| ريچارد ارت اسمالي | |
|
| ريچارد. پي. فاينمن | |
|
انتظار می رود كه مقیاس نانومتر به یك مقیاس با كارایی بالا و ویژگیهای منحصربفرد ، طوری ساخته خواهند شد كه روش شیمی سنتی پاسخگوی این امر نمی تواند باشد .
• نانوتكنولوژی می تواند باعث گسترش فروش سالانه 300 میلیارد دلار برای صنعت نیمه هادیها و 900 میلیون دلار برای مدارهای مجتمع ، طی 10 تا 15 سال آینده شود .
• نانوتكنولوژی ، مراقبتهای بهداشتی ، طول عمر ، كیفیت و تواناییهای جسمی بشر را افزایش خواهد داد .
• تقریبا نیمی از محصولات دارویی در 10 تا 15 سال آینده متكی به نانوتكنولوژی خواهد بود كه این امر ، خود 180 میلیارد دلار نقدینگی را به گردش درخواهد آورد .
• كاتالیستهای نانوساختاری در صنایع پتروشیمی دارای كاربردهای فراوانی هستند كه پیش بینی شده است این دانش ، سالانه 100 میلیارد دلار را طی 10 تا 15 سال آینده تحت تاثیر قرار دهد .
ادامه مطلب
حال اگر ما كنترل این اجزا را در دست گرفته و آنها را به شكل وسایلى اتمى، مولكولى و یا فوق مولكولى درآوریم، این توانایى را خواهیم داشت كه از آنها در جهت خواسته هایمان استفاده كنیم.
در نانوتكنولوژى خصوصیات شگفت انگیز اجزا وقتى آشكار مى شوند كه ما آنها را در ابعاد ساختمانى نانو بنا كنیم، مانند نانو تیوپ كربن و یا سیم هاى كوانتومى و یا مواد مربوط به DNA و یا لیزر.
تاریخچه:
در سال 1953 مدل ساختمانى DNA طرح ریزى شد و این جرقه اى بود كه دیگر مكانیسم هاى مولكولى در انسان كشف شود.
در 1959 ریچارد فین من (Richard Feynman) اكتشافات جدید در مقیاس اتم را پیش بینى كرد. او سپس مواد نانو را به عنوان ابزار بسیار كوچك براى ساخت ماشین هاى مولكولى بسیار كوچك خاطرنشان كرد. نامبرده برنده جایزه نوبل شد. چند دهه بعد دانشمندان شیمى و بیولوژى توانستند ساختمان هاى مولكولى را بسازند كه تحولى بزرگ در زندگى بشر ایجاد كرد. همچون نایلون، تفلون، چسب هاى شیمیایى و...
در سال هاى اخیر ما شاهد ساخت ساختارهاى بسیار كوچك مانند چیپ هاى كامپیوترى بوده ایم. در سال 1981 میكروسكوپ هاى تونلى ابداع شد كه به ما اجازه مشاهده مستقیم اتم هاى مجزا را مى دهد.
سپس در سال 1986 اكتشافات شكل جدیدى از مولكول كربن كه داراى 60 اتم كربن در شكلى مثل توپ فوتبال است، راه جدید را به سوى نانو تكنولوژى باز كرد.
در سال 1990 اولین ژورنال نانوتكنولوژى در انگلیس چاپ شد و سپس در سال بعد شركت هاى مختلفى مثل IBM به سرمایه گذارى در این زمینه كردند و در ژاپن و آمریكا توجه دولت ها به این تكنولوژى معطوف شد.
در سال 1992 دركسلر (Drexler) كه او را مى توان پدر برنامه ماشین هاى مولكولى، ساخت و محاسبه آنها در نانو تكنولوژى دانست، طرح خود را ارائه كرد.
در این طرح ماشین هاى كوچك براى انجام اهداف نانو تكنولوژى طراحى شدند.
در كشور ایران ستاد ویژه توسعه فناورى نانو در پاییز 1382 به دستور رئیس جمهور وقت تشكیل شد.
وظیفه اصلى این ستاد تعیین اهداف و راهبردها و رفع موانع و خدمت رسانى به بخش هاى اجرایى (خصوصى و دولتى) براى توسعه فناورى نانو است.
حمایت هاى تشویقى ستاد از دانشجویان، دانشمندان و دست اندركاران فناورى نانو جهش چشمگیرى را در این زمینه در ایران موجب شده است.
تاكنون بیش از 700 نفر در فهرست افراد مرتبط با فناورى نانو در بانك اطلاعاتى ستاد ثبت شده اند كه در میان آنها تنها نام چندین پزشك همچون دكتر لهراسبى، دكتر لاریجانى و دكتر هومن اردبیلى به چشم مى خورد.
دكتر هومن اردبیلى در تحقیقات مرتبط با نانو تیوپ و پیشرفت هاى آتى علم پزشكى توسط نانو روبات ها طى مقالاتى نتایج تحقیقات خود را ارائه داده است.
مقالات تحقیقاتى وى در دو بخش اطلاع رسانى براى عموم و مقالات اختصاصى بسیار حائز اهمیت و ارزشمند است، بخصوص كاربرد نانو تیوپ ها در پزشكى كه موفقیت درمان بیمارى هاى لاعلاج را ترسیم مى كند.
كاربردهاى نانوتكنولوژى:
براى كاربرى نانو پزشكى مى توان به تحقیقات دكترى جوان (هومن اردبیلى) كه هم اكنون در كشور آمریكا مشغول به انجام تحقیقات در این زمینه مى باشد، اشاره كرد.
در مورد نانوتیوپ ها و كاربرد آن در پزشكى وى در یكى از مقالاتش خاطرنشان كرده است كه «سلول هاى بدن انسان مى توانند در نانو تیوپ كربن رشد كنند و به آنها بچسبند و هیچ اثر سمى هم كربن نانو تیوپ روى سلول هاى انسانى نداشته باشند.
این امر به علت توانایى تغییر شیمیایى دیواره هاى نانو تیوپ كربن ها امكان پذیر است. با توجه به این امر مى توان كاربرى هاى گوناگون را براى نانوتیوپ ها در پزشكى پیش بینى كرد.
همچون استنت هاى عروقى (وسیله اى جهت جلوگیرى از گرفتگى عروق)، رشد سلول هاى عصبى و دوباره سازى آنها.»
از نقطه نظر علم نانو پزشكى (نانو مدیسین) این امر امكان پذیر است و هر كدام از این كارها تحولى بزرگ در پزشكى ایجاد مى كند.
مثلاً تصور كنید، یك فرد جوان كه بر اثر تصادف قطع نخاع شده است و اندام تحتانى او بى حس و بى حركت هستند، قادر خواهد بود بخوبى حركت كند!!!
از آنجایى كه سلولهاى عصبى و عضلانى تنها سلولهایى در بدن هستند كه هرگز مجدداً تولید نمى شوند، همواره راه ترمیم و تكثیر سلول عصبى از معضلات علم پزشكى بوده است.
در مورد استنت هاى عروقى كه هم اكنون توسط آنژیوپلاستى در عروق قلبى كار گذاشته مى شوند، با خلق ابزار نانوپزشكى، مى توان بدون وارد كردن كاتر دستگاه آنژیوپلاستى، این استنت را در عروق مورد نظر كار گذاشت.
همچنین در یكى دیگر از مقالات با عنوان نانوتیوپها و نانوپزشكى و نانوتكنولوژى وى خاطرنشان كرده است كه مى توان یك زنجیره «دى ان اى» را به یك نانوتیوپ پیوند كرد و آن را با موفقیت درون سلول وارد كرد.
به نظر اینجانب این كار تحولى در ژن تراپى ایجاد مى كند و حتى بعضى از اعضاى بدن انسان كه امروزه با پیوند عضو مى توان تنها راه درمان را ارائه داد (مانند نارسایى كلیه كه احتیاج به پیوند دارد) توسط ژن تراپى و نانومتریال، مى توان مواد لازم براى خلق یك عضو جدید در بدن را فراهم كرد.
در طرحى براى درمان ایسكمى مى توان به طرحى كه از سوى دكتر اردبیلى ارائه شده است توجه كرد.
«مى توان سلولهاى تنفسى كه حامل اكسیژن هستند را بر روى نانوتیوپها سوار كرد كه این سلولهاى تنفسى مى توانند عرضه اكسیژن را به بافتهایى كه خوب اكسیژن رسانى نمى شوند، افزایش دهند.»
«این طرح كه در مقیاس یك میكرون پیشنهاد شده است، مى تواند در مقایسه با گلبول قرمز 236 مرتبه اكسیژن بیشترى به بافتها برساند. این سلولها در ضمن مى توانند بر روى خود كامپیوترهایى با مقیاس نانون را حمل كنند و همین طور سنسورهاى فشار و تركیبات شیمیایى را نیز با خود داشته باشند.»
این نوع درمان مى تواند انقلابى در درمان بیماریهاى ایسكمیك قلبى و نیز در درمان نارساییهاى تنفسى و بیماریهاى مزمن انسدادى تنفسى ایجاد كند.
دیگر كاربردهاى نانوتكنولوژى
1- میكروالكترونیك: به وسیله نانوتیوپهاى بسیار ریز مى توان جریان الكترون را به صورت كاملاً دقیق كنترل كرد. خصوصیت مهم نانو تیپوها این است كه نیروى كششى بسیار زیادى را مى توانند تحمل كنند (22 برابر استیل نیروى فشار را تحمل مى كنند).
همین طور مى توان آنها را خم كرد و به راحتى به جاى اولیه برگرداند (كارى كه با فلزات و كربن فایبر به سختى مى توان انجام داد) براى مثال مى توان چندین میلیون كتاب را در یك نانو تیوپ كربن ذخیره كرد كه اندازه آن از یك نورون (سلول عصبى انسان) هم كوچكتر است كه این كار بسیار اعجاب انگیز است!!
2- تكنولوژى اطلاعات: نانو تكنولوژى مى تواند تحول بزرگى را در صنعت نیمه هادى ها و وسایل ذخیره انرژى ایجاد كند.
3- اكتشافات جدید در علم: نانوروباتها مى توانند اكتشافات جدیدى را در علوم مختلف هدایت كنند. براى مثال ناسا هم اكنون در حال تحقیق بر روى تزریق نانوسنسورها بر بدن فضانوردان است كه بتواند رفتارهاى سلولى را در نبود جاذبه بررسى كند.
4- پزشكى و سلامت: كاربردهاى شگفت انگیز نانوتكنولوژى در پزشكى شامل پروبهاى نانو، جراحى به كمك نانو حمل و انتقال دارو در بدن با كمك نانو و شناسایى توالى ژنها در ژنوم انسان هستند. مع الوصف مهم ترین قسمت این كار درمان بیماریهاى بدن در مقیاس نانو است. توانایى زیاد نانو پروبها مى تواند خصوصیات ساختارهاى اولیه بدن مثل پروتئین، چربى و كربوهیدراتها را نمایان كند كه این كار همراه با درمان بیماریها توسط ابزار نانو انقلابى در پزشكى به وجود خواهد آورد.
تأثیر نانوتكنولوژى بر جامعه
استفاده شخصى از وسایل جدید نانو، بالا رفتن سرعت میكروپروسسورها و علم پزشكى با قابلیتهاى جدید از تأثیرات مثبت نانو تكنولوژى بر جامعه است كه بیشتر مردم به طور غیر مستقیم از آن بهره مند مى شوند.
بدون اغراق نانوتكنولوژى را مى توان ارزنده ترین تكنولوژى قرن 21 نامید.
| محققان آمریکایی، فناوری نوین ذخیرهسازی انرژی را ابداع کردهاند که در نگاه نخست بیشباهت با تکه کاغذ کوچک سیاه رنگی نیست. | |
|
به گزارش خبرگزاری مهر، این فناوری نوین در حقیقت باتری نانویی مهندسی شدهای است که فوقالعاده سبک بوده و در عین نازکی حیرتآور، از انعطافپذیری بالایی نیز برخوردار است و پیشبینی میشود که در آینده نزدیک در فرآیند ساخت تجهیزات ذخیرهسازی انرژی در کیتهای پیشرفته مورد استفاده قرار گیرد. به گفته متخصصان، استفاده از این ذخیره کننده انرژی تحولی بیسابقه در صنعت ساخت تجهیزات پزشکی کاشتنی و وسایل حمل و نقل ایجاد خواهد کرد. بر اساس گزارش آزونانو، این باتری جدید در عین حال که تا دمای قابل توجه 300 درجه فارنهایت بالای صفر و 100 درجه فارنهایت زیر صفر مقاوم است، به خوبی قابلیت چاپ شدن را داشته و از این رو میتوان از آن در طیف گستردهای از تجهیزات الکترونیکی استفاده کرد. به گفته متخصصان انستیتو پلیتکنیک رنسلر آمریکا در نیویورک که ابداع کننده این فناوری نوین هستند، از این باتری میتوان با دو کاربرد "باتری با انرژی بالا" و "ابر خازن با انرژی بالا" استفاده کرد. |
نانوتكنولوژي يا كنترل مواد در مقياس مولكولي ، گشايش اسرار طبيعت در تمام عرصه ها از مهندسي تا پزشكي را نويد ميدهد.
در آينده نه چندان دور، در خانه هاي جديد آجرها ممكن است هنگامي كه تركي درآنها ظاهر مي شود خودشان را تعمير كنند. ماشين ها نيز ممكن است با لايه اي به استحكام الماس پوشانده شوند كه آنها را در برابر خراش ها محافظت مي كند. پزشكان نيز خواهند توانست صدها نوع بيماري را تنها با قراردادن يك قطره خون در يك دستگاه تشخيص داده و پس از چند ثانيه نتيجه را دريافت كنند.
نانوتكنولوژي در جهاني بسيار كوچك كنترل مي شود. هدف نانوتكنولوژي ساخت اشياء ، اتم به اتم ، مولكول به مولكول و با يك رويكرد از پايين به بالاست ، راهي كه طبيعت ميليونها سال است انجام مي دهد.
نانو يك پيشوند علمي است كه به معني "يك ميلياردم" است و حوزه نانوتكنولوژي در حدود ميلياردم متر است ، ابعادي كه در آن اتم ها با هم تركيب شده و مولكولها روي هم اثر متقابل دارند.
هدف اين است كه اگر بشر بتواند به اتم ها بگويد كه چه طور خودشان را مرتب كنند و چگونه رفتار كنند ، بسياري از خواص يك ماده قابل كنترل مي گردد. همان طور كه در طبيعت اتم هاي كربن موجود در زغال سنگ را با تغيير دادن ترتيب قرار گرفتن آنها به الماس تبديل مي كنند ، بنابراين خواصي مانند رنگ ، استحكام و شكنندگي نيز در سطح اتمي قابل تعيين خواهند بود. دانشمندان بر اين عقيده اند كه اگر بتوانند يك آجر را اتم به اتم بسازند ، مولكولهايش را نيز مي توان طوري تعليم داد تا هنگامي كه يك ترك ظاهر مي شود آن را تعمير كنند يا اينكه با كم يا زياد كردن تخلخل ، خود را با شرايط مرطوب هوا وفق دهند.
بنابراين نانوتكنولوژي اميد ساخت هر چيز قابل تصور را - از كوچكترين جرثقيل ها و موتور ها گرفته تا لايه هاي خود اسمبل پلاستيكي يا فلزي – مي دهد. براي نخستين بار در تخيلات علمي ، به لطف پيشرفت هاي اخير ديدن جهان در مقياس هاي نانو اين سناريوها درست و معقول به نظر مي رسند. انواع جديد ميكروسكوپها و برنامه هاي قدرتمند كامپيوتري شبيه ساز كه در 10 سال اخير توسعه پيدا كرده اند، نانوتكنولوژي را دچار يك نوع انقلاب نموده اند. ميكروسكوپ ها نه تنها به دانشمندان اجازه مي دهند كه اتم ها را بينند ، بلكه به آنها اجازه مي دهند كه حتي آنها را جا به جا بكنند ، همانطور كه در آزمايش مشهور سال 1990 دانشمندان مركز تحقيقاتي Almaden وابسته به IBM ، لغت "IBM" را توسط 35 اتم زنون نوشتند.
امروزه يك تيم از فيزيكدانان IBM يك پيشرفت ديگر را اعلام كردند كه مدارات در مقياس اتمي را به واقعيت نزديكتر مي كند. اين پيشرفت كه "سراب كوانتم1 " نام گرفته است نشان مي دهد كه اطلاعات مي توانند در ميان اجسام جامد بدون نياز به سيم حركت كنند . اسباب جديد عبارتند از : « چشمان ، انگشتان و پنسها » كه در جهان نانو مي توانند كار كنند. Evgene Wang معاون مهندسي بنياد ملي علوم آمريكا ، به اعضاء مجلس نمايندگان طي گزارشي در مورد نانوتكنولوژي گفت : " نانوتكنولوژي نويد جذب تعداد فزاينده اي از علاقمندان به علم ، دولت و صنايع خصوصي را مي دهد."
دكتر Tom Schaeider يك بيولوژيست رياضيدان در انستيتو ملي سرطان گفت كه : "دليل اين كه مردم اين را قبول مي كنند پشتوانة واقعي علمي آن مي باشد". وي اضافه كرد ما قادر خواهيم بود تا هر چيز كه خواستيم در آينده بسازيم."
دانشمندان پيشرو در اين علم سال گذشته در بنياد ملي علوم آمريكا گفتند كه نانوتكنولوژي يك اثر اساسي روي سلامتي ، وضعيت اقتصادي و امنيت مردم جهان خواهد گذاشت و حداقل به اهميت آنتي بيوتيك ها ،IC ها و پليمرهاي ساخت دست بشر در قرن 20 خواهند بود.
در سال 1998 شوراي علوم و تكنولوژي كاخ سفيد يك گروه كاري بين بخشي IWGN تأسيس كرد كه خواست بخشهاي علمي و صنعتي و دولت بود و موظف شد تا چشم انداز ايالات متحده را در مورد نانوتكنولوژي در طي 10 الي 20 سال آينده توسعه دهد.
دولت ايالات متحده در طي سال 1999 حدود 260 ميليون دلار در اين تكنولوژي سرمايه گذاري كرده است. كلينتون نيز پيشنهاد افزايش بودجة نانوتكنولوژي را تا حدود 227 ميليون دلار در سال 2001 را داد . گروهIWGN پيش بيني مي كند كه نانوتكنولوژي موجب پيشرفت در زمينه هايي مانند تكنولوژي اطلاعات ، پزشكي ، علوم زيست ، صنعت خودرو ، انرژي و امنيت ملي خواهد شد.
اين گروه موارد زير را امكانپذير مي بيند :
در پزشكي ، نانو ذراتي كه به توزيع آسان دارو در قسمتهاي بدن كمك مي كنند. اين وسايل به اصطلاح كوچك كه از دارو ساخته شده اند با لايه هايي از نانو ذرات پوشيده شده اند و مي توانند به قسمت هاي مختلفي از بدن برسند و بيماري هاي از قبيل سرطان را درمان كنند. غدد پروستات و قطعات مصنوعي نيز ممكن است ، با اين نانو ذرات پوشيده شوند تا از عكس العملهاي ناخواسته جلوگيري كنند . پيشرفت در تشخيص بيماري ها نيز قابل پيش بيني است ، همانطور كه دستگاه هاي جديدي كه بر اساس تشخيص DNA يا پروتئين پايه گذاري شده اند و مي توانند از مقدار ناچيزي خون به طور همزمان وجود چندين بيماري را تشخيص بدهند.
در صنايع الكترونيكي ، توليد كامپيوترهاي سريع تر و بهتر در اندازه هاي بسيار كوچك مدنظر است. هم اكنون يك هد مغناطيسي با اندازة حدود نانو توليد شده كه اطلاعات را از ديسك سخت مي خواند. همچنين تراشه هاي حافظه با اندازة نانو مد نظر هستند كه قدرت ذخيرهاي برابر با هزاران تراشه فعلي را دارا خواهند بود.
در علوم زيست محيطي ، غشا هاي نانويي فيلترهايي براي سد نفوذ آلودگي ها هستند و همچنين قادر خواهند بود تا آلودگي ها را با روشهاي شيميايي يا بيولوژيكي پيدا كرده و برطرف كنند. بسياري چالش ها تا بيش از اينكه دانشمندان بتوانند پرده از راز جهان در مقياس نانو بردارند ، باقي خواهد ماند. طبق گزارش اخير كه توسط گروه IWGN ارائه شده است : اين عرصه ، امروز تقريبا همان جايي است كه علم و تكنولوژي بدنبال ترانزيستورها در اواخر دهه هاي 1940 و 1950 قرار داشت.
اما با در دست داشتن ابزارهاي جديد براي ديدن اشياء كوچك ، آزمايشگاه ها در كشور كم كم به اين مطلب پي مي برند كه چگونه اتم ها و مولكول ها در يك ماده مرتب مي شوند. تعدادي از آزمايشگاه ها ياد مي گيرند كه چگونه مولكول ها را در الگوهاي خاص مانند هرم يا چند ضلعي ، خود اسمبل كنند. اين مطلب به عنوان يك گام مهم در جهت ساختن مواد نو توسط اتم با اتم به شمار مي رود.
دانشمندان اميدوارند به زودي بتوانند موادي از نانو تيوپ هاي كربني بسازند كه ترتيب قرار گرفتن اتمهاي كربن در آن مانند قرار گرفتن مدادها در داخل يك جعبه است. چنين موادي يك ششم دانسيته فولاد را خواهند داشت و مقاومت آنها 50 الي 100 برابر است.
آقاي Richard Smalley ، كسي كه در دانشگاه Rice روي نانو تيوب ها كار مي كند مي گويد: ما مي دانيم كه چگونه آنها را به صورت خود اسمبل بسازيم و اين كه چگونه مواد ديگر را بپوشانند. اين نانو تيوب هاي كربني ، مطابق بسياري از پيش بيني ها يك روز تمام چيزها از ماشين تا هواپيما را مي پوشاند تا به سطوح آنها استحكام و مقاومت و در نتيجه عمر بيشتري بدهد.
طبيعت براي ميليونها سال صاحب نانوتكنولوژي بوده است و دانشمندان مانند Smalley عقيده دارند كه مي توان مطالب بسياري را با نگاه كردن به سلولها آموخت. او مي گويد كه تمام آنزيم ها در سلولهاي ما نانو ماشين هايي هستند كه وظايف منحصر به فردي را جهت تكامل و رشد انجام مي دهند.
گروه Nadrian Seeman در دانشگاه New Yourk تلاش مي كند ، يك مولكول بيولوژيكي ديگرDNA به عنوان جزء سازنده براي اشياء سه بعدي به كار برد . آزمايشگاه وي اخيراً يك دستگاه نانو روبوتيك ساخت كه از DNA ساخته شده بود و دو بازو داشت و مي توانست بين دو نقطة ثابت حركت كند.
پژوهشگران مي گويند كه اين وسيله گام اول به سوي توسعة نانوتكنولوژي است كه يك روز خواهد توانست مولكولها را در نانو كارخانه هايي با همان ابعاد به كار گيرد.
برخي مي گويند كه ما زماني قادر خواهيم بود تا همه چيز را از قطعات ريز بسازيم . مثلاً بدين صورت كه به كامپيوتر تعدادي عناصر داده شده و به وي دستور داده مي شود تا همه چيز ، از سيب تا يك ماشين را بسازد. Schnider گفته است: اين جادو نيست ، اين ايده جادو نيست.
کسانی که مایلند در زمینه نانو تحقیق کنند می توانند با عضویت در انجمن ما به این آرزوی خود دست یابند
