نانوتکنولوژی به چه درد می‌خورد؟

نانوتکنولوژی به چه درد می‌خورد؟

در سال 1966 فیلمی تخیلی با عنوان «سفر دریایی شگفت‌انگیز» اهالی سینما را به دیدن نمایشی جسورانه از کاربرد نانوتکنولوژی در پزشکی میهمان کرد. گروهی از پزشکان جسور و زیردریایی پیشرفته‌شان با شیوه‌ای اسرار‌آمیز به قدری کوچک شدند که می‌توانستند در جریان خون بیمار سیرکنند و لخته خونی را در مغزش از بین ببرند که زندگی او را تهدید می‌کرد. با گذشت 41 سال از آن زمان، برای ساختن وسایل پیچیده حتی در مقیاس‌های کوچک‌تر گام‌های بلندی برداشته شده است. این دستاوردهای علمی موجب شده برخی افراد باور کنند که چنین دخالت‌هایی در پزشکی امکان‌پذیر است و روبات‌های بسیار ریز قادر خواهند بود در رگ‌های هر کسی سفر کنند.
همه جانداران از سلول‌های ریزی تشکیل شده‌اند که خود آنها نیز از واحدهای ساختمانی کوچک‌تر درحد نانومتر (یک میلیاردیم متر) مانند پروتئین‌ها، لیپیدها و اسیدهای نوکلئیک تشکیل شده‌اند. از این رو شاید بتوان گفت که نانوتکنولوژی به طور معمول برای ترکیبات مصنوعی استفاده می‌شود که از نیمه رسانه‌ها، فلزات، پلاستیک‌ها یا شیشه ساخته شده‌اند. نانوتکنولوژی از ساختارهایی غیر‌آلی بهره می‌برد که از بلورهای بسیار ریزی در حد نانومتر تشکیل شده‌ اند و کاربردهای وسیعی در زمینه تحقیقات پزشکی، رساندن داروها به سلول‌ها، تشخیص بیماری‌ها و شاید هم درمان آنها پیدا کرده‌اند. در برخی محافل نگرانی‌های شدیدی درباره جنبه منفی این فناوری به وجود آمده است، آیا این نانوماشین‌ها می‌توانند از کنترل خارج شوند و کل جهان زنده را نابود کنند؟
پیش از پاسخ دادن به چنین سوالی باید گفت فواید این فناوری بیش از آن چیزی است که تصور می‌شود. برای مثال می‌توان با بهره‌گیری از نانوتکنولوژی، وسایل آزمایشگاهی جدیدی ساخت و از آنها در کشف داروهای جدید و تشخیص ژن‌های فعال تحت شرایط گوناگون در سلول‌ها، استفاده کرد. به علاوه، نانو ابزارها می‌توانند در تشخیص سریع بیماری‌ها و نقص‌های ژنتیکی نقش ایفا کنند.

باکتری‌های مغناطیسیطبیعت نمونه زیبایی از سودمندی بلورهای غیرآلی را در دنیای جانداران عرضه می‌کند. باکتری‌های مغناطیسی جاندارانی هستند که تحت تاثیر میدان مغناطیسی زمین قرار می‌گیرند. این باکتری‌ها فقط در عمق خاصی از آب یا گل و لای کف آن رشد می‌کنند. اکسیژن در بالای این عمق بیش از حد مورد نیاز و در پایین آن بیش از حد کم است. باکتری که از این سطح خارج می‌شود باید توانایی شنا کردن و بازگشت به این سطح را داشته باشد. از این رو این باکتری‌ها مانند بسیاری از خویشاوندان خود برای جابه‌جا شدن از یک دم شلاق مانند استفاده می‌کنند. درون این باکتری‌ها زنجیره‌ای با حدود 20 بلور مغناطیسی وجود دارد که هر کدام 35 تا 120 نانومتر قطر دارند. این بلورها در مجموع قطب‌نمای کوچکی را تشکیل می‌دهند. یک باکتری مغناطیسی می‌تواند در امتداد میدان مغناطیسی زمین قرار گیرد و مطابق با آن بالا یا پایین برود تا مقصد مورد نظرش را پیدا کند.
این قطب‌نما اعجاز مهندسی طبیعت در مقیاس نانو است. اندازه بلورها نیز مهم است. هر چه ذره مغناطیسی بزرگ‌تر باشد، خاصیت مغناطیسی‌اش مدت بیشتری حفظ می‌شود اما اگر این ذره بیش از حد بزرگ شود، خود به خود به دو بخش مغناطیسی مجزا تقسیم می‌شود که خاصیت مغناطیسی آنها در جهت عکس یکدیگرند. چنین بلوری خاصیت مغناطیسی کمی دارد و نمی‌تواند عقربه کارآمدی برای قطب‌نما باشد. باکتری‌های مغناطیسی قطب‌نماهای خود را فقط از بلورهایی با اندازه مناسب می‌سازند تا از آنها برای بقای خود استفاده کنند. جالب است که وقتی انسان برای ذخیره اطلاعات روی دیسک سخت محیط‌هایی را طراحی می‌کند، دقیقا از این راهکار باکتری‌ها پیروی می‌کند و از بلورهای مغناطیس در حد نانو و با اندازه مناسب استفاده می‌کند تا هم پایدار باشند و هم کارآمد.
محققان در تلاش‌اند تا از ذرات مغناطیسی در مقیاس نانو برای تشخیص عوامل بیماری‌زا استفاده کنند. روش این محققان نیز مانند بسیاری از مهارت‌هایی که امروزه به کار می‌رود، به آنتی‌بادی‌های مناسبی نیاز دارد که به این عوامل متصل می‌شوند. ذرات مغناطیسی مانند برچسب به مولکول‌‌های آنتی‌بادی متصل می‌شوند. اگر در یک نمونه، عامل بیماری‌زای خاصی مانند ویروس مولد ایدز مدنظر باشد، آنتی‌بادی‌های ویژه این ویروس که خود به ذرات مغناطیسی متصل هستند، به آنها می‌چسبند. برای جدا کردن آنتی‌بادی‌های متصل نشده، نمونه را شستشو می‌دهند. اگر ویروس ایدز در نمونه وجود داشته باشد، ذرات مغناطیسی آنتی‌بادی‌های متصل شده به ویروس، میدان‌های مغناطیسی تولید می‌کنند که به وسیله دستگاه حساسی تشخیص داده می‌شود. حساسیت این مهارت آزمایشگاهی از روش‌های استاندارد موجود بهتر است و به زودی اصلاحات پیش‌بینی شده، حساسیت را تا چند صد برابر تقویت خواهد کرد.
منبع:http://salamat.com

نانوپزشکی؛ آن چه پیش روی ماست...

نانوپزشکی؛ آن چه پیش روی ماست...
علم پزشکی اگرچه تاکنون بسیاری از مشکلات جسمی بشر را برطرف ساخته است، با این حال هنوز مسائل حل نشده ی بسیاری در زمینه ی درمان بیماری ها وجود دارد. نانوفناوری این قابلیت را دارد که با استفاده از فناوری مولکولی اقدام به شناسایی و رفع این مشکلات کند. از جمله ی این ابزارها، نانوروبات ها هستند که پیش بینی می شود با ساخت آنها در آینده امکان درمان بسیاری از بیماری ها از جمله، کهولت سن، آرتریت، ناراحتی های عضلانی و ایدز فراهم خواهد شد.
بدن انسان از ساختارهای مولکولی فعال و پیچیده ای ساخته شده است و زمانی که این ساختارها دچار آسیب شوند، سلامتی انسان تهدید می شود. روش های متفاوتی برای تشخیص بیماری ها وجود دارند. به عنوان مثال یک پزشک می تواند از طریق سؤالاتی که از بیمار می پرسد یا عکس گرفته شده با اشعه X و یا جراحی، به علل بیماری پی ببرد. پزشکان قادر به تشخیص بیماری های مختلفی هستند ولی تاکنون بیماری های بسیاری نیز ناشناخته و مرموز باقی مانده اند. شناخت یک بیماری به معنای داشتن اطلاعاتی کامل راجع به آن نیست. مثلاً پزشکان می توانند قبل از این که در مورد نوع میکروب اطلاعاتی داشته باشند، عفونت را تشخیص دهند. بدون در نظر گرفتن درمان هایی از قبیل ماساژ دادن و پرتوافکنی، جراحی و مصرف داروها دو نوع اصلی درمان هستند.
جراحی روشی مستقیم برای برطرف کردن ناراحتی های بدن است که امروزه توسط متخصصان مجرب و آموزش دیده انجام می شود. جراحان به منظور درمان، برای برداشتن غدد سرطانی، برطرف کردن انسداد رگ ها و حتی جایگزین کردن اعضای مختلف، پوست و بافت بدن را برش می دهند. این روش می تواند خطرات بسیاری در بر داشته باشد. به هوش نیامدن، مقاومت بدن در برابر عضو جدید و از بین رفتن سلول ها، نمونه ای از این خطرات هستند. جراحان کنترل دقیق بر عمل جراحی ندارند. بدن انسان توسط ماشین های مولکولی که اکثراً داخل سلول ها هستند، فعالیت می کند. جراحان قادر به دیدن مولکول ها و در نهایت ترمیم آنها نیستند. بنابراین علم کنونی قادر به درمان کامل بیماری ها و یا حتی تشخیص بسیاری از بیماری ها نیست. پزشکان همواره سعی کرده اند که به بدن کمک کنند تا خود عمل درمان و التیام بخشی را انجام دهد. در ابتدا این عمل روند کندی داشت ولی با به کارگیری متدها و تجهیزات جدیدی که امروزه وارد عرصه ی پزشکی شده اند، سرعت زیادی به خود گرفته است. در آینده ای نه چندان دور، بیماری های مهلکی چون ایدز و سرطان، قابل پیشگیری و درمان خواهند شد. اگر تصور چنین مسئله ای برایتان غیر ممکن است، به پیشرفت های جهان پزشکی توجه کنید. در زمان قدیم تصور بریدن بدن انسان به وسیله ی کارد آن هم بدون احساس هیچ گونه دردی، ناممکن بود. وجود بیماری های لاعلاج بسیاری که در دوران قدیم وجود داشته اند و اکنون داروهایی برای درمان آنها کشف شده است، این امید را برای ما زنده نگه می دارد که در آینده ای نزدیک تمام بیماری ها قابل پیشگیری و درمان خواهند بود.
قابلیت ها و توانمندی های نانوپزشکی این نکته را گوشزد می کند که می توان به زندگی و زنده بودن امیدوار بود. امروزه ممکن است در عنفوان جوانی حمله ی قبلی یا سرطان ناگهانی و غیر منتظره به سراغ مان بیایند. اما به راستی بیماران در حال مرگ چگونه می توانند از فواید فناوری های آتی پزشکی بهره جویند. چگونه می توان از ساختار فیزیکی بدن محافظت کرد تا پیشرفت های فناوری پزشکی در آینده، سلامتی را به بیماران بازگرداند.
موضوعی خارق العاده در علم پزشکی مطرح شده است. مبنی بر این که بیماران در حال مرگ را می توان منجمد کرد و سپس به مدت چندین دهه یا حتی چندین قرن در نیتروژن مایع نگهداری کرد تا زمانی که فناوری پزشکی به حدی پیشرفت کند که قادر به بازگرداندن سلامتی آنها شود. نانو فناوری، فناوری برتر قرن بیست و یکم است که امکان ساخت ماشین های مولکولی پیچیده را در اختیار ما قرار می دهد. نانوپزشکی فن به کارگیری تدابیر نانوفناوری است و راه حلی است برای پایان دادن به بحران های جهانی مراقبت های پزشکی.
نانوفناوری قادر به پیشگیری و معالجه ی بیماری هاست. البته این مبحث هنوز در حال گذراندن مراحل اولیه ی خود است ولی توان متغیر ساختن علم پزشکی قرن بیست و یکم را داراست. ابتدایی ترین تجهیزات نانوپزشکی را می توان در تشخیص بیماری ها به کار گرفت.

در کنار تمام داروها و تجهیزات پزشکی که نانوفناوری برای علم پزشکی به ارمغان آورده است، نانوروبات های ساخته شده می توانند تا بدانجا توسعه داده شوند که بدون هیچ آسیب و ناراحتی وارد بدن شوند و به تشخیص بیماری ها و درمان آنها بپردازند. نانوروبات ها قادر به ترمیم سلول ها، بافت ها و اعضا هستند. بیماری هایی چون سرطان، هموفیلی، آرتروز، رماتیسم، ایدز و برخی از بیماری های ذهنی توسط آنها کنترل می شود و در نهایت از بین می رود. نانوروبات ها به قدری کوچکند که می توانند به راحتی از میان رگ ها عبور کنند. این روبات ها طوری طراحی شده اند که توسط سرنگ به بدن انسان تزریق می شوند و سپس از طریق رگ ها و دیگر مسیرهای سلولی در بدن انسان گردش می کنند. نانوروبات ها یا نانو ماشین ها می توانند اعضای داخلی بدن و چگونگی کارکرد آنها را تنظیم کنند و به قدری پیشرفته اند که در جراحی پلاستیک نیز به کار گرفته می شوند. با وجود نانوروبات ها، انسان ها قادرند فرم بدن خود را از نو بسازند و حتی جنسیت خود را تغییر دهند. این نانوروبات ها در زمینه ی پزشکی همچون موارد زیر نیز کاربردهای فراوانی دارند:

تغییر شکل دادن

DNA مستحکم کردن استخوان های شکسته

تغییر رنگ مو، چشم و پوست

با تزریق نانوماشین ها به ماهیچه می توان توانایی انسان را افزایش داد. نانوماشین ها می توانند جایگزین گلبول های خون نیز شوند و خونی بسازند که قابلیت نقل و انتقال و ترمیم سلول های مختلف بدن را داشته باشد و موجب حیات ابدی شود. خون ساخته شده ارزان قیمت خواهد بود و از لحاظ کارآیی همانند خون معمولی است و بدون در نظر گرفتن گروه خونی قابل تزریق به همه انسان ها نیز هست.

نانوماشین های نانوپزشکی به وجود آورنده مرحله ی جدیدی از تکامل انسانی هستند که سبب بقا بشر می شوند. نانوماشین ها طوری طراحی شده اند که قادر به ساخت اتم ها و در نتیجه درمان بسیاری از بیماری های مزمن امروزی هستند.
تصلب شرائین یکی از این بیماری هاست. در اثر این بیماری، کلسترول در دیواره های داخلی رگ ها رسوب می کند و سبب تنگ شدن رگ ها می شود. زمانی که شاهرگ های قلب نیز بر اثر این بیماری تنگ شدند، آن گاه خطر احساس می شود. هنگامی که جریان خون محدود می شود، بافت هایی که توسط رگ ها تغذیه می شوند، خواهند مرد. اولین نشانه های گرفتن رگ ها در قلب، بروز آنژین است. اگر بیماری پیشرفته شود، ماهیچه های قلب می میرند و سبب حمله ی قلبی می شوند.
بدین منظور نانوماشین هایی طراحی و برنامه ریزی شده اند که قادر به جست و جو، یافتن و برطرف کردن رسوبات کلسترول و در نتیجه باز کردن مجدد رگ ها هستند.
با کمک نانوماشین های ترمیم کننده سلول ها، می توان مشکلات مربوط به سلول ها و بافت ها را برطرف کرد. بدین منظور ماشین های ترمیم کننده ی سلول ها به ابزارها و گیرنده های حسی در ابعاد مولکولی احتیاج دارند. اندازه ی این ماشین ها با اندازه ی باکتری ها و ویروس ها برابر است. ماشین های ترمیم کننده می توانند در مسیر جریان خون حرکت کنند و همان گونه که ویروس ها داخل سلول ها می شوند، به سلول ها وارد شوند. نانوماشین ها با تست کردن محتوا و فعالیت سلول ها، مشکلات موجود را مشخص می کنند. نانوماشین ها برحسب مشکل تشخیص داده شده، تعیین می کنند که آیا سلول باید ترمیم شود و یا این که از بین برود. برای درمان سرطان نیز از این روش استفاده می شود. در ضمن، کنترل این نانوماشین ها توسط نانورایانه صورت می گیرد.
از آنجایی که تمام ناراحتی ها و مشکلات فیزیکی انسان در اثر تغییر آرایش اتم ها صورت می پذیرد، ماشین های ترمیم کننده ی سلول ها، اتم ها را به محل صحیح خود باز می گردانند و مشکل را برطرف می کنند. با وجود جالب بودن این موضوع، باید در نظر داشت که برطرف کردن ناراحتی های فیزیکی به تنهایی نمی تواند مشکل اصلی را رفع کند. به عنوان مثال اگر فردی دچار ضربه ی مغزی شود، بافت های آسیب دیده ی او ترمیم می شوند اما اطلاعاتی که در سلول های مغز ذخیره شده بودند از بین می رود. یکی از مواردی که توسط نانوفناوری قابل درمان نیست مربوط به سلامتی ذهن است. با این وجود برخی از توانایی های ذهنی از طریق بازیابی سطوح هورمونی و شیمیایی مغز، درمان می شوند.
مشکل کهولت نیز توسط نانوماشین ها برطرف می شود. ناتوان شدن استخوان ها، چروک شدن پوست، کاهش فعالیت آنزیم ها، التیام کند و آهسته زخم ها، ضعیف شدن حافظه و تمامی مشکلات ناشی از کهولت در اثر آسیب مولکول ها، موجب عدم توازن شیمیایی و تغییر ساختارهای مولکولی می شوند. اگر ماشین های ترمیم کننده ی سلول ها بتوانند سلول ها و ساختارهای آسیب دیده را ترمیم کنند، روند کهولت خیلی آرام تر طی خواهد شد.
در نتیجه پیشرفت نانوفناوری و نانو پزشکی، ممکن است میانگین عمر انسان زمانی به صدها تا هزاران سال برسد.

منبع:ماهنامه ی علمی - فنی دانشمند، شماره ی 558

سانتریفیوژ چیست؟

سانتریفیوژ چیست؟

طی سال های گذشته و همزمان با پیشرفت هایی که در زمینه استفاده از انرژی هسته ای صورت گرفته است ، مجموعه ای از مفاهیم و عبارات نیز وارد زبان روزمره فارسی شده که اگر چه بارها در رسانه ها شنیده می شوند‌،اما برخی از آنها در اذهان مردم شفافیت چندانی ندارند. یکی از این عبارات "سانتریفیوژ" است.
سانتریفیوژ انواع و اقسام مختلفی داشته و استفاده از آن در بحث تولید انرژی هسته ای تنها یکی از موارد کاربردی آن است . شاید ساده ترین نوع استفاده از این تکنیک ، ریختن سبزی های شسته شده در سبدی مخصوص و چرخاندن آن با استفاده از دستگیره و خارج نمودن آب اضافی از آنها باشد.
سانتریفیوژ به هر دستگاهی گفته می شود که با سرعت زیادی به دور خود چرخیده و در همین حال با استفاده از نیروی گریز از مرکز ایجاد شده ، مواد درون خود را نیز به بیرون پرتاب می کند. بررسی این فرایند در نوع خود کار ساده ای است . آزمایشی ساده می تواند بسیاری از علامت ها پرسش ها را از میان بردارد . سطل آبی را برداشته و در حالی که تا نیمه پر از آب است ، با سرعت به دور خود چرخانده و پس از چند دور پرتاب کنید.
به خوبی دیده می شود که به واسطه نیروی گریز از مرکز ایجاد شده ، آب درون سطل از آن بیرون نمی ریزد. این امر ، پایه و اساس سیستم های سانتریفیوژ به حساب می آید .
در یک سانتریفیوژ واقعی نیز فرایند مشاهبی روی می دهد . به واسطه چرخش بسیار سریع محفظه ای به دور خو د، هر آن چه در درون آن وجود دارد به سمت بیرون تحت فشار قرار می گیرد . این دستگاه می تواند در بر گیرنده هر ماده ای باشد ، از نمونه های خونی گرفته تا مواد شیمیایی مختلف از این رو نمونه های آن بسیار متنوع است . به عنوان مثال ناسا دارای سانتریفیوژ عظیمی است که از آن برای قرار دادن فضا نوردان در معرض نیروهای شدید استفاده می شود. نیروی گریز از مرکز تولید شده در این سانتریفیوژ می تواند شبیه سازی بسیار مناسبی از نیروی گرانشی باشد که در زمان پرتاب فضاپیماها بر بدن هوا نوردان وارد می شود.

سانتریفیوژ لازم اصلی غنی سازی اورانیوم

در فرایند تولید سوخت هسته ای و استفاده از آن در نیروگاه ها ، که با هدف تولید انرژی نظیر الکتریسته صورت می گیرد ، سانتریفیوژها نقش اساسی را در غنی سازی اورانیوم ایفا می کنند، به طوری که در صورت نبود آنها عملا مانع بزرگی بر سر راه غنی سازی اورانیوم به وجود می آید . پس از که سنگ معدن اورانیوم از معادن استخراج شد ، آسیاب شده و به شکل پودر در می آید .بر اساس برآوردهای صورت گرفته از هر تن سنگ معدن اورانیوم بالغ بر 140 کیلوگرم اورانیوم طبیعی حاصل می شود که فقط می توان حدود یک کیلوگرم اورانیوم خالص 235 به دست آورد ، یعنی در مجموع یک کیلوگرم اورانیوم خالص از هر هزار کیلوگرم سنگ معدن اورانیوم. در ادامه ، اسید سولفوریک به مواد افزوده شده و پس از طیشدن چند مرحله دیگر ، اکسید اورانیوم با اسید سولفوریک ترکیب می شود و در نهایت سولفات اورانیل حاصل می شود و در آخر با افزودن حلال های مخصوصی به سولفات اورانیل ، ماده جامدی به نام کیک زرد به وجود می آید که شامل 70 درصد اورانیوم بوده و دارای خواص پرتوزایی (رادیواکتیویته ) است . برای غنی سازی اورانیوم ، باید ابتدا کیک زرد را با اتم فلوئور ترکیب کرد و به صورت گاز هگزافلوراید اورانیوم درآورد. از اینجا به بعد است که غنی سازی اورانیوم به واسطه استفاده از فناوری سانتریفیوژی کامل می شود.
البته روش های مختلفی برای این کار وجود دارد ، اما بررسی ها نشان داده اند که استفاده از سانتریفیوژ بهترین و موثرترین روش برای غنی سازی اورانیوم است .

تاریخچه

غنی سازی اورانیوم با استفاده از فناوری سانتریفیوژ برای نخستین بار حدود 40 سال پیش به وسیله مهندسی آلمانی به نام "زیپه" صورت گرفت.
البته از آن زمان تا اکنون این فناوری با تغییرات و پیشرفت های گوناگونی همراه بوده است . روش سانتریفیوژ در مقیاس صنعتی ابتدا در هلند در دهه 60 میلادی به کار گرفته شد . برای این منظور توسعه مواد با استقامت و خواص ویژه و ساخت یاتاقان های پیشرفته برای سانتریفیوژهایی با سرعت دورانی زیاد لازم بود. در آلمان و انگلستان نیز این روش توسعه یافت و در سال 1970 سه کشور آلمان ، هلند و انگلستان شرکت URENCO را برای توسعه این فرایند و عرصه سرویس غنی سازی به بازار بین المللی تشکیل داده اند. این فرایند در دهه 80 در کشورهای آمریکا ، فرانسه ، ژاپن ، استرالیا و چند کشور دیگر نیز به کار گرفته شد. البته باید یادآوری کرد که استفاده از سانتریفیوژ برای جداسازی مواد با جرم های ویژه مختلف از صد سال پیش شروع شده است ، ولی در آن زمان بحث غنی سازی به هیچ وجه مطرح نبود. از سال 1919 میلادی این روش برای جداسازی ایزتوپ گازها استفاده شد . در جنگ جهانی دوم هم سانتریفیوژ برای غنی سازی اورانیوم به کار رفت.
جدا از استفاده از این فرایند در غنی سازی هسته ای ، استفاده از آن برای دانشمندان علوم مختلف مزایای قابل توجهی داشته است . دانشمندان می توانند با استفاده از این تکنیک ، به جداسازی مایعات و تفکیک آنها به ذرات سازنده آنها بپردازند و جالب این است که پس از توقف فرایند سانتریفیوژ ،ذرات جدا شده دیگر با یکدیگر ترکیب نمی شوند. یکی دیگر از موارد استفاده از سانتریفیوژ ، در مور پزشکی ، و تجزیه و تحلیل نمونه های خونی است . زمانی که نمونه خونی در دستگاه سانتریفیوژ قرار می گیرد ، دستگاه شروع به چرخش بسیار سریع کرده و در ادامه ، عناصر سازنده خون از یکدیگر جدا می شوند؛ طوری که سلول های خونی در کف محفظه و سلول های پلاسما به بالای محفظه می روند.
امروزه استفاده از این تکنیک در فعالیت های هسته ای به دلیل پیچیدگی ها و دشواری هایی که دارد ، فرایندی سخت و پر هزینه به حساب می آید و از این تکنیک تنها برخی کشورها جهان می توانند استفاده کنند، و معمولا فناوری آن به جهت مزایای قابل توجهی که به همراه دارد در دسترس سایر کشورها قرار نمی گیرد.
منبع:دانشمند شماره 566

حوادث هسته ای

حوادث هسته ای

زمانی که انفجار هسته ای روی می دهد، نور وگرمای شدیدی تولید می شود و موج حاصل از انفجار باعث انتشار مواد رادیواکتیو تا چندین کیلومتر در سطح زمین می شود و این امر باعث آلودگی آب، خاک، و هوا می گردد. تمامی سلاح‌ها و ابزار هسته‌ای در زمان انفجار باعث بروز پیامدهای مهلک و مرگ‌آور مانند، نورکورکننده،‌ گرمای شدید (تشعشعات حرارتی)، تشعشعات هسته‌ای اولیه، انفجار، آتش‌سوزی ناشی از اصابت جرقه‌های آتش ، گرما، و آتش‌سوزی‌های ثانویه بواسطه انهدام و خرابی می‌شوند.

مخاطرات ناشی از انفجار موادهسته‌ای

پیش‌بینی میزان، ماهیت و زمان ورود مواد رادیواکتیو کار ساده‌ای نیست.
اثرات این مواد بر روی پراکندگی جغرافیایی این چنین بیان می‌شود:

اندازه و قدرت این سلاح‌ها:

هرچه یک بمب قوی‌تر باشد اثرات آن تا مسافت‌های خیلی دور هم می‌‌رسد
اینکه بمب در چه ارتفاعی از زمین منفجرشده است نکته قابل توجهی است، چرا که این امر میزان اثرات انفجار را مشخص می‌کند.

ماهیت سطح زیرین (محل ) انفجار :

برخی مواد نسبت به سایر مواد خیلی سریع‌تر مبدل به آئرسل های رادیواکتیو ‌می‌شوند.
در این راستا، سطوح مسطح در بروز پیامدهای ناشی از انفجار مستعدتر هستند.

شرایط آب و هوایی موجود:

سرعت و جهت باد بر زمان ورود باران رادیو‌اکتیو تأثیر زیادی دارد و بارش باران باعث شستشوی ذرات ریز باقی مانده از انفجارات هسته ای از جو می‌شود .

باران رادیواکتیو

حتی اگر افراد بواسطه دوری از محدودة انفجار خیلی تحت تأثیر مستقیم آلودگی های ناشی از انفجارات هسته ای قرارنگرفته ‌باشند، باز هم این احتمال می‌رود که متأثر از باران رادیواکتیو شده باشند.
هر انفجار هسته‌ای بارش ایجاد می‌کند.
انفجار نزدیک سطح کره زمین نسبت به انفجار در ارتفاعات بالاتر و دورتر، بارش وسیع و بزرگ‌تری را ایجاد می‌کند.
این بدان معناست که گرمای ناشی از انفجار هسته‌ای باعث ایجاد یک جبهه جریان هوا رو به بالامی‌شود که ابرقارچی شکلی را بوجود می‌آورد.
هنگامی‌که انفجاری در نزدیکی سطح زمین رخ‌دهد میلیون‌ها ذره بخار هم به سمت آن ابرقارچی ‌شکل کشیده می‌شوند.
با کم‌شدن گرما، مواد رادیواکتیوی که در لایه های جوی بصورت فشرده و متراکم در آمده بودند، به زمین برمی‌گردند.
این پدیده را بارش رادیواکتیو گویند.
عمل ریزش مواد آئرسل در مدت زمان طولانی رخ می‌دهد، که درواقع منبع اصلی بقایای تشعشعات هسته‌ای می‌باشد.
درصورت مساعد بودن شرایط جوی ذرات رادیواکتیو ناشی از انفجار هسته‌ای با کمک جریان باد حتی ممکن است تا کیلومترها حرکت کند.
گاهی اوقات انفجار کوچک سلاح هسته ای ممکن است، تا حد زیادی کشنده باشد.
تشعشعات مواد رادیواکتیو قابل روئیت نیستند حتی با حواس طبیعی و پنج‌گانه ما نیز مشهود نمی باشند. تنها با کمک دستگاه‌های اشعه یاب قابل مشاهده‌اند.
همین امر باعث می شود که کمک رسانی در این نوع حوادث به مراتب سخت تر از کمک رسانی در زمان حوادثی مانند سیل و توفان باشد.
با نظارت و بررسی شاید بتوان زمان ورود ریزش مواد رادیو اکتیو، را بررسی‌کرد و از طریق اطلاع رسانی درست به اطلاع عموم رساند.
بهرحال باید در مقابل گرد وغبار ناشی از انفجارات هسته ای، اقدامات حفاظتی درست و علمی صورت گیرد.
بعلاوه در مورد دیگر اثرات نیز باید گفت که تسلیحات هسته‌ای در داخل یا روی سطح کره زمین یک پالس الکترومغناطیسی ( EMP ) و زمینه الکتریکی بسیار متراکم ایجاد می‌کنند.
یک EMP مثل یک ضربه و تکان رعد و برق ولی پرقدرت‌تر،‌ سریع‌تر و خیلی کوتاه‌تر از آن عمل می‌کند و می‌تواند آسیب‌های جدی به لوازم الکترونیکی متصل به منبع برق یا آنتن‌ها واردکند.
به این موارد باید سیستم‌های ارتباطی و مخابراتی، کامپیوترها،‌ لوازم برقی و دستگاه‌های سوخت هواپیما و اتومبیل را هم اضافه کرد.
آسیب وارده شامل صدمه به یک قطعه جزیی سیستم برق تا سوختن و از بین رفتن کامل دستگاه‌ها می‌شود.
حتی ممکن است بیشتر تجهیزات الکترونیکی موجود در چند صدکیلومتری منطقه آسیب‌دیده ناشی از انفجار هسته‌ای دچار آسیب شوند.
عموماً رادیو‌های باتریی قوی با آنتن کوتاه تحت تأثیر این آسیب قرارنمی‌گیرد.
بااینکه یک EMP ضرر چندانی برای بیشتر مردم ندارد اما این احتمال می‌رود که روی دستگاه تنظیم‌کننده ضربان قلب یا ابزار الکترونیکی اثرات منفی بگذارد.

اقدامات امنیتی و حفاظتی در مورد یک انفجار هسته‌ای

امروزه پیش‌بینی خطر حمله استراتژیکی سلاح هسته‌ای (بزرگ و حجیم) در کشورهای توسعه یافته توسط کارشناسان امری، انجام شدنی ‌است.
در صورت بروز خطر یک حمله، باید به مردمی که در حوالی و نزدیکی منطقه مورد هدف زندگی می‌کنند، هشدار داد و یا از آنها خواست که محل را تخلیه و به منطقه‌ای امن بروند.
برای درامان ماندن از تشعشعات رادیواکتیو، می توان در محدودة زیرزمین یا داخل یک ساختمان بزرگ و یا پریدن در آب پناه گرفت.
مناطق مورد هدف آن ها شامل:محل موشک‌های استراتژیک و پایگاه‌های نظامیمراکز دولتیناوگان حمل و نقل و مخابرات مراکز دارایی، فن‌آوری، صنعتی و تولیدی بنادر مهم و فرودگاه‌ها

سه عامل مهم برای ایمن‌ماندن از تشعشعات و بارش رادیواکتیو:

مسافت :

هرچه فاصله شما از محل انتشار مواد رادیو اکتیوبیشتر باشد، مصون تر خواهید بود.
مکان هایی مانند زیر زمین ساختمان به مراتب از ماندن در طبقه اول ساختمان امن تر و ایمن تر است.
یا بهتراست به یکی از طبقات میانی یک برج یا ساختمان بلند بروید (بسته به اینکه در آن سطح و نزدیکی چه میزان و کدام یک از ذرات رادیواکتیو جمع شده‌باشند).
ذرات رادیواکتیو برروی سطوح مسطح جمع می‌شوند لذا نه رفتن به طبقات آخر کار درستی است و نه رفتن به طبقة نزدیک به بام مسطح کار درستی است.

حفاظت :

هرچه موانع بین شما و ذرات رادیواکتیو، مواد متراکم و سنگینی مثل دیوارهای ضخیم، بتون‌ها، آجرها وخاک وجود داشته باشد برای حفاظت شما بهتر خواهد بود.

زمان :

تشعشعات مواد رادیواکتیو به سرعت اثر خود را از دست می‌دهند.
در آن زمان، می‌توانید از پناهگاه خود خارج شوید.
اثر این تشعشعات بعد از دو هفته از پایان انفجار، بزرگترین تهدید و خطر را برای سلامت شما در بر دارند، ولی بتدریج با گذشت زمان مقدار و اثر آنها تا حدود 1 درصد میزان اولیه کاهش می یابد.
اقدامات قبل از وقوع حوادث هسته ای برای کسب آمادگی قبل از یک وقوع یک حادثه باید :
درصورتی‌که در آپارتمان یا یک برج زندگی می‌کنید با مدیر ساختمان درباره امن‌ترین مکان برای پناه‌گرفتن و یا ایجاد چنین مکانی برای ساکنان صحبت و مشورت کنید.
با توجه به احتمال طولانی‌شدن خطرات ناشی از انفجارات هسته‌ای، لازم است که لوازم ضروری را برای مدت دو هفته به همراه داشته باشید.

پناه‌گرفتن در طول حادثه انفجارهسته‌ای

پناه‌گرفتن در طول حادثه انفجارهسته‌ای امری کاملاً ضروری است. در هنگام وقوع حادثه هسته‌ای دو نوع پناهگاه وجود دارد:

سرپناه برای مواقع انفجار هسته‌ای :

این پناهگاه بطور خاص برای محافظت در برابر فشار موج ناشی از انفجار، آتش‌سوزی، گرما و حرارت و تشعشعات اولیه یک انفجار هسته‌ای ساخته‌می‌شود. باید گفت حتی ساخت یک چنین پناهگاهی تاب مقاومت در برابر ضربه مستقیم ناشی از یک موج انفجار هسته‌ای را ندارد.

سرپناه برای مواقع بارش تشعشعات رادیواکتیو:

نیازی نیست که این پناهگاه الزاماً برای محافظت در برابر اشعه رادیواکتیو ساخته شود. هر مکان امنی که دارای دیوار و سقف محکم و کلفت باشد برای دفع تشعشعات ناشی از ذرات رادیواکتیو کفایت می‌کند.

اقدامات حین وقوع حوادث هسته ای

• برای کسب خبر گوش به زنگ باشید و دستورات و راهنمایی‌های مسئولین را دنبال کنید.
• پناهگاه یا حفاظ وقتی مؤثر و با ارزش است، که در یک یا دو قدمی شما باشد البته دویدن به سمت آن اصلاً منطقی نیست ، پس خیلی سریع پشت به محل انفجار روی زمین بخوابید و به زمین بچسبید و سرتان را بپوشانید و گرنه همراه موج انفجار به هوا پرتاب شده و در کمتر از یک ثانیه خواهید سوخت.
• چند لحظه در همین وضعیت باقی بمانید تا موج انفجار و تشعشعات گرمایی عبور کنند ، بعد سریعاً بلند شده و خیلی زود آنجا را ترک کنید.
• هرگز به محل انفجار و نور سفید آن خیره نشوید ، چون ممکن است باعث کوری شما شوند.
• خیلی زود سرپناهی پیدا کنید.
• پشت تپه ها ، پشت دیوارها ، داخل شیار ها ، کنار جدولها ، داخل جویها و گودیها ، زیر پل ها و یا داخل تونل ها ، پشت کیوسکها واتاقک ها و... ، محلهای مناسبی جهت پناه گرفتن موقت می باشند، زیرا بخش اعظمی از موج گرما و تشعشع را بخود می گیرند.
• هر چه محل پناه گرفتن شما از سطح زمین پائین تر باشد ایمن تر است.

اقدامات بعد از وقوع حوادث هسته ای

• برای فهمیدن اینکه چه باید بکنیم، کجا برویم و کجا نباید برویم گوش به زنگ اخبار رادیو و تلویزیون باشید.
• بهترین مکان ماندن در محلی که سقف دار است و شما را از ریزش خاکسترهای اتمی و تشعشعات رادیواکتیو حفظ می کند ، حتی یک ملحفه سفید شما را از آلوده شدن به خاکسترهای اتمی حفظ می کند .
• میزان تشعشعات، براساس اندازه و میزان بزرگی سلاح و نیز مجاورت آن با زمین متفاوت است.
• ازاینرو، ممکن است کسانی‌که در مناطقی زندگی می‌کنند که با بالاترین میزان تشعشع در تماس می باشند، لازم باشد که تا یک ماه در پناهگاه و محیطی امن دور از خانه بمانند.
• دقت کنید که تمام محیط و اشیاء اطراف شما آلوده به رادیواکتیو هستند پس هیچ وسیله ای را با خود از محل بیرون نبرید، زیرا موجب گسترش آلودگی در مناطق دیگر می شوید.
• ذرات گرد و غبار روی لباسها و بدن شما هم کاملاً آلوده هستند ، پس لباس خود را تکان ندهید و هنگامیکه آنها را تعویض می کنید کاملاً مواظب باشید که ذرات رادیواکتیو وارد دهان یا مجاری تنفسی شما یا دیگران نشوند .
• یکی از راههای مناسب جمع آوری ذرات گرد وغبار از روی لباس و اشیاء استفاده از جاروی برقی با کیسه های یکبار مصرف می باشد که بایستی با دقت این کار را انجام دهید.
• هیچگونه آشامیدن و یا خوراکی را تا زمان خارج شدن از منطقه آلوده و کاهش آلودگی محل، مصرف نکنید . این مواد به راحتی ذرات پرتودار را به درون بدن برده و شما را بیمار می کنند .
• از تمام قسمتهای باز بدن خود کاملاً محافظت کنید زیرا تا مدتها در معرض تابش پرتوهای مرگ آور هستید.
• از زخمها و یا سوختگی های خود شدیداً مراقبت کنید و روی آنها را سریعاً بپوشانید ، زیرا یکی ازراههای سریع انتقال پرتوهای رادیواکتیو به بدن هستند .
• برای جلوگیری از استنشاق خاکهای آلوده به رادیواکتیو از دستمال یا پارچه خشک جلوی دهان و بینی خود، استفاده کنید.
• دست به چشمان خود نکشید و در اسرع وقت با مقداری آب سالم چشم ها و دهان و بینی خود را بشوئید و با پارچه های تمیز خشک کنید ، این کار کمک مؤثری به از بین بردن پرتوگیری داخلی بدن شما می کند .
• درون منطقه آلوده لباسهای خود را بیرون نیاورید زیرا با این کار جذب پرتو ها را به بدن خود سریعتر می کنید .
• پوشیدن لباسهای کاملا سفید بسیار مؤثر و مفید است ، زیرا بخش اعظمی از پرتوهای رادیواکتیو را منعکس می کنند.
• ک لیه لباسها را با احتیاط بیرون آورده و درون یک کیسه پلاستیکی ریخته و سر آنرا ببندید.
• مواد آلوده را نسوزانید زیرا این کار فقط مواد رادیواکتیو را بوسیله دود و خاکستر در محیط پخش خواهد کرد.
• کلیه قسمتهای بدن را با آب و صابون بشویید.
• سبزیجات بخش اعظم مواد رادیواکتیو محیط را جذب می کنند و با مصرف آن توسط دامها و یا حتی انسانها این مواد خطرناک وارد بدن انسانها می شود .
• از قرص های ید دار پایدار استفاده کنید ، زیرا از جذب رادیواکتیو در غده تیروئید و در نتیجه پرتوگیری داخلی جلوگیری می کند.
• هیچگاه به محل انفجار نزدیک نشوید و هر چه می توانید از آن محل دور شوید ، زیرا مقدار اشعه دریافتی بدن شما کمتر می شود.

نانو الکترونیک

نانو الکترونیک

در سال 1956 گوردون مور بنیان‌گذار اینتل تحلیلی ارایه کرد که بر طبق آن هر 18 ماه تعداد ترانزیستورهای بکار رفته در ریزپردازهای اینتل دو برابر می شود که نصف شدن ابعاد گیت ترانزیستورها با شرط ثابت بودن اندازه تراشه سیلیکونی در آن می‌تواند نتیجه این قوانین باشد.
این قاعده به قانون مور موسوم شد. این نصف شدن در واقع پیام‌آور ابعاد اقتصادی بود یعنی هر چه گیت کوچکتر می‌شد ترانزیستور می‌توانست سریعتر سوئیچ کند و درنتیجه انرژی کمتری مصرف می‌شد و تعداد بیشتری ترانزیستور در یک تراشه سیلیکون جای می‌گرفت. افزایش تعداد ترانزیستورها و بازدهی آنها، هزینه را کاهش می‌دهد بنابراین مقرون به صرفه‌تر این بود که هر ترانزیستور تا حد امکان کوچکتر شود، این کوچک‌سازی بالاخره در نقطه‌ای متوقف می‌شد بنابراین برای ادامه رشد صنعت الکترونیک باید به فکر فناوریهای جایگزین بود، فناوری که مشکلات گذشته را حل کرده و توجیه اقتصادی داشته باشد و اینبار نانو تکنولوژی بود که توانست به کمک الکترونیک بیاید و فناوری الکترونیک مولکولی یا همان نانو‌الکترونیک بنا نهاده شد.
نانو تکنولوژی یک رشته وابسته به ابزار است ابزارهایی که به مرور در حال بهتر شدن است نانو تکنولوژی و شاخه‌های کاربردی آن مانند نانوالکترونیک درواقع تولید کارآمد دستگاهها و سیستم‌ها با کنترل ماده در مقیاس طولی نانو است و بهره‌برداری از خواص و پدیده‌های نوظهوری است که در این مقیاس توسعه یافته است.
صنعت الکترونیک امروزی مبتنی بر سیلیکون است سن این صنعت به حدود 50 سال می‌رسد و اکنون به مرحله‌ای رسیده است که از لحاظ تکنولوژیکی، صنعتی و تجاری به بلوغ رسیده است. در مقابل این فناوری، الکترونیک مولکولی قرار ارد که در مراحل کاملاً ابتدایی است و قرار است این فناوری به عنوان آینده و نسل بعدی صنعت الکترونیک سیلیکونی مطرح شود. الکترونیک مولکولی دانشی است که مبتنی بر فناوری نانو بوده و کاربردهای وسیعی در صنعت الکترونیک دارد. با توجه به کاربردهای وسیع الکترونیک در محصولات تجاری بازار می‌توان با سرمایه‌گذاری و تامل بیشتر در فناوری نانو الکترونیک در آینده‌ای نه چندان دور شاهد سود‌دهی کلان محصولاتی بود که جایگزین فناوری الکترونیک سیلیکونی شده‌اند. میل، اشتیاق و علاقه مصرف‌کنندگان و نیاز بازار به محصولات جدید با قابلیتهای بالا سازندگان و صنعتگران را بر آن می‌دارد که با سرمایه‌گذاری در این فناوری شاهد رشد و شکوفایی اقتصادی هر چه بیشتر باشند، ولیکن با توجه به اهمیت نانوتکنولوژی و نیز نانو الکترونیک که به عنوان یک شاخه کاربردی از نانو تکنولوژی مطرح است لزوم سرمایه‌گذاری کلان در درازمدت و ریسک‌پذیری و تشکیل مراکز R&D توسط دولتمردان پیش از پیش احساس می‌شود.
برای پیشبرد فناوری نانو الکترونیک و نتیجه رساندن آن سه مرحله راهبردی پیشنهاد می‌شود که با پیاده‌سازی این سه‌مرحله می‌توان نانو الکترونیک را جایگزین فناوری الکترونیک سیلیکونی کرد ونسل جدیدی از محصولات الکترونیکی را وارد بازار ساخت.

مرحله اول:

مولکولی در نظر گرفته می‌شود باید کاربردهایی ساده ارزان و غیر پیچیده‌ای باشند تا اطمینان نسبی به الکترونیک مولکولی ایجاد شده و سرمایه‌گذاری‌ها به سمت آن هدایت شود و از طرفی کارایی این فناوری ثابت شود. به بیان ساده وشفاف و مقایسه نسل جدید محصولات که بر پایه این فناوری جایگزین شده‌اند، توجیه کاربرد این محصولات و ایجاد اطمینان در مصرف‌کنندگان می‌تواند به عنوان بهترین حامی اقتصادی در این مرحله باشد.

مرحله دوم:

تولیدات اولیه الکترونیک مولکولی (نانو الکترونیک) باید مکملی برای فناوری سیلیکون باشند اینگونه نباشد که انقلابی رااز همان آغاز و ابتدا شروع کرده و این ادوات و فناوریهای جدید تافته جدا بافته باشد و هیچ ربطی به فناوری سیلیکونی نداشته باشد زیرا فناوری سیلیکونی یک صنعت جا افتاده است. پس اگر نانوالکترونیک را بتوان مکملی برای فناوری سیلیکونی بکار برد شاهد پیشرفت قابل ملاحظه‌ای در این فناوری نوپا بوده و جایگزین مناسبی برای نسل آینده محصولات الکترونیکی در نظر گرفته شده است.

مرحله سوم:

مرحله سوم مبحث کاملاً جدیدی است که اصلاً در دسترس فناوری سیلیکون نبوده و نانوالکترونیک می‌تواند بعد از طی مراحل اول و دوم به آن بپردازد، یک مثال ساده وروشن این موضوع، نمایشگرها هستند، نمایشگرهای متداول کاملاً سخت و غیرقابل انعطاف هستند ولی با استفاده از الکترونیک مولکولی ومولکول‌هایی که در صفحه نمایش استفاده داشته باشد بنابر این کابرد‌هایی وجود دارد که از دسترس فناوری سیلیکون، آن هم بخاطر جامد و کریستالی بودن ذاتی‌اش دور بوده و برای الکترونیک مولکولی قابل دستیابی است. وقتی که نانو الکترونیک جا افتاد و وارد بازار محصولات الکترونیک شد آنگاه می‌توان نسل جدیدی از محصولات را به دست آورد که شامل پردازندهایی 1000 مرتبه سریعتر از نوع امروزی باشند. اگر این مرحله با موفقیت طی شود حدوداً یک دهه طول خواهد کشید تا نسل جدید محصولات الکترونیکی مبتنی بر الکترونیک مولکولی یا الکترونیک در ابعاد نانومتر (نانو الکترونیک) ظهور یابد.

بررسی امکانات موجود:

برای ساخت ابزارهای مولکولی باید دید از چه چیزهایی می‌توان استفاده کرد،‌وسایلی که در اختیار است و تاکنون مدنظر بوده است به شرح ذیل هستند:
نانو لوله‌ها
حلقه‌های بنزنی
پلیمرها
DNA
نانو لوله‌ها:
اگر یک صفحه تخت گرافیکی مدنظر باشد و به شکلی بتوان آن را به صورت نواری در نظر گرفت و لوله کرد یک نانو لوله مفروض به دست می‌آید که ساختار آن همان ساختار گرافیت بوده و یک هگزاگونال است. این ماده در سال 1991 در ژاپن کشف شده و به علت خصوصیات جالب آن مورد توجه قرار گرفت. یک خاصیت جالب این مواد آن است که بر حسب اینکه در چه جهتی خم شود دارای خاصیت نیمه‌هادی و یا فلزی می‌شود. قطر یک نانو لوله کمتر از 2 نانومتر است و از این نانو لوله می‌توان به عنوان یک سیم کوانتومی یا یک سیم غیرفعال استفاده کرد به عنوان مثال این لوله می‌تواند به عنوان یک سیم انتقال هنگام اعمال اختلاف پتانسیل از یک الکترود به الکترود دیگر عمل کند که این موضوع مثالی از اتصالات غیرفعال می‌تواند باشد.
نانو لوله دارای خاصیت فلزی است این خاصیت رسانش نه فقط در طول بلکه در عرض نانو لوله نیز وجود دارد برای حالت سیمهای مولکولی غیرفعال، بهتر است که نانو لوله دارای خاصیت رسانش باشد، اگر باشد، نانو لوله دارای گاف انرژی خواهد بود که شبیه نیمه هادی خواهد شد. اگر نانو لوله کربنی روی سطحی قرار داده شود و نوک STM (مولکول نانو لوله‌های کربنی) رابه سطح آن نزدیک شود، چنانچه ولتاژی را بین بستری که نانو لوله روی آن قرار دارد و نوک STM اعمال شود جریانی عبور خواهد کرد، بر حسب مقدار جریانی که عبور می‌کند، می‌توان تشخیص داد که گاف انرژی چقدر است.

حلقه بنزنی:

حلقه‌های بنزنی به خاطر چگالی حالت بالا که بر روی حلقه‌های خود دارند جانشینی برای سیمهای کوانتومی در نظر گرفته می‌شود.

پلیمرها:

از نمونه‌هایی که به عنوالن سیمهای مولکولی فعال یا غیرفعال می‌توان نام برد پلی‌تیوفن (PT) یا پلی‌انیلین است که داخل یک سیکلود کسترین1 (CD) قرار گرفته باشد این دو ماده در اصل پلیمرهایی هستند که به عنوان قسمتهای هادی سیم بکار می‌روند این پلیمرها شبیه حلقه‌ بنزنی است که به همدیگر چسبیده‌اند و دو سر آن به دو الکترود طلا وصل شده است. اتصالات سیمهای مولکلولی به الکترودهایش توسط اتم‌های گوگرد برقرار می‌شود سطحی که این پلیمر بر روی آن قرار می‌گیرد ممکن است قسمتی از جریان را بکشد یعنی اینکه یک جریان اتلافی داشته باشد برای اینکه مانع از این جریان اتلافی شد باید این سیم را داخل یک حفاظ مولکولی قرار داد این حفاظ نیز شبیه نانو لوله کربنی است اما دارای قطر بسیار بزرگتر و ساختار پیچیده‌تری است لذا این لوله مولکولی مانع عبور جریان اتلافی از دیواره‌های سیم و انتقال آن به سطح تماس می‌شود.

DND:

DNA نمونه‌ای از سیم‌های فعال است. ساختمان DNA کاملاً شناخته شده است و به طور خودکار این ساختمان ایجاد می‌شود، برای تولید آن مانند پلیمرها مشکلی وجود ندارد فقط باید خواص آن مورد بررسی قرار گیرد تا متوجه چگونگی تغییرات آن شد برای این منظور به ذکر مثالی پرداخته می‌شود:
به منظور استفاده از DNA برای محاسبه جریان بر حسب ولتاژ، یک فاصله 8 نانومتری بین دو الکترود پلاتین مفروض می‌شود، پس با اعمال یک ولتاژ می‌توان جریان را محاسبه کرد.
نکته‌ای که از شکل بالا برداشت می‌شود این است که نمودار جریان بر حسب ولتاژ نموداری نامتقارن است، یعنی اینکه جریان برای ولتاژی مثلاً بین 1- و 2 ولت اجازه عبور ندارد در حالی که برای 2- و 1- جریان می‌تواند عبور کند و این یعنی اینکه DNA می‌تواند عمل یکسوسازی را انجام دهد. در مورد هدایت از داخل DNA سه نظریه مد نظر است، یکی اینکه DNA یک نیمه هادی با گاف خیلی بزرگ است. دیگر اینکه DNA یک نیمه هادی با گاف کوچک ونیز اینکه DNA دارای خاصیت فلزی است.
موضوع در اصل این است که DNA ماده بسیار پیچیده‌ای است که شرایط محیطی به شکل بسیار زیادی می‌تواند بر روی خواص آن تاثیر بگذارد یکی از این شرایط محیطی موثر حضور آب است، DNAیی که در محیط خشک باشد با DNAیی که در محیط مرطوب باشد بسیار متفاوت است. لذا با توجه به شرایط محلی حاکم بر DNA نمی‌توان یک نتیجه قطعی در مورد اینکه DNA فلز است یا نیمه فلز بیان کرد اما آنچه که مسلم است این است که DNA یک نیمه هادی با گاف بزرگ است.
در حالت عادی یونهایی وجود دارد که با دستکاری آنها می‌توان خواص هدایتی DNA را تغییر داد یعنی می‌توان امید داشت که با افزودن یونهایی بتوان حتی آن را به فلز تبدیل کرد یک نکته جالب دیگر این است که می‌توان از DNA به عنوان قالب استفاده کرد و در مکانهای مشخصی روی DNA یکسری فلزات را قرار داد تا یک سیم فلزی دور DNA ایجاد شود. در این حالت DNA به عنوان قالبی برای پایدار نگه داشتن سیم مورد نظر استفاده قرار گیرد. بررسی پایداری DNA با توجه به شرایط محلی حاکم بر سیستم نیز امکان‌پذیر است. هدایت DNA در دو مسیر مشخص صورت می‌گیرد. وقتی DNA را به عنوان هدایت‌کننده جریان در نظر گرفته شده یک بار می‌تواند در جهت موازی محورش جریان را عبور دهد و یک بار نیز می‌تواند عمود بر محورش جریان را عبور دهد، حال برای هدایت در جهت عمود بر محور می‌توان اینگونه فرض کرد که وقتی نوک STM (مولکول نانو لوله‌های کربنی) در بالای DNA قرار می‌گیرد جریان به شکل عمود از جفت‌های بازی که وجود دارد وارد نوک STM می‌شود این کار می‌تواند هم به عنوان آزمایشی برای دیدن تصویر DNA و هم برای اندازه‌گیری عبور جریان جفت‌های بازی به کار رود ومی‌توان بدین شکل رسانش AT و CG (جفت‌های بازهایی که در مارپیچ DNA وجود دارند) را محاسبه کرد.
DNA می‌تواند یک ابزار در تولید محصولات نانو‌الکترونیک کاربرد‌های فراوانی داشته باشد، با توجه به اینکه DNA به طور طبیعی در طبیعت و سلولهای موجودات زنده وجود دارد می‌توان از آن در تولید دیگر محصولات نانوتکنولوژی همانند نانوموتورها سود جست. کنترل و پایداری DNA نیز با توجه به خواص ذاتی و محلی آن امکان‌پذیر بوده و جای تامل و بحث دارد.

نتیجه‌گیری:

1ـ آنچه که مسلم است، الکترونیک مولکولی دارای آینده‌ای درخشان است و با آهنگ بسیار سریعی در حال رشد و تکامل است. از این رو توجه خاصی را می‌طلبد.
2ـ نتایج عملی رشد و توسعه شاخه‌های نانوتکنولوژی مانند نانوالکترونیک سبب ساخت تجهیزاتی خواهد شد که در مقایسه با گذشته اختلاف فاحش داشته و نسل کاملاً جدیدی با قابلیت‌های منحصر به فرد خواهد بود.
3- نانو لوله‌ها و DNA به عنوان دو ابزار کارآمد در تولید محصولات نانوالکترونیک از اهمیت خاصی برخوردارند، ولیکن در این میان DNA به دلیل داشتن خواص محلی و وجود آن در بدن موجودات زنده از اهمیت بیشتری برخوردار است.
4- با توجه به دو شاخص تعداد مقالات علمی و اختراعات ثبت‌شده، در نانو تکنولوژی می‌توان نتیجه گرفت که این شاخصها می‌توانند اطلاعاتی مفید در مورد تکامل این فناوری را نشان دهند و برای طرح برنامه‌ها و استراتژیها مناسب باشند.
5- نانوتکنولوژی و شاخه‌های کاربردی آن در علوم مختلف مانند نانوالکترونیک به عنوان پدیده‌هایی نوظهور هنوز قبل از تجاری سازی محصولاتشان، احتیاج به پیشرفت در هر دو زمینه علمی و تکنولوژیکی را دارد. با توجه به اینکه هم‌اکنون برخی از محصولات این فناوری در بازار وجود دارد پیش‌بینی اینکه کدامیک از محصولات آینده بهتری دارند (از نظر رقابتی) نیاز به بررسی بیشتر شاخصهای این فناروی در بخشهای صنعت و زیرمجموعه‌های این فناوری دارد.
6- با توجه به اهمیت فناری نانو و کاربردهای روزافزون آن در دنیا باید تحقیقات دانشگاهی و دولتی تواماً صورت گیرد و به علت اینکه اهداف تحقیقاتی این فناوری پایه‌ای و درازمدت است بخش صنعت توان سرمایه‌گذاری بر روی تحقیقات درازمدت و مخاطره‌آمیز را نداشته، از این رو حمایت دولتمردان به عنوان پشتوانه‌ای مهم در این فناوری خواهد بود علاوه بر این ایجاد ساختارهای جدید در دانشگاهها و آزمایشگاههای ملی برای توسعه این فناوری لازم است نیازمندیها و انتظارات فناوری نانو و شاخه‌های کاربردی آن در علوم مختلف مانند نانوالکترونیک فراتر از تمامی چیزهایی است که مقررات سنتی دانشگاهی، آزمایشگاهی ملی و یا حتی تمام صنعت می‌تواند فراهم کند و به خاطر همین مشکلات است که یک حرکت و اندیشه ملی پایه‌ریزی و با حمایت دولتی در زمینه این فناوری حیاتی به نظر می‌رسد.
با توجه به پتانسیل‌های موجود ایران در زمینه مهندسی الکترونیک، لزوم یک مرکز R&D دولتی که به حمایت محصولات تولیدی الکترونیکی صنایع پرداخته و بتواند در آینده بازار تجاری محصولات نانو‌الکترونیک را به دست بگیرد به شدت حس می‌شود و اگر تدبیری اندیشیده نشود متاسفانه باید گفت که همانند گذشته باید مصرف‌کننده خوبی بوده و شاهد سودهای کلان تجاری دیگر کشورها و سرمایه‌گذاران بود.
منبع : ماهنامه صنعت برق

انرژی هسته ای و غذایی که می خوریم

انرژی هسته ای و غذایی که می خوریم

تغدیه‌ی مناسب برای سلامت و بهبود کیفیت زندگی امری ضروری است و در این راستا دانش هسته‌ای می‌تواند راهنمایی برای توسعه یک خط مشی قوی تغذیه ای باشد.
در واقع بسیاری از فعالیت‌های آژانس در جهت تامین نیازهای اساسی بشر با به کارگیری علوم هسته‌ای برای افزایش تولیدات غذایی، بهبود مراقبت‌های بهداشتی، بهبود مدیریت ذخایر آب و ارزیابی منابع آلودگی محیط زیست است.
بررسی‌ها نشان می‌دهد که پیشرفت‌ جهانی در جهت کاهش سوء تغذیه در چرخه‌ی زندگی انسان کند و ناهمگون بوده است. در گزارش سال 2000 وضعیت تغذیه جهانی، یک هیات فرعی سازمان ملل در امر تغذیه تخمین زده است که 182 میلیون کودک زیر پنج سال در کشورهای در حال توسعه برای مدتی طولانی زیر خط بهره‌مندی از یک تغذیه سالم هستند و 150 میلیون تن نیز زیر وزن طبیعی هستند. هم‌چنین این محاسبات نشان می‌دهد که 30 میلیون نوزاد هر ساله به دلیل فقر غذایی مادران‌شان در طول دوران بارداری، رشد ناقص دارند.
از این رو تعهدات جدید بین‌المللی در سرتاسر جهان برای توجه به این وضعیت در نظر گرفته شده و آژانس‌ بین‌المللی انرژی اتمی شریک مهمی در این تلاش‌ها محسوب می‌شود.
دانش هسته‌ای ابزار ارزشمندی را برای ارزیابی فاکتورهایی که تغذیه را تحت تاثیر قرار می‌دهند، ارائه می‌کند. این فاکتورها عبارتند از: ریزمغذی‌ها، ترکیبات بدن و مصرف شیر مادر.
این آژانس از طریق برنامه‌اش در حوزه‌ی تغذیه به کشورها در زمینه‌ی کاربرد این ابزار برای حل مشکلات تغذیه‌شان کمک می‌کند و از تحقیق‌های مهم در خصوص تعامل میان تغذیه، آلودگی محیط زیست و عفونت با اهداف نهایی بهبود تغذیه انسانی، حمایت می‌کند.

بهبود تغذیه از طریق علوم هسته‌ای

تحقیقات نشان می‌دهد که هزینه‌های اقتصادی و اجتماعی سوءتغذیه سرسام‌آور هستند و تلاش‌های گسترده‌ی بین‌المللی برای پاسخگویی به مشکلات مربوطه صورت می‌گیرد.
علوم هسته‌ای که اکثریت آن‌ها به اموری چون پرتوهای ایکس ، پرتودرمانی یا نیروگاه‌های هسته‌ای مربوط می‌شوند، امروزه در سراسر جهان برای شناختن مشکلات تغذیه‌ای و نیز ارزیابی تاثیر مداخلات این علوم در این زمینه از سوی کشورهای مختلف به کار گرفته می‌شود.
آژانس بین‌المللی انرژی اتمی سرپرستی این مسیر را برعهده دارد و به کشورهای در حال توسعه برای اهداف زیر کمک می‌رساند و از آن‌ها حمایت می‌کند که این اهداف عبارتند از:
1- تحقیق و تایید طبیعت مشکلات تغذیه ای.
2- ارزیابی تاثیر و کاهش هزینه‌های برنامه‌های تغذیه‌ای.
3- تشخیص شرایط محیط زیستی و ارزیابی نتایج آن بر روی سلامت انسان و وضعیت تغذیه‌ای.
هدف این برنامه‌ها ایجاد ظرفیت مورد نیاز در کشورهای در حال توسعه برای استفاده از تکنیک‌های هسته‌ای و به منظور پاسخگویی به مشکلات تغذیه‌ای است.
آژانس بین‌المللی انرژی اتمی این ظرفیت سازی را از طریق آموزش و تعلیم دانشمندان با برگزاری کارگاه‌ها و ارایه‌ی بورسیه‌ها انجام می‌دهد، از ماموریت‌های علمی و کارشناسی حمایت می‌کند و تجهیزات مورد نیاز را از طریق پروژه‌های تحقیقاتی هماهنگ شده و همکاری‌های فنی فراهم می‌کند. این آژانس همچنین برنامه‌های آموزشی و تحقیقاتی را در سطح دکترا در حوزه تغذیه ارتقا می‌دهد.

کمبود ریزمغذی‌ها: یک چالش جهانی برای سلامت

ریزمغذی‌ها نقش اساسی در فرایندهای متابولیسمی بدن انسان ایفا می‌کنند، اما فقط در مقادیر اندک مورد نیاز هستند. از آنجا که نقش این مواد مغذی بسیار ضروری است در صورتی که حتی به همان میزان اندک نیز در غذا و رژیم غذایی به اندازه کافی وجود نداشته باشند، مشکلات مهمی برای سلامت افراد ایجاد می‌شود.
سازمان جهانی بهداشت در گزارش خود در سال 2002 تخمین زده است که تقریبا 168 میلیون کودک زیر پنج سال زیر وزن طبیعی هستند و این بدان معنی است که برای رفع احتیاجات بدن‌شان به اندازه‌ی کافی مواد مغذی دریافت نمی‌کنند. کمبود ترکیبی از ریزمغذی‌ها از جمله آهن، روی و ویتامین A زندگی و سلامت میلیون‌ها انسان را در جهان در حال توسعه تهدید می‌کند.

فقر آهن

فقر آهن مهم‌ترین کمبود تغذیه‌ای رایج در سراسر جهان است. این کمبود یک مشکل اصلی در بهداشت عمومی است که نتایج وخیمی را به ویژه بر روی زنانی که در سن بارداری هستند و نیز برای کودکان به دنبال دارد. وقتی آهن کافی در بدن وجود نداشته باشد، تعداد کمتری گلبول‌های قرمز در خون فرد تولید می‌شود. این امر ظرفیت خون را در جابه‌جایی اکسیژن کاهش می‌دهد. در نتیجه علایم این کمبود از خستگی و ناتوانی در تمرکز گرفته تا رشد ناقص فیزیکی و ادراکی در کودکان پدیدار می‌شوند.
کم خونی و فقر آهن همچنین ممکن است موجب بروز مشکلاتی در طول بارداری به ویژه در کشورهای در حال توسعه شود که این امر می‌تواند خطر وضع حمل‌های زودهنگام و نیز خطر بروز مشکلات و یا حتی مرگ مادر یا مرگ نوزاد را افزایش دهد. شایع‌ترین علت بروز کم خونی فقر آهن به ویژه در میان نوزادان و کودکان کمبود یا فقدان ذخایر مطلوب آهن در تغذیه است. انگل‌ها، عفونت‌ها ، بیماری‌های معده و دستگاه گوارش و از دست رفتن خون در دوران قاعدگی نیز این کم خونی را تشدید می‌کند.

فقر روی

روی یک ماده مغذی مهم ست. این عنصر ماده‌ی اصلی بسیاری از آنزیم‌ها (یک مولکول پروتئینی که واکنش‌های شیمیایی را در بدن کاتالیز می‌کند) است و نقش مهمی در سنتز پروتئین و تقسیم سلولی ایفا می‌کند. پیامدهای سلامتی فقر روی در بدن شامل عملکرد ضعیف سیستم ایمنی بدن، کندی رشد و به تاخیر افتادن بلوغ جنسی در کودکان است. فقر روی در اثر مصرف کم این ماده و یا پایین آمدن قدرت جذب آن در بدن از منابع طبیعی موجود بروز می‌کند. رژیم‌های غذایی که حاوی مقادیر اندکی گوشت قرمز و گوشت ماهی هستند، اغلب مشکل فقر روی را افزایش می‌دهند و به این خاطر که این عنصر در غلات به ندرت یافت می‌شود.

نانو تکنولوژی

نانو تکنولوژی

ابزارهای جدید برای کارهای ظریف اگر شما از دانشمندان علوم سطح بپرسید که چه پیشرفتهای عمده دستگاهی باعث شده‌اند تا نانوتکنولوژی در خطوط مقدم تحقیقات علوم فیزیکی قرار گیرد، تقریبا" همه آنها به داستان میکروسکوپ پروب اسکن‌کننده SPM (Scanning probe microscope) SPM: در SPM یک پروب نانوسکوپی در ارتفاع ثابتی بر بالای بستری از اتمها حفظ می‌شود. این فاصله می‌تواند آنقدر کم باشد که الکترونهای اتمهای تیرک و سطح باهم تعامل داشته باشند. این تعاملات می‌تواند آنقدر قوی باشد، که اتمها از جا کنده شده و به جای دیگری بروند) اشاره می‌کنند.
علیرغم تازه واردگی به عرصه تحلیل دستگاهی ، استفاده از میکروسکوپی تونل ‌زنی اسکن‌کننده STM ، (Scanning tunneling microscope) STM : وسیله‌ای برای تهیه تصویر از اتمهای روی سطوح مواد ، که نقش مهمی در درک توپوگرافی و خواص الکتریکی مواد و رفتار قطعات میکرو الکترونیکی دارند. STM بر خلاف یک میکروسکوپ نوری ، برای تهیه تصویر نیروهای الکتریکی را با یک پروب نازک‌ شده به حد تیزی یک اتم آشکار می‌کند.
پروب سطح را جاروب کرده ، بی‌نظمیهای الکتریکی حاصل از پوسته‌های الکترونی یا ابر الکترونی پیرامون اتمها را به کمک یک کامپیوتر به تصویر مبدل می‌کند. به دلیل یک اثر مکانیک کوانتومی موسوم به «تونل‌زنی» ، الکترونها می‌توانند بسادگی از تیرک به سطح و بالعکس بجهند.
درجه وضوح تصاویر در حدود nm1 یا کمتر است. از STM می‌توان برای جابجایی تک به تک اتمها و تهیه نقشه‌های پر وضوح از سطوح مادی استفاده کرد) ، میکروسکوپی نیروی اتمی (AFM) و دیگر تکنیکهای مشتق‌ شده از این دو مورد اصلی در بسیاری از آزمایشگاهها ، به دلیل حجم زیاد اطلاعاتی که از مقیاس نانومتر بدست می‌دهند، متداول و حتی گریز ناپذیر شده است.
ریچارد فاینمن طی یک سخنرانی در همایش جامعه فیزیک آمریکا در 1959 در مؤسسه تکنولوژی کالیفرنیا که بعد در آنجا استاد فیزیک شد، ایده‌هایی بنیادی در زمینه کوچک ‌سازی نوشتجات ، مدارها و ماشینها ایراد کرد: " آنچه من می‌خواهم به شما بگویم ، مسئله دستکاری و کنترل اشیاء در مقیاس کوچک است. تردیدی وجود ندارد که در نوک یک سوزن آنقدر جا هست که بتوان تمام دایرة ‌‌المعارف بریتانیکا را جا داد." فاینمن برای به تفکر واداشتن محققین و تأکید نمودن بر عقیده‌اش مبنی بر امکان فیزیکی چنین معجزه‌ای ، جایزه‌هایی 1000 دلاری برای اولین افرادی که به اهداف مشخص شده‌ای در کوچک ‌سازی کتابها و موتورهای الکتریکی دست یابند تعیین کرد. فاینمن تأکید کرد: "من در حال خلق ضد جاذبه نیستم که به فرض روزی اگر قوانین (فیزیک) آنچه ما می‌پنداریم، نبودند عملی شود.
من صحبت از چیزی می‌کنم اگر قوانین آنچه ما می‌پنداریم باشند، عملی خواهد بود. ما به آن دست پیدا نکرده‌ایم چون خیلی ساده هنوز در صدد انجام آن نبوده‌ایم." نانوتکنولوژی از کجا آمده است؟ برای اولین بار ریچارد فاینمن برنده جایزه نوبل فیزیک پتانسیل نانو علم را در یک سخنرانی تکان‌ دهنده با نام "درپایین اتاقهای زیادی وجود دارد"، مطرح کرد. فاینمن اصرار داشت، که دانشمندان ساخت وسائلی را ، که برای کار در مقیاس اتمی لازم است، شروع کنند. این موضوع مسکوت ماند، تا اینکه اریک درکسلر (دانشجوی تحصیلات تکمیلیMIT) ندای فاینمن را شنید و یک قالب ‌کاری برای مطالعه "وسایلی که توانایی حرکت دادن اشیاء مولکولی و مکان آنها را با دقت اتمی دارند" ایجاد کرد، که در سپتامبر 1981 در مقاله‌ای با نام "پروتئین راهی برای تولید انبوه مولکولی ایجاد می‌کند" آن را ارائه داد. درکسلر آن را با کتابی بنام "موتورهای خلقت" دنبال کرد و توسعه مفهوم نانو تکنولوژی را همانند یک کوشش علمی ادامه داد.
اولین نشانه‌های ثبت ‌شده از این مفهوم نانو تکنولوژی تغییر مکان دادن اشیا مولکولی ، در سال 1989 بود، موقعی که دانشمندی در مرکز تحقیقات آلمادن IBM اتمهای منفرد گزنون را روی صفحه نیکل حرکت داد، تا نام IBM را روی سطح نیکل نقش کند. وضعیت جهانی نانوتکنولوژی از فناوری نانو به عنوان "رنسانس فناوری" و "روان کننده جریان سرمایه گذاری" یاد می‌شود. ورود محصولات متکی بر این فناوری جهشی بس عظیم در رفاه و کیفیت زندگی و توانائیهای دفاعی و زیست محیطی به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابجائیهای بزرگ اقتصادی خواهد شد.
هم اکنون بخشهای دولتی و خصوصی کشورهای مختلف جهان شامل ژاپن ، آمریکا ، اتحادیه اروپا ، چین ، هند ، تایوان ، کره جنوبی ، استرالیا ، اسرائیل و روسیه در رقابتی تنگاتنگ بر سر کسب پیشتازی جهانی در لااقل یک حوزه از این فناوری به سر می‌برند. هم اکنون روی هم رفته حدود 30 کشور دنیا در زمینه فناوری نانو دارای "برنامه ملی" یا درحال تدوین آن هستند، وطی پنچ سال گذشته بودجه تحقیق و توسعه در امر فناوری نانو را به 3.5 برابر افزایش داده‌اند.
کشورهای ژاپن و آمریکا نیز فناوری نانو را اولین اولویت کشور خود در زمینه فناوری اعلام کرده اند. تفاوت بین نانو علم و نانو تکنولوژی چیست؟ نانو علم صرفا" تحقیق است، ولی نانو تکنولوژی کاربرد تحقیقات برای حل مسائل و ساخت مواد جدید است. آیا نانو تکنولوژی خیالی‌تر از علم است؟ از موقعی که اولین مقاله در دهه گذشته منتشر شد، از نانو تکنولوژی همانند چوبدست سحر آمیزی برای ساخت کودکان طراح تا ماشینهای تولید اکسیژن برای استعمار کره مریخ ، تصور می‌شد. هیجانات از واقعیات جلوتر بود، اما پیشرفت واقعی با مسائلی پیش‌ پا افتاده شروع شد. چند سال پیش محققین در دانشگاههای کالیفرنیا، رایس وMIT موفق به ساخت نانوذراتی شدند، که به دانشمندان کمک می‌کردند. تعدادی از اساتید این دانشگاهها شرکتهایی تأسیس کردند، که وسایل موردنیاز برای تحقیقات مقیاس نانو را می‌ساختند. اکنون آنها به شدت دنبال حفاظت کارهایشان از طریق ثبت اختراع هستند، تا زمینه تولید فرآیندهایشان را فراهم کنند. کاربردهای علمی نانو علم هنوز کم است. اما مقداری از تولیدات اولیه اکنون وارد بازار می‌شوند.

نانو تکنولوژی و کشاورزی

نانو تکنولوژی و کشاورزی

نانوتکنولوژی به عنوان یک فناوری قدرتمند، توانایی ایجاد تحول در سیستم کشاورزی و صنایع غذایی آمریکا و سر تاسر دنیا را دارد. نمونه هایی از کاربردها و پتانسیلهای بالقوه نانوتکنولوژی در کشاورزی و صنایع غذایی، شامل سیستم های جدید آزاد کننده دارو برای درمان بیماریها، ابزارهای جدید بیولوژی سلولی و مولکولی، امنیت زیستی و تضمین سلامتی محصولات کشاورزی و غذایی و تولید مواد جدید مورد استفاده برای شناسایی عوامل بیماریزا و حمایت از محیط زیست می باشد.
تحقیقات اخیر، امکان استفاده از نانوشلها و نانوتیوپها را در سیستمهای جانوری برای تخریب سلولهای هدف، به روشنی ثابت نموده است. امروزه از نانوپارتیکل ها که اجرام بسیار کوچکتر از حد میکرون هستند، برای رها سازی داروها و یا ژنها به داخل سلولها استفاده می کنند و مورد انتظار است که این تکنولوژیها در ۱۰ الی ۱۵ سال آتی مورد بهره برداری کامل قرار گیرد. با روند رو به رشد تحقیقات اخیر، این پیش بینی منطقی است که در دهه آینده، صنعت نانوتکنولوژی با توسعه بی نظیر خود، منجر به ایجاد انقلاب عظیم در بخش پزشکی و بهداشت و همچنین تولیدات دارویی دام و آبزیان گردد.
تصور امکان تزریق نانوپارتیکها به دامها و فعال شدن تدریجی ماده موثر همراه با این نانوذرات در بدن حیوان برای از بین بردن و تخریب سلولهای سرطانی ، افق تحقیقاتی جدیدی را به روی محققان بازکرده است.

● مقدمه:

نانوتکنولوژی به عنوان یک فناوری قدرتمند نوین، توانایی ایجاد انقلاب و تحولات عظیم را در سیستم تامین مواد غذایی و کشاورزی ایالت متحده آمریکا و در گستره جهانی دارد. نانوتکنولوژی قادر است که ابزارهای جدیدی را برای استفاده در بیولوژی مولکولی و سلولی و همچنین تولید مواد جدیدی، برای شناسایی اجرام بیماری زا معرفی نماید و بنابراین چندین دیدگاه مختلف در نانوتکنولوژی وجود دارد که می تواند در علوم کشاورزی و صنایع غذایی، کاربرد داشته باشد.
به عنوان مثال امنیت زیستی تولیدات کشاورزی و مواد غذایی، سیستمهای آزاد کننده دارو بر علیه بیماریهای شایع، حفظ سلامتی و حمایت از محیط زیست از جمله کاربردهای این علم می باشد.

● علم نانوتکنولوژی چیست؟

انجمن ملی نوبنیاد نانوتکنولوژی که یک نهاد دولتی در کشور امریکا می باشد ، واژه نانوتکنولوژی را چنین توصیف می کند:
تحقیق و توسعه هدفمند، برای درک و دستکاری و اندازه گیریها مورد نیاز در سطح موادی با ابعاد در حد اتم ، مولکول و سوپرمولکولها را نانوتکنولوژی می گویند. این مفهوم با واحدهایی از یک تا صد نانومتر، همبستگی دارد. دراین مقیاس خصوصیات فیزیکی، بیولوژیکی و شیمیایی مواد تفاوت اساسی با یکدیگر دارند و غالبا اعمال غیر قابل انتظار از آنها مشاهده می شود. در سیستم کشاورزی امروزی، اگردامی مبتلا به یک بیماری خاص شود، می توان چند روز و حتی چند هفته یا چند ماه قبل علائم نامحسوس بیماری را شناسایی کنند و قبل از انتشار و مرگ و میر کل گله، دامدار را برای اخذ تصمیمات مدیریتی و پیشگیری کننده آگاه کند و بنابراین می توان نسبت به مقابله با آن بیماری اقدام نماید.
نانوتکنولوژی به موضوعاتی در مقیاس هم اندازه با ویروسها و سایر عوامل بیماری زا می پردازد و بنابراین پتانسیل بالایی را برای شناسایی و ریشه کنی عوامل بیماری زا دارد. نانوتکنولوژی امکان استفاده از سیستمهای آزاد کننده داروئی را که بتواند به طور طولانی مدت فعال باقی بماند، فراهم می کند.
به عنوان مثال استفاده از سیستمهای آزاد کننده دارو ، می توان به ایمپلنتهای ابداع شده مینیاتوری در حیوان اشاره کرد که نمونه های بزاقی را به طور مستمر کنترل می کنند و قبل از بروز علائم بالینی و تب ، از طریق سیستمهای هشدار دهنده وسنسورهای ویژه، می تواند احتمال وقوع بیماری را مشخص و سیستم خاص ازاد کننده دارو معینی را برای درمان موثر توصیه کنند. طراحی سیستمهای آزاد کننده مواد دارویی ، یک آرزوی و رویای همیشگی محققان برای سیستمهای رها کننده داروها، مواد مغذی و پروبیوتیکها بوده و می باشد.
نانوتکنولوژی به عنوان یک فناوری قدرتمند به ما اجازه می دهد که نگرشی در سطح مولکولی و اتمی داشته و قادر باشیم که ساختارهایی در ابعاد نانومتر را بیافرینیم.
برای تعیین و شناسایی بسیار جزئی آلودگیهای شیمیایی ، ویروسی یا باکتریایی در کشاورزی و صنایع غذایی معمولا از روشهای بیولوژیکی، فیزیکی و شیمیایی استفاده می گیرد. در روشهای اخیر نانوتکنولوژی برای استفاده توام این روشها، یک سنسور در مقیاس نانو طراحی کرده اند در این سیستم جدید، مواد حاصل از متابولیسم و رشد باکتریها با این سنسورها تعیین می گردد.
سطوح انتخابی بیولوژیکی، محیطی هایی هستند که عمده واکنشهای و فعل و انفعالات بیولوژیکی و شیمیایی در آن محیط انجام می شود.
چنین سطوحی همچنین توانایی افزایش یا کاهش قدرت اتصال ارگانیزمها و ملکولهای ویژه را دارد. از جنبه های کاریردی استفاده از این سطوح، طراحی سنسورها، کاتالیستها، و توانایی جداسازی یا خالص سازی مخلوطهای بیومولکولها می باشد. نانومولکولها موادی هستند که اخیرا از طریق نانوتکنولوژی به دست آمده اند و یا در طبیعت موجودند و بوسیله این ساختارها، امکان دستکاریهای درسطح نانو و تنظیم و کاتالیز واکنشهای شیمیایی وجود دارد. نانو مواد از اجزای با سایز بسیار ریز تشکیل شده اند و اجزا تشکیل دهنده چنین ساختارهایی بر خواص مواد حاصل در سطح ماکرو تاثیر می گذارد.
ساختارهای کروی توخالی (buckey balls ) که با نام دیگر فلورن هم شناخته شده اند، مجموعه از اتمهای کربن متحدالشکل به صورت کروی هستند که در چنین ساختاری هر اتم کربن به سه اتم کربن مجاورش متصل شده. دانشمندان اکنون به خوبی می دانند که چگونه یک چنین ساختاری را به وجود آورند و کاربردهای بیولوژیکی آن امروزه کاملا شناخته شده است. از جمله کاربردهای چنین ساختارهایی برای رها سازی دارو یا مواد رادیواکتیو در محلهای مبتلا به عوامل بیماریزا می باشد.
ایده استفاده از۶۰ اتم کربن به جای ۸۰ اتم، ساختارهای توخالی را برای آزاد سازی دارو فراهم می کند. هدف از این کار در نهایت رسیدن به گروهای قابل انحلال پپتیدها در آب می باشد که نتیجتا این مولکولها به جریان خون راه پیدا می کنند. نانوتیوپها ساختارهای توخالی دیگری هستند که از دو طرف باز شده اند و گروه های اتمی دیگری به آنها اضافه شده اند و یک ساختار شش گوشه را تشکیل می دهند. نانوتیوپها می توانند به عنوان یک ورقه گرافیت در نظر گرفته شوند که به دور یک لوله پیچیده شده اند.
کاربرد پلی مرهای سنتزی در داروسازی پیشرفتهای چشمگیری داشته است. سبکی، نداشتن آثار جانبی و امکان شکل دهی پلی مرها، کاربرد آنها را در زمینه پزشکی و دامپزشکی افزایش داده است. در روشهای دارورسانی مدرن، فرآورده شکل دارویی موثر خود را با یک روند مشخص شده قبلی برای مدت زمان معلوم بطور سیستماتیک به عضو هدف آزاد می کند. پلیمرها نه تنها به عنوان منابع ذخیره دارو و غشا و ماتریکس های نگهدارنده عمل می کنند بلکه می توانند سرعت انحلال آزاد سازی و تعادل دفع و جذب آزاد را در بدن کنترل کنند.
دندریمر(پلی مر) یک طبقه جدید از مولکولهای سه بعدی مصنوعی هستند که از مسیر و راه نانوسنتزی به دست آمده اند که این دندریمرها از توالیها و شاخه ای تکراری حاصل آمده اند. ساختار چنین ترکبیباتی از یک درجه بالای تقارن برخوردار است.
نقاط کوانتومی، کریستالهایی در مقیاس نانومتری هستند که اساسا در اواسط ۱۹۸۰ برای کاربردهای اپتوالکترونیک به کاربرده شدند. آنها در طی سنتز شیمیایی در مقیاس نانو ایجاد می شوند و از صدها یا هزاران اتم در نهایت یک ماده نیمه هادی معدنی تشکیل شده اند که این ماده به اتمها خاصیت فلورنس می دهد. وقتی یک نقطه کوانتومی با یک پرتو نور برانگیخته می شود آنها دوباره نور را منتشر می کنند. میزان یک طیف نشری متقارن باریک مستقیم به اندازه کریستال بستگی دارد.
این بدان معنی است که اجرام کوانتومی می توانند به خوبی برای انتشار نور در طول موجهای مختلف طراحی شوند. نانوشلها یک نوع جدید از نانوذرات که از هسته دی الکتریک مانند سیلیکا تشکیل شده اند که با یک لایه فلزی فوق العاده نازک(به عنوان مثال طلا) پوشش داده شده اند. نانوشلهای طلا، دارای خواص فیزیکی مشابه به آنهایی هستند که از کلوئیدها طلا ساخته شده اند. پاسخهای نوری نانوشلهای طلا به طور قابل توجهی به اندازه نسبی هسته نانوذرات و ضخامت لایه طلا بستگی دارد.
دانشمندان قادرند نانوشلهایی را بسازند که ملکولهای آنتی ژنها بر روی آنها سوار شوند و در مجموع سلولهای سرطانی و تومورهای موجود را تحت تاثیر قرار دهند. این ویژگی مخصوصا در رابط با نانوشلها می باشد که این ساختارها قادرند فقط تومورهای موجود را تحت تاثیر قرار دهند و سلولهای مجاور تومور دست نخورده باقی می ماند. از طریق حرارتی که به طور انتخابی در سلولهای توموری ایجاد می کند منجر به از بین بردن این سلولها می شود.

● کاربردهای نانوتکنولوژی در علوم دامی

سلامتی دامهای اهلی از جمله مسائلی است که با اقتصاد دامداریها در ارتباط می باشد. یک دامپزشک می نویسد که علم نانوتکنولوژی توانایی و پتانسیل بالقوه ای بر روی رهیافتهای آتی دامپزشکی و درمان دامهای اهلی خواهد داشت . تامین اقلام غذایی برای دامهای اهلی همواره با افزایش هزینه و نیاز به مراقبتهای خاص دامپزشکی و تجویز دارو و واکسن همراه بوده است و نانوتکنولوژی توانایی ارائه راهکارهای مناسب برای حل این معضلات را دارد.

● سیستمهای سنتیتیک آزاد کننده مواد داروئی

امروزه مصرف آنتی بیوتیکها، واکسنها، پروبیوتیکها و عمده داروها از طریق وارد کردن آنها از راه غذا یا آب دامها و یا از راه تزریق عضلانی صورت می گیرد. رها سازی یک مرحله ای دارو در برابر یک میکروارگانیزم علارغم تاثیرات درمانی و اثرات بازدارنده پیشرفت یک بیماری معمولا با بازگشت مجدد علائم بیماری وتخفیف اثرات دارویی مصرفی همراه است. روشهای موجود در سطح نانو، قابلیت تشخیص و درمان عفونت،اختلالات تغذیه ای و متابولیکی را دارا می باشد. سیستمهای سنتتیک رها سازی دارو می تواند خواص چند جانبه برای حذف موانع بیولوژیکی در افزایش بازده درمانی داروی مورد استفاده و رسیدن آن به بافت هدف داشته باشد که از جمله این خواص می توان به موارد ذیل اشاره کرد.
۱) تنظیم زمانی مناسب برای آزاد سازی دارو
۲) قابلیت خود تنظیمی
۳) توانایی برنامه ریزی قبلی
بنابراین در آینده نزدیک پیشرفتهای بیشتر تکنولوژی امکانات زیر را فراهم می کند:
- توسعه سیستمهای سنتیتیک رها سازی داروها،پروبیوتیکها، مواد مغذی
- افزایش سرعت شناسایی علائم بیماری و کاربرد روشهای درمانی سریع
- توسعه سیستمهای رها سازی اسیدهای نوکلئیک و مولکولهای DNA
- کاربرد نانومولکولها در تولید واکسنهای دامی

● تشخیص بیماری و درمان دامها

تصور امکان تزریق نانوپارتیکها به دامها و فعال شدن تدریجی ماده موثر همراه با این نانوذرات در بدن حیوان برای از بین بردن و تخریب سلولهای سرطانی، افق تحقیقاتی جدیدی را به روی محققان بازکرده است. محققان دانشگاه رایس مراحل مقدماتی کاربرد نانوشلها را برای تزریق به جریان خون ارزیابی کردند.
این ذرات نانو به گیرنده های غشاسلولهای سرطانی متصل می شوند و با ایجاد امواج مادون قرمز باعث بالا رفتن دمای سلولهای مذکور به ۵۵ درجه و ترکیدن و از بین رفتن تومورهای موجود می گردند. همچنین نانوپارتیکهایی که از اکسیدهای آهن ساخته می شوند، با ایجاد امواج مگنتیک در محل استقرار سلولهای سرطانی باعث از بین بردن این سلولها می شوند. یکی از اساسی ترین محورهای تحقیقاتی کنونی، توسعه سیستمهای رها سازی DNA غیرزنده، با بازدهی مناسب و با حداقل هزینه و عوارض جانبی و سمی می باشد، که در ژن درمانی مورد استفاده قرار می گیرند.

● اصلاح نژاد دام

مدیریت تلاقی و زمان مناسب جفتگیری دامها، از جمله مواردی است که در مزارع پرورش گاوشیرده به هزینه و زمان طولانی نیاز دارد. از راهکارهایی که اخیر مورد استفاده قرار گرفته است، استفاده از نانوتیوپها خاص در داخل پوست می باشد که زمان واقعی پیک هورمون استروژن و وقوع فحلی را دار دامها نشان می دهد و لذا با علائمی که سنسورهای موجود به دستگاه مونیتور می فرستد، زمان دقیق و واقعی تلقیح را به دامدار نشان می دهد.
ترجمه و گرد آوری : آرش جوانمرد، مژگان حاج اللهوردی پور، نادر اسدزاده منبع: http://www.biotech.blogsky.com/1388/11/10/post-81/
پایگاه مقالات علمی پژوهشسرای دانش آموزی شهرستان مراغه