نانوتکنولوژی |مقالات|

نانوذرات به جنگ بوي بد مي روند



دانشمندان دانشگاه فلوريدا توانسته‌اند با استفاده از فناوري نانو بوي بد را از بين ببرند!



فناوري نانو باعث پيشرفت‌هاي بزرگي در حوزه‌هاي مختلف علمي و همچنين غير علمي شده و اخيرا دانشمندان با انجام آزمايشاتي متوجه شده‌اند كه نانو ذرات سيليس با پوشش مسي تاثير بيشتري از كربن فعال شده براي خنثي كردن ماده اتيل مركاپتال (يكي از مواد بدبوي موجود در گاز طبيعي) دارد.

در اين آزمايشات از مس به دليل خواص آنتي باكتريال و از بين برندگي بوي بد شناخته شده آن استفاده شد. با پوشش‌دهي ذرات سيليس با مس، سطح فعال آن به حداكثر رسيد. هر ذره سيليس يك پنجاه هزارم عرض موي انسان است.

مولكول‌هاي اتيل مركاپتال با قرار گرفتن در معرض نانوذرات توسط مس جذب شدند؛ اين موضوع بدين معني است كه آنها در سطح مس گرفتار شدند. رنگ‌نگاري گاز نشان داد كه اتيل مركاپتال متعاقبا از لحاظ كاتاليزوري به دي‌اتيل دي‌سولفيد نسبتا بي‌ضرر تبديل شده بود.

عملكرد اين نانوذرات بسيار بهتر از كربن فعال شده بود و حتي تاثير بسيار بيشتري از اكثر بوگيرهاي اتاق دارد كه فقط بوي بد را با بوي خود پوشش مي‌دهد.

دانشمندان دانشگاه فلوريدا معتقدند كه مي‌توان از نانوذرات براي رفع آلاينده‌هاي سولفوري از نفت خام و همچنين در مبارزه با باكتري‌هاي مضر استفاده كرد.

يافتن عاملي موثر در رشد هم‌راستاي نانوميله‌هاي اکسيد روي



محققان دانشگاه علم و صنعت ايران و دانشگاه آزاد اسلامي واحد شهرضا، نانوميله‌هاي اکسيد روي را براي استفاده در سطوح فوق آبگريز و پيل‌هاي خورشيدي سنتز کردند، همچنين بذر لايه را به‌عنوان عاملي موثر در رشد هم‌راستاي اين نانوميله‌ها و کاهش قطر آنها عنوان کردند.

دکتر اميرعباس نوربخش، عضو هيئت علمي دانشگاه آزاد اسلامي واحد شهرضا و همکارانش با به‌کارگيري روش رشد هيدروترمال و بهينه‌سازي فاکتورهاي سنتز آن، نانوميله‌هاي اکسيد روي را با قطري کمتر از 50 نانومتر براي استفاده در سطوح فوق آبگريز و پيل‌هاي خورشيدي توليد کردند.

اکثر روش‌هاي سنتز نانوميله‌هاي اکسيد روي که بر پايه‌ي رسوب فاز بخار هستند، به دليل نياز به تجهيزات خلا بالا و دماي زياد سنتز، روش‌هايي گران محسوب مي‌شوند.

دکتر نوربخش در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو هدف از اين پژوهش را «سنتز نانوميله‌هاي اکسيد روي و بررسي اثر عواملي همچون بذر لايه و ترکيب شيميايي محلول رشد بر مورفولوژي نانوميله‌ها عنوان کرد».

وي ابتدا نانوميله‌هاي اکسيد روي(تک‌کريستال‌هاي هگزاگونال ورتزيت) را روي زيرلايه‌ي شيشه‌ي بروسيليکات (فرآيند بدون بذر لايه) و با ترکيب متن آمين و نيترات روي به روش هيدروترمال رشد داده‌است. در مرحله‌ي بعدي، يک محلول کلوئيدي حاوي نانوذرات اکسيد روي را به روش سل- ژل، سنتز کرده و يک فيلم لايه نازک اکسيد روي (بذر لايه) را با پوشش‌دهي چرخشي روي زيرلايه‌ي شيشه‌ي بروسيليکات نشانده‌است. در پايان نيز، نانوميله‌هاي اکسيد روي، را روي بذر لايه و به روش هيدروترمال رشد داده است.

نتايج بررسي‌ها حاکي از آن است که بذر لايه، نقش تعيين‌کننده‌اي در مورفولوژي نانوميله‌ها دارد، به‌طوري‌که وجود بذر لايه موجب هم‌راستا شدن نانوميله‌ها شده‌است.

همچنين مشخص شد که با اعمال بذر لايه، قطر نانوميله‌ها از 200 نانومتر به 50 نانومتر کاهش مي‌يابد و دانسيته‌ي نانوميله‌ها هم به‌طور چشمگيري افزايش پيدا مي‌کند.

دکتر نوربخش در پايان گفت: «گروه تحقيقاتي ما علاوه بر سنتز نانوميله‌ها، در حال پژوهش روي کاربرد آنها در نانوحسگرها و به ويژه سطوح خودتميزشونده است».

جزئيات اين پژوهش -که به‌عنوان بخشي از رساله‌ي دکتري دکتر حميد غيور و با راهنمايي دکتر اميرعباس نوربخش، دکتر حميدرضا رضايي و دکتر شمس‌الدين ميردامادي در حال انجام است- در مجله‌ي Journal of nanoscience and ‌nanotechnology(JNN) (جلد 10، صفحات 7458 -7455، سال 2010) منتشر شده‌است.

استفاده از نانوآلياژ ضد آتش در واحد پتروشيمي خوزستان



محققان پژوهشگاه پليمر و پتروشيمي ايران، با استفاده از هيبريد تركيبات فسفاته و نانوذرات خاک رس موفق به توليد آلياژهاي PC/ABS با قابليت اشتعال‌پذيري پايين در مقياس نيمه صنعتي شدند.

آلياژهاي PC/ABS داراي مقاومت به ضربه‌ي بالا، حساسيت کم به ترک به خصوص در دماهاي پايين، خواص الکتريکي خوب، ويسکوزيته‌ي مذاب پايين و فرايندپذيري خوبي هستند. اين خواص، موجب مصرف آنها در صنايع الكترونيكي/الکتريکي، صنايع خودروسازي، لوازم خانگي و وسايل ورزشي شده‌‌است. در اکثر اين موارد، ضدآتش بودن آلياژ از اهميت بالايي برخوردار است.

در اين پروژه با افزودن هم‌زمان تركيبات فسفره و نانورس به آلياژهاي PC/ABS، مقاومت در برابر شعله اين آلياژ بهبود قابل توجهي يافته ‌است.

دکتر يوسف جهاني، عضو هيئت علمي پژوهشگاه پليمر و پتروشيمي ايران، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «تركيبات نانورس، هر چند سرعت ايجاد حرارت(Peak Heat Release R ATE ) را كاهش مي‌دهند اما به تنهايي بازدارنده‌ي آتش خوبي نيستند و در به تاخير انداختن اشتعال، تاثير مثبتي ندارند».

وي در ادامه اظهار داشت: «هدف ما در اين پروژه، به دست آوردن شرايط لازم براي توليد يك محصول صنعتي با قابليت اشتعال‌پذيري پايين به کمک فناوري‌هاي نوين بود، بدين منظور آلياژ PC/ABS را ابتدا در مقياس پايلوت که قابل تبديل به مقياس صنعتي باشد بدون استفاده از سازگارکننده، با خواصي همانند نمونه‌هاي مرجع از شرکت باير توليد کرديم، در مرحله‌ي بعد، با استفاده از هيبريد تركيبات فسفاته و نانورس، بدون از دست دادن خواص مكانيكي مطلوب، شاهد مقاومت قابل توجه آلياژ در برابر شعله بوديم».

دکتر جهاني با بيان اين مطلب که «اين پروژه بر اساس قراردادي با شرکت ملي صنايع پتروشيمي ايران، براي استفاده در واحدهاي پتروشيميايي، مانند پتروشيمي خوزستان انجام شده‌است»، اظهار داشت: «با توجه به مصرف بيش از نيمي از PC/ABS در توليد لوازم الكترونيكي و صنعت خودرو، تقاضاي تبديل به ضد آتش كردن اين آلياژ در صنايع مورد نظر وجود دارد».

وي در پايان گفت: «مالکيت معنوي اين پروژه، متعلق به شرکت ملي صنايع پتروشيمي ايران است و زيرساخت‌هاي تجاري شدن اين کار در واحد پتروشيمي خوزستان و شرکت درخشان ساز وجود دارد».

بخشي از نتايج اين پژوهش که با سرپرستي دکتر جهاني و به وسيله‌ي خانم الهام فيض انجام شده، در مجله‌يJournal of Applied Polymer Science (جلد 118، صفحات 1804-1796، سال2010) منتشر شده‌است.

نانومتري کردن تمام ذرات تشکيل‌دهنده‌ي يک لايه نازک



لايه نازک اکسيد روي عاري از هرگونه ناخالصي و ترک‌هاي ريز با ابعاد نانومتري در دانشگاه اصفهان سنتز شد.

تهيه‌ي پوشش‌هاي لايه نازک اکسيد روي اصلاح شده با کبالت به روش‌هاي مختلف لايه‌نشاني مانند لايه‌نشاني چرخشي، غوطه وري و تبخير الكتروني و کاربرد آن در تصفيه‌ي آب‌هاي آلوده، در قالب پايان‌نامه‌ي کارشناسي ارشد آقاي ايمان اسدي فارساني، با راهنمايي دکتر محمدحسين حبيبي انجام شده‌است.

دکتر محمدحسين حبيبي، استاد شيمي معدني دانشگاه اصفهان، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «پوشش‌هاي لايه نازک اکسيد روي تهيه شده به روش لايه‌نشاني غوطه‌وري، مورفولوژي سطح کاملا متفاوتي با روش تبخير الکتروني دارند تا جايي که ذرات تشکيل‌دهنده به صورت کلاف‌هاي پارچه مانندي در هم تنيده شده‌اند».

دکتر حبيبي در مورد نتايج پژوهش گفت: «نتايج نشان مي‌دهد که با افزايش درصد کبالت در لايه نازک اکسيد روي، مورفولوژي سطح تغيير مي‌کند به طوري که تمامي ذرات تشکيل‌دهنده، ابعادي نانومتري پيدا مي‌کنند، اين نتيجه، بسيار جالب و قابل توجه است».

وي همچنين افزود: «تمامي ذرات حاصل از اين پژوهش، با نظم خاصي به طرف بيرون رشد کرده‌اند و سطحي عاري از هرگونه ناخالصي و ترک‌ ريز را ايجاد کرده‌اند. ذرات تشکيل‌دهنده نيز داراي ابعادي بين 39-32 نانومتر هستند».

گفتني است که خواص طيفي و ساختاري نانوپوشش‌ها، با ميکروسکوپ الکتروني روبشي و طيف‏سنج پراش پرتوي ايکس شناسايي شده‌اند.

با توجه به اينکه زيرساخت‌هاي تجاري شدن اين کار پژوهشي در ايران وجود ندارد، دکتر حبيبي اميدوار است که بتواند در بلند مدت اين محصول را به صورت تجاري وارد بازار کند.

اين محققان همچنين فعاليت فوتوكاتاليستي نانوپوشش‌هاي تهيه شده را در تخريب آلاينده‌ها (مانند رنگينه‌ي سولفونيل قرمز) را مورد بررسي قرار داده‌ و اثر برخي عوامل، مانند دماي عمليات حرارتي، ماهيت فيلم لايه نازک، تعداد لايه‌ها و خواص ساختاري (اندازه‌ي دانه) را بر سينتيک واکنش تخريب نوري، مطالعه کرده‌اند و نتايج آن را در مجله‌ي Desalination and Water Treatment(جلد22، صفحات210- 204، سال 2010) منتشر شده‌است.

همکاري محققان ايراني، مالزيايي و کانادايي در بهبود غشاهاي پليمري



محققان ايراني با همکاري پژوهشگراني از کشورهاي کانادا و مالزي، با افزودن نانولوله‌هاي کربني به ساختار غشاي پليمري در حين ساخت، کارايي اين نوع غشاها را در جداسازي گازها افزايش دادند.

دکتر محمدعلي آرون، استاديار دانشکده‌ي مهندسي شيمي دانشکده‌هاي فني دانشگاه تهران، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «اگرچه نانولوله‌هاي کربني، گزينه‌ي خوبي براي افزايش کارايي غشاهاي پليمري هستند، ولي اين مواد پس از توليد، سرشار از ناخالصي هستند، سر و ته بسته دارند و توزيع آنها در شبکه‌ي پليمري، سخت است. بنابراين ما در اين پژوهش سعي کرده‌ايم محدوديت‌هاي استفاده از نانولوله‌هاي کربني در توليد غشاهاي آميخته را کاهش داده، سبب افزايش بازده جداسازي غشاهاي پليمري شويم».

دکتر آرون و همکارانش، از نانولوله‌هاي کربني براي افزايش تراوايي (بدون کاهش انتخاب‌پذيري) غشاهاي پليمري استفاده کرده‌اند. آنها سعي کرده‌اند با افزودن نانولوله‌هاي کربني به ساختار غشاي پليمري در حين ساخت آن، کارايي غشا را در جداسازي گازها بالا ببرند.

وي در رابطه با مزيت اين تحقيق اذعان داشت: «در پژوهش‌هاي اخير، محققان نشان دادند که با افزودن نانولوله‌هاي کربني تصفيه شده به محلول‌هاي پليمري، مي‌توان غشاهاي آميخته‌اي توليد کرد که تراوايي بالاتري نسبت به غشاهاي پليمري خالص دارند، ولي افزايش تراوايي در اين تحقيقات با کاهش انتخاب‌پذيري همراه بود. ولي در اين پژوهش، غشايي توليد شده‌است که نه تنها تراوايي بالاتري نسبت به غشاهاي پليمري خالص دارد بلکه انتخاب‌پذيري آن نيز بالاتر است».

دکتر آرون مراحل انجام اين پژوهش را اينگونه شرح داد: «به منظور توزيع مناسب نانولوله‌هاي کربني در ساختار پليمري غشا و نيز براي باز کردن سر و ته نانولوله‌هاي کربني و شکستن آنها به طول‌هاي کوتاه‌تر، ابتدا نانولوله‌ها را به کمک يک پليمر با جرم مولکولي کم (کيتوسان) به روش برش نرم، عامل‌دار کرديم، به‌طوري‌که کيتوسان به سطح خارجي نانولوله‌ها چسبيد و نانولوله‌ها هم‌زمان، شکسته و به طول‌هاي کوتاه‌تري تبديل شدند».

وي در مورد نتيجه‌ي اين روش گفت: «با توجه به اينکه پليمر چسبيده به سطح نانولوله‌هاي کربني، نزديکي بيشتري با پليمر پايه (پليمري که براي توليد غشا به کار مي‌رود) دارد و نانولوله‌ها کوتاه‌تر شده‌اند، راحت‌تر به پليمر پايه مي‌چسبند و توزيع بهتري هم خواهند داشت. از سوي ديگر، چون سر و ته آنها باز است، مي‌توانند مثل يک لوله سبب بهبود عبور گازهايي مانند متان و دي‌اکسيد کربن و افزايش تراوايي شوند».

گفتني است که بخش آزمايشگاهي اين پروژه در مرکز پيشرفته‌ي تحقيقات فناوري غشايي (AMTEC) دانشگاه UTM مالزي انجام شده‌است.

جزئيات اين پژوهش -که بخشي از نتايج رساله‌ي دکتري آقاي محمدعلي آرون است و با همکاري پروفسور احمد فاوزي اسماعيل، استاد دانشگاه UTM مالزي، پروفسور محمدمهدي منتظر رحمتي، استاد دانشگاه تهران و پروفسور تاکشي ماتسوورا، استاد دانشگاه اوتاواي کانادا انجام شده‌است- در مجله‌يJournal of Membrane Science (جلد 364، صفحات 317-309، سال 2010) منتشر شده‌است.

روشي جايگزين کروماتوگرافي براي اندازه‌گيري مقادير دارويي


گروهي از محققان دانشگاه کاشان، از الکترود خمير کربن اصلاح شده با نانوذرات طلا براي اندازه‌گيري داروي آتنولول استفاده کردند. اين روش مي‌تواند جايگزين روش‌هاي پيچيده و گران‌قيمت کروماتوگرافي شود.

آتنولول، از جمله داروهايي است که در درمان فشار خون، آنژين صدري، حملات و اختلالات قلبي موثر است. مصرف بيش از اندازه‌ي آتنولول در بيمار، ايجاد سميت مي‌نمايد،‌ بنابراين مطالعه و اندازه‌گيري آتنولول در تحقيقات كلينيكي و پزشكي از اهميت فوق‌العاده‌اي برخوردار است.

دکتر محسن بهپور، عضو هيئت علمي دانشگاه کاشان، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو اذعان داشت: «از مزاياي الکترود تهيه شده در اين پژوهش، مي‌توان به قيمت نسبتا کم آن در مقايسه با ساير الکترودها، غير سمي بودن، سهولت تهيه، وسيع بودن محدوده‌ي پتانسيلي قابل کاربرد، جريان زمينه‌ي کم، پاسخ‌دهي سريع، عدم آسيب مکانيکي، قابليت اصلاح بسيار خوب و سطح تجديدپذير آن اشاره کرد».

دکتر بهپور با بيان اين مطلب که «از اين الکترودها براي اندازه‌گيري آتنولول در قرص‌هاي ضد فشار خون و مايعات بيولوژيکي(نمونه‌ي ادرار و سرم خون) استفاده مي‌شود»، افزود: «براي تهيه‌ي الکترود خمير کربن اصلاح شده، ابتدا مقداري پودر گرافيت را با محلول کلوييدي نانوذرات طلاي تهيه شده مخلوط کرده و آن را خشک نموديم. سپس مقداري روغن پارافين به آن اضافه کرده، در ادامه خمير حاصل را داخل سرنگ پلي‌اتيلن قرار داديم. در نهايت، با قرار دادن سيم مسي در سرنگ، يک ارتباط الکتريکي با خمير برقرار کرديم».

گفتني است که الکترودهاي غيراصلاح شده‌ي توليد شده با اين روش، حساسيت به مراتب پايين‌تري دارند.

محقق طرح در رابطه تهيه‌ي نانوذرات طلا گفت: «به منظور تهيه‌ي نانوذرات طلا، از HAuCl4 استفاده کرديم. از سديم سيترات هم به عنوان احياءکننده و پايدارکننده استفاده نموديم، سپس جذب نانوذرات طلاي سنتز شده را با اسپکتروفوتومتر UV/Visible اندازه‌گيري کرديم. شايان ذکر است که بيشترين طول موج جذب نانوذرات تهيه شده برابر با 528 نانومتر به‌دست آمد».

دکتر بهپور در پايان گفتگو، اظهار داشت:«نتايج اين پژوهش مي‌تواند، روشي ساده و ارزان قيمت را در اختيار آزمايشگاه‌ها قرار داده، جايگزين روش‌هاي پيچيده و گران‌قيمت کروماتوگرافي شود».

اين پژوهش، بخشي از نتايج رساله‌ي دکتري آقاي ابراهيم هنرمند است که با راهنمايي دکتر محسن بهپور و همکاري دکتر سيدمهدي قريشي انجام شده‌است. پژوهشگران، جزئيات اين تحقيق را در مجله‌ي Bulletin of the Korean Chemical Society (جلد 31، صفحات 849- 845، سال 2010) منتشر کرده‌اند.

افزايش سرعت اکسايش متانول در پيل‌ سوختي



محققان دانشگاه مازندران، توانستند سرعت فرايند اکسايش الکتروکاتاليزي متانول را در پيل‌هاي سوختي تا 12 برابر افزايش دهند.

متانول از جمله سوخت‌هاي متداول در پيل‌هاي سوختي است. فرايند اکسايش الکتروشيميايي اين ماده در سطح الکترودهاي معمولي کند است، از اين‌رو براي افزايش سرعت فرايند مبادله‌ي الکترون اين ماده از واسطه‌گرهاي مختلفي استفاده مي‌کنند.

خانم سيما مومني، کارشناس ارشد شيمي تجزيه، در خصوص تهيه و پخش ذرات نيکل در بستر پليمري پلي (اورتو-آنيزيدين) تثبيت شده بر سطوح الکترود کربن شيشه‌اي و الکترود کربن شيشه‌اي اصلاح شده با نانولوله‌هاي کربني چندديواره مطالعه نموده‌است. وي همچنين، توانايي الکتروکاتاليزي ذرات نيکل و نانولوله‌هاي کربني چندديواره‌ي موجود در پيکره‌ي الکترود کربن شيشه‌اي اصلاح شده را در فرايند اکسايش متانول بررسي کرده‌است.

خانم مومني، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «با توجه به نتايج اين بررسي، فيلم پلي(اورتو- آنيزيدين) مي‌تواند به عنوان يک پيکره‌ي مناسب براي پيش تغليظ يون‌هاي نيکل(II) و تثبيت آنها در سطح الكترود اصلاح شده عمل کند. همچنين جريان اکسايش الکتروکاتاليزي متانول در حضور نانولوله‌هاي کربني چندديواره، حدود 12 مرتبه سريع‌تر از غياب آنها صورت مي‌گيرد».

خانم مومني در پايان با بيان اين مطلب که «نتايج اين تحقيق مي‌تواند در صنايع مختلف نظامي و غيرنظامي، توليد انرژي‌هاي نو و در پيل‌هاي سوختي براي توليد انرژي الکتريکي استفاده گردد»، افزود: «اين پژوهش، زيرساخت‌هاي لازم را براي ارايه‌ي فناوري در ايران دارد و مي‌تواند در دراز مدت به عنوان طرحي عملي مطرح گردد».

اين کار بخشي از پايان‌نامه‌ي کارشناسي ارشد سيما مومني است که با راهنمايي دکتر جهانبخش رئوف و مشاوره‌ي دکتر محسن جهانشاهي انجام شده و نتايج آن در مجله‌ي International Journal of Electrochemical Science (جلد 5، صفحات 530-517 ، سال2010) به چاپ رسيده‌است.

استفاده از يک نانوذره‌ي پروتئيني براي ژن‌درماني



پژوهشگران اسپانيايي موفق شدند با استفاده از يک حامل مصنوعي، مواد ژنتيکي را سريع‌تر به درون هسته وارد کنند. اين حامل از اسيد آمينه‌ي آرژنين ساخته شده که با در برگرفتن مواد ژنتيکي به شکل نانوذره در مي‌آيد. افزايش سرعت و کاهش اثرات جانبي از مزاياي اين روش است.

ژن‌درماني علمي است که در آن به درمان بيماري‌هاي مربوط به اسيدهاي نوکلئيک (DNA و RNA) پرداخته مي‌شود. يکي از چالش‌هاي موجود در ژن‌درماني حصول اطمينان درباره‌ي اين است که مواد مستقيماً به درون هسته وارد مي‌شوند و در طول مسير وارد شدن به درون هسته نبايد مواد به جاي ديگر نفوذ کنند و همچنين اين مواد اثرات جانبي نداشته باشند. براي رسيدن به اين هدف، دانشمندان در آزمايش‌هاي خود از حامل‌هاي مختلفي استفاده مي‌کنند. حامل‌ها مولکول‌هايي هستند که قادرند مواد ژنتيکي را به محل مناسب انتقال دهند. ويروس‌هاي طبيعي غير فعال، از عمومي‌ترين حامل‌هايي هستند که در آزمايش‌هاي باليني از آنها استفاده مي‌شود. اين ويروس‌ها داراي اثرات جانبي‌اي هستند که استفاده آنها را محدود مي‌کند.

يکي از مهم‌ترين جايگزين‌ها در اين بخش، استفاده از ويروس‌هاي مصنوعي است. اين ويروس‌ها را مهندسان ژنتيک مي‌توانند با استفاده از پپتيدها، که واحدهاي سازنده‌ي پروتئين هستند، بسازند. يک گروه تحقيقاتي به رهبري آنتونيو ويلاورد از گروه ژنتيک و ميکروبيولوژوي مرکز CIBER-BBN، نشان دادند که پپتيد R9، که از يک نوع آمينو اسيد ويژه به نام آرژنين ساخته مي‌شود، مي‌تواند مواد ژنتيکي را در خود کپسوله کرده و سپس با يک مولکول مشابه خود ترکيب شده، تشکيل يک نانوذره ‌دهد. اين نانوذره مستقيماً وارد هسته‌ي سلول شده و مواد ژنتيکي را درون هسته آزاد مي‌کند. اين نانوذره به شکل دايره‌اي به قطر 20 نانومتر و ضخامت 3 نانومتر است.

نتايج اين پروژه که در نشريه‌ي Biomaterials and Nanomedicine به چاپ رسيده‌است، نشان مي‌دهد که چگونه دانشمندان با استفاده از روش ميکروسکوپي کانوني، عملکرد اين نانوديسک R9 را مطالعه مي‌کنند. تصاوير گرفته‌شده از اين فرايند نشان مي‌دهد که به محض عبور نانوذره از ميان غشاي سلولي، اين نانوذره مستقيماً به‌سوي هسته حرکت مي‌کند که سرعت حرکت آن 0.0044 ميکرومتر در ثانيه عنوان شده‌است. اين سرعت 10 برابر بيشتر از زماني است که اين مواد ژنتيکي بدون استفاده از حامل به درون سلول تزريق شدند. نانوذرات درون هسته متجمع شده و درون سيتوپلاسم اثري از اين نانوذرات باقي نماند. به همين دليل اثربخشي اين روش افزايش يافته‌است. سيتوپلاسم به مايع موجود ميان غشاي سلولي و هسته اطلاق مي‌شود. يکي از اين تصاوير به‌عنوان يکي از 12 عکس برگزيده‌ي سال 2010 انتخاب شده‌است.

اين کشف پنجره‌ي جديدي را در به‌کارگيري نانوذرات در بخش درمان گشوده‌است.

گامي در جهت کاهش آلودگي هوا



پژوهشگران دانشگاه اصفهان با همکاري شرکت پژوهش و فناوري پتروشيمي، با تهيه‌ي نانوکاتاليزوري براي هيدروژن‌زدايي از ايزوبوتان، گامي در جهت کمک به کاهش آلودگي هوا برداشتند.

خانم مهندس صديقه واعظي‌فر، دانشجوي دکتري مهندسي بيومواد دانشگاه صنعتي اصفهان، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «اين نانوکاتاليزور در هيدروژن‌زدايي از ايزوبوتان و توليد ايزوبوتن به‌کار مي‌رود. ايزوبوتن ماده‌ي اوليه‌ي توليد MTBE است که به‌عنوان يکي از افزودني‌هاي سوخت، جهت افزايش عدد اکتان آن، مورد استفاده قرار مي‌گيرد».

مهندس واعظي‌فر در رابطه با نحوه‌ي انجام پژوهش اذعان داشت: «در ابتدا کاتاليزور صنعتي DP803 مورد استفاده در پتروشيمي بندر امام را مورد مطالعه و ارزيابي قرار داديم، مشخص شد که اين کاتاليزور، با پايه‌ي گاما آلومينا و درصد مشخصي از Pt و Sn است. سپس به منظور بهبود رفتار کاتاليزور، در ساخت آن از پايه‌ي زئوليت Y استفاده کرديم و Pt و Sn را روي آن قرار داديم. در نهايت هم در سامانه‌ي آزمون راکتوري، از اين کاتاليزور براي هيدروژن‌زدايي ايزوبوتان استفاده کرديم».

نتايج حاکي از آن است که کاتاليزور تهيه شده با پايه‌ي زئوليت Y داراي بازدهي بيشتري نسبت به کاتاليزور صنعتي با پايه‌ي گاما آلومينا در فرايند هيدروژن‌زدايي ايزوبوتان است.

پژوهشگران همچنين در اين پژوهش، اثر استفاده از دو منبع قلع متفاوت را در تهيه‌ي کاتاليزور بررسي کرده‌‌اند. نتايج نشان مي‌دهد که کاتاليزور تهيه شده با منبع قلع کلريد تري بوتيل قلع منجر به نتايج بهتري نسبت به منبع قلع کلريد قلع مي‌شود.

خانم واعظي‌فر در پايان تاکيد کرد: «تجاري‌سازي اين محصول، در برنامه‌ي کاري دو شرکت دانش بنيان مجتمع فناوري‌هاي نوين فدک (با پايه‌ي زئوليت‌ها) و شرکت نانوپارس اسپادانا (با پايه‌ي گاما آلومينا) قرار دارد».

جزئيات اين پژوهش که در قالب پايان‌نامه‌ي کارشناسي‌ارشد خانم مهندس صديقه واعظي‌فر با راهنمايي دکتر حسين فقيهيان، استاد شيمي دانشگاه اصفهان و مشاوره‌ي مهندس مهدي کمالي، عضو هيئت علمي دانشگاه اصفهان، انجام شده، در مجله‌ي Iranian Journal of Chemical and Chemical Engineering (جلد 28، صفحات 30-23، سال 2009) منتشر شده‌است.

استفاده از دارچين در سنتز نانوذرات طلا



از نانوذرات طلا در الکترونيک، محصولات بهداشتي و درمان سرطان استفاده مي‌شود. بر خلاف کاربردهاي مثبت اين ماده، سنتز نانوذرات طلا به مواد شيميايي بسيار سمي و خطرناک نياز دارد. با وجودي که انتظار مي‌رود صنعت فناوري نانو بتواند در آينده نزديک مقادير زيادي از اين ذرات را توليد نمايد، محققان نگران اثرات زيست‌محيطي انقلاب نانوفناوري هستند.

حال گروهي از محققان دانشگاه ميسوري به رهبري دکتر کاتش کاتي، استاد راديولوژي و فيزيک در دانشکده پزشکي ماده‌اي يافته‌اند که مي‌تواند جايگزين تمام مواد سمي مورد استفاده در سنتز نانوذرات طلا شود. اين ماده مرموز را مي‌توان تقريباً در هر آشپزخانه‌اي پيدا کرد: دارچين.

در روش معمول سنتز نانوذرات طلا از مواد شيميايي و اسيدهايي استفاده مي‌شود که با محيط زيست سازگار نبوده و حاوي ناخالصي‌هاي سمي هستند. حال کاتي و همکارانش نمک طلا را با دارچين مخلوط کرده و آنها را در آب به هم زدند تا نانوذرات طلا را سنتز نمايند. در اين روش جديد از الکتريسيته يا مواد سمي استفاده نمي‌شود.

کانان يکي ديگر از محققان اين کار مي‌گويد: «فرايندي که ابداع کرده‌ايم، غيرسمي است. در اين روش به غير از نمک‌هاي طلا از هيچ ماده شيميايي ديگري استفاده نمي‌شود. اين يک فرايند واقعا سبز است».

کاتي مي‌گويد: «کار ما در زمينه نانوفناوري سبز نشان مي‌دهد که دارچين و اجزاي ديگري همچون گياهان، برگ‌ها و دانه‌ها مي‌توانند به عنوان مخازني براي مواد شيميايي گياهي عمل نموده و مواد را به نانوذرات تبديل کنند. بنابراين راهکار ما رنسانسي در زمينه نانوفناوري سبز ايجاد کرده و مي‌تواند حاکي از نقش غيرقابل‌انکار طبيعت در تمام پيشرفت‌هاي نانوفناوري در آينده باشد».

محققان در طول اين مطالعه دريافتند که مواد شيميايي فعال دارچين زمان تشکيل نانوذرات آزاد مي‌شوند. زماني که اين مواد فعال که مواد شيميايي گياهي يا phytochemicals ناميده مي‌شوند، با نانوذرات طلا ترکيب شوند، مي‌توانند در درمان سرطان به کار روند. کاتي مي‌گويد اين مواد گياهي وارد سلول‌هاي سرطاني شده و به تخريب يا تصويربرداري از آنها کمک مي‌کنند. او مي‌افزايد: «اين نانوذرات طلا نه تنها از نظر محيطي و زيستي بي‌اثر هستند، بلکه از نظر زيستي فعال بوده و مي‌توانند بر عليه سرطان به‌کار روند».

کانان مي‌گويد: «در يک سو شما تلاش مي‌کنيد يک فناوري جديد و مفيد خلق نماييد. با اين حال چشم‌پوشي مداوم از اثرات زيست‌محيطي مي‌تواند مانع پيشرفت شما گردد».

جزئيات اين تحقيق در مجله Pharmaceutical Research منتشر شده است.

ذخيره‌سازي و خواندن مجدد اطلاعات از هسته‌ي اتم



پژوهشگران دانشگاه يوتا موفق به ذخيره‌سازي اطلاعاتي را به مدت 112 ثانيه روي اسپين‌هاي مغناطيسي درون هسته‌ي اتم شدن. در گام بعد محققان اين اطلاعات را بازيابي کرده و خواندند. اين اتم‌ها کوچک‌ترين حافظه‌ي کامپيوتري جهان محسوب شده و اين پروژه گامي بزرگ به‌سوي ساخت کامپيوترهاي کوانتومي فوق سريع است.

اسپين‌ها ابزارهاي مناسبي براي ذخيره‌سازي و خواندن اطلاعات هستند؛ اما مشکلات فني متعددي در مسير استفاده از آنها وجود دارد؛ دستگاه‌هايي که از اسپين هسته براي ذخيره‌سازي استفاده مي‌کنند در دماي3.2 درجه کلوين کار مي‌کنند که اين دما بسيار به صفر مطلق نزديک بوده و اتم‌ها در جاي خود ايستاده و تکان‌هاي بسيار جزئي مي‌خورند؛

بنابراين براي ساخت حافظه با اين فناوري، بايد در دماي 454 درجه‌ي زير صفر فارنهايت و درون محيط آزمايشگاه کار کرد. اولين گام در مسير تحقيق توليد حافظه‌ها با اين فناوري، امکان کارکرد آنها در دماي بالاتر و بدون نياز به ميدان‌هاي مغناطيسي قوي براي تراز کردن اسپين‌هاست.

دو سال قبل، يک گروه تحقيقاتي توانست براي مدت 2 ثانيه اطلاعات کوانتومي را درون هسته‌ي اتم ذخيره کند؛ اما آنها قادر نبودند اين اطلاعات را بخوانند؛ در حالي که گروه تحقيقاتي بوهم توانستند در اين پروژه اين کار را انجام دهند. اين روش را بوهم در سال 2006 ارائه کرد که نشان مي‌داد مي‌توان اطلاعات را در اسپين مغناطيسي 10 هزار الکترون اتم فسفر که در فلز سيليکون قرار گرفته، ذخيره کرد. گروه بوهم در کار جديدشان فرايند خواندن الکتريکي را نيز انجام دادند.

براي ذخيره سازي اطلاعات در هسته‌ي اتم، بوهم و همکارانش از يک ويفر سيليکوني که با فسفر تقويت شده بود استفاده کردند. اين ورقه‌ي يک ميلي‌متر مربعي، درون يک مخزن بسيار سرد قرار گرفت که روي آن ميدان مغناطيسي اعمال مي‌شد. سيم‌هايي براي اعمال جريان و اسيلوسکوپي براي جمع‌آوري اطلاعات به آن متصل شده بود. ميدان مغناطيسي 8.59 تسلا براي تراز کردن اسپين‌ها به آن اعمال شد. اين ميدان، 200 هزار برابر ميدان مغناطيسي زمين است. براي تغيير جهت اسپين به‌سمت پايين يا بالا از امواج مغناطيسي نزديک تراهرتز و سپس از امواج راديويي موج FM براي ذخيره‌سازي اطلاعات در الکترون و نوشتن آنها درون هسته‌ي فسفر استفاده شد.

براي بازگرداندن اطلاعات از هسته‌ي اتم به الکترون‌هاي اربيتالي، از امواج نزديک تراهرتز استفاده گرديد تا فرايند خواندن آغاز شود. اسپين الکترون‌ها تبديل به جريان الکتريکي شده و فرايند خواندن انجام مي‌گردد. در واقع فرايند خواندن، عکس فرايند نوشتن اطلاعات است.

کنترل بهتر اجزاء سازنده رايانه‌هاي کوانتومي



دانشمنداني از دانشگاه‌هاي صنعتي دلف و ايندهون در هلند موفق به کنترل اجزاء سازنده رايانه‌هاي کوانتومي ابرسريع آينده شده‌اند. آنها اکنون قادر به دستکاري اين اجزاء سازنده (کيوبيت‌ها) با ميدان‌هاي الکتريکي و نه ميدان‌هاي مغناطيسي، که تاکنون مورد استفاده عملي بود، مي‌باشند. آنها همچنين قادر به جاسازي اين کيوبيت‌ها در داخل نانوسيم‌هاي نيمه‌رسانا شده‌اند.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] اين يک تصوير ميكروسكوپ الکتروني روبشي از يک افزاره نانوسيمي است که داراي الکترودهاي درگاهي جهت کنترل الکتريکي کيوبيت‌ها و نيز الکترودهاي چشمه و خروجي جهت مطالعه حالت‌هاي کيوبيتي مي‌باشد.
يک کيوبيت در حقيقت جزء سازنده يک رايانه کوانتومي است که از لحاظ سرعت، نسبت به رايانه‌هاي فعلي بسيار برتر مي‌باشد. يک روش براي ساخت کيوبيت عبارت است از گيراندازي يک الکترون منفرد در داخل يک ماده نيمه‌رسانا. يک کيوبيت، درست مانند يک بيت معمولي رايانه‌اي، مي‌تواند حالت‌هاي "0" و "1" را قبول کند. اين کار با استفاده از اسپين يک الکترون، که از حرکت چرخشي يک الکترون به دور محور خودش ايجاد مي‌شود، قابل انجام مي‌باشد. الکترون مي‌تواند در دو جهت حرکت اسپيني داشته باشد (که حالت‌هاي "0" و "1" را نشان مي‌دهد).

تاکنون، اسپين يک الکترون با ميدان‌هاي مغناطيسي کنترل مي‌شد. با اينحال، توليد اين ميدان‌ها در داخل يک تراشه خيلي مشکل است. اسپين الکترون در داخل کيوبيت‌هايي که اکنون توسط اين دانشمندان توليد شده‌اند، مي‌تواند با استفاده از بار الکتريکي يا ميدان الکتريکي و نه ميدان مغناطيسي قابل کنترل باشد. همان‌طور که لئو کوئنهوئن، دانشمندي از دانشگاه صنعتي دلف، مي‌گويد اين شکل کنترل داراي مزاياي زيادي است: اين کيوبيت‌هاي اسپين- مدار مزاياي هر دو نوع فناوري را با هم تركيب مي‌كنند. آنها هم مزاياي مربوط به کنترل الکترونيکي را دارند و هم ذخيرسازي اطلاعات در اسپين الکترون.

بعلاوه اين تحقيق منجر به يک پيشرفت مهم ديگري نيز شده است. اين دانشمندان قادر به جاسازي اين کيوبيت‌ها (دو عدد) در نانوسيم‌هاي ساخته شده از يك ماده نيمه‌رسانا (آرسنيد اينديوم) شده‌اند. کوئنهوئن در اين زمينه مي‌گويد: "از اين نانوسيم‌ها به طور گسترده در نانوالکترونيک بعنوان اجزاء سازنده مناسب استفاده مي‌شود. اين نانوسيم‌ها، در کنار ساير کاربردهايشان، داراي جايگاه فوق‌العاده‌اي براي پردازش اطلاعات کوانتومي هستند."

اين دانشمندان جزئيات نتايج كار تحقيقاتي خود را تحت عنوان "كيوبيت اسپين- مدار در يك نانوسيم نيمه‌رسانا" در مجله‌ي Nature منتشر كرده‌اند.

تحويل دارو از طريق پوست با كمك نانوميله‌ها
پژوهشگراني از ژاپن کشف کرده‌اند که نانوميله‌هاي طلاي گرم شده با نور فروسرخ مي‌توانند روش ايده‌آلي براي تحويل دارو از طريق پوست باشند. اين گروه متوجه شدند که حتي پروتئين‌هاي حجيمي که اغلب در واکسن‌ها استفاده مي‌شوند، مي‌توانند به طور کارآمد با اين روش از پوست عبور کنند.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] تهيه مخلوط پروتئين/نانوميله/سورفکتانت.
داکرونگ پيسوآن و همکارانش از دانشگاه کيوشو مي‌گويند که تحويل دارو و واکسن از طريق پوست داراي مزاياي زيادي نسبت به قرص و تزريقات است. داروهايي که بدين روش تحويل داده مي‌شوند، از درهم شکسته شدن توسط کبد در امان هستند؛ در ضمن، به خاطر سلول‌هاي ايمني تشخيص‌دهنده- پادژن فراواني که در پوست وجود دارد، واکسن‌ها مي‌توانند پاسخ‌هاي ايمني قوي‌تري توليد کنند.

با اينحال، پروتئين‌هاي آب‌دوست بزرگ خيلي کم از طريق پوست جذب مي‌شوند، زيرا لايه سخت بيروني پوست که از سلول‌هاي مرده تشکيل شده و به مانند يک مانع آب‌گريز رفتار مي‌کند، از جذب آنها ممانعت مي‌كند. اکنون، اين پژوهشگران نشان داده‌اند که چگونه نانوميله‌هاي طلا مي‌توانند به چنين پروتئيني، مانند اوالبومين (OVA)، در عبور از اين مانع و ورد به بدن کمک کنند.

اين گروه از اين حقيقت استفاده کرده است که نانوميله‌هاي طلا هنگامي که تحت تابش نور فروسرخ نزديک (NIR) قرار بگيرند، شروع به گرم شدن مي‌کنند. اين پژوهشگران، ترکيبي از OVA، نانوميله، و يک سورفکتانت را به شکل يک مخلوط روغني درآوردند، تا قابل استفاده در پوست باشد. هنگامي که اين مخلوط تحت تابش نور NIR قرار گيرد، نانوميله‌هاي گرم شده مي‌توانند روي غشاي سخت پوست فرسايش ايجاد کنند و به پروتئين‌ها اجاره عبور بدهند. آزمايش بر روي موش‌ها نشان داد که پروتئين‌هاي تحويل شده در اين روش به طور موفقيت‌آميزي يک پاسخ ايمني توليد مي‌کنند.

پيسوآن مي‌گويد: "ما معتقد هستيم که پاسخ ايمني ايجاد شده به اندازه کافي قوي است که بتواند بعنوان يک تکنيک واکسيناسيون استفاده شود. "

او اضافه کرد: "گروه ما فعلاً مشغول مطالعه دقيق آن است که آيا اين فرايند مي‌تواند آسيبي به پوست ب‌رساند يا نه، ولي در مطالعات اوليه‌اي که تاکنون بر روي موش‌هاي تحت درمان انجام شده است، هيچ نشاني از اثر جانبي مخرب ديده نشده است."

اين پژوهشگران در حال حاضر مشغول بررسي انواع مختلفي از داروهايي که با استفاده از نانوميله‌هاي طلا از طريق پوست قابل تحويل هستند، مي‌باشند. پيسوآن افزود: "قبل از اينکه بخواهيم از اين روش در سطح باليني استفاده کنيم، لازم است که ميزان نفوذ نانوميله‌هاي طلا از طريق پوست را مورد مطالعه قرار دهيم."

جزئيات نتايج اين تحقيق در مجله‌ي Small منتشر شده است.

ردگيري نانوذرات دارويي تومورهاي سينه



پژوهشگراني از دانشگاه رايس با همکاري محققاني از کالج پزشکي بايلور، از دو نوع فناوري‌ تصويربرداري متفاوت، جهت ردگيري تحويل نانوذرات دارويي به تومورهاي سينه استفاده کرده‌اند. نتايج حاصل از اين مطالعه نه تنها توانايي ايجاد و ردگيري نانوذرات چندوجهي را در بدن نشان مي‌دهد، بلکه اطلاعات ارزشمندي نيز در مورد اينکه چگونه عامل‌هاي هدفگيري سرنوشت نانوذرات پيچيده در بدن را رقم مي‌زنند، مهيا مي‌کند.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] نمايش شماتيکي از اتصال پادتن و PEG به نانوتركيب.
اين کار توسط ناومي هالاس از دانشگاه رايس و آميت جوشي از بايلور هدايت شد. اين محققان، مطالعات خود را با استفاده از نانوپوسته‌ي طلايي انجام دادند که به آن نانوذرات مغناطيسي اکسيد آهن اضافه شده، در پوشش نازکي از دي اکسيد سيلکون جاسازي شده، لايه‌اي از مولکول‌هاي فلورسانت بنام ICG و پادتن هدفگير روي آن کشيده شده و در نهايت لايه‌اي از پلي اتيلن گلايکول (PEG) جهت ايجاد سازگاري زيستي کل ساختار روي آن پوشانده شده است. براي هدفگيري تومورهاي سينه، اين پژوهشگران از پادتني استفاده کردند که قادر به تشخيص پروتئين سطحي HER2 است، که در بعضي از شکل‌هاي سرطان سينه يافت مي‌شود.

اين پژوهشگران بعد از تزريق اين نانوذره به موش‌هايي که داراي تومورهاي انساني با مقادير زيادي از پروتئين HER2 بودند، از تصويربرداري فروسرخ نزديک و تصويربرداري تشديد مغناطيسي براي رديابي مسير اين ذرات در 72 ساعت بعدي استفاده کردند. 4 ساعت بعد از تزريق، ميزان اين نانوذرات در تومور به بيشترين مقدار رسيد. درعوض، در موش‌هايي که داراي تومورهايي با مقادير کم پروتئين HER2 بودند تراکم اين نانوذرات در تومورها کم بود. نتايج بدست آمده از حيواناتي که با استفاده از تصويربرداري تشديد مغناطيسي بررسي شده بودند، تفاوت داشت بدين معنا که تا 24 ساعت بعد از تزريق ميزان نانوذرات به بيشينه نرسيد.

اين پژوهشگران اينگونه پنداشتند که علت تفاوت اين دو نتيجه در آن است که تصويربرداري فلورسانس مي‌تواند نانوذراتي را که به لبه بيروني تومور چسبيده‌اند، آشکارسازي کند؛ درحاليکه تصويربرداري تشديد مغناطيسي قادر به آشکارسازي نانوذراتي است که در کل بدنه تومور توزيع شده‌اند. اين حقيقت که زمان نفوذ نانوذرات به هسته تومور طولاني‌تر از زمان ايجاد پيوند محض به سطح تومر است، مي‌تواند اين اختلاف زماني را توضيح دهد. آزمايش‌هاي بيشتر نشان ‌داد که در طول اين آزمايش، نانوذرات سالم و دست نخورده باقي مي‌مانند.

اين پژوهشگران نتايج كار خود را در مجله‌ي Nano Letters منتشر كرده‌اند.

نقاط کوانتومي نقطه نيستند



پژوهشگراني از مرکز فوتونيک DTU با همکاري دانشگاه کوپنهاگ با کشف اين نکته که گسيل نور از گسيلنده‌هاي فوتون حالت جامد، که به نقاط کوانتومي معروف هستند، به طور بنيادي از چيزي که تاکنون تصور مي‌شد، متفاوت است، دنياي علم را متعجب ساختند. اين بينش جديد مي‌تواند کاربردهاي مهمي در راستاي بهبود کارآيي افزاره‌هاي اطلاعات کوانتومي داشته باشد.

امروزه امکان ساخت و يکپارچه‌سازي چشمه‌هاي نوري بسيار کارآمدي که قادر به گسيل فوتون‌هاي منفرد (واحد بنيادي نور) در هر زمان هستند، وجود دارد. چنين گسيلنده‌هايي از هزاران اتم تشکيل شده‌اند و نقاط کوانتومي ناميده مي‌شوند. علي رغم انتظاراتي که از اسم آنها مي‌رود، نقاط کوانتومي به عنوان چشمه‌هاي نقطه‌اي قابل توجيه نيستند و اين نتيجه جالب بدست مي‌آيد که: نقاط کوانتومي نقطه نيستند.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] نقاط کوانتومي، "اتم‌هاي مصنوعي" حالت جامدي هستند که از جاسازي هزاران اتم (کره‌هاي زرد رنگ) در يک نيمه‌رسانا (کره‌هاي آبي رنگ) ساخته مي‌شوند.
اين بينش جديد از ثبت آزمايشگاهي گسيل فوتوني نقاط کوانتومي، که در نزديکي يک آينه فلزي قرار داشتند، بدست آمد. خواص چشمه‌هاي نقطه‌اي نور وقتي که سروته مي‌شوند، عوض نمي‌شود و انتظار داريم که نقاط کوانتومي نيز همين‌طور باشند. با اينحال، در آزمايش‌هاي انجام شده توسط اين پژوهشگران معلوم شده است که اين تقارن بنيادي نقض مي‌شود، زيرا در آنها وابستگي بسيار عميق اين گسيل فوتوني به جهت‌گيري اين نقاط کوانتومي مشاهده شد.

اين يافته‌هاي تجربي داراي توافق بسيار خوبي با نظريه جديد نور هستند. اين نظريه، اندازه فضايي نقاط کوانتومي را نيز به حساب مي‌آورد. در سطح اين آينه فلزي، مدهاي سطحي نوري بسيار محبوسي، که پلاسمون ناميده مي‌شوند، وجود دارند. محبوس‌شدگي قوي پلاسمون‌ها باعث مي‌شود که گسيل فوتوني از نقط کوانتومي بشدت قابل تغيير باشد و اين نقاط کوانتومي بتوانند پلاسمون‌ها را با يک احتمال بسيار زياد تحريک کنند.

پژوهش حاضر نشان مي‌دهد که تحريک پلاسمون‌ها مي‌تواند بسيار کارآمدتر از آنچه تصور مي‌شد، باشد. بنابراين، اين حقيقت که نقاط کوانتومي در مساحت‌هايي که بسيار بزرگ‌تر از ابعاد اتمي هستند، گسترده شده‌اند؛ باعث خواهد شد که برهم‌کنش بسيار شديدي با پلاسمون‌ها داشته باشند.

اين كار پژوهشي ممكن است راه را براي ساخت نانوافزاره‌هاي فوتونيكي جديدي هموار كند كه از وسعت فضايي نقاط كوانتومي بعنوان يك چشمه نوري جديد بهره مي‌برند.

جزئيات نتايج اين پژوهش در مجله‌ي Nature Physics منتشر شده است.

توليد ابزار آناليز تنفسي با استفاده از نانوذرات



گروهي از محققان آمريکايي بر يکي از موانع اصلي توسعه فناوري آناليز تنفسي غلبه کرده‌اند. از اين فناوري مي‌توان براي تشخيص ترکيبات شيميايي خاص (که نشانگر زيستي ناميده مي‌شوند) در بازدم بيمار و در نهايت، تشخيص فوري بيماري استفاده کرد.

کارلوس مارتينز، استاديار مهندسي مواد در دانشگاه پوردو که با محققان موسسه ملي استاندارد و فناوري نيز کار مي‌کند، مي‌گويد ما نشان داده‌ايم که کارايي اين راهکار در تشخيص نشانگرهاي زيستي در محدوده غلظتي ppb تا ppm حدود 100 برابر بيشتر از روش‌هاي آناليز تنفسي ديگر است.

اين فناوري با بهره‌گيري از تغيير رسانايي «ميکروصفحات داغ» حين عبور گازها از روي آنها کار مي‌کند. اين ميکروصفخات ابزارهاي حرارتي کوچک روي تراشه‌هاي حسگر الکترونيکي هستند. تشخيص نشانگرهاي زيستي وضعيت سلامتي بيمار را نشان داده و مي‌تواند حاکي از وجود احتمالي بيماري‌هاي مثل سرطان باشد.

مارتينز مي‌گويد: «ما داريم درباره توليد يک ابزار ارزان و سريع براي جمع‌آوري اطلاعاتي در مورد وضعيت سلامتي يک بيمار صحبت مي‌کنيم».

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] مشاهده تجربي شناسايي ويروس‌هاي VSV با يك شيفت- قرمز قوي پلاسمونيکي.
پژوهشگران توانستند با استفاده از اين فناوري گاز استون را که نشانگر بيماري ديابت است، با غلظت‌هاي در محدوده ppb در يک جريان گازي شبيه بازدم انسان تشخيص دهند.

آنها از يک بستر ساخته شده از ذرات ميکروني پليمري استفاده کرده و روي آن را با ذرات بسيار کوچک‌تر اکسيد فلزي پوشاندند. به‌کارگيري ميکروذرات پوشيده شده با نانوذرات، تخلخل فيلم‌هاي حسگر را افزايش داده و بدين ترتيب «مساحت سطح فعال حسگري» و در نتيجه حساسيت حسگر افزايش مي‌يابد.

يک قطره از ميکروذرات پوشيده شده با نانوذرات روي هر ميکروصفحه داغ رسوب داده شد؛ مساحت هر يک از اين ميکروصفحات داغ حدود 100 ميکرومتر مربع بوده و حاوي الکترودهايي مي‌باشند. پس از خشک شدن اين قطرات، الکترودها گرم مي‌شوند؛ بدين ترتيب ذرات پليمري سوخته و تنها فيلم‌هاي اکسيد فلزي متخلخل باقي مي‌مانند که حسگر را تشکيل مي‌دهند.

گازي که از روي اين حسگر عبور مي‌کند، درون حفرات فيلم نفوذ کرده و بسته به نشانگرهاي زيستي که دارد، ويژگي‌هاي الکتريکي آن را تغيير مي‌دهد.

مارتينز مي‌گويد تا زمان توليد تجاري اين حسگرها بيش از 10 سال مانده است که تا حدي به دليل نبودن استانداردهاي دقيق براي توليد ابزارهاي مبتني بر اين راهکار است.

او مي‌افزايد: «با اين حال اينکه ما توانستيم به صورت بلادرنگ اين شناسايي را انجام دهيم، يک گام بزرگ رو به جلو محسوب مي‌شود».

جزئيات اين تحقيق در مجله IEEE Sensors Journal منتشر شده است.

توليد سطوح ضدباکتري توسط کنسرسيوم ICON در سنگاپور



محققان کنسرسيوم صنعتي نانومُهرزني (ICON) متعلق به A*STAR سنگاپور با الهام از پوست حيواناتي همچون دلفين‌ها که خاصيت ضدکثيفي دارند، مي‌خواهند سطوح سنتزي ضدباکتري عاري از ترکيبات شيميايي توليد کنند. رشد عوامل بيماري‌زايي همچون S. Aureus و E. coli بر روي اين سطوح کاهش يافته و مي‌توان از آنها روي پلاستيک‌هاي معمولي، ابزارهاي پزشکي، لنزها و حتي بدنه کشتي‌ها بهره برد. در روش‌هاي معمول جلوگيري از رشد باکتري‌ها روي سطوح، از يون‌هاي فلزي مضر، نانوذرات، مواد شيميايي يا تابش ماوراي بنفش استفاده مي‌شود.

نانومهرزني که يکي از فناوري‌هاي حوزه نانو به شمار مي‌رود، روش ساده‌اي است که توسط IMRE (موسسه تحقيقات و مهندسي مواد A*STAR) ابداع شده است تا به‌وسيله آن الگوهاي نانومتري پيچيده روي سطوح ايجاد شوند (تقليد از ساختارهاي سطوح طبيعي). اين کار موجب مي‌شود مواد مهندسي شده ويژگي‌هاي سطوح طبيعي را پيدا کنند. از جمله اين ويژگي‌ها مي‌توان به لومينسانس، چسبندگي، ضدآب و ضدانعکاس بودن اشاره کرد.

دکتر لو هونگ يي، مدير بخش تحقيقات و نوآوري IMRE و رئيس کنسرسيوم مي‌گويد: «طبيعت با داشتن ميليون‌ها سال تجربه، شکل‌هاي سازگاري از زندگي را ايجاد کرده است. بهتر از طبيعت از چه کس ديگري مي‌توانيم مهندسي را ياد بگيريم؟» او مي‌افزايد پروژه ضدباکتري کردن سطوح، چندمنظوره بودن فناوري نانومهرزني و مزاياي آن در صنايع مختلف را نشان خواهد داد.

پروفسور اندي هور، مدير اجرايي IMRE مي‌گويد: «حمايت قوي صنعت از اين پروژه و از خود کنسرسيوم نشان‌دهنده تأييد رسمي اين تحقيقات، تجربه موجود، فناوري به‌کار رفته و کاربردهاي واقعي آن است».

دکتر راج تامپسون، مدير اجرايي انجمن علوم و تحقيقات مهندسي A*STAR مي‌افزايد: «کار کردن با شرکت‌ها به صورت گام به گام اين اطمينان را ايجاد مي‌کند که تحقيقات ما در کمترين زمان ممکن و با بيشترين تأثيرگذاري وارد بازار شود. تقليد از طبيعت موجب ارائه برخي از خلاقانه‌ترين ايده‌ها در حوزه علوم و مهندسي مي‌شود. بسيار خوشحال هستم که تحقيقات IMRE به شرکت‌ها در حل مشکلات چالش‌برانگيز مهندسي آنها کمک خواهد کرد».

تحقيق بر روي سطوح ضدباکتري دومين پروژه صنعتي ICON به شمار رفته و موسسه تحقيقات و مهندسي مواد A*STAR و شرکت‌هايي همچون Nypro Inc. (آمريکا)، Hoya Corporation (ژاپن)، Advanced Technologies and Regenerative Medicine, LLC (آمريکا)، NIL Technology ApS(دانمارک) و Akzo Nobel (انگليس) در آن مشارکت دارند. همچنين اين اولين بار است که سه موسسه پلي‌تکنيک به نام‌هاي Singapore Polytechnic، Temasek Polytechnic و Ngee Ann Polytechnic به‌صورت مشترک و تحت شرايط خاص با شرکاي اين کنسرسيوم کار مي‌کنند.

تعريفی كوتاه از نانو تكنولوژی
در سال هاي اخير، پيشرفت هاي 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 صد هزار 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 ويژگي هاي 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 3 M 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 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.

كاربرد هاي نانو تكنولوژي
يكي از پيشوندهاي مقياس اندازه گيري در سيستم SI نانو به معني يك ميلياردم واحد آن مقياس است.براي مثال يك نانومتر معادل يك ميلياردم متر است. با توجه به اينكه يك سلول بدن بيش از صدها نانومتر است مي توان به كوچكي اين مقياس پي برد. از آنجايي كه علوم نانو بخش وسيعي برگرفته از مباحث شيمي، فيزيك، بيولوژي، پزشكي، مهندسي و الكترونيك را در بر مي گيرد،‌گروه بندي آن بسيار پيچيده است.
يكي از پيشوندهاي مقياس اندازه گيري در سيستم SI نانو به معني يك ميلياردم واحد آن مقياس است.براي مثال يك نانومتر معادل يك ميلياردم متر است. با توجه به اينكه يك سلول بدن بيش از صدها نانومتر است مي توان به كوچكي اين مقياس پي برد. از آنجايي كه علوم نانو بخش وسيعي برگرفته از مباحث شيمي، فيزيك، بيولوژي، پزشكي، مهندسي و الكترونيك را در بر مي گيرد،‌گروه بندي آن بسيار پيچيده است.
دانشمندان، علوم نانو را به چهار گروه شامل مواد (گروه اول)، مقياس ها (گروه دوم)، تكنولوژي الكترونيك، اپتوالكترونيك، اطلاعات و ارتباطات (گروه سوم) و بيولوژي و پزشكي (گروه چهارم) طبقه بندي كرده اند. اين طبقه بندي باعث سهولت در بررسي اين علوم شده است البته تداخل برخي از بخش ها در يكديگر طبيعي است. برنامه هاي توسعه اين تكنولوژي به سه بخش كوتاه مدت (كمتر از پنج سال)، ميان مدت( بين ۱۵-۵ سال) و بلند مدت (بيش از ۲۰ سال) تقسيم بندي شده است. مواد نانو ( nanomaterials ) قابليت كنترل ساختار تشكيل دهنده مواد پيشرفته (از فولادهاي ساخته شده در اوايل قرن ۱۹ تا انواع بسيار پيشرفته امروزي) در ابعاد كوچك و كوچكتر،‌ در اندازه هاي ميكرو و نانو بوده است.
هر قدر بتوانيم اين مواد را در ابعاد ريزتر و كنترل شده اي توليد كنيم خواهيم توانست مواد جديدي را با قابليت و عملكردهاي بسيار عالي به دست آوريم. تاكنون تعاريف متعددي از مواد نانو ارائه شده است اما در يك تعريف جامع مي توان گفت موادي در اين گروه قرار مي گيرند كه يكي از ابعاد اضلاع آنها از ۱۰۰ نانومتر كوچكتر باشد. يكي از اين گروهها »لايه ها« است. لايه ها يك بعدي هستند كه در دو بُعد ديگر توسعه مي يابند مانند فيلم هاي نازك و پوششها. برخي از قطعات كامپيوتر جزو اين گروه هستند. گروه بعدي شامل موادي است كه داراي دو بعد هستند و در يك بعد ديگر گسترش مي يابند و شامل لوله ها و سيمها مي شوند. گروه مواد سه بعدي در نانو شامل ذرات، نقطه هاي كوانتمي (ذرات كوچك مواد نيمه هاديها) و نظاير آنها مي شوند. دو ويژگي مهم، مواد نانو را از ديگر گروهها متمايز مي سازد كه عبارتند از افزايش سطح مواد و تاثيرات كوانتمي.
اين عوامل مي توانند باعث ايجاد تغييرات و يا به وجود آمدن خواص ويژه اي مانند تاثير در واكنشها، مقاومت مكانيكي و مشخصه هاي ويژه الكتريكي در مواد نانو شوند. همانگونه كه اندازه اين مواد كاهش مي يابد، تعداد بيشتري از اتمها در سطح قرار خواهند گرفت. براي مثال، اتم هاي موادي به اندازه ۳۰ نانومتر به ميزان ۵ درصد، ۱۰ نانومتر به ميزان ۲۰ درصد و ۳ نانومتر به ميزان ۵۰ درصد در سطح قرار دارند. در نتيجه مواد نانو با ذرات كوچكتر در مقايسه با مواد نانو با ذرات بزرگتر داراي سطح بيشتري در واحد جرم هستند. با توجه به ازدياد سطح در اين مواد، تماس ماده با ساير عناصر بيشتر شده و موجب افزايش واكنش با آنها مي شود. اين عمل منجر به تغييرات عمده در شرايط مكانيكي و الكترونيكي اين مواد خواهد شد. براي مثال سطوح بين ذرات كريستالها در بيشتر فلزات باعث تحمل فشارهاي مكانيكي بر آن مي شود. اگر اين فلزات در مقياس نانو ساخته شوند، با توجه به ازدياد سطح بين كريستالها، مقاومت مكانيكي آن به شدت افزايش مي يابد.
براي مثال فلز نيكل در مقياس نانو مقاومتي بيشتر از فولاد سخت شده دارد. به موازات تاثيرات ازدياد سطح، اثرات كوانتمي با كاهش اندازه مواد (به مقياس نانو) موجب تغيير در خواص اين مواد مي شود (تغيير در خواص بصري، الكتريكي و جاذبه). موادي كه تحت تاثير اين تغييرات قرار مي گيرند ذرات كوانتمي، ليزرهاي كوانتمي براي الكترونيك بصري هستند. همانگونه كه بيش از اين گفته شد مواد نانو، به سه گروه يك، دو و سه بُعدي طبقه بندي شده اند.

مواد نانوي يك بعدي:
اين مواد شامل فيلم هاي بسيار نازك و سطوح مهندسي است و در ساخت ابزار الكتريكي و شيميايي و مدارهاي الكترونيكي ساده و مركب كاربرد وسيعي دارند. امروزه كنترل ضخامت لايه ها تا اندازه يك اتم صورت مي پذيرد و ساختار اين لايه ها حتي در مواد پيچيده اي مانند روانكارها شناخته شده است. لايه هاي مونو كه قطر آنها به اندازه يك ملكول و يا يك اتم است، در علوم شيمي كاربرد وسيعي دارند. يكي از كاربردهاي اين لايه ها ساخت سطوحي است كه خود را بازسازي كنند. مواد نانوي دوبعدي: به تازگي كاربرد مواد نانوي دو بعدي در توليد سيم و لوله ها افزايش يافته و توجه دانشمندان را به دليل وجود خواص ويژه مكانيكي و الكترونيكي به خود جلب كرده است. در زير به چند نمونه ساخته شده در اين گروه اشاره مي شود.

نانو لوله هاي كربني، CNTs :
از رول كردن ورقهاي گرافيتي يك يا چند لايه ساخته شده و قطر آنها چند نانو و طولشان چند ميكرومتر است.ساختار مكانيكي اين مواد مانند الماس بسيار سخت است اما در محورهاي خود نرم و تاشو هستند.همچنين اين مواد هادي الكتريكي بسيار عالي هستند. نوع غير عالي نانو لوله هاي كربني مانند موليبيد يوم دي سولفايد پس از CNTs ساخته شده است.
اين مواد داراي ويژگي هاي منحصر به فردي همچون روانكاري، مقاومت در برابر ضربات امواج شوكها، واكنشهاي كاتاليزي و ظرفيت بالا در ذخيره هيدروژن و ليتيم هستند. لوله هاي مواد پايه اكسيدي مانند اكسيد تيتانيم، براي كاربردهاي كاتاليزي، كاتاليزرهاي نوري و ذخيره انرژي به صورت تجاري به بازار عرضه شده اند. نانو سيمها: اين سيمها از قرار گرفتن ذرات بسيار ريز از مواد مختلف به صورت خطي ساخته مي شوند.
نانوسيمهاي نيمه هادي از سيليكون، نيترات گاليم و فسفات اينديوم ساخته شده و داراي قابليتهاي بسيار خوب نوري، الكتريكي و مغناطيسي است و نوع سيليكوني اين سيمها مي تواند بخوبي در يك شعاع بسيار كوچك بدون آسيب رساني به ساختار سيم خم شود. اين سيمها براي ثبت مغناطيسي اطلاعات در حافظه كامپيوترها، وسايل نانوالكترونيكي و نوري و اتصال مكانيكي ذرات كوانتمي به كار مي روند.

بيوپليمرها:
انواع گوناگون بيوپليمرها، مانند ملكولهاي DNA ، در خودسازي نانوسيمها در توليد مواد بسيار پيچيده به كار مي روند. همچنين اين مواد داراي قابليت اتصال نانو و بيوتكنولوژي براي ساخت سنسور و موتورهاي كوچك هستند.

مواد نانوي سه بعدي:
اين مواد به آن گروه تعلق دارد كه قطري كمتر از ۱۰۰ نانومتر داشته باشند. مواد نانوي سه بعدي در اندازه هاي بزرگتر ساختار متفاوتي داشته و طيف وسيعي از مواد را در جهان تشكيل مي دهند و صدها سال است كه به صورت طبيعي در زمين يافت مي شوند. مواد توليد شده از عوامل فتوشيميايي، فعاليت هاي آتش فشانها، مواد محترق از پختن غذا، مواد متصاعد از احتراق سوخت ماشين ها و مواد آلاينده توليد شده در صنايع جزو اين گروه از مواد هستند. اين مواد به علت رفتار متفاوت در واكنش هاي شيميايي و بصري بسيار مورد توجه قرار دارند.
براي مثال اكسيد تيتانيوم و روي كه بصورت شفاف و فرانما، جاذب و منعكس كننده نور ماوراي بنفش در صفحات خورشيدي به كار مي روند در ابعاد نانو هستند. اين مواد كاربردهاي بسيار ويژه اي در ساخت رنگها و داروها (به ويژه داروهايي كه تجويز آنها فقط براي يك عضو مشخص بدن و بدون تاثير بر ساير اعضاست) دارند. مواد نانوي سه بُعدي شامل مواد بسياري مي شود كه به چند نمونه از آنها اشاره مي كنيم.

كربن ۶۰ ( فوله رنس Fullerenes ) :
در اوايل سال ۱۹۸۰ گروه جديدي از تركيبات كربني بنام كربن ۶۰ ، ساخته شد. كربن ۶۰ ، كروي شكل، به قطر ۱ نانومتر و شامل ۶۰ اتم كربن است كه به علت شباهت ساختار مولكولي آن با گنبدهاي كروي ساخته شده توسط مهندس معماري بنام بوخ مينستر فولر بنام »فوله رنس« نامگذاري شد.
در سال ۱۹۹۰ ، روش هاي ساخت كوانتم هاي كربن ۶۰ با مقاومت حرارتي ميله هاي گرافيتي در محيط هليم بدست آمد. اين ماده در ساخت بلبرينگ هاي مينياتوري و مدارهاي الكترونيكي كاربرد وسيعي دارند.

دِن دريمرز ( Dendrimers ) :
دن دريمرز از يك ملكول پليمر كروي تشكيل شده و با يك روش سلسله مراتبي خود سازي توليد مي شوند. انواع گوناگوني از اين مواد به اندازه هاي چند نانومتر وجود دارند. دن دريمرز در ساخت پوششها، جوهر و حمل دارو به بدن كاربرد فراواني دارند.
همچنين در تصفيه خانه ها به منظور بدام انداختن يونهاي فلزات كه مي توان به وسيله فيلترهاي مخصوص از آب جدا شوند از اين مواد استفاده مي شود.

ذرات كوانتمي:
مطالعات در مورد ذرات كوانتمي در سال ۱۹۷۰ شروع شد و در سال ۱۹۸۰ اين گروه از مواد نانوي نيمه هادي ساخته شدند. اگر ذرات اين نيمه هادي ها به اندازه كافي كوچك شوند، تاثيرات كوانتمي ظاهر شده و مي توانند ميزان انرژي الكترونها و حفره ها را كاهش دهند. از آنجايي كه انرژي با طول موج ارتباط مستقيم دارد در نتيجه خواص نوري مواد بصورت بسيار حساس قابل تنظيم خواهد شد و مي توان با كنترل ذرات، جذب يا دفع طول موج خاص در يك ماده را امكان پذير ساخت.
به تازگي با ردگيري مولكولهاي بيولوژي با كنترل سطح انرژي اين ماده، كاربردهاي جديدي از آن كشف شده است. در حال حاضر استفاده از مواد نانو رو به افزايش است و به علت خواص بسيار ويژه آنها، تحقيقات در يافتن مواد جديد همچون گذشته ادامه دارد.

كاربرد نانو تكنولوژي در كامپيوتر و الكترونيك
هدف از نگارش اين نوشتار، مرور يكي از روش هاي بكارگيري فناوري نانو است. براي مثال اين فناوري نسبتاً نو، در كامپيوتر و قطعات الكترونيكي كاربرد بسياري دارد. از مثالي كه ريچارد فايمن در سخنراني خود استفاده كرد، شروع مي كنيم. در واقع با اين مثال ميخواهيم ابعاد و اندازه هاي نانويي را با اندازه هاي خيلي كوچكي كه تكنولوژي آنها هم اكنون در دسترس است، مقايسه بكنيم. او كه جايزۀ نوبل فيزيك را دريافت كرده بود، در كنفرانس سال 1960 تحت عنوان «فضاي زيادي وجود دارد» به بحث در مورد توانايي ها و امكان ساخت مواد نانو مقياس پرداخت.
او به گونه اي خيال پردازانه، خطوطي حكاكي شده با به كارگيري باريكۀ الكتروني و با عرضي به اندازۀ چند اتم را فرض كرد كه در واقع وجود ليتوگرافي توسط باريكۀ الكتروني را پيش بيني مي كرد. در واقع فاينمن با اين سوال شروع كرد: "چرا نمي توانيم بيست و نه پوشينۀ دايره المعارف بريتانيكا را به سر يك سوزن بنويسيم؟" و ادامه داد "قطر ته سوزن 1/16 اينچ است. اگر آن را بيست و پنج هزار بار بزرگ كنيم سطح آن با كل سطح صفحات دايره المعارف برابر مي شود. پس كافي است همه نوشته ها را بيست و پنج هزار بار كوچك كنيم." اگر چه انديشه هاي فاينمن بازتاب چنداني توسط دانشمندان آن زمان نداشت؛ هم اكنون بسياري از فرضيات او به واقعيت پيوسته اند.
ريچارد فاينمن به پاس كمك هاي شايانش به الكتروديناميك كوانتومي (موضوعي بسيار دور از فناوري نانو) جايزۀ نوبل فيزيك را دريافت كرده بود. همگام با او، رويا پردازان ديگري نيز مشغول به فعاليت بودند. راف لندور فيزيكداني نظري بود كه در سال 1957 براي IBM كار مي كرد. وي ايده هايي در پيرامون نانو الكترونيك داشت و به ارزش اثرات مكانيك كوانتومي در اين زمينه پي برده بود.

1. الكترونيك و فناوري اطلاعات
انقلاب اطلاعات، جهان پيرامون ما را به شيوۀ گسترده اي تحت تاثير قرار داده است و هوده هاي آن از اثرات انقلاب صنعتي نيز پيشي گرفته است. كليد توسعه و پيشرفت در فناوري اطلاعات، دستيابي به رايانه هايي با توان بيشتر، حجم كوچك تر و قيمت ارزان تر است. در ادامه به كاربردهاي بيشتري از اين فناوري در الكترونيك و كامپيوتر مي پردازيم.

1.1 ذخيره سازي و حافظه ها
با استفاده از اين فناوري مي توان ظرفيت ذخيره سازي اطلاعات را در حد هزار برابر يا بيشتر افزايش داد. ذخيره سازي اطلاعات مبحثي بسيار مهم و ضروري است كه مي تواند به روش هاي مختلفي انجام شود. هم اكنون ظرفيت ديسك هاي مغناطيسي رايانه ها با استفاده از قانون مور افزايش يافته است و بازاري در حدود چهل ميليارد دلار را در اختيار دارد.

2.1 ساخت ماشين هاي شبيه سازنده
نانو كامپيوتر و نانو اسمبلر، دو مفهوم جديدي هستند كه در "علم نانو" مطرح مي شوند. ساخت نانو اسمبلر در واقع يك هدف نهايي و مهم در نانو تكنولوژي است. نانو اسمبلر در واقع امكان تهيۀ ماشين يا مكانيك ساختاري شبيه خودش را به وجود مي آورد. زماني كه يك نانو اسمبلر كامل در دسترس باشد تقريباً همه چيز ممكن مي شود و اين مهمترين و بزرگترين خواسته دانشمندان نانو تكنولوژي است. كدام ساده تر است؛ تهيه كپي از ماشين، يا تهيۀ ماشيني كه خودش را كپي كند؟ در مقياس ماكرو مولكولي ساختن يك كپي خيلي ساده تر از ساختن ماشيني است كه بتواند خودش را كپي كند اما در تراز مولكولي اين مساله واژگونه است؛ يعني ساختن ماشيني كه بتواند خود را كپي كند كار را براي ما بارها ساده تر از ساختن ماشين ديگر مي كند و اين مهم ترين كاربرد نانو اسمبلر مي باشد. به اين ترتيب ساختن اتوماتيك محصولات بدون نيروي كار سنتي، همانند عمل كپي در ماشين هاي زيراكس، آسان مي شود.

3.1 نيمه هادي ها؛ اساس صنعت الكترونيك كنوني
مطابق قانون مور، نعداد ترانزيستور ها در يك مدار الكترونيكي، در هر 12 تا 24 ماه دو برابر مي شود. به اين معني كه مدارها با گذر زمان فشرده و پيچيده تر خواهند شد. اگر چه اين قانون در دهه هاي گذشته راست بود، اما فناوري ليتوگرافي با محدوديت براي كوچك تر كردن عناصر است؛ به طوري كه پيش بيني مي شود صنعت نيمه هادي در 10 سال آينده به مرز كوچك سازي برسد. به اين ترتيب نياز است كه فناوري جديدي وارد عمل شود تا كوچك سازي مدارها را انجام دهد. از دهۀ 1920 دانشمندان دريافتند كه ويژگي هاي مواد مانند استحكام و قابليت هدايت الكتريكي با ساختار اتمي و مولكولي آنها تعيين مي شود. بعد ها دانش فوق منجر به ساخت مواد نيمه هادي شد كه پايۀ صنعت الكترونيك كنوني است. در صنعت كامپيوتر، قابليت نانو ماشين ها براي كوچك كردن ترانزيستورها رو تراشه هاي سيليكوني مي تواند انقلابي در اين زمينه بوجود آورد. به اين ترتيب نياز است كه فناوري نو و تازه اي بكارگرفته شود تا كوچك سازي مدارها را انجام دهد.

4.1 ابر خازن هاي الكتروشيميايي
ابر خازنها داراي ظرفيت بالايي مي باشند و به صورت بالقوه قابل استفاده در قطعه هاي الكترونيكي هستند. اين ابر خازن ها داراي دو الكترود هستند كه به وسيلۀ يك مادۀ عايق كه در قطعه هاي الكترو شيميايي داراي رسانايي يوني مي باشد، از هم جدا مي شوند. ظرفيت يك ابر خازن شيميايي نسبت واژگونه با بار روي الكترود، و شمارگر بار در الكتروليت دارد. از ابر خازن هاي نانو لوله، براي ذخيرۀ انرژي استفاده مي شود. به طور كلي گفته مي شود كه توجه بيشتر در اين مورد، با ذخيرۀ بار فرق مي كند.

2. الكترونيك مولكولي

1.2. نانو تيوب هاي كربني در نانو الكترونيك
نانو تيوب هاي كربني داراي كاربردهاي بسيار در زمينۀ نانو الكترونيك و همچنين نانو كامپيوترها دارند. از كاربردهاي بي شمار نانو لوله ها مي توان به كارگيري به عنوان عايق، رسانا و نيمه رسانا و يا نيمه هادي استفاده كرد.

1.1.2. خواص رسانايي الكتريكي در نانو تيوب ها
نانو لوله ها بسته به بردار كايرالشان رسانندگي متفاوتي از خود نشان مي دهند. البته رسانايي آنها به قطر نانو لوله ها نيز بستگي دارد؛ به اين صورت كه نانو لوله هايي با قطر كوچك، رسانا يا نيمه رسانا هستند. نانو لوله هاي تك ديواره با بردارهاي كايرال متفاوت، ويژگي هاي متفاوت با يكديگر دارند. از جمله فعاليت اُپتيكي، استحكام مكانيكي و هدايت الكتريكي آن ها با هم فرق دارد. از انواع نانو لوله ها از نگر رسانايي، نانو تيوب هاي زيگزاگ، آرميچر و نا متقارن هستند. همه ي ساختارهاي ممكن نانو لوله تك ديواره با بردارهاي كايرال با انتقال يافتن دو محدوده اي كه در شكل نشان داده شده است مي تواند شكل گيرد، كه n و m صحيح اند و در نانو لوله هاي زيگزاگ، θ<30 يا m≤n مي باشد. جهت محور نانو لوله عمود بر بردار كايرال است. Ch در نانو لوله هاي كربني از na1+ma2 به دست مي آيد كه a1 و a2 بردارهاي شبكه و كوچكترين قطرهاي شش ضلعي نانو لوله ها هستند و m و n اعدادي صحيح اند. بردار كايرال با بردار Ch = na1+ma2 و زاويۀ كايرال با محور زيگزاگ تعريف مي شود.

2.1.2. انواع نانو لوله ها از نگر رسانايي
اگر زاويۀ 0= θ يا n,0 ، نانو لوله از نوع زيگزاگ خواهد بود. در صورتي كه ( n-m)/3 شماري صحيح باشد نانو لوله از نوع فلزي است. در غير اين صورت از نوع نيمه هادي است.
در صورتي كه 30= θ يا n≤m باشد، نانو لوله از نوع آرميچر خواهد بود. نانو لوله هاي آرميچر همه از نوع فلزي هستند.
در غير از اين دو حالت فوق، نانو لوله از نوع متقارن يا كايرال است كه داراي خواص رسانايي بسيار كمي مي باشد.
n ≠ m , n ≠ 0

2.2 الكترونيك مولكولي با نانو لوله ها
مثال هايي از كاربرد بالقوۀ نانو لوله ها به عنوان قطعه هاي گسيلندۀ ميداني را مي توان نمايش دهنده هاي صفحات تخت، لوله هاي تخليۀ گاز در شبكه هاي مخابراتي، تفنگ هاي الكتروني براي ميكروسكوپ الكتروني، سوزن هاي ميكروسكوپ اتمي روبشي و تقويت كننده هاي ميكرو موج نام برد.

3.2سيستم هاي نانو الكترو مكانيكي ( NEMS )
سيستم هاي ميكروالكترومكانيكي ( MEMS ) عمدتاً مانند ويفرهاي سيليكوني به روش فتوليتوگرافي ساخته مي شوند. اين سيستم ها در ابزارهايي مانند سنسورها، پمپ ها و روتورها استفاده مي شوند. در حال حاضر، MEMS يك صنعت 11 ميليارد دلاري است. در اين زمينه حركت از مقياس ميكرو به سمت نانو، امكانات و قابليت هاي جديدي را براي سيستم هاي الكترومكانيكي ايجاد مي كند. با وجود اين، فقدان انگيزه هاي كافي اقتصادي براي كوچك كردن ماشين ها تا مقياس نانو، باعث شده است كه تكامل سيستم هاي نانو الكترومكانيكي از روند آرامي برخوردار باشد.
يكي از اهداف نانو فناوري پيشرفت در زمينۀ الكترونيك و علوم كامپيوتر، براي ساخت حافظه ها و تراشه ها با قابليت بيشتر، و هزينۀ كمتر است. همان طور كه در بالا توضيح داده شد، دستيابي به اهداف در اين زمينه نقص هاي بسياري در ماشين ها را برطرف خواهد كرد. به خصوص حافظه ها و اسمبلرها، كه انقلاب عظيمي در صنعت الكترونيك، در حوزۀ فناوري نانو خواهد بود.
منابع :
- سيم چي،ع. آشنايي با نانو ذرات، انتشارات موسسۀ انتشاراتي دانشگاه صنعتي شريف،1387، 23-76
- حبيبي، س. محمدي شادپور،م. نانو تكنولوژي و پيدايش كاربردهاي جديد، انتشارات الماس دانش، 1387، 23-55.
- جهانشاهي،م. نانو فناوري زيستي و نانو فناوري مولكولي، انتشارات جهان نو، 1388، 10-12.
- انجمن علمي دانشجويي نانوتكنولوژي دانشكده فني دانشگاه تهران، نانوتكنولوژي آئينه تكنولوژي آفرينش، كميتة مطالعات سياست نانوتكنولوژي، 1387، 11.
- Santos PS. Tecnologia de Argilas aplicada a Argilas Brasileiras. Sa˜o Paulo: Sa˜o PauloUniversity; 1975 .
- Ramsharan Singh and Prabir K. Dutta, MFI: A Case Study of Zeolite Synthesis,1990, 10-17
- G Papaccio, B Deluca, FA Pisanti. J Cell Biochem 71:479–490, 1998 .
- J Capiaumont, C Legrand, D Carbonell, B Dousset, F Belleville, P Nabet. J Biotechnol 39:49–58, 1995 .
Laboratoire de Mate´riaux a` Porosite´ Controˆle´e, UMR-7016 CNRS, ENSCMu, UniVersite´ de Haute Alsace,3, rue Alfred Werner, 68093 Mulhouse Cedex, France, Nanozeolites: Synthesis, Crystallization Mechanism, and Applications, Chem. Mater. 2005, 17, 2494-2513

کاربردهای فناوری‌نانو در صنعت مواد غذایی
●مقدمه
برگزاری همایش‌‌هایی با موضوع فناوری‌نانو، راه‌اندازی کنسرسیوم‌هایی برای مواد غذایی بهتر و سالم‌تر، همچنین بالا بردن آگاهی مردم از طریق رسانه‌ها، مؤید تأثیرگذاری فناوری‌نانو بر صنایع غذایی است. انواع کاربردهای نانو در این زمینه شامل بسته‌بندی‌های هوشمند، مواد نگهدارنده و مواد خوراکی تعاملی ( interactive ) است، که به مصرف‌کنندگان اجازه می‌دهد موادغذایی را با توجه به ذائقه و نیازغذایی مورد نظرشان تغییر دهند.
بیشترغول‌های تولید کننده موادغذایی مانند Nestle,Kraft,Heinz و Unilever برنامه‌های تحقیقاتی مشخصی در این زمینه دارند تا بتوانند سهم بازار خود را در دهه‌های آینده حفظ کنند. این بدان معنا نیست که مواد غذایی به‌طور اتمی تغییر پیدا کنند و یا با نانوماشین‌ها تولید شوند، زیرا آرزوی تولید غذاهای مولکولی با کمک نانو ماشین‌ها فعلاً عملی نیست.
با علم به قابلیت‌های فناوری‌نانو امید است، بتوان سیستم‌های فعلی فراوری مواد غذایی را تغییر داده، محصولاتی مطابق با فرهنگ تغذیه سالم به بازار عرضه كرد. محققان همچنین امیدوارند بتوانند با استفاده از مواد افزودنی، کیفیت مواد غذایی و هضم و جذب غذا را در بدن افزایش دهند. اگر چه بعضی از این اهداف دور از انتظار به نظر می‌رسد، اما امروزه صنایع بسته بندی از فناوری‌نانو در محصولات خود کمک می‌گیرند.

۱. بسته‌بندی و سلامت مواد غذایی
پیشرفت در بسته بندی هوشمند برای افزایش عمر مفید محصولات غذایی، هدف بسیاری از شرکت‌هاست. این سیستم‌های بسته‌بندی قادر خواهند بود پارگی‌ها و سوراخ‌های کوچک را با توجه به شرایط محیطی (مانند تغییرات دما و رطوبت) ترمیم و مصرف کننده را از فساد ماده غذایی آگاه سازند. فناوری‌نانو می‌تواند در مواردی مانند افزایش مقاومت به نفوذ در پوشش‌ها، افزایش ویژگی‌های دیواره (مکانیکی، حرارتی، شیمیایی ومیکروبی)، افزایش مقاومت در برابر گرما، گسترش ضد میکروب‌های فعال و سطوح ضد قارچ کارساز باشد.
چشم اندازهای مالی فناوری‌نانو، صنایع بسته‌بندی را پررونق نشان می‌دهد. سهم بازار این صنعت در حال حاضر حدود ۱.۱ میلیارد دلار است و پیش‌بینی‌ می‌شود تا سال ۲۰۱۰ به ۷.۳ میلیارد دلار آمریکا برسد. با این وجود، صنعت بسته‌بندی هوشمند از آنچه پیش‌بینی شده بود جلوتر رفته و نشانه‌های تکامل آن به خوبی پیداست. تحقیقات سازمان مالی Frost and Sullivan نشان داد که علاقه مشتریان به مواد غذایی سالم و تازه در بسته‌بندی‌های مناسب، موجب پیشرفت این صنعت شده است. سازمان های زیادی وجود دارند که در زمینه سیستم‌های بسته‌بندی هوشمند فعالیت می‌کنند، ازجمله شرکت تولیدکننده مواد غذایی Kraft كه با همکاری دانشگاه راتگرز در حال فعالیت روی پروژه زبان الکترونیکی ( electronic tongue ) است تا آن را به بسته‌بندی‌ها اضافه کند. این نوع بسته‌بندی شامل رشته‌ای از نانوحسگرهاست که نسبت به گازهایی که از مواد غذایی آزاد و موجب فساد آنها می‌شوند، به شدت حساس بوده و تغییر رنگ می‌دهند که این تغییر رنگ، علامت واضحی از سلامت یا فساد ماده غذایی است.
شرکت Bayer Polymer کیسه‌ای پلاستیکی با نام Durethan KU ۲-۲۶۰۱ تولید کرده است که از محصولات موجود در بازار سبک تر و محکم تر است، همچنین مقاومت بیشتری در برابر گرما از خود نشان می‌دهد. هدف اولیه از تولید پلاستیک‌های بسته‌بندی مواد غذایی، جلوگیری از خشک شدن محتویات آنها و محافظت در مقابل رطوبت و اکسیژن است. پوشش جدید غنی از نانوذرات سیلیکات است. این نانوذرات تا حد زیادی از نفوذ اکسیژن، گازهای دیگر و رطوبت جلوگیری می‌کنند و فساد مواد غذایی را به تعویق ‌می اندازند.
سازمان‌های دیگر به کمک فناوری‌نانو در حال یافتن راهی برای تشخیص فساد مواد غذایی هستند. به عنوان مثال شرکت AgroMicron ، افشانه تشخیص دهنده نانوبیولومینسانس را ساخته که شامل پروتئین لومینسانت است. در این طرح، افشانه سطح میکروب‌هایی مانند Salmonella و E.coli را ‌پوشانده، و از خود نوری ساطع می‌کند و به این روش فساد مواد غذایی تشخیص داده می‌شود. این شرکت امیدوار است بتواند محصول مورد نظر را با نام BioMark وارد بازار کند. در حال حاضر این شرکت در حال ساخت افشانه‌‌هایی با روش‌‌های جدید است تا بتواند از آنها در حمل و نقل دریایی استفاده کند.
در راهبرد مشابه، برای اطمینان از سلامت مواد غذایی، محققان اتحادیه اروپا در پروژه Good Food از نانوحسگرهای قابل حمل برای یافتن مواد شیمیایی مضر، پاتوژن‌ها و سم‌‌ها در مواد غذایی استفاده می‌کنند.
با این کار، دیگر نیازی به فرستادن نمونه‌های مواد غذایی به آزمایشگاه برای تشخیص سلامت و کیفیت محصولات در کشتزارها و کشتارگاه‌ها نیست. همچنین این پروژه، در حال توسعه به کارگیری زیست تراشه‌های DNA برای کشف پاتوژن‌هاست. این روش می‌تواند در تشخیص باکتری‌های مضر و متفاوت موجود در گوشت یا ماهی و یا قارچ‌های میوه مؤثر باشد. این پروژه در نظر دارد با گسترش میکروحسگرهای رشته‌ا‌ی، بتواند آفت‌کش‌های میوه و سبزیجات را به همان خوبی که شرایط محیطی کشتزارها را کنترل می‌کند تشخیص دهد. این نوآوری به نام حسگرهای Good Food نامیده می‌شود.
پروژه سرمایه‌گذاری شده اتحادیه اروپا به نام BioFinger که هدف آن، ساخت ابزارهای ارزان با توان تشخیص آسان در سلامت محیط زیست است، فعالیت دیگری در زمینه آنالیز مواد غذایی دارد. در ابزارهایی که از حامل ( cantilever ) استفاده می‌کنند، روش بدین صورت است که تیرک ( Tip ) با ماده شیمیایی پوشانده شده و در برخورد با مولکول‌های خاصی، سیگنال ایجاد می‌کنند. BioFinger با استفاده از این حامل‌ها که به یک میکروتراشه متصل است کوچک‌تر و قابل حمل می‌شود.
ارتش آمریکا در حال ساخت حسگرهای فوق‌العاده‌ای‌ است که از آنها در مقابل حمله‌کننده‌ها به مواد غذایی استفاده می‌شود. در سیستم های کنونی چندین روز طول می‌کشد تا وجود پاتوژن‌ها در مواد غذایی تشخیص داده شود. تشخیص سریع پاتوژن‌ها به وسیله این حسگرها به زودی باعث فراگیر شدن این فناوری در صنعت مواد غذایی خواهد شد.
محققان دانشگاه بُن در حال ساخت پوشش‌های دفع کننده آلودگی برای بسته‌بندی‌ها با استفاده از اثر لوتوس (نیلوفر آبی) (قطره آب از سطح برگ‌های نیلوفر آبی می‌لغزد و در نتیجه هرم‌های موم مانند نانومقیاس، سطح برگ را می‌پوشاند) هستند. کشتارگاه‌ها و محل‌های فرآوری گوشت نیز می‌توانند از این فناوری استفاده کنند. گروه تحقیقاتی دانشگاه انگلیسی لیدز دریافتند که نانوذرات اکسید منیزیم و اکسید روی باعث از بین بردن میکروارگانیزم‌ها می‌شوند. استفاده از این مواد بسیار ارزان‌تر از نانوذرات نقره است و می‌توانند کاربرد زیادی در بسته‌بندی مواد غذایی داشته باشند. فناوری شناخت فرکانس‌های رادیویی ( RFID ) در بیش از ۵۰ سال پیش توسعه یافت، ولی امروزه این فناوری راه خود را برای کنترل مواد غذایی در مغازه‌ها پیدا کرده است.
در این فناوری با استفاده از میکروپردازشگر‌ها می‌توان داده‌ها را به گیرنده‌های بی‌سیم ارسال کرد. امروزه می‌توان از این روش برای کنترل اقلام غذایی از انبار تا دست مصرف‌کننده بهره گرفت. برخلاف بارکدها که نیاز به اسکن دستی و خواندن یک به یک دارند، برچسب‌های RFID نیازی به خوانده شدن خطی نداشته و امکان خواندن تعداد زیادی از آنها در یک ثانیه وجود دارد. فروشگاه‌های زنجیره‌ای مانند Wal Mart ، Home Depot گروه Metro و Tsco در حال آزمایش این فناوری هستند. ضعف اصلی این روش، افزایش هزینه تولید است که نتیجه ساخت سیلیکونی آن می‌باشد. با ترکیب فناوری‌نانو و الکترونیک (نانوترونیک) این برچسب‌ها ارزان‌تر و کاراتر شده، همچنین پیاده‌سازی آنها آسان‌تر می‌شود.
گروهی از دانشمندان شمال اروپا، کنسرسیوم نانوغذایی را با هدف توسعه کاربردهای فناوری‌نانو دراین صنعت و با تأکید بر مواد غذایی سالم و مطمئن تشکیل داده‌اند. این مجمع، متشکل از شرکت‌های Arla Foods, Danisco A/S, Ar hus United A/S, Danish Crown amba و مرکز میان رشته‌ای نانوعلوم است.
با تأکید بر فراهم آوردن مواد غذایی سالم برای مشتریان، اولویت‌های این کنسرسیوم عبارت از توسعه حسگرهایی که قادر به تشخیص سریع سم در ترکیبات و یا باکتری‌های مضر در نمونه‌های غذایی باشند، گسترش سطوح ضد باکتری برای ماشین‌هایی که در تولید مواد غذایی به‌کار می‌روند، گسترش ساخت پوشش‌های محکم‌تر و ارزان‌تر، تولید مواد غذایی با ترکیبات خوراکی سالم‌تر می‌باشد.
تحقیقات مرکز دانمارک در بخش پژوهش‌های پیشرفته غذایی ( LMC ) که از همبستگی مؤسسات دانمارکی فعال در زمینه علوم غذایی تشکیل شده‌اند، برنامه‌های خود را در چارچوب هفتمین برنامه خود به صورت زیر اعلام می‌دارد:
درک پایه‌ای از مواد غذایی و تغذیه حیوانات برای نوآوری هوشمند؛
سیستم‌های زیست‌شناسی در تحقیقات غذایی؛
بازنگری زیستی در بخش محصولات غذایی؛
پیشرفت‌های فناوری؛
علم مواد خوراکی؛
نوآوری‌هایی بر اساس نیاز مشتری و ارتباطات غذایی.
آنها معتقدند تمرکز روی این برنامه‌ها می‌تواند موجب دستیابی کامل و چند جانبه در تحقیقات و توسعه مواد غذایی در اروپا شود. همچنین امیدوارند از نانوموادی با ویژگی‌های کاربردی به منظور استفاده در نانوحسگرها و فناوری ‌نانوسیالات در صنایع غذایی استفاده کنند. پیشرفت در مواد بسته‌بندی هوشمند، امکان کنترل شرایط محصولات در طول حمل و نقل و استفاده از روش‌های بسته‌بندی مبتنی بر زیست‌شناسی را برای ما مهیا می‌سازد.

۲. فراوری مواد غذایی
فناوری‌نانو علاوه بر بسته‌بندی، تأثیر زیادی روی گسترش مواد غذایی کاربردی و تعاملی دارد؛ موادی که به نیازهای بدن پاسخ داده، می‌توانند در رسانش مواد غذایی مؤثر باشند. گروه‌های تحقیقاتی مختلفی در حال کار روی ساخت مواد غذایی جدید بر اساس تقاضا هستند. این مواد به صورت غیر فعال در بدن باقی می‌مانند و مواد غذایی را در صورت نیاز به سلول‌ها می‌رسانند. عنصر کلیدی این بخش، توسعه نانوکپسول‌هایی است که با استفاده از آنها در مواد غذایی می‌توان کار رسانش را به خوبی انجام داد. از پیشرفت‌های دیگر در فرآوری مواد غذایی، افزودن نانوذرات به مواد خوراکی برای افزایش جذب آنها در بدن است.
یکی از بهترین نانوایی‌ها در غرب استرالیا در استفاده از نانوکپسول‌هایی که شامل روغن ماهی تن (منبع غنی از اسیدهای چرب امگا ۳) بوده‌اند؛ موفق بوده است. این مرکز از نانوکپسول‌ها در پرفروش‌ترین نوع نان خود به نام tip-top استفاده می‌کند و این ذرات فقط هنگامی باز و شکسته می‌شوند که وارد معده شوند، به این ترتیب از مزه ناخوشایند روغن ماهی جلوگیری می‌شود.
شرکت Nutralease در رژیم اشغالگر قدس، از فناوری ساختارهای مایع خودآرای نانومقیاس ( NSSL ) برای رسانش مواد غذایی استفاده می‌کند. این ذرات به شکل مایسل (کره‌های توخالی که از چربی ساخته شده و درون آن آب است) با قطر حدود ۳۰ نانومتر هستند. مواد خوراکی یا nutraceuticals دارای آب درونی هستند و می‌توانند برای حمل موادی مانند لیکوپن، بتا-کاروتن، لوتین، فیتوسترول ها، CoQ ۱۰ و DHA/EPA مورد استفاده قرار بگیرند. این ذرات به ترکیبات اجازه می‌دهند که به راحتی از طریق معده وارد رگ‌های خونی شوند. بنابراین دسترسی زیستی آنها افزایش می‌یابد. این فناوری را در حال حاضر کارخانجات Shemen برای رسانش روغن فعال Canola وارد بازار كرده‌اند. این شرکت ادعا می‌کند می‌تواند جذب کلسترول را در کیسه صفرا تا ۱۴ درصد کاهش ‌دهد.
تعدادی از شرکت‌های شیمیایی در حال تحقیق روی افزودنی‌هایی هستند که بدن به راحتی قادر به جذب آنهاست و می‌توانند عمر مفید محصولات را افزایش دهند. سازمان بین‌المللی علوم رسانش زیستی در حال توسعه نانوحلزون‌هایی با ذرات پیچشی ۵۰ نانومتری است که می‌تواند در رسانش موادی مانند ویتامین‌ها، لیکوپن و اسیدهای چرب امگا۳ به سلول‌ها به کار گرفته شود، بدون اینکه در مزه و رنگ مواد غذایی تأثیر داشته باشد.
صنایع غذایی Kraft ، گروهی محقق از ۱۵ دانشگاه مختلف را تشکیل داده است تا با کمک فناوری‌نانو در مورد غذاها تحقیق کند. این مورد به مصرف‌کنندگان اجازه می‌دهد تا بین رنگ‌ها و طعم‌های مختلف انتخاب کنند. این مجمع همچنین روی توسعه مواد غذایی هوشمند با کمک نانوحسگرها، که باعث آزاد سازی تدریجی موادغذایی می‌شود فعالیت می‌کند. این نانوکپسول‌ها با مواد غذایی ترکیب می‌شوند ولی تا زمان مناسب، غیر فعال باقی می‌مانند. تمامی پیشرفت‌های جدید موجب می‌شود مفهوم موادغذایی کامل به واقعیت نزدیک شود و انتظار می‌رود تا فواید دیگری در زمینه انرژی، عملکردهای تشخیصی، کاربردهای ایمنی بهتر و توسعه محصولات ضد پیری برای مصرف‌کنندگان وجود داشته باشد.
امروزه از فناوری‌نانو در صنایع آرایشی مانند ساخت کرم‌های شفاف استفاده می‌شود. شرکت Royal BodyCare ، که از فناوری‌نانو علوم غذایی استفاده می‌کند محصول جدیدی با نام NanoCeuticals را وارد بازار کرده، که امولسیونی از ذرات با قطر کمتر از ۵ نانومتر است. این شرکت ادعا می‌کند این محصول، رادیکال‌های آزاد را جمع آوری کرده، آب رسانی را بالا برده و pH بدن را تنظیم می‌کند. این شرکت همچنین در حال توسعه نانوخوشه‌‌ها و پودرهای نانومقیاسی است که با مکمل‌های غذایی ترکیب می‌شوند و هنگام مصرف، قدرت جذب مواد غذایی را در بدن افزایش می‌دهند.
شرکت‌های مواد غذایی و آرایشی در همکاری با یکدیگر به دنبال سازوكاری جدید برای رسانش ویتامین‌ها و جذب مستقیم آنها از پوست هستند. به عنوان مثال شرکت Nestle که ۴۹ درصد از سهام شرکت LOreal را داراست در حال ساخت کرم ضدآفتاب شفافی است که ویتامین E را مستقیم به پوست می‌رساند. هدف، ساخت کرمی است که به وسیله پوست جذب شده و ویتامین E را به آرامی آزاد کند، به‌علاوه دارای ماده محافظ UV نیز باشد. در حال حاضرکرم‌های شفاف ضد UV در بازار موجود است و LOreal انتظار دارد این کرم با کاربردهای بیشتری بازار را در برگیرد.
رقیبان دیگر مانند Estee Lauder در حال ساخت فرمول‌های ضد پیری هستند که از نانوذرات تشکیل شده‌است. شرکت آمریکایی Oilfresh محصول نانوسرامیکی جدیدی وارد بازار کرده که مصرف روغن را در رستوران‌ها و غذاهای آماده به نصف کاهش می‌دهد. در نتیجه این تغییر بزرگ، از اکسید شدن محصولات به دلیل چربی‌های درون روغن جلوگیری می‌شود. مورد دیگر این است که روغن سریع‌تر داغ شده و انرژی مورد نیاز برای پخت کاهش می‌یابد.
اخیراً دانشگاه واخنینگن در هلند مرکز تحقیقاتی را تأسیس کرده که در حال کار روی کاربرد فناوری‌نانو در صنایع غذایی است. مرکز بیوفناوری واخنینگن روی موضوعات مختلفی ازجمله تشخیص کیفیت و سلامت غذا، پوشش‌دار کردن و رسانش مواد غذایی، میکرو و نانو ابزارهایی برای پردازش‌های شیمیایی و فیزیکی، زیست شناسی شیمیایی، نانو سم شناسی؛ بررسی فناوری و علم مشتری متمرکز شده است.
شرکت آلمانی Aquanova در حال توسعه فناوری جدیدی است که در آن دو ماده فعال را با هم ترکیب کرده و در کاهش چربی از طریق نانوحامل‌ها (کره‌های تو خالی با قطر ۳۰ نانومتر) استفاده می‌کند. این نوآوری می‌تواند دستیابی جدیدی در کنترل وزن باشد. شرکت NovaSOL Sustain از CoQ ۱۰ برای کاهش چربی اسیدهای alpha-lipoic برای رفع گرسنگی استفاده می‌کند. همچنین این فناوری برای تولید ویتامین‌هایی مانند SoluE که از دسته ویتامین‌های E است و همچنین SoluC که از دسته ویتامین‌های C است استفاده می‌شود.
در یک راهبرد متفاوت، شرکت Unilever در حال تولید بستنی‌های کم چرب با کاهش ذرات امولسیون است. با این عمل امید است که استفاده از این ذرات، میزان چربی را تا ۱۶ درصد کاهش دهد. مرکز بین‌المللی Woodrow Wilson ، مؤسسه بورس تحصیلی در آمریکا، پایگاه داده‌ای از مشتریان بازار فناوری‌نانو تشکیل داده و به‌زودی ۱۵ مورد را که ارتباط مستقیم با صنایع غذایی دارند اعلام می‌کند. این فهرست شامل nanocetical های تولیدی شرکت RBC ، Life Science و روغن فعال Canola ی صنایع Shemen و نانوذرات نقره استفاده شده در یخچال‌های شرکت LG می باشد.

۳. جمع بندی
امروزه بسیاری از کشورهای جهان به توانایی فناوری‌نانو در صنایع غذایی پی برده‌اند‌‌و در حال سرمایه‌گذاری قابل‌توجهی در این راه هستند. مؤسسه استاندارد مواد‌غذایی انگلستان ( FSA ) تحقیقاتی برای دستیابی به توانایی استفاده از فناوری‌نانو در غذا و مشخصاً بسته‌بندی موادغذایی ترتیب داده‌است. همزمان دولت این کشور نیز بودجه بیشتری برای تحقیق و توسعه در زمینه غذاهای کاربردی، سیستم‌های رسانش موادغذایی و شیوه‌های بهینه‌سازی ظاهر غذا مانند رنگ، مزه و غلظت در نظرگرفته است.
با افزایش تأثیرات فناوری‌نانو بر صنایع‌غذایی و ورود این محصولات به بازار مصرف، اهمیت سلامت این دسته از مواد‌غذایی بیشتر مطرح می‌شود. این نیاز، پذیرش فناوری‌نانو را در کاربردهای حسی، قوی‌تر خواهد کرد، و از همین راه می‌توان به سلامت مواد‌غذایی پی برد. مانند نوعی فناوری که نزدیک بودن تاریخ انقضای مواد‌غذایی را به خریداران و فروشندگان هشدار می‌دهد. پوشش‌های ضد‌میکروبی جدید و کیف‌های پلاستیکی دفع‌کننده آلودگی، پیشرفت‌ چشمگیری در اطمینان از سلامت و امنیت غذاهای بسته‌بندی داشته‌اند. اگرچه توجه زیادی به کاربرد فناوری‌نانو در صنایع‌غذایی و محصولات موجود در بازار شده‌است، اما هنوز هم توانایی‌های استخراج نشده بسیاری مانند آنچه قبلاً در بحث دستکاری ژنتیکی عنوان شد وجود دارد.
مؤسسه علوم و فناوری غذایی انگلستان، در گزارشی نشان داده است كه داده‌های مطمئن بیشتری مورد نیاز است تا بتوان نانوذرات را به مواد غذایی اضافه کرد. این گزارش اشاره می‌کند که قوانین جاری، شرکت‌ها را برای برچسب‌زدن روی اقلامی که شامل نانوذرات است مجبور نمی‌کند، بنابراین بعید است مشتریان بتوانند از وجود این مواد در اقلام غذایی مطلع شوند. گفته می‌شود برای ارزیابی سلامت این دسته از مواد غذایی باید به تأثیرات اندازه ذرات در کنار نوع ترکیبات توجه شود.
گروه ETC همچنین برخی شركت‌های مهم و دانشگاه‌های فعال را به تلاش برای به انحصار درآوردن غذاهای جدید (از طریق ثبت اختراع) متهم كرده است؛ زیرا این كار می‌تواند برای بسیاری از شركت‌های مبتكر در كشورهای در حال توسعه، مانع ایجاد كند.
سرانجام روزی خواهد رسید که موادغذایی را از ترکیبات اتمی و مولکولی بسازیم که در اصطلاح به آن تولید مواد غذایی مولکولی گفته می‌شود. امروزه برخی گروه‌های تحقیقاتی در حال بررسی این زمینه هستند، ولی هنوز با روش بالا به پایین، استفاده از سلول‌ها بیش از مولکول‌هاست. اگر‌چه استفاده کاربردی از این فناوری در آینده دور امکان‌پذیر است، اما انتظار می‌رود این پیشرفت بتواند راه را برای گسترش پردازش محصولات غذایی مؤثرتر و ماندگارتر باز کند که در این صورت مواد خام کمتری مصرف شده و غذاهایی با کیفیت بالاتر به دست می‌آید.

جهان ریاضیات در فضای نانو
نويسنده: شاهرخ رضایی

این مقاله می‌کوشد تا چالش های دنیای ریاضیات را در مواجهه با دنیای شگفت‌انگیز نانو بررسی کند. به عبارت دیگر، ریاضیات در معماری پازل نانو چه نقشی خواهد داشت؟
علوم نانو و فناوری نانو بیانگر رهگذری به سوی دنیایی جدید هستند. سفر به اعماق سرزمین اتمها و مولکولها نوید دهندة اثراث اجتماعی شگفت‌انگیزی است: در علوم بنیادین، در فناوریهای نو، در طراحی مهندسی و تولیدات، در پزشکی و سلامت و در آموزش.
پیش‌بینی‌های گسترده در حوزه کشفیات جدید، چالش ها، درک مفاهیم، حتی هنوز فرم و محتوای موضوع، مه‌آلود و اسرارآمیز است. این مقاله می‌کوشد تا چالش های دنیای ریاضیات را در مواجهه با دنیای شگفت‌انگیز نانو بررسی کند. به عبارت دیگر، ریاضیات در معماری پازل نانو چه نقشی خواهد داشت:
همگان بر این نکته توافق دارند که پیشرفت های بزرگ، مستلزم تعامل میان مهندسان، ژنتیست‌ها، شیمیدانان، فیزیکدانان، داروسازان، ریاضیدانان و علوم رایانه ای ها است. شکاف میان علوم و فناوری، میان آموزش و پژوهش، میان دانشگاه و صنعت، میان صنعت و بازار بر مجموعه تأثیرگذار خواهد بود. دلایل کافی مبتنی بر فصل مشترک میان نظام های کلاسیک و فرهنگ ها موجود است.
این انقلاب علمی و فناورانه، منحصر به فرد است. این بدین معنی است که می‌بایستی نه تنها در بعد علمی، که در سایر ابعاد، نیز زیرساختهای بنیادین با حداکثر انعطاف پذیری در برابر تغییرات را پیش‌گویی و پیش‌بینی کنیم.
دانش ریاضیات به عنوان خط مقدم جبهة علم مطرح است. ویژگی بدیهی ریاضیات در علوم نانو «محاسبات علمی» است. محاسبات علمی در فناوریی که به عنوان فناوری انقلابی مطرح شده است. محاسبات علمی در طول، تفسیر آزمایشات، تهیة پیش‌بینی در مقیاس اتمی و مولکولی بر پایة تئوری کوانتومی و تئوریهای اتمی است.
همانگونه که ریاضیات زبان علم است، محاسبات، ابزاری عمومی علم و کاتالیزوری برای تعاملات عمیق‌تر میان ریاضیات و علوم است. یک تیم محاسبات، دربارة مدلشان و اثر محاسباتشان و تطبیق‌پذیری آن با واقعیت، به بحث می‌پردازند. «‌محاسبات» رابطی میان آزمایش و تئوری است. یک تئوری و یک مدل ریاضی، پیش نیاز محاسبات است و یک آزمایش تنها اعتبار بخش هر نوع تئوری، مدل و محاسبات است.
مدلهای ریاضی، ستونهای راهگشا به سوی بنیاد علم و تئوریهای پیش بین هستند. مدلها، رابطهایی بنیادین در پروسه‌های علمی هستند و اغلب اوقات در سیستم‌های آموزشی به فاز مدلسازی و محاسبات، تأکید کافی نمی‌شود. یک مدل ریاضی بر پایة فرمولاسیون معادلات و نامعادلات اصول بنیادین استوار است و مدل درگیر با درک کامل پیچیدگیهای مسأله نظیر، جرم، اندازة حرکت و توازن انرژی است. در هر سیستم فیزیکی واقعی تقریب اجازه داده می‌شود، تا مدل را در یک قالب قابل حل عرضه کنند. اکنون می‌توان مدل را یا به صورت «تحلیلی» و یا بصورت «عددی» حل کرد. در این حالت مدلسازی ریاضی یک پروسه پیچیده است،زیرا می‌بایستی دقت و کارآیی را همزمان نشان دهد.
در علوم نانو و فناوری نانو، مدلسازی نقش محوری را بر عهده دارد، بویژه وقتی که بخواهیم عملکرد ماکروسکوپی مواد را از طریق طراحی در مقیاس اتمی و مولکولی کنترل کنیم، آن هم در شرایطی که درجات آزادی زیاد باشد. مدلسازی ریاضی یک ضرورت در این فضای مه آلود است. تفسیر داده‌های آزمایشگاهی یک ضروت حتمی است. همچنین برای هدایت، تفسیر، بهینه سازی، توجیه رفتارهای آزمایشگاهی، مدلسازی ریاضی ضرورت می‌یابد.
یک مدل مؤثر، راه رسیدن به تولیدات جدید، درک جدید رفتارشناسی، را کوتاه می‌کند و تصحیح گر هوشمندی است که از نتایج گذشته درس می‌گیرد.
مدل سازی نه تنها ویژگی منحصر به فرد ریاضیات است بلکه پلی بسوی فرهنگهای مختلف علمی است.
تئوری در هر مرحله از توسعة علم، نقش محوری دارد، ارزیابی حساسیت مدل به شرایط پروسه‌های فیزیکی ، و حصول اطمینان از اینکه معادلات و الگوریتمهای محاسباتی با شرایط کنترل آزمایشگاهی سازگارند، از چالشهای مهم است. تئوری نهایتاً بسوی تعریف نتایج و درک فیزیکی سیستم، میل خواهد کرد و اغلب اوقات ریاضیات جدیدی لازم نیست تا به منظور رسیدن به درک رفتار، ساخته شود.
عبور از تئوریهای موجود ارزشمند است و اغلب نیز اتفاق می‌افتد. زمانی مدلها، مشابه سیستم‌های شناخته شده هستند که دقت ریاضی بالایی را داشته باشند اما در جهان شگفت ‌انگیز نانو، مدلهای مختلف و جدید، چالشهای جدی را در دانش ریاضیات پدید می‌آورند. تئوریهای جدید در مقیاسهای زمانی غیر قابل پیش‌گوئی اتفاق می‌افتند و تئوریهای قدرتمند در قالبهای عمیق شکل می‌گیرند. میان‌برهای اساسی لازم است تا شبیه‌سازی صورت گیرد:
طراحی در مقیاس اتمی و مولکولی، کنترل و بهینه سازی عملکرد مواد و ابزار آلات، و کارآیی شبیه‌سازی رفتار طبیعی، از مهمترین چالشها است. این چالش‌ها نوید دهندة برهم کنشهای کامل میان حوزه‌های مختلف ریاضی خواهد بود.
آثار اجتماعی این چالش‌ها زیاد و متنوع خواهد بود.
منافع حاصل از مشغولیت ریاضیدانان فعال، توازن با چالش های اصلی در زمینه رشد زیرساختهای ریاضیات، تغییرات در ساختار آموزش ریاضیات، از جمله آثار ورود ریاضیات به دنیای شگفت انگیز نانو خواهد بود.
جامعه ریاضی می‌بایستی اصلاح شود: تئوریهای بنیادین، ریاضیات میان رشته‌ای و ریاضیات محاسباتی و آموزش ریاضیات.
ریاضیات چه حوزه‌هایی را در بر خواهد گرفت؟ الگوریتمهای اصلی در حوزه‌های ریاضیات کاربردی و محاسباتی، علوم کامپیوتر، فیزیک آماری، نقش مرکزی و میان بر ساز را در حوزة نانو بر عهده خواهند داشت.
برای روشن شدن موضوع برخی از اثرات ریاضیات را در فرهنگ نانو بررسی می‌کنیم:
ـ روشهای انتگرال گیری سریع و چند قطبی سریع: اساسی و الزامی به منظور طراحی کدهای مدار ( White, Aluru, Senturia ) و انتگرال گیری به روش Ewala در کد نویسی در حوزه‌های شیمی کوانتوم و شیمی مولکولی ( Darden ۱۹۹۹)
ـ روشهای« تجزیه حوزه»، مورد استفاده در شبیه‌سازی گسترش فیلم تا رسیدن به وضوح نانوئی لایه‌های پیشرو مولکولی با مکانیک سیالات پیوسته در مقیاسهای ماکروسکوپیک ( Hadjiconstantinou )
ـ تسریع روشهای شبیه سازی دینامیک مولکولی ( Voter ۱۹۹۷)
ـ روشهای بهبود مش‌بندی تطبیق پذیر: کلید روشهای شبیه پیوسته که ترکیب کنندة مقیاسهای ماکروئی، مزوئی، اتمی ومدلهای مکانیک کوانتوم از طریق یک ابزار محاسباتی است ( Tadmor, Philips, Ortiz )
ـ روشهای پیگردی فصل مشترک: نظیر روش نشاندن مرحله‌ای Sethian, Osher که در کدهای قلم زنی و رسوب‌گیری جهت طراحی شبه رساناها مؤثرند ( Adalsteinsson, Sethian ) و نیز در کدگذاری به منظور رشد هم بافت ها ( Caflisch )
ـ روش های حداقل کردن انرژی هم بسته با روشهای بهینه سازی غیر خطی (المانی کلیدی برای کد کردن پروتیئن‌ها) ( Pierce& Giles )
ـ روش های کنترل (مؤثر در مدلسازی رشد لایه نازک‌ها ( Caflisch ))
ـ روش های چند شبکه‌بندی که امروزه در محاسبات ساختار الکترونی و سیالات ماکرومولکولی چند مقیاسی بکار گرفته شده است.
ـ روش های ساختار الکترونی پیشرفته ، به منظور هدایت پژوهشها به سمت ابر مولکولها ( Lee & Head – Gordon )
منبع: ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

چرا نانو مهم است؟

نويسنده:ابراهيم هنرمند

علم نانو مطالعه اصول اوليه مولکول ها وساختارهايي با ابعاد 1 تا 100 نانومتر است. اما چه چيزي در مقياس نانومتري وجود دارد که يک فناوري برپايه آن بنا شده است؟
مثالي را براي درک بيشتر مقياس نانوبا هم مرور مي کنيم. يک مکعب از جنس طلا رل با ابعاد 5 سانتي متر در نظر بگيريد. حال اين مکعب را از طول، عرض و ارتفاع نصف مي کنيم تا به 8 مکعب کوچک تر به دست آيد.
خواص اين مکعب هاي کوچک، دقيقاً مشابه خواص مکعب اوليه است (به جز ارزش مادي)، يعني هر يک از 8 مکعب به دست آمده هنوز طلا است: زرد، درخشنده، نرم و سنگين است، همچنين هادي الکتريسيته بوده ونقطه ذوب آنها همان نقطه ذوب طلاست. حال تصور کنيد يکي از اين مکعب ها را نيز با همان روش قبل به 8 مکعب کوچک تر تقسيم کنيم. مکعب هاي به دست آمده نيز خواص مکعب اوليه را دارا هستند و باز هم تقسيم کردن را ادامه دهيم، به طوري که نتوانيم تکه هاي ريز شده طلا را با چشم غيرمسلح ببينيم، باز هم خواص فيزيکي و شيميايي تکه هاي طلا بدون تغيير باقي مي مانند. اما اگر ريزشدن ذرات طلا را ادامه دهيم تا به مقياس نانو برسيم، تقريباً همه چيز تغيير مي کند. همه ما طلاي زينتي را با رنگ زرد درخشنده اش مي شناسيم. اما آيا مي دانيد مي توان طلاي قرمز نيز توليد کرد؟ مثلاً نانو ذرات طلا بسته به اندازه ذرات خود مي تواند قرمز، آبي متمايل به سبز، نارنجي يا حتي ارغواني به نظر برسند! توليد نانوذرات طلاي قرمز هر هفته در بخش شيمي تجزيه دانشگاه کاشان در حال انجام است.
با نگاه ميکروسکوپي مي توان مشاهده کرد که يک نانو نقطه طلا، قرمز به نظر مي رسد. اما اگر همين ذرات به هم متصل شوند، رنگشان به زرد تبديل مي شود. اگر تعداد کافي نانو نقاط طلا به هم نزديک شوند، به طوري که با هم ترکيب نشوند، مي توان رنگ قرمز طلا را با چشم غير مسلح ديد. با رسيدن به مقياس نانو نه تنها رنگ ذرات تغيير مي کند، بلکه خواصي مانند نقطه ذوب، خواص مغناطيسي و ... نيز دچار تحول مي شود.

نانوتکنولوژي چيست ؟
مترجم : حبیب الله علیخانی
منبع : راسخون

تعريف نانوتکنولوژي :
واژه ي نانوتکنولوژي ( Nanotechnology) در سال هاي اخير به صورت مکرر در رسانه ها گفته شده است . منابع خبري اعلام مي کنند که نانوتکنولوژي انقلاب علمي آينده است . نانوتکنولوژي وعده هايي از جمله : کامپيوترهاي سريع تر ، درمان سرطان ها و حل بحران انرژي را به ما مي دهند ؛ اما نانوتکنولوژي دقيقاً به چه معناست ؟ و آيا اين تکنولوژي توان برآورده کردن اين وعده ها را دارد ؟
تعريف رسمي نانوتکنولوژي که به وسيله ي ( National Nanotechnology Initiative NNI ) ارائه شده است به شرح زير است :
نانوتکنولوژي فهم و کنترل مواد در ابعاد بين 1 تا 100 نانومتر است . که در ابعاد 1 ـ 100 نانومتر ، پديده هاي منحصر به فرد ، انسان را قادر مي سازند تا کاربردهاي جديدي ابداع کند . نانوتکنولوژي شامل علم در ابعاد نانو ، مهندسي و تکنولوژي مي شود .
نانوتکنولوژي با عکسبرداري ، اندازه گيري ، مدل سازي و دستکاري مواد در اين طول ابعاد ( 1 تا 100 نانومتر ) درگير است .
تعريف NNI را مي توان به سه بخش اساسي تقسيم کرد :
1 ـ نانوتکنولوژي بسيار بسيار کوچک است .
هنگامي که چيزي در ابعاد نانو باشد ؛ ابعاد آن حداقل در يک بعد در حد 1 تا 100 نانومتر است . بنابراين به علت آن اين مواد بسيار بسيار کوچک هستند با چشم ديده نمي شوند . حتي با ميکروسکوپ هاي نوري خاص نيز ديده نمي شوند . دانشمندان براي ديدن اين مواد مجبور به استفاده از وسايلي از جمله ميکروسکوپ هاي پروبي روبشي ( SPM ) هستند . بعضي از مواد همواره در ابعاد نانو هستند . مثلاً مولکولهاي آب و يا اتم هاي سيلسيم ( Silicon) .
به هر حال ، اخيراً دانشمندان توانسته اند از ابزارهاي جديد استفاده کنند و با پروسه هايي به توليد و دستکاري عموم مواد بپردازند و در اين پروسه از ابعاد بزرگ به اين ابعاد ( نانو ) برسند . مثلاً توليد نانو ذرات Tio2 ( تيتانيم اکسيد ) .
2 ـ در ابعاد نانو ، مواد از خود رفتارهاي متفاوتي نشان مي دهند .
در ابعاد نانو ، بسياري از مواد معمولي از خود خواص غير عادي ارائه مي دهند به عنوان مثال مقاومت الکتريکي فوق العاده پايين ، نقطه ذوب پايين تر و يا واکنش شيميايي سريع تر براي مثال ، در ابعاد ماکرو ، طلا ( Au) درخشنده و زردرنگ است در حالي که زماني که ابعاد آن به 24 نانومتر ( nm) برسد به رنگ قرمز در مي آيد . ( شکل 1 ) . طلا با اندازه ي ذرات ريزتر با نور واکنش متفاوت تري دارد ، بنابراين ذرات طلا رنگ هاي مختلفي را با توجه به عواملي آشکار مي کند . اين عوامل اندازه ي نانو ذرات طلا و همچنين شکل اين ذرات است . که با توجه به آنها رنگ نانو ذرات طلا، قرمز ، زرد و يا آبي مي باشد .
مثال ديگر از نانوذرات که به نظر مي رسد مطابقتي با ابعاد ماکروسکوپيک خود ندارند موادي است که در کرم هاي ضد آفتاب کاربرد دارد. اکسيد تيتانيم ( Tio2) براي کرم هاي ضد آفتاب و موانع نور خورشيد مورد استفاده قرار مي گيرد . اين مواد يکي از اجزايي است که باعث مي شود رنگ کرم سفيد به نظر برسد . توليدکنندگان اکنون از نانوذرات براي توليد کرم ها و ژل هاي شفاف استفاده مي کنند که علت آن شفافيت و بي رنگي نانوذرات Tio2 است .

خواص ديگر مواد نيز هنگامي که در ابعاد نانو هستند تغيير مي کند . براي مثال آلومينيوم ( AL) فلزي نرم و درخشان است که براي توليد قوطي هاي ليموناد مورد استفاده قرار مي گيرد . در ابعاد نانو ، آلومينيوم بسيار واکنش پذير و قابليت انفجار دارد . نانوذرات بسيار واکنش پذيرند زيرا وسعت سطح آنها از حالت ماکروسکوپيک بيشتر است.
3 ) محقيقن مي خواهند اين رفتارهاي متفاوت و غير عادي مواد در ابعاد نانو را براي ايجاد تکنولوژي جديد تحت کنترل قرار دهند .
با تحت کنترل قرار دادن اين رفتارهاي جديد ، محقيقن در رشته هاي مختلف آرزوي ساخت وسايل جديد از توليدات روزانه مثل جوراب هاي آنتي باکتريال و راکت هاي تنيس سبکتر گرفته تا سلولهاي خورشيدي و کامپيوترهاي سريع تر و کوچکتر يا درمان هاي دارويي گزينشي را دارند .
بسياري از دانشمندان فکر مي کنند که احتمال تحقق اين آرزوها بالا باشد .

آيا ipod Nano نمونه اي از نانوتکنولوژي است ؟

توليدات توسعه يافته با فناوري نانو هم اکنون در اکثر مراکز فروش يافت مي شوند . ولي در هيچ يک از اين توليدات ، اتيکت « نانو » که مشخص کننده ي بهره گيري توليد کننده از فناوري نانوتکنولوژي است وجود ندارد . بعضي از توليد کنندگان از پيشوند « نانو » براي ايجاد ارتباط بين اندازه ي کوچک توليدات منحصر بفردشان استفاده مي کنند که اين بيشتر براي ايجاد پتانسيل فروش بيشتر است . به علاوه قصد آنها ، فروش بيشتر اين وسيله با توجه به شور و اشتياقي است که در زمينه ي فناوري نانوتکنولوژي به راه افتاده است . براي مثال توليد کنندگان ماشين در هندوستان اخيراً Tata Nano را به بازار فروش اتومبيل ارائه کرده اند ( شکل 2 ) . اين ماشين به طور يقين در ابعاد نانو ساخته نشده است . اما طراحان نام نانو را براي اين توليدشان استفاده کردند تا به علاقه مندان خريد اين خودروها بگويند که اين خودرو با فناوري بالا و اندازه ي کوچک ساخته شده است .

البته اين تنها مثال براي اين مورد در بازار امروزي نيست . مثلاً پخش کننده هاي موسيقي ( MP3 يا MP4 ) با نام Ipod Nano توليد شده اند که اين پخش کننده هاي موسيقي در ابعاد نانومتري نيستند اما ابعادشان از ipod هاي توليدي توسط اين کمپاني کوچکترند ( شکل 3 ) به هر حال ، اين وسايل از نانوتکنولوژي در تراشه ها و مدارهاي الکترونيکي استفاده شده است همانگونه که در مدارات الکتريکي و تراشه هاي لپ تاپ شما از اين فناوري بهره برداري شده است . توليداتي نيز وجود دارند که در آنها از نانوتکنولوژي استفاده شده است . اگر چه در نام اين وسايل و توليدات علامتي نيامده است ! يکي از اتفاق هاي معمولي استفاده از نانوذرات نقره در توليدات مصرفي ( Consumer Products) است . نقره به طور ذاتي آنتي باکتريال است . براي کنترل عوامل باکتريايي از زمان هاي قديم استفاده مي شده است . با وارد کردن نقره با ابعاد در حد نانو در منسوجات ، پلاستيک ها و وسايل خانه ( شکل 4 ) ، توليد کنندگان مي توانند موجب کشته شدن باکتريها با مقدار کمي نقره شوند بدون اينکه خواص ديگر اين توليدات تحت شجاع قرار گيرد .

به هر حال ، مسئله ي استفاده از نقره در اين وسايل يک ريسک تلقي مي شود زيرا هنوز مشخص نشده است که آيا نانوذرات نقره مقاومت باکتريها را در مقابل عوامل آنتي باکتريال بالا مي برند يا نه ؟
پروژه هاي بخش نانوتکنولوژي باعث توليد محصولاتي شده است که به طور واقعي در آنها از نانوتکنولوژي بهره برده شده است . به هر حال به خاطر طبيعت اختصاصي بودن اين توليدات و داشتن حالت راز مانند : توضيحاتي دقيق در مورد نحوه ي استفاده از نانوتکنولوژي در اين وسايل موجود نمي باشد .

نتيجه ي بحث :
نانوتکنولوژي به عنوان « تکنولوژي بزرگ آينده » لقب گرفته است . اين تکنولوژي منادي راه کارهايي جهت درمان سرطان ها ، استقلال انرژي ، توسعه ي وسايل الکترونيکي و تهيه ي آب سالم براي کشورهاي جهان سوم است . با يک چنين کاربردهاي گوناگون ، نانوتکنولوژي ظرفيت تغيير دنيايي که ما در آن زندگي مي کنيم را دارا مي باشد همانگونه که کامپيوترجامعه را در 30 سال گذشته تغيير داده است . اما براي به انجام رساندن چنين شاهکاري دانشمندان و مهندسين بخش نانو هنوز تحقيقات بسياري پيش رو دارند و بايد بفهمند که مواد با ابعاد نانو چگونه کار مي کنند و چگونه مي توان آنها را توليد کرد . البته من معتقدم که کاربردهاي نانوتکنولوژي بيشتر در فروشگاه ها ديده مي شوند تا در جاهاي ديگر .
مثالي از تحقيقات در حال انجام مشارکت بين پروفسور Naomi Halas و Jennifer West در دانگشاه Rice است . اين دو پژوهشگر در حال بررسي روش هاي درماني سرطان به وسيله ي نانو شل هاي طلا هستند که البته اين تحقيق هنوز در مرحله ي تحقيق و پژوهش است . اما ممکن است به واسطه ي آن بسياري از روش هاي درماني جديد در آينده به وجود آيد .

كاربردهاي متنوع نانوذرات

يكي از شاخه­هاي مهم نانومواد، نانوذرات هستند كه خود شامل نانوپودرهاي فلزي، نانوذرات بين­فلزي، نانوكامپوزيت­ها و غيره هستند. در مطلب زير كه از سايت

کد:

---

www.nanoscale.com

---

استخراج شده است، كاربردهاي متنوعي از نانوذرات بيان شده است:
دكتر استنلي ويليام، عضو شركت HP و رئيس مركز علوم كوانتوم، در يك همايش نانوتكنولوژي اظهار داشت: "نانوتكنولوژي بايد بتواند در بخش غيرفعال خود به سمت تجاري­سازي پيش رود". وي نانوتكنولوژي را به دو بخش غيرفعال و فعال تقسيم كرده است:

بخش فعال: انتقال و تبادل اطلاعات ميان يك نانوساختار و محيط اطراف آن

بخش غيرفعال: انجام وظيفه توسط نانوساختار

به عقيده وي، پيشرفت­هاي تجاري در بخش غيرفعال نانوتكنولوژي باعث مي‌شود كه شركت­ها با كسب تجربه در اين فناوري بتوانند حركتي مفيد و سودآور به سمت بخش فعال آن داشته باشند [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] .

شركت نانوتكنولوژيز، يكي از شركت­هاي نوپا است كه در بخش غيرفعال نانوتكنولوژي، پيشرفت­هاي قابل ملاحظه‌اي داشته است. فرآيندهاي اين شركت، ساده، تكرارپذير، قابل گسترش و قابل تعميم است و نانوپودرهاي توليدي آنها از درجه خلوص بالايي برخوردار بوده و توزيع اندازه در آنها بسيار محدود است.

انعطاف‌پذيري فرآيندهاي اين شركت مي‌تواند پتانسيل بالايي را در توليد انواع مختلفي از نانوذرات از قبيل اكسيدها، نيتريدها، بوريدها، كربيدها، كربونيتريدها، تركيبات درون فلزي، فولرين‌ها، نانوكامپوزيت­ها و پودرهاي نانوفلزي توليد كند. حتي توليد يكسري مواد خارجي از قبيل الماس و كربن بي‌شكل نيز توسط اين فرآيندها مقدور مي‌باشد. موادي كه تاكنون در اين شركت توليد شده‌اند عبارتند از نانوذرات نيتريد آلومينيم، آلومينا، آلومينيوم، نقره و تيتانيا.

نانوذرات توليدي اين شركت، در حال حاضر داراي مشتري­هاي گوناگوني از بخش­هاي مختلف صنعتي مي‌باشند. از جمله مواردي كه نظر بخش­هاي صنعتي به كاربرد اين مواد جلب شده است، مي‌توان به مواد الكترونيك، پوششهاي نوري شفاف، مواد فتوولتاتيك، ديسك‌گردانها، مواد انرژي‌زا، نيمه‌هادي­ها و عوامل باكتري­كش اشاره كرد:

مواد الكترونيك: دستيابي به قابليتهاي جديد اجرايي در الكترونيك, عمدتاً بستگي به مواد پيشرفته‌اي دارد كه امكان ظريف‌كاري بر روي سيستم و يا قطعات ساخته‌شده از آنها زياد باشد. نانوذرات كريستالي موادي چون: نيتريد آلومينيوم، بور و نقره، از جمله موادي هستند كه به خاطر كاربردشان در مدارهاي الكترونيك و كنترل حرارت به كثرت از طرف مشتريان درخواست مي‌شوند [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] .

پوشش­هاي نوري شفاف: نانوآلومينا كه به صورت پراكنده در حلال درآمده و بر روي لنزها و صفحه‌هاي نمايش مي‌نشيند, يك پوشش حفاظتي ايجاد مي‌كند كه علاوه بر گسترش قابليتهاي فعلي باعث افزايش كاربردهاي صفحه­هاي نمايش و لنزهاي پلي‌كربنات سبك و ارزان مي­شود.

فتوولتاتيك (توليد الكتريسيته بر اثر تابش): شركت فناوري گراتزل توانسته است با استفاده از خميرهاي نانوتيتانيا و شيشه‌هاي معمولي يا فيلمهاي پليمري نازك و تركيب آنها با رنگهاي مونومري, يكسري پيلهاي خورشيدي جديد را توليد كند كه مانند پيل­هاي خورشيدي فعلي داراي اثر فتوولتاتيكي بوده ولي هزينه كمتري صرف مي‌كنند.

مواد انرژي‌زا: نانوكريستال آلومينيوم باعث سوزاندن سريع و مؤثر سوخت (پيشران) جامد نسبت به ديگر پودرهاي موجود مي‌شود. به همين دليل از اين ماده مي‌توان در سوخت موشك و همچنين در رنگهاي بدون سرب استفاده فراوان كرد.

ساخت نيمه‌هادي­ها: استفاده از نانوذرات تيتانيا و آلومينا در دوغاب­هاي صيقل­دهي شيميايي- مكانيكي CMP)) باعث بوجود آمدن ويفرهايي با سطوح صاف‌تر، كارايي بالاتر و قابليت تميزكنندگي آسانتر در مقايسه با استفاده از دوغاب­هاي معمولي مي‌شود.

ديسك‌ گردان­ها: انتظار مي‌رود ظرفيت ذخيره­سازي اطلاعات در ديسك‌گردان­ها تا 5 سال آينده، ساليانه 60 درصد افزايش داشته و در سال 2002 به 20 گيگابايت درهر اينچ برسد. اين افزايش باعث اثرگذاري بر روي تمام جنبه‌هاي سيستم­هاي ذخيره اطلاعات از قبيل مدلسازي ديسك‌گردان­ها، مواد، ساخت، اندازه‌گيري و اصطكاك‌شناسي مي‌شود. نانوذرات اكسيدآهن ازجمله موادي هستند كه مي‌توان از آنها به عنوان مواد كليدي جهت افزايش ظرفيت مغناطيسي استفاده كرد [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] .

عوامل ضد باكتري: نقره از موادي است كه از قديم در مبارزه با باكتري­ها بدليل توقف تبادل اكسيژن در آنها معروف بوده است. تجربه ثابت كرده است كه نانوذرات نقره باعث افزايش اين خاصيت مي‌شود. اين ماده، اكنون در پوشش زخمهاي خاص براي جلوگيري از ورود باكتري­ها به بدن استفاده مي‌شود. از ديگر نانوذرات، به عنوان دارو براي تزريق به قسمتهاي آسيب ديده بدن با كاهش ريسك بروز اثرات جانبي استفاده مي‌شود.

جاي پاي نانو تکنولوژي در علوم


نانوتکنولوژي مرطوب
اين شاخه به مطالعه سيستم هاي زنده‌اي مي ‌پردازد که اساسا در محيط هاي آبي وجود دارند. در اين شاخه ساختمان مواد ژنتيکي، غشاها و ساير ترکيبات سلولي در مقياس نانومتر مورد مطالعه قرار مي‌ گيرد. پژوهشگران موفق شده‌اند ساختارهاي زيستي فراواني توليد کنند که نحوه عملکرد آن ها در مقياس نانويي کنترل مي‌ شود. اين شاخه در برگيرنده علوم پزشکي، دارويي و بطور کلي علوم و روش هاي مرتبط با زيست فناوري است.
نانوتکنولوژي خشک
اين شاخه از علوم پايه شيمي و فيزيک مشتق مي ‌شود و به مطالعه تشکيل ساختار هاي کربني، سيليکون و مواد غير آلي و فلزي مي ‌پردازد. نکته قابل توجه اين است که الکترون هاي آزاد که در فناوري مرطوب موجب انتقال مواد و انجام واکنش ها مي‌ گردند، در فناوري خشک خصوصيات فيزيکي ماده را پديد مي ‌آورند. در نانو تکنولوژي خشک کاربرد مواد نانويي در الکترونيک، مغناطيس و ابزارهاي نوري مورد مطالعه قرار مي ‌گيرد. براي مثال طراحي و ساختن ميکروسکوپ هايي که بتوان با استفاده از آن ها مواد را در ابعاد نانومتر ديد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

نانوتکنولوژي محاسبه‌اي
در بسياري از مواقع ابزار آزمايشگاهي موجود براي انجام برخي از آزمايش ها در مقياس نانومتر مناسب نيستند و يا آن که انجام اين آزمايش ها بسيار گران تمام مي شود. در اين حالت از رايانه‌ ها براي شبيه سازي فرآيندها و واکنش هاي اتم ها و مولکول ها استفاده مي‌ شود. شناختي که بوسيله محاسبه بدست مي ‌آيد، باعث مي‌ شود که زمان پيشرفت نانو تکنولوژي خشک به چند دهه کاهش يابد و البته تأثير مهمي در نانو تکنولوژي مرطوب نيز خواهد داشت.
فناوري نانو و فيزيک الکترونيک

سازندگان قطعات الکترونيکي علاقه بسياري به کوچک کردن ابعاد و بالا بردن قدرت محاسبات اين تجهيزات دارند. اين امر با استفاده از فناوري هاي معمولي، تقريبا به مرز نهايي خود نزديک شده است. اما فناوري نانو تکنولوژي، راه ديگري را پيش پا گذاشته است، که مي ‌تواند دنياي الکترونيک را دگرگون سازد. از جمله وسايل الکترونيکي که با استفاده از اين فناوري ساخته شده است، مي ‌توان به ديود‌هاي نوري، رايانه‌هاي کوانتومي و ترانزيستورهاي نانو اشاره کرد. ساخت ديودهاي نوري با استفاده از مواد نانو موجب مي ‌شود تا 80 درصد در هزينه برق صرفه جويي شود. يک گروه ديگر از محققان روش تازه‌اي موسوم به الگوي انتقال ابر شبکه استفاده کرده‌اند، که ساخت نيم هادي هاي نانومتري به قطر تنها 8 نانومتر را امکان پذير مي‌ سازد.
نانو تکنولوژي در صنعت
توپ هاي تنيسي که با استفاده از کربن 60 ساخته شده و روانه بازار گرديده سبک تر و مستحکم تر از توپ هاي عادي است. شرکت هاي ديگر با استفاده از مواد نانو پارچه‌ هايي توليد کرده‌اند که با يک بار تکان دادن آن ها مي ‌توان حالت اتوي اوليه را به آن ها بازگرداند و همه چين و چروک هايشان را از بين برد. با همين يک بار تکان همه گرد و خاکي که به اين پارچه ‌ها جذب شده‌اند نيز پاک مي‌ شوند. هم چنين با استفاده از فناوري نانو ليوان هايي توليد شده که قابليت خود تميز کردن دارند.
فناوري نانو و زيست شناسي
يک گروه از محققان سرگرم تکميل فيبرهاي نوري در ابعاد نانو هستند که قادر خواهند بود مولکول هاي مورد نظر را شناسايي کنند. گروهي نيز دستگاهي را در دست ساخت دارند که با استفاده از ذرات طلا مي‌ تواند پروتئين هاي معيني را فعال سازد يا از کار بيندازد. به اعتقاد پژوهشگران براي آن که بتوان از سلول ها در حين فعاليت واقعي آن ها اطلاعات مناسب بدست آورد، بايد شيوه تنظيم آزمايش ها را مورد تجديد نظر اساسي قرار داد. سلول ها در فعاليت طبيعي خود امور مختلفي را به انجام مي‌ رسانند. از جمله اين امور مي ‌توان به انتقال اطلاعات و علائم و داده‌ ها ميان خود، رد و بدل کردن مواد غذايي و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حياتي اشاره کرد. گروه ديگري از محققان تا آن جا پيش رفته‌اند که درصد هستند با مواد نانو پوشش هاي مناسبي توليد کنند که سلول هاي حاوي ويروس هاي خطرناک نظير ويروس ايدز را در خود مي ‌پوشاند و مانع خروج آن ها مي ‌شود.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

نانو تکنولوژي در پزشکي
محققان با استفاده از فناوري نانو در حال ساختن کپسول هايي با ابعاد نانومتر هستند که علاوه بر اندازه غير قابل تصور، قدرت تشخيص بافت هاي مريض را داشته و دقيقا روي اين بافت قرار گرفته و مقدار داروي لازم را به آن ها مي ‌رساند. اين پديده را دارو‌سازي مي ‌گويند. در آزمايشي که به تازگي به انجام رسيده نشان داده شده است که حمله به سلول هاي سرطاني با استفاده از ذرات نانو 100 برابر بازده عمل را افزايش مي‌ دهد. هم چنين با استتفاده از فناوري نانو، نوارهاي زخم بندي هوشمندي درست شده است، که به محض مشاهده نخستين علائم عفونت در مقياس مولکولي، پزشکان را مطلع مي‌ سازد.
فناوري نانو و شيمي
با استفاده از فناوري نانو مي ‌توان کاتاليزور‌‌هايي با نسبت سطح به حجم بسيار بالا توليد کرده و راندمان را در واحد‌هاي شيميايي به ميزان بسيار زيادي افزايش داد. سلول هاي خورشيدي کوانتومي، استفاده از هيدروژن به عنوان سوخت تميز، نسل جديد باتري ها، پوشش هاي بسيار مقاوم فرنگ هاي بي نياز از شستشو و تحولات خارق العاده ديگر در دنياي شيمي و توليد از کاربرد‌‌هاي فناوري نانو در شيمي مي‌ باشد.

تأثير انداز‌ه‌ي نانوذرات در درمان بافت‌هاي سلولي
نانوذرات در آينده نقش مهمي در توسعه‌ي روش‌‌هاي تشخيصي و درماني سلول‌هاي سرطاني خواهند داشت. به‌همين منظور محققان فناوري ماساچوست و مركز پزشكي هاروارد، نانوذرات فلئورسنتي با اندازه‌ي بين 150-10 نانومتر را سنتز نمودند.

نانوذرات مورد استفاده در روش‌‌هاي زيست‌پزشكي، بايد داراي اندازه‌ي بهينه‌اي باشند. بررسي عملكرد ذرات با اندازه‌هاي مختلف در بافت زنده انجام شده‌است. براي اين منظور از ذرات شيميايي با اندازه‌هاي مختلف استفاده مي‌شود و البته براي بررسي عملكرد آنها، بايد از روش‌‌هايي استفاده شود كه همزمان با ذرات با اندازه‌هاي مختلف قابل شناسايي باشند. اين ذرات بايد زيست‌سازگار بوده و به همديگر يا به پروتئين‌ها جذب نشوند.

محققان يكسري از نانوذرات با اندازه‌هاي مختلف را سنتز نموده‌اند كه به‌وسيله‌ي نقاط كوانتومي فلئورسنتي قابل مشاهده هستند. سنتز انتخابي نقاط كوانتومي با اندازه‌هاي مختلف، امكان تهيه‌ي نقاط كوانتومي فلئورسنتي را در طول‌موج‌هاي مختلف فراهم مي‌سازد كه به‌طور همزمان قابل شناسايي و قابل تميز از يكديگر هستند.

دانشمندان به‌منظور سنتز نانوذرات با اندازه هاي مختلف، نقاط كوانتومي كادميم سلنيد/كادميم سولفيد را با ليگاندهاي پليمري از قبيل دي‌اكسيد سيليكون و پلي‌اتيلن‌گليكول را پوشش داده‌اند. براي هر اندازه از نانوذرات، نقاط كوانتومي انتخاب مي‌شوند كه در طول موج‌هاي مختلف، نورهاي مختلفي را ساطع مي‌كنند.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] دندان‌هاي سياه‌رنگ كيتون(Chito N ، براي تراشيدن جلبك‌هاي رشديافته بر روي صخره‌ها: اين دندان‌ها با مواد زيست‌معدني كه شامل نانوكامپوزيت الياف كيتيني و مگنتيت مي‌باشد، پوشش داده شده‌است.
محققان مخلوطي از نانوذرات با اندازه‌هاي 12، 60 و 125 نانومتر را به سلول‌هاي سرطاني موش تزريق وريدي انجام دادند. براي رديابي اين نانوذرات از ميكروسكوپ فلئورسنتي استفاده شد. ذرات 12 نانومتري به‌راحتي از داخل رگ به بافت نفوذ كرده، در سطح آن منتشر مي‌شود. ذرات 60 نانومتري از ديواره‌ي رگ‌ها عبور، ولي از ديواره‌ي رگ‌هاي به ضخامت 10 ميكرومتر نتوانستند عبور كنند. هيچ كدام از ذرات 125 نانومتري نتوانستند از ديواره‌ي رگ‌ها عبور كنند.

نتايج تحقيقات در مجله‌ي Journal Angewandte Chemie گزارش شده‌است.

بازار فناوري ‌نانو در دارورساني



موسسه ريپورت لينکر ("Reportlinker") به‌تازگي گزارش جديدي با عنوان: «فناوري‌نانو در دارورساني- توسعه‌هاي فناورانه و رويکردهاي نوين براي بهره‌مندي از حداکثر پتانسيل آن» منتشر کرده است.

گزارش جديد، در برگيرنده داده‌ها، اطلاعات و تجزيه و تحليل‌هاي محوري در زمينه روندهاي اصلي و مسائل مربوط به فناوري‌نانو در بازار دارورساني است. گزارش مذکور، ديدگاه جامعي نسبت به نقش فناوري‌نانو در حوزه دارورساني ارائه مي‌کند. همچنين گزارش فوق، به طور کامل ويژگي‌هاي بازاري فناوري‌نانو در بازار دارورساني، بر اساس اندازه بازار، بخش‌بندي بر اساس مناطق جغرافيايي کليدي و پيش‌ران‌ها و موانع اصلي بازار را پوشش داده است.

به طور کلي محورهاي اصلي گزارش جديد عبارتند از:

• بررسي کامل فناوري‌نانو در صنعت داروسازي براساس استفاده، کارايي و محدوديت؛

• داده‌هاي تحليلي بازار از سال 2007 و پيش‌بيني آن تا سال 2016 بر اساس بخش‌ها و مناطق جغرافيايي؛

• پيش‌ران‌ها و محدوديت‌هاي اصلي بازار که فناوري‌نانو را در بازار دارورساني شکل مي‌دهند؛

• تجزيه و تحليل جايگاه رقابتي به همراه تعيين جايگاه رقابتي شرکت‌هاي پيشگام؛

• تجزيه و تحليل معاملات مشارکتي انجام گرفته در سال‌هاي 2006 تا 2010؛

• تجزيه و تحليل معاملات خريد و ادغام بين سال‌هاي 2005 تا 2010 همراه با بخش‌بندي براساس ارزش جغرافيايي و شرکت‌ها.

گزارش فوق با افزايش توانايي تصميم‌گيري، دربرگيرنده مزيت‌هاي گسترده‌ زير است:

• توسعه راهبردهاي بهتر براي فناوري‌نانو در بازار دارورساني براساس درک و پويايي بازار؛

• توسعه راهبردهاي ورود و توسعه بازار از طريق شناسايي حوزه‌هاي کليدي توسعه؛

• شناسايي شاخص‌هاي شکل‌دهنده فناوري‌نانو در دارورساني؛ و

• درک روندهاي فناورانه در بازار؛

ابداع روشي براي ايجاد شکاف باندي در گرافن



فلورين بانهارت، يکي از دانشمندان دانشگاه استراسبورگ فرانسه مي‌گويد: «گرافن مي‌تواند در حوزه نانوالکترونيک کاربردهاي بسيار جذابي داشته باشد، اما در اين ماده شکاف باندي وجود ندارد. اين يک مشکل شناخته شده است. کليدزني که در ابزارهاي الکترونيکي لازم است، بدون وجود شکاف باندي مشکل خواهد بود».

او بر اين باور است که راه‌حلي براي اين مشکل وجود دارد. «همه مي‌خواهند با ايجاد ويژگي‌هاي متفاوت در گرافن شکاف باندي ايجاد کرده و اين مشکل را حل کنند. راه‌حل ما بر وارد کردن اتم‌هاي فلزي متصل به نقايص ساختاري بازساخته در گرافن مبتني است».

بانهارت با همکاري محققاني از دانشگاه استراسبورگ، دانشگاه هلسينکي و دانشگاه آلاتو در فنلاند، و دانشگاه جنوب شرقي در چين روشي براي تغيير ويژگي‌هاي گرافن ابداع کرده است. نتايج کار اين پژوهشگران در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.

او توضيح مي‌دهد: «ايده اصلي، متصل کردن چيزي به سطح گرافن و تغيير برخي از ويژگي‌هاي آن به منظور ايجاد شکاف باندي است. مي‌توانيم با ايجاد نقايص ساختاري بازساخته، فعاليت گرافن را افزايش داده و اتم‌هاي فلزي را به محکمي به آن متصل نماييم؛ بدين ترتيب ممکن است شکاف باندي ايجاد شود».

بانهارت و همکارانش ابتدا لايه‌هايي از گرافن را توليد کرده و سپس در آنها آسيب‌هاي ساختاري ايجاد کردند. او مي‌گويد: «ما از تابش الکتروني براي ايجاد نقص ساختاري در گرافن بهره برديم. در اين پژوهش اتم‌هاي تنگستن را به گرافن متصل کرديم. نقايص ساختاري ايجاد شده امکان به دام افتادن اتم‌هاي تنگستن و ايجاد باندهاي پايدار را فراهم مي‌کند».

نقايص بازساخته فعاليت مشاهده شده در گرافن را افزايش داده و امکان اتصال به اتم‌هاي ديگر را ايجاد مي‌کند. سطح گرافن به طور معمول غيرفعال است، اما نقايصي همچون حلقه‌هاي پنج‌ضلعي يا هفت‌ضلعي فعاليت آن را افزايش مي‌دهند. در اين حالت شاهد افزايش فعاليت شيميايي گرافن هستيم».

با وجودي که بانهارت و همکارانش اميدوارند که اين کار در نهايت به ايجاد ابزارهاي الکترونيکي با استفاده از گرافن منتهي شود، اما او اشاره مي‌کند که هنوز شواهد علمي روشني براي ايجاد شکاف باندي وجود ندارد. او توضيح مي‌دهد: «ولي احتمالاً تنگستن ماده مناسبي براي اين کار نيست. ما به اين دليل تنگستن را انتخاب کرديم که بزرگ است و مشاهده به دام افتادن آن در گرافن توسط ميکروسکوپ الکتروني آسان است».

گام بعدي تلاش براي به دام انداختن اتم‌هاي ديگر با استفاده از نقايص ساختاري گرافن است. بانهارت مي‌خواهد بررسي‌هاي بيشتري روي ويژگي‌هاي الکتريکي گرافني که با اين روش ناخالصي در آن وارد شده است، انجام دهد.

يافتن عاملي موثر در رشد هم‌راستاي نانوميله‌هاي اکسيد روي



محققان دانشگاه علم و صنعت ايران و دانشگاه آزاد اسلامي واحد شهرضا، نانوميله‌هاي اکسيد روي را براي استفاده در سطوح فوق آبگريز و پيل‌هاي خورشيدي سنتز کردند، همچنين بذر لايه را به‌عنوان عاملي موثر در رشد هم‌راستاي اين نانوميله‌ها و کاهش قطر آنها عنوان کردند.

دکتر اميرعباس نوربخش، عضو هيئت علمي دانشگاه آزاد اسلامي واحد شهرضا و همکارانش با به‌کارگيري روش رشد هيدروترمال و بهينه‌سازي فاکتورهاي سنتز آن، نانوميله‌هاي اکسيد روي را با قطري کمتر از 50 نانومتر براي استفاده در سطوح فوق آبگريز و پيل‌هاي خورشيدي توليد کردند.

اکثر روش‌هاي سنتز نانوميله‌هاي اکسيد روي که بر پايه‌ي رسوب فاز بخار هستند، به دليل نياز به تجهيزات خلا بالا و دماي زياد سنتز، روش‌هايي گران محسوب مي‌شوند.

دکتر نوربخش در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو هدف از اين پژوهش را «سنتز نانوميله‌هاي اکسيد روي و بررسي اثر عواملي همچون بذر لايه و ترکيب شيميايي محلول رشد بر مورفولوژي نانوميله‌ها عنوان کرد».

وي ابتدا نانوميله‌هاي اکسيد روي(تک‌کريستال‌هاي هگزاگونال ورتزيت) را روي زيرلايه‌ي شيشه‌ي بروسيليکات (فرآيند بدون بذر لايه) و با ترکيب متن آمين و نيترات روي به روش هيدروترمال رشد داده‌است. در مرحله‌ي بعدي، يک محلول کلوئيدي حاوي نانوذرات اکسيد روي را به روش سل- ژل، سنتز کرده و يک فيلم لايه نازک اکسيد روي (بذر لايه) را با پوشش‌دهي چرخشي روي زيرلايه‌ي شيشه‌ي بروسيليکات نشانده‌است. در پايان نيز، نانوميله‌هاي اکسيد روي، را روي بذر لايه و به روش هيدروترمال رشد داده است.

نتايج بررسي‌ها حاکي از آن است که بذر لايه، نقش تعيين‌کننده‌اي در مورفولوژي نانوميله‌ها دارد، به‌طوري‌که وجود بذر لايه موجب هم‌راستا شدن نانوميله‌ها شده‌است.

همچنين مشخص شد که با اعمال بذر لايه، قطر نانوميله‌ها از 200 نانومتر به 50 نانومتر کاهش مي‌يابد و دانسيته‌ي نانوميله‌ها هم به‌طور چشمگيري افزايش پيدا مي‌کند.

دکتر نوربخش در پايان گفت: «گروه تحقيقاتي ما علاوه بر سنتز نانوميله‌ها، در حال پژوهش روي کاربرد آنها در نانوحسگرها و به ويژه سطوح خودتميزشونده است».

جزئيات اين پژوهش -که به‌عنوان بخشي از رساله‌ي دکتري دکتر حميد غيور و با راهنمايي دکتر اميرعباس نوربخش، دکتر حميدرضا رضايي و دکتر شمس‌الدين ميردامادي در حال انجام است- در مجله‌ي Journal of nanoscience and ‌nanotechnology(JNN) (جلد 10، صفحات 7458 -7455، سال 2010) منتشر شده‌است.

توليد الياف‌هايي با عملکرد بالا با استفاده از نانولوله‌هاي کربني



محققان دانشگاه نورث وست، موفق به ساخت نوعي الياف شده‌اند که از چلوار محکم‌تر است. در ساخت اين الياف از نانولوله‌هاي کربني و پليمر استفاده شده و مي‌توان از آن در بخش دفاعي و هوافضا استفاده کرد.

يک گروه تحقيقاتي متشکل از گروه‌هايي از دانشگاه‌هاي مختلف موفق به ساخت اليافي محکم و مقاوم در برابر پارشدگي شده‌اند. اين الياف ترکيبي از نانولوله‌هاي کربني و پليمر است. اين گروه با استفاده از ميکروسکوپ الکتروني توانستند اين الياف‌ها را در مقياس‌هاي مختلف – از مقياس نانو تا ميکرومقياس - مورد سنجش قرار دهند که اين مسئله درک آنها را از چگونگي برهم‌کنش اين رشته‌ها بهتر مي‌کند.

اسپينوسا، از محققان اين پروژه، مي‌گويد که ما قصد ساخت الياف‌هاي سفت و مستحکم را داريم. در حوزه‌ي مهندسي ساخت الياف، بزرگ‌ترين مسئله اين است که الياف يا بايد محکم باشد يا انعطاف‌پذير، ما مي‌خواستيم اليافي بسازيم که هر دوي اين ويژگي‌ها را دارا باشند. اين الياف پيش از پاره شدن انرژي بسيار زيادي را پخش مي‌کند. استحکام اين الياف نيز بسيار بسيار بالاست و مي‌توان از آن در بخش‌‌هاي دفاعي و هوافضا استفاده کرد.

اين پروژه بخشي از برنامه‌ي پيشگامي تحقيق در بخش دفاعي است که به دست محققان بين‌رشته‌اي انجام مي‌شود. اسپينوسا و همکارانش 7.5 ميليون دلار از ارتش آمريکا براي کار روي الياف‌هاي مستحکم دريافت کرده‌اندو پس از اتمام پروژه، از آنها در جليقه‌هاي ضد گلوله، چترهاي نجات، مواد کامپوزيتي مورد استفاده در خودروها، هواپيماها و ماهواره‌ها استفاده مي‌شود. براي توليد اين الياف‌ها، محققان از نانولوله‌هاي کربني شروع کردند. آنها براي چسباندن نانولوله‌هاي کربني به يکديگر از يک پليمر استفاده کردند. پس از چسباندن نانولوله‌ها به هم، آنها به هم بافته شده، الياف را ايجاد مي‌کنند. براي تست استحکام و ميزان پاره‌شدگي، اين گروه تحقيقاتي از ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) استفاده کردند. به کمک SEM، مي‌توان از سطح الياف‌ها تصوير گرفت و با آن از هرگونه تغيير شکل احتمالي يا گسستگي الياف‌ها مطلع شد.

اين تحقيق نحوه‌ي عملکرد اين ماده در مقياس‌هاي مختلف را به آنها نشان داد. محققان قصد دارند که عمل مولکول‌ها را در مقياس‌هاي نانو بررسي کرده و به درک بهتري از آن برسند تا با آن بتوانند الياف‌هاي محکم‌تري در آينده توليد کنند. نتايج اين تحقيقات نشان داد که اين الياف از چلوار محکم‌تر است.

نتايج اين تحقيق در نشريه‌ي ACS Nano چاپ شده‌است.

بهبود خواص آلومينايد آهن در دانشگاه صنعتي اصفهان



پژوهشگران دانشگاه صنعتي اصفهان، با افزودن عنصر تيتانيوم در آلياژ آلومينايد آهن و رساندن اندازه دانه‌ي آن به ابعاد نانومتري، خواص آين آلياژ را بهبود دادند و امکان استفاده‌ي آن را در صنعت هوا و فضا فراهم کردند.

مهندس مهدي رفيعي، دانشجوي دکتري مهندسي مواد دانشگاه صنعتي اصفهان، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «آلياژ آلومينايد آهن (Fe3Al)، ترکيبي بين فلزي است که استفاده از آن در صنعت، به علت انعطاف‌پذيري پايين و مقاومت به ضربه‌ي کم آن در دماي محيط محدود شده‌است. افزودن عنصر آلياژي سوم و همچنين کاهش اندازه دانه‌ي آن تا ابعاد نانومتر مي‌تواند اين مشکلات را برطرف نمايد».

مهندس رفيعي با بيان اين مطلب که «ما در اين پژوهش از عنصر تيتانيوم استفاده کرديم»، افزود: «ابتدا، سه عنصر Fe-Al-Ti را آسياب‌کاري کرديم. سپس براي بررسي اثر تيتانيوم در اين ترکيب، نمونه‌هايي از پودر آسياب شده را در زمان‌هاي مختلف آناليز کرده و در پايان نيز ريزسختي ذرات پودر از هر دو مخلوط پودري Fe-Al و Fe-Al-Ti را بررسي نموديم».

نتايج نشان مي‌د‌هد که حضور تيتانيوم به جاي آهن در سيستم Fe-Al درجه‌ي نظم DO3 را بهبود داده و زمان آسياب‌کاري را کاهش داده‌است. علاوه بر اين، سيستم Fe-Al-Ti در مقايسه با سيستم Fe-Al در تمامي زمان‌ها اندازه‌ي ذرات کوچکتري دارد، همچنين سختي بالاتري هم دارد.

وي گفت: «اين ترکيب، به دليل تحمل دماي بالا و در عين حال داشتن چگالي پايين، مي‌تواند در کاربردهاي دماي بالا و در صنايع هوا و فضا استفاده شود».

جزئيات اين پژوهش -که با راهنمايي دکتر محمدحسين عنايتي و دکتر فتح‌الله کريم‌زاده انجام شده- در مجله‌ي Journal of Mater Science (جلد 45، صفحات 4062-4058، سال 2010) منتشر شده‌است.

استقبال صنعت خودرو از نانوکامپوزيت‌هاي پلي پروپيلن



نانوکامپوزیت پلی پروپیلن تولید شده به‌وسیله‌ی شرکت پارسا پلیمر شریف، مورد توجه تأمین کنندگان قطعات خودرو قرار گرفت. پیش از این از پلیمر ABS در تولید داشبورد خودرو استفاده می‌شده است که تهیه آن هزینه بالایی داشته اما مسئولین شرکت پارسا پلیمر شریف ادعا می‌کنند که نانوکامپوزیت پلی پروپیلن تولید شده به‌وسیله‌ی آنها به جهت استحکام بالاتر و هزینه پایین‌ترجایگزین مناسبی برای پلیمر ABS در تولید داشبورد خودرو است.
به گفته مسئولین شرکت پارسا پلیمر شریف، شرکت‌های ایران خودرو و دقت خودرو از طریق شرکت سابکو که تأمین‌کننده قطعات خودرو برای شرکت‌های مذکور است، برای تهیه این نانوکامپوزیت با این شرکت وارد مذاکره شده‌اند. همچنین گروه صنعتی وحید نیز در حدود 150 تن از این نانوکامپوزیت را به منظور تولید لوله‌های بی‌صدا خریداری کرده است. بنابر گفته‌های مسئولین گروه صنعتی وحید، خواص مکانیکی و استحکام لوله‌های تولید شده به‌وسیله‌ی این شرکت با استفاده از این نانوکامپوزیت‌ها به طور محسوسی افزایش می‌یابد.
به گفته مدیر تولید شرکت پارسا پلیمر شریف، نانوکامپوزیت پلی پروپیلن که تولید آن به 70 تن در ماه می‌رسد در صنایع بسته‌بندی، حمل و نقل، لوازم خانگی و کالاهای ساختمانی از قبیل لوله، پروفیل، ورق و سیم و کابل، کاربرد دارد.

ورود روغن موتور نانويي به عرصه صادرات


کشور لبنان از روغن موتورهای تولیدی به‌وسیله‌ی شرکت پیشگامان نانو آریا، استقبال کرد. به دنبال استقبال از روغن موتورهای فرآوری شده با فناوری نانو از سوی سرمایه گذاران بخش توزیع روغن موتور استان گیلان طی یکسال گذشته، کشور لبنان نیز به دنبال عقد قرار دادی به منظور خرید این محصولات است.
به گفته مسئولین بخش تولید شرکت پیشگامان نانو آریا، قراردادی که در سال گذشته با فعالان این صنعت در استان گیلان مبنی بر فروش ماهیانه 100 هزار لیتر انواع روغن موتور مبتنی بر فناوری نانو بسته شد، سبب شد تا بازار فروش این محصول 10 درصد افزایش یابد.
از سویی این محصول از زمان ورود به بازار توانسته ماهیانه حدود 200 هزار لیتر فروش داشته باشد. بنا به گفته مسئولین این شرکت، روغن موتورهای تولید شده نسبت به محصولات مشابه بدون کاربرد فناوری نانو از مزایایی از جمله کاهش فرسایش موتور، کاهش مصرف سوخت، کاهش دمای موتور خودرو و افزایش شتاب خودرو برخوردار است.
طبق اظهارات مسئول بخش بازرگانی شرکت پیشگامان نانو آریا، انعقاد قراردادی با کشور لبنان در زمینه صادرات روغن‌های موتور مبتنی بر فناوری نانو به بازار این کشور در دستور کار آینده این شرکت قرار دارد.
شرکت پیشگامان نانو آریا، با هدف تولید انواع نانو روانکارهای مناسب جهت استفاده در موتورهای بنزینی و دیزلی و تولید کلیه محصولات مبتنی بر فناوری نانو در زمینه پتروشیمی و خودرو، تولید محصولات خود را از سال 1385 آغاز کرده است.

فروسيال‌ها به بهتر شدن بينايي کمک مي‌کنند
محققان در آمريکا فروسيال‌ها را بعنوان پيستون‌هاي مايعي استفاده کرده‌اند که مي‌توانند براي ساخت لنزهاي مايع قابل‌تنظيم با سطوح مشترک کروي استفاده شوند. اين لنزها در کاربردهايي نظير يک phoropter استفاده مي‌شوند. يک phoropter که خطاي انكسار نور را اندازه‌گيري مي‌کند، در چشم متمرکز مي‌شود و براي تعيين نمره عينک‌ها و لنزهاي تماسي استفاده مي‌شود.

فروسيال‌ها محلول‌هاي کلوئيدي از نانوذرات فرومغناطيسي معلق شده در يک مايع مي‌باشند. قطرات فروسيال را مي‌توان به‌وسيلة يک ميدان مغناطيسي تحت نفوذ درآورد، به‌طوري که آنها را مي‌توان در سيستم‌هايي که نياز به کنترل دقيق دارند، از قبيل افزاره‌هاي نوري، الکترونيکي و دارورساني استفاده کرد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] چنانچه يك ميدان مغناطيسي به اين افزاره اعمال شود، فروسيال بيشتر داخل يكي از محفظه‌ها حركت مي‌كند و لنز مايع 1- متيل نفتالن را هل مي‌دهد و در نتيجه انحناي آن را تغيير مي‌دهد. امير هيرسا و همکارانش در مؤسسه پلي تکنيک رنسلار، با پر کردن سه تا از چهار سوراخ روي يک بستر با فروسيال، افزاره‌ي خود را ساخته‌اند. کشش سطحي اين فرو سيال اجازه مي‌داد که قطرات از کناره‌هاي بستر بالاتر آمده و برآمدگي تشکيل دهند. آنها چهارمين سوراخ را با 1- متيل نفتالن که ترکيبي است که بعنوان يک لنز مايع استفاده مي‌شود، پر کردند. سپس اين محققان اين سيستم را آب‌بندي کرده و آنها را با آب پر کردند. در نتيجه در نهايت دو محفظه (chamb ER ايجاد شد که با اين بستر از هم جدا شده بودند و فروسيال و 1- متيل نفتالن تنها ارتباط دهنده بين آنها بودند.

هنگامي که اين پژوهشگران يک ميدان مغناطيسي اعمال کردند، قادر شدند که اين فروسيال را داخل يکي از محفظه‌ها بيشتر حرکت دهند و اين باعث هل دادن لنز 1- متيل نفتالين و تغيير انحناي آن شد.

سپس موئينگي با عث مي‌شود كه اين سيستم به حالت اوليه خود برگردد و يک نوع سوئيچ مايع ايجاد شود. موئينگي انتقال خود به خود مايع در يک لوله بدليل جذب مولکولي غيرتعادلي در مرز بين مايع و لوله، مي‌باشد. اين سيستم شبيه يک پيستون به‌صورت پيوسته حرکت مي‌کنند و با کنترل حرکت فروسيال مي‌توان انحناي لنز مايع 1- متيل نفتالن را همان‌طور که لازم است، تنظيم کرد.

هيرسا، کسي که به فکر اين افتاد که راه‌هاي طبيعي حرکت دادن يک سيستم با کشش سطحي را پيدا کند، مي‌گويد: با همان عناصر اساسي، شما مي‌توانيد کارهاي متفاوت بسياري از ساخت پمپ‌ها و لنزهاي قابل تنظيم گرفته تا يافتن راه‌هاي کنترل انتقال حرارت، انجام دهيد. هيرسا اکنون اميد دارد که يکپارچه‌سازي سيستم را بهينه کند و اين فناوري را براي ديگر مواد جهت افزايش گستره کاربردها تنظيم کند.

اين پژوهشگران جزئيات نتايج کار تحقيقاتي خود را تحت عنوان "پيستون‌هاي مايع الکترومغناطيسي براي پمپ‌ کردن مبتني بر موئينگي" در مجله‌ي Lab Chip منتشر کرده‌اند.

ساخت پيل‌هاي خورشيدي با قابليت خودترميمي



پژوهشگران موفق شدند با استفاده از نانولوله‌هاي کربني DNA ، پيل‌هاي خورشيدي جديدي بسازند که همانند سيستم‌هاي فتوسنتز طبيعي، قابليت خودترميمي داشته باشند. اين راهبرد مي‌تواند منجر به کاهش هزينه‌ها و افزايش طول عمر پيل‌هاي خورشيدي شود.

جانگ هين چوي، استاديار دانشگاه پوردو، مي‌گويد که ما فتوسيستم مصنوعي جديدي را ايجاد کرديم که مي‌تواند با کمک نانومواد نوري، انرژي خورشيد را گرفته و به الکتريسيته تبديل کند. در اين سيستم از خواص الکتريکي موادي موسوم به نانولوله‌هاي کربني استفاده شد، اين مواد به‌عنوان سيم‌هاي مولکولي، نورِ گير‌افتاده در سلول‌ها را جمع‌آوري مي‌کنند. ما گمان مي‌کنيم که اين روش قابل صنعتي شدن باشد؛ اما همينک در مرحله‌ي تحقيقات پايه هستيم.

سلول‌هاي فتوالکتروشيميايي، نور خورشيدي را به الکتريسيته تبديل مي‌کنند و براي انتقال الکترون و ايجاد جريان از الکتروليت استفاده مي‌کنند. الکتروليت يک محلول هادي جريان الکتريکي است.

به اعتقاد جانگ هين چوي، مهم‌ترين عيب سلول‌هاي فتوالکتروشيميايي، زوال آنهاست. اين فناوري جديد مي‌تواند بر اين مشکل، همانند آنچه در طبيعت اتفاق مي‌افتد، فائق آيد: براي اين کار، رنگ‌هاي جديد و سالم جايگزين رنگ‌هاي آسيب‌ديده‌ي نوري در سلول مي‌شوند. چنين جايگزيني هر ساعت در گياهان اتفاق مي‌افتد.

سيستم جديد ارائه‌شده، اين امکان را فراهم مي‌آورد که سلول‌هاي فتوالکتروشيميايي به‌طور مستمر با ظرفيت کامل کار کرده و در هر لحظه همانند يک کروموفر تازه باشند. نتايج اين تحقيق در نمايشگاه و کنگره بين‌المللي مهندسي مکانيک در ماه نوامبر در ونکوور کانادا ارائه شد.

نانولوله‌هاي کربني به‌عنوان بستري براي قرار گرفتن رشته‌هاي DNA عمل مي‌کنند. رشته‌هاي DNA به شکلي مهندسي شده‌اند که اسيدهاي نوکلئيک آن قادرند کروموفورها را شناسايي کرده، به آنها بچسبند. DNAها مولکول‌هاي رنگي را شناسايي کرده و به‌صورت خود به خودي خودآرايي مي‌دهند.

زماني که کروموفورها آماده‌ي جايگزيني شدند، آنها مي‌توانند با افزودن رشته‌هاي DNA جديد که توالي نوکلئوتيد متفاوتي دارند، با فرايند شيميايي از سيستم زدوده شوند و سپس مي‌توان کروموفورها را به سيستم اضافه کرد.

دو عنصر حياتي در اين فناوري تقليد از طبيعت وجود دارد: تشخيص مولکولي و شبه پايداري ترموديناميکي، به بيان ديگر، توانايي سيستم براي انحلال مستمر و تجمع دوباره.

اين پروژه در ادامه‌ي تحقيقاتي انجام شده که جانگ هين چوي پيش از اين با همکاري دانشگاه ايلينويز آغاز کرده بود. در آن کار، پژوهشگران روي کروموفورهاي زيستي استخراج‌شده از باکتري تحقيق کردند. مشکل اين تحقيق آن بود که استخراج کروموفور از باکتري‌ها کاري زمان‌بر و پرهزينه‌اي بوده‌است، اما در اين روش جديد از کروموفورهاي سنتزشده از پورفيرين استفاده شد.

افزايش چگالي جريان در باتري قابل شارژ با نانوالکترود اکسيد قلع



نانوالکترود اکسيد قلع براي استفاده در باتري‌هاي قابل شارژ ميکرومتري به منظور افزايش بازده آنها، ساخته شد.

دکتر سيد خطيب‌الاسلام صدرنژاد، عضو هيئت علمي دانشگاه صنعتي شريف، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «اکسيد قلع، داراي کاربردهاي فراوان در وسايل اپتوالکترونيک است و نانوکريستال باردار شده‌ي آن با فلز روي، توانايي افزايش شدت جريان و بازده باتري‌هاي قابل شارژ ليتيمي را دارد».

او در ادامه اظهار داشت: «آسان‌سازي فرايند ساخت، کاهش هزينه‌ي توليد، نازک کردن و افزايش چگالي جريان باتري‌ها، همچنين ايجاد دانش فني ساخت ميکروباترهاي ليتيمي در داخل کشور، از نتايج به‌ دست آمده‌ي اين تحقيق است».

دکتر صدرنژاد گفت: «ميکروباتري‌هاي ليتيمي از 5 جزء تشکيل شده‌اند: دو جزء براي برقراري ارتباط با مدار خارجي و سه جزء براي توليد برق. اين تحقيق به ساخت يکي از اين 5 جزء يعني آند، اختصاص يافته‌است. به همين منظور، فلز مس ابتدا روي تيغه‌ي شيشه‌اي نشانده شده، سپس تبخير و در نهايت لايه‌ي اکسيد قلع حاوي 1% روي لايه‌نشاني شده‌است. نمونه‌ي به دست آمده در مدت زمان معيني عمليات حرارتي گرديده و به اين ترتيب دانه‌هاي اکسيد نانومتري توليد شده‌اند.

دکتر صدرنژاد در پايان با اشاره به اين مطلب که «آند حاصل از اين پژوهش، نسبت به آندهاي متداول، ساده‌تر و ارزان‌تر است و خواص مطلوبي دارد»، گفت: «توانستيم ضخامت باتري‌ها را تا حدود 10 ميکرومتر کاهش دهيم».

جزئيات اين پژوهش که با همکاري مهندس مرتضي ترابي انجام شده، در مجله‌ي Power Sources (جلد 196، شماره 1، صفحات 404-399، سال 2011) منتشر شده‌است.

کشف ساز و کار ربودن مواد غذايي به‌وسيله‌ي پاتوژن‌ها



آلودگي‌هاي باکتري‌ و ديگر پاتوژن‌ها سالانه بيش از 500 ميليارد دلار خسارت به محصولات کشاورزي در سراسر جهان وارد مي‌کند. اخيراً گروهي در مؤسسه‌ي زيست‌ شناسي گياهي کارنيگي، روشي ابداع کرده‌اند که با آن مي‌توان به ساز و کار جذب (سرقت) مواد غذايي به‌وسيله‌ي باکتري‌ها از گياهان پي‌برد. آنها دريافتند که يک دسته حفره‌ي جديد، مي‌تواند شکر را از گياه به بيرون انتقال دهد. باکتري‌ها و قارچ‌ها با ربودن شکر از طريق اين حفرات، به شکر موجود در گياهان به‌عنوان منبع غذايي دسترسي پيدا مي‌کنند. اين اولين باري است که دانشمندان مي‌توانند ربودن غذا از گياه را به‌وسيله‌ي پاتوژن‌ها تحت کنترل درآورند که اين امر مي‌تواند مانع طيف وسيعي از بيماري‌هاي گياهي شود.

جهش ژن‌هاي توليدکننده‌ي حفره، مانع از بروز عفونت‌هاي پاتوژني نظير پژمردگي در گياه برنج مي‌شود. در نبود پاتوژن‌ها، اين پروتئين‌هاي حفره‌اي موسوم به SWEETs شکر لازم براي توليد دانه، گرده و شهد را فراهم مي‌کند. در جانوران و انسان‌ها نيز چنين پروتئيني توليد شده که در روده، کبد، بيضه و سلول‌هاي پستاني موجب رهاسازي شکر مي‌شود.

پيش از اين محققان به دنبال پمپي براي خروج شکر از سلول‌ها بودند، زيرا گمان مي‌کردند که با کمک چنين پمپي شکر به بيرون از سلول فرستاده مي‌شود. براي بررسي اين فرضيه آنها از فناوري مبتني بر نانوحسگرهاي انتقال‌دهنده‌ي انرژي رزونانس فلورسانس (FRET) استفاده کردند. آنها ژن توليدکننده‌ي شکر را در گياه قرار داده، مطمئن شدند که گياه شکر توليد مي‌کند؛ اين در حالي است که اگر پمپ انتقال‌دهنده‌ي شکر وجود داشته باشد، نانوحسگرها مي‌توانند خروج آنها را شناسايي کنند؛ اما حسگر حضور شکر را احساس نکرد؛ بنابراين چنين پمپي نمي‌توانست وجود داشته باشد.

پژوهشگران به سراغ مسير ديگري رفتند، آنها دريافتند که ژن‌هايي از خانواده‌ي SWEETs به نام Xa13 که منجر به توليد حفره‌هايي در سلول مي‌شوند، در انتقال شکر نقش دارند. در واقع اين ژن مسئول رساندن شکر به باکتري است. جهش در چنين ژن‌هايي موجب مقاومت گياه در برابر عفونت پژمردگي حاصل از فعاليت باکتري مي‌شود. حال مي‌توان به دنبال ساخت دارويي رفت که بتواند به‌منظور حفاظت از گياهان در برابر باکتري، فعاليت اين ژن را محدود کند.

اين کشف و تحقيقات پس از آن مي‌تواند پنجره‌ي جديدي در روش‌هاي محافظت از محصولات کشاورزي باز کند. با تغييرات ژنتيکي در اين گياهان مي‌توان آنها را در برابر برخي از آفت‌ها محافظت کرد. از آنجا که اين ژن در برخي جانداران از جمله انسان نيز وجود دارد، اين يافته مي‌تواند در پزشکي نيز مورد استفاده قرار گيرد.

استقبال شهرداري تهران از نانو کود کلاته آهن در حل مشکل آلودگي هوا



شهرداری تهران از «کود کلاته آهن خضرا» تولیدی شرکت صدور احرار شرق، استقبال کرد.
این کود که با استفاده از فناوری نانو تولید شده است، با تأثیر بر چرخه‌های تنفسی گیاه، تولید اکسیژن به‌وسیله‌ی گیاه را افزایش داده و رشد گیاه را تا حد قابل توجهی بهبود می‌بخشد؛ همین خصوصیات موجب شد تا این محصول از سوی سازمان شهرداری تهران مورد استقبال قرار گیرد.
به گفته مسئول پروژه کود خضرا، در یکسال گذشته، طی تعامل صورت گرفته بین شهرداری تهران و شرکت تولید‌کننده نانو کود کلاته آهن، در حدود یک میلیارد تومان از این محصول به‌وسیله‌ی شهرداری خریداری شده و در نقاط مختلف تهران مورد استفاده قرار گرفته است.
مهندس نظران در خصوص ویژگی‌های این کود افزود: «استفاده از نانوکودکلاته آهن در مناطق آلوده شهر تهران می‌تواند به کاهش آلودگی منطقه و بالابردن سطح اکسیژن کمک کند. جذب و شکست آلاینده‌های محیط از جمله دی اکسید کربن، اوزون و نیتریت و تأثیر آهن موجود در این کود بر چرخه تنفسی گیاهان (کربس) ، از جمله عوامل افزایش دهنده اکسیژن محیط است».
به گفته این پژوهشگر، تولید این محصول از سال 85 به طور رسمی آغاز شده است و علاوه‌بر توسعه بازار داخلی، تاکنون قراردادهایی متعددی در زمینه صادرات این محصول به کشورهای خارجی از جمله کره، ترکیه و کویت منعقد شده است.

افزايش ماندگاري آب پرتقال به‌کمک بسته‌بندي‌هاي نانوساختار



پژوهشگران دانشگاه صنعتي اصفهان، موفق به افزايش ماندگاري آب پرتقال تازه، از دو هفته به يك ماه با استفاده از بسته‌هاي حاوي نانوذرات نقره و اکسيد روي شدند.

به‌كارگيري بسته‌هاي پليمري حاوي نانوذرات نقره و اکسيد روي در نگهداري آب پرتقال طبيعي تازه به عنوان روشي جديد، براي حفظ حداکثر مواد مغذي، تازگي و کاهش بار ميکروبي آن، موضوع رساله‌ي دکتري آقاي آريو امامي‌فر، است.

دکتر امامي‌فر، دكتري مهندسي صنايع غذايي و عضو هيئت علمي دانشگاه كردستان، در گفتگو با بخش خبري سايت ستاد ويژه‌ي توسعه‌ي فناوري نانو گفت: «در اين مطالعه، فيلم‌هاي نانوکامپوزيتي حاوي نانوذرات اکسيد روي و نانوکامپوزيت نقره با استفاده از روش مخلوط‌سازي مذاب به روش اکسترودر تهيه گرديد. سپس، بسته‌هاي مخصوص آب پرتقال با استفاده از فيلم‌هاي نانوکامپوزيتي توليدي به همراه فيلم پلي‌اتيلني خالص به عنوان نمونه‌ي شاهد، تهيه شد. سپس بسته‌هاي حاوي آب پرتقال تازه، در دماي 4 درجه‌ي سانتي‌گراد انبار شدند. پايداري ميکروبي، ميزان اسيد آسکوربيک، شاخص قهوه‌اي شدن، کيفيت رنگ، ميزان مهاجرت يون‌ها و در نهايت، خصوصيات حسي آب پرتقال‌ها پس از 7، 28 و 56 روز انبارداري ارزيابي گرديد».

دکتر امامي‌فر در رابطه با نتايج اين تحقيق گفت: «نتايج نشان مي‌دهد که سرعت رشد ميکروبي در آب پرتقال تازه، در بسته‌بندي‌هاي حاوي نانوکامپوزيت‌هاي داراي نقره و اکسيد روي تا 28 روز پس از انبارداري کاهش يافته‌است. ميزان نابودي اسيد آسکوربيک و توليد ترکيبات قهوه‌اي در بسته‌هاي نانوکامپوزيتي حاوي 25/0 درصد نانواکسيد روي نيز کاهش معني‌داري يافته‌است. علاوه بر اين، ماندگاري برخي خواص حسي شامل بو و مزه در اين بسته‌ها هم پس از 28 روز بيشترين امتياز را دريافت کرده‌اند».

محقق طرح در پايان گفتگو ابراز داشت: «فناوري‌هاي غير حرارتي جديد نيز با کاهش بار ميکروبي و حفظ خصوصيات حسي و تغذيه‌اي، روشي ايده‌ال در فرآيند نگهداري آب پرتقال است كه نياز به تجهيزات و دستگاه‌هاي پيچيده و گران قيمت و مصرف بالاي انرژي فسيلي دارد. بنابراين به‌كارگيري بسته‌هاي پليمري حاوي نانوذرات نقره و اکسيد روي براي نگهداري آب پرتقال طبيعي تازه، به عنوان روشي جديد و غير حرارتي، بسيار مورد توجه قرار گرفته‌است».

جزئيات اين پژوهش -که با راهنمايي دکتر محمد شاهدي و دکتر مهدي کديور در دانشكده‌ي كشاورزي دانشگاه صنعتي اصفهان انجام شده‌است- در مجله‌يInnovative Food Science and Emerging Technologies (شماره‌ي 11، صفحات 748-742، سال 2010) منتشر شده‌است.