100 برابر کمتر از دستگاه تقطیر،نمک زدایی کنند.

استقاده از نانو ذرات و نانوفیلترها امکان تصفیه و بهسازی آب را با سرعت و دقت بیشتر فراهم می کند همچنین استفاده از نانو فیلترها در حذف آلودگیهای میکروبی آب (Bioremediation) کاربری گسترده ای دارد.

بی خطر ساختن مواد آلاینده آب و خاک و قابلیت بازیافت آنها

ازکاربردهای فناوری نانو در بی خطر ساختن مواد آلاینده آب وخاک وقابلیت بازیافت آن ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

* ساخت سوپر جاذبهای آب از پلیمرها و مواد کامپوزیت

این مواد به منظور ذخیره و حفظ رطوبت بیشتر در خاک طراحی گردیده اند و استفاده از آنها به ویژه در مناطق خشک و کم آب در افزایش میزان عملکرد بسیار مفید خواهد بود.

* ساخت مواد پوششی جدید و کارا برای پوشش درون لوله های فلزی

این مواد پوششی به منظور جلوگیری از خوردگی ناشی از سیالات و کاهش زبری جداره لوله ها به کار می روند.

* بکار گیری پلیمرهاو مواد کامپوزیت برای تولید انواع قطره چکان

قطره چکان های ساخته شده با این مواد قابلیت تنظیم دقیق فشار آب را دارند همچنین به واسطه ی نوع مواد اولیه ی مورد استفاده این قطره چکان ها نسبت به نفوذ ریشه گیاه مقاوم هستند.

كاربردهای فناوری نانو در حوزه علوم دامی

محصولات دامی یکی از اصلی ترین منابع غذایی مورد استفاده بشر است وفناوری نانو می تواند در جهت افزایش بهره وری ونیز کیفیت مناسب این محصولات نقش عمده ای را ایفا کند.برخی از کاربردهای فناوری نانو در این زمینه عبارتند از:

* استفاده از نانوذرات نقره (نانوسیلورها) در افزایش بهداشت دام و جایگاههای پرورش دام و طیور

نانوذرات نقره به عنوان ضدعفونی كننده قوی ( ضد یاكتری و ضد میكروب ) مطرح بوده و با توجه به پایداری آنها و عدم مصرف این ذرات (عدم نیاز به تهیه مجدد) استفاده از آنها در ضدعفونی كردن جایگاههای نگهداری دام و طیور كاربرد گسترده ای یافته است.

* استفاده از نانوفیلترها به منظور فرآوری محصولات لبنی

در فرآوری محصولات لبنی، استفاده از فیلترها بسیار مرسوم است. نانوفیلترها، امكان عبور انتخابی ذرات خاص را فراهم آورده و از این رو فرآوری مورد نظر را ممكن می سازند.

* استفاده از نانوكپسولها بعنوان پوششی برای آنزیمهای خوراكی و داروهای دامی

با توجه به كاربرد برخی آنزیمها و پروتئین های خاص در جیره های دام و طیور كه بمنظور افزایش عملكرد و تاثیر در بافتی مشخص استفاده می شوند و معمولا در دستگاه گوارش بخوبی جذب نمی شوند، لذا استفاده از نانوكپسولها برای پوشش دار كردن و محافظت از آنها تا رسیدن به بافت هدف، موثر خواهد بود.

* استفاده از نانوحسگرها در بخشهای مختلف سیستمهای پرورش دام و طیور و شناسایی انفرادی دامها

* استفاده از نانوحسگرها و نانوبیوحسگرها در ماشین‌های شیردوشی

* شتاب تحقیقاتی در اصلاح نژاد انواع دام ، طیور و آبزیان مؤثر

* تولید خوراك‌های غیربیولوژیك و داروهای دامی

* نانو واكسیناسیون DNA با استفاده از نانوكپسول‌ها و روش‌های التراسوند

* اصلاح نژاد

* تشخیص و در مان بیماری دام

نانوداروهای ضد سرطان

داروسازی نوین با کمک فناوری نانو (3)

آزاد شدن کنترل شده وافزایش تاثیردارو،کاهش عوارض جانبی وسمیت دارویی،هدف قراردادن بافتی خاص یاتوده ای بدخیم وهمچنین بهبودقابلیت پذیرش بیماران از ویژگی های منحصربه فردی است که صنایع دارویی بااستفاده از فناوری نانو به دنبال تحقق آن هستند. دراین قسمت در ادامه قسمت های (1) و (2) به بررسی بخشی دیگر از داروسازی نوین با کمک فناوری نانو می پردازیم.

نانوداروهای ضد سرطان

سرطان به عنوان یک از مهلک ترین و مرگبارترین بیماری هایی است که بشر با آن مواجه است. با ورود مواد شیمیایی گوناگون به زندگی بشر و آلودگی روزافزون زیست محیطی، آمار سرطان نیز افزایش یافته است. در این میان اگر چه داروها و روش های درمانی زیادی برای سرطان ارائه شده، ولی به دلیل آسیب های جدی که این داروها به دیگر قسمت های بدن می رساند، عوارض جانبی درمان سرطان نیز از دیگر مشکلات همراه سرطان است. لذا برای اولین در سال 1906 ایده ساخت دارویی که بدون آسیب به سلامتی سایر بافت ها و جوارح بدن، به هدف خود برسد، توسط پل ارلیخ مطرح شد. وی اسم این داروی فرضی را «گلوله جادویی» نامید.

در اغلب موارد هدف از ارائه و مصرف چنین سیستم های دارویی بالا بردن اثر درمانی، کاهش عوارض جانبی، نگهداری مقدار دارو در یک دوز مطلوب، بهینه کردن مصرف دارو، رساندن دارو به بافت مورد نظر بدون آسیب به دیگر قسمت های بدن است. بسیاری از داروهایی که ظرفیت بالای درمانی دارند، به خاطر عوارض جانبی و یا مشکل تولیدشان به شکلی که به راحتی قابل واگذاری به بیماران باشد، توسعه نمی یابند.

در این گونه موارد فناوری نانو راه کارهایی را با ترکیب اجزای فعال داروها با مولکول های دوام آور یا با فناوری های جدید تولید دارو به صورت پودرهای خیلی ریزتر ارائه داده است. به عنوان مثال برخی از شرکت ها در حال حاضر داروهای تنگی نفس و مسکن را به صورت پودری با ابعاد نانومتری تولید می کنند که با استنشاق آن نسبت به روش های سنتی جذب سریع تری از دارو به بدن صورت می گیرد. محققان کشورمان نیز طی ماه های اخیرموفق به ساخت نانو داروی ضدسرطان سیناداکسوزوم شدند،ا ین نانو داروی تزریقی ، یک ترکیب ضد سرطان بوده که جهت درمان سرطان تخمدان ، سینه ، مولتیپل میلوما ، کاپوسی سارکومای و بیماری ایدز مورد استفاده قرار می گیرد.

 این نانوداروی ماده دوکسوروبیسین که برای درمان سرطان استفاده می شود و درواقع یک سم سلولی است که چون انتخابی عمل نمی کند، غلظت آن در بافت های سالم و توموری تقریبا برابر است. درون نانو کپسول های لیپوزومی محبوس می شود تا هم اثرات جانبی آن کاهش یابد هم اثرگذاری دارویی آن بالا رود. قطر این نانو دارو در حدود 100 نانومتر است و علاوه بر اینکه کوچکی آن برای ورود به بافت پرعروق تومورها مناسب است، توانایی انتقال یک حجم قابل توجه از دارو را نیز دارد. همچنین حلالیت بهتر دارو، سمیت کمتر، مدت زمان بیشتر باقی ماندن در سلول هدف و تسهیل ورود به داخل سلول از دیگر مزایای آن عنوان شده است.

 ویواژل داروی ضدویروس ایذر بر پایه دندریمر است. دندریمر نوعی پلیمر است. پلیمرها می توانند به صورت خطی یا شبکه ای باشند، دندریمر یک پلیمر شبکه ای به حساب می آید. در یک دندریمر، زنجیره های مولکولی پلیمری شده شبکه ای که هر کدام شعبه های جدیدی می سازند در نهایت یک مغز یا هسته مرکزی را شکل می دهند. درمان های جدید سرطان از راه فناوری های نانومواد مغناطیسی در حال توسعه هستند. این درمان ها بر اساس نانوذرات آهن مغناطیسی است که با تغییر یک میدان مغناطیسی اعمال شده قابل گرم شدن هستند. این حرارت باعث می شود که سلول های سرطانی که از سلول های معمولی به دما حساس تر هستند، از بین بروند.

ابزار جدید انتقال دارو

حصول اطمینان از این که دارو به بافت یا بخش مورد نظر بدن بیمار هدایت شود و همچنین اطمینان از میزان داروی استفاده شده، دو نمونه از مهم ترین مسائل پزشکی نوین هستند. این امر به طور خاص برای درمان سرطان اهمیت دارد. چون داروهای شیمی درمانی برای سلول های عادی و سرطانی مانند سم عمل می کنند.

به خاطر ناسازگاری برخی مواد با بدن و دفع سریع آن ها توسط سامانه ایمنی بدن، داروها به طور موقت در داخل یک ساختار هماهنگ با سامانه ایمنی بدن قرار می گیرند و در هنگام نیاز در موضع بیماری به سرعت از داخل آن آزاد می شوند.

همان طور که در قسمت های قبلی شرح دادیم در دارورسانی تمام تلاش محققان بر ساخت روبات هایی است که در داخل بدن بتوانند وارد شوند. خود را به موضع مناسبی برسانند و سلول زیانبار را نابود کنند. آن ها باید کاری کنند که این روبات ها با سامانه ایمنی بدن، امواج گرمایی اداره کننده گردش خون و تعادل بدن هماهنگ و سازگار باشند.

انتقال دارو از پوست

قورت دادن یک قرص معمولاً کار آسانی است، اما هنوز هم خیلی ها فراموش می کنند که داروهای خود را به موقع و به اندازه مصرف کنند و مقدار دارو یا دوز دارو در خون افت و خیز دارد. چسب های دارویی که به پوست می چسبند از این مشکلات جلوگیری می کنند. این چسب ها در سال 1990 برای ترک اعتیاد مورد استقبال قرار گرفت. مجموعه ای از این چسب ها چند هفته که مورد استفاده قرار می گرفت، مقدار نیکوتین بدن را به تدریج کاهش می داد و با این کار فرد به مرور اعتیاد خود را از دست می داد. امروزه چسب های پوستی برای انتقال استروژن برای درمان بیماری های هورمون، نیتروگلیسیرین برای گلودرد، اسکوپولامین برای بیماری های حرکتی و دریازدگی، فنتانیل برای کنترل درد و کلونیدین برای فشار خون بالا مورد استفاده قرار می گیرد. سال ها تحقیقات به بررسی احتمالی و حد تحقق دارو رسانی تراپوستی (دارورسانی از پوست) اختصاص یافته است. اولین مدل موفق برای انتقال تراپوستی در سال 1979 ایجاد شد.

انواع چسب های پوستی

برچسب های میکروسوزنی: این برچسب ها دارو را در یک مایع یا پلیمر نگهدارنده ذخیره می کنند.

چسب تک لایه: یک چسب پلیمری که به پوست می چسبد ودارورادربرمی گیرد.

چسب چند لایه: چسب چندلایه غشایی دارد که نرخ تغذیه دارو را به ویژه داروهایی که باید خیلی کند به پوست تغذیه شوند.

مساله اصلی در چسب های درمانی، انتقال آسان و موثر دارو از طریق دو سد اصلی پوست یعنی استراتوم کورنئوم و اپیدرمیس است که استراتوم کورنئوم اهمیت بیشتری دارد. استراتوم کورنئوم 10 تا 15 میکرومتر ضخامت دارد، اپیدرمیس  10 تا 50 میکرومتر و لایه درمیس 2 تا 3 میلیمتر ضخامت دارد. معمولاً دارو یا ناقل انتقال تراپوستی نمی تواند به آسانی از استراتوم کورنئوم عبور کند. فناوری نانو نقش برجسته ای در این موارد دارد.داروهای نانومتری ،می توانند به صورت مستقیم وموثربه اپیدرمیس انتقال داده شوند.اندازه کوچکتر داروها،نفوذ پذیری راآسان می کند.