کاربرد های نانوتکنولوژی |مقالات|

[behnam karami]

فناوري‌نانو در دهه اخير از سوي کشور ما مورد توجه جدي قرار گرفته است. همزمان با آن صنايع دريايي نيز دچار تحولات اساسي شده و سرمايه‌گذاري‌هاي هنگفتي در آن انجام شده است. امروزه ثابت شده است که صنايع دريايي مي‌تواند گرانيگاه رشد و توسعه در مناطق ساحلي کشور باشد. ايران با داشتن 2900 کيلومتر مرز آبي، در زمينه صنايع دريايي، کشوري در حال توسعه محسوب مي‌شود، در حالي که برخي از کشورهاي اروپايي با کمتر ازيک پنجم اين مرز آبي، جزو کشورهاي قدرتمند در زمينه صنايع دريايي قرار دارند و به واسطه اين توانمندي، سلطه خود را بر دنيا تحميل کرده‌اند. صنايع دريايي شامل حوزه وسيعي از صنايع مي‌شود که هر كدام مي‌توانند پشتوانه و مهد توسعه علم و فناوري در کشور باشند. سه دسته‌بندي کلي صنا‌يع دريايي عبارتند از: 1 صنايع کشتي‌سازي: ساخت انواع کشتي‌ها از قبيل کشتي‌هاي کانتينربر، نفتکش‌هاي غول پيکر، ناوچه‌ها و زيردريايي‌. در اين زمينه شرکت‌هاي بزرگي نظير صدرا، ايزوايکو، اروندان و فجر در کشور شکل گرفته‌اند که هر يك تجربه ساخت ده‌ها فروند شناور دارند. 2 صنايع فرا ساحل: شامل ساخت سکوهاي ثابت و متحرک دريايي و لوله‌گذاري در دريا مي‌شود که در پروژه‌هاي عظيم نفت و گاز به خصوص در حوزه‌هاي پارس جنوبي، ابوذر و ميادين بزرگ نفتي کاربرد دارند. شرکت‌هاي بزرگي از قبيل تأسيسات دريايي، صدف و صدرا در اين زمينه شکل گرفته‌اند که تجربه ساخت ده‌ها سکوي ثابت و متحرک دريايي و صدها کيلومتر لوله‌گذاري دريايي را در كارنامه فعاليت خود دارند. 3 صنايع ساحلي و بندري: شامل ساخت اسکله، موج‌شکن و سازه‌هاي نزديک ساحل (پايانه‌هاي نفتي) که در بنادر شهيد رجايي، باهنر، بوشهر، امام خميني و جزيره خارک تجارب بسياري در اين زمينه اندوخته شده است که از جمله آنها مي‌توان به قرارگاه سازندگي نوح و شرکت صدرا اشاره کرد. فناوري‌نانو در زمينه صنايع دريايي، به خصوص ساخت شناورها از اهميت خاصي برخوردار است و كاربردهاي آن را مي‌توان به‌طور كلي شامل موارد زير دانست: 1 ايجاد پوشش‌هاي مناسب در برابر اثرات محيط دريا؛ 2 توليد مواد جديد براي ساخت بدنه و اجزاي آن به‌منظور افزايش استحکام و کاهش نويز و ارتعاش منتشر شده از بدنه؛ 3 توليد مواد جديد براي افزايش قابليت عملکرد شناور مانند سوخت‌هاي جديد، باتري‌هاي با ذخيره انرژي بسيار بالا و پيل‌هاي سوختي.
پتانسيل‌هاي كاربرد در صنايع دريايي
صنايع دريايي گستره وسيعي از صنايع مانند شناورهاي سطحي (کشتي‌ها)، زيرسطحي (زيردريايي‌ها) ، سکوهاي دريايي و کليه صنايع مرتبط با دريا را در برمي‌گيرد.
برخي از پتانسيل‌هاي کاربرد فناوري‌نانو در اين صنايع
1 کليه تحولاتي که در فناوري کامپيوتر، الکترونيک و مخابرات براساس فناوري‌نانو ايجاد مي‌گردد، قطعاً بر صنايع دريايي تأثير‌ مي‌گذارد؛ زيرا اين صنايع مانند ساير صنايع، وابستگي بسياري به اين فناوري‌ها دارند. 2 الکترودهاي جوشکاري دما پايين: اين الکترودها با استفاده از فناوري‌نانو، داراي دماي کاري بسيار پاييني نسبت به الکترودهاي جوشکاري موجود هستند. مواد اين الکترودها به‌گونه‌اي است که در ازاي حرارت اندک، اتحاد مولکولي مستحکمي را بين مولکول‌هاي دو قطعه فلز ايجاد مي‌کنند و عملکردي شبيه چسب‌هاي حرارتي معمولي خواهند داشت. اين الکترودها با ايجاد اعوجاج بسيار ناچيز در فلزات، تأثير شگرفي بر فناوري جوشکاري، به خصوص جوشکاري آلومينيوم خواهند داشت. کاربرد و حجم زياد جوشکاري در صنايع دريايي مي‌تواند عاملي براي تأثير فوق‌العاده فناوري‌نانو در اين زمينه باشد. 3 سوخت: کشتي و کليه شناورها براي تأمين قدرت حرکت در دريا، معمولاً چندين تن سوخت حمل مي‌کنند و کشتي‌هاي اقيانوس‌پيما نيز در طول مسير دريانوردي مجبور هستند، چندين بار براي سوخت‌گيري توقف کنند. فناوري‌نانو با ارائه سوخت‌هاي پرانرژي، کشتي‌ها را از توقف‌هاي متعدد در دريا و حمل چندين تن سوخت بي‌نياز خواهد کرد. اين سوخت‌ها به‌صورت بسته‌هاي پرانرژي مولکولي است که از اثرات مولکول‌ها بريکديگر، انرژي زيادي آزاد مي‌کنند، به طور كهيک ليتر از اين سوخت‌ها، معادل ده‌ها ليتر سوخت معمولي انرژي آزاد مي‌کند[2]. از آنجا که ذرات نانومتري موجب افزايش سرعت سوخت ويکنواختي آن مي‌گردد، در سوخت‌هاي جديد مي‌توان جهت افزايش قدرت سوخت از آنها استفاده کرد [3]. 4 نانوفايبرگلاس و نانوکامپوزيت‌ها: فايبرگلاس با آرايش تار و پودي (ماتريسي) ، استحکام زيادي دارد. در اين مواد، الياف شيشه به صورت تارهاي نازک و تحت شرايط خاصي توليد شده، به صور متفاوتي به هم بافته مي‌شوند؛ رايج‌ترين نوع آنها الياف بافته شده به‌صورت حصيري و الياف سوزني است. فناوري‌نانو با اعمال آرايش تار و پودي بين مولکول‌ها، نانوفايبرگلاس‌هاي بسيار محکم و سبکي ايجاد مي‌کند که نسبت به فايبرگلاس‌هاي امروزي برتري بسياري دارند. نانوکامپوزيت‌ها دسته جديدي از مواد مورد مطالعه جهاني است که شامل پليمرهاي قديمي تقويت شده با ذرات نانومتري مي‌شود. کامپوزيت‌ها با داشتن آرايش‌هاي مولکولي متفاوت، کاربردهاي وسيع‌تر و جديدتري را تجربه خواهند کرد. از جمله خواص مهم کامپوزيت‌ها، استحکام زياد در عين وزن کم، مقاومت بالا در برابر خوردگي و خاصيت جذب امواج راداري است. اين خاصيت به منظور ساخت هواپيماها و زيردريايي‌هايي که به وسيله رادار قابل شناسايي نيستند، مورد استفاده قرار مي‌گيرد [4]. 5 جاذب‌هاي ارتعاشي: جاذب‌هاي ارتعاشي امروزي، موادي حجيم و سنگين هستند. فناوري‌نانو با ارائه جاذب‌هاي ارتعاشي جديد، تحول عميقي را در اين زمينه ايجاد خواهد کرد. اين نانومواد، انرژي ارتعاشي را به مقدار بسيار بالايي در بين شبکه مولکولي خود ذخيره مي‌کنند و ساختارهاي مولکولي ويژه آنها، تا حد زيادي از انتقال انرژي ارتعاشي به مولکول‌هاي جانبي جلوگيري مي‌کند؛ بدين ترتيب ارتعاش به خوبي مهار مي‌شود. اين مواد در کشتي‌هاي مسافربري، شناورهاي نظامي و زيردريايي‌ها کاربردهاي بسياري دارند و اغلب در زير موتورها و اجزاي دوار شناورها نصب مي‌گردند. 6 جاذب‌هاي صوتي: اين جاذب‌ها نيز مانند جاذب‌هاي ارتعاشي، علي‌رغم سبک و نازک بودن، انرژي صوت را به‌طور کامل ميرا مي‌کنند. جاذب‌هاي صوتي امروزي با وجود سنگين و حجيم بودن، نسبت به فرکانس و جهت صوت برخوردي، بازدهي متفاوتي دارند. فناوري‌نانو انواعي از جاذب‌هاي صوتي را ارائه مي‌کند که ساختار مولکولي آنها با جهت برخورد صوت و فرکانس صوت قابل تطابق باشد؛ به گونه‌اي که بتوانند بيشترين مقدار انرژي صوت را جذب کنند. اين مواد در کشتي‌هاي مسافربري، شناورهاي نظامي و زيردريايي‌ها کاربردهاي بسياري دارند و قسمت داخلييا خارجي بدنه از اين مواد پوشيده مي‌شود. 7 رنگ‌هاي دريايي: خوردگي بسيار زياد محيط دريا به خصوص درياهاي آب شور مانند خليج فارس، از معضلات اساسي نگهداري سکوهاي دريايي و کشتي‌هاست. شرايط خاص محيط دريا ايجاب مي‌کند که به‌طور متوسط، هر سه ساليک‌بار بدنه سکوها و کشتي‌ها رنگ‌آميزي شود. فناوري‌نانو رنگ‌هاي جديد بسيار مقاوم در برابر خوردگي و اثرات محيط ارائه مي‌نمايد که با توجه به طول عمر شناورها و دوام بيش از 20 سال اين رنگ‌ها بر بدنه شناورها، مي‌توان اين امر را به معناي مادام‌العمر بودن اين رنگ‌ها دانست. 8 جاذب‌هاي انرژي موج دريا و نور آفتاب: فناوري‌نانو نسل جديدي از مواد را ارائه مي‌کند که همانند سلول‌هاي فتوالکتريک انرژي موج دريا و نور آفتاب را جذب مي‌کنند و به مثابه منبع تأمين انرژي خواهند بود. ويژگي منحصر به فرد اين مواد اين است که همانند پوشش‌هاي معمولي دريايي قابل اتصال به بدنه شناور هستند که مي‌تواند مدت دوام شناور در دريا را چندين برابر نمايد و از انرژي‌هاي محيط استفاده کند. استفاده از اين منابع انرژي مزيت‌هاي زيست‌محيطي نيز دارد. 9 نانوفيلتراسيون: از جمله ويژگي‌هاي اين فناوري مي‌توان به جذب ذرات بسيار ريز محيط اشاره كرد كه در جذب مونوکسيد و دي‌اکسيد کربن كاربرد دارند. پوشش داخلي زيردريايي‌ها در زير آب محيطي بسته و مناسب با بکارگيري اين فناوري است. مطابق اين فناوري، بلورهاي اکسيد تيتانيوم نيمه‌رسانا که اندازه‌شان فقط 40 نانومتر است به‌وسيله نور ماوراء بنفش شارژ شده، براي حذف آلودگي‌هاي آلي استفاده مي شوند. 10 نانومورفولوژي: با استفاده از فناوري‌نانو مي‌توان مواد بسيار مقاوم در برابر آتش ساخت که در اشتعال ناپذيري به خاک تشبيه مي‌شوند. استفاده از اين مواد در شناورها به منظور ايمني در برابر آتش‌سوزي بسيار حائز اهميت است. در شناورهاي نظامي خطر آتش سوزي بسيار زياد است؛ لذا استفاده از اين فناوري بسيار حياتي است. 11 تحول در فناوري پيل سوختي: پيل سوختي در شناورها به خصوص شناورهاي زيرسطحي و زيردريايي‌ها، کاربردهاي وسيعي دارد. امروزه روش‌هاي مختلفي براي ذخيره‌سازي هيدروژن مورد نياز در پيل سوختي استفاده مي‌شود؛ از جمله به صورت مايع (که دماي بسيار پايينيا فشار بسيار بالايي نياز دارد) ، هيدرات فلزي (که وزن بسيار زيادي را به شناور تحميل مي‌کند) و کربن فعال (که استفاده از آن معضل زياد و بازده کمي دارد) . اكنون مي توان از نانولوله‌هاي کربني براي ذخيره هيدروژن استفاده كرد؛ زيرا ديگر نيازي به دماي پايين، فشار بسيار بالا و تحمل وزن سنگين نخواهد داشت؛‌ اين كار تحول عظيمي را در فناوري پيل سوختي ايجاد خواهد كرد. 12 باتري‌هاي با ذخيره انرژي بسيار بالا: امروزه انواع مختلفي از باتري‌هاي قابل شارژ وجود دارند که داراي وزن زياد و ذخيره انرژي اندکي هستند [4]؛ اين باتري‌ها در شناورها به خصوص در قايق‌هاي تفريحي، زيردريايي‌ها و کشتي‌ها (به عنوان منبع برق اضطراري) کاربردهاي حياتي و مهمي دارند، امّا انرژي اندكي كه ذخيره مي‌كنند زمان ماندن زيردريايي‌هاي ديزل الکتريک در زير آب را محدود مي‌کنند. در موقع حرکت سطحي که ديزل قادر به فعاليت است، انرژي الکتريکي توليد شده ديزل در باتري‌ها ذخيره مي‌شود و در موقع حرکت در زير سطح آب که به علت دسترسي نداشتن به هوا امکان کار براي ديزل وجود ندارد، از اين انرژي الکتريکي استفاده مي‌شود. فناوري‌نانو با ارائه باتري‌هاي با ذخيره انرژي بسيار بالا، زيردريايي‌هاي ديزل الکتريک را قادر مي‌کند تا ده‌ها برابرِ زمان فعلي خود در زير آب بمانند. علاوه بر آن فناوري‌نانو با كاهش وزن بسته‌هاي باطري، کاربردهاي ارزنده‌اي در فناوري هوافضا، هواپيماهاي بدون سرنشين، اتومبيل و شناورهاي تفريحي کوچک پديد مي‌آورد. 13 گرافيت و سراميک: فناوري‌نانو با ارائه مواد بسيار مستحکم که ده‌ها برابر مقاوم‌تر از فولاد هستند، تأثير چشمگيري در ساخت سازه‌هاي دريايي و صنايع دريايي خواهد داشت. سراميك‌ها از جمله اين موادند كه در بدنه غوطه‌ورشونده‌هاي آب عميق (حدود 11 هزار متر) به‌کار خواهند رفت. اين مواد با داشتن استحکام فوق‌العاده، وزن سبک، مقاومت بسيار زياد در برابر خوردگي و دوام در شرايط دمايي بسيار متغير، گزينه بسيار مناسبي براي سازه‌هاي عظيم دريايي به خصوص غوطه‌ور شونده‌ها و زيردريايي‌ها هستند.
جايگاه صنايع دريايي و فناوري‌نانو در ايران
در ايران صنايع دريايي به معناي واقعي خود؛ يعني ساخت سکوهاي ثابت و متحرک دريايي، کشتي‌هاي اقيانوس پيما، غوطه‌ور شونده‌ها، زيردريايي‌ها و غيره، حدوديک دهه از عمرشان مي‌گذرد و صنعتي نوپا محسوب مي‌گردد. فناوري‌نانو نيز در دنيا قدمت چنداني ندارد و از معدود فناوري‌هايي است که در همان بدو مطرح شدنش در دنيا، در ايران نيز مطرح شده است. فناوري‌نانو با توجه به تأثيرات شگرفي که در همه صنايع دارد، مورد توجه قرار گرفته است. صنايع دريايي در حال رسيدن به دوران تکامل خود در کشور است و فناوري‌نانو هم مي‌تواند به تکامل هدفمند و روزافزون آن کمک کند. کاربردهايي از فناوري‌نانو که بيان شد، تنها گوشه‌اي از کاربردهاي گسترده آن در صنايع دريايي است و آينده، اين کاربردها را قطعي‌تر و مشخص‌تر خواهد کرد؛ لذا مديران کليه بخش‌هاي صنعتي کشور از جمله صنايع دريايي نبايد خود را نسبت به فناوري‌نانو بيگانه بدانند، بلکه همواره بايد پيشرفت‌هاي اين شاخه از دانش و فناوري مولکولي را در دنيا زير نظر داشته، از پيشرفت اين فناوري جديد در کشور، حمايت‌هاي مادي و معنوي لازم را به عمل آورند. چه بسا که ورود فناوري‌نانو به هر صنعتي، تحولات شگرفي را باعث شود و غافلگيري و ورشکستگي رقبا را به دنبال داشته باشد. از طرف ديگر، نهادهاي مرتبط بايد پيشرفت‌هاي روز دنيا در زمينه فناوري‌نانو را به صنايع مربوطه معرفي کنند که اين امر مستلزم شناخت نيازهاي هر بخش از صنعت در زمينه فناوري‌نانو است. لازم است، متوليان فناوري‌نانو بايک تقسيم‌بندي منطقي در صنايع موجود در کشور، نيازهاي هريک را به تفکيک بررسي کنند و با شناسايي نيازهاي بازار، توسعه فناوري‌نانو را در کشور جهت‌دهي نمايند. به علاوه، پشتوانه مالي مناسبي نيز براي توسعه فناوري‌نانو فراهم نمايند، زيرا نشناختن نيازها به معناي بيراهه رفتن فناوري‌نانو در کشور است. پيشنهاد نگارندگان اين مقاله به مسئولين امر، سرمايه‌گذاري در زمينه باتري‌هاي داراي ذخيره انرژي بالا است که در زيردريايي‌ها کاربرد دارند لازم به ذكر است كه پژوهشکده زير سطحي دانشگاه صنعتي مالک اشتريکي از حاميان اين طرح است
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[Mohammad Hosseyn]

كلوييدها - نانوذرات قديمي

يك روش خوب براي درك مفاهيم نانويي، مطالعه‌ي نقاط شروع اين فناوري در دنياي علم است. در قرن بيستم، به دنبال كشف قابليت‌هاي گسترده‌ي مولكول‌ها در ساختن مواد جديد، دانش‌هاي مرتبط با ذرات ريز توسعه يافتند. يكي از اين يافته‌ها كه امروزه توسعه‌ي چشمگيري پيدا كرده، كلوييد و انواع مختلف آن است.

كلوييد چيست؟

اگر در يك لوله‌ي آزمايش تا يك‌سوم گنجايش آن الكل معمولي بريزيم و به آن نصف قاشق چايخوري گَرد گوگرد اضافه كنيم و سپس مخلوط حاصل را به‌ملايمت داخل يك بِشِر آب داغ گرما بدهيم و هم بزنيم، مي‌بينيم كه گوگرد در الكل حل مي‌شود. اما اگر چنين محلولي را در يك ظرف سرد خالي كنيم، مي‌بينيم كه پديد‌ه‌ي ديگري به وجود مي‌آيد. در مخلوط جديد، گوگرد به صورت ذرات ريزي درمي‌آيد و هر ذره با آن‌كه خيلي ريز است، از صدها و گاه هزاران اتم تشكيل شده است. اين ذرات را «كلوييد» مي‌نامند.

كلوييد چگونه كشف شد؟

در سال 1861، توماس گراهام، عبور موادّ مختلف را از درون غشاي تراوا آزمايش كرد. او دريافت كه گروهي از اجسام به‌آساني از درون غشا عبور مي‌كنند و گروه ديگر به هيچ وجه از آن نمي‌گذرند. اين دانشمند، اجسام گروه اول را كريستالوئيد (شبه بلور) وگروه دوم را كلوييد (شبه چسب) ناميد.

كلوييدها محلول نيستند

كلوييدها ظاهري محلول‌مانند دارند. يعني به‌ظاهر همگن و شفاف‌اند و مانند محلول‌ها از سوراخ‌هاي كاغذ صافي مي‌گذرند. با وجود اين، چهار تفاوت اساسي ميان كلوييدها و محلول‌ها ديده مي‌شود:

1 - دركلوييدها، اندازه‌ي ذراتِ پخش‌شده، از اندازه‌ي ذرات حل‌شده در محلول‌ها، يعني مولكول‌ها و يون‌ها، بزرگتر و بين 10-7 و10-8 سانتي‌متر است؛ در حالي كه اندازه‌ي ذرات حل‌شده در محلولها در حدود 10-9 متر (نانومتر) است، يعني ابعاد يونها.

2 - اگرچه معمولاً اندازه‌ي ذرات سازنده‌ي كلوييدها آن‌ اندازه كوچك است كه از سوراخ‌هاي كاغذ مي‌گذرند، اما آن اندازه بزرگ‌ هم هست كه وقتي در مسير نور قرار ‌گيرند، بتوانند نور را به اطراف بپراكنند. اگر در يك جاي تاريك، دو ظرف، يكي شامل محلولي مانند آب نمك و ديگري شامل كلوييدي مانند FeCl3 در آب جوش را در كنار يكديگر قرار دهيد و باريكه‌ي نوري به آن بتابانيد و از پهلو به آن دو نگاه كنيد، مي‌بينيد كه مسير عبور نور در داخل محلول مشخص نيست، ولي ‌در داخل كلوييد كاملاً مشخص است؛


3 - كلوييدها برخلاف محلول‌ها حالت پايدار ندارند، بلكه با گذشت زمان تغيير مي‌كنند؛

4 - ذرات سازنده‌ي كلوييدها بر خلاف ذرات سازنده‌ي محلول‌ها، در شرايط معين، مثلاً بر اثر سرد كردن يا گرم كردن يا در مجاورت با برخي ذرات ديگر، به يكديگر متصل مي‌شوند و ذرات بسيار بزرگتري را تشكيل مي‌دهند. در اين ‌صورت، كلوييد حالت «نيمه‌جامد» يا «ژله» به خود مي‌گيرد، يا اينكه لخته مي‌شود.

اندازه‌هاي كلوييدي

اگر جسمي را كه نرم ساييده شده است در آب بريزيم، يكي از سه حالت زير پيش مي‌آيد:

1. ممكن است يك «محلول حقيقي» تشكيل شود كه نتيجه‌ي پراكنده شدنِ اتم‌ها، مولكول‌ها يا يون‌هاي آن جسم در يك حلاّل است. اندازه‌ي ذرات در اين محلول از حدود 1nm تجاوز نمي‌كند؛

2. اين امكان وجود دارد كه ذراتِ بزرگتر از حدود 100nm باقي بمانند. اين ذرات ميكروسكوپي، به‌تدريج ته‌نشين مي‌شوند. از آنجا كه اين ذرات به طور موقت معلق‌اند و بر اثر ماندن ته‌نشين مي‌شوند، به مخلوط حاصل، «مخلوط معلق» يا «سوسپانسيون»‌ مي‌گويند؛

3. ذراتي كه اندازه‌ي آنها از 1nm تا حدود 100nm تغيير مي‌كند، معمولاً به صورت پراكنده در همه‌جاي محيط باقي مي‌مانند. اين نوع مخلوط «كلوييد» ناميده مي‌شود. به عبارت ديگر، در يك مخلوط كلوييدي با «نانوذرات» سروكار داريم.

كلوييدها در ميانه‌ي سوسپانسيون‌ها و محلول‌ها قرار مي‌گيرند، ولي ناهمگن به شمار مي‌روند. محيط‌هاي پيوسته ــ همچون آب يا الكل ــ و جسم پراكنده، هركدام وضعيت جداگانه‌اي به وجود مي‌آورند.

چند نكته

الف ـ حركت براوني ذرات كلوييدي

اگر يك قطره شير را با ميكروسكوپ نوري به‌دقت نگاه كنيد، ذرات تشكيل‌دهنده‌ي آن را در حال حركت دائم مي‌بينيد. اين ذرات پيوسته و به طور نامنظم تغيير جهت مي‌دهند. ذرات كلوييدي هنگامي‌كه به هم مي‌رسند، در برخورد با يكديگر تغيير مسير مي‌دهند. به اين حركت دائمي و نامنظم ذرات كلوييدي «حركت براوني» مي‌گويند.

ب ـ دستگاه الكتروفورِز

دستگاهي است كه براي مطالعه‌ي حركت ذرات كلوييدي در ميدان الكتريكي مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

ج ـ دياليز

فرايند جدا كردن يون‌ها از ذرات كلوييدي «دياليز» ناميده مي‌شود. اين كار معمولاً به كمك يك غشاي مناسب صورت مي‌گيرد. امروزه از دياليز به طور گسترده براي تصفيه‌ي خون استفاده مي‌شود.

مطالعه و آزمايش بر روي انواع كلوييدهاي جامد در مايع آسان و ارزان‌تر از زمينه‌هاي ديگر نانوفناوري به نظر مي‌رسد. شايد شما هم بتوانيد نانوذرات مفيدي بسازيد! حالا كه مي‌دانيد سابقه و ريشه‌ي نانوذرات همان كلوييدها هستند، منابع علمي بيشتري در اختيار داريد؛ مخصوصاً به زبان شيرين پارسي!


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

[Asalbanoo]

فناوری‌نانو، توانمندی‌‌ تولید‌ مواد، ‌ابزار‌ها و سیستم‌های جدید با در دست‌ گرفتن کنترل‌ در سطح ‌مولکولی‌ و اتمی‌ ‌و استفاده‌ از خواصی است که در آن سطوح ظاهر می‌شود.
گستردگی علوم و فناوری‌نانو‌‌ موجب‌‌ تعریف کاربرد‌های‌ بسیار زیادی‌ در عرصه‌های مختلف علمی و صنعتی‌ شده است.
کاربرد‌های‌ فناوری‌نانو‌ ‌در همه جا‌‌ همراه با هزینه کمتر، دوام‌ و عمر‌ ‌بیشتر، ‌مصرف انرژی‌ پایین‌تر، ‌‌هزینه نگهداری‌‌ کمتر و خواص بهتر است.
از هم اکنون‌ بازار بزرگی‌ برای به‌کار‌گیری مواد جدید‌ در محصولات‌ فعلی در حال شکل‌گیری‌‌ است، موادی که می‌توانند خواص جدید و فوق العاده‌ای‌‌ به محصولات‌ موجود بخشیده و موجب کاهش قیمت تمام شده آنها شوند. به عنوان نمونه نانولوله‌های کربنی با وزن بسیار کمتر و استحکام‌‌ بسیار ‌بیشتر نسبت به موادی چون فولاد، ‌بخش زیادی‌ از صنایع‌ را در آینده‌ تحت تأثیر‌ قرار خواهد داد.
صنعت خودروسازی یکی از بزرگترین صنایع جهان است و در کشور ما نیز از اهمیت خاصی برخوردار می‌باشد. توجه به به‌کارگیری فناوریهای جدیدی چون فناوری‌نانو، در چنین صنعتی ضروری است.
یکی از اصلی‌ترین موضوعات فناوری‌نانو، ساخت مواد با خواص جدید است. این مواد‌ ارزش افزوده ‌‌بسیار بالا‌ و کارایی‌ بالاتری در تمام صنایع‌ خواهند داشت‌ که ‌صنعت‌ خودرو‌ نیز از آن مستثنی نمی‌باشد.
‌ساخت بدنه‌های‌ سبکتر‌ و مقاومتر‌ برای خودرو، ساخت‌ لاستیک‌هایی با مقاومت‌‌‌ سایشی‌‌ بهتر، ساخت‌ ‌قطعات موتور با عمر چند برابر، ‌کاهش مصرف‌ سوخت خودرو، ساخت باتر‌ی‌هایی با انرژی‌‌ ‌بالا‌ ‌و دوام بیشتر، نانوساختارهایی مبتنی بر کربن به عنوان سوپر اسفنج هیدروژنی در خودروهای پیل‌سوختی، ساخت‌ حسگر‌ها‌ی چند منظوره برای کنترل ‌فرایند‌های‌ مختلف‌‌ در خودرو‌‌، ساخت‌ کاتالیز‌ور‌های‌ ‌‌اگزوز ‌‌خودرو جهت‌ کاهش آلودگی ‌‌هوا، ساخت لایه‌های خیلی‌‌ محکم ‌‌با خصوصیات‌ ‌ویژه‌ای مثل ‌الکتروکرومیک‌ (رنگ‌پذیری‌ الکتریکی) یا خود‌پاک‌کنندگی‌‌‌ برای استفاده‌ در شیشه‌ها و آینه‌های خودرو و سازگار‌ کردن‌‌ خودرو با محیط‌‌‌زیست‌ و بسیاری‌ موارد دیگر‌ از جمله کاربرد‌هایی هستند‌ که فناوری‌نانو ‌‌در صنعت‌ ‌خودرو خواهد داشت. همچنین جایگزینی‌‌ کربن سیاه (Carbon Black) تایر‌ها با ذرات‌‌رس و پلیمر‌های‌ نانومتری، فناوری‌‌‌ جدید‌ی است‌ که تایر‌های سازگار‌‌ با محیط زیست‌‌ ‌و مقاوم‌ در برابر ساییدگی را به ارمغان می‌آورد.یکی از اثرات مثبت فناوری‌نانو، بالا بردن راندمان موتورهای احتراق داخلی فعلی است. این موتورها حدود پانزده‌ درصد انرژی ذخیره شده در بنزین را به نیروی محرکه تبدیل می‌كنند، از طرف دیگر وزن متوسط ماشینهای امروزی حدود هزارو پانصد کیلوگرم می‌باشد ولی با استفاده از فناوری‌نانو، پیش‌‌بینی می‌شود که بتوان بازده را تا پنج برابر افزایش داد و نیز وزن وسایل نقلیه را به میزان ۱۰ برابر کاهش داد؛ پس می‌توان امید‌وار بود که وسایل نقلیه با استفاده از این فناوری تا %۵۰ بهبود کارایی داشته باشند.
‌کل در آمد‌‌ ‌صنایع خودرو‌سازی‌ از یک تریلیون‌ دلار فراتر می‌رود (مثلاً ‌فروش شرکت جنرال‌موتورز که‌ حدود ۱/۱۵% ‌از بازار ۲۰۰۱‌ را در دست داشت، در این سال ‌۳/۱۷۷ ‌میلیارد‌‌ دلار در این سال ‌بود) .
‌الگو‌های خرید وسایل‌‌ نقلیه‌‌ جدید، تابع‌ اقتصاد جهانی است. در شرایط‌ رکود فعلی، عواملی‌ اقتصادی‌ مثل مصرف اندک سوخت و سوخت‌های جایگزین‌‌ اهمیت فزاینده‌ای‌ دارد. با افزایش‌ میزان تولید جهانی و کاهش سود تولید كنندگان و افزایش قدرت تصمیم‌گیری خریداران، تولیدکنندگان‌ خودرو‌‌ و صنعت حمل و نقل‌ بیش از همیشه‌‌ خواهان‌ ‌اصلاحاتی‌ ‌‌در محصول‌‌ و فرایند‌‌ تولید می‌باشند.
‌خصوصیات‌‌ ویژه‌‌ صنعت‌ خودروسازی، آن را به بازاری‌‌ مستعد ‌برای ورود‌ فناوری‌نانو‌ تبدیل کرده است. این بازار‌ ‌بسیار بزرگ‌ است و با پیشرفت زمان‌، توسعه سریعی‌‌ برای ایجاد ‌محصولات‌‌ جدید دارد‌ (حداقل‌ در مقایسه با دیگر‌ محصولات‌‌ پیچیده‌ی دیگر‌) .
‌صنعت خودرو از طرفی‌ در معرض‌ فشار‌های‌ ناشی از قیمت ‌سوخت و مسائل ایمنی‌ و از طرف دیگر به شدت‌ تحت تأثیر سلایق و تنوع درخواست‌های‌ مشتریان‌ برای مدل‌های جدید خودرو است. بنابراین ‌تمایل به ورود فناوری‌‌های نوین در این صنعت ‌وجود دارد. خودرو مثل البسه‌ برای بسیاری از افراد فقط یک کالا‌ی ضروری‌ نیست بلکه ‌‌وسیله‌ای‌ برای ابراز‌ شأن‌ و منزلت‌ و سبک‌ زندگی ‌‌نیز به شمار می‌رود. به دلیل موارد مذکور‌‌ صنعت خودرو یکی از‌ اولین نقاط‌ ورود فناوری‌هایی است که بیش از عملکرد‌‌، نوگرایی ‌‌درآنها مطرح است. پوشش‌های پنجره‌ الکترو‌‌کرومیک، كه می‌توانند‌ به صورت دلخواه‌‌ ‌یا خودکار ‌‌شیشه‌ها را تیره‌ سازند، یک کاربرد بالقوه ‌‌فناوری‌نانو است که احتمالاً‌‌ پیش از نفوذ به دیگر بازار‌ها همچون ‌صنعت ساختمان در ساخت خودرو‌‌های پیشرفته‌ جایگاهی‌‌ خواهند یافت.
● کاربردهای فناوری‌نانو در صنعت خودروسازی
▪ عوامل اصلی رقابت در صنعت خودروسازی
همانند سایر بخشها، رقابت در صنعت خودروسازی از یک سو در زمینه تلاش برای کاهش هزینه‌ها، و از دیگر سو، افزایش کارآیی و غلبه بر مشکلات زیست‌محیطی است.
ـ قیمت
ـ ایمنی و امنیت
ـ کارآیی سوخت
ـ ارتباطات/اطلاعات
ـ عملکرد بهتر
ـ کاهش آلودگی هوا
ـ زیبایی
ـ راحتی
در تمامی این زمینه‌ها، شركت‌های خودروسازی یا در حال استفاده از فناوری نانو برای کسب قدرت رقابت بالاتر هستند، و یا این فناوری، در آینده توسط این شرکتها به کار گرفته خواهد شد. بسیاری از کاربردهای پیشنهادی فناوری‌نانو، مشخصات نسل بعدی خودروها را تعیین خواهند نمود. استفاده از فناوری‌نانو به عنوان قدرتمند‌ترین فناوری توانمندساز موجب به دست گرفتن نقش رهبری در زمینه‌ی این فناوری خواهد شد.
فناوری میکرو و نانو در حال تغییر دادن صنعت خودرو می‌باشند. تولیدکنندگان خودرو نیز مشتاق استفاده از نوآوری‌ برای بهبود عملکرد، راحتی، و ایمنی خودرو می‌باشند. عامل تصمیم‌گیرنده برای پذیرش این فناوری‌ها مقرون به صرفه بودن آنهاست.
▪ بنابراین در چند سال بعدی پیشرفتهای اصلی فناوری‌نانو در زمینه‌های زیر خواهد بود:
ـ عملکرد بهتر:
مربوط به کارآیی موتورهای بهبود یافته و استفاده از مواد سبک و مستحکم می‌باشد که همگی آنها تحت تأثیر فناوری‌نانو قرار خواهند گرفت.
ـ به‌کارگیری لایه‌های نازک بر روی بلبرینگ‌ها و قطعات تحت اصطکاک به جای استفاده از روان‌كننده‌ها
ـ فیلترهای الکتروستاتیک جدید
ـ کاتالیزورهای جدیدی که از مواد بسیار متخلخل و سطوح انتخابگر شیمیایی بهره می‌برند.
ـ نانوذرات در افزودنی‌های رنگها به کار رفته و اثرات رنگی جدید، سختی بیشتر، و دوام بالاتر را موجب می‌شوند.
کاربردهای میان‌مدت شامل قطعات موتور ساخته شده از سرامیک‌های جدید، پلاستیک‌های با استحکام بالا، و عایق‌های لرزشی بهتر مبتنی بر نانوسیالات مغناطیسی می‌باشد.
کاربردهای بلند مدت شامل سیستم یاری‌رسان رانندگی مبتنی بر واقعیت تکمیل شده، خودروهایی که با انرژی تجدیدپذیر کار می‌کنند و تولید شخصی می‌باشد.
▪ کاربردهای فناوری‌نانو در صنعت خودروسازی
ـ مواد نانوساختار
ـ موادسبک
ـ افزایش استحکام و سختی
ـ افزایش طول عمر
ـ مواد ضد آتش و محافظت کننده دمایی
ـ مواد مهندسی شده
ـ حسگری و پایش
ـ مواد هوشمند
ـ افزایش شفافیت
ـ پنجره‌هایی با قابلیت کنترل میزان نور و گرمای خورشید
ـ پنجره‌های تمیز
ـ محافظت در برابر آلودگی
ـ پلاستیک ضدنشت
ـ مواد فوق‌العاده چسبناک
ـ رنگ‌های دارای کارکرد خاص
ـ خودتمیز شوندگی
ـ ضد خوردگی
▪ انرژی
ـ پیل سوختی
ـ الکترولیت نانوساختار
ـ پیل خورشیدی
ـ نانوفراورش
ـ پیل‌های خورشیدی مجهز به چاه کوانتومی
ـ تجهیزات غیر بلوری حساس شده به کمک رنگ
ـ پیل‌های خورشیدی آلی
ـ ترکیب مولکول‌های آلی و غیر آلی
ـ ذخیره سازی انرژی با راندمان بالا
ـ راندمان انرژی
ـ مصرف هوشمند انرژی
▪ انتقال نیرو
ـ بهبود کارایی
ـ صرفه‌جویی در هزینه
ـ موتور هوشمند
ـ مایعات خنک‌کننده
▪ حسگری و نمایش
ـ نمایش وضعیت فیزیکی مواد
ـ حسگری حرکتی
ـ ژیروسکوپ NEMS و MEMS
ـ حسگرهای شیمیایی/زیستی
ـ تعیین وضعیت تایرها
ـ حسگرهای کیسه هوا
▪ روشنایی
ـ سیستم روشنایی کم‌مصرف یکپارچه
ـ منابع روشنایی جدید
▪ پردازش داده و ارتباطات
ـ ابزارهای الکترونیکی مولکولی
ـ تراشه‌های قدرتمند و ذخیره داده‌ها
ـ بهبود سیگنال‌ها
ـ ارتباطات سریع
ـ تفریحات
ـ رانندگی توسط هوش مصنوعی
▪ بینایی
ـ نمایشگرهای مسطح با تفکیک‌پذیری بالا
ـ یاری‌رسان‌های رانندگی (واقعیت بهبود یافته)
ـ هولوگرافی همزمان
ـ سیستم ناوبری
▪ ایمنی
ـ سیستم ایمنی پیشرفته
ـ تشخیص الگوی رانندگی
ـ حفاظت بیومتریک
ـ کاربردهای زیست‌پزشکی
ـ بهداشت
ـ رفع خستگی
ـ آسایش
▪ طراحی اتومبیل شخصی
ـ مدلسازی سریع
ـ تولید مواد به روش خودآرایی
ـ تولید قطعات الکترونیکی توسط خودآرایی
ـ رشد مواد
ـ نانوکارخانه با اندازه شخصی
ـ رنگ‌آمیزی
▪ محیط زیست
ـ بازیابی
ـ تولید زیست‌سازگار
ـ پاکسازی آلودگی‌های خارج شده از اگزوز
ـ کاهش سروصدا
● شرکت‌های بزرگ سازنده خودرو و وسایل نقلیه باری فعال شده در زمینه فناوری‌نانو و فناوری‌های همگرا
▪ Audi
▪ BMW
▪ Daihatsu
▪ DaimlerChrysler
▪ Fiat
▪ Ford
▪ General Motors
▪ Honda
▪ Hyundai
▪ Isuzu
▪ Kia Motors
▪ Mazda
▪ Mitsubishi
▪ Nissan Motors
▪ PSA Peugeot Citroen
▪ Rolls-Royce
▪ Toyota
▪ Volkswagen
● مروری بر محصولات نانو در حوزه خودرو
▪ باتری‌های دارای ساختار نانو
▪ کاتالیزور سوختی نانوذره‌ای
▪ کاتالیزور پیل سوختی
▪ غشای نانوحفره‌ای
▪ مبدل کاتالیستی الکترونی
▪ نانوالیاف برای فیلتر کردن هوا
▪ سیستم خالص‌سازی هوای نانو
▪ نانولوله‌های کربنی برای مواد مورد استفاده در خودرو
▪ آئروژل نانوساختار
▪ درزگیر آلیاژی
▪ روکش‌های نانو برای تایرها
▪ تولید مخازن پلاستیکی با کارآیی بالا با استفاده از فناوری‌نانو
▪ نانوسیالات
▪ فناوری خنک‌کننده برای اتومبیل
▪ نانواندازه‌گیری
▪ فرآیند جریان آرام نازک دینامیک
▪ حسگرهای تصویری سه‌بعدی
● نتیجه‌گیری
همان‌طورکه ملاحظه گردید فناوری‌نانو تأثیرات زیادی در بخشهای مختلف خودرو، از جمله رنگ، شیشه، بدنه، لاستیک، پیل سوختی، و بسیاری از موارد دیگر خواهد داشت.
کشور ما با داشتن منابع غنی معدنی و مخازن عظیم نفتی باید انگیزه بیشتری برای دستیابی به این فناوری داشته باشد. تأثیرات فناوری‌نانو بر ارتقاء کیفیت مواد به‌کار رفته در قسمتهای مختلف خودرو و خصوصیات ویژه‌ای که آن مواد پیدا می‌کنند مهمترین مقوله‌ای است که باید به آن توجه کرد. همچنین تأثیر بسزایی که استفاده از این فناوری در محیط زیست می‌گذارد قابل توجه است. مواد اولیه مورد نیاز برای هرصنعت، نقش مهمی در کیفیت، قیمت و قابلیتهای محصول تولیدشده آن صنعت دارد. اگر بتوان از موادی با کیفیت بهتر، قیمت کمتر و کارآیی بیشتر در ساخت قطعات خودرو استفاده کرد، خودروهای آینده علاوه بر آلودگی کمتر، از قیمت مناسب و قابلیتهای بیشتر برخوردار خواهند بود.
با توجه به هوشیاری روزافزون جهانی در بخش فناوری‌نانو و اقدامات صنایع مختلف از جمله صنعت خودروسازی در جهان، ما نیز باید در صدد باشیم که سهمی هر چند اندك از این بازار را در دست بگیریم. با مطالعه کارهای تجاری شرکت‌های خودروسازی درمی‌یابیم که شرکت‌های بزرگ در این زمینه کارهای تجاری کوچکی را انجام داده‌اند. گرچه در زمینه‌ی تحقیقات فعالیت فراوانی کرده‌اند اما در تولید تجاری مثلاً با استفاده از فناوری‌نانو دست به تولید رکاب برای یک خودرو زده‌اند (شرکت جنرال موتورز) یا یک قاب آینه (شرکت فورد) که شاید از اهمیت خاصی برخوردار نیست اما در حقیقت تلاش تجاری آنها به منظور در دست گرفتن بازار بوده است تا کارهای تحقیقاتی و آزمایشگاهی‌شان را با ارزیابی‌های تجاری در آینده به صورت تولید انبوه درآورند.
نکته دیگری که باید به آن توجه کرد توسعه دیگر صنایع پایین دستی و بالا دستی است. تقاضای شرکتهای خودروسازی مثلا در زمینه نانوکامپوزیتها می‌تواند سازندگان این مواد را به تحریک وا دارد و باعث پیشرفت صنایع پتروشیمی برای تولید نانوکامپوزیت گردد، که «تا نیاز وجود نداشته باشد چیزی به وجود نمی‌آید». باید درخواست از طرف یک مصرف کننده باشد تا تولیدکننده بتواند خطر کند و پا به عرصه بازار بگذارد.
شرکتهای خودروسازی ما باید توجه داشته باشند که با تحقیق و توسعه، تولید محصولات بهبود یافته با کمک فناوری‌نانو درخواستهای منطقی تولیدکنندگان داخلی و خارجی را پاسخ دهند و سهمی از بازار را بدست گیرند.
درمجموع سیاستگذاران و بخشهای تصمیم‌گیری صنعت خودرو باید از گستره فرصتهای ارائه شده توسط این فناوری آگاه شوند تا بتوانند سیاستی مطلوب اتخاذ نمایند. با برگزاری سمینارها و کارگاههای آموزشی و ارتباط با دانشگاهها می‌توان این امر را سرعت بخشید و سپس تولید، هر چند اندك می‌تواند برایمان کارگشا باشد (حتی اگر امكان تولید داخلی نبود می‌توان با كسب اطلاعات كافی درباره‌ی تأثیرات صنعت خودروسازی از فناوری‌نانو، با چشمان باز، واردات و انتقال فناوری را هدایت کرد) .
ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

[Mohammad Hosseyn]

کاربرد‌ها و چالش‌هاي زيستي نانولوله‌هاي کربني

خلاصهيکي از پرکاربردترين ساختارهاي مورد بحث در فناوري نانو که به عرصه علوم زيستي وارد شده‌است، نانولوله‌هاي کربني هستند. اين نانوساختارها، به‌جهت بهره‌مندي از ويژگي‌هاي منحصربه‌فرد فيزيکي و شيميايي بالقوه، از توانايي‌هايي براي استفاده در حسگر‌هاي زيستي، حمل و نقل مولکولي، جستجوي الکتروشيميايي نمونه‌هاي بيولوژيک، داربست بافتي، فرستنده سيگنال‌ به سلول‌ها و روش‌هاي تشخيصي برخوردارند. اما پيش از به‌کارگيري نانولوله‌هاي کربني در موجودات زنده، بايد از سازگاري اين ساختارها در بافت زنده مطمئن شد. به اين منظور پژوهش‌هاي زيادي صورت گرفته‌است که تا حدودي سميت نانولوله‌هاي کربني و عوامل مؤثر بر آن مثل دوز، ساختمان، دنباله‌هاي شيميايي، سطح فعال و خلوص را مشخص نموده‌است. دانشمندان تاکنون توانسته‌اند از نانولوله‌هاي کربني در حسگرهاي پروتئيني، ناقل‌هاي پروتئيني، ميکروسکوپ‌ها، داربست بافتي سلول استخواني و عصبي، کانال‌هاي مولکولي و فرستنده سيگنال به سلول‌هاي عصبي استفاده کنند.

يکي از پرکاربردترين ساختارهاي مورد بحث در فناوري نانو که به عرصه علوم زيستي وارد شده‌است، نانولوله‌هاي کربني هستند. اين نانوساختارها، به‌جهت بهره‌مندي از ويژگي‌هاي منحصربه‌فرد فيزيکي و شيميايي بالقوه، از توانايي‌هايي براي استفاده در حسگر‌هاي زيستي، حمل و نقل مولکولي، جستجوي الکتروشيميايي نمونه‌هاي بيولوژيک، داربست بافتي، فرستنده سيگنال‌ به سلول‌ها و روش‌هاي تشخيصي برخوردارند. اما پيش از به‌کارگيري نانولوله‌هاي کربني در موجودات زنده، بايد از سازگاري اين ساختارها در بافت زنده مطمئن شد. به اين منظور پژوهش‌هاي زيادي صورت گرفته‌است که تا حدودي سميت نانولوله‌هاي کربني و عوامل مؤثر بر آن مثل دوز، ساختمان، دنباله‌هاي شيميايي، سطح فعال و خلوص را مشخص نموده‌است. دانشمندان تاکنون توانسته‌اند از نانولوله‌هاي کربني در حسگرهاي پروتئيني، ناقل‌هاي پروتئيني، ميکروسکوپ‌ها، داربست بافتي سلول استخواني و عصبي، کانال‌هاي مولکولي و فرستنده سيگنال به سلول‌هاي عصبي استفاده کنند.
1. معرفي نانولوله‌هاي کربني
1-1. تاريخچه

به نظر مي‌رسد اولين رشته‌هاي در مقياس نانو در سال 1970 ميلادي توسط Marinobu Endo از دانشگاه اورلئان فرانسه تهيه شد. اين رشته‌ها هفت نانومتر قطر داشتند و با روش رشد توسط بخار تهيه شده بودند [1]. با اين حال امروزه نام ايجيما از آزمايشگاه NEC در تسوکوبا به‌عنوان اولين کسي که توسط HR-TEM در سال 1991 موفق به مشاهده نانولوله‌‌ها شد، در صدر محققان اين رشته‌ باقي مانده‌است [1و2و3و4]. در همين زمان و به طور مستقل در مسکو نيز دانشمندان موفق به کشف ريز‌لوله‌هايي شده بودند که البته نسبت طول به قطر آن کمتر از يافتة ايجيما بود. روس‌ها نام اين ماده را Barrelense گذاردند [1]. آنچه ايجيما موفق به مشاهده آن شده بود نانولوله چند لايه بود و وي به فاصله دو سال موفق به مشاهده نانولوله تک‌لايه نيز گشت. گروه رايس در 1996 موفق به ساخت دسته‌هاي موازي از نانولوله تک‌لايه شدند که راه را براي تحقيقات بيشتر روي فيزيک کوانتوم تک بعدي باز کرد [1].
1-2. ساختار
نانولوله بر اساس ساختمان گرافيت بنا مي‌شوند. گرافيت از لايه‌هاي مجزايي متشکل از اتم‌هاي کربن تشکيل شده‌‌است که به‌صورت واحد‌هايي شش‌ضلعي که در شش رأس آن اتم کربن قرار دارد آرايش يافته‌اند. قطر نانولوله بين يک تا دو نانو‌متر و طول آن گاه تا چند ميکرومتر نيز مي‌رسد. انتهاي هر دو سوي نانولوله‌ها مي‌تواند با نيمه‌‌اي از يک فولرين مسدود ‌باشد يا نباشد [1]. و لذا مي‌تواند در انتهاي خود علاوه بر اجزاي شش‌ضلعي داراي اجزاي پنج‌ضلعي نيز ‌باشد[3]. اما مهم‌‌ترين ويژگي که در تعيين خصوصيات نانولوله‌ها نقش بازي مي‌کند، با عنوان Chirality يا پيچش شناخته مي‌شود [1و2و4و5].
از ديگر ويژگي‌هاي ساختاري نانولوله‌ها حضور آنها به دو فرم نانولوله چند لايه با نام اختصاري MWNT و نانولوله‌هاي تک‌لايه با نام اختصاري SWNT است؛ هر يك از اين انواع داراي کاربرد‌هاي متفاوتي هستند.

1-3. روش‌هاي توليد
روش‌هاي توليد نانولوله‌هاي کربني به‌اختصار شامل موارد زير است[2]:
• تبخير يا سايش ليزري (Laser Vaporization/ablation)؛
• رسوب‌‌دهي شيميايي بخار به کمک حرارت (CVD)؛
• رسوب‌دهي شيميايي بخار به کمک پلاسما (PECVD)؛
• رشد فاز بخار؛
• الکتروليز؛
• سنتز شعله.

1-4. خصوصيات فيزيکي و شيميايي
نانولوله‌ها علي‌رغم برخورداري از قطر بسيار کم، استحکام کششي بالايي در حدود صد گيگاپاسکال دارند [2و5]. از ديگر خصوصيات نانولوله‌ها وجود پيوند‌هاي واندروالس بين اتم‌ها(و لذا توانايي بسيار پايين آنها براي چسبيدن به يکديگر)، خواص الکتريکي منحصر به فرد (نانولوله فلزي و نيمه هادي) [1و2و3و5]، رسانايي تنها در جهت طولي [1و2]، رسانايي حرارتي و خاصيت نشر ميداني [2و6و7] است. خاصيت نشر ميداني در ساختار‌هايي که داراي نسبت طول به قطر بالا (بزرگ‌تر از هزار) ، داراي رأس اتمي تيز، ثبات بالاي حرارتي و شيميايي و هدايت بالاي الکتريکي و گرمايي باشند، ديده مي‌شود [7و8].

2. ويژگي‌هاي زيستي نانولوله‌هاي کربني
با وجود خصوصيات متنوع نانولوله‌ها، دور از ذهن نيست که کاربرد‌هاي متنوعي نيز داشته باشند. در يک تقسيم‌بندي ساده مي‌توان بر‌هم‌کنش‌هاي زيستي نانولوله‌ها را از دو بعد درون‌سلولي و برون‌سلولي مورد بررسي قرار داد. به طور کلي مهم‌ترين عناوين کاربرد‌هاي نانولوله‌ها از ديد بيولوژيک عبارتند از:
• حسگر‌هاي زيستي؛
• حمل و نقل ملکولي؛
• جستجوي الکتروشيميايي نمونه‌هاي بيولوژيک؛
• داربست بافتي؛
• فرستنده سيگنال‌ به سلول‌ها؛
• روش‌هاي تشخيصي.
اما يکي از مهم‌ترين مباحث در راه استفاده از کارايي‌هاي نانولوله در بافت زنده، سازگاري زيستي آن است. لذا ابتدا مطالعات صورت گرفته در اين زمينه را مرور مي‌كنيم.

2-1. ساز‌گاري زيستي
جلب نظر دانشمندان به سازگاري زيستي نانولوله‌ها و اثرات مضر احتمالي آنها بر سلول‌ها، به اين واقعيت برمي‌گردد که در سال‌هاي اخير با افزايش روز‌ افزون کاربرد‌هاي نانولوله‌ها‌ در صنعت و حضور بيشتر آنها در محيط، ارتباط معنا‌‌داري بين آنها و بيماري‌هايي از جمله بيماري‌هاي تنفسي [9] و پوستي [10] پيدا شده‌است. اين امر مراکز علمي و تحقيقاتي را بر آن داشته‌ است تا به بررسي اساسي اين تأثيرات، يعني تأثير نانولوله بر سلول بپردازند. علي‌رغم مطالعاتي که در ابتدا نشان مي‌داد که نانولوله و هم‌خانواده‌هاي آن تأثير چنداني بر مورفولوژي، رشد و تکثير سلولي ندارند [11]، امروزه مشخص شده‌است که شاخص‌هايي چون ابعاد فيزيکي، مساحت، دوز، نسبت طول به قطر، زمان، خلوص و وجود عوامل شيميايي متصل به سطح، هر يک به نوبه خود در خاصيت سيتوتوکسيتي نانولوله مؤثرند [12و13و14و15]. هر يک از مطالعات صورت گرفته روي يکي از متغير‌هاي مذکور تمرکز بيشتري دارند، اما به نظر مي‌رسد که دوز، خلوص و حضور دنباله‌هاي شيميايي متصل به سطح از موارد مهم‌تر باشند.
مطالعات نشان داده‌اند که آستانه اثر کشندگي نانولوله براي نانولوله‌هاي چند ديواره و تک‌ديواره ، حدود 06/3 ميکروگرم در ميلي‌ليتر است که اين رقم در برابر C60 (فولرين) که تا 226 ميکروگرم در ميلي‌ليتر نيز اثر کشندگي براي سلول ندارد، رقمي قابل توجه است [16]. آخرين و مهم‌ترين مقاله منتشر شده در اين زمينه توسط انجمن شيمي آمريکا، در مقايسه‌اي بين سيتوکسيتي MWCNT، SWCNT، کوارتز و C60، به‌ترتيب توان کشندگي اين مواد براي سلول را به اين شکل بيان مي‌کند:


C60 < کوارتز < SWCNT > MWCNT
نکته جالب آن است که اگر چه با افزايش دوز نانولوله در محيط کشت، اثر کشندگي آن نيز افزايش مي‌يابد، اما اين ارتباط، خطي و منظم نيست [15]. نکته ديگر در مورد اثر دوز اينکه نانولوله در دوز‌هاي پايين اثري عکس اثرات آن در دوز‌هاي بالا دارد.
بررسي‌ها نشان مي‌دهد که نانولولة خالص داراي اثرات سمي بيشتري نسبت به نوع ناخالص آن است[12]. اما مهم‌تر از خلوص، اثر عوامل شيميايي بر روي سطح نانولوله است که موجب کاهش اثرات سمي آن مي‌شود [13]. اضافه نمودن عوامل شيميايي بر روي سطحِ نانولوله را فعال سازي (Functionalization) مي‌گويند که به نوبه خود موجب تسهيل به‌کارگيري نانولوله در صنايع مي‌گردد.
برخي از مطالعات به نحوة اثر نانولوله در سلول و علت مستقيم مرگ سلولي ناشي از آن اختصاص دارند. به طور کلي سلول‌ها در مواجهه با نانولوله، پاسخ‌‌هاي گسترده و بعضاً متناقضي از خود نشان مي‌دهند. اين پاسخ‌هاي سلولي عبارتند از: فعال‌سازي ژن‌هاي مؤثر در حمل و نقل سلولي، متابوليسم، تنظيم سيکل سلولي و رشد سلولي پاسخ‌هاي استرسي و اکسيد‌اتيو، توليد و ترشح پروتئين از سلول، توقف رشد سلولي و در نهايت آپوپتوز و نکروز [10و14و15و17].
طبق مطالعات صورت گرفته، نانولوله‌ها در دوز‌هاي پايين‌تر موجب افزايش رشد و متابوليسم سلولي و در دوز‌هاي بالاتر موجب واکنش‌هاي التهابي و پاسخ‌هاي ايمني سلولي، مشابه وضعيتي که در برابر تهاجم يک عفونت وريدي از خود نشان مي‌دهد، مي‌شوند [15]. در واقع مرگ سلول‌ها در مواجهه با نانولوله‌ها مشابه ديگر موارد مرگ سلولي، ناشي از تشکيل راديکال‌هاي آزاد و عوارض ناشي از آن، تخليه مواد آنتي‌اکسيدان و up-regulation برخي از ژن‌ها و down-regulation برخي از ژن‌‌هاي ديگر است [10و14و17].
اثرات نانولوله بر روي بيان ژني که تا به حال کشف شده‌است عبارت است از: up-regulation بيان ژن‌هاي مؤثر در سيکل سلولي مثل P38, CdC37, CdC42, hrk, P57, bax, P16 و Down-regulation بيان ژن‌هاي مؤثر در سيکل سلول مثل Cdk2 و Cdk4، Cdk6 و Cyclin D3 و نيز down-regulation بيان ژن‌هاي مرتبط با سيگنال‌هاي سلولي مثل pcdha9, ttk, jak1, mad2 و erk. همچنين موجب القاي down-regulation بيان پروتئين‌هاي دخيل در اتصالات سلولي مانند لامينين، فيبرونکتين، کادهرين و FAR و کلاژن نوع چهار مي‌شوند[14و17].
از اين ميان دانشمندان مهم‌ترين تأثير نانولوله‌ها را در سيکل ميتوز در مرحله G1 مي‌دانند و توقف سلول در فاز G1 را عامل اصلي آپوپتوز قلمداد مي‌کنند[17].

2-2. نانولوله‌هاي کربني: ابزار‌هاي قدرتمند زيستي
چنانچه عنوان شد، با در نظر گرفته خطرات احتمالي نانولوله‌ها براي سلول و بافت، اين ساختار‌هاي نانويي بالقوه از کاربرد‌هاي فراواني در موجودات زنده برخوردارند. اگرچه ترس از عدم سازگاري زيستي موجب کند شدن روند تحقيقات در اين زمينه شده‌است، با اين حال تاکنون دانشمندان به نتايج قابل قبولي نيز دست يافته‌اند که در ادامه به آنها اشاره مي‌شود.

2-2-1. حسگر‌هاي زيستي
هرگونه تغييري در ساختمان و اجزاي نانولوله‌ها موجب تغيير در قدرت هدايت الکتريکي آنها خواهد شد. دانشمندان دريافته‌اند که فعال‌سازي نيز متناسب با خصوصيات مولکول پيوند شده، موجب تغييراتي در هدايت الکتريکي و تابش نور از نانولوله مي‌شود که منحصر به همان مولکول است[18]. تاکنون مطالعاتي روي پروتئين‌ها، کربوهيدارت‌ها و آنتي‌بادي‌هاي مختلف صورت گرفته‌است که همگي تأييدي بر اين فرضيه بوده‌اند[18و19و20]. لذا متصور خواهد بود که با حضور هر نوع مولکول در محيط‌ حاوي نانولوله و اتصال به آن مي‌توان فرکانس الکتريکي يا طول نوراني متفاوتي را ثبت کرد و به حضور آن ماده در محيط پي برد.
2-2-2. حمل و نقل ملکولي
تاکنون مطالعاتي روي توانايي نانولوله‌ها در جابه‌جا نمودن مولکول‌ها صورت گرفته‌است. اين بررسي‌ها غالباً به دو دسته تقسيم مي‌شوند: مطالعاتي که به بررسي عبور مولکول‌ها از درون نانولوله [20] و جاگذاري مولکول‌ها درون آنها [29] اختصاص دارند و مطالعاتي که بر پايه اتصال مولکول‌ها به سطح نانولوله و انتقال از اين طريق بنا شده‌اند[21]. در نوع اول دانشمندان موفق به مشاهده عبور مولکول آب، +H، برخي از يون‌ها و بعضاً پليمر‌ها از درون نانولوله شده‌اند[20]، آنها با جايگذاري داروهاي ضد سرطان (مثل سيس پلاتين) درون نانولوله‌ها موفق به انتقال آنها به اطراف سلول و آزادسازي آهستة آنها از درون نانولوله شده‌اند[29]. در نوع ديگر عموماً نقل و انتقال پروتئين‌ها توسط نانولوله‌ها بررسي شده‌است. اين مطالعات نشان مي‌دهند که با فعال سازي نانولوله توسط بنيان اسيدي مي‌توان قابليت اتصال اين مواد به پروتئين‌ها را افزايش داد و به اين طريق انتقال پروتئين‌ها به درون سلول را تسهيل کرد[21]. البته اين توانايي نانولوله‌ها به اندازه پروتئين‌ نيز بستگي دارد و در اندازه‌هاي بزرگ‌تر اين توانايي از نانولوله صلب مي‌شود. در همين رابطه مي‌توان توانايي نانولوله را براي انتقال ژن‌ها به درون سلول نيز ذکر کرد [22]. که البته مطالعات در اين زمينه همچنان ادامه دارد. چنانچه بتوان از نانولوله به عنوان ناقل ژني استفاده کرد، مي‌توان آينده درخشاني را براي ژن‌درماني و روش‌هاي مشابه متصور بود.

2-2-3. داربست بافتي
اخيراً توجه دانشمندان به اين قابليت نانولوله‌ها جلب شده‌است که همانند داربست‌هاي طبيعي بافتي محتوي کلاژن، مي‌توانند به عنوان داربست (Scaffold) براي رشد سلول‌هاي روي آنها مورد استفاده قرار بگيرند. احتمالاً ايده‌ اوليه از آنجا منشأ مي‌گيرد که نانولوله‌ها هنگام توليد به صورت رشته‌هايي درهم آرايش مي‌يابند که به آن فرم ماکاروني اطلاق مي‌شود. اين مشابه وضعيت کلاژن‌ها در مايع خارج سلولي است. نام ديگر اين آرايش bucky paper است [19].
دانشمندان دريافته‌‌اند که SWCNTهاي بافته نشده (non woven) داراي خاصيت داربستي بيشتري نسبت به ديگر انواع هستند. در اين حال قابليت تکثير و چسبندگي سلولي نيز افزايش چشمگيري دارد [23]. مهم‌ترين دستاورد محققان در اين زمينه، کشت استئوبلاست‌ها روي نانولوله‌هاست که به‌تازگي در مقاله‌اي توسط محققان دانشگاه کاليفرنيا در سال 2006 منتشر شده‌است و توجهات زيادي را به خود جلب کرده‌است. اين يافته راه را براي به کار‌گيري نانولوله‌ها در ترميم آسيب‌هاي سلولي باز مي‌کند [24]. بيش از اين نيز اتصالات محکم استئوبلاست‌ها به داربست نانولوله‌اي توسط filopodiaهاي شکل‌گرفته در حين کشت به اثبات رسيده بود [25]. با اين حال مطالعاتي نيز نشان مي‌دهند که اتصالات بين سلول و داربست نانولوله سست بود و سلول‌ها قادر به نفوذ به داربست نيستند[8].
يافته ديگري که توسط دانشگاه کاليفرنيا اعلام شده‌است، احتمال به‌كار‌گيري نانولوله‌ها در ترميم ضايعات نخاعي است. در اين حال حضور نانولوله‌ها در محيط موجب هدايت رشد آکسوني مي‌شود‌[26].
2-2-4. ديگر کاربرد‌ها
ديگر کاربرد‌هايي که امروزه مطالعاتي بر روي آنها در حال انجام است عبارتند از: الف) فرستادن سيگنال به سلول‌هاي عصبي [27] که در آن همزمان با ايجاد داربست مناسب براي رشد سلول‌هاي عصبي (توسط فعال‌سازي مناسب نانولوله‌ها) مي‌توان سيگنال‌هاي الکتريکي را به سلول عصبي فرستاد؛ ب) روش‌هاي تشخيصي زيستي [28] که اولين مرحله اين کاربرد بر روي مالاريا و تشخيص گلبول‌هاي قرمز آلوده به اين تک ياخته Plasmodium falciparum صورت گرفته‌است و در حقيقت ميکروسکوپ AFM بر اين پايه عمل مي‌کند؛ ج) جستجوي الکتروشيميايي [20] که در واقع از خاصيت قطبيت‌پذيري نانولوله‌ها استفاده و آن را به ابزاري تحت عنوان «ion-nanotube terahertz osillator» تبديل کرده‌است. در اين حالت يون مورد نظر (مثلاً +K) با گيرافتادن در دالان نانولوله با فرکانس بالا شروع به حرکت به دو سوي نانولوله مي‌کند. حاصل اين فرايند ايجاد جريان الکتريکي متناوب با فرکانس بالا خواهد بود که از خارج قابل اندازه‌گيري است.

3. جمع بندي
نانولوله‌هاي کربني به جهت قدرت الاستيسيتة بالا و در عين حال استحکام فوق العاده، به عنوان داربست سلولي براي رشد سلول‌هاي استخواني و عصبي مورد استفاده قرار گرفته‌اند. به علاوه در عين حال که سلول‌ها روي شبکه‌اي تور مانند از اين مواد شروع به رشد و تکثير مي‌کنند، دانشمندان توانسته‌اند از قابليت هدايت ويژه الکتريکي نانولوله‌هاي کربني استفاده و از آنها به عنوان راهي براي فرستادن پيام به سلول‌ها استفاده کنند. اين يافته‌ها تداعي‌کنندة نياز مبرم علم پزشکي و مخصوصاً شاخه‌هاي جراحي پلاستيک و پيوند اعضا، به رشد و تکثير و پرورش سلول‌هاي مورد نظر در خارج از بدن و سپس انتقال آنها به بدن است. در اين فرايند کاستن از رد شدن بافت پيوندي توسط دستگاه ايمني بدن از جايگاه ويژه‌اي برخوردار است که تحقيقات چند سال اخير روي سازگاري زيستي نانولوله‌هاي کربني آن را نشان داده‌است. با تغييراتي در ساختار و ترکيبات اين مواد مي‌توان آنها را به ساختمان‌هايي سازگار با دستگاه ايمني بدن تبديل کرد. به‌علاوه اتصال محکم سلول‌ها به اين ساختارها مشکل ديگر پيوند اعضا، يعني سستي سلول‌ها پس از پيوند را مرتفع خواهد ساخت.
همچنين قابليت ذخيره‌سازي مولکول‌ها در داخل نانولوله‌هاي کربني، درهاي تازه‌اي را به روي حمل و نقل مواد حاجب و داروها در داخل بدن گشوده‌است؛ چنانچه هر دوي اين کاربردها در خارج از بدن انسان به اثبات رسيده‌اند. مشابه اين کاربرد، توانايي نانولوله‌هاي کربني فعال‌سازي شده براي اتصال به پروتئين‌ها و انتقال آنها به داخل سلول است که به تازگي نظر دانشمندان را به خود جلب نموده‌است.
از مهم‌ترين و اولين کاربردهاي نانولوله‌هاي کربني در محيط‌هاي زنده، توانايي آنها براي اتصال به مولکول‌هاي آلي مختلف و امکان جستجوي آن ماده بر اساس تغييرات هدايت الکتريکي نانولوله بوده‌است. اين کاربرد، از برجسته‌ترين تقابل‌هاي علم الکترونيک و بيولوژي در بهره‌برداري از فناوري‌نانو بوده‌است.
با توجه به آنچه گذشت و طبق اطلاعات موجود از امکانات حال حاضر کشورمان، به نظر مي‌رسد که با برقراري ارتباط بيشتر بين محققان علوم زيستي و علوم مهندسي، هيچ‌يک از اين کاربردها هم اکنون دست نايافتني نيستند. در حقيقت ذکر چنين کابردهايي از نانولوله‌هاي کربني که تنها يک نانوذره از ميان هزاران نانوذرة موجود است، هدفي به جز ايجاد انگيزه بيشتر براي ورود مهندسان علوم الکترونيک، مواد و شيمي به حوزه علوم زيستي و بالعکس آشنايي بيشتر محققان علوم زيستي با بعد فني و مهندسي فناوري نانو نخواهد داشت.

منابع


1. Mildred D. , Gene D. , Peter E. , Richiro S., Carbon nanotubes. Physics World 1998; Issue 1
2. Nanotechnology Opportunity Report II
3. Sigma Aldrich. Fullerenes and Carbon Nanotubes - Structure, Properties and Potential Applications.
4. Thomas A. A. Physical properties of carbon nanotubes. Science, Engineering and Technology 2000
5. Hongjie D. , Tom G. . AN INTRODUCTION TO CARBON NANOTUBES. Polymer Interfaces and Macromolecular Assemblies 2003
6. Philip G. Collins and A. Zettl, Unique characteristics of cold cathode carbon-nanotube-matrix field emitters. Phys. Rev. 1997; 9391 – 9399
7. Saito R. , Dresselhaus G. , Dresselhaus M. S. IEEE Electrical Insulation Magazine 1998; pp 272
8. Julian H. G. , Milo M. S. , Molly M. S. Nanofibrous Materials for Tissue Engineering. Journal of Experimental Nanoscience 2006; 1 (1) p 1
9. Saugandhika M. , Nathalia P. Low Impedance electrodes for Biological applications using carbon nanotubes. George Mason University
10. Shvedova A. A. , Castranova V. , Kisin E. R. , Schwegler-berry D. , Murray A. R. , Gandelsman V. Z. , Maynard A. , Baron P. Exposure to carbon nanotube material: Assessment of nanotube cytotoxicity using human keratinocyte cells. Journal of toxicology and environmental health 2003; 20 (66) : 1909-1926
11. Ajima K, Yudasaka M, Murakami T, Maigne A, Shiba K, Iijima S. Carbon nanohorns as anticancer drug carriers. Mol Pharm. 2005; 2 (6) : 475-80.
12. Furong T. , Daxiang C. , Heinz S. , Giovani G. E. , Hisatashi K. Cytotoxicity of single-wall carbon nanotubes on human fibroblasts. Toxicology in Vitro 2006; 20: 1202-1212
13. Christie M. S. , Feng L. , Jared L. H. , Joe M. , Wenhua G. , Jonathan M. B. , Valerie C. M. , Condell D. D. , Jennifer L. W. , Edward B. , Kevin D. A. , Vicki L. C. Functionalization density dependence of single-walled carbon nanotubes cytotoxicity in vitro. Toxicol Lett 2006; 161 (2) : 135142. 248
14. Ding L. , Stilwell J. , Zhang T. , Elboudwarej O. , Jiang H. , Selegue J. P. , Cooke P. A. , Gray J. W. , Chen F. F. Molecular characterization of the cytotoxic mechanism of multiwall carbon nanotubes and nano-onions on human skin fibroblast. Nano Letters 2005; 5 (12) : 2448- 2464
15. Murr L. E. , Garza K. M. , Soto K. F. , Carrasco A. , Powell T. G. , Ramirez D. A. , Guerrero P. A. , Lopez D. A. , Venzor J. Cytotoxicity Assessment of Some Carbon Nanotubes and Related Carbon Nanoparticle Aggregates and the Implications for Anthropogenic Carbon Nanotube Aggregates in the Environment. Int. J. Environ. Res. Public Health 2005, 2 (1) : 31–42
16. Guang J. , Haifang W. , Lei Y. , Xiang W. , Rongjuan P. , Tao Y. , Yuliang Z. , Xinbiao G. Cytotoxicity of Carbon Nanomaterials: Single-Wall Nanotube, Multi-Wall Nanotube, and Fullerene. Environ. Sci. Technol 2005; 39 (5) : 1378 -1383
17. Cui D. , Tian F. , Ozkan C. S. , Wang J. , Gao H. Effect of single wall carbon nanotubes on human HEK293 cells. Toxicology Letters 2005; 155: 73-85
18. Ranjani S. , Kasif T. , Balaji P. Biological Functionalization of Carbon Nanotubes. International Conference on MEMS, NANO and Smart Systems (ICMENS'04) 2004; pp. 48-53
19. Sotiropoulou, S. , Chaniotakis, N. A. Nanotube Biosensors. Anals of Bioanalytical Chemistry 2003, 375 2003, 103
20. Deyu Lu, Yan Li, Umberto Ravaioli, and Klaus Schulten. Empirical nanotube model for biological applications. Journal of Physical Chemistry2005; B, 109: 11461-11467
21. Nadine W. S. K. , Hongjie D. Carbon nanotubes as intracellular protein transporters: generality and biological functionality J. Am. Chem. Soc. 2005; 127 (16) : 6021 -6026
22. Pu-Chun K. , Qi L. , Jessica M. , Rahul R. , Katherine F. , Apparao R. Single-Walled Carbon Nanotube Transporter for Gene Delivery. American Physical Society, APS March Meeting, March 21-25, 2005
23. Jie M. , Li S. , Jie M. , Hua K. , Guangjin Z. , Chaoying W. , Lianghua X. , Sishen X. , Haiyan X. Using single-walled carbon nanotubes nonwoven films as scaffolds to enhance long-term cell proliferation in vitro. Journal of Biomedical Materials Research 2005; 2 (79) : 298 - 306
24. Zanello L. , Zhao B. , Hu H. , Haddon C. R. Bone Cell Proliferation on Carbon Nanotubes. Nano Letters 2006
25. Aoki N. Yokoyama A. Nodasaka Y. Akasaka T. Uo M. Sato Y. Tohji K. Watari F. Cell Culture on a Carbon Nanotube Scaffold. Journal of Biomedical Nanotechnology 2005; 4 (1) : 402-405
26. Zhang X. , Prasad S. , Niyogi S. , Ozkan M. , Ozkan C. S. Guided Neurite Growth on Patterned Carbon Nanotubes. Nanotech 2005; 304 - 307
27. Ying Z. , Qunfen Z. , Yuguo L. , Xiaoqing C. , Wenxin L. The Interaction and Toxicity of Multi-Walled Carbon Nanotubes with Stylonychia Mytilus. J. Nanosci. Nanotechnol 2006; 6: 1357–1364
28. Eriko N. , Hirohide N. , Seiji A. , Yoshikazu N. , James A. D. The cell biological application of carbon nanotube probes for atomic force microscopy: comparative studies of malaria-infected erythrocytes. Journal of Electron Microscopy2000; 49 (3) : 453-458
29. Kumiko A. , Masako Y. , Tatsuya M. , Alan M. , Kiyotaka S. , and Sumio I. Carbon Nanohorns as Anticancer Drug Carriers. Mol. Pharmaceutics 2005, 2 (6) : 475 -480

[Mohammad Hosseyn]

همگرايي زيست فناوري و فناوري‌نانو


خلاصهممكن است به نظر آيد كه انقلاب حاضر در زمينه زيست‌شناسي و فناوري‌نانو به صورت ادامه منحني لگاريتمي يادگيري بشر است كه براي قرون متمادي ادامه داشته است. با اين حال اين لحظه در تاريخ از نظر ما بسيار متفاوت است. همگرايي زيست‌فناوري و فناوري نانو و پيشرفت‌هاي ايجاد شده در 30 سال اخير در هر دو زمينه، مي‌تواند دانش فني و علمي را به نحوي بي‌سابقه‌در تاريخ بشر افزايش دهد.

دانش بشر در زمينه شيمي و فيزيك، که حاصل هزاران سال تجربه و آموختن است، به وسيله پيشرفت‌هايي همچون تخمير، جدول تناوبي، كشف تشعشع، به كنترل درآوردن قدرت اتمي، ميكروسكوپي، ميكروسكوپ‌هاي الكتروني روبشي، پيشرفت در رياضيات و محاسبات به ترقي رسيده است که هر كدام از اين اكتشافات سهم مهمي در دانش بشري داشته و موجب پيشرفت‌ها و نوآوري‌هاي بزرگ علمي گرديده است.
ممكن است به نظر آيد كه انقلاب حاضر در زمينه زيست‌شناسي و فناوري‌نانو به صورت ادامه منحني لگاريتمي يادگيري بشر است كه براي قرون متمادي ادامه داشته است. با اين حال اين لحظه در تاريخ از نظر من بسيار متفاوت است. همگرايي زيست‌فناوري و فناوري نانو و پيشرفت‌هاي ايجاد شده در 30 سال اخير در هر دو زمينه، مي‌تواند دانش فني و علمي را به نحوي بي‌سابقه‌در تاريخ بشر افزايش دهد.
گروهي بر اين باورند، اين قضيه شرايط خطرناك و تهديد كننده‌اي ايجاد مي‌كند. به نظر من الان زمان بسيار نويدبخشي است و مي‌توان به شكل فوق‌العاده‌اي به حفظ بشر در مقابل خطرات شناخته شده و ناشناخته كمك كرد.
آندرو وان، مدير بخش خدمات بهداشتي سازمان ملي بهداشت ايالات متحده پيش‌بيني مي‌كند، در اثر اين همگرايي و نيز در اثر شتاب در پيشرفت دانش بشر و تحقيقات در زمينه فناوري‌نانو، تا سال 2015 مشكل سرطان حل شود. تنها به عنوان يك بخش كوچك از اين پيشرفت بزرگ، در اثر افزايش تصاعدي توان ما در حل مشكلات، كيفييت زندگي بسيار بهبود خواهد يافت. من فكر مي‌كنم حق با اوست و ما مي‌توانيم مالاريا، بيماري‌هاي قلبي و ديابت را نيز به اين فهرست اضافه كنيم.
ما همچنين درصدد افزايش توان خود در مقابله با تهديدهاي غيرمنتظره همانند ويروس‌هاي جهش يافته و مرگبار جديد يا سلاح‌هاي ميكروبي خارج از كنترل هستيم. اپيدمي‌هايي همچون طاعون و آنفلوآنزا اثرات ناگهاني و ويران كننده‌اي در طول تاريخ داشته‌اند. ما حتي با وجود تمام آگاهي‌ها و سيستم‌هاي بهداشتي امروز، در مقابل بلاها مصون نيستيم. با اين حال به دليل پيشرفت‌هاي علمي حاضر، قدرت مقابله با آنها را پيدا مي‌كنيم.
در حال حاضر ما چندين محدوده از فناوري را مي‌شناسيم كه در امواج جديد اكتشاف به هم نزديك مي‌شوند. ابزارهاي جديد آشكارسازي و دستكاري در مقياس نانو به ما اين امكان را مي‌دهد كه هم نظم فيزيكي مواد در مقياس اتمي را درك كرده و هم به اثرات كوانتومي و الكترومكانيك در اين سطح پي ببريم.
در مقياس نانو، سيستم‌هاي زيستي الگوي خوبي هستند. مثلاً مجموعه‌اي از توالي هزاران آمينواسيد موجود در طبيعت مي‌تواند مولكول‌ها و برهم‌كنش‌هاي مورد نياز ما را توليد نمايد و ابزاري را در اختيار ما قرار مي‌دهد كه تاكنون هرگز وجود نداشته است.
اين سيستم‌هاي زيستي عملكردي مشابه نانوربات‌هاي پيش‌بيني شده براي آينده دارند. آنها آنقدر كوچك هستند كه مي‌توانند در درمان سرطان، خالص‌سازي آب، توليد نيروي الكتريكي و بسياري از اهداف ديگر به كار روند. اين ساختارها غيرقابل توصيف و بي‌نظم به نظر مي‌آيند؛ امّا بسيار شبيه نانوربات‌هاي مشابه اسباب‌بازي‌هاي ساختماني جادويي مي‌باشند که امروزه در دسترس هستند.
به عنوان چند مثال مي‌توانيم چند نمونه از قابليت‌هاي بسيار زياد آنها را توضيح دهيم. هر كدام از آنها تنها قسمتي از بخش عظيمي مي‌باشند كه در مقايسه با كل آن بخش بسيار كوچك به نظر مي‌آيند. بياييد يك مثال كوچك پايين به بالا از قسمتي از دنياي نانو كه من فعاليت كرده‌ام بياوريم.
در سال 1999 من و ويلسون گريت بچ، مخترع اولين دستگاه موفق تنظيم ضربان قلب و باتري ليتيم- يد به كار رفته براي تأمين نيروي آن، شركت بيوفان را تأسيس كرديم تا مشكل روبش بسياري از ابزارهاي گيرنده پزشكي به وسيله MRI (تصويربرداري تشديد مغناطيسي) را حل نماييم. ويلسون فناوري‌نانو را به من معرفي كرد. با اين حال من نمي‌توانستم ببينم كه چگونه فناوري‌نانو بر كار ما تأثير مي‌گذارد. او همگرايي بين علومي را پيش‌بيني كرد كه با زيست‌شناسي مولكولي به هم مي‌آميزند چرا كه اين علم به ما ياد داد كه چگونه مابين دنيايي كه مي‌شناسيم و دنيايي كه مي‌خواهيم، ارتباط برقرار نماييم. سلول‌هاي كوچك طبيعت در مورد شيمي‌، فيزيك، ساختارهاي مكانيكي، طرح‌هاي نوري و چيزهايي ديگر مطالب زيادي مي‌دانند.
اولين راه حل ما براي مشكل MRI استفاده از فوتونيك و فركانس راديويي بود. به طور موازي شروع به مطالعه فناوري‌نانو كرده و ياد گرفتيم چگونه نانوذرات مغناطيسي را تنظيم نماييم تا به انرژي تشديد مغناطيسي MR به شكل بسيار ويژه‌اي پاسخ دهند. ما يك سري ابزارهاي پزشكي ساختيم كه در MRI نامرئي بودند و موجب کاهش تصاوير مجازي مي‌شدند كه ديدن بافت‌هاي اطراف، اين ابزارها را با مشكل مواجه مي‌كردند در حال حاضر اين فناوري را در اختيار سازندگان ابزارآلات پزشكي قرار مي‌دهيم.
ما ياد گرفتيم چگونه نانوذرات مغناطيسي مرتعش كننده با فركانس ويژه را توليد نماييم. در حال حاضر از دانش به دست آمده از اين تجربه براي اتصال اين نانوذرات مغناطيسي به مولكول‌هاي دارويي استفاده مي‌نماييم. با اتصال اين نانوذرات به داروها، آنها غير فعال مي‌شوند تا زماني كه اعمال يك ميدان مغناطيسي ملايم باعث جدا شدن نانوذرات و فعال شدن مجدد دارو گردد. ابزارهاي قابل كاشت همانند يك كفل مصنوعي مي‌تواند حاوي داروهاي ضدفسادي باشد كه در تاريخ خاصي پس از كاشت جاگذاري عضو در بدن آزاد شود.
ما همچنين عوامل بهبود كنتراستMR ساخته‌ايم كه روشن‌تر و بادوام‌تر از گادولينيوم بوده و قابليت اثرگذاري چندين MR را دارند. همچنين نانوذرات مغناطيسي به ما كمك مي‌كنند كه مولكول‌هاي دارويي را به سمت هدفشان راهنمايي كنيم. يك پوشش از نانوذرات مغناطيسي در اطراف يك دانه brachy راديواكتيو را مي‌توان به طور ملايم حرارت داد و آن را براي درمان هيپوترميك با تشعشع و حرارت فعال نمود. تمام اين كارها با نانوذرات قابل تنظيم ساده‌اي صورت مي‌گيرند كه در زير MRI به صورت نانوذرات مغناطيسي قابل مشاهده بوده و همچنين فركانس MR مخصوص براي ديدن آنها نيز قابل تنظيم است. نيازي به هيچ مدار منطقي يا الكترومكانيكي درون اين نانوذرات نيست. در موقع نياز، انرژي خارجي، ماده فيلم نازك را فعال كرده و دارو رها مي‌شود.
با اينكه ما بيش از 100 اختراع در اين زمينه به ثبت رسانده‌ايم تنها يك دانه شن در ساحل وسيع همگرايي فناوري‌نانو وزيست‌فناوري هستيم.
به زودي همزمان با به هم پيوستن فناوري‌نانو و زيست‌فناوري و در نتيجه دانش مشترك و شتاب‌زا و انفجار نوآوري‌ها، پيشرفت‌هاي معجزه‌آسايي ايجاد خواهد شد.
منابع :

Nanotech Briefs,Vol. 2,No. 1 (January 2005), published by ABP International, New York(nanotechbriefs.com)

Resource

[Bl@sTeR]

پژوهشگران انگليسي براي اولين بار، روشي براي طراحي و ساخت رشته‎هاي پروتئيني با نظم و ترتيب خاص در مقياس نانو كشف كردند.

Derek Woolfsonو همكارانش از دانشگاه Bristol ، سيستمي متشكل از دو پپتيد كه معمولاً در آب به‌صورت رشته‎هاي پروتئيني ضخيمي توده‎اي درمي‎آيند طراحي كردند كه نظم و ترتيب خاصي در مقياس نانو نشان مي‎دهند و به‌عنوان نوعي مشابه‎سازي از توده‎هاي رشته‎اي طبيعي خاص به شمار مي‌روند.

اين روش مي‎تواند از منظري ديگر روشي براي ساخت مواد زيستي با ساختار نانو در كاربردهايي در زيست‎شناسي و نانوزيست‎فناوري سنتزي باشد.

گروه Woolfson چند سال قبل اولين نسل از رشته‎هاي خودانباشته‎شونده متشكل از دو پپتيد مكمل «leucine-zipper» را طراحي كردند.

اين واحدهاي ساختماني نه تنها ساختارهاي رشته‎اي نازك و طويل را تشكيل مي‎دادند، بلكه به همديگر پيوسته، رشته‎هاي ضخيمي متشكل از صدها رشته نازك را تشكيل دادند.

دكترWoolfson مي‎گويد:" ما علت اين توده‎اي شدن را جستجو كرديم و دريافتيم كه مي‎توانيم برهمكنش‌هاي يك رشته كوچك با رشته كوچك ديگر را به گونه‎اي كه باعث ايجاد نظم و ترتيب قابل ملاحظه‎اي در مقياس نانو در سيستم جديد شوند، ‌طراحي كرده و بسازيم."

در طرح اصلي Woolfson، پپتيدهاي مكملleucine-zipper براي درآمدن به شكل ديمرهاي متناوب ساخته شده‎ بودند كه متفاوت با ساختارهاي طبيعي بودند كه از واحدهاي ساختاري يكساني بهره مي‎گرفتند. اين ديمرهاي متناوب به‌دليل اينكه از قسمت انتهايي خود آزادند استعداد چسبيدن و اتصال به يكديگر را دارند.

در كار جديد، اين محققان توجه‎شان را به وجوه بيروني رشته‎هاي كوچك معطوف داشته، برهمكنش‌هاي باردار شده مكملي را طراحي كردند تا رشته‎هاي كوچك را بيشتر به يكديگر نزديك كنند و باعث ضخيم شدن آنها شوند.

نكته شگفت‎آور اين بود كه در اين حالت نيز به نظر مي‌رسيد رشته‎هاي كوچك در يك حالت كاملاً موازي و مرتب به يكديگر نزديك مي‎شوند. پژوهشگران با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني و تفرق اشعه x دريافتند كه پپتيدها در سيستم طراحي‌شده به‌صورت ميله‎هاي مارپيچ α، كه به‌صورت دوتايي به هم تابيده شده‎اند، توده‎اي شده و به شكل يك شبكه شش‎وجهي سه‌بعدي با اندازه 8/1نانومتر دسته‌بندي مي‎شوند. ميله‎ها به‌وسيله محور رشته با طول 2/4 نانومتر، كه دقيقاً با طول پپتيدهاي طراحي‌شده مطابقت دارد، جدا شده‎اند.

دومين سطح از نظم و ترتيب به‌صورت شيارهايي كه امتداد قائم آنها به محور رشته طويل ختم مي‎شود، مشاهده مي‎شود. اين شيارها در طول تمام رشته‎ها كه به بيش از ده ميكرون مي‎رسد امتداد يافته، نشان‎دهنده پيوستگي بلوري در سراسر ساختار رشته‎ها هستند. تقسيم‎بندي شيارها به‌آساني و با تغيير طول پپتيدها كنترل مي‎شود.

اين رشته‎هاي پروتئيني مي‎توانند به‌عنوان چارچوبي براي نمايش عمل مولكول‌هاي زيستي ديگر در مقياس نانو يا به‌طور كلي‎تر به‌عنوان قالبي سازگار با محيط زيست براي كمك به رشد سلولي و مهندسي بافت استفاده شوند. اعضاي اين گروه قصد دارند تا با استفاده از روش خود ساختارهاي اتمي‌اي طراحي كنند كه كار مشكلي خواهد بود. گام بعدي آنها حركت ب‌ سوي آراستن اين رشته با مواد زيستي، معدني و پليمري است.




منابع

برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

[Bl@sTeR]

حسگري ضربان مقاومتي (Resistive pulse sensing) ، روش بسيار جذابي را براي تعيين کميت و توصيف گونه‌هاي زيست‌پزشكي؛ نظير داروها، DNA، پروتئين‌ها و ويروس‌ها در محلول ارائه مي‌دهد.

اين روش، شامل اندازه‌گيري تغييرات ناشي از جريان يوني عبوري از غشايي است كه حاوي يك روزنه در مقياس نانومتر است و دو الكتروليت را از هم جدا مي‌كند. با عبور نمونه‌هاي زيستي از مسير روزنه، به‌دليل مسدود شدن آني منفذ نانومتري غشا در جريان يوني، ضربان‌هاي ناپايدار ميرايي ايجاد مي‌شود.

فركانس اين ضربان‌ها حاوي اطلاعاتي است كه به تعيين غلظت و توصيف نمونه تجزيه‌اي كمك مي‌كند. يك نانوحفره زيستي هموليزينα- كه با يك غشاي دولايه ليپيدي محافظت مي‌شود به‌خوبي براي تشخيص نمونه‌هاي تجزيه‌اي گوناگون استفاده شده‌است؛ با اين حال، اشكال اصلي اين سيستم، فقدان استحكام مكانيكي آن است، در حقيقت اين غشاهاي زيستي پس از گذشت چند ساعت پاره شده، مانع از به‌كارگيري آنها در ابزارهاي حسگري عملي مي‌شود.

هم‌اكنون، گروهي از پژوهشگران دانشگاه فلوريدا در حال برطرف کردن اين مانع بزرگ هستند كه به ساخت غشاهاي نانوحفره‌اي منفرد سنتزي و تجديدپذير كمك خواهد كرد. اين نانوحفره‌ها از طريق روش حکاکي شياري تهيه مي‌شوند؛ در اين روش، يك ذره با انرژي بالا از درون يك غشاي پليمري سنتزي عبور داده مي‌شود تا يك اثر تخريبي به جا بگذارد، سپس بطور شيميايي حکاکي شده تا به يك حفره نانومتري تبديل شود. چالش اصلي، كنترل و قابليت تجديدپذيري قطر روزنه حاصل است.

Charles R. Martin و همكارانش يك روش حکاکي دومرحله‌اي براي ساخت منافذ مخروطي تجديدپذير در غشاهاي پليمري ابداع کردند كه قابليت پيش‌بيني كنترل قطر منافذ را دارد.

اين منافذ مخروطي بر روي دو وجه مقابل غشايي است كه دو دريچه دارد: يكي بر روي قاعده مخروط با قطر بزرگ و ديگري بر نوك مخروط با قطر كوچك.

بيشتر عمل حسگري در منفذ نوك مخروط اتفاق مي‌افتد؛ زيرا نمونه‌هاي تجزيه‌اي زيستي، ضمن حركت از درون غشا، نوك منفذ را مسدود مي‌كنند و به اين دليل کنترل قطر نوك اين روزنه‌ها امري ضروري است.

پژوهشگران از اولين مرحله حکاکي براي تعيين قاعده و نوك روزنه‌هاي مخروطي در غشا استفاده مي‌كنند و پس از آن در حالي‌كه پيوسته جريان يوني را ثبت مي‌كنند، مرحله دوم را به كار مي‌برند و فرايند حکاکي را وقتي كه جريان يوني عبوري از غشا به يك مقدار معين برسد، متوقف مي‌كنند. اين روش، امکان ساخت قابل اطمينان و پيش‌بيني حفره‌هاي مخروطي با منافذي در حدود ده تا 60 نانومتر را فراهم مي‌كند كه روش مناسبي براي تشخيص نمونه‌هاي زيستي مي‌باشد.

Martin و همكارانش اهميت عمده اين غشاها را با تشخيص يك نمونه پروتئيني(آلبومين سرم گاوي) با استفاده از حسگرهايي با منافذي در مقياس نانو تشريح كردند. مارتين تأكيد مي‌كند كه ساختن نانوحفره‌هاي مصنوعي تجديدپذير براي توسعه حسگرهاي مقاوم در برابر ضربه، حياتي است.


منابع

برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

[Bl@sTeR]

مواد كنتراست مافوق‌صوت تجاري موجود در بازار که مورد استفاده در تصويربرداريهاي مافوق صوت هستند از حبابهاي حاوي گاز با قطر 1 ميكرومتر و يا بيشتر ساخته‌ شده‌اند.

اما اين ذرات آنقدر بزرگ هستند كه قادر به عبور از ديواره عروقي نبوده لذا براي انواع زيادي از تصويربرداريها مناسب نمي‌باشند. علاوه بر آن، اين ميكروحبابها خيلي سريع از خون حذف مي‌شوند از اين رو طول اثر آنها كاهش مي‌يابد. بنظر مي‌رسد به كمك فناوري نانو بتوان اين دو مشكل را حل نمود.

مطالعات محققان دانشگاه اوهايو نشان داده كه نانوذرات جامد قادر به افزايش كيفيت تصويربرداريهاي مافوق صوت مي‌باشند.

مزاياي اين روش در نوع خاصي از سلولهاي سرطان سينه بررسي و اثبات شده است. چنين روشي به تصميم‌گيري پزشكان در انتخاب اينكه چه دارويي براي چه بيماري مناسب است كمك خواهد كرد.

از نكات بسيار مهم در خصوص سرطان سينه، تشخيص سريع آن است. روشهاي ماموگرافي و مافوق صوت موجود قابليت ارتقاء و بهبود را دارا مي‌باشند. به كمك مواد كنتراست هدفمند شده، اين روشها را مي‌توان براي اختصاصي عمل كردن در خصوص يك بافت يا عضو مشخص بهبود داد.

ذراتي كه در اين مطالعه استفاده شده اند از پليمر زيست تخريب پلي‌لاكتيك اسيد (PLA) ساخته شده و قطر متوسطي در حدود 250 نانومتر دارند. نانوذرات PLA بوسيله يك آنتي‌بادي كه به گيرنده‌هاي Her2 متصل مي‌شود، روكش شده اند.

تعداد زيادي از اين گيرنده در سطح بيروني انواع خاصي از سلولهاي سرطان سينه مشاهده مي‌شود. اين متخصصان به كمك سلول شماري و تصويربرداري كانفوكال تجمع نانوذرات در اطراف سلولهاي سرطان سينه را تاييد كردند.

تصويربرداري برون‌تني خاصيت بازتاب زايي صوتي سلولهاي سرطان سينه را پايدارتر و بسيار بيشتر از حالتي كه اين ذرات نبودند نشان داد.

در سلولهايي كه تعدادكمي گيرنده Her2 داشتند هيچ افزايشي در بازتاب‌زايي صوتي مشاهده نشد. دليل اين افزايش هنوز به درستي مشخص نيست ولي محققان معتقدند كه تفاوت در هدايت صوتي بين نانوذرات جامد و بافت نرم يا سلولها ممكن است باعث اين پديده شده است. البته تجمع و اتصال نانوذرات در غشاءهاي سلولي و در نتيجه افزايش قطر موثر آنها در اين پديده بي‌تاثير نبوده است.

محققان دانشگاه اوهايو در حال آماده شدن براي انجام آزمايشات درون‌تني مي‌باشند. اين آزمايشات ابتدا بر روي حيواناتي كه داراي سلولهاي سرطان سينه مي‌باشند انجام خواهد شد.




منابع

برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

[Bl@sTeR]

پيشرفت‌هاي اخير در روش‌هاي طيف‌سنجي، ثبت تصاوير تشخيصي ـ با حساسيت بالا در سطوح سلولي ـ را داخل بافت زنده يا محيط آزمايشگاهي فراهم مي‌کند.

اين روش‌ها به ذرات نانومقياس خاصي به‌عنوان کاوشگرهاي آشکارسازي بستگي دارند. يک دسته از اين ذرات، نانوبلورها يا نقاط کوانتومي ناميده مي‌شوند، که در ساخت کاوشگرهاي آشکارسازي و نشان‌دار کردن ترکيبات زيستي به کارمي‌روند.
اين نانوبلورها مي‌توانند براي مطالعه فرايندهاي سلولي و بهبود رفتار و تشخيص بيماري‌هايي چون سرطان مورد استفاده قرار گيرند.

Qdotها در دو مورد کاربرد دارند: يکي به‌عنوان عناصر حسگر فعال در تصويربرداري سلولي با قدرت تشخيص بالا که خواص فلئورسانس آنها در واکنش با نمونه تغيير مي‌کند و دوم در کاوشگرهاي نشان‌دار غيرفعال که مولکول‌هاي گيرنده‌اي چون پادتن‌ها به سطح آنها متصل مي‌شوند.

متأسفانه اغلب Qdotها سمي هستند و به‌علت حضور عناصر سنگيني چون کادميوم به‌عنوان عامل سرطان‌زا شناخته شده‌اند. رشد مصرف نانومواد در پزشکي و توسعه نانومواد زيست‌سازگار و غير سمي دانشمندان را به استفاده از ذرات نانومقياسي از جنس الماس براي جايگزين کردن فلزات سنگين در Qdotها هدايت کرده‌است.

نانوالماسي که از لحاظ سطحي دچار تغيير و کربوکسيله شده‌اند(cND)، به‌راحتي با استفاده از ميکروسکوپ AFM رديابي مي‌شود و حضور آنها در سلول باعث مرگ سلول نميشود.

علاوه بر اين، خواص تشخيصي و زيست‌سازگاري cNDها، آنها را براي کاربردهاي پزشکي از قبيل نشان‌دار کردن، تصويربرداري و تحويل دارو مناسب مي‌سازد.

Chao، دانشمند تايواني، مزاياي منحصر به فرد نانوالماس‌ها را که شامل تطبيق‌پذيري با محيط زيست و غير سمي بودن و... است، نشان داد. همچنين مقدار جذب پروتئين به‌وسيلة نانوالماس‌ها، با کربوکسيله شدن سطح آنها افزايش مي‌يابد.
تأثير اندازهcNDها بر سميت آنها در سلول‌هاي شش انسان مورد مطالعه قرار گرفت و معلوم شد که cNDهايي با اندازه پنج و صد نانومتر سميتي را در سلول القا نمي‌کنند. اخيراً نيز نانوالماس‌هايي با انرژي بالا که فلئورسانت نيز هستند، کشف شد.

بر خلاف cNDها، پژوهشگران در آزمايش‌هاي خود دريافتند که نانولوله‌هاي کربني سلول‌هاي شش انسان را دچار سميت مي‌کند. ساز و كار انتقال و تبديل و متابوليسم ذرات نانوالماس نياز به بررسي بيشتري در سلول‌هاي حيواني دارد تا بتوان آن را براي سلول‌هاي انساني نيز به کار برد؛ چنانچه کاملاً آشکار شود که نانوالماس‌ها مواد خطرناکي نيستند و مي‌توان با اتصال آنها به مولکول‌هاي زيستي و داروهاي شيميايي، آينده روشني را برايشان متصور شد و از آنها به‌عنوان کاوشگرهاي تشخيصي/ درماني استفاده کرد.

ايجاد تغيير در سطح نانوذرات کربني ممکن است موجبات اتصال آنها به پروتئين‌هاي ويژه يا پپتپيدها را در سلول‌ها و بافت‌هاي ويژة سلول‌هاي سرطاني فراهم کند و در نهايت از اتصال نانوالماس به مولکول‌هاي دارويي ويژه براي درمان بيماران استفاده شود.




منابع

برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

[Mohammad Hosseyn]

معرفي گزارش استفاده از نانو ذرات در محصولات آرايشي بهداشتي

انجمن محصولات آرايشي، بهداشتي و معطر [1](CTFA) گزارش پزشكي درباره كاربرد فناوري نانو در محصولات مراقبتي شخصي مانند لوازم آرايشي و محصولات دارويي بويژه كرم هاي پوستي منتشر كرده است. اين گزارش مزاياي استفاده از نانومواد را مورد بحث قرار مي دهد. همچنين در آن به ارزيابي منظمي از محصولات مراقبتي شخصي مبتني بر فناوري نانو، خواص ويژه نانوذرات، پتانسيل جذب پوستي نانوذرات به كار رفته در كرم ها و لوسين ها، توافق عمومي علمي و نتايج سم شناسي درباره استفاده از فناوري نانو در محصولات مراقبتي شخصي پرداخته شده است. اين گزارش به صورت ويژه، استفاده از نانوذرات دي اكسيد تيتانيوم و اكسيد روي را در كرم هاي پوستي مورد بررسي قرار داده است.
دكتر John Bailey قائم مقام اجرايي CTFA مي گويد: "اين گزارش مستقيماً به مسائل علمي كاربرد نانوذرات در محصولات مراقبتي شخصي مي پردازد و نشان مي دهد استفاده از نانوذرات در كرم ها و لوسين ها بي خطر بوده و فوايد غيرقابل انكاري براي مصرف كنندگان به همراه دارد."
كرم هاي ضدآفتاب حاوي نانوذرات ملزم به داشتن تأييديه FDA بوده و مؤثر و بي خطر بودن آنها بايد طي فرآيندي به اثبات برسد.
استفاده از نانوذراتي مانند دي اكسيد تيتانيوم و اكسيد روي در كرم هاي ضدآفتاب رايج بوده و كرم هاي ضدآفتاب با كارايي بالا ده ها سال است كه به بازارها راه يافته اند. در سال 1996، FDA به اين نتيجه رسيد كه ذرات دي اكسيد تيتانيوم بسيار ريز در حد ميكرون دي اكسيد تيتانيوم، ماده جديدي نبوده و مداركي دال بر خطرناك بودن آنها وجود ندارد. نانوذرات و اكسيد روي، برخلاف انواع بزرگ آنها، در ضخامت هاي بالا شفاف بوده و پوشش سفيدي ايجاد مي كنند كه اين خود باعث پذيرش بيشتر آنها توسط مشتريان شده و در نهايت استفاده بيشتر در محصولات مي گردد، اين ويژگي (شفاف بودن در ضخامت هاي بالا) موجب محافظت بيشتر پوست از سرطان و ديگر آسيب هاي نور خورشيد مي گردد.
علاوه بر اين گزارش، CTAF با همكاري وزارت دارو و غذا (FDA) به تدوين جامعي از نظرات FDA در اين باره پرداخته است. اين مجموعه كه در سايت

برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

موجود است افزايش تمايل به استفاده از فناوري نانو در محصولات مراقبتي شخصي به ويژه كرم هاي ضدآفتاب را نشان مي دهد.
منبع : [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]