>> مجموعه مقالات مربوط به فناوري نانو تكنولوژی<<

[Borna66]

با سلام خدمت دوستان عزيز.
در اينجا به معرفي مجموعه مقالات مربوط به فناوري نانو تكنولوژی (http://pnu-club.com/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fforum.p30world.com %2Fshowthread.php%3Ft%3D26933)پرداخته مي شود.
ضمنا مجموعه مقالات مربوط به كاربرد فناوري نانو تكنولوژی در اين جا مي توانيد مطالعه كنيد (http://pnu-club.com/pnu.thread5011.html)
اميدوارم مورد قبول شما عزيزان قرار بگيرد.

[Borna66]

تعريف نانوتکنولوژي و آشنايي با آن
نانوتکنولوژي، توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستمهاي جديد با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولي و اتمي و استفاده از خواص است که در آن سطوح ظاهر ميشود. از همين تعريف ساده برميآيد که نانوتکنولوژي يک رشته جديد نيست، بلکه رويکردي جديد در تمام رشته هاست. براي نانوتکنولوژي کاربردهايي را در حوزه هاي مختلف از غذا، دارو، تشخيص پزشکي و بيوتکنولوژي تا الکترونيک، کامپيوتر، ارتباطات، حملونقل، انرژي، محيط زيست، مواد، هوافضا و امنيت ملي برشمرده اند.کاربردهاي وسيع اين عرصه به همراه پيامدهاي اجتماعي، سياسي و حقوقي آن، اين فن آوري را بهعنوان يک زمينه فرا رشتهاي و فرابخش مطرح نموده است.
هر چند آزمايشها و تحقيقات پيرامون نانوتکتولوژي از ابتداي دهه 80 قرن بيستم بطور جدي پيگيري شد، اما اثرات تحول آفرين، معجزه آسا و باورنکردني نانوتکنولوژي در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد که نظر تمامي کشورهاي بزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناوري نانو را به عنوان يکي از مهمترين اولويتهاي تحقيقاتي خويش طي دهه اول قرن بيست و يکم محسوب نمايند .
استفاده از اين فنآوري در کليه علوم پزشکي، پتروشيمي، علوم مواد، صنايع دفاعي، الکترونيک، کامپوترهاي کوانتومي و غيره باعث شده که تحقيقات در زمينه نانو بهعنوان يک چالش اصلي علمي و صنعتي پيش روي جهانيان باشد. لذا محققين، اساتيد و صنعتگران ايراني نيز بايد در يک بسيج همگاني، جايگاه، موقعيت و وضعيت خويش را در خصوص اين موضوع مشخص نمايند و با يک برنامه­ريزي علمي دقيق و کارشناسانه به حضوري فعال و حتي رقابتي سالم در اين جايگاه، عرضاندام و ابراز وجود نمايند و براي چنين کاري طراحي يک برنامه منسجم، فراگير و همه جانبه اجتنابناپذير است.
نانوتكنولوژي و كاربردهاي آن علوم و فناوري نانو، عنصر ي اساسي در درك بهتر طبيعت در دهه‌هاي آتي خواهد بود. از جمله موارد مهم در آ ي نده، همكاريهاي تحقيقاتي ميان‌رشته‌ا‌ي، آموزش خاص و انتقال ايده‌ها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشي از تأثيرات و کاربردهاي نانوتکنولوژي بهشرح زير مي‌باشد:
1 – توليد ، مواد و محصولات صنعتي : نانوتكنولوژي تغيير بنياني مسيري است كه در آينده، موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امكان سنتز بلوك‌هاي ساختماني نانو با اندازه و تركيب به دقّت كنترل‌شده و سپس چيدن آنها در ساختارهاي بزرگتر، كه داراي خواص و كاركرد منحصربه‌فرد باشند، انقلابي در مواد و فرآيندهاي توليد آنها، ايجاد مي‌كند. محقّقين قادر به ايجاد ساختارهايي از مواد خواهند شد كه در طبيعت نبوده و شيمي مرسوم نيز قادر به ايجادشان نبوده‌است. برخي از مزاياي نانوساختارها عبارتست از: مواد سبك‌تر، قوي‌تر و قابل برنامه‌ريزي ؛ كاهش هزينة عمر كاري از طريق كاهش دفعات نقص فنّي ؛ ابزارهايي نوين بر پاية اصول و معماري جديد ؛ بكارگيري كارخانجات مولكولي يا خوشه‌ا‌ي كه مزيّت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.
2- پزشکي و بدن انسان: رفتار مولكولي در مقياس نانومتر، سيستمهاي زنده را اداره مي‌كند. يعني مقياسي كه شيمي، فيزيك، زيست‌شناسي و شبيه‌سازي كامپيوتري، همگي به آن سمت درحال گرايش هستند.
• فراتر از سهل‌شدن استفادة بهينه از دارو، نانوتكنولوژي مي‌تواند فرمولاسيون و مسيرهايي براي رهايش دارو ( Drug Delivery ) تهيه كند، كه به‌نحو حيرت‌انگيزي توان درماني داروها را افزايش مي‌دهد.
• مواد زيست‌سازگار با كارآيي بالا، از توانايي بشر در كنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزي معدني و آلي را مثل اجزاي فعّال، مي‌توان براي اعمال نقش تشخيصي (مثل ذرات كوانتومي كه براي مرئي‌سازي بكار مي‌رود) درون سلولها وارد نمود.
• افزايش توان محاسباتي بوسيلة نانوتكنولوژي، ترسيم وضعيت شبكه‌هاي ماكرومولكولي را در محيط‌هاي واقعي ممكن مي‌سازد. اينگونه شبيه‌سازي‌ها براي بهبود قطعات كاشته‌شدة زيست‌سازگار در بدن و جهت فرآيند كشف دارو، الزامي خواهدبود.
3- دوام‌پذيري منابع: كشاورزي، آب، انرژي، مواد و محيط زيست پاك: نانوتكنولوژي چنان چ ه ذكر شد، منجر به تغييرات ي شگرف در استفاده از منابع طبيعي، انرژي و آب خواهد شد و پس ا ب و آلودگي را كاهش خواهدداد. همچنين فنّاوري‌هاي جديد، امكان بازيافت و استفادة مجدد از مواد، انرژي و آب را فراهم خواه ن د كرد. در زمينه محيط زيست ، علوم و مهندسي نانو، مي‌تواند تأثير قابل ملاحظه‌ا‌ي ، در درك مولكولي فرآيندهاي مقياس نانو كه در طبيعت رخ مي‌دهد ؛ در ايجاد و درمان مسائل زيست‌محيطي از طريق كنترل انتشار آلاينده‌ها ؛ در توسعة فنّاوري‌هاي "سبز" جديد كه محصولات جانبي ناخواستة كمتري دارند و ي ا در جريانات و مناطق حاوي فاضلاب، داشته‌باشد. لازم به ذكراست، نانوتكنولوژي توان حذف آلودگي‌هاي كوچك از منابع آبي (كمتر از 200 نانومتر) و هوا (زير 20 نانومتر) و اندازه‌گيري و تخفيف مداوم آلودگي در مناطق بزرگتر را دارد.
در زمينه انرژي ، نانوتكنولوژي مي‌تواند به‌طور قابل ملاحظه‌ا‌ي كارآيي، ذخيره‌سازي و توليد انرژي را تحت تأثير قرار د ا د ه مصرف انرژي را پايين بياورد . به عنوان مثال، شركتهاي مواد شيميايي، مواد پليمري تقويت‌شده با نانوذرات را ساخته‌اند كه مي‌تواند جايگزين اجزاي فلزي بدنة اتومبيلها شود. استفاده گسترد ه ازاين نانوكامپوزيت‌ها مي‌تواند ساليانه 5/1 ميليارد ليتر صرفه‌جويي مصرف بنزين به ‌همراه داشته‌باشد .
يا انتظار مي‌رود تغييرات عمده‌ا‌ي در فنّاوري روشنايي در 10 سال آينده رخ دهد. مي‌توان نيمه‌هادي‌هاي مورد استفاده در ديودهاي نوراني ( LED ها) را به مقدار زياد در ابعاد نانو توليد كرد. در ا مريکا ، تقريبا" 20% كل برق توليدي، صرف روشنايي (چه لامپهاي التهابي معمولي و چه فلوئورسنت) مي‌شود. مطابق پيش‌بيني‌ها در 10 تا 15 سال آينده ، پيشرفتهايي از اين دست مي‌تواند مصرف جهاني را بيش از 10% كاهش دهد كه 100 ميليارد دلار در سال صرفه‌جويي و 200 ميليون تن كاهش انتشار كربن را به‌همراه خواهدداشت .
4 - هوا و فضا : محدوديت‌هاي شديد سوخت براي حمل بار به مدار زمين و ماوراي آن، و علاقه به فرستادن فضاپيما براي مأموريتهاي طولاني به مناطق دور از خورشيد ، كاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفي را اجتناب‌ناپذير مي‌سازد. مواد و ابزارآلات نانوساختاري، اميد حل اين مشكل را بوجود آورده‌است.
"نانوساختن" ( Nanofabrication ) همچنين در طرّاحي و ساخت مواد سبك‌وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، موردنياز براي هواپيماها، راكت‌ها، ايستگاههاي فضايي و سكّوهاي اكتشافي سيّاره‌ا‌ي يا خورشيدي، تعيين‌كننده است. همچنين استفادة روزافزون از سيستمهاي كوچك‌شدة تمام خودكار، منجر به پيشرفتهاي شگرفي در فنّاوري ساخت و توليد خواهدشد. اين مسأله با توجه به اينكه محيط فضا، نيروي جاذبة كم و خلأ بالا دارد، موجب توسعة نانوساختارها و سيستمهاي نانو – كه ساخت آنها در زمين ممكن نيست- در فضا خواهدشد.
5- امنيت ملّي: برخي کاربردهاي دفاعي نانوتکنولوژي عبارتند از: تسلط اطّلاعاتي از طريق نانوالكترونيك پيشرفته بعنوان يك قابليت مهم نظامي ، امكان آموزش مؤثّرتر نيرو، به كمك سيستمهاي واقعيت مجازي پيچيده‌تر حاصله از الكترونيك نانوساختاري ، استفادة بيشتر از اتوماسيون و رباتيك پيشرفته براي جبران كاهش نيروي انساني نظامي، كاهش خطر براي سربازان و بهبود كارآيي خودروهاي نظامي ، دستيابي به كارآيي بالاتر (وزن كمتر و قدرت بيشتر) موردنياز در صحنه‌هاي نظامي و در عين‌حال تعداد دفعات نقص فنّي كمتر و ه ز ينة كمتر در عمر كاري تجهيزات نظامي ، پيشرفت در امر شناسايي و در نتيجه مراقبت عوامل شيميايي، زيستي و هسته‌ا‌ي ، بهبود طرّاحي در سيستمهاي مورد استفاده در كنترل و مديريت عدم تكثير سلاحهاي هسته‌ا‌ي ، تلفيق ابزارهاي نانو و ميكرومكانيكي جهت كنترل سيستمهاي دفاع هسته‌ا‌ي . در بسياري موارد، فرصتهاي اقتصادي و نظامي مكمّل هم هستند. كاربردهاي درازمدت نانوتكنولوژي در زمينه‌هاي ديگر، پشتيباني كننده امنيت ملّي است و بالعكس.
6- کاربرد نانوتکنولوژي در صنعت الکترونيک ذخيره‌سازي اطلاعات در مقياس فوق‌ العاده کوچک، با استفاده از اين فناوري مي‌توان ظرفيت ذخيره سازي اطلاعات را در حد 1000 برابر يا بيشتر افزايش دهد و نهايتاً به ساخت ابزارهاي ابرمحاسباتي به کوچکي يک ساعت مچي منتهي شود.
ظرفيت نهايي ذخيره اطلاعات به حدود يک ترابيت در هر اينچ ربع برسد، و اين امر موجب مي‌شود که ذخيره‌ سازي 50 عدد DVD يا بيشتر در يک هارد ديسک با ابعاد يک کارت اعتباري شود.
ساخت تراشه‌ها در اندازههاي فوقالعاده کوچک به عنوان مثال در اندازههاي 32 تا 90 نانو متر، توليد ديسک‌هاي نوري 100 گيگا بايتي در اندازههاي کوچک نيز ميباشد.
تاريخچه فناوري نانو در جهان
چهل سال پيش Richard Feynman ، متخصص کوانتوم نظري و دارنده جايزه نوبل، درسخنراني معروف خود در سال 1959 با عنوان " آن پايين فضاي بسياري هست "( Ther is plenty of room in the bottom ) به بررسي بعد رشد نيافته علم مواد پرداخت. وي درآن زمان اظهار داشت : "اصول فيزيک، تا آنجايي که من توانايي فهمش را دارم، بر خلاف امکان ساختن اتم به اتم چيزها حرفي نميزنند." او فرض را بر اين قرار داد که اگر دانشمندان فرا گرفتهاند که چگونه ترانزيستورها و ديگر سازهها را با مقياسهاي کوچک بسازند، پس ما خواهيم توانست که آنها را کوچک و کوچکتر کنيم. در واقع آنها به مرزهاي حقيقيشان در لبههاي نامعلوم کوانتوم نزديک خواهند بود بهطوري که يک اتم را در مقابل ديگري بهگونهاي قرار دهيم که بتوانيم کوچکترين محصول مصنوعي و ساختگي ممکن را ايجاد کنيم.
با استفاده از اين فرمهاي بسيار کوچک چه وسايلي ميتوانيم ايجاد کنيم؟
Feynman در ذهن خود يک "دکتر مولکولي" تصور کرد که صدها بار از يک سلول منحصربه فرد کوچکتر است و ميتواند به بدن انسان تزريق شود و درون بدن براي انجام کاري يا مطالعه و تاييد سلامتي سلولها و يا انجام اعمال ترميمي و بهطور کلي براي نگهداري بدن در سلامت کامل به سير بپردازد. در بحبوبه سالهاي صنعتي کلمه "بزرگ" از اهميت ويژهاي برخوردار بود. مثل علوم بزرگ، پروژه­هاي مهندسي بزرگ و غيره حتي کامپيوترها در دهه 1950 تمام طبقات ساختمان را اشغال مي­کردند. ولي از وقتي Feynman نظرات و منطق خود را بازگو کرد، جهان روندي بهسوي کوچک شدن در پيش گرفت.
Marvin Minsky تفکرات بسيار باروري داشت که ميتوانست به انديشههاي Feynman قوت ببخشد. Minsky پدر يابنده هوشهاي مصنوعي دهه 70-1960 جهان را در تفکراتي که مربوط به آينده مي­شد، رهبري ميکرد. در اواسط دهه 70 ، Eric Drexler که يک دانشجوي فارغ التحصيل بود، Minskey را بهعنوان استاد راهنما جهت تکميل پاياننامهاش انتخاب کرد و او نيز اين مسئوليت را بر عهده گرفت. Drexler سبت به وسايل بسيار کوچک Feynman علاقهمند شده بود و قصد داشت تا در مورد تواناييهاي آنها به کاوش بپردازد. Minskey نيز با وي موافقت کرد. Drexler در اوايل دهه 80، درجه استادي خود را در رشته علوم کامپيوتر دريافت کرده بود و گروهي از دانشجويان را به صورت انجمني به دور خود جمع نموده بود. او افکار جوانترها را با يک سري ايدهها که خودش "نانوتکنولوژي" نامگذاري کرده، مشغول ميداشت. Drexler اولين مقاله علمي خود را در مورد نانوتکنولوژي مولکولي (MNT) در سال 1981 ارايه داد. او کتاب Engin of Creation:The Coming Era of Nanotechnology را در سال 1986 به چاپ رساند. Drexler تنها درجه دکتري در نانوتکنولوژي را در سال 1991 از دانشگاه MIT دريافت داشت. او يک پيشرو در طرح نانوتکنولوژي است و هماکنون رئيس استيتو Foresight و Research Fellow ميباشد.
تعيين بودجههاي کلان در کشورهاي صنعتي براي تحقيقات در زمينه نانوتکنولوژي
بسياري از كشورهاي توسعه‌يافته و در حال توسعه (در حدود 30 كشور)، برنامه‌هايي را در سطح ملي براي پشتيباني از فعاليتهاي تحقيقاتي و صنعتي نانوتكنولوژي تدوين و اجرا مي‌نمايند. زيرا نانوتكنولوژي به عنوان انقلابي در شرف وقوع، آينده اقتصادي كشورها و جايگاه آنها در جهان را تحت تأثير جدي قرار خواهد داد و اين مس أ له در اين كشورها توسط صاحب‌نظران و محققان تبيين‌شده و براي مديران اجرايي به صورت يك امر شفاف و قطعي درآمده است. در بخشي از اين كشورها، در يكي دو سال اخير تحركات شديدي از طرف دولتها براي سرعت بخشيدن به توسعه نانوتكنولوژي صورت گرفته و فعاليتهايي كه تا قبل از اين به صورت خودجوش توسط محققان انجام مي‌گرفته است، با تشويق و حمايتهاي مستقيم دولت ادامه يافته‌اند كه در اين قسمت نمودار ستوني ميزان سرمايه گذاري دولتها آورده شده است:
اهميت مطرح شدن طرح
همانگونه كه اشاره شد بسياري از كشورهاي پيشرفته و در حال پيشرفت، برنامه‌هايي را براي پشتيباني از فعاليتهاي تحقيقاتي و صنعتي نانوتكنولوژي تدوين و اجرا مي‌نمايند. اما يك سوال مهم براي كشور ما و بسياري از كشورها كه هنوز به نانوتكنولوژي به عنوان تمدن آينده علمي توجه كافي نكرده‌اند، اين است كه آيا بايد با اين روند همراه شد يا نه؟ توجه به فضاي بسيار بزرگ و در حال ايجاد نانوتكنولوژي و حجم وسيع فعاليتهاي مربوط به آن در دنيا، اين باور را به انسان القاء مي‌كند كه دير يا زود بايد آينده را ديد و براي ورود به آن اقدام نمود.
١1) ورود كشورها به عرصه نانوتكنولوژي اجتناب‌ناپذير است. بسياري از صاحب‌نظران و محققان، نانوتكنولوژي را مساوي آين

[Borna66]

همه چيز درباره نانو تكنولوژي

در دو دهه اخير، پيشرفتهاي تكنولوژي وسايل و مواد با ابعاد بسيار كوچك به دست آمده است و به سوي تحولي فوق العاده كه تمدن بشر را تا پايان قرن دگرگون خواهد كرد ، پيش مي رود . براي احساس اندازه هاي مادون ريز ، قطر موي سر انسان را كه يك دهم ميليمتر است در نظر بگيريد ، يك نانومتر صدهزار برابر كوچكتراست 9- 10متر . تكنولوژي و مهندسي در قرن پيش رو با وسايل ، اندازه گيريها و توليداتي سروكار خواهد داشت كه چنين ابعاد مادون ريزي دارند . درحال حاضر پروسه هاي در ابعاد چند مولكول قابل طراحي و كنترل است . همچنين خواص مكانيكي ، شيميايي ، الكتريكي ، مغناطيسي ، نوري و... مواد در لايه ها در حدود ابعاد نانومتر قابل درك و تحليل و سنجش است . تكنولوژي درقرن گذشته در هرچه ريزتر كردن دانه هاي بزرگتر پيشرفت چشمگيري داشت ، بطوريكه به مزاح گفته شد كه ديگر كشف ذرات ريز اتمي ((Sub-Atomic)) نه تنها جايزه نوبل ندارد ، بلكه به آن جريمه هم تعلق مي گيرد ! تكنولوژي نو درقرن حاضر مسير عكس را طي مي كند . يعني مواد مادون ريز را بايد تركيب كرد تا دانه هاي بزرگتر كارآمد به وجود آ ورد .

درست همان روشي كه در طبيعت براي توليد كردن حاكم است . مجموعه هاي طبيعي ، تركيبي از دانه هاي مادون ريز قابل تشخيص با خواص مشابه و يا متفاوت با اندازه هاي در حدود نانو است .

اثر تحقيقات در فناوريهاي مادون ريز هم اكنون در درمان بيماريها و يا دست يافتن به مواد جديد به ظهور رسيده است . موارد بسياري در مرحله تحقيقات كاربردي و آزمايشي است .اكنون ساخت رايانه هاي بسيار كوچكتر و ميليونها بار سريعتر در دستور كار شركتهاي تحقيقاتي قرار دارد .

در بياني كوتاه نانوتكنولوژي يك فرايند توليد مولكولي است . همانطور كه طبيعت مجموعه ها را بطور خودكار مولكول به مولكول ساخته و روي هم مونتاژ كرده است ، ما هم بايد براي توليد محصولات جديد ، با اين اعتقاد كه هرچه در طبيعت توليد شده قابل توليد در آزمايشگاه نيز هست ، نظير طبيعت راهي پيدا كنيم . البته منظور اين نيست كه چند هسته از مواد راپيدا كنيم و با رساندن انرژي و خوراك پس از چند سال يك نيروگاه از آن بسازيم كه شهري را برق دهد . بلكه براي تركيب و تكامل خودكار توليدات مادون ريزكه به نحوي در مجموعه هاي بزرگتر مصرف دارد ، راهي بيابيم . در اندازه هاي مادون ريز ، روشها و ابزارآلات متعارف فيزيكي مانند تراشيدن و خم كردن و سوراخ كردن و...جوابگو تيستند .

براي ساختن ماشينهاي ملكولي بايد روش پروسه هاي طبيعي را دنبال كرد .

با تهيه نقشه هاي ساختاري بدن يعني آرايش ژنها و DNA كه ژنم ناميده شده است و به موازات آن دست يافتن به تكنولوژي مادون ريز ، در دراز مدت تحولات بسياري در هستي ايجاد خواهد شد . توليد مواد جديد ، گياهان ، جانداران و حتي انسان متحول خواهد شد . اشكالات ساختاري موجودات در طبيعت رفع مي شود و با تركيب و خواص اورگانيك گياهان و جانوران ، موجودات جديدي با خواص فوق العاده و شخصيتهاي متفاوت بوجود خواهد آمد .آينده علوم و مهندسي كه چندين گرايشي Multi- Disciplinary )) است ، به طرف توليد ماشينهاي مولكولي سوق داده خواهد شد تا در نهايت بتواند مجموعه هاي كارآيي از پيوندهاي ارگانيك و سايبريك را عرضه نمايد .

هستي را به رايانه ( سخت افزار ) و برنامه ( نرم افزار ) كه دو پديده مختلف ولي ادغام شده هستند ، مي توان تشبيه كرد . سخت افزار مصداق ماده ( اغلب اتم هيدروژن ) و نرم افزار يا برنامه ، قابليت نهفته در خلقت آن است .

اتم به نظر ساده و ابتدايي هيدروژن در طي ميلياردها سال با قابليت نهفته در خود توانسته است ميليونها نوع آرايش مختلف را در هستي بوجود آورد . بشر از بوجود آوردن اساس ماده عاجز است . ولي در برنامه ريزيهاي جديد و يافتن اشكال ديگري از آنچه در طبيعت وجود دارد ، پيش خواهد رفت . طبيعت را خواهد شناخت و به اصطلاح ، قفلهاي شگفت آور آن را باز خواهد كرد . احتمالا انسان در شرايط مناسبتري از درجه حرارت و فشار كه درتشكيل طبيعي مواد مختلف از هيدروژن لازم است ، بتواند اتمهاي مورد نباز خود را توليد كند ، سيارات ديگري را در نهايت در اختيار بگيرد و بعيد نيست كه نواده هاي دوردست ما بتوانند در نيمه هاي راه ابديت در اكثر نقاط جهان هستي و كهكشانها سكني گزينند.

به احتمال زياد قبل از پايان هزاره سوم انسانها در بدن خود انواع لوازم مصنوعي و ديجيتالي راخواهند داشت. . از بيماري ، پيري ، درد ستون فقرات ، كم حافظه اي و... رنج نخواهند برد .قابليت فهم و تحليل اطلاعات در مغز آنها در مقايسه با امروز بي نهايت خواهد شد . در هزاره هاي آينده انسانهاي طبيعي مانند امروز احتمالا براي مطالعات پژوهشي نگهداري شده و به نمونه هاي آزمايشگاهي و بطور حتم قابل احترام تبديل خواهند شد و مردمان آينده از اينهمه درد و ناراحتي كه اجداد آنها در هزاره هاي قبل كشيده اند ، متعجب و متاثر خواهند بود .

اكنون جا دارد همگام با تحولات جديد در مهندسي و علوم ، دانشگاهها و مراكز تحقيقاتي بطور جدي به پژوهشهاي تكنولوژي مادون ريز مشغول شوند تا حداقل ما هم بتوانيم مرزهاي دانش روز را به نسلهاي آينده تحويل دهيم و در تشكلهاي جديد هستي سهمي داشته باشيم . باشد هرچه زودتر به خود آييم و عمق شكوهمند و معجزه آساي انديشه بشررا دريابيم و از كوتاه بيني و افكار فرسوده موروثي فاصله بگيريم . گفته شيخ اجل سعدي در آينده مصداق واقعي تري خواهد داشت :

چه انتظاري بايد از نانوتكنولوژي داشت :

اين تكنولوژي جديد توانايي آن را دارد كه تاثيري اساسي بر كشورهاي صنعتي در دهه هاي آينده بگذارد . در اينجا به برخي از نمونه هاي عملي در زمينه نانوتكنولوژي كه بر اساس تحقيقات و مشاهدات بخش خصوصي به دست آمده است ، اشاره مي شود .

انتظار مي رود كه مقياس نانومتر به يك مقياس با كارايي بالا و ويژگيهاي منحصربفرد ، طوري ساخته خواهند شد كه روش شيمي سنتي پاسخگوي اين امر نمي تواند باشد .

· نانوتكنولوژي مي تواند باعث گسترش فروش سالانه 300 ميليارد دلار براي صنعت نيمه هاديها و 900 ميليون دلار براي مدارهاي مجتمع ، طي 10 تا 15 سال آينده شود .

· نانوتكنولوژي ، مراقبتهاي بهداشتي ، طول عمر ، كيفيت و تواناييهاي جسمي بشر را افزايش خواهد داد .

· تقريبا نيمي از محصولات دارويي در 10 تا 15 سال آينده متكي به نانوتكنولوژي خواهد بود كه اين امر ، خود 180 ميليارد دلار نقدينگي را به گردش درخواهد آورد .

· كاتاليستهاي نانوساختاري در صنايع پتروشيمي داراي كاربردهاي فراواني هستند كه پيش بيني شده است اين دانش ، سالانه 100 ميليارد دلار را طي 10 تا 15 سال آينده تحت تاثير قرار دهد .

· نانوتكنولوژي موجب توسعه محصولات كشاورزي براي يك جمعيت عظيم خواهد شد و راههاي اقتصادي تري را براي تصويه و نمك زدايي آب و بهينه سازي راههاي استفاده از منابع انرژيهاي تجديد پذير همچون انرژي خورشيدي ارائه نمايد . بطور مثال استفاده از يك نوع انباره جريان گذرا با الكترودهاي نانولوله كربني كه اخيرا آزمايش گرديد ، نشان داد كه اين روش 10 بار كمتر از روش اسمز معكوس ، آب دريا را نمك زدايي مي كند .

· انتظار مي رود كه نانوتكنولوژي نياز بشر را به مواد كمياب كمتر كرده و با كاستن آلاينده ها ، محيط زيستي سالمتر را فراهم كند . براي مثال مطالعات نشان مي دهد در طي 10 تا 15 سال آينده ، روشنايي حاصل از پيشرفت نانوتكنولوژي ،مصرف جهاني انرژي را تا 10 درصد كاهش داده ، باعث صرفه جويي سالانه 100 ميليارد دلار و همچنين كاهش آلودگي هوا به ميزان 200 ميليون تن كربن شود.

در چند سال گذشته بازارچند ميليارد دلاري برپايه نانوتكنولوژي كسترش يافته اند . براي مثال در ايالات متحده ، IBM براي هد ديسكهاي سخت ، يك سري حسگرهاي مغناطيسي را ابداع كرده است .

Eastern Kodak و 3M تكنولوژي ساخت فيلمهاي نازك نانو ساختاري را به وجود آورده اند . شركت Mobil كاتاليستهاي نانو ساختاري را براي دستگاههاي شيميايي توليد كرده است و شركت Merck ، داروهاي نانوذره اي را عرضه كرده است . تويوتا در ژاپن مواد پليمري تقويت شده نانوذره اي را براي خودروها و Samsung Electronics در كره ، در حال كار بر روي سطح صفحات نمايش توسط نانولوله هاي كربني هستند . بشر درست در ابتداي مسير قرار دارد و فقط چندين محصول تجاري از نانوساختارهاي يك بعدي بهره مي گيرند ( نانو ذرات ، نانو لوله ها ، نانو لايه و سوپر لاستيكها ) . نظزيات جديد و روشهاي مقرون به صرفه توليد نانوساختارهاي دو و سه بعدي از موضوعات مورد بررسي آينده مي باشند.

نانو تكنولوژي يا كاربرد فناوري در مقياس يك ميليونيم متر، جهان حيرت انگيزي را پيش روي دانشمندان قرار داده است كه در تاريخ بشريت نظيري براي آن نمي توان يافت. پيشرفتهاي پرشتابي كه در اين عرصه بوقوع مي پيوندد، پيام مهمي را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستيابي به توانايي هاي بي بديلي براي تغيير محيط پيرامون خويش قرار گرفته است و جهان و جامعه اي كه در آينده اي نه چندان دور به مدد اين فناوري جديد پديدار خواهد شد، تفاوت هايي بنيادين با جهان مالوف آدمي در گذشته خواهد داشت.

به گزارش ايرنا نانو تكنولوژي نظير هر فناوري ديگري چونان يك تيغ دولبه است كه مي توان از آن در مسير خير و صلاح و يا نابودي و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره گيري از اين فناوري شناخت دقيق تر خصوصيات آن و آشنايي با قابليت هاي بالقوه اي است كه در خود جاي داده است. در خصوص نانو تكنولوژي يك نكته را مي توان به روشني و بدون ابهام مورد تاكيد قرار داد: اين فناوري جديد هنوز، حتي براي متخصصان، شناخته شده نيست و همين امر هاله ابهامي را كه آن را در برگرفته ضخيمتر مي كند و راه را براي گمانزني هاي متنوع هموار مي سازد.

كساني بر اين باورند كه اين فناوري نظير هيولايي فرانكشتين در داستان مري شلي و يا همانند جعبه پاندورا در اسطوره هاي يونان باستان، مرگ و نابودي براي ابناي بشر درپي دارد. در مقابل گروهي نيز معتقدند كه به مدد توانايي هاي حاصل از اين فناوري مي توان عالم را گلستان كرد.

در حال حاضر 450 شركت تحقيقاتي- تجاري در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمريكا و ژاپن با بودجه اي كه در مجموع به 4 ميليارد دلار بالغ مي شود سرگرم انجام تحقيقات در عرصه نانو تكنولوژي هستند. در اين قلمرو اتمها و ذرات رفتاري غيرمتعارف از خود به نمايش مي گذارند و از آنجا كه كل طبيعت از همين ذرات تشكيل شده، شناخت نحوه عمل آنها، به يك معنا شناخت بهتر نحوه شكل گيري عالم است. به اين ترتيب دانشمنداني كه در اين قلمرو به كاوش مشغولند، به يك اعتبار با ذهن و ضمير خالق هستي و نقشه شگفت انگيز او در خلقت عالم آشنايي پيدا مي كنند، اما از آنجا كه دانايي توانايي به همراه مي آورد، شناسايي رازهاي هستي مي تواند توان فوق العاده اي را در اختيار كاشفان اين رازها قرار دهد. تحقيق در قلمرو نانو تكنولوژي از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستين نتايج چشمگير از رهگذر اين تحقيقات عايد گرديد.

از جمله آنكه يك گروه از محققان شركت آي بي ام موفق شدند35 اتم گزنون را بر روي يك صفحه از جنس نيكل جاي دهند و با كمك اين تك اتمها نامي را بر روي صفحه نيكلي درج كنند. محققان ديگر به بررسي درباره ساختارهاي ريز موجود در طبيعت نظير تار عنكبوت ها و رشته هاي ابريشم پرداختند تا بتوانند موادي نازك تر و مقاوم تر توليد كنند. در اين ميان ساخت يك نوع مولكول جديد كربن موسوم به باكمينسترفولرين يا كربن- 60 راه را براي پژوهشهاي بعدي هموارتر كرد. محققان با كمك اين مولكول كه خواص حيرت انگيز آن هنوز در درست بررسي است، لوله هاي موئينه اي در مقياس نانو ساخته اند كه مي تواند براي ايجاد ساختارهاي مختلف در تراز يك ميليونيم متر مورد استفاده قرار گيرد. بررسي هايي كه در ابعاد نانو بر روي مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازه اي را آشكار كرده است. به عنوان مثال ذرات سيليكن در اين ابعاد از خود نور ساطع مي كنند و لايه هاي فولاد در اين مقياس از استحكام بيشتري در قياس با صفحات بزرگتر اين فلز برخوردارند.

برخي شركتها از هم اكنون بهره برداري از برخي يافته هاي نانوتكنولوژي را آغاز كرده اند. به عنوان نمونه شركت آرايشي اورال از مواد نانو در محصولات آرايشي خود استفاده مي كند تا بر ميزان تاثير آنها بيفزايد. ساخت ديودهاي نوري با استفاده از مواد نانو موجب مي شود تا 80درصد در هزينه برق صرفه جويي شود. توپهاي تنيسي كه با كربن 60 ساخته شده و روانه بازار گرديده سبكتر و مستحكمتر از توپهاي عادي است. شركتهاي ديگر با استفاده از مواد نانو پارچه هايي توليد كرده اند كه با يك بار تكاندن آنها مي توان حالت اتوي اوليه را به آنها بازگرداند و همه چين و چروكهايشان را زايل كرد. با همين يك بار تكان همه گردوخاكي كه به اين پارچه ها جذب شده اند نيز پاك مي شوند. نوارهاي زخم بندي هوشمندي با اين مواد درست شده كه به محض مشاهده نخستين علائم عفونت در مقياس مولكولي، پزشكان را مطلع مي سازند.

از همين نوع مواد همچنين ليوانهايي توليد شده كه قابليت خود- تميزكردن دارند. لنزها و عدسيهاي عينك ساخته شده از جنس مواد نانو ضد خش هستند و يك گروه از محققان تا آنجا پيش رفته اند كه درصددند با مواد نانو پوششهاي مناسبي توليد كنند كه سلولهاي حاوي ويروسهاي خطرناك نظير ويروس ايدز را در خود مي پوشاند و مانع خروج آنها مي شود. مهمترين نكته درباره موقعيت كنوني فناوري نانو آن است كه اكنون دانشمندان اين توانايي را پيدا كرده اند كه در تراز تك اتمها به بهره گيري از آنها بپردازند و اين توانايي بالقوه مي تواند زمينه ساز بسياري از تحولات بعدي شود. يك گروه از برجسته ترين محققان در حوزه نانوتكنولوژي بر اين اعتقادند كه مي توان بدون آسيب رساندن به سلولهاي حياتي، در درون آنها به كاوش و تحقيق پرداخت. شيوه هاي كنوني براي بررسي سلولها بسيار خام و ابتدايي است و دانشمندان براي شناخت آنچه كه در درون سلول اتفاق مي افتد ناگزيرند سلولها را از هم بشكافند و در اين حال بسياري از اطلاعات مهم مربوط به سيالهاي درون سلول يا ارگانلهاي موجود در آن از بين مي رود.

يك گروه از محققان كه در گروهي موسوم به اتحاد سيستمهاي زيستي گرد آمده اند، سرگرم تكميل ابزارهاي ظريفي هستند كه هدف آن بررسي اوضاع و احوال درون سلول در زمان واقعي و بدون آسيب رساندن به اجزاي دروني سلول يا مداخله در فعاليت بخشهاي داخلي آن است. ابزاري كه اين گروه مشغول ساخت آن هستند رديف هايي از لوله ها يا سيمهاي بسيار ظريفند كه قادرند وظايف مختلفي را به انجام برسانند از جمله آنكه هزاران پروتئيني را كه به وسيله سلولها ترشح مي شود شناسايي كند. گروههاي ديگر از محققان نيز به نوبه خود سرگرم توليد دستگاهها و ابزارهاي ديگر براي انجام مقاصد علمي ديگر هستند.

به عنوان نمونه يك گروه از محققان سرگرم تكميل فيبرهاي نوري در ابعاد نانو هستند كه قادر خواهند بود مولكولهاي مورد نظر را شناسايي كنند. گروهي نيز دستگاهي را دردست ساخت دارند كه با استفاده از ذرات طلا مي تواند پروتئين هاي معيني را فعال سازد يا از كار بيندازد. به اعتقاد پژوهشگران براي آنكه بتوان از سلولها در حين فعاليت واقعي آنها اطلاعات مناسب به دست آورد، بايد شيوه تنظيم آزمايشها را مورد تجديدنظر اساسي قرار داد. سلولها در فعاليت طبيعي خود امور مختلفي را به انجام مي رسانند: از جمله انتقال اطلاعات و علائم و داده ها ميان خود، ردوبدل كردن مواد غذايي و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حياتي. يك گروه از روش تازه اي موسوم به الگوي انتقال ابر - شبكه استفاده كرده اند كه ساخت نيمه هاديهاي نانومتري به قطر تنها 8 نانومتر را امكان پذير مي سازد. هريك از اين لوله هاي بسيار ريز بالقوه مي توانند يك پادتن خاص يا يك اوليگو نوكلئو اسيد و يا يك بخش كوچك از رشته دي ان اي بر روي خود جاي دهند.

با كمك هر تراشه مي توان 1000 آزمايش متفاوت بر روي يك سلول انجام داد. براي دستيابي به موفقيت كامل بايد بر برخي از محدوديتها غلبه شود، ازجمله آنكه درحال حاضر براي بررسي سلولها بايد آنها را در درون مايعي قرار داد كه مصنوعاً محيط زيست طبيعي سلولها را بازسازي مي كند، اما يون موجود در اين مايع مي تواند سنجنده هاي موئينه را از كار بيندازد. براي رفع مشكل، محققان سلولها را درون مايعي جاي مي دهند كه چگالي يون آن كمتر است. گروههاي ديگري از محققان نيز در تلاشند تا ابزارهاي مناسب در مقياس نانو براي بررسي جهان سلولها ابداع كنند. يكي از اين ابزارها چنانكه اشاره شد يك فيبر نوري است كه ضخامت نوك آن 40 نانومتر است و بر روي نوك نوعي پادتن جا داده شده كه قادر است خود را به مولكول مورد نظر در درون سلول متصل سازد. اين فيبر نوري با استفاده از فيبرهاي معمولي و تراش آنها ساخته شده و بر روي فيبر پوششي از نقره اندود شده تا از فرار نور جلوگيري به عمل آورد. نحوه عمل اين فيبر نوري درخور توجه است.

از آنجاكه قطر نوك اين فيبر نوري، از طول موج نوري كه براي روشن كردن سلول مورد استفاده قرار مي گيرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهاي نور نمي توانند خود را تا انتهاي فيبر برسانند، درعوض در نزديكي نوك فيبر مجتمع مي شوند و يك ميدان نوري بوجود مي آورند كه تنها مي تواند مولكولهايي را كه در تماس با نوك فيبر قرار مي گيرند تحريك كند. به نوك اين فيبر نوري يك پادتن متصل است و محققان به اين پادتن يك مولكول فلورسان مي چسبانند و آنگاه نوك فيبر را به درون يك سلول فرو مي كنند. در درون سلول، نمونه مشابه مولكول فلورسان نوك فيبر، اين مولكول را كنار مي زند و خود جاي آن را مي گرد. به اين ترتيب نوري كه از مولكول فلورسان ساطع مي شد از بين مي رود و فضاي درون سلول تنها با نوري كه به وسيله ميدان موجود در فيبر نوري بوجود مي آيد روشن مي شود و درنتيجه محققان قادر مي شوند يك تك مولكول را در درون سلول مشاهده كنند.

مزيت بزرگ اين روش در آن است كه باعث مرگ سلول نمي شود و به دانشمندان اجازه مي دهد درون سلول را در هنگام فعاليت آن مشاهده كنند. نانو تكنولوژي همچنين به محققان امكان مي دهد كه بتوانند رويدادهاي بسيار نادر يا مولكولهاي با چگالي بسيار كم را مشاهده كنند. به عنوان مثال بلورهاي مينياتوري نيمه هاديهاي فلزي در يك فركانس خاص از خود نور ساطع مي كنند و از اين نور مي توان براي مشخص كردن مجموعه اي از مولكولهاي زيستي و الصاق برچسب براي شناسايي آنها استفاده كرد. به نوشته هفته نامه علمي نيچر چاپ انگلستان يك گروه از محققان دانشگاه ميشيگان نيز توانسته اند سنجنده خاصي را تكميل كنند كه قادر است حركت اتمهاي روي را در درون سلولها دنبال كند و به دانشمندان در تشخيص نقايص زيست عصبي مدد رساند.

از ابزارهاي در مقياس نانو همچنين مي توان براي عرضه مؤثرتر داروها در نقاط موردنظر استفاده به عمل آورد. در آزمايشي كه بتازگي به انجام رسيده نشان داده شده است كه حمله به سلولهاي سرطاني با استفاده از ذرات نانو 100برابر بازده عمل را افزايش مي دهد. محققان اميدوارند در آينده اي نه چندان دور با استفاده از نانو تكنولوژي موفق شوند امور داخلي هر سلول را تحت كنترل خود درآورند. هم اكنون گامهاي بلندي در اين زمينه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان مي توانند فعاليت پروتئينها و مولكول دي ان اي را در درون سلول كنترل كنند. به اين ترتيب نانو تكنولوژي به محققان امكان مي دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها يعني اصلي ترين بخش سازنده بدن جانداران به بهترين وجه كامل سازند.

[Borna66]

هر چند كه گفته مى شود نانوفناورى قابليت توليد و كاربرد فناورى هاى تميزتر را دارا است؛ اما در كاربرد نانومواد يا ريزمواد بايد احتياط لازم را به عمل آورد. مطالعات نشان مى دهد افرادى كه در معرض انتشار نانومواد قرار دارند ممكن است به عارضه هايى دچار شوند و همچنين تخليه نانوذرات به آب نيز سبب آلودگى هاى سمى زيست محيطى مى شود. در اين نوشتار جهت آشنايى بيشتر خوانندگان گرامى با ساير جنبه هاى علم و فناورى رو به رشد نانو يكى از كامل ترين و جديدترين مطالعاتى كه در زمينه خطرات نانوذرات انجام شده و هم اكنون در مجله Journal of Cleaner Production زير چاپ است؛ به صورت خلاصه ترجمه و ارائه شده است.
• • •
ويژگى بارز نانوفناورى استفاده آن از ذرات بسيار كوچكى است كه حداقل يكى از ابعاد آنها كمتر از ۱۰۰ نانومتر باشد. گفته شده است كه نانوفناورى مى تواند مواد زائد و آلودگى ها را از محيط حذف كند حتى مى تواند به طور فزاينده اى از مصرف و هدر رفتن منابع جلوگيرى كند كه اين خود مى تواند سبب شود قيمت تمام شده بسيارى از محصولات و فرآيندها كاهش يابد. از سوى ديگر نانوفناورى اين قابليت را دارد كه با فراهم آوردن امكان انتخاب گرى بالا در واكنش هاى شيميايى، بهره ورى در مصرف انرژى و كاهش توليد مواد زائد را موجب شود. با اين وجود مطالعات نشان مى دهد كه اين فناورى نوظهور آنچنان كه گفته مى شود بى خطر نيست. اصولاً ما با سه دسته نانومواد سروكار داريم. دسته اول كه مهم ترين و قديمى ترين آنها كربن سياه يا كربن بلاك است كه در ساختن لاستيك و نيز در صنايع چاپ به كار مى رود. كاربردهاى جديد اين نانوماده در صنايع ديگرى چون صنايع پوششى، نساجى، سراميك، شيشه و… گزارش شده است. تنها افرادى كه در اين صنايع كار مى كنند مى توانند در معرض اين دسته از نانومواد قرار بگيرند. دسته دوم شامل نانوذراتى است كه در مواد دارويى و آرايشى بهداشتى به كار مى روند كه بالنسبه عموم افراد ممكن است از آنها استفاده كنند. دسته سوم نانوذراتى هستند كه به صورت ناخواسته به عنوان محصول فرعى بعضى از فرآيندها- مانند سوختن سوخت هاى ديزلى، گداختن فلزات و حرارت دادن پليمرها توليد مى شوند، كه به اين دسته نانوذرات غيرتوليدى نيز گفته مى شود. امروزه بيشتر نانوذرات توليدى از اكسيدهاى فلزى، سيليكون و كربن ساخته مى شوند. بيشتر نانوذرات دارو رسان از چربى ها و ساختارهايى با پايه پلى اتيلن گليكول ساخته شده اند.

[Borna66]

آيا نانوتكنولوژي واقعي است؟


پيشگفتار

بحث بسيار مهمي اكنون در جمع محققين نانوتكنولوژي nanotechnology در جريان است. اين بحث به نام جدل دركسلر-اسماليDrexler-Smalley debate خوانده ميشود، و برروي موضوع اسمبلي مولوكوليmolecular assembly متمركز است. اريك دركسلرEric Drexler بيست سال پيش نانوتكنولوژي را بنيانگذاري كرد، و رئيس هيئت مديره موسسه فورسايت است. ريچارد اسمالي از برندگان جايزه نوبل در شيمي و محقق نانوتكنولوژي در 10 سال گذشته بوده است، و بر روي امكانات كاربردي ننوتوب كربنيcarbon nanotubes كار كرده است. جالب است كه يكي از برجسته ترين نظريه پردازان عصر ما، كه از شخصيت هاي دانش هوش مصنوعي است، يعني ري كورزويل Ray Kurzweil، اين جدل دركسلر-اسمالي را با دقت مورد خطاب قرار داده است. مقاله كورزويل شرح جز به جز تكنيكي اين جدل است، و او به شكل علمي نشان ميدهد كه چرا مهم است كه از ديدگاه دركسلر حمايت شود. به نظر من، جدل دركسلر- اسمالي، اهميتي در فراسوي تعلقات عرصه هاي ويژه تحقيقاتي آن ها دارد، نظير بحث هاي مشابه 20 سال پيش در عرصه هوش مصنوعي، وقتيكه از سوئي مكارتيMcCarthy و مينسكيMinsky معتقد بودند هوش مصنوعي امكان پذير است، و از سوي ديگر، كساني نظير درايفوسDreyfus و سرلSearle، يا امكانAI را نفي ميكردند و يا آنرا خيلي ضعيف مي ديدند. من درباره منازعات هوش مصنوعي در جاي ديگر نوشته ام. بيست سال بعد يعني امروز، آشكار است كه هوش مصنوعي امكان پذير است، اگرچه با هوش طبيعي يكي نيست، اما از بسياري جنبه ها، مثلأ براي كار كردن با مقادير زياد اطلاعات، از هوش طبيعي هم پرقدرت تر است. بنابراين واقعأ هوش *مصنوعي* است، و نه به مفهوم تحقير آميز كلمه. به همينگونه الماس مصنوعي ننوتك ميتواند يك آفرينش جديد باشد، حتي بهتر از اصل، چه از نظر زيبائي، چه از نظر دوام، و يا از لحاظ خواص ديگر.
آيا كشورهاي توسعه نيافته بايستي به اين موضوع فكر كنند؟
آنچه كه در اين منازعات مهم است اين است كه اگر مردم اين نظر را به پذيرند كه خلق مجدد جهان غير ممكن است، آنچه كه مخالفين نانوتكنولوژي تبليغ ميكنند، ممكن است كه ما يك فرصت تاريخي را از دست بدهيم، فرصتي كه ميتواند از انقلاب كامپيوتري 20 سال گذشته نيز مهمتر باشد. ممكن است به پرسيد كه اين جدل چه اهميتي براي كشورهاي توسعه نيافته نظير ايران دارد، و اينكه چرا روشنفكران ايراني بايستي اصلأ نگران اين موضوع بوده و در اين رابطه به خود زحمت دهند؟ همانگونه كه سالها پيش، براي بسيارنياز ورود به منازعات هوش مصنوعي و جامعه فراصنعتي مايه شگفتي بود، وقتي كه حتي جامعه صنعتي نيز به سختي در ايران توسعه يافته است. اما امروز، همه به اهميت كامپيوتر، اينترنت و اقتصاد گلوبال براي ايران اذعان دارند، و اينكه چرا موضوعاتي نظير ملحق شدن به سازمان جهاني تجارتWTO اهميت بسيار زيادي براي ايران حال و اينده ايران دارد، وحتي بسياري از روشنفكران ايران هم اكنون در اين تلاش ها فعال هستند. به همينگونه نانوتكنولوژي ميتواند مهمترين تكنولوژي اي باشد كه حتي سلول هاي سوختيfuel cells تازه خلق كند، و به عصر نفت پايان دهد، و نه تنها بر اقتصاد كشورهاي توليد كننده نفت نظير ايران، تأثير جدي بگذارد، بلكه كل توليد صنعتي در سطح جهاني، كه بر توليد انرژي استوار است را دگرگون كند، و تأثير جدي بر فقر و ثروت در هر نقطه جهان بگذارد. و هيچ دليلي ندارد كه دانشمندان كشوري نظير ايران در توسعه نانوتكنولوژي شركت نكنند، وقتيكه اين تكنولوژي نه تنها برروي كشورهاي توسعه يافته، بلكه برروي بازده توليد جهاني در فراسوي يك مقياس بزرگ order of magnitude تأثير گذار است. آنجه در بالا ذكر كردم دليل آن است كه چرا بنظر من، دنبال كردن جدل دركسلر-اسمالي، براي روشنفكران ايران مهم است.
اسمبلي مولوكوليMolecular Assembly چيست؟
اولين بروسه هاي توليدي مانوفاكتور در پايان قرون وسطي در اروپاي اواخر سالهاي 1500 شكل گرفتند. اين توليد عبارت بود از ساختن اشيأ از مواد اوليه با دست يا با ماشين آلات به طور سيستماتيك همراه تقسيم كار. سپس اختراع ماشين بخار در قرن هجدهم، ماشين آلات متحرك را بوجود اورد، كه با نيروي مهار شده توسط اين موتور ها به حركت در ميآمدند. مانوفاكتور به كارخانه توسعه يافت، و بدينگونه سيماي كره زمين طي دويست سال بعد از آن، كاملأ دگرگون شد. امروز نانوتكنولوژي درباره اسمبلي مولوكولي است، كه نوع مينياتوري مانوفاكتور است، و ميتواند اساسأ دنيا را از نوبيآفريند، آنهم با بازدهي بهتر، و نتيجه آن نه تنها ميتواند به وابستگي به مواد خام طبيعي پايان دهد، بلكه ممكن است توسعه صنعتي را كامل كند. آنگونه كه دنيل بل بخوبي نشان داده، جامعه صنعتي اساسأ عصر انرژي تمدن بشر بود، توليدي با ماشين آلات متحرك كه از انرژي مهار شده استفاده ميكردند. در نتيجه نانوتكنولوژي ميتواند بطور موفقيت آميزي مابقي توليد كشاورزي و صنعتي را كامل كند، و نه تنها از طريق حل مسأله انرژي، بلكه همچنين، از طريق افزودن هوش به موضوعات اين تمدن هاي بشري. به طور خلاصه ميتواند به تمام فعاليت هاي توليدي كه در شيوه هاي توليد ماقبل صنعتي هستند كمك كند كه به توليد هوشمند فراصنعتي برسند، هم آنگونه كه برنامه هاي كامپيوتري هوشمند در توليدات تكنولوژي نوينhigh tech امروز به كار برده ميشوند. يعني پس از توسعه ننوتك، اينگونه توليدات هوشمند براي همه فعاليت هاي توليدي به كار خواهند رفت. عبارات زير آنگونه ايست كه كورزويل استفاده از هوش را در ننوتك توضيح ميدهد، با استفاده از اصطلاح *نرم افزار* به معني وسيع كلمه:
"هرچند پيكربندي هايconfigurations بسياري پيشنهاد شده، يك اسمبلر نوعيtypical assembler، به صورت يك واحد روي ميزي توصيف شده، كه ميتواند هر محصولي كه از نظر فيزيكي ممكن، و ما برايش توصيف ترم افزاري داشته باشيم را، توليد كند. محصولات ميتوانند از كامپيوتر باشند تا لباس، آثار هنري باشند تا غذاي پخته شده. محصولات بزرگتر، نظير اثاثيه، ماشين، و حتي خانه نيز ميتوانند به صورت قايسيmodular ساخته شوند، يا از طريق ساختن اسمبلرهاي بزرگتر. آنچه كه از اهميت ويژه برخوردار است اسمبلري است كه كه ميتواند كپي خود را خلق كند. هزينه افزوده براي ساختن هر محصول فيزيكي، كه شامل هزينه خود اسمبلر هم ميشود، چند پنيpennies براي هر پوند خواهد بود، اساسأ قيمت مواد خام آن. البته هزينه واقعي در ارزش اطلاعاتي خواهد بود كه هر محصول را توصيف ميكند ، يعني نرم افزاري كه پروسه اسمبلي را كنترل ميكند. در نتيجه هر چيز با ارزش در جهان، از جمله خود اشيأ فيزيكي، اساسأ از اطلاعات تشكيل ميشوند. ما ازامروز از چنين شرايطي چندان دور نيستيم، چرا كه "محتوي اطلاعاتي" محصولات بطور سريعي به خط مجانب صد درصد ارزش آنها مماس ميشود." ري كورز.يل-جدل دركسلر-اسمالي درباره اسمبلر مولوكولي، 3 دسامبر، 2003] عبارات بالا بيان اصل آنچيزي است كه در پاراديم ننوتك براي دنيا اهميت دارد. اگر نيوتون قوانين حركت را توصيف كرد، و در پي آن، لاپلاس بحث ميكرد كه اگر شرايط اوليه جهان را داشته باشيم، با دانش قوانين نيوتون، ميتوان جهان در هر لحظه را پيش بيني كرد، ما نيز در اينجا شاهد آنيم كه علم در 300 سال گذشته توصيف ساختمان اشيأ را انجام داده، و آن به اين معني است كه ميشود، آنگونه كه در همانجا كورزويل از سخنراني تاريخي 1959 فيزيك دان معروف فينمنFeynman نقل ميكند، در نهايت تمام طبيعت را مصنوعأ از نو "اتم به اتم" ساخت.
چرا نوآفريني مصنوعي مهم است؟
چه اهميتي دارد كه ما آب را از دو اتم هيدرژن و يك اتم اكسيژن بسازيم؟ براي آنكه اگر مولكولهاي آب را اينگونه بسازيم، شبيه يك اسمبلي توليدي است، و ميتواند تريليون و تريليون بار ساخته شود، يعني انگونه كه فينمنFeyman اشاره ميكند، اشيأ اتم به اتم ميتوانند "مانور" داده شوند، و مواد در نتيجه ميتوانند كارآراتر شوند، و با خواص دلخواه توليد شوند. بيشتر آنكه در مواردي كه كمبود يا خطرات مخيط زيستي وجود دارد، مثلأ مورد نفت در دنياي كنوني، كه وابستگي به سوخت فسيل از نظر محيط زيستي كشنده است، ننوتك ميتواند يك الترناتيو پاكيزه در مقياس اقتصادي موثر، ارائه كند. همچنين اينگونه پروسه هاي مصنوعي ننوتك ميتوانند بسياري از اشتباهات كه در پروسه هاي طبيعي هستند را اجتناب كنند، همانگونه كه كامپيوتر در مقايسه با انسان، براي پروسه كردن مقاديرزياد اطلاعات، كمتر اشتباه ميكند. اين موضوع در پروسه هاي بيولوژيك مهم است، زمانيكه امراضي نظير سرطان نتيجه اشتباهات در عملكرد سلولها در پروسه هاي طبيعي هستند. آيا تمام اين پيشرفت ها ميتوانند خطرات و مسائلي را هم باعث شوند؟ البته! كورزويل مثال خوبي از شبكه هاي كامپيوتري و ويروس ها ميزند كه از طريق اين شبكه ها پخش ميشوند، و اشاره ميكند كه ما امروز حاضر نيستيم كامپيوتر و اينترنت را به خاطر ويروس به دور بريزيم ، و به جاي بازگشت به عقب، ما دفاع در برابر ويروس را بوجود مياوريم. البته مسدله اصلي منقديني نظير اسمالي خطرات نيستند. خطراتي نظير مسائل مكانيسم هاي خود سازself-replicating. چرا كه همانگونه كه همه ميدانيم خود سيستمهاي خودسازطبيعت، نظير سلولهاي انسان، مسأله كپي هاي غلط را به كرات نشان ميدهند، كه دليل امراضي نظير سرطان است. و نه تنهاسرطان، بلكه تمام پروسه سالخوردگي و امراضي نظير الزايمرAlzheimers نتيجه اشتباهات سلولهاي خود ساز طبيعت هستند. بنابراين كنترل در سيستمهاي خود ساز مصنوعي ميتوانند حتي براي حل اينگونه مسائل هم به كار روند. به عبارت ديگر، خطرات بالا موضوع اصلي منقديني نظير اسمالي نيست. اصل بحث آنها همانند درايفوسDreyfus و بحثهاي شطرنج وي، در زمان آغازغرصه دانش هوش مصنوعيAI، است، يعني آنها بحث ميكنند كه اسمبلر مولوكولي غير ممكن است، با اشاره به موضوعاتي نظير انگشتان چاق در ننوتك، كه اساسأ معني اش اين است كه دست روباطي كه براي وصل كردن اتمها بكار ميرود، وقتي به اندازه هاي كوانتومي تزديك شويم، بخاطر تأثيرات كوانتومي عدم تعين، نميتواند آزادانه حركت كند. اما همانگونه كه كورزويل به نحو احسنت نشان ميدهد، اندازه هاي ننوتك به مراتب از اندازه هاي كوانتومي كه در انها اين عدم تعين ها معني ميدهند، بزرگتر هستند، و حتي اگر چنين فاكتورهائي هم وارد شوند، و مشكل ايجاد كنند، آنها مسائلي براي حل كردن هستند، و نه براي دلسرد شدن از امكان ننوتك.
نتيجه گيري
اساسأ دانشمندان در 300 سال گذشته، دنيا را با فرمولهاي مختلف توصيف كرده اند، و اگر ژنتيك يكي از علومي بوده است كه از دانش براي نوآفريني بخشي از واقعيت طبيعي با كنترل قادر شده است، ننوتك ميتواند همه جهان را از نو به شكل هوشمندانه خلق كند، و ميتواند محيطي براي ابزارهاي هوشمند خلق كند كه در ارتباط متقابل موثر با دنياي فيزيكي قرار گيرند، و طبيعت را به واقعيت ثروت زا براي نسل بشر مبدل كنند، و در عين حال به ما كمك كنند كه به فراسوي محدوديت هاي بيولوژيك خود برويم، و با مسائلي نظير سرطان به طور موثر دست و پنجه نرم كنيم. در اين عرصه فرصت هاي بسياري براي بشريت نهفته است، و ترك اين عرصه دانش ميتواند به هر ملت و كل جهان لطمه زده و توسعه جامعه قراصنعتي در سطح جهاني را كند كند. به طور خلاصه، نانوتكنولوژي به تاثير ابزار هوشمند برروي زندگي بشر و جهان گره خورده،و مشتركأ پتانسيل هاي عظيم فراروي بشريت و جهان را ترسيم ميكنند.

[Borna66]

نانو تكنولوژي از ديدگاه جامعه شناختي

امروزه واژه نانوتكنولوژي براي توضيح جامع تمامي فعاليت هاي انجام شده در سطح اتمي و مولوكولي كه كاربردي در دنياي حقيقي داشته باشند به كار مي رود.از آنجا كه نانوتكنولوژي همواره در حال دگرگوني زندگي بشر است و نانوتكنولوژي جايي است كه تكنولوژي امروز ما به آن سمت حركت مي كند بنابراين علم و تكنولوژي امروز ما در مقياس نانو در بر گيرنده تحقيق و توسعه در نوك پيكان گستره وسيعي از رشته ها است.اصطلاح نانوتكنولوژي در هر جايي كه دانشمندان تكنولوژيست ما با عناصر سازنده مواد اتمها و مولوكولها سر و كله مي زنند به كار مي رود. در واقع علوم و تكنولوژي در مقياس نانو مرزهاي شيمي ،علم، مواد پزشكي و سخت افزارهاي كامپيوتر تحقيقاتي كه ادامه انقلاب تكنولوژي را ممكن مي سازد در نورديده است.

نانوتكنولوژي پهنه اي از علم است كه در آن ابعاد و تلرانس هايي با دقت يك دهم تا صد نانومتر نقش حياتي ايفا مي كند.در واقع اين تعريف از Albert Franks تمامي زمينه هاي نانو را در بر مي گيرد.

با پيشرفت تكنولوژي هاي در مقياس نانو توسعه توليد مولوكولي امكان پذير مي شود.

نانوتكنولوژيي كه به مراتب قدرتمندتر و نظام مندتر است و در آن ماشينهايي در مقياس نانو براي توليد محصولاتي در مقياس بزرگ با دقت اتمي و هزينه پايين به كار مي روند.

مكان مهندسي در مقياس مولكولي براي اولين بار توسط ريچارد فاينمن (R.Feynnman)، برنده جايزه نوبل فيزيك، مطرح شد. فين من طي يك سخنراني در انستيتو تكنولوژي كاليفرنيا در سال 1959 اشاره كرد كه اصول و مباني فيزيك امكان ساخت اتم به اتم چيز ها را رد نمي كند. وي اظهار داشت كه مي توان با استفاده از ماشين هاي كوچك ماشين هايي به مراتب كوچك تر ساخت و سپس اين كاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد. همين عبارت هاي افسانه وار فاينمن من راهگشاي يكي از جذاب ترين زمينه هاي نانو تكنولوژي يعني ساخت روبوت هايي در مقياس نانو شد. در واقع تصور در اختيار داشتن لشكري از نانوماشين هايي در ابعاد ميكروب كه هر كدام تحت فرمان يك پردازنده مركزي هستند ، هر دانشمندي را به وجد مي آورد. در روياي دانشمنداني مثل جي استورس هال (J.Storrs Hall) و اريك دركسلر (E.Drexler) اين روبوت ها يا ماشين هاي مونتاژكن كوچك تحت فرمان پردازنده مركزي به هر شكل دلخواهي درمي آيند. شايد در آينده اي نه چندان دور بتوانيد به كمك اجراي برنامه اي در كامپيوتر، تختخوابتان را تبديل به اتومبيل كنيد و با آن به محل كارتان برويد.

ماجراي پيدايش دو عبارت (( رو- پايين )) ((زير- بالا)) در تعريف نانوتكنولوژي به جدال بزرگ اسمالي- دركسلر براي تصاحب مقام پدر خواندگي اين دنيا اسرارآميز بر مي گردد. عبارت اول بيانگر برداشت جديدتري از نانوتكنولوژي است كه به سركردگي ريچارد اسمالي برنده جايزه نوبل شيمي سال 1996 به خاطر كشف ساختار جديدي از كربن موسوم به باك ميسترفولون-c60 در مخالفت با نانوتكنولوژي دركسلري رواج يافت .اما عبارت(( زير بالا)) بر گرفته افكار راديكال كيم اريك دركسلر نخستين پروفسور نانوتكنولوژي از دانشگاه MIT و بنيان گذار واژه نانوتكنولوژي در تبيين مفهوم توليد مولوكولي است .در ميانه دهه 80دركسلر با تكيه بر نبوق خارق العاده و الهام از مقاله تاريخيrichard Feynman ((ان پايين ها يك عالمه جاهست ))، مفاهيم نويني را از كنترل و توليد مواد در سطوح اتمي و مولكول ارائه كرد. سخنان دركسلر در ابتدا به قدري حيرت آور و پيچيده به نظر مي رسيد كه بيشتر دانشمندان و كارشناسان را تنها به تحسين واداشت. اما در اواخر دهه 90 و در اوايل هزاره سوم دو جريان متفاوت متشكل از صاحبان صنايع و عده اي از دانشمندان به سركردگي ريچارد اسمالي نانوتكنولوژي دركسلري را اساسا وهم و خيال ناممكن مي دانست با استفاده از ضعف دركسلر در جلب افكار عمومي و روابط نه چندان مناسب وي با مجامع سياسي تلاش كردند پرچم نانوتكنولوژي را از چنگ دركسلر در آورد.سرانجام اين جريان نو در سال 2003 به كمك حمايتهاي سياسي و به راه انداختن جنجال ژورناليستي سناريوي توده لزج خاكستري دركسلر را از ميدان به در كنند.

به عنوان يكي از ويژگي هاي نانوتكنولوژي مي توان گفت كه اين مفهوم در بردارنده زمينه تحقيق و توسعه اي كاملا چند رشته اي است.در واقع تحقيقات در مقياس نانو به بهره گيري همزمان از دانش ابزارها و تكنيكها و نيز اطلاعات درباره فيزيك واكنشهاي مولوكولي و اتمي تبديل شده است.امروزه دانشمندان علم مواد مهندسان مكانيك و الكترونيك و محققان علوم پزشكي به دنبال تشكيل تيمهاي تحقيقاتي متشكل از زيست شناسان فيزيكدانان و شيميدانان هستند.

چيزي حدود سي سال پيش كمپاني فاكس قرن بيستم مشتاقان سينما را به سفري خارق العاده برد.در اين گشت و گذار سينمايي سياستمداري به نام ريكوئل ولش بر اثر لخته شدن خون در آستانه مرگ قرار گرفت تا اينكه دانشمندان از طريق تكنولوژي هاي معجزه آسايي كشتي فلزي ده متري را تا اندازه سرسوزني كوچك كرد.با شروع حركت اين كشتي در جريان خون بدن ولش تماشاچيان با نفسهايي به شماره افتاده و چهره هايي لرزان گلوبول هاي شفيدي را مشاهده كردند كه به بزرگي غولهاي عظيم الجثه در ماجراهاي گاليور بودند.خدمه اين كشتي پس از به پايان رساندن ماموريتشان به اندازه واقعي باز گشتند.در واقع اولين گام در راستاي روياهاي بشر براي كوچك كردن پزشكي تا ابعاد ميكروسكوپي بود.امروزه ما در سينما از داستانهاي به مراتب مهيجتري لذت مي بريم.داستان بچه هايي كه به اندازه مورچه در مي آيند و ماشين هاي ميكروسكوپي كه براي آلوده كردن جهان فرستاده شده اند.

اين تكنولوژي جديد توانايي آن را دارد كه تاثيري اساسي بر كشورهاي صنعتي در دهه هاي آينده بگذارد . در اينجا به برخي از نمونه هاي عملي در زمينه نانوتكنولوژي كه بر اساس تحقيقات و مشاهدات بخش خصوصي به دست آمده است ، اشاره مي شود .

انتظار مي رود كه مقياس نانومتر به يك مقياس با كارايي بالا و ويژگيهاي منحصربفرد ، طوري ساخته خواهند شد كه روش شيمي سنتي پاسخگوي اين امر نمي تواند باشد .

نانوتكنولوژي مي تواند باعث گسترش فروش سالانه 300 ميليارد دلار براي صنعت نيمه هاديها و 900 ميليون دلار براي مدارهاي مجتمع ، طي 10 تا 15 سال آينده شود .

نانوتكنولوژي ، مراقبتهاي بهداشتي ، طول عمر ، كيفيت و تواناييهاي جسمي بشر را افزايش خواهد داد .

تقريبا نيمي از محصولات دارويي در 10 تا 15 سال آينده متكي به نانوتكنولوژي خواهد بود كه اين امر ، خود 180 ميليارد دلار نقدينگي را به گردش درخواهد آورد .

كاتاليستهاي نانوساختاري در صنايع پتروشيمي داراي كاربردهاي فراواني هستند كه پيش بيني شده است اين دانش ، سالانه 100 ميليارد دلار را طي 10 تا 15 سال آينده تحت تاثير قرار دهد .

نانوتكنولوژي موجب توسعه محصولات كشاورزي براي يك جمعيت عظيم خواهد شد و راههاي اقتصادي تري را براي تصويه و نمك زدايي آب و بهينه سازي راههاي استفاده از منابع انرژيهاي تجديد پذير همچون انرژي خورشيدي ارائه نمايد . بطور مثال استفاده از يك نوع انباره جريان گذرا با الكترودهاي نانولوله كربني كه اخيرا آزمايش گرديد ، نشان داد كه اين روش 10 بار كمتر از روش اسمز معكوس ، آب دريا را نمك زدايي مي كند .

انتظار مي رود كه نانوتكنولوژي نياز بشر را به مواد كمياب كمتر كرده و با كاستن آلاينده ها ، محيط زيستي سالمتر را فراهم كند . براي مثال مطالعات نشان مي دهد در طي 10 تا 15 سال آينده ، روشنايي حاصل از پيشرفت نانوتكنولوژي ،مصرف جهاني انرژي را تا 10 درصد كاهش داده ، باعث صرفه جويي سالانه 100 ميليارد دلار و همچنين كاهش آلودگي هوا به ميزان 200 ميليون تن كربن شود.

در چند سال گذشته بازارچند ميليارد دلاري برپايه نانوتكنولوژي كسترش يافته اند . براي مثال در ايالات متحده ، IBM براي هد ديسكهاي سخت ، يك سري حسگرهاي مغناطيسي را ابداع كرده است .

Eastern Kodak و 3M تكنولوژي ساخت فيلمهاي نازك نانو ساختاري را به وجود آورده اند . شركت Mobil كاتاليستهاي نانو ساختاري را براي دستگاههاي شيميايي توليد كرده است و شركت Merck ، داروهاي نانوذره اي را عرضه كرده است . تويوتا در ژاپن مواد پليمري تقويت شده نانوذره اي را براي خودروها و Samsung Electronics در كره ، در حال كار بر روي سطح صفحات نمايش توسط نانولوله هاي كربني هستند . بشر درست در ابتداي مسير قرار دارد و فقط چندين محصول تجاري از نانوساختارهاي يك بعدي بهره مي گيرند ( نانو ذرات ، نانو لوله ها ، نانو لايه و سوپر لاستيكها ) . نظزيات جديد و روشهاي مقرون به صرفه توليد نانوساختارهاي دو و سه بعدي از موضوعات مورد بررسي آينده مي باشند.

نانو تكنولوژي يا كاربرد فناوري در مقياس يك ميليونيم متر، جهان حيرت انگيزي را پيش روي دانشمندان قرار داده است كه در تاريخ بشريت نظيري براي آن نمي توان يافت. پيشرفتهاي پرشتابي كه در اين عرصه بوقوع مي پيوندد، پيام مهمي را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستيابي به توانايي هاي بي بديلي براي تغيير محيط پيرامون خويش قرار گرفته است و جهان و جامعه اي كه در آينده اي نه چندان دور به مدد اين فناوري جديد پديدار خواهد شد، تفاوت هايي بنيادين با جهان مالوف آدمي در گذشته خواهد داشت.

نانو تكنولوژي نظير هر فناوري ديگري چونان يك تيغ دولبه است كه مي توان از آن در مسير خير و صلاح و يا نابودي و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره گيري از اين فناوري شناخت دقيق تر خصوصيات آن و آشنايي با قابليت هاي بالقوه اي است كه در خود جاي داده است. در خصوص نانو تكنولوژي يك نكته را مي توان به روشني و بدون ابهام مورد تاكيد قرار داد: اين فناوري جديد هنوز، حتي براي متخصصان، شناخته شده نيست و همين امر هاله ابهامي را كه آن را در برگرفته ضخيمتر مي كند و راه را براي گمانزني هاي متنوع هموار مي سازد.

كساني بر اين باورند كه اين فناوري نظير هيولايي فرانكشتين در داستان مري شلي و يا همانند جعبه پاندورا در اسطوره هاي يونان باستان، مرگ و نابودي براي ابناي بشر درپي دارد. در مقابل گروهي نيز معتقدند كه به مدد توانايي هاي حاصل از اين فناوري مي توان عالم را گلستان كرد.

در حال حاضر 450 شركت تحقيقاتي- تجاري در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمريكا و ژاپن با بودجه اي كه در مجموع به 4 ميليارد دلار بالغ مي شود سرگرم انجام تحقيقات در عرصه نانو تكنولوژي هستند. در اين قلمرو اتمها و ذرات رفتاري غيرمتعارف از خود به نمايش مي گذارند و از آنجا كه كل طبيعت از همين ذرات تشكيل شده، شناخت نحوه عمل آنها، به يك معنا شناخت بهتر نحوه شكل گيري عالم است. به اين ترتيب دانشمنداني كه در اين قلمرو به كاوش مشغولند، به يك اعتبار با ذهن و ضمير خالق هستي و نقشه شگفت انگيز او در خلقت عالم آشنايي پيدا مي كنند، اما از آنجا كه دانايي توانايي به همراه مي آورد، شناسايي رازهاي هستي مي تواند توان فوق العاده اي را در اختيار كاشفان اين رازها قرار دهد. تحقيق در قلمرو نانو تكنولوژي از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستين نتايج چشمگير از رهگذر اين تحقيقات عايد گرديد.

از جمله آنكه يك گروه از محققان شركت آي بي ام موفق شدند35 اتم گزنون را بر روي يك صفحه از جنس نيكل جاي دهند و با كمك اين تك اتمها نامي را بر روي صفحه نيكلي درج كنند. محققان ديگر به بررسي درباره ساختارهاي ريز موجود در طبيعت نظير تار عنكبوت ها و رشته هاي ابريشم پرداختند تا بتوانند موادي نازك تر و مقاوم تر توليد كنند. در اين ميان ساخت يك نوع مولكول جديد كربن موسوم به باكمينسترفولرين يا كربن- 60 راه را براي پژوهشهاي بعدي هموارتر كرد. محققان با كمك اين مولكول كه خواص حيرت انگيز آن هنوز در درست بررسي است، لوله هاي موئينه اي در مقياس نانو ساخته اند كه مي تواند براي ايجاد ساختارهاي مختلف در تراز يك ميليونيم متر مورد استفاده قرار گيرد. بررسي هايي كه در ابعاد نانو بر روي مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازه اي را آشكار كرده است. به عنوان مثال ذرات سيليكن در اين ابعاد از خود نور ساطع مي كنند و لايه هاي فولاد در اين مقياس از استحكام بيشتري در قياس با صفحات بزرگتر اين فلز برخوردارند.

برخي شركتها از هم اكنون بهره برداري از برخي يافته هاي نانوتكنولوژي را آغاز كرده اند. به عنوان نمونه شركت آرايشي اورال از مواد نانو در محصولات آرايشي خود استفاده مي كند تا بر ميزان تاثير آنها بيفزايد. ساخت ديودهاي نوري با استفاده از مواد نانو موجب مي شود تا 80درصد در هزينه برق صرفه جويي شود. توپهاي تنيسي كه با كربن 60 ساخته شده و روانه بازار گرديده سبكتر و مستحكمتر از توپهاي عادي است. شركتهاي ديگر با استفاده از مواد نانو پارچه هايي توليد كرده اند كه با يك بار تكاندن آنها مي توان حالت اتوي اوليه را به آنها بازگرداند و همه چين و چروكهايشان را زايل كرد. با همين يك بار تكان همه گردوخاكي كه به اين پارچه ها جذب شده اند نيز پاك مي شوند. نوارهاي زخم بندي هوشمندي با اين مواد درست شده كه به محض مشاهده نخستين علائم عفونت در مقياس مولكولي، پزشكان را مطلع مي سازند.

از همين نوع مواد همچنين ليوانهايي توليد شده كه قابليت خود- تميزكردن دارند. لنزها و عدسيهاي عينك ساخته شده از جنس مواد نانو ضد خش هستند و يك گروه از محققان تا آنجا پيش رفته اند كه درصددند با مواد نانو پوششهاي مناسبي توليد كنند كه سلولهاي حاوي ويروسهاي خطرناك نظير ويروس ايدز را در خود مي پوشاند و مانع خروج آنها مي شود. مهمترين نكته درباره موقعيت كنوني فناوري نانو آن است كه اكنون دانشمندان اين توانايي را پيدا كرده اند كه در تراز تك اتمها به بهره گيري از آنها بپردازند و اين توانايي بالقوه مي تواند زمينه ساز بسياري از تحولات بعدي شود. يك گروه از برجسته ترين محققان در حوزه نانوتكنولوژي بر اين اعتقادند كه مي توان بدون آسيب رساندن به سلولهاي حياتي، در درون آنها به كاوش و تحقيق پرداخت. شيوه هاي كنوني براي بررسي سلولها بسيار خام و ابتدايي است و دانشمندان براي شناخت آنچه كه در درون سلول اتفاق مي افتد ناگزيرند سلولها را از هم بشكافند و در اين حال بسياري از اطلاعات مهم مربوط به سيالهاي درون سلول يا ارگانلهاي موجود در آن از بين مي رود.

يك گروه از محققان كه در گروهي موسوم به اتحاد سيستمهاي زيستي گرد آمده اند، سرگرم تكميل ابزارهاي ظريفي هستند كه هدف آن بررسي اوضاع و احوال درون سلول در زمان واقعي و بدون آسيب رساندن به اجزاي دروني سلول يا مداخله در فعاليت بخشهاي داخلي آن است. ابزاري كه اين گروه مشغول ساخت آن هستند رديف هايي از لوله ها يا سيمهاي بسيار ظريفند كه قادرند وظايف مختلفي را به انجام برسانند از جمله آنكه هزاران پروتئيني را كه به وسيله سلولها ترشح مي شود شناسايي كند. گروههاي ديگر از محققان نيز به نوبه خود سرگرم توليد دستگاهها و ابزارهاي ديگر براي انجام مقاصد علمي ديگر هستند.

به عنوان نمونه يك گروه از محققان سرگرم تكميل فيبرهاي نوري در ابعاد نانو هستند كه قادر خواهند بود مولكولهاي مورد نظر را شناسايي كنند. گروهي نيز دستگاهي را دردست ساخت دارند كه با استفاده از ذرات طلا مي تواند پروتئين هاي معيني را فعال سازد يا از كار بيندازد. به اعتقاد پژوهشگران براي آنكه بتوان از سلولها در حين فعاليت واقعي آنها اطلاعات مناسب به دست آورد، بايد شيوه تنظيم آزمايشها را مورد تجديدنظر اساسي قرار داد. سلولها در فعاليت طبيعي خود امور مختلفي را به انجام مي رسانند: از جمله انتقال اطلاعات و علائم و داده ها ميان خود، ردوبدل كردن مواد غذايي و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حياتي. يك گروه از روش تازه اي موسوم به الگوي انتقال ابر - شبكه استفاده كرده اند كه ساخت نيمه هاديهاي نانومتري به قطر تنها 8 نانومتر را امكان پذير مي سازد. هريك از اين لوله هاي بسيار ريز بالقوه مي توانند يك پادتن خاص يا يك اوليگو نوكلئو اسيد و يا يك بخش كوچك از رشته دي ان اي بر روي خود جاي دهند.

با كمك هر تراشه مي توان 1000 آزمايش متفاوت بر روي يك سلول انجام داد. براي دستيابي به موفقيت كامل بايد بر برخي از محدوديتها غلبه شود، ازجمله آنكه درحال حاضر براي بررسي سلولها بايد آنها را در درون مايعي قرار داد كه مصنوعاً محيط زيست طبيعي سلولها را بازسازي مي كند، اما يون موجود در اين مايع مي تواند سنجنده هاي موئينه را از كار بيندازد. براي رفع مشكل، محققان سلولها را درون مايعي جاي مي دهند كه چگالي يون آن كمتر است. گروههاي ديگري از محققان نيز در تلاشند تا ابزارهاي مناسب در مقياس نانو براي بررسي جهان سلولها ابداع كنند. يكي از اين ابزارها چنانكه اشاره شد يك فيبر نوري است كه ضخامت نوك آن 40 نانومتر است و بر روي نوك نوعي پادتن جا داده شده كه قادر است خود را به مولكول مورد نظر در درون سلول متصل سازد. اين فيبر نوري با استفاده از فيبرهاي معمولي و تراش آنها ساخته شده و بر روي فيبر پوششي از نقره اندود شده تا از فرار نور جلوگيري به عمل آورد. نحوه عمل اين فيبر نوري درخور توجه است.

از آنجاكه قطر نوك اين فيبر نوري، از طول موج نوري كه براي روشن كردن سلول مورد استفاده قرار مي گيرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهاي نور نمي توانند خود را تا انتهاي فيبر برسانند، درعوض در نزديكي نوك فيبر مجتمع مي شوند و يك ميدان نوري بوجود مي آورند كه تنها مي تواند مولكولهايي را كه در تماس با نوك فيبر قرار مي گيرند تحريك كند. به نوك اين فيبر نوري يك پادتن متصل است و محققان به اين پادتن يك مولكول فلورسان مي چسبانند و آنگاه نوك فيبر را به درون يك سلول فرو مي كنند. در درون سلول، نمونه مشابه مولكول فلورسان نوك فيبر، اين مولكول را كنار مي زند و خود جاي آن را مي گرد. به اين ترتيب نوري كه از مولكول فلورسان ساطع مي شد از بين مي رود و فضاي درون سلول تنها با نوري كه به وسيله ميدان موجود در فيبر نوري بوجود مي آيد روشن مي شود و درنتيجه محققان قادر مي شوند يك تك مولكول را در درون سلول مشاهده كنند.

مزيت بزرگ اين روش در آن است كه باعث مرگ سلول نمي شود و به دانشمندان اجازه مي دهد درون سلول را در هنگام فعاليت آن مشاهده كنند. نانو تكنولوژي همچنين به محققان امكان مي دهد كه بتوانند رويدادهاي بسيار نادر يا مولكولهاي با چگالي بسيار كم را مشاهده كنند. به عنوان مثال بلورهاي مينياتوري نيمه هاديهاي فلزي در يك فركانس خاص از خود نور ساطع مي كنند و از اين نور مي توان براي مشخص كردن مجموعه اي از مولكولهاي زيستي و الصاق برچسب براي شناسايي آنها استفاده كرد. به نوشته هفته نامه علمي نيچر چاپ انگلستان يك گروه از محققان دانشگاه ميشيگان نيز توانسته اند سنجنده خاصي را تكميل كنند كه قادر است حركت اتمهاي روي را در درون سلولها دنبال كند و به دانشمندان در تشخيص نقايص زيست عصبي مدد رساند.

از ابزارهاي در مقياس نانو همچنين مي توان براي عرضه مؤثرتر داروها در نقاط موردنظر استفاده به عمل آورد. در آزمايشي كه بتازگي به انجام رسيده نشان داده شده است كه حمله به سلولهاي سرطاني با استفاده از ذرات نانو 100برابر بازده عمل را افزايش مي دهد. محققان اميدوارند در آينده اي نه چندان دور با استفاده از نانو تكنولوژي موفق شوند امور داخلي هر سلول را تحت كنترل خود درآورند. هم اكنون گامهاي بلندي در اين زمينه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان مي توانند فعاليت پروتئينها و مولكول دي ان اي را در درون سلول كنترل كنند. به اين ترتيب نانو تكنولوژي به محققان امكان مي دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها يعني اصلي ترين بخش سازنده بدن جانداران به بهترين وجه كامل سازند.

در پايان مي توان گفت مفهوم جديد نانوتكنولوژي آنقدر گسترده و ناشناخته است كه ممكن است روي علم و تكنولوژي در مسيرهاي غيرقابل پيش بيني تأثير بگذارد.

منبع :www.hupaa.com (http://forum.p30world.com/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fwww.hupaa.com)
__________________

[Borna66]

نانوتكنولوژي به زبان ساده

در نيم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوري عمده بوديم، كه باعث پيشرفت هاي عظيم اقتصادي در كشورهاي سرمايه گذار و ايجاد فاصله شديد بين كشورهاي جهان شد. متأسفانه در كشور ما بدليل فقدان جرات علمي و عدم تصميم گيري بموقع ، به اين فرصتها پس از گذشت ساليان طلائي آن بها داده مي شد كه البته سودي هم براي ما به ارمغان نمي آورد، همچون فنآوري الكترونيك و كامپيوتر در دو سه دهه گذشته كه امروزه عليرغم توانائي دانشگاهي و داشتن تجهيزات آن، هيچگونه حضور تجاري در بازارهاي چند صد ميلياردي آن نداريم. فناوري نانو جديدترين اين فرصتها ست، كه كشور ما بايد براي حضور يا عدم حضور درآن خيلي سريع تصميم خود را اتخاذ كند.

علم و فناوري نانو ( نانو علم و نانو تكنولوژي) توانائي بدست گرفتن كنترل ماده در ابعاد نانومتري (ملكولي) و بهره برداري از خواص و پديده هاي اين بعد در مواد، ابزارها و سيستم هاي نوين است. اين تعريف ساده خود دربرگيرنده معاني زيادي است. به عنوان مثال فناوري نانو با طبيعت فرا رشته اي خود، در آينده در برگيرنده همه ي فناوريهاي امروزين خواهد بود و به جاي رقابت با فن آوري هاي موجود، مسير رشد آنها را در دست گرفته و آنها را به صورت « يك حرف از علم» يكپارچه خواهد كرد.

ميليونها سال است كه در طبيعت ساختارهاي بسيار پيچيده با ظرافت نانومتري ( ملكولي ) - مثل يك درخت يا يك ميكروب - ساخته مي شود. علم بشري اينك در آستانه چنگ اندازي به اين عرصه است، تا ساختارهائي بي نظير بسازد كه در طبيعت نيز يافت نمي شوند. فناوري نانو كاربردهاي را به منصه ظهور مي رساند كه بشر از انجام آن به كلي عاجز بوده است و پيامدهائي را در جامعه برجا مي گذارد كه بشر تصور آنها را هم نكرده است. به عنوان مثال:

o ساخت مواد بسيار سبك و محكم براي مصارف مرسوم يا نو

o ورشكستگي صنايع قديمي همچون فولاد با ورود تجاري مواد نو

o كاهش يافتن شديد تقاضا براي سوخت هاي فسيلي

o همه گير شدن ابر كامپيوترهاي بسيار قوي، كوچك و كم مصرف

o سلاحهاي سبك تر، كوچكتر، هوشمند تر، دوربردتر، ارزانتر و نامرئي تر براي رادار

o شناسائي فوري كليه خصوصيات ژنتيكي و اخلاقي و استعدادهاي ابتلا به بيماري

o ارسال دقيق دارو به آدرس هاي مورد نظر در بدن و افزايش طول عمر

o از بين بردن كامل عوامل خطرناك جنگ شيميائي و ميكروبي

o از بين بردن كامل ناچيز ترين آلاينده هاي شهري و صنعتي

o سطوح و لباسهاي هميشه تميز و هوشمند

o توليد انبوه مواد و ابزارهائي كه تا قبل از اين عملي و اقتصادي نبوده اند ،

o و بسياري از موارد غير قابل پيش بيني ديگر!

دكترDrexler در همايش جهاني نظام علمي در زمينه نانوتكنولوژي اظهار كرده است: "در جهان اطلاعات ، تكنولوژيهاي ديجيتالي كپي‌برداري را سريع، ارزان، كامل و عاري از هزينه‌بري يا پيچيدگي محتوايي نموده‌اند. حال اگر همين وضعيت در جهان ماده اتفاق بيافتد چه مي‌شود. هزينه توليد يك تن ‌تري بيت تراشه‌هاي RAM تقريبا" معادل با هزينه بري ناشي از توليد همان مقدار فولاد مي‌شود".

دكترSmalley رئيس هيئت تحقيقاتي دانشگاه رايس و كاشف Buckyballs مي‌گويد:

" نانوتكنولوژي روند زيانبار ناشي از انقلاب صنعتي را معكوس خواهد كرد". در مقدمه مقاله نانوتكنولوژي كه توسط آقايان Peterson و Pergamit در سال 1993 نگاشته شده چنين آمده است :

" تصور كنيد قادريد با نوشيدن دارو كه در آب ميوه مورد علاقه‌تان حل شده است سرطان را معالجه كنيد . يك ابر كامپيوتر را كه به اندازه يك سلول انسان است در نظر بگيريد. يك سفينه فضايي 4 نفره كه به دور مدار زمين مي‌گردد با هزينه‌اي در حدود يك خودروي خانوادگي تجسم كنيد" .

موارد فوق، فقط تعداد محدودي از محصولات انتظار رفته از نانوتكنولوژي هستند. انسان در معرض يك انقلاب اجتماعي تسريع شده و قدرتمند است كه ناشي از علم نانوتكنولوژي است. در آينده نزديك گروهي از دانشمندان قادر به ساخت اولين آدم آهني با مقياس نانومتري مي‌گردند كه قادر به همانندسازي است. طي چند سال با توليد پنج ميليارد تريليون نانوروبات ، تقريبا" تمامي فرايندهاي صنعتي و نيروي كار كنوني از رده خارج خواهند شد. كالاهاي مصرفي به وفور يافت‌شده ، ارزان، شيك و با دوام خواهند شد. دارو يك جهش سريع و كوانتومي را به جلو تجربه خواهد نمود. سفرهاي فضايي و همانندسازي امن و مقرون به صرفه خواهند شد. به اين دلايل و دلائلي ديگر، سبكهاي زندگي روزمره در جهان بطور زيربنايي متحول خواهد شد و الگوي رفتاري انسانها تحت‌الشعاع اين روند قرار خواهد گرفت.

سه فناوري تسخيركننده

از طرفي شايد بتوان گفت تسخيركنندگان علم و فناوري آينده در سه گروه فناوري اطلاعات، نانوفناوري و زيست فناوري خلاصه مي شوند.

قرارگيري مقادير و حجم زيادي از اطلاعات در فضائي كوچك از ابعاد هم گرائي نانوفناوري و فناوري اطلاعات مي باشد از طرفي در زيست فناوري و يا به عبارتي براي زيست شناسان قرار گيري حجم زيادي از اطلاعات در يك فضاي بسيار كوچك موضوعي بسيار آشنا مي باشد.

در كوچكترين سلول انساني همه اطلاعات مربوط به يك موجود زنده از قبيل رنگ مو، رشد استخوان و عصب ها وجود دارد. حتي در قسمت بسيار كوچكي از سلول به نام DNA كه شامل حدوداً پنجاه اتم مي باشد همه اين اطلاعات ذخيره مي گردد ( نه تنها سطح يا به عبارتي تعداد اتم ها بلكه نحوه قرار گرفتن اين زنجيره ها در ذخيره سازي اطلاعات زيستي اهميت دارد). شايد يكي از علل هم گرائي اين فناوري و فناوري اطلاعات وجود همين مسائل مشترك اين سه فناوري است.

ابزارهاي جديد براي كارهاي ظريف

اگر شما از دانشمندان علوم سطح بپرسيد كه چه پيشرفتهاي عمده دستگاهي باعث شده‌اند تا نانوتكنولوژي در خطوط مقدم تحقيقات علوم فيزيكي قرار گيرد، تقريبا" همه آنها به داستان ميكروسكوپ پروب اسكن‌كننده SPM (Scanning probe microscope SPM: در SPM يك پروب نانوسكوپي در ارتفاع ثابتي بر بالاي بستري از اتم‌ها حفظ مي‌شود. اين فاصله مي‌تواند آن‌قدر كم باشد كه الكترون‌هاي اتم‌هاي تيرك و سطح با هم تعامل داشته باشند. اين تعاملات مي‌تواند آن‌قدر قوي باشد، كه اتم‌ها از جا كنده شده و به جاي ديگري بروند.)

اشاره مي‌كنند. عليرغم تازه واردگي به عرصه تحليل دستگاهي، استفاده از ميكروسكوپي تونل‌زني اسكن‌كننده STM (Scanning tunneling microscope STM : وسيله‌اي براي تهيه تصوير از اتمهاي روي سطوح مواد، كه نقش مهمي در درك توپوگرافي و خواص الكتريكي مواد و رفتار قطعات ميكروالكترونيكي دارند. STM بر خلاف يك ميكروسكوپ نوري، براي تهيه تصوير نيروهاي الكتريكي را با يك پروب نازك‌شده به حد تيزي يك اتم آشكار مي‌كند. پروب سطح را جاروب كرده، بي‌نظمي‌هاي الكتريكي حاصل از پوسته‌هاي الكتروني يا ابرالكتروني پيرامون اتم‌ها را به كمك يك كامپيوتر به تصوير مبدل مي‌كند. به دليل يك اثر مكانيك كوانتومي موسوم به «تونل‌زني»، الكترون‌ها مي‌توانند به سادگي از تيرك به سطح و بالعكس بجهند. درجه وضوح تصاوير در حدود nm1 يا كمتر است. از STM مي‌توان براي جابجايي تك به تك اتم‌ها و تهيه نقشه‌هاي پروضوح از سطوح مادي استفاده كرد.) ، ميكروسكوپي نيروي اتمي (AFM) و ديگر تكنيكهاي مشتق‌شده از اين دو مورد اصلي در بسياري از آزمايشگاهها ، به دليل حجم زياد اطلاعاتي كه از مقياس نانومتر به دست مي دهند، متداول و حتي گريزناپذير شده است. ريچارد فينمن طي يك سخنراني در همايش جامعه فيزيك آمريكا در 1959 در مؤسسه تكنولوژي كاليفرنيا كه بعد در آنجا استاد فيزيك شد ايده‌هايي بنيادي در زمينه كوچك‌سازي نوشتجات، مدارها و ماشين‌ها ايراد كرد : " آنچه من مي‌خواهم به شما بگويم، مسئله دستكاري و كنترل اشياء در مقياس كوچك است. ترديدي وجود ندارد كه در نوك يك سوزن آنقدر جا هست كه بتوان تمام دايره‌‌المعارف بريتانيكا را جا داد." فينمن براي به تفكر واداشتن محققين و تاكيد نمودن بر عقيده‌اش مبني بر امكان فيزيكي چنين معجزه‌اي ، جايزه‌هايي 1000 دلاري براي اولين افرادي كه به اهداف مشخص شده اي در كوچك‌سازي كتابها و موتورهاي الكتريكي دست يابند تعيين كرد. فينمن تاكيد كرد : " من در حال خلق ضد جاذبه نيستم كه به فرض روزي اگر قوانين (فيزيك) آنچه ما مي‌پنداريم، نبودند عملي شود. من صحبت از چيزي مي‌كنم اگر قوانين آنچه ما مي‌پنداريم باشند، عملي خواهد بود. ما به آن دست پيدا نكرده‌ايم چون خيلي ساده هنوز درصدد انجام آن نبوده‌ايم."

وضعيت جهاني

از فناوري نانو به عنوان "رنسانس فناوري" و" روان كننده جريان سرمايه گذاري " ياد مي شود.ورود محصولات متكي بر اين فناوري جهشي بس عظيم در رفاه و كيفيت زندگي و توانائي هاي دفاعي و زيست محيطي به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابجائي هاي بزرگ اقتصادي خواهد شد . هم اكنون بخش هاي دولتي و خصوصي كشورهاي مختلف جهان شامل ژاپن ، آمريكا، اتحاديه اروپا، چين، هند، تايوان، كره جنوبي، استراليا، اسرائيل و روسيه در رقابتي تنگاتنگ بر سر كسب پيشتازي جهاني در لااقل يك حوزه از اين فناوري به سر ميبرند . هم اكنون روي هم رفته حدود 30 كشور دنيا در زمينه فناوري نانو داراي "برنامه ملي" يا درحال تدوين آن هستند، وطي پنچ سال گذشته بودجه تحقيق و توسعه در امر فناوري نانو را به 5/3 برابر افزايش داده اند. كشورهاي ژاپن و آمريكا نيز فناوري نانو را اولين اولويت كشور خود در زمينه فناوري اعلام كرده اند .

و امّا بطور كلي و خلاصه اينكه:

o نانوتكنولوژي چست؟

o نانوتكنولوژي مطالعه ذرات در مقياس اتمي براي كنترل آنهاست. هدف اصلي اكثر تحقيقات نانوتكنولوژي شكل‌دهي تركيبات جديد يا ايجاد تغييراتي در مواد موجود است. نانوتكنولوژي در الكترونيك، زيست‌شناسي، ژنتيك، هوانوردي و حتي در مطالعات انرژي بكار برده ميشود.

o چرا " Nano"؟

o nano كلمه‌اي يوناني به معني كوچك است و براي تعيين مقدار يك ميليارديم يا 9- 10 يك كميت استفاده مي‌شود. چون يك اتم تقريباً" 10 نانومتر است، اين اصلاح براي مطالعه عمومي روي ذرات اتمي و مولكولي بكاربرده ميشود.

o تفاوت بين نانوعلم و نانوتكنولوژي چيست؟

o نانو علم صرفا" تحقيق است ولي نانوتكنولوژي كاربرد تحقيقات براي حل مسائل و ساخت مواد جديد است.

o نانوتكنولوژي از كجا آمده است؟

o براي اولين بار ريچارد فينمن برنده جايزه نوبل فيزيك پتانسيل نانوعلم را در يك سخنراني تكان‌دهنده با نام " درپايين اتاقهاي زيادي وجود دارد"، مطرح كرد . فينمن اصرار داشت، كه دانشمندان ساخت وسائلي را،كه براي كار در مقياس اتمي لازم است، شروع كنند. اين موضوع مسكوت ماند، تا اينكه اريك دركسلر (دانشجوي تحصيلات تكميليMIT) نداي فينمن را شنيد و يك قالب‌كاري براي مطالعه "وسايلي كه توانايي حركت دادن اشياء مولكولي و مكان آنها را با دقت اتمي دارند" ايجاد كرد، كه در سپتامبر 1981 در مقاله‌اي با نام " پروتئين راهي براي توليدانبوه مولكولي ايجاد ميكند" آن را ارائه داد. دركسلر آن را با كتابي بنام " موتورهاي خلقت" دنبال كرد و توسعه مفهوم نانوتكنولوژي را همانند يك كوشش علمي ادامه داد. اولين نشانه هاي ثبت‌شده از اين مفهوم نانوتكنولوژي تغيير مكان دادن اشيا مولكولي، در سال 1989 بود، موقعي كه دانشمندي در مركز تحقيقات آلمادنIBM اتمهاي منفردگزنون را روي صفحه نيكل حركت داد، تا نام IBM را روي سطح نيكل نقش كند.

o آيا نانوتكنولوژي خيالي‌تر از علم است؟

o از موقعي كه اولين مقاله در دهه گذشته منتشر شد، از نانوتكنولوژي همانند چوبدست سحرآميزي براي ساخت كودكان طراح تا ماشينهاي توليد اكسيژن براي استعمار كره مريخ، تصور مي‌شد. هيجانات از واقعيات جلوتر بود، اما پيشرفت واقعي با مسائلي پيش‌پا افتاده شروع شد.چند سال پيش محققين در دانشگاههاي كاليفرنيا، رايس وMIT موفق به ساخت نانوذراتي شدند، كه به دانشمندان كمك مي‌كردند. تعدادي از اساتيد اين دانشگاهها شركتهايي تأسيس كردند، كه وسايل موردنياز براي تحقيقات مقياس نانو را مي‌ساختند. اكنون آنها به شدت دنبال حفاظت كارهايشان از طريق ثبت اختراع هستند، تا زمينه توليد فرايندهايشان را فراهم كنند. كاربردهاي علمي نانوعلم هنوز كم است. اما مقداري از توليدات اوليه اكنون وارد بازار مي‌شوند.

o كارهاي علمي انجام‌شده بوسيله نانوتكنولوژي چيست؟

o بيشترين كار علمي روي ايجاد تغييراتي در مواد شيميايي يا نقشه‌برداري از تركيبات زيستي، مانند DNA و سلولهاي سرطاني است. بعضي ازاولين محصولات تجاري، بهبود توليدات شيميايي كنوني يا روشهاي پزشكي است.
منبع :www.sharghian.com (http://forum.p30world.com/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fwww.sharghian.com)

[Borna66]

شاخه هاي فناوري نانو
هنگامي كه درباره نانوفناوري شروع به جستجو و مطالعه كنيد، به موضوعات و مواد مختلفي بر مي خوريد مانند:"نانولوله ها، شبيه سازي مولكولي، نانوداروها، سلول هاي سوختي، كاتاليزورها، نانوذرات و..." بنابراين ممكن است نانوفناوري رشته اي كاملا گسترده به نظر آيد كه موضوعات آن ربط چنداني به هم ندارند.

به طور كلي مطالعات نانوفناوري را مي توان به سه دسته تقسيم كرد. اگرچه روشهاي تحقيقاتي در آن ها بايكديگر متفاوت است، اما اين سه شاخه كاملا به يكديگر مرتبط هستند و پيشرفت در يكي از شاخه ها مي تواند در شاخه هاي ديگر نيز كاملا موثر باشد.

اين سه شاخه عبارتند از:

1 - نانوتكنولوژي مرطوب: اين شاخه به مطالعه سيستم هاي زنده اي مي پردازد كه اساسا در محيطهاي آبي وجود دارند. در اين شاخه ساختمان مواد ژنتيكي، غشاءها و ساير تركيبات سلولي در مقياس نانومتر مورد مطالعه قرار مي گيرد. پژوهشگران موفق شده اند ساختارهاي زيستي فراواني توليد كنند كه نحوه عملكرد آنها در مقياس نانويي كنترل مي شود. اين شاخه دربرگيرنده علوم پزشكي،دارويي و به طور كلي علوم و روشهاي مرتبط با زيست فناوري است.

2- نانوتكنولوژي خشك: اين شاخه از علوم پايه شيمي و فيزيك مشتق مي شود و به مطالعه تشكيل ساختارهاي كربني، سيليكون و مواد غير آلي و فلزي مي پردازد. نكته قابل توجه اينست كه الكترونهاي آزاد كه در فناوري مرطوب موجب انتقال مواد و انجام واكنشها مي گردند، در فناوري خشك خصوصيات فيزيكي ماده را پديد مي آورند. در نانوتكنولوژي خشك كاربرد مواد نانويي در الكترونيك، مغناطيس و ابزارهاي نوري مورد مطالعه قرار مي گيرد. براي مثال طراحي و ساختن ميكروسكوپ هايي كه بتوان با استفاده از آنها مواد را در ابعاد نانومتر ديد.

3 - نانوتكنولوژي محاسبه اي: در بسياري از مواقع ابزار آزمايشگاهي موجود براي انجام برخي از آزمايشها در مقياس نانومتر مناسب نيستند و يا آنكه انجام اين آزمايشها بسيار گران تمام مي شود. در اين حالت از رايانه ها براي شبيه سازي فرآيندها و واكنش هاي اتم ها و مولكول ها استفاده مي شود. شناختي كه به وسيله محاسبه به دست مي آيد، باعث مي شود كه زمان پيشرفت نانوتكنولوژي خشك به چند دهه كاهش يابد و البته تأثير مهمي در نانوتكنولوژي مرطوب نيز خواهد داشت.


منبع : www.nanoclub.ir (http://forum.p30world.com/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fwww.nanoclub.ir)

[Borna66]

نانو تكنولوژي علم خواص عجيب مواد

از نانوتكنولوژي، بيوتكنولوژي و فناوري اطلاع رساني به عنوان سه قلمرو علمي نام مي برند كه انقلاب سوم صنعتي را شكل مي دهد. از همين روست كه كشورهاي در حال توسعه كه اغلب از دو انقلاب قبل جا مانده اند، مي كوشند با سرمايه گذاري در اين سه قلمرو، عقب ماندگي خود را جبران كنند. همان گونه كه در اين گزارش مي خوانيد، نانوتكنولوژي كاربردهاي گسترده اي در تمام حيطه هاي زندگي دارد و از اين رو توسعه آن مي تواند به بهبود و تسهيل زندگي كمك فراوان كند.

اتم سنگ بناي بنيادي ماده است و در نتيجه اتم ها بسيار كوچك هستند. توصيف و تصور جهان در سطح اتم و ملكول دشوار است. اين حيطه از علم به قدري عجيب است كه بخشي خاص از فيزيك به آن اختصاص يافته شده كه مكانيك كوانتم نام دارد. هدف اين علم براي توصيف رخدادها در سطح اتم است.اگر قرار بود توپ تنيس را به طرف ديوار پرتاب كنيد و توپ از آن بگذرد و به سوي ديگر ديوار برود، حتماً تعجب مي كرديد. اما اين دقيقاً همان اتفاقي است كه در مقياس كوانتم رخ مي دهد. در مقياس بسيار كوچك، خواص ماده مانند رنگ، مغناطيس و توانايي انتقال برق نيز به شكل غيرمنتظره تغيير مي كند. ديدن جهان اتم به معناي عادي كلمه ميسر نيست، چون خواص آن كوچكتر از طول موج نور قابل ديدن است. اما در سال 1981 پژوهشگران شركت آي بي ام نوعي ميكروسكوپ ساختند كه نام آن STM بود. اسم اين ميكروسكوپ در واقع از يك خاصيت در مكانيك كوانتم گرفته شده بود كه در ميكروسكوپ ياد شده به كار مي رود. اين دستگاه مي توانست پستي و بلندي هاي در مقايس جهان نانو را نشان دهد. ميكروسكوپ STM اين امكان را به دانشمندان داد كه براي اولين بار اتم ها و ملكول ها را ببينند. تصاوير اين ميكروسكوپ به زيبايي و وضوح تصاوير طبيعت اما در مقياس تصورناپذير نانومتر بود.

يك نانومتر يك ميليارديم متر يا حدوداً به طول 10 اتم هيدروژن است. با وجودي كه دانشمندان از سال هاي دهه 1950 درباره بررسي مواد در اين مقياس تلاش كرده بودند، آنان ناچار شدند تا اختراع ميكروسكوپ STM صبر كنند تا به هدف خود برسند.

عموماً در اين باره توافق وجود دارد كه نانوتكنولوژي اشياء بين يك تا 100 نانومتر را در بر مي گيرد، هر چند كه اين تعريف تا حدي قراردادي است. برخي افراد اجسامي به كوچكي يك دهم نانومتر را نيز در نظر مي گيرند كه به اندازه پيوند بين دو اتم كربن است. در ديگر سوي اين گستره در اجسام بزرگتر از 50 نانومتر قوانين فيزيك كلاسيك صدق مي كند.

مواد بسياري هستند كه داراي خواص اجسام در مقياس نانو هستند اما اسم نانوتكنولوژي به آنها اطلاق نمي شود. نانوتكنولوژي در پي آن است تا از خواص عجيب اجسام در مقياس بسيار كوچك استفاده كند.

جورج اسميت سرپرست بخش علم مواد در دانشگاه آكسفورد گفت در مقياس نانو، خواص «جديد، هيجان انگيز و متفاوتي» يافت مي شود. با كوچك تر شدن اجسام، نسبت بين فضاي سطح و حجم آن افزايش مي يابد. اين امر بدان علت مهم است كه اتم هاي موجود در سطح يك ماده معمولاً بيشتر از اتم هاي مركز آن واكنش نشان مي دهند. از اين رو، اگر نقره به ذرات بسيار كوچك تبديل شود، خواص ضدميكروبي پيدا مي كند كه در حجم انبوه آن وجود ندارد. يك شركت با توليد ذرات ريز از تركيب اكسيد سديم از اين خاصيت استفاده مي كند و ماده اي توليد مي كند كه خاصيت كاتاليزوري آن بيشتر است.

در اين جهان ناديدني، ذرات كوچك طلا در دماي چند صد درجه پايين تر ذوب مي شود و مس كه معمولاً رساناي خوب الكتريسيته است، ممكن است در لايه هاي نازك و در مجاورت ميدان مغناطيسي مقاوم شود.

الكترون ها (مانند همان توپ تنيس خيالي) مي توانند از نقطه اي به نقطه ديگر بجهند و ملكول ها مي توانند همديگر را از مسافت هاي متوسط جذب كنند. اين خاصيت به برخي حشرات اجازه مي دهد روي سقف راه بروند، چون موهاي ريز كف پايشان به سقف مي چسبد.

اما يافتن خواص جديد در مقياس نانو گام نخست است. گام بعدي استفاده از اين دانش است. توانايي ساخت اجسام با دقت اتمي اين امكان را به دانشمندان مي دهد كه موادي با خواص بهتر يا جديد نوري، مغناطيسي، حرارتي يا الكتريك توليد كنند.

اكنون انواع جديدي از ماده توليد مي شود. مثلاً شركت نانوسونيك در ويرجينيا لاستيك فلزي توليد كرده است. اين ماده مانند لاستيك انعطاف و انحنا مي پذيرد اما الكتريسيته را مانند فلزي محكم منتقل مي كند. مركز تحقيقاتي جنرال الكتريك در پي ساخت سراميك انعطاف پذير است. در صورت موفقيت، از اين ماده مي توان در ساخت قطعات موتور جت استفاده كرد و موتورهايي ساخت كه در دماي بيشتر با كارايي بهتري كار كند. چندين شركت مشغول كار روي موادي هستند كه روزي به صورت رنگ به سلول هاي خورشيدي بدل خواهد شد.

از آنجايي كه نانوتكنولوژي كاربردهاي گسترده اي دارد، بسياري از افراد فكر مي كنند اين علم اهميتي به مانند برق يا پلاستيك پيدا كند. مطالعات نشان مي دهد نانو تكنولوژي با بهبود مواد و محصولات و توليد مواد كاملاً جديد بر تمام صنايع تأثير خواهد گذاشت. افزون براين، فعاليت در حد كوچكترين مقياس ها به پيشرفت هاي مهم در عرصه هايي مانند الكترونيك، انرژي و پزشكي زيستي خواهد انجاميد.

آغاز نانوتكنولوژي

نانو تكنولوژي از يك رشته علمي خاص مشتق نمي شود. با وجودي كه نانو تكنولوژي بيشترين وجه مشترك را با علم مواد دارد، خواص اتم و ملكول شالوده بسياري از علوم است و در نتيجه دانشمندان حوزه هاي علمي به آن جذب مي شوند. برآورد مي شود در سراسر جهان حدود 000/20 نفر در نانو تكنولوژي كار مي كنند. تحقيقات در مقياس بسيار ريز در رشته هاي الكترونيك، نوروبيوتكنولوژي به ترتيب نانوالكترونيك، نانو اپتيكس و نانو بيوتكنولوژي نيز ناميده مي شود.

پيشوند نانو از كلمه يوناني به معناي كوتوله مشتق مي شود. براساس برآورد شركت لاكس ريسرچ در نيوريورك، بودجه كل تحقيق و توسعه نانو تكنولوژي دولت ها و شركت ها در سراسر جهان در سال 2004 بيش از 6/8ميليارد دلار بود. نيمي از اين بودجه از جانب دولت ها تأمين مي شد. اما به پيش بيني لاكس ريسرچ در سال هاي آينده، شركت ها احتمالاً بودجه بيشتري از دولت ها صرف اين علم خواهند كرد.

در آمريكا، پس از طرح فرستادن انسان به كره ماه، نانو تكنولوژي بيشترين بودجه را از دولت فدرال دريافت كرده است. در سال ،2004 دولت آمريكا 6/1ميليارد دلار صرف نانو تكنولوژي كرد، يعني دو برابر بودجه طرح ژنوم انسان در اوج انجام آن. در سال 2005 قرار است 982ميليون دلار ديگر صرف آن شود. در مكان دوم بودجه نانو تكنولوژي ژاپن قرار دارد. بسياري از كشورهاي در حال توسعه مانند هند، چين، آفريقاي جنوبي و برزيل جزو كشورهايي هستند كه بيشترين بودجه را در اين زمينه صرف مي كنند.

در خلال شش سال پيش از ،2003 سرمايه گذاري در نانو تكنولوژي توسط سازمان هاي دولتي هفت برابر شده است. اين حجم سرمايه گذاري انتظارات را به اندازه اي افزايش داده است كه شايد قابل تحقق نباشد. برخي معتقدند شركت هاي نانو تكنولوژي مانند حباب شركت هاي اينترنت در سال هاي اخير از بين خواهند رفت. اما دلايلي وجود دارد كه نشان مي دهد درباره مخاطرات آن گزافه گويي شده است. سرمايه گذاران خصوصي اكنون بسيار محتاط تر از دوره رونق شركت هاي اينترنت هستند و بيشتر پولي كه دولت ها در اين زمينه اختصاص مي دهند، صرف علوم پايه و فناوري هايي مي شود كه تا سال ها در اختيار همگان قرار نخواهد گرفت.

با اين حال كيفيت برخي محصولات موجود با كاربرد نانو تكنولوژي بهبود يافته است و در چند سال آينده بر تعداد آنها افزوده خواهد شد. مثلاً با افزودن ذرات ريز نقره، بانداژ ضد سوختگي خاصيت ضد ميكروبي پيدا كرده است. با اتصال ملكول هاي ايجاد كننده مانع به فيبر پنبه، پارچه هايي توليد شده است كه ضد لكه و بو است. راكت هاي تنيس با افزودن ذرات ريز تقويت شده است. در درازمدت نانو تكنولوژي به نوآوري هاي بزرگتري خواهد انجاميد، از جمله انواع جديد حافظه كامپيوتر، فناوري پزشكي و روش هاي توليد انرژي بهتر مانند سلول هاي خورشيدي.

طرفداران اين فناوري مي گويند نانو تكنولوژي به توليد انرژي پاك و توليد بدون مواد زائد و غيره خواهد انجاميد. مخالفان آن معتقدند نانوتكنولوژي باعث ايجاد نوعي نظام شناسايي بين المللي و آسيب به فقرا، محيط زيست و سلامت انسان خواهد شد. به نظر مي رسد هر دو گروه در مورد استدلال هاي خود گزافه گويي مي كنند، اما به هرحال بايد از نانو تكنولوژي استقبال كرد.

منبع: اكونوميست


منبع : www.hamshahri.org (http://forum.p30world.com/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fwww.hamshahri.org)

[Borna66]

توجه دانشمندان به نانوفوتونيك و متامواد
متامواد امروزه به دسته‌هاي مختلفي از مواد داراي کارکردهاي الکترومغناطيسي غير عادي گفته مي‌شود، که با ايجاد ساختارهاي کوچک‌تر از ابعاد طول موج نور به دست مي‌آيند.

هم‌اکنون با توجه به پيشرفت‌هاي اخيري که در زمينه نانوتوليد به وجود آمده، امکان دستيابي و توليد ساختارهايي فوتونيکي با ابعاد کوچک‌تر از طول موج نور و پيچيدگي بسيار مشابه با ساختارهايي که چندين دهه قبل در زمينه ميکروويو مورد استفاده بود، فراهم شده‌است.

با توسعه موادي با ضريب شکست منفي، زمينه براي همکاري مشترک دانشمندان فوتونيک و ميکروويو به‌منظور ايجاد تحول در الکتروديناميک با استفاده از آن فراهم گشت.

در همين مسير و براي ارائه تجربه‌هاي گسترده مهندسان برق ميکروويو در زمينه مواد ساختاري و آگاهي از نتايجي که محققان فوتونيک علاقه‌مند به فيزيک نور نانوساختارها، به آن رسيده‌اند، در ژانويه 2007، کنفرانسي با عنوان NANOMETA-2007 در منطقه اروپا برگزار گرديد و مقالات و ديدگاه‌هاي مورد بحث در آن(موضوعات مختلفي از قبيل مواد داراي ضريب شکست منفي، ساختارهاي دوبعدي و سه‌بعدي شکاف باند فوتونيکي، خم کردن و به دام‌اندازي نور در مقياس نانو ، خطوط مخابره نانويي و نانوآنتن‌ها، فوتونيک تک نانوذره و بررسي اثرات کوانتومي در علم نانوفوتونيک)

طي شماره ويژه‌اي در نشريه Journal of Optics A: Pure and Applied Optics به چاپ رسيد.

[Borna66]

پوردو؛ هشتمين مركز تحقيقاتي برتر در زمينه فناوري‌نانو درآمريكا
بر اساس تحقيقي که مجله Small Times انجام داده است مرکز تحقيقاتي پوردو در بين 8 مرکز تحقيقاتي برتر در ايالات متحده آمريکا قرار گرفته است. اين در حالي است اين مرکز در سال گذشته ميلادي در رتبه دهم قرار داشت.

مرکز پوردو در مرکز فناوري‌نانوي بِرک در پارک ديسکاوري قرار دارد. زماني که مرکز فناوري‌نانوي بِرک با بودجه 58 ميليون دلاري در اکتبر 2005 آغاز به کار نمود، مرکز پوردو نيز با تسهيلات بسيار پيشرفته در حوزه فناوري‌نانو در دانشگاه پوردوآغاز به کار کرد.

اگرچه بايد نسبت به نتايج اين تحقيقات محتاط بود، اما سرمايه‌گذاري‌هاي کلان پوردو و حمايت‌هاي اين مرکز از تحقيقات فناوري‌نانو، باعث توسعه سريع آن در اين مدت کوتاه شده است. مراکز ديگر که در اين تحقيق رتبه بالاتري داشتند عبارتند از: موسسه فناوري ماساچوست، دانشگاه کرنل، دانشگاه پِن استِيت و دانشگاه کاليفرنيا.

برخي از ويژگي‌هاي مرکز پوردو که باعث ارتقاي رتبه آن شده است شامل موارد زير است:

 شبکه کامپيوتري اين مرکز، که به عنوان يک مرکز پايه در برک مطرح بوده و بودجه آن توسط بنياد ملي علوم تامين مي‌شود. اين شبکه به محققان اجازه مي‌دهد تا شبيه‌سازي‌هاي کامپيوتري خود را در زمينه نانومواد و فرايندها، انجام دهند.

 آزمايشگاه مترولوژي با ارتعاشات کم که در مقابل اختلالات الکترومغناطيس حمايت مي‌شود.

 اتاق‌هاي تميز داروسازي زيستي و نانوسنتز نيمه‌هادي‌هاي منسجم که تسهيلات اين مرکز را از همتايان خود متمايز مي‌سازد.

در اين تحقيق مجله Small Times ،26 سوال درباره تسهيلات، ثبت پتنت، تاسيس شرکت، تحقيقات، انتشارات، رشته‌هاي خاص ميکرو و فناوري‌نانو و برنامه‌هاي ارتقا مطرح کرده‌است. همچنين در اين پرسشنامه از پاسخ‌گويان خواسته شده بود تا موسسات همتاي خود را در زمينه تحقيقات و تجاري‌سازي در حوزه فناوري‌نانو رتبه‌بندي کنند.

[Borna66]

آيا نانوذرات به سلامتي انسان آسيب مي‌رسانند؟


فناوري‌هاي نانو در زمينه‌هاي گوناگوني همچون توسعه داروها، آلودگي‌زدايي آب‌ها، فناوري‌هاي ارتباطي و اطلاعاتي توليد مواد مستحكم‌تر و سبك‌تر داراي مزاياي بالقوه مي‌باشند. در حال حاضر شركت‌هاي زيادي نانوذرات را به شكل پودر، اسپري و پوشش توليد مي‌‌كنند كه كاربردهاي زيادي در قسمت‌هاي مختلف اتومبيل، راكت‌هاي تنيس، عينك‌هاي آفتابي ضدخش، پارچه‌هاي ضدلك، پنجره‌هاي خود تميزكن و صفحات خورشيدي دارند.
اما اثرات افزايش بيش از حد توليد و استفاده از نانومواد در سلامت كاركنان و مصرف كننده‌ها، سلامت عمومي و محيط زيست بايد به دقت مورد توجه قرار گيرد. از آنجايي كه فرآيند رشد و واكنش‌هاي شيميايي كاتاليستي در سطح اتفاق مي‌افتند، يك مقدار مشخصي از ماده در مقياس نانومتري بسيار فعال‌تر از همان مقدار ماده با ابعاد بزرگ‌تر مي‌باشد. اين ويژگي‌ها ممكن است بر روي سلامتي و محيط زيست اثرات منفي داشته و منجر به سميت زياد نانوذرات شوند.

همزمان با توسعه دانش ما در مورد مواد در مقياس‌نانو و افزايش توانايي كار كردن با ساختارها در اين مقياس، فناوري‌نانو رفته رفته گسترش يافته و سرمايه‌گذاري جهاني در اين زمينه نيز افزايش مي‌يابد. فناوري‌هاي نانو در زمينه‌هاي گوناگوني همچون توسعه داروها، آلودگي‌زدايي آب‌ها، فناوري‌هاي ارتباطي و اطلاعاتي توليد مواد مستحكم‌تر و سبك‌تر داراي مزاياي بالقوه مي‌باشند. در حال حاضر شركت‌هاي زيادي نانوذرات را به شكل پودر، اسپري و پوشش توليد مي‌‌كنند كه كاربردهاي زيادي در قسمت‌هاي مختلف اتومبيل، راكت‌هاي تنيس، عينك‌هاي آفتابي ضدخش، پارچه‌هاي ضدلك، پنجره‌هاي خود تميزكن و صفحات خورشيدي دارند. تعداد اين شركت‌ها روز به روز در حال افزايش است.
محدوده اندازه ذراتي كه چنين علاقه‌مندي را به خود جلب كرده است، عموما كمتر از 100 نانومتر است. براي داشتن تصوري از اين مقياس لازم به ذكر است كه موي انسان داراي قطر 10000 تا 50000 نانومتر، يك سلول قرمز خوني داراي قطر حدود 5000 نانومتر و ابعاد يك ويروس بين 10 تا 100 نانومتر است. با كاهش اندازه ذرات، نسبت تعداد اتم‌هاي سطحي به اتم‌هاي داخلي افزايش مي‌يابد. به عنوان مثال درصد اتم‌هاي سطحي يك ذره با اندازه 30 نانومتر، 5 درصد است، در حالي كه اين نسبت براي يك ذره با اندازه 3 نانومتر، 50 درصد مي‌باشد.
بنابراين نانوذرات در مقايسه با ذرات بزرگ‌تر نسبت سطح به وزن بسيار بزرگ‌تري دارند. با كاهش اندازه ذرات به يك دهم نانومتر يا كمتر، اثرات كوانتومي پديدار مي‌شوند و اين اثرات، مي‌تـوانـند به مقـدار زيــادي ويـژگي‌هـاي نــوري، مغـناطيسي و الكتـريكي مواد را تغيير دهند. از طريق پي‌گيري ساختار مواد در مقياس نانو، امكان طراحي و ساخت مواد جديد با ويژگي‌هاي كاملا نو به وجود مي‌آيد. تنها با كاهش اندازه و ثابت نگهداشتن نوع ماده، ويژگي‌هاي اساسي از قبيل هدايت الكتريكي، رنگ، استحكام و نقطه ذوب ماده (كه معمولا براي هر ماده مقدار ثابتي از آنها را در نظر مي‌گيريم) مي‌تواند تغيير كند.
در حال حاضر نانوذراتي كه به طور ناخواسته، از طريق فرآيندهاي احتراق انجام شده جهت توليد انرژي يا در اتومبيل‌ها، فرآيندهاي خوردگي مكانيكي و يا فرآيندهاي صنعتي معمول به وجود مي‌آيند، بيش از توليد صنعتي نانوذرات بر محيط زيست و زندگي انسان تاثير مي‌گذارند. اما اثرات افزايش بيش از حد توليد و استفاده از نانومواد در سلامت كاركنان و مصرف كننده‌ها، سلامت عمومي و محيط زيست بايد به دقت مورد توجه قرار گيرد. از آنجايي كه فرآيند رشد و واكنش‌هاي شيميايي كاتاليستي در سطح اتفاق مي‌افتند، يك مقدار مشخصي از ماده در مقياس نانومتري بسيار فعال‌تر از همان مقدار ماده با ابعاد بزرگ‌تر مي‌باشد. اين ويژگي‌ها ممكن است بر روي سلامتي و محيط زيست اثرات منفي داشته و منجر به سميت زياد نانوذرات شوند.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
تنفس نانوذرات
خطرات احتمالي نانوذراتي كه در هوا پخش شده‌اند، يعني آئروسل‌ها از اهميت بيشتري برخوردارند. اين قضيه به دليل تحرك بالاي آنها و امكان جذب آنها از طريق ريه، كه راحت‌ترين مسير ورود به بدن مي‌باشد، اهميت پيدا مي‌كند. اندازه ذرات تا حدزيادي تعيين‌كننده محل نشست اين ذرات در دستگاه تنفسي مي‌باشد. به خاطر راحت‌تر شدن كار، دستگاه تنفسي را به سه قسمت ناحيه‌اي و كاركردي تقسيم مي‌‌كنيم:
1- مسير‌هاي هوايي بالايي،
2- ناحيه نايژه‌ها، كه هر دوي آنها به وسيله لايه موكوس حفاظت مي‌شوند. در اينجا ذرات بزرگ‌تر، از طريق نشستن بر روي ديواره مسير هوايي، از هواي ورودي به ريه جدا مي‌شوند. حركات مژه‌هاي اين قسمت، خلط را به سوي گلو بالا برده و از آنجا يا در اثر سرفه خارج و يا بلعيده مي‌شوند. ذرات كوچكتر (كوچكتر از 2.5 ميكرومتر) و نانوذرات ممكن است وارد كيسه‌هاي هوايي شوند، كه ناحيه مبادله گاز در ريه مي‌باشند. جهت تسهيل جذب اكسيژن و دفع دي‌اكسيد كربن، تمام غشاها و سلول‌ها در اين قسمت از ريه، نازك و آسيب‌پذير بوده و هيچ‌گونه لايه حفاظتي ندارند. تنها مكانيسم حفاظتي در اين قسمت از طريق ماكروفاژها مي‌باشد.
3- ماكروفاژها سلول‌هاي بزرگي هستند كه اشياي خارجي را بلعيده و از طريق جابه‌جا كردن آنها، به عنوان مثال به سوي گره‌هاي لنفاوي، آنها را از كيسه‌هاي هوايي خارج مي‌كنند. نانوذرات تا حد زيادي از اين سيستم حفاظتي رها شده و مي‌توانند وارد بافت‌هاي تنفسي گردند. ذرات و الياف باقي‌مانـده مي‌تواننـد با بافت‌هاي مخاطي ريوي بر هم كنش داده و منجر به ايجاد التهاب شديد، زخم و از بين رفتن بافت‌هاي ريوي گردند. اين وضعيت ريه‌ها شبيه حالت به وجود آمده در بيماري‌هايي همچون بيماري باكتريايي ذات‌الريه، يا بيماري‌هاي ريوي صنعتي مهلك همانند سيليكوسيس يا آزبستوسيس مي‌باشد.
سيليكوسيس و آزبستوسيس
با وجودي كه بيماري‌هاي سيليكوسيس و آزبستوسيس از طريق نانوموادي كه به روش تكنيكي توليد شده‌اند به وجود نمي‌‌آيند، اما منشا ايجاد اين بيماري‌ها، تنفس موادي شبيه نانوذرات است كه اطلاعات قديمي در مورد اثرات زيان‌بخش آنها بر روي سلامتي وجود دارد. سيليكوسيس زماني ايجاد مي‌شود كه گرد و غبار حاوي سيليس به مدت طولاتي به درون ريه تنفس شود. سيليس بلوري براي سطح بيروني ريه سمي مي‌باشد. زماني كه سيليس بلوري در تماس با ريه قرار مي‌گيرد اثرات التهابي شديدي به وجود مي‌آيد. در مدت زمان طولاني اين التهاب باعث مي‌شود تا بافت ريه به طور برگشت‌ناپذيري آسيب‌ديده و ضخيم شود كه اين پديده به نام فيبروسيس ناميده مي‌شود.
سيليس بلوري عموما در ماسه‌سنگ، گرانيت، سنگ لوح، زغال سنگ و ماسه سيليسي خالص وجود دارد. بنابراين افرادي همچون كارگران كارخانه‌هاي ذوب فلزات، سفال‌گران و كارگراني كه با ماسه كار مي‌كنند، در معرض خطر قرار دارند. سيليس بلوري از سوي سازمان بهداشت جهاني به عنوان يك ماده سرطانزا معرفي شده است.
الياف پنبه نسوز داراي طول چند ميكرومتر مي‌باشند و در نتيجه جزء نانومواد قرار نمي‌گيرند. با اين‌ حال جزء ذرات و الياف مجموعه امراض شغلي قرار مي‌گيرند. پنبه نسوز يك فيبر معدني طبيعي است كه در بيش از 3000 ماده ساختماني و محصول توليد شده به كار گرفته شده است. تمام انواع پنبه نسوز تمايل به خرد شدن به الياف بسيار ريز دارند.
به دليل كوچك بودن، اين الياف پس از پخش شدن در هوا ممكن است به مدت چند ساعت يا حتي چند روز معلق بمانند. الياف پنبه نسوز تخريب‌پذير نبوده و در طبيعت پايدار مي‌باشند. اين الياف در مقابل مواد شيميايي پايدار هستند، تبخير نمي‌شوند، در آب حل نمي‌شوند و در طول زمان تجزيه نمي‌گردند. پنبه نسوز موجب ايجاد سرطان ريه و مزوتليوما مي‌شود كه نوعي تومور خطرناك غشايي است كه ريه را مي‌پوشاند .
آلودگي ذره‌اي هوا در مشاغل ديگري همچون توليد و فرآوري كربن سياه و الياف مصنوعي نيز موجب ايجاد نگراني مي‌شود.
آلودگي ذره‌اي هوا
آلودگي هوا مخلوط كمپلكسي از تركيبات مختلف در فاز گاز، مايع و جامد است. خود مواد ذره‌اي مخلوطي ناهمگن از ذرات معلق هستند كه تركيب شيميايي و اندازه آنها متفاوت است. در مطالعات اپيدمي‌شناسي، انواع مختلفي از آلودگي‌هاي ذره‌اي هواي معـرفي شـده‌اند كـه از آن جمـله ميـتـوان بـه TPS (مجموع مواد معلق) و PM 10 (مواد ذره‌اي با قطر موثر آئروديناميك كمتر از 10 ميكرومتر) اشاره كرد. در سال‌هاي اخير مطالعات زيادي در زمينه مواد ذره‌اي ريز PM 2.5 (ذراتي با قطر آئروديناميك كمتر از 2.5 ميكرومتر) و فوق ريز (ذرات با قطر كمتر از 100 نانومتر) انجام گرفته است.
با وجودي كه ميزان خالص آلودگي‌ ذره‌اي هواي شهري (يعني مقدار PM 2.5)، با كم شدن نشر ذرات از صنايع و مراكز توليد انرژي كاهش يافته است، غلظت ذرات فوق‌ريز ناشي از ترافيك افزايش يافته است. هر چند غلظت اين ذرات كوچك معمولاً مهمتر است اما سهم آنها معمولاً پايينتر از غلظت كل است. بنابراين اندازه‌‌گيري توزيع اندازه ذرات تا چند نانومتر ، براي توصيف ذرات پخش‌شده از ترافيك ضروري است.
با توسعه روش‌هاي اندازه‌گيري آثار روشن‌تري از ذرات با اندازه كوچك‌تر مشاهده گرديد. با اين‌حال، بسياري از مطالعات هنوز ادامه دارند و تعداد بسيار كمي از آنها تاكنون به نتيجه رسيده‌اند. پيشنهاد شده است كه اثرات زيان‌آور آلودگي ذره‌اي هوا به طور عمده به غلظت ذرات كوچك‌تر از 100 نانومتر ارتباط دارد و به غلظت جرمي ذرات بزر‌گ‌تر بستگي چنداني ندارد. بنابراين معقول به نظر مي‌رسد كه اطلاعات به دست آمده از اپيدمي‌شناسي محيطي را با داده‌هاي حاصل از مطالعات سم‌شناسي انجام گرفته بر روي حيوانات و يا ساير داده‌هاي تجربي تركيب نماييم.
مطالعات اپيدمي‌شناسي زيادي ثابت كرده‌اند كه ارتباط مستقيمي بين افزايش مقطعي مواد ذره‌اي و افزايش بيماري و مرگ و مير ناشي از نارسايي‌هاي قلبي و عروقي وجود دارد. بيماران مسن‌تري كه سابقه بيماري‌هاي قلبي و يا تنفسي دارند و همچنين بيماران ديابتي، در معرض خطر بيشتري قرار دارند.
مدارك تجربي، مكانيسم‌هاي بيولوژيكي محتملي همچون تحريك دستگاه تنفسي و فشار اكسيدي جهازي را نشان مي‌دهند. در نتيجه اين تحريك‌ها، مجموعه‌اي از پاسخ‌هاي زيستي همانند موارد زير ممكن است ايجاد شوند:
تغيير جريان خون به نحوي كه موجب ايجاد انعقاد در قسمتي از رگ‌هاي خوني گردد، به هم خوردن آهنگ ضربان قلب، عملكرد نادرست و بحراني رگ‌ها، ناپايداري پلاكت‌هاي خوني، و در طولاني مدت توسعه تصلب شرايين، التهاب مزاجي و ريوي ناشي از ذرات، تصلب شرايين تسريع شده و عملكرد تغيير يافته ارادي قلب.
اين موارد ممكن است بخشي از عوامل زيستي باشند كه آلودگي ذره‌اي هوا را به مرگ و مير ناشي از بيماري‌هاي قلبي ارتباط مي‌دهند. همچنين نشان داده شده است كه نشست ذرات در كيسه‌هاي هوايي شش‌ها منجر به فعال شدن توليد سيتوكين به وسيله ماكروفاژها و سلول‌هاي اپيتليال كيسه‌هاي هوايي گشته و موجب التهاب سلول‌ها مي‌شود. در نمونه‌هايي كه به طور تصادفي از ميان بزرگسالان سالم در معرض آلودگي ذره‌اي هوا انتخاب شده بودند، افزايش ويسكوزيته پلاسما، فيبرينوژن و پروتئين فعال C مشاهده گرديد.
خلاصه و چشم‌انداز بحث
در مجموع مدارك بسيار زيادي حاصل از مطالعات اپيدمي‌شناسي وجود دارد كه اثرات زيان‌آور ذرات فوق‌ريز را بر روي سلامتي نشان مي‌دهند. همچنين از مدت‌ها پيش مدارك زيادي مبني بر زيان‌آور بودن تنفس ذرات قابل تنفس در محيط‌هاي كاري وجود دارد. به طور كامل مشخص نيست كه اين مسائل به نانومواد ساخت بشر مربوط است يا نه. با اين حال منطقي آن است تا زماني كه بر اساس مطالعات بيشتر اپيدمي‌شناسي، همچنين مطالعات انجام شده بر روي حيوانات، اثرات زيان‌آور اين نانومواد كاملا مشخص نشده است، از اين داده‌ها چشم‌پوشي نكنيم.
در حال حاضر هيچ قانوني در مورد توليد و كاربرد نانومواد براي سلامتي كاركنان و مصرف‌كنندگان و همچنين براي مسائل زيست‌محيطي وجود ندارد. همچنين در زمينه قانون‌گذاري براي مواد شيميايي، هيچ گزينه‌اي براي اندازه ذرات در هنگام ثبت يك ماده مدنظر قرار نمي‌گيرد.
پيش از انجام هرگونه قانون‌گذاري در زمينه نانومواد، بايد اطلاعات بسيار زيادي راجع به اثرات فرآيندها و محصولات نانو، بر روي سلامتي انسان و همچنين محيط زيست به دست آيد. اما حتي با در نظر گرفتن عدم قطعيت علمي موجود، شواهد كافي براي انجام اقدامات پيشگيرانه در محيط‌هاي كاري و بسته وجود دارد.
منبع: سايت www.nano.ir (http://forum.p30world.com/redirector.php?url=http%3A%2F%2Fwww.nano.ir%2F)

[Borna66]

تعريفي كوتاه از نانو تكنولوزي

در سالهاي اخير، پيشرفتهاي تكنولوژي وسايل و مواد با ابعاد بسيار كوچك به دست آمده است و به سوي تحولي فوق العاده كه تمدن بشر را تا پايان قرن دگرگون خواهد كرد ، پيش مي رود . براي درك بهتر اندازه هاي مادون ريز ، قطر موي سر انسان را كه يك دهم ميليمتر است در نظر بگيريد ، يك نانومتر صدهزار برابر كوچكتراست . تكنولوژي و مهندسي در قرن پيش رو با وسايل ، اندازه گيريها و توليداتي سروكار خواهد داشت كه چنين ابعاد مادون ريزي دارند . درحال حاضر پروسه هايي در ابعاد چند مولكول قابل طراحي و كنترل است . همچنين خواص مكانيكي ، شيميايي ، الكتريكي ، مغناطيسي ، نوري و... مواد در لايه ها در حدود ابعاد نانومتر قابل درك و تحليل و سنجش است .


تكنولوژي درقرن گذشته در هرچه ريزتر كردن توليدات تكنولوژيكي پيشرفت چشمگيري داشت ، بطوريكه به مزاح گفته شد كه ديگر كشف ذرات ريز اتمي ( Sub-Atomic ) نه تنها جايزه نوبل ندارد ، بلكه به آن جريمه هم تعلق مي گيرد ! تكنولوژي نو درقرن حاضر مسير عكس را طي مي كند . يعني مواد مادون ريز را بايد تركيب كرد تا دانه هاي بزرگتر كارآمد به وجود آ ورد
درست همان روشي كه در طبيعت براي توليد كردن حاكم است . مجموعه هاي طبيعي ، تركيبي از دانه هاي مادون ريز قابل تشخيص با خواص مشابه و يا متفاوت با اندازه هاي در حدود نانو است .

اثر تحقيقات در فناوريهاي مادون ريز هم اكنون در درمان بيماريها و يا دست يافتن به مواد جديد به ظهور رسيده است . موارد بسياري در مرحله تحقيقات كاربردي و آزمايشي است .اكنون ساخت رايانه هاي بسيار كوچكتر و ميليونها بار سريعتر در دستور كار موسسات تحقيقاتي قرار دارد .

در بياني كوتاه نانوتكنولوژي يك فرايند توليد مولكولي است . همانطور كه طبيعت مجموعه ها را بطور خودكار مولكول به مولكول ساخته و روي هم مونتاژ كرده است ، دانشمندان اين علم هم بايد براي توليد محصولات جديد ، با اين اعتقاد كه هرچه در طبيعت توليد شده قابل توليد در آزمايشگاه نيز هست ، نظير طبيعت راهي پيدا كنند . البته منظور اين نيست كه چند هسته از مواد راپيدا كنند و با رساندن انرژي و خوراك پس از چند سال يك نيروگاه از آن ساخته شود كه شهري را برق دهد . بلكه براي تركيب و تكامل خودكار توليدات مادون ريزكه به نحوي در مجموعه هاي بزرگتر مصرف دارد ، راهيابي شود . در اندازه هاي مادون ريز ، روشها و ابزارآلات متعارف فيزيكي مانند تراشيدن و خم كردن و سوراخ كردن و...جوابگو تيستند .

براي ساختن ماشينهاي ملكولي بايد روش پروسه هاي طبيعي را دنبال كرد . با تهيه نقشه هاي ساختاري بدن يعني آرايش ژنها و DNA كه ژنم ناميده شده است و به موازات آن دست يافتن به تكنولوژي مادون ريز ، در دراز مدت تحولات بسياري در هستي ايجاد خواهد شد . توليد مواد جديد ، گياهان ، جانداران و حتي انسان متحول خواهد شد . اشكالات ساختاري موجودات در طبيعت رفع مي شود و با تركيب و خواص اورگانيك گياهان و جانوران ، موجودات جديدي با خواص فوق العاده و شخصيتهاي متفاوت بوجود خواهد آمد .آينده علوم و مهندسي كه چندين گرايشي Multi- Disciplinary است ، به طرف توليد ماشينهاي مولكولي سوق داده خواهد شد تا در نهايت بتواند مجموعه هاي كارآيي از پيوندهاي ارگانيك و سايبريك را عرضه نمايد .

هستي را به رايانه ( سخت افزار ) و برنامه ( نرم افزار ) كه دو پديده مختلف ولي ادغام شده هستند ، مي توان تشبيه كرد . سخت افزار مصداق ماده ( اغلب اتم هيدروژن ) و نرم افزار يا برنامه ، قابليت نهفته در خلقت آن است .

اتم به نظر ساده و ابتدايي هيدروژن در طي ميلياردها سال با قابليت نهفته در خود توانسته است ميليونها نوع آرايش مختلف را در هستي بوجود آورد . بشر از بوجود آوردن اساس ماده عاجز است . ولي در برنامه ريزيهاي جديد و يافتن اشكال ديگري از آنچه در طبيعت وجود دارد ، پيش خواهد رفت . طبيعت را خواهد شناخت و به اصطلاح ، قفلهاي شگفت آور آن را باز خواهد كرد . احتمالا انسان در شرايط مناسبتري از درجه حرارت و فشار كه درتشكيل طبيعي مواد مختلف از هيدروژن لازم است ، بتواند اتمهاي مورد نباز خود را توليد كند ، سيارات ديگري را در نهايت در اختيار بگيرد و بعيد نيست كه انسانهاي آينده بتوانند در نيمه هاي راه ابديت در اكثر نقاط جهان هستي و كهكشانها سكني گزينند.

به احتمال زياد قبل از پايان هزاره سوم انسانها در بدن خود انواع لوازم مصنوعي و ديجيتالي راخواهند داشت. . از بيماري ، پيري ، درد ستون فقرات ، كم حافظه اي و... رنج نخواهند برد .قابليت فهم و تحليل اطلاعات در مغز آنها در مقايسه با امروز بي نهايت خواهد شد . در هزاره هاي آينده انسانهاي طبيعي مانند امروز احتمالا براي مطالعات پژوهشي نگهداري شده و به نمونه هاي آزمايشگاهي و بطور حتم قابل احترام تبديل خواهند شد و مردمان آينده از اينهمه درد و ناراحتي كه اجداد آنها در هزاره هاي قبل كشيده اند ، متعجب و متاثر خواهند بود .

چه انتظاري بايد از نانوتكنولوژي داشت :

اين تكنولوژي جديد توانايي آن را دارد كه تاثيري اساسي بر كشورهاي صنعتي در دهه هاي آينده بگذارد . در اينجا به برخي از نمونه هاي عملي در زمينه نانوتكنولوژي اشاره مي شود .

انتظار مي رود كه مقياس نانومتر به يك مقياس با كارايي بالا و ويژگيهاي منحصربفرد ،محصولاتي ساخته مي شود كه روش شيمي سنتي پاسخگوي اين امر نمي تواند باشد .

· نانوتكنولوژي مي تواند باعث گسترش فروش سالانه بسيار زياد براي صنعت نيمه هاديها و مدارهاي مجتمع ، طي 10 تا 15 سال آينده شود .

· نانوتكنولوژي ، مراقبتهاي بهداشتي ، طول عمر ، كيفيت و تواناييهاي جسمي بشر را افزايش خواهد داد .

· تقريبا نيمي از محصولات دارويي در 10 تا 15 سال آينده متكي به نانوتكنولوژي خواهد بود كه اين امر ، خود ميليونها دلار نقدينگي را به گردش درخواهد آورد .

· كاتاليستهاي نانوساختاري در صنايع پتروشيمي داراي كاربردهاي فراواني هستند كه پيش بيني شده است اين دانش ، سالانه ميليارد ها دلار را طي 10 تا 15 سال آينده تحت تاثير قرار دهد .

· نانوتكنولوژي موجب توسعه محصولات كشاورزي براي يك جمعيت عظيم خواهد شد و راههاي اقتصادي تري را براي تصويه و نمك زدايي آب و بهينه سازي راههاي استفاده از منابع انرژيهاي تجديد پذير همچون انرژي خورشيدي ارائه مي نمايد . بطور مثال استفاده از يك نوع انباره جريان گذرا با الكترودهاي نانولوله كربني كه اخيرا آزمايش گرديد و از رسانه ها خبر آن را شنيديم، نشان داد كه اين روش 10 بار كمتر آب دريا را نمك زدايي مي كند .

· انتظار مي رود كه نانوتكنولوژي نياز بشر را به مواد كمياب كمتر كرده و با كاستن آلاينده ها ، محيط زيستي سالمتر را فراهم كند . براي مثال مطالعات نشان مي دهد در طي 10 تا 15 سال آينده ، روشنايي حاصل از پيشرفت نانوتكنولوژي ،مصرف جهاني انرژي را تا 10 درصد كاهش داده ، باعث صرفه جويي سالانه 100 ميليارد دلار و همچنين كاهش آلودگي هوا به ميزان 200 ميليون تن كربن شود.

در چند سال گذشته بازارچند ميليارد دلاري برپايه نانوتكنولوژي كسترش يافته اند . براي مثال در ايالات متحده ، IBM براي هد ديسكهاي سخت ، يك سري حسگرهاي مغناطيسي را ابداع كرده است .

Eastern Kodak و 3M تكنولوژي ساخت فيلمهاي نازك نانو ساختاري را به وجود آورده اند . شركت Mobil كاتاليستهاي نانو ساختاري را براي دستگاههاي شيميايي توليد كرده است و شركت Merck ، داروهاي نانوذره اي را عرضه كرده است . تويوتا در ژاپن مواد پليمري تقويت شده نانوذره اي را براي خودروها و Samsung Electronics در كره ، در حال كار بر روي سطح صفحات نمايش توسط نانولوله هاي كربني هستند . بشر درست در ابتداي مسير قرار دارد و فقط چندين محصول تجاري از نانوساختارهاي يك بعدي بهره مي گيرند ( نانو ذرات ، نانو لوله ها ، نانو لايه و سوپر لاستيكها ) . نظزيات جديد و روشهاي مقرون به صرفه توليد نانوساختارهاي دو و سه بعدي از موضوعات مورد بررسي آينده مي باشند.

نانو تكنولوژي يا كاربرد فناوري در مقياس يك ميليونيم متر، جهان حيرت انگيزي را پيش روي دانشمندان قرار داده است كه در تاريخ بشريت نظيري براي آن نمي توان يافت. پيشرفتهاي پرشتابي كه در اين عرصه بوقوع مي پيوندد، پيام مهمي را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستيابي به توانايي هاي بي بديلي براي تغيير محيط پيرامون خويش قرار گرفته است و جهان و جامعه اي كه در آينده اي نه چندان دور به مدد اين فناوري جديد پديدار خواهد شد، تفاوت هايي بنيادين با جهان مالوف آدمي در گذشته خواهد داشت.

به گزارش ايرنا نانو تكنولوژي نظير هر فناوري ديگري چونان يك تيغ دولبه است كه مي توان از آن در مسير خير و صلاح و يا نابودي و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره گيري از اين فناوري شناخت دقيق تر خصوصيات آن و آشنايي با قابليت هاي بالقوه اي است كه در خود جاي داده است. در خصوص نانو تكنولوژي يك نكته را مي توان به روشني و بدون ابهام مورد تاكيد قرار داد: اين فناوري جديد هنوز، حتي براي متخصصان، شناخته شده نيست و همين امر هاله ابهامي را كه آن را در برگرفته ضخيمتر مي كند و راه را براي گمانزني هاي متنوع هموار مي سازد.

كساني بر اين باورند كه اين فناوري نظير هيولايي فرانكشتين در داستان مري شلي و يا همانند جعبه پاندورا در اسطوره هاي يونان باستان، مرگ و نابودي براي ابناي بشر درپي دارد. در مقابل گروهي نيز معتقدند كه به مدد توانايي هاي حاصل از اين فناوري مي توان عالم را گلستان كرد.

در حال حاضر 450 شركت تحقيقاتي- تجاري در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمريكا و ژاپن با بودجه اي كه در مجموع به 4 ميليارد دلار بالغ مي شود سرگرم انجام تحقيقات در عرصه نانو تكنولوژي هستند. در اين قلمرو اتمها و ذرات رفتاري غيرمتعارف از خود به نمايش مي گذارند و از آنجا كه كل طبيعت از همين ذرات تشكيل شده، شناخت نحوه عمل آنها، به يك معنا شناخت بهتر نحوه شكل گيري عالم است. به اين ترتيب دانشمنداني كه در اين قلمرو به كاوش مشغولند، به يك اعتبار با ذهن و ضمير خالق هستي و نقشه شگفت انگيز او در خلقت عالم آشنايي پيدا مي كنند، اما از آنجا كه دانايي توانايي به همراه مي آورد، شناسايي رازهاي هستي مي تواند توان فوق العاده اي را در اختيار كاشفان اين رازها قرار دهد. تحقيق در قلمرو نانو تكنولوژي از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستين نتايج چشمگير از رهگذر اين تحقيقات عايد گرديد.

از جمله آنكه يك گروه از محققان شركت آي بي ام موفق شدند35 اتم گزنون را بر روي يك صفحه از جنس نيكل جاي دهند و با كمك اين تك اتمها نامي را بر روي صفحه نيكلي درج كنند. محققان ديگر به بررسي درباره ساختارهاي ريز موجود در طبيعت نظير تار عنكبوت ها و رشته هاي ابريشم پرداختند تا بتوانند موادي نازك تر و مقاوم تر توليد كنند. در اين ميان ساخت يك نوع مولكول جديد كربن موسوم به باكمينسترفولرين يا كربن- 60 راه را براي پژوهشهاي بعدي هموارتر كرد. محققان با كمك اين مولكول كه خواص حيرت انگيز آن هنوز در درست بررسي است، لوله هاي موئينه اي در مقياس نانو ساخته اند كه مي تواند براي ايجاد ساختارهاي مختلف در تراز يك ميليونيم متر مورد استفاده قرار گيرد. بررسي هايي كه در ابعاد نانو بر روي مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازه اي را آشكار كرده است. به عنوان مثال ذرات سيليكن در اين ابعاد از خود نور ساطع مي كنند و لايه هاي فولاد در اين مقياس از استحكام بيشتري در قياس با صفحات بزرگتر اين فلز برخوردارند.

برخي شركتها از هم اكنون بهره برداري از برخي يافته هاي نانوتكنولوژي را آغاز كرده اند. به عنوان نمونه شركت آرايشي اورال از مواد نانو در محصولات آرايشي خود استفاده مي كند تا بر ميزان تاثير آنها بيفزايد. ساخت ديودهاي نوري با استفاده از مواد نانو موجب مي شود تا 80درصد در هزينه برق صرفه جويي شود. توپهاي تنيسي كه با كربن 60 ساخته شده و روانه بازار گرديده سبكتر و مستحكمتر از توپهاي عادي است. شركتهاي ديگر با استفاده از مواد نانو پارچه هايي توليد كرده اند كه با يك بار تكاندن آنها مي توان حالت اتوي اوليه را به آنها بازگرداند و همه چين و چروكهايشان را زايل كرد. با همين يك بار تكان همه گردوخاكي كه به اين پارچه ها جذب شده اند نيز پاك مي شوند. نوارهاي زخم بندي هوشمندي با اين مواد درست شده كه به محض مشاهده نخستين علائم عفونت در مقياس مولكولي، پزشكان را مطلع مي سازند.

از همين نوع مواد همچنين ليوانهايي توليد شده كه قابليت خود- تميزكردن دارند. لنزها و عدسيهاي عينك ساخته شده از جنس مواد نانو ضد خش هستند و يك گروه از محققان تا آنجا پيش رفته اند كه درصددند با مواد نانو پوششهاي مناسبي توليد كنند كه سلولهاي حاوي ويروسهاي خطرناك نظير ويروس ايدز را در خود مي پوشاند و مانع خروج آنها مي شود. مهمترين نكته درباره موقعيت كنوني فناوري نانو آن است كه اكنون دانشمندان اين توانايي را پيدا كرده اند كه در تراز تك اتمها به بهره گيري از آنها بپردازند و اين توانايي بالقوه مي تواند زمينه ساز بسياري از تحولات بعدي شود. يك گروه از برجسته ترين محققان در حوزه نانوتكنولوژي بر اين اعتقادند كه مي توان بدون آسيب رساندن به سلولهاي حياتي، در درون آنها به كاوش و تحقيق پرداخت. شيوه هاي كنوني براي بررسي سلولها بسيار خام و ابتدايي است و دانشمندان براي شناخت آنچه كه در درون سلول اتفاق مي افتد ناگزيرند سلولها را از هم بشكافند و در اين حال بسياري از اطلاعات مهم مربوط به سيالهاي درون سلول يا ارگانلهاي موجود در آن از بين مي رود.

يك گروه از محققان كه در گروهي موسوم به اتحاد سيستمهاي زيستي گرد آمده اند، سرگرم تكميل ابزارهاي ظريفي هستند كه هدف آن بررسي اوضاع و احوال درون سلول در زمان واقعي و بدون آسيب رساندن به اجزاي دروني سلول يا مداخله در فعاليت بخشهاي داخلي آن است. ابزاري كه اين گروه مشغول ساخت آن هستند رديف هايي از لوله ها يا سيمهاي بسيار ظريفند كه قادرند وظايف مختلفي را به انجام برسانند از جمله آنكه هزاران پروتئيني را كه به وسيله سلولها ترشح مي شود شناسايي كند. گروههاي ديگر از محققان نيز به نوبه خود سرگرم توليد دستگاهها و ابزارهاي ديگر براي انجام مقاصد علمي ديگر هستند.

به عنوان نمونه يك گروه از محققان سرگرم تكميل فيبرهاي نوري در ابعاد نانو هستند كه قادر خواهند بود مولكولهاي مورد نظر را شناسايي كنند. گروهي نيز دستگاهي را دردست ساخت دارند كه با استفاده از ذرات طلا مي تواند پروتئين هاي معيني را فعال سازد يا از كار بيندازد. به اعتقاد پژوهشگران براي آنكه بتوان از سلولها در حين فعاليت واقعي آنها اطلاعات مناسب به دست آورد، بايد شيوه تنظيم آزمايشها را مورد تجديدنظر اساسي قرار داد. سلولها در فعاليت طبيعي خود امور مختلفي را به انجام مي رسانند: از جمله انتقال اطلاعات و علائم و داده ها ميان خود، ردوبدل كردن مواد غذايي و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حياتي. يك گروه از روش تازه اي موسوم به الگوي انتقال ابر - شبكه استفاده كرده اند كه ساخت نيمه هاديهاي نانومتري به قطر تنها 8 نانومتر را امكان پذير مي سازد. هريك از اين لوله هاي بسيار ريز بالقوه مي توانند يك پادتن خاص يا يك بخش كوچك از رشته دي ان اي بر روي خود جاي دهند.

با كمك هر تراشه مي توان 1000 آزمايش متفاوت بر روي يك سلول انجام داد. براي دستيابي به موفقيت كامل بايد بر برخي از محدوديتها غلبه شود، ازجمله آنكه درحال حاضر براي بررسي سلولها بايد آنها را در درون مايعي قرار داد كه مصنوعاً محيط زيست طبيعي سلولها را بازسازي مي كند، اما يون موجود در اين مايع مي تواند سنجنده هاي موئينه را از كار بيندازد. براي رفع مشكل، محققان سلولها را درون مايعي جاي مي دهند كه چگالي يون آن كمتر است. گروههاي ديگري از محققان نيز در تلاشند تا ابزارهاي مناسب در مقياس نانو براي بررسي جهان سلولها ابداع كنند. يكي از اين ابزارها چنانكه اشاره شد يك فيبر نوري است كه ضخامت نوك آن 40 نانومتر است و بر روي نوك نوعي پادتن جا داده شده كه قادر است خود را به مولكول مورد نظر در درون سلول متصل سازد. اين فيبر نوري با استفاده از فيبرهاي معمولي و تراش آنها ساخته شده و بر روي فيبر پوششي از نقره اندود شده تا از فرار نور جلوگيري به عمل آورد. نحوه عمل اين فيبر نوري درخور توجه است.

از آنجاكه قطر نوك اين فيبر نوري، از طول موج نوري كه براي روشن كردن سلول مورد استفاده قرار مي گيرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهاي نور نمي توانند خود را تا انتهاي فيبر برسانند، درعوض در نزديكي نوك فيبر مجتمع مي شوند و يك ميدان نوري بوجود مي آورند كه تنها مي تواند مولكولهايي را كه در تماس با نوك فيبر قرار مي گيرند تحريك كند. به نوك اين فيبر نوري يك پادتن متصل است و محققان به اين پادتن يك مولكول فلورسان مي چسبانند و آنگاه نوك فيبر را به درون يك سلول فرو مي كنند. در درون سلول، نمونه مشابه مولكول فلورسان نوك فيبر، اين مولكول را كنار مي زند و خود جاي آن را مي گرد. به اين ترتيب نوري كه از مولكول فلورسان ساطع مي شد از بين مي رود و فضاي درون سلول تنها با نوري كه به وسيله ميدان موجود در فيبر نوري بوجود مي آيد روشن مي شود و درنتيجه محققان قادر مي شوند يك تك مولكول را در درون سلول مشاهده كنند.

مزيت بزرگ اين روش در آن است كه باعث مرگ سلول نمي شود و به دانشمندان اجازه مي دهد درون سلول را در هنگام فعاليت آن مشاهده كنند. نانو تكنولوژي همچنين به محققان امكان مي دهد كه بتوانند رويدادهاي بسيار نادر يا مولكولهاي با چگالي بسيار كم را مشاهده كنند. به عنوان مثال بلورهاي مينياتوري نيمه هاديهاي فلزي در يك فركانس خاص از خود نور ساطع مي كنند و از اين نور مي توان براي مشخص كردن مجموعه اي از مولكولهاي زيستي و الصاق برچسب براي شناسايي آنها استفاده كرد. به نوشته هفته نامه علمي نيچر چاپ انگلستان يك گروه از محققان دانشگاه ميشيگان نيز توانسته اند سنجنده خاصي را تكميل كنند كه قادر است حركت اتمهاي روي را در درون سلولها دنبال كند و به دانشمندان در تشخيص نقايص زيست عصبي مدد رساند.

از ابزارهاي در مقياس نانو همچنين مي توان براي عرضه مؤثرتر داروها در نقاط موردنظر استفاده به عمل آورد. در آزمايشي كه بتازگي به انجام رسيده نشان داده شده است كه حمله به سلولهاي سرطاني با استفاده از ذرات نانو 100برابر بازده عمل را افزايش مي دهد. محققان اميدوارند در آينده اي نه چندان دور با استفاده از نانو تكنولوژي موفق شوند امور داخلي هر سلول را تحت كنترل خود درآورند. هم اكنون گامهاي بلندي در اين زمينه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان مي توانند فعاليت پروتئينها و مولكول دي ان اي را در درون سلول كنترل كنند. به اين ترتيب نانو تكنولوژي به محققان امكان مي دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها يعني اصلي ترين بخش سازنده بدن جانداران به بهترين وجه كامل سازند

[Borna66]

شمشير 2 لبه نانوذرات







وقتي براي گشت و گذار به دل كوه ها و كوهپايه ها پناه مي بريد و از شيب تند جاده به سمت پايين حركت مي كنيد، بوي نامطبوعي كه از لنت ترمز خودروي شما خارج مي شود، شما را هشيار مي كند.
از فرزندتان مي خواهيد آن را تنفس نكند چون شنيده ايد بسيار سمي است. اما فكر كرده ايد چرا؟ فناوري هاي نوين هميشه مثل سكه دو رو دارند، طرفي از آنها كه در جهت رفاه و بهره مندي انسان است و وجهي ديگر كه به طور مستقيم با سلامت جسمي در تضاد است. چند سالي مي شود كه نانوتكنولوژي به عنوان يك كليد در حل بسياري از مشكلات صنايع در قرن اخير گره گشا بوده است و در بسياري موارد به بشر خدمت مي كند؛ اما نبايد از روي ديگر اين سكه غافل بود.
ذرات نانو در مواردي مي توانند همچون غبار همان آزبست لنت ترمز عمل كنند و مثل يك ذره كاملا غيرطبيعي كه بدون هدف در فضا رها شده است ، از جنبه هاي مختلف ، سلامت انسان را تهديد كنند. البته همچنان كه علم نانو يك علم نو و جديد است ، عوارض جانبي آن هم چندان مشخص نيست ، اما دانشمندان تا حدي توانسته اند روابطي بين بعضي بيماري هاي تنفسي با ذرات نانو را به اثبات برسانند.

فناوري هاي نانو، در زمينه هاي گوناگوني همچون توسعه داروها، تصفيه آبها و زدودن انواع آلودگي هاي آب ، فناوري هاي ارتباطي و اطلاعاتي ، توليد مواد مستحكم تر و سبك تر داراي مزاياي بالقوه هستند. امروزه بسياري از شركت هاي تجاري ، بر مبناي همين فناوري ها، نانوذرات را به شكل پودر، اسپري و پوشش توليد مي كنند كه كاربردهاي زيادي در قسمت هاي مختلف اتومبيل ، راكت هاي تنيس ، عينك هاي آفتابي ضد خش ، پارچه هاي ضد لك ، پنجره هاي تميز كن خودكار و صفحات خورشيدي دارد و تعداد اين شركت ها با سرعتي باور نكردني رو به افزايش است.


نانو چه اندازه اي است؟

محدوده اندازه ذراتي كه اين چنين علاقه مندان را در صنعت به سوي خود جلب كرده است ، معمولا كمتر از 100 نانومتر است. براي اين كه تصوري از مقياس داشته باشيم ، بد نيست به اندازه موي سر انسان كه چيزي حدود 10هزار تا 50 هزار نانومتر است توجه كنيم. يك سلول قرمز خون ، قطري حدود 5 هزار نانومتر دارد و ابعاد يك ويروس بين 10 تا 100 نانومتر است. با كاهش اندازه ذرات ، نسبت تعداد اتم هاي سطحي به اتم هاي داخلي بيشتر مي شود. بر فرض درصد اتم هاي سطحي يك ذره با اندازه 30 نانومتر 5 درصد است ، در حالي كه اين نسبت براي يك ذره با اندازه 3نانومتر 50 است.
اين طوري است كه نانوذرات در مقايسه با ذرات بزرگتر نسبت سطح به وزن بسيار بيشتري دارند و با كاهش اندازه ذرات به يك دهم نانومتر يا كمتر، اثرات كوانتومي ديده مي شوند و اين اثرات هم مي توانند به مقدار زيادي ويژگي هاي نوري ، مغناطيسي و الكتريكي مواد را تحت الشعاع قرار دهند. با اين ويژگي هاي جديد است كه ساختار مواد در مقياس نانو به ما امكان طراحي و ساخت مواد جديد با ويژگي هاي كاملا نويي را مي دهد. با كم كردن اندازه و ثابت نگه داشتن نوع ماده ، ويژگي هاي اساسي از قبيل هدايت الكتريكي ، رنگ ، استحكام و نقطه ذوب ماده تغيير مي كند.


نانو و تهديد محيط زيست

در حين فرآيندهاي احتراق ، براي توليد انرژي يا در اتومبيل ها، فرآيندهاي خوردگي مكانيكي يا فرآيندهاي صنعتي معمول ، نانوذراتي به صورت ناخواسته توليد مي شوند كه تا حد زيادي محيط زيست و زندگي انسان را تحت تاثير قرار مي دهند.
به نظر مي رسد با گسترش استفاده از اين فناوري ها، اثرات افزايش بيش از حد توليد و استفاده از نانو مواد بر سلامت كاركنان و مصرف كننده ها، سلامت عمومي و محيط زيست ، بيشتر مورد توجه قرار گرفته است.
از آنجا كه فرآيند رشد و واكنش هاي شيميايي كاتاليستي كه در سطح اتفاق مي افتند، يك مقدار مشخصي از ماده در مقياس نانومتري ، بسيار فعال تر از همان مقدار ماده با ابعاد بزرگتر است ، اين ويژگي ها ممكن است روي سلامت و محيط زيست اثرات منفي داشته و منجر به افزايش سميت نانوذرات شوند.


ورود از راه تنفس

خطرات احتمالي نانوذراتي كه در هوا پخش شده اند، يعني آئروسل ها اهميت بالايي دارند. اين مساله به دليل تحرك بالاي آن و امكان جذب از طريق ريه كه راحت ترين مسير ورود به بدن است ، اهميت پيدا مي كند. اندازه ذرات نانو كه به نسبت ساير موادي كه به ريه وارد مي شوند كوچك تر است ، اين امكان را فراهم مي كند كه نشت اين ذرات تا ميزان بالايي روي دستگاه تنفسي ، راحت تر صورت گيرد.دستگاه تنفسي سه قسمت شامل مسيرهاي هوايي بالايي ، ناحيه نايژه ها و ماكروفاژها دارد كه امكان آلودگي آنها با مواد نانو را بررسي مي كنيم.


وقتي ريه ها ملتهب مي شوند

مسيرهاي هوايي بالايي و نايژه ها به وسيله لايه موكوس حفاظت مي شوند. ذرات بزرگتر از طريق نشستن روي ديواره مسير هوايي ، از هواي ورودي به ريه ها جدا مي شوند. حركات مژه اي اين قسمت ، خلط را به سمت گلو بالا برده و از آنجا يا در اثر سرفه خارج و يا با عمل بلع ، بلعيده مي شوند. ذرات كوچكتر (كوچكتر از 2.5 ميكرومتر) و نانوذرات ، ممكن است وارد كيسه هاي هوايي شوند كه ناحيه مبادله گاز در ريه هستند و كوچك ترين اجزاي ريه محسوب مي شوند كه در ارتباط با مويرگ ها قرار دارند.
به منظور دفع دي اكسيدكربن از مويرگ ها به كيسه هاي هوايي و جذب اكسيژن ، تمام غشاها و سلول ها در اين قسمت ها نازك و آسيب پذير هستند و هيچ گونه لايه حفاظتي ندارند. تنها مكانيسم حفاظتي در اين قسمت ، ماكروفاژها هستند. اين ماكروفاژها سلول هاي بزرگي هستند كه اشيائ خارجي را بلعيده و از طريق جابه جا كردن آنها مثلا به سوي گره هاي لنفاوي آنها را از كيسه هاي هوايي خارج مي كنند. نانو ذرات تا حد زيادي از اين سيستم حفاظتي رها شده و مي توانند وارد بافت هاي تنفسي شوند.
ذرات و الياف باقي مانده مي توانند با بافت هاي مخاطي ريوي بر هم كنش كرده و بافت هاي ريوي را دچار التهاب هاي شديد، زخم و حتي مرگ كنند. اين وضعيت ريه ها در چند بيماري ديگر هم ديده مي شود، از جمله در بيماري باكتريايي ذات الريه يا بيماري هاي صنعتي مهلكي همچون سيليكوسيس يا آزبستوسيس مشاهده مي شوند.


چه افرادي بيمار مي شوند؟

از قديم ، اين دو بيماري بر اثر تنفس ذراتي مثل نانوذرات ايجاد مي شده است كه اثرات بسيار مهلكي بر سلامت دستگاه تنفسي دارند. سيليكوسيس وقتي ايجاد مي شود كه گرد و غبار حاوي سيليس براي مدت طولاني به درون ريه تنفس شود. سيليس بلوري براي سطح بيروني ريه سمي است. وقتي سيليس بلوري در تماس با ريه قرار مي گيرد، اثرات التهابي شديد به وجود مي آيند، در تمام مدت اين التهاب باعث مي شود كه بافت ريه به نحو برگشت ناپذيري آسيب ديده و ضخيم شود كه اين پديده با عنوان فيبروسيس معروف است. سيليس بلوري ، معمولا در ماسه سنگ گرانيت ، سنگ لوح ، زغال سنگ و ماسه سيليسي خالص وجود دارد. به همين دليل افرادي مثل كارگراني كه با ماسه كار مي كنند و كارگران كارخانه هاي ذوب فلزات ، سفالگران و... در معرض اين خطر قرار دارند. سيليس بلوري از سوي سازمان بهداشت جهاني به عنوان يك ماده سرطان زا معرفي شده است.
الياف پنبه نسوز هم ، طولي حدود چند ميكرومتر دارند، كه هرچند جز نانو مواد نيستند، جزو موادي كه آلوده كننده دستگاه تنفسي و بيماري زا هستند، طبقه بندي مي شوند. پنبه نسوز يك فيبر معدني طبيعي است كه در بيش از 3 هزار ماده ساختماني و محصول توليدي به كار مي رود. اين نوع الياف تمايل دارند به الياف بسيار ريزتر خرد شوند. به دليل كوچك بودن ، اين الياف ممكن است بعد از پخش شدن در هوا براي مدت چند ساعت يا چند روز معلق باقي بمانند، الياف پنبه نسوز در طبيعت پايدارند و هرگز تجزيه نمي شوند و حتي در مقابل مواد شيميايي هم پايدارند و تبخير نمي شوند. در آب هم غيرقابل حل هستند. اين مواد باعث ايجاد سرطان ريه و مزوتليوما كه نوعي تومور خطرناك غشايي است و ريه را مي پوشاند مي شوند. آلودگي ذره اي هوا در مشاغل ديگري همچون توليد و فرآوري كربن سياه و الياف مصنوعي هم موجب ايجاد نگراني در اين زمينه مي شود.


ذراتي كه در شهرها معلق اند

با وجود اين كه ميزان خالص آلودگي ذره اي هواي شهري ، با كم شدن نشر ذرات از صنايع و مراكز توليد انرژي كاهش يافته است ، غلظت ذرات فوق ريز ناشي از ترافيك ، افزايش پيدا كرده است. اگر دقت كرده باشيد وقتي از شيبي با اتومبيل تان به سمت پايين حركت مي كنيد، لنت هاي ترمز اتومبيل شما و سايرين ، بويي در هوا متصاعد مي كند، كه اغلب مردم از سمي بودن آن مطلع هستند، اما به طور معمول در ترافيك هاي سنگين شهري هم مقادير بالايي از اين مواد وارد هوا مي شود كه معمولا همه ما نسبت به آن بي توجهيم.
با توسعه روش هاي اندازه گيري ، آثار روشن تري از ذرات با اندازه كوچك تر مشاهده شده است. با اين حال بسياري از مطالعات كماكان ادامه دارند و خيلي كم به نتيجه رسيده اند. دانشمندان بر اين عقيده اند كه اثرات زيان آور آلودگي ذره اي هوا، به طور عمده به غلظت ذرات كوچك تر از 100 نانومتر ارتباط دارد و به غلظت جرمي ذرات بزرگتر چندان بستگي ندارد. به همين دليل به نظر مي رسد تركيب اطلاعات به دست آمده از اپيدمي شناسي در محيطهاي مختلف با داده هاي حاصل از مطالعات سم شناسي انجام گرفته بر روي حيوانات چندان هم دور از واقعيت نيست.


ذره ها بيماري زا هستند

بتازگي مطالعات اپيدمي شناسي ثابت كرده اند ارتباط مستقيمي بين افزايش مقطعي مواد ذره اي و افزايش بيماري و مرگ و مير ناشي از نارسايي هاي قلبي و عروقي وجود دارد. بيماران مسن تري كه سابقه بيماري هاي قلبي يا تنفسي دارند و همين طور بيماران ديابتي ، در معرض خطر بيشتري قرار دارند. همچنين ثابت شده است كه نشست ذرات در اندازه هاي نانو در كيسه هاي هوايي شش ها منجر به فعال شدن توليد سيتوكينيني به وسيله ماكروفاژها و سلول هاي كيسه هاي هوايي شده و التهاب سلول ها را به دنبال دارد.
نمونه هاي تصادفي از ميان بزرگسالان سالم در معرض آلودگي ذره اي هوا، نشان داد كه در پلاسماي خون اين افراد ميزان ويسكوزيته افزايش پيدا كرده است. اما با اين وجود، هنوز هم به طور كامل مشخص نيست كه اين مسائل را مي توان به نانوذرات تعميم داد يا خير و جنبه هاي ديگر آلودگي زاي اين ذرات تا چه طيفي گسترده اند. بررسي و مطالعات بيشتر در اين زمينه بسيار ضروري به نظر مي رسد.

[Borna66]

نانوفناوری به زبان ساده



یک نانومتر چقدر است؟

یک نانومتر یک میلیاردم متر (10-9 m) است. این مقدار حدودا چهار برابر قطر یک اتم است. مکعبی با ابعاد 2.5 نانومتر ممکن است حدود 1000 اتم را شامل شود. در مقایسه یک جسم نانومتری با اندازه‌ای حدود 10 نانومتر ، هزار برابر کوچکتر از قطر یک موی انسان است.

امکان مهندسی در مقیاس مولکولی برای اولین بار توسط ریچارد فاینمن (R.Feynnman) مطرح شد. فاینمن طی یک سخنرانی در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا در سال 1959 اشاره کرد که اصول و مبانی فیزیک امکان ساخت اتم به اتم چیزها را رد نمی‌کند. وی اظهار داشت که می‌توان با استفاده از ماشینهای کوچک ماشینهایی به مراتب کوچکتر ساخت و سپس این کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد.

همین عبارتهای افسانه وار فاینمن راهگشای یکی از جذابترین زمینه‌های نانو تکنولوژی یعنی ساخت روباتهایی در مقیاس نانو شد. در واقع تصور در اختیار داشتن لشکری از نانو ماشینهایی در ابعاد میکروب که هر کدام تحت فرمان یک پردازنده مرکزی هستند، هر دانشمندی را به وجد می‌آورد. در رویای دانشمندانی مثل جی استورس هال (J.Storrs Hall) و اریک درکسلر (E.Drexler) این روباتها یا ماشینهای مونتاژکن کوچک تحت فرمان پردازنده مرکزی به هر شکل دلخواهی در می‌آیند. شاید در آینده‌ای نه چندان دور بتوانید به کمک اجرای برنامه ای در کامپیوتر ، تخت خوابتان را تبدیل به اتومبیل کنید و با آن به محل کارتان بروید.

http://pnu-club.com/imported/2009/04/2672.jpg

چرا این مقیاس طول اینقدر مهم است؟


خواص موجی شکل (مکانیک کوانتومی) الکترونهای داخل ماده و اثر متقابل اتمها با یکدیگر از جابجایی مواد در مقیاس نانومتر اثر می‌پذیرند. با تولید ساختارهایی در مقیاس نانومتر ، امکان کنترل خواص ذاتی مواد ازجمله دمای ذوب ، خواص مغناطیسی ، ظرفیت بار و حتی رنگ مواد بدون تغییر در ترکیب شیمیایی بوجود می‌آید. استفاده از این پتانسیل به محصولات و تکنولوژیهای جدیدی با کارآیی بالا منتهی می‌شود که پیش از این میسر نبود.

نظام سیستماتیک ماده در مقیاس نانومتری ، کلیدی برای سیستمهای بیولوژیکی است. نانوتکنولوژی به ما اجازه می‌دهد تا اجزاء و ترکیبات را داخل سلولها قرار داده و مواد جدیدی را با استفاده از روشهای جدید خود_اسمبلیخود_اسمبلی به هیچ روبات یا ابزار دیگری برای سرهم کردن اجزاء نیازی نیست.
ساختارهایی در مقیاس نانو مانند نانو ذرات و نانولایه‌ها دارای نسبت سطح به حجم بالایی هستند که آنها را برای استفاده در مواد کامپوزیت ، واکنشهای شیمیایی و تهیه دارو ایده‌ال می‌سازد. سرامیکهای نانوساختاری غالبا سخت‌تر و غیرشکننده‌تر از مشابه مقیاس میکرونی خود هستند. کاتالیزورهای مقیاس نانو راندمان واکنشهای شیمیایی و احتراق را افزایش داده و به میزان چشمگیری از مواد زائد و آلودگی آن کم می‌کنند. وسایل الکترونیکی جدید ، مدارهای کوچکتر و سریعتر و … با مصرف خیلی کمتر می‌توانند با کنترل واکنشها در نانوساختار بطور همزمان بدست آیند. اینها تنها اندکی از فواید و مزایای تهیه مواد در مقیاس نانومتر است.

بسازیم. در روش منافع نانوتکنولوژی چیست؟

مفهوم جدید نانوتکنولوژی آنقدر گسترده و ناشناخته است که ممکن است روی علم و تکنولوژی در مسیرهای غیرقابل پیش بینی تأثیر بگذارد. محصولات موجود نانوتکنولوژی عبارتند از: لاستیکهای مقاوم در برابر سایش که از ترکیب ذرات خاک رس با پلیمرها بدست آمده‌اند، شیشه‌هایی که خودبه خود تمیز می‌شوند، مواد دارویی که در مقیاس نانو ذرات درست شده‌اند، ذرات مغناطیسی باهوش برای پمپهای مکنده و روان سازها ، هد دیسکهای لیزری و مغناطیسی که با کنترل دقیق ضخامت لایه‌ها از کیفیت بالاتری برخوردارند، چاپگرهای عالی با استفاده از نانو ذرات با بهترین خواص جوهر و رنگ دانه و ... .

برخی کاربردها

مدلسازی مولکولی و نانوتکنولوژی

در سازمان ­دهی و دستکاری مواد در مقیاس نانو ، لازم است تمامی ابزار موجود جهت افزایش کارایی مواد و وسایل بکار گرفته شود. یکی از این ابزار ، شیمی تحلیلی ، خصوصا مدل ‌سازی مولکولی و شبیه ‌سازی است. امروزه ابزار تحقیقاتی فراگیری مانند روشهای شیمی تحلیلی مزیتهای فراوانی نسبت به روشهای تجربی دارند. میهیل یورکاز شرکتContinental Tire North America می‌گوید:"روشهای تجربی مستلزم بهره‌گیری از نیروی انسانی ، شیمیایی ، تجهیزات ، انرژی و زمان است. شیمی تحلیلی این امکان را برای هر فرد مهیا می‌سازد که فعالیتهای شیمیایی چندگانه‌ای را در 24 ساعت شبانه ‌روز انجام دهد. شیمیدانها می‌توانند با انجام آزمایشها توسط رایانه ‌، احتمال فعالیتهای غیرمؤثر را از بین ببرند و گستره احتمالی موفقیتهای آزمایشگاهی را وسعت دهند.

نتیجه نهایی این امر ، کاهش اساسی در هزینه‌های آزمایشگاهی (مانند مواد ، انرژی ، تجهیزات) و زمان است." از طرف دیگر ، در شیمی تحلیلی سرمایه‌ گذاری اولیه جهت تهیه نرم‌افزار و هزینه‌های وابسته از جمله سخت‌افزار جدید ، آموزش و تغییرات پرسنل بسیار بالا خواهد بود. ولی با بکار گیری هوشمندانه این ابزار می‌توان هریک از هزینه‌های اولیه را نه تنها از طریق صرفه‌جویی در هزینه آزمایشگاه بلکه بوسیله فراهم نمودن دانشی که منجر به بهینه ‌سازی فرآیندها و عملکردها می‌شود، جبران ساخت.

این موضوع برای شیمیدانها بسیار مناسب است، ولی روشهای شبیه‌سازی چطور می‌توانند برای نانوتکنولوژیستها مفید واقع شود؟ محدودیتهای آزمایشگر در مقیاس نانو ، زمانی آشکار می‌شود که شگفتی جهان دانشمندان نظری وارد عمل می‌شود. در اینجا هنگامی که دانشمندان قصد قرار دادن هر یک از اتمها را در محل مورد نظر دارند قوانین کوانتوم وارد صحنه می‌شود. پیش‌بینی رفتار و خواص در محدوده­ای از ابعاد برای نانوتکنولوژیستها حیاتی است.

مدل‌سازی رایانه‌ای با بکارگیری قوانین اولیه مکانیک کوانتوم و یا شبیه‌سازیهای مقیاس میانی ، دانشمندان را به مشاهده و پیش‌بینی رفتار در مقیاس نانو و یا حدود آن قادر می‌سازد. مدلهای مقیاس میانی با بکارگیری واحدهای اصلی بزرگتر از مدلهای مولکولی که نیازمند جزئیات اتمی است، به ارائه خواص جامدات ، مایعات و گازها می­پردازند. روشهای مقیاس میانی در مقیاسهای طولی و زمانی بزرگتری نسبت به شبیه­سازی مولکولی عمل می‌کنند. می‌توان این روشها را برای مطالعه مایعات پیچیده ، مخلوطهای پلیمر و مواد ساخته‌شده در مقیاس نانو و میکرو بکار برد.

http://pnu-club.com/imported/2009/04/2673.jpg


مدل ‌سازی خاک‌ رس محققین دانشگاه لندن در انگلستان و دانشگاه Paris Sud در فرانسه ، شبیه‌سازیهایی بر اساس مکانیک کوانتوم برای مطالعه و کامپوزیتهای خاک ‌رس–پلیمر بکار برده‌اند. امروزه این ترکیبات یکی از موفق‌ترین مواد نانوتکنولوژی هستند، زیرا بطور همزمان مقاومت بالا و شکل‌پذیری از خود نشان می‌دهند؛ خواصی که معمولاً در یکجا جمع نمی‌شوند. نانو کامپوزیتهای پلیمر–خاک رس می‌توانند با پلیمریزاسیون در جا تهیه شوند؛ فرآیندی که شامل مخلوط کردن مکانیکی خاک معدنی با مونومر مورد نیاز است. بنابراین مونومر در لایه درونی جای‌گذاری می‌شود (خودش را در لایه‌های درون ورقه‌های سفال جای می‌دهد) و تورق کل ساختار را افزایش می‌دهد. پلیمریزاسیون ادامه می‌یابد تا سبب پیدایش مواد پلیمری خطی و همبسته گردد.

دانشمندان با بکارگیری Castep (یک برنامه مکانیک کوانتوم که نظریه کارکردی چگالی را بکار می‌گیرد) تحول کشف شده در این روش را که پلیمریزاسیون میان ‌گذار خود کاتالیست نامیده می‌شود مطالعه کردند. این پروژه ، دانشی نظری در زمینه ساز و کار این فرآیند جدید را بوسیله مشخص کردن نقش سفال در کامپوزیت فراهم نمود. ضروری است که دانش حاصل از شبیه‌سازیها ، جهت کنترل و مهندسی نمودن فعل و انفعالات پلیمر-سیلیکات به کمک دانشمندان آید.

دانشمندان در شرکت BASF شبیه‌ سازیهای مقیاس میانی را برای بررسی علم و رفتار ریزواره‌ها بکاربردند. ریزواره‌ها ذراتی کروی شکل با ابعاد نانو هستند که به صورت خود به خود در محلولهای کوپلیمری ایجاد می‌شوند و در زمینه‌هایی مانند سنسورها وسایل آرایشی و دارو رسانی کاربرد دارند. دانشمندانBASF با بکار گیری esoDyn ، یک ابزار شبیه ‌سازی برای پیش‌بینی ساختارهای مقیاس میانی مواد متراکم محلولهای تغلیظ ‌شده کوپلیمرهای آمفی‌فیلیک را بررسی کردند.

شبیه‌سازیها مشخص نمود که کدام شرایط مولکولی و فرمولی به شکل‌گیری "ریزواره‌های معکوس" مانند نانو ذرات آب در یک محیط فعال منتهی‌ می­شود. چنین نتایجی برای درک رفتار عوامل فعال سطحی ضروری هستند. به کمک روشهایی مانند پرتاب محلول در آزمایشگاه می‌توان به نتایجی در این زمینه دست یافت، اما دستیابی به این نتایج ماهها به طول می‌انجامد، درحالی که آزمایشهای شبیه‌سازی شده تنها طی چند روز نتیجه می‌دهند.

http://pnu-club.com/imported/2009/04/2674.jpg


محدودیتهای این روشها چیست؟

در حالیکه امروزه ابزار مدلسازی در سطح کوانتومی و مقیاس میانی به خوبی توسعه یافته‌اند، همچنان محدودیتهایی در این عرصه وجود دارد. برای مثال کاربردهایی در زمینه وسایل الکترونیک مستلزم انجام محاسبات مکانیک کوانتوم برای تعداد اتمهایی بیش از روشهای حاضر می‌باشد که بیش از توان عملیاتی منابع محاسبه‌گر فعلی است. همچنین مدلسازی کل وسایل امکان‌پذیر نیست.

[Borna66]

معرفي گزارش كميته ي بين المللي فناوري

نانو در زمينه ي خطرات فناوري نانو

كميته بين‌المللي فناوري نانو

(ICON) گزارش كاملي ازمهم‌ترين فعاليت‌هاي دردست اجرا براي توسعه "بهترين روش‌ها" براي كار كردن بانانومواد در محل كار، منتشر كرد. اين گزارش توسط محققان دانشگاه كاليفرنيا در سانتاباربارا (UCSB) انجام شد و بخشي از پروژه دو مرحله‌اي "تهيه فهرست روش‌هاي مديريتخطرات نانوذرات بر سلامت افراد در محيط‌هاي كاري" بود كه اطلاعات مربوط به آن درسايت icon.rice.edu نيز قابل دسترسي است.
ICON كه در انجام هر دو بخش از اينپروژه مشاركت داشت، مجمعي متشكل از سازمانهاي دانشگاهي، صنعتي، دولتي و اجتماعي استكه رياست آن را دانشگاه رايس، مركز تحقيقات فناوري‌نانو محيطي و بيوتكنولوژي (CBEN) بر عهده دارد.
در فاز اول گزارش، دانش فعلي و فعاليت‌هاي انجام‌شده در زمينهسلامت و بهداشت محيط‌هاي كاري نانو بررسي شده و تحليل كاملي از تلاش‌هاي در دستانجام ارايه شده تا بهترين اقدامات از ميان آنها انتخاب و اجرا شوند. در اين گزارشآمده ‌است كه تلاش‌هاي صورت گرفته براي تهيه فهرست اقدامات لازم‌الاجرا در محيط‌هايكاري نتوانسته‌است فعاليت‌هاي مربوط به امنيت، سلامت و بهداشت محيطي را درموقعيت‌هاي مختلف كاري و جغرافيايي به درستي مستندسازي كند؛ از سوي ديگر مدارك مورداستناد نيز در دسترس عموم قرار ندارند.
در فاز دوم، اين محققان با طيف وسيعي ازشركت‌هاي بين‌المللي و شركت‌هاي مستقر در ايالات متحده مصاحبه كردند تا يك ديدگاهبين‌المللي درباره اقدامات لازم جهت اعمال در محيط‌هاي كاري در صنايع فناوري نانو،به وجود آورند.
كريستن كالينوسكي، مدير ICON نيز اظهار داشت: "در اولين گزارشمشخص شد كه بايد اطلاعات بيشتري راجع به نحوه برخورد صنايع مختلف با ناشناخته‌هاينانوذرات جمع‌آوري شود. فاز دوم نيز به فعاليت‌هاي در دست اجرا پرداخته و بستريمناسب براي گفتگوي جهاني در زمينه اقدامات بي‌خطر فراهم خواهدآورد."

منبع : http://www.nanoarticle.com/

[Borna66]

مطالعة نانوتكنولوژی








نانوسيستم‌ها :
متن استاندارد اين رشته، كتاب دكتر اريك دركسلر با نام "نانوسيستمها: ماشين‌آلات ساخت، توليد و محاسبة مولكولي" است. شما مي‌توانيد يك نسخه از آن را خريده، و مطالعه كنيد.




مكانيك مولكو لي:


هر فنّاوري توليدي بايد بتواند اتمها را از جايي كه هستند، به جايي كه ما مي‌خواهيم باشند، حركت دهد. بنابراين، چگونه حركت اتمها و نيروهاي اثرگذار روي آنها در طول حركت، رشته‌ا‌ي حياتي در مطالعة نانوتكنولوژي محسوب مي شود. اين رشته، مكانيك مولكولي ناميده مي‌شود. يك بحث خيلي خلاصه در مورد مكانيك مولكولي و اهميتش براي نانوتكنولوژي در وب در "نانوتكنولوژي محاسباتي" موجود است، كه شامل مراجعي براي مطالعات بيشتر است.
يك مقدّمة كلاسيك به مكانيك مولكولي، كتاب مكانيك مولكولي نوشتة اولريخ بوركرت و نورمن آلينجر، چاپ انتشارات

American Chemical Society در سال 1982 است، كه هرچند چاپ نمي‌شود، ولي در كتابخانه‌هاي دانشگاهي موجود است.
كتاب نانوسيستمها مفهوم پاية مكانيك مولكولي را در فصل 3 خود شروع كرده‌است. مزيت بزرگ اين كار دركسلر، پذيرش واحدهاي سازگار SI است. مطالعة آهسته و دقيق اين فصل شايستة انجام است.
پيش‌درآمدهاي بسيار ديگري به مكانيك مولكولي موجود است. بسته‌هاي نرم‌افزاري كه مداخل ورودي خاصي به اين زمينه دارند، موجود بوده و براي درك مفاهيم آن، بسيار مفيد هستند.







كنترل مكاني، سختي و انعطاف‌پذيري :
يك ايدة اساسي در نانوتكنولوژي، كنترل مكاني است؛ كه با ابزارهاي رباتيك كاملا" استاندارد قابل حصول است. تفاوت عمدة ابزارهاي رباتيك مرسوم با انواع مولكولي، مسألة نويز حرارتي است. در مقياس مولكولي، ذرّات به دليل حركت براوني درحال جست‌وخيز هستند. براي كنترل اين مسأله، ذرّات را بايستي محكم نگهداشت، يعني يك نيروي برگرداننده بايد وجود داشته‌باشد كه براي بازگرداندن ذرّات به موقعيت تعادلي، در صورت انحراف عمل كند (تعريف موجزي از "كنترل مكاني"، همين وجود نيروي برگرداننده است). نيروي برگرداننده معمولا" به صورت تابع خطي جابجايي فرض مي‌شود :

نيروي برگرداننده = جابجايي× Ks

ثابت Ks معياري از سختي سيستم است. هرچه سختي بيشتر باشد، نيروي برگرداننده بزرگتر و انحراف سيستم از موقعيت تعادلي، كوچكتر مي‌شود. رابطة بنياد‌ي سختي و بي‌ثباتي مكاني عبارتست از :

б2 = kT / Ks

اين رابطة 4-5 فصل 5 كتاب نانوسيستمها است، كه بايد به‌خاطر سپرده و كاربردهاي اصلي آن را شناخت. براي استفاده از آن، لازم است سختي (Ks) مشخص شود. سختي يك ساختار را از هندسه و خواص مواد آن مي‌توان تعيين كرد. اين مفاهيم پايه در فصول 38 و 39 دروس فيزيك فينمن نوشتة فينمن، ليتون و سندز، چاپ انتشارات Addison-Wesley سال 1964 موجود است. لذا خواندن اين فصل پيشنهاد مي‌شود.
كاربرد اين معادلات در بعضي ابزارهاي رباتيك (ازجمله سكّوي استوارت كه به علت سختي بالايش براي مصارف رباتيك مولكولي) مورد توجه است)، در خانوادة جديدي از ابزارهاي مكاني با 6 درجة آزادي، توضيح داده شده‌است. اين كاربردها همچنين در فصل 5 نانوسيستمها و بخش 4-13 آن، كه يك بازوي رباتيك را مورد بحث قرار داده، بيان شده‌است.







خودهمانندسازي :
انديشة اساسي دوم در نانوتكنولوژي، خودهمانندسازي است. دانشجو بايد صفحة وبي را بعنوان مقدمة خودهمانندسازي خوانده و چند مرجع موجود در آن را براي مطالعة بيشتر انتخاب كند. تئوري دور و تكرار (recursion theorem) مبناي سيستمهاي خودهمانندساز است. فهم اين تئوري، الزامي است. بعنوان تمرين برنامه‌ا‌ي بنويسيد كه خودش را دقيقا" چاپ كند. نسخه‌اي از مطالعات 1980NASA را مي‌توانيد بخريد، كه داراي بخش باشكوهي در مورد سيستمهاي خودهمانندساز است.







مطالعات بيشتر :
البته موضوعات زياد ديگري نيز در زمينة پيشرفت نانوتكنولوژي وجود دارد. به‌نظر مي‌رسد مفيدتر باشد كه ليست كوتاه و فشرده‌ا‌ي از موضوعات اساسي ارائه شود كه بتوان با يك تلاش معقول بر آنها تسلط يافت، تا اينكه ليست آنچنان بلند و سنگين باشد كه هر موضوعي با هر درجة اهميتي را پوشش دهد. دانشجو مي‌تواند مطمئن باشد كه هيچ كمبودي از نظر مفاد مطالعاتي در مورد اين رشتة جديد تحقيقاتي وجود ندارد.