◙ ◙مقالات مربوط به نانو ◙◙

[Mahdi/s]

برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

[Mahdi/s]

خلاصه مقاله

ديابت يک بيماري فراگير در جهان و ايران است و مردم زيادي به آن مبتلا هستد. آنان مجبورند ميزان قند خون خود را روزانه کنترل نمايند. از روش‌هاي سريع و ارزان براي اندازه‌گيري قند خون، به‌صورتي‌كه بيمار نيز قادر به انجام آن باشد، استفاده از زيست‌حسگرهاي گلوکز است. طراحي و ساخت اين زيست‌حسگرها در سال‌هاي اخير توسعه فراواني يافته و هم‌اکنون قابل خريداري از داروخانه‌هاست. مقاله حاضر، پس از مروري کوتاه بر روش‌هاي نوين در طراحي زيست‌حسگرهاي گلوکز، نحوة بهره‌گيري از فناوري‌نانو در ساخت آنها را معرفي مي‌نمايد. اين مقاله علاوه‌ بر بررسي پنج روش زير در طراحي زيست‌حسگرهاي گلوكز، بهبود فعاليت الکتروکاتاليتيکي آنزيم اصلاح‌شده را مورد ارزيابي قرار داده‌است. 1. اصلاح الکتريکي مرکز ردوکس آنزيم گلوکز اکسيداز به‌وسيله فروسن؛ 2. استفاده از سيم‌هاي پلي‌اتيلن داراي DNA در بهبود انتقال الکترون آنزيم؛ 3. اصلاح آنزيم با فولرين؛ 4. استفاده از نانوفيبرهاي تهيه‌شده ‌با الکتروريسي؛ 5. بهره‌گيري همزمان از نانوذرات طلا و نانولوله‌هاي کربني به‌عنوان حامل.

متن کامل مقاله:

برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

[Mahdi/s]

تصفیه آب با استفاده از فناوری نانو

برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

[Mahdi/s]

برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

[Mahdi/s]

فناوری نانو می­تواند اثرات قابل توجهی در صنعت نفت داشته باشد، در مطلب زیر بعد از اشاره به برخی از این تأثیرات، تعدادی از كاربردهای فناوری نانو در صنعت نفت بویژه در بحث آلودگی محیط زیست و نیز سنسورهای نانو به طور مختصر معرفی گردیده است:

مقدمه

هنگامی كه ریچارد اسملی ( Richard Smally ) برندة جایزة نوبل، بالك مینسترفلورسنس را در سال ۱۹۸۵ در دانشگاه رایس كشف نمود،‌ انتظار اندكی داشت كه تحقیق او بتواند صنعت نفت را متأثر سازد. سازمان انرژی آمریكا ( DOE ) سرمایه‌گذاری خود را در قسمت فناوری نانو با ۶۲ درصد افزایش داد تا مطالعات لازم در زمینة‌ موادی با نام‌های باكی‌بال‌ها ( Bulky Balls ) و باكی‌تیوب‌ها ( Bulky Tubes )‌ استوانه‌های كربنی كه دارای قطر متر می‌باشند صورت گیرد. نانولوله‌های كربنی با وزنی در حدود وزن فولاد، صد برابر مستحكم ­ تر از آن بوده، دارای رسانش الكتریكی معادل با مس و رسانی گرمایی هم ارز با الماس می‌باشند. نانو*****ها می‌توانند به جداسازی مواد در میدان‌های نفتی كمك كنند و كاتالیست‌های نانو می‌توانند تأثیر چندین میلیارد دلاری در فرآیند پالایش به‌دنبال داشته باشند. از سایر مزایای نانولوله‌های كربنی می‌توان به كاربرد آن‌ها در تكنولوژی اطلاعات (‌ IT ) نظیر ساخت پوشش‌های مقاوم در مقابل تداخل‌های الكترومغناطیسی، صفحه‌های نمایش مسطح، مواد مركب جدید و تجهیزات الكترونیكی با كارآیی زیاد اشاره نمود.

علم نانو یك تحول بزرگ در مقیاس بسیار كوچك بسیاری از محققان و سیاستمداران جهان معتقدند كه علم نانو می‌تواند تحولات اساسی در صنعت جهانی ایجاد نماید صنعت نفت نیز از پیشرفت این تكنولوژی بهره‌مند خواهد گشت.

علم نانو می‌تواند به بهبود تولید نفت و گاز با تسهیل جدایش نفت وگاز در داخل مخزن كمك نماید. این كار با درك بهتر فرآیندها در سطوح مولكولی امكانپذیر می‌باشد.
با توجه به اینكه نانو مربوط به ابعادی در حدود متر می‌باشد، نانوتكنولوژی به مفهوم ساخت مواد و ساختارهای جدید توسط مولكول‌ها و اتم‌ها در این مقیاس می‌باشد.
خوشبختانه كاربردهای عملی نانو در صنعت نفت جایگاه‌ ویژه‌ای دارند. نانوتكنولوژی دیدگاه‌های جدید جهت استخراج بهبودیافتة نفت فراهم كرده است. این تكنولوژی به جدایش موثرتر نفت و آب كمك می‌كند . با افزودن موادی در مقیاس نانو به مخزن می‌توان نفت بیشتری آزاد نمود. همچنین می‌توان با گسترش تكنیك‌های اندازه‌گیری توسط سنسورهای كوچك،‌ اطلاعات بهتری دربارة مخزن بدست آورد.

[Mahdi/s]

مواد نانو

صنعت نفت تقریباً در تمام فرآیندها احتیاج به موادی مستحكم و مطمئن دارد. با ساخت موادی در مقیاس نانو می‌توان تجهیزاتی سبكتر، مقاومتر و محكم‌تر از محصولات امروزی تولید نمود. شركت نانوتكنولوژی gp در هنگ‌كنگ یكی از پیشگامان توسعة كربید سیلیكون، یك پودر سرامیكی در ابعاد نانو می‌باشد.
با استفاده از این پودرها می‌توان مواد بسیار سختی تولید نمود. این شركت در حال حاضر مشغول مطالعه و تحقیق بر روی سایر مواد مركب می‌باشد و معتقد است كه می‌توان با نانوكریستال‌ها تجهیزات حفاری بادوامتر و مستحكم‌تری تولید كرد. همچنین متخصصان این شركت یك سیال جدید حاوی ذرات و نانوپودرهای بسیار ریز تولید نموده‌اند كه به‌طور قابل توجهی سرعت حفاری را بهبود می‌بخشد. این مخلوط آسیب‌های وارده به دیوارة مخزن در چاه را حذف نموده و قابلیت استخراج نفت را افزایش می‌بخشد.

سنسورهای جدید در خدمت بهبود استخراج نفت

براساس آخرین اطلاعات چاپ شده توسط سازمان انرژی آمریكا، استخراج نفت در حدود دو سوم از چاه‌های نفت آمریكا اقتصادی نمی‌باشد. با توجه به دما و فشار زیاد در محیط‌های سخت زیرزمینی، سنسورهای قدیمی الكتریكی و الكترونیكی و سایر لوازم اندازه‌گیری قابل اعتماد نمی‌باشند و در نتیجه شركت‌های استخراج‌ كنندة‌ نفت در تهیة ‌اطلاعات لازم و حساس جهت استخراج كامل و مؤثر نفت از مخازن با برخی مشكلات مواجه می‌باشند.
در حال حاضر محققان در آزمایشگاه فوتونیك دانشگاه صنعتی ویرجینیا در حال توسعة یك‌سری سنسورهای قابل اعتماد و ارزان از فیبرهای نوری جهت اندازه‌گیری فشار، دما، جریان نفت و امواج آ***تیك در چاه‌های نفت می‌باشند. این سنسورها به‌علت مزایایی نظیر اندازة كوچك ،‌ایمنی در قبال تداخل الكترومغناطیسی ، قابلیت كارآیی در فشار و دمای بالا و همچنین محیط‌های دشوار، مورد توجه بسیار قرار گرفته‌اند. از همه مهم‌تر اینكه امكان جایگزینی و تعویض این سنسورها بدون دخالت در فرآیند تولید نفت و باهزینة‌ مناسب فراهم می‌باشد. در حال حاضر عمل جایگزینی و تعویض سنسورهای قدیمی در چاه‌های نفت میلیون‌ها دلار هزینه در پی دارد. سنسورهای جدید از نظر تولید بسیار مقرون ‌به صرفه بوده و اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری ارائه می‌دهند.

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

لودگی

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

خواص فوتوكاتالیستی نانوتیوب‌های تیتانیا در مقایسه با هر فرمی از تیتانیا بارزتر می‌باشد، بطوری‌كه آلودگی‌های ایجادشده تحت تابش اشعة ماوراء بنفش به‌طور قابل توجهی از بین می‌روند. تا اینكه سنسورها بتوانند حساسیت اصلی خود نسبت به هیدروژن را حفظ نماید. تحقیقات انجام‌گرفته در این زمینه حاكی از آن است كه نانوتیوب‌های تیتانیا دارای یك مقاومت الكتریكی برگشت‌پذیر می‌باشند، بطوری‌كه اگر هزار قطعه از آن‌ها در مقابل یك میلیون‌ اتم هیدروژن قرار بگیرند، مقاومت الكتریكی آن در حدود یكصد میلیون درصد افزایش می‌یابد.
سنسورهای هیدروژن بطور گسترده‌ای در صنایع شیمیایی، نفت و نیمه‌رساناها مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنها جهت شناسایی انواع خاصی از باكتری‌های عفونت‌زا استفاده می‌گردد. به‌ هر حال محیط‌هایی نظیر تأسیسات و پالایشگاه‌های نفتی كه سنسورهای هیدروژن از كاربردهای ویژه‌ای برخوردار می‌باشند، می‌توانند بسیار آلوده و كثیف باشند این سنسورهای هیدروژن نانوتیوب‌های تیتانیا هستند كه توسط یك لایة غیرپیوسته‌ای از پالادیم پوشانده شده‌اند. محققان این سنسورها را به مواد مختلفی نظیر اسید استریك ( یك نوع اسید چرب )‌، دود سیگار و روغن‌های مختلفی آلوده نمودند و سپس مشاهده كردند كه تمام این آلوده‌كننده‌ها در اثر خاصیت فوتوكاتالیستی نانوتیوب‌ها از بین می‌روند. حد نهایی آلودگی‌ها زمانی بود كه دانشمندان این سنسورها را در روغن‌های مختلفی غوطه‌ور ساخته و سنسورها توانستند خواص خود را بازیابند. محققان سنسورها را در دمای اتاق به مقدار هزار قطعه در مقابل یك میلیون ‌اتم هیدروژن در معرض این گاز قرار دادند و مشاهده نمودند كه در طرح‌های اولیة سنسور مقاومت الكتریكی آن به میزان ۱۷۵۰۰۰ درصد تغییر می‌كند. سپس سنسورها را توسط لایه‌ای به ضخامت چندین میكرون از روغن موتور پوشاندند تا بطور كلی حساسیت آن‌ها نسبت به هیدروژن از بین برود. سپس این سنسورها را در هوای عادی به ‌مدت ۱۰ ساعت در معرض نور ماوراء بنفش قرار دادند و پس از یك ساعت مشاهده نمودند كه سنسورها مقدار قابل توجهی از حساسیت خود را بدست آورده‌ و پس از گذشت ۱۰ ساعت تقریباً بطور كامل به وضعیت عادی خود بازگشتند.
علیرغم قابلیت بازگشتی بسیار مناسب این سنسورها نمی‌توانند پس از آلودگی به انواع خاصی از آلوده‌كننده‌ها حساسیت خود را باز یابند برای مثال روغن wq -۴۰ به علت دارابودن مقداری نمك خاصیت فوتوكاتالسیتی نانوتیوب‌ها را تا حد زیادی از بین می‌برد.
با افزودن مقدار اندكی از فلزات مختلف نظیر قلع، طلا، نقره، مس و نایوبیم، یك گروه متنوعی از سنسورهای شیمیایی بدست می‌آیند. این فلزات خاصیت فوتوكاتالیستی نانوتیوب‌های تیتانیا را تغییر می‌دهند. به هر حال سنسورها در یك محیط غیرقابل كنترل در دنیای واقعی توسط مواد گوناگونی نظیر بخار‌های آلی فرار، دودة كربن و بخارهای نفت و همچنین گرد و غبار آلوده می‌گردند. قابلیت خودپاك‌كنندگی این سنسورها طول عمر آن‌ها را افزایش و از همه مهمتر خطای آنها را كاهش می‌دهد.

[Mahdi/s]

فناوري‌نانو با دستکاري مولکولهاي زيستي به منظور ايجاد عملکردي متفاوت از ماهيت طبيعي آنها، در حال پيدا کردن کاربردهاي بالقوه در صنايع غذايي و گشودن حوزه جديدي از تحقيقات در اين زمينه است. بدين ترتيب به نظر مي‌رسد محدوديتي براي فناوري‌هاي تهيه مواد غذايي وجود نخواهد داشت و فناوري نانو تمامي ابزارهاي جديد براي اين صنعت را فراهم خواهد کرد.


مواد غذايي هنگامي با عنوان نانوغذا خوانده مي‌شوندکه از نانوذرات يا فنون و ابزارهاي فناوري نانو در يکي از مراحل کاشت، برداشت، فرآوري يا بسته‌بندي مواد غذايي استفاده شود. البته اين بدان معني نيست که مستقيماً يا بطور خودکار توسط نانوماشينها توليد يا اصلاح شده باشند. ولي تحقيقات اخير با بکار گرفتن مفاهيم جديد و راهکارهاي مهندسي در جهت استفاده از ترکيبات زيست فعال و ريزمغذي‌ها، پتانسيل کاربردي بالاي فناوري نانو را براي مواد غذايي اساسي نشان مي‌دهد.

نانومواد در مقايسه با عوامل کپسوله‌کننده قديمي از راندمان کپسوله‌کردن و رهاسازي بهتري براي عناصر غذايي فعال برخوردارند و توسعه نانوامولسيون، ليپوزومها و کمپلکسهاي زيست پليمري منجر به اصلاح خواصي نظير محافظت از ترکيبات زيست فعال، سيستم رهاسازي کنترل شده و تغيير طعم نامطلوب غذا مي‌شوند. فناوري نانو همچنين قادر است فرآيندهاي غذايي را که در آنها از آنزيم براي تزريق مواد مغذي استفاده مي‌شود اصلاح کند. به عناون مثال، آنزيمها معمولاً براي هيدروليز ترکيبات با ارزش غذايي به مواد غذايي افزوده مي‌شوند و از اين‌رو دسترسي به مواد مغذي ضروري نظير مواد معدني و ويتيامينها را افزايش مي‌دهند. از نانومواد با فعاليت بالا و طول عمر زياد و مقرون به صرفه جهت فراهم کردن سيستمهاي آنزيم- پايه که بواسطه نسبت بالاي سطح به حجم در مقايسه با نمونه‌هاي معمولي برتري دارند استفاده مي‌شود.

[Mahdi/s]

اختراع جديد فناوري نانو در زمينه استفاده از ويتامين e براي تهيه محصولات آرايشي



ويتامين e مدتهاي مديدي بعنوان ماده‌اي جوان کننده در ترکيب محصولات پوستي با خاصيت ضدپيري بکار رفته است. اين ويتامين براي خنثي سازي ‌‌راديکالهاي آزاد، جلوگيري از اثرات مخرب اشعه uv و کنترل التهابها و حتي ترميم زخمها در ترکيب بسياري از محصولات پوستي بکار مي‌رود. ويتامين e از جمله ترکيباتي است که تاکنون امکان استفاده راحت از آن در ترکيب محصولات آرايشي ممکن نبوده است. اما مسئله مهم در استفاده از اين ترکيب عدم حلاليت آن در آب است لذا بايستي اين ماده را در فرمولاسيونهاي چرب بکار برد که هم استعمال پوستي آنها مشکل است و هم بخاطر محدوديت استفاده از اين ويتامين در فرمولاسيونهاي چرب، کارايي آن کم مي‌شود. اخيرا گروهي از محققان دانشگاه سلطنتي فاشيون ادعا کرده‌اند که با کمک فناوري نانو امکان تهيه فرمولاسيونهاي ضدپيري حاوي ويتامين e با کارايي بيشتر فراهم شده است. کوچک سازي اندازه ذرات در اين روش باعث شده است تا نفوذ آنها به مناطق عمقي‌تر پوست فراهم شود. بزودي به کمک فناوري نانوامکان تهيه فرمولاسيونهاي پوستي بسيار موثرتر از ويتامين e و حتي ساير ترکيبات مفيد فراهم خواهد شد.

[Mahdi/s]

محققان دانشگاه North Western آمريکا، نوعي تست مبتني بر نانوذرات ابداع کرده‌اند که مي‌توان با آن قدرت اتصال، اتصال دهنده‌هاي سه جزئي DNA را تشخيص داد. اين تکنيک مي‌تواند به روش‌هايي کارآمد براي توسعه داروهاي بيمارهاي ژنتيکي منجر شود.


Chad Mirkin از دانشگاه North Western مي‌گويد: شرکت‌هاي داروسازي مختلف توجه خود را براي درمان بيماري‌هاي ژنتيکي به DNA معطوف کرده‌اند و سعي مي‌کنند تا DNA مولکول‌هاي کوچکي را که به طور انتخابي به DNA متصل مي‌شوند و ژن مربوط به يک بيماري خاص را فعال يا غير فعال مي‌کنند، شناسايي کنند.


DNA معمولاً داراي يک ساختار دوتايي است که در آن يک جفت رشته DNA به يکديگر متصل شده و يک مارپيچ دوتايي را تشکيل مي‌دهند. ولي گاهي اوقات 3 رشته به يکديگر متصل مي‌شوند. اين DNA سه جزئي که با عنوان DNA ي مارپيچ سه‌تايي هم شناخته مي‌شود، فقط در حضور يک مولکول کوچک اتصال دهنده تشکيل مي‌شود.


براي آزمايش اينکه آيا يک مولکول مشخص مي‌تواند به عنوان اتصال دهنده سه جزئي عمل کند يا خير، آنرا به محلول حاوي دو نوع رشته DNA با عامل هاي نانوذرات طلا به قطر 13 نانومتر، همچنين رشته‌هاي آزاد DNA که مکمل يکي از دونوع ديگر هستند مي‌افزايند. اگر مولکول مورد آزمايش به عنوان يک اتصال دهنده سه جزئي عمل نکند، رشته‌هاي DNA مکمل با يکي از رشته‌هاي عامل‌دار DNA تشکيل يک مارپيچ دو تايي داده و رشته ديگر به طور آزاد باقي مي‌ماند. اما اگر يک مولکول اتصال دهنده سه جزئي به محلول اضافه شود، سه نوع DNA ي مختلف، يک ساختار سه جزئي پايدار تشکيل مي‌دهند. در نتيجه نانوذرات طلا به يکديگر متصل شده و تشديد پلاسمون آنها به سمت قرمز جابجا مي‌شود اين امر سبب تغير رنگ قرمز به آبي مي‌شود که به آساني قابل تشخيص است.


فرآيند مذکور با گرم کردن محلول قابل برگشت است. گرما سبب شکستن ساختار سه جزئي مي‌شود و دمايي که در آن تخريب ساختار سه جزئي و تغيير رنگ به قرمز اتفاق مي‌افتد، نشان دهنده استحکام پيوند اتصال دهنده سه جزئي به DNA است. هر چه دماي مورد نياز براي تخريب اين ساختار بيشتر باشد، اتصالات فوق قوي‌تر هستند.


Mirkin و همکارانش اين فرآيند را با استفاده از عامل‌هاي اتصال دهنده بنزو [e] پيريدوايندول (BePI) وکورالين (CORA) نشان دادند. اتصال‌دهنده قوي‌تر BePI براي شکستن ساختار سه جزئي به گرماي بيشتري نسبت به اتصال ضعيف‌تر CORA نياز داشت. انجام مطالعات مطالعات کامل بر روي هر اتصال دهنده يا مولکول کوچک امکان پذير نيست ولي اين روش به محققين اجازه مي‌دهد که انواع مولکول‌هاي اتصال‌دهنده سه‌تايي را براي يک رشته مخصوص DNA شناسايي کنند. بيشتر بيماري‌ها داراي يک رمز ژنتيکي منحصر به فرد هستند که با دست‌کاري ژن‌ها با اتصال‌دهنده‌هاي سه‌تايي مناسب مي‌توان راه درمان جديدي ابداع کرد.
اين محققان نتايج کار خود را در مجله Journal Of American Chemical Society به چاپ رسانده‌اند.

[Mahdi/s]

بررسی خواص نانو ذرات اكسيدتيتانيوم مورد استفاده در سنسورهای گازی

برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید