نانوتکنولوژی |مقالات|

[sajadhoosein]

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.

[sajadhoosein]

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.
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.

[sajadhoosein]

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.
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.

[sajadhoosein]

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.
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.

[sajadhoosein]

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.

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.

[sajadhoosein]

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».

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.

[sajadhoosein]

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.

[sajadhoosein]

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.

[sajadhoosein]

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.

[sajadhoosein]

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