چشم‌انداز کاربرد سلول‌های بنیادی در دنیا

چشم‌انداز کاربرد سلول‌های بنیادی در دنیا

علیرغم پیشرفت‌های بزرگی که تاکنون در استفاده از سلول‌های بنیادی برای مقاصد درمانی به‌دست آمده است، بشر هنوز در ابتدای این راه است و همچنان تحقیقات گسترده‌ای برای عملی ساختن ایده‌های محققان در دست انجام است. در این مطلب از زبان دکتر علیرضا قدسی‌زاد، رزیدنت سال پنجم جراحی قلب در دانشگاه دوسلدورف آلمان، به برخی از این چشم‌اندازها و زمینه‌های تحقیقاتی جدید اشاره شده است:
استخراج، نگهداری و استفاده از سلول‌های بنیادی بند ناف
در حال حاضر، یکی از مطرح‌ترین ایده‌ها در زمینه سلول‌های بنیادی، استفاده از قابلیت‌های منحصر به فرد سلول‌های بنیادی بند ناف ( Cord blood ) است. مزیت اصلی این سلول‌ها آن است که بسیار اولیه ( P rimitive ) بوده و توان تمایز بالایی دارند. به‌طوری‌که بر اساس نتایج تحقیقات انجام شده، منشا تمام سلول‌هایی که پس از تیمارهای آزمایشگاهی و پیوند به بدن توانسته‌اند به‌طور کامل به سلول‌های عضلانی قلب تمایز یابند، از سلول‌های ACC133 + بند ناف بوده است. البته بر اساس نتایج منتشر شده در برخی از مقالات، علاوه بر سلول‌های مذکور، سلول‌های مشتق از مغز استخوان ( BMCs ) شامل تمام انواع منونوکلئرها ( whole MNC population ) و سلول‌های ACC133 + مشتق از مغز استخوان هم قادرند به سلول‌های عضلانی قلب تبدیل شوند. البته به نظر می‌رسد نتایج اخیر به بررسی‌ها و تحقیقات بیشتری نیاز داشته باشد.
استخوان به سلول‌های ماهیچه‌ای قلبی انجام شده‌ است، نشان می‌دهند در تمام موارد، این سلول‌ها از نوع سلول‌های ACC133 + با منشا بند ناف بوده‌اند.
مزیت دیگر این سلول‌ها، نداشتن مشکل دفع پیوند سلول‌های بنیادی جنینی است. چراکه از خود فرد اخذ می‌شوند و در سال‌های بعدی زندگی،دوباره به همان شخص تزریق می‌شوند. بر این اساس، این ایده در دنیا مطرح شده است که نمونة سلول‌های بندناف هر شخص در ابتدای تولد گرفته شود و برای سال‌های بعد برای خود فرد ذخیره شود. حتی در حال حاضر، علیرغم این‌که هنوز وضعیت روشنی برای پیوند سلول‌های بند ناف وجود نداشته و سؤالات زیادی در مورد احتمال رد پیوند سلول‌های بیگانه (هترولوگ) مطرح است؛ اما با این‌حال توصیه می‌شود برای افرادی که در مراحل وخیم بیماری قلبی بوده و در انتظار دریافت قلب پیوندی به‌سر می‌برند، در کنار تجویز داروهای سرکوب‌کنندة سیستم ایمنی، از روش پیوند سلول‌های بندناف به‌عنوان یک روش کمکی استفاده کنیم. با این عمل، بیمار شانس بیشتری برای زنده ماندن تا زمان دریافت قلب را خواهد داشت. این روش به‌ویژه در بیماران کهنسال که سلول‌های بنیادی مغز استخوان آنها برای پیوند کافی نیست، از اهمیت بالاتری برخوردار است. از این‌رو، امروزه در اغلب کشورها بانک‌های ویژه‌ای برای جداسازی و نگهداری سلول‌های بنیادی بندناف نوزادان تأسیس شده است.

سلول‌درمانی و مهندسی بافت

در حال حاضر علاوه بر سلول‌های بندناف،‌ تحقیقات وسیعی بر روی سلول‌درمانی ( Cell therapy ) با استفاده از سلول‌های بنیادی جنینی ( Embryonic stem cell ) و مهندسی بافت ( Tissue engineering ) در حال انجام است که آیندة روشنی خواهد داشت. برای مثال، با استفاده از روش‌های مهندسی بافت می‌توان به کمک بیوراکتورهای ویژه،‌ لایه‌های نازکی از بافت‌های گوناگون را تهیه و برای مقاصد مختلف استفاده کرد.
تلاش برای تمایز سلول‌های بنیادی قبل از پیوند
نکتة دیگری که در زمینة استفاده از سلول‌های بنیادی برای درمان بیماری‌های مختلف از جمله ضایعات قلبی، قابل توجه است، امکان استفاده از سلول‌های تمایزیافته به‌جای سلول‌های اولیة بنیادی است. در حال حاضر، فقط از سلول‌های بنیادی تمایزنیافته برای این منظور استفاده می‌شود. اما تحقیقات زیادی در حال انجام است تا با استفاده از ابزار مهندسی ژنتیک، ایدة بکارگیری از سلول‌های تمایزیافته عملی شود . برای مثال، در مورد سلول‌های ماهیچه‌ای قلب، بسیاری از ژن‌های دخیل در تمایز یافتن سلول‌های بنیادی به سلول میوکارد قلب، شناخته شده‌اند که از آن جمله می‌توان به میوکاردین (قوی‌ترین ژن القاگر در تولید ماهیچة قلبی)، اس آر اف ( Serum Response Factor )،‌ ژن‌های GATA 4 ، 5 GATA و مولکول‌های کاردیوگنول C و D (که تمایز سلول‌های بنیادی به سلول‌های میوکارد قلب را از 30 درصد به 95 درصد افزایش می‌دهند) اشاره کرد. به‌عبارت دیگر، با فعال کردن این ژن‌ها در داخل سلول‌های بنیادی می‌توان ابتدا در شرایط آزمایشگاهی سلول‌های قلبی را تهیه کرد و سپس آن‌ها را به بیمار پیوند زد.
البته در حال حاضر، مشکلاتی در این مسیر وجود دارد. برای مثال، حتی اگر بتوان مخلوطی با خلوص 95 درصد از سلول‌های قلبی را از این طریق به‌دست آورد، امکان پیوند آن‌ها به بیمار وجود ندارد؛ چرا که 5 درصد باقیماندة سلول‌ها متفاوت بوده و قابلیت بالایی برای ایجاد سرطان دارند. به هر حال یکی از ایده‌های ارزشمند در زمینة سلول‌درمانی، تمایز سلول‌ها قبل از پیوند به بدن است که امید می‌رود برخی از مشکلات تکنیکی آن نیز در آیندة نزدیک حل شود.
استفاده از سلول‌های بنیادی برای ترمیم ضایعات کبدی
پیوند سلول‌های بنیادی علاوه بر بیماران قلبی در سایر بیماران نیز نتایج خوبی را نشان داده است. برای مثال، در حال حاضر اگر بیماری دچار سرطان کبد باشد، جراح مجبور است برای جلوگیری از انتشار سرطان (متاستاز)‌ به بخش‌های دیگر بدن، بخش سرطانی کبد را نابود کند. برای این منظور معمولاً طی دو عمل جراحی هم‌زمان که اصطلاحاً پارشیال هپاتکتومی ( Partial Hepatectomia ) و پی وی ای ( Portal Vein Embolization ) نامیده می‌شوند، خون ناحیة سرطانی کبد را قطع می‌کنند تا بافت سرطانی به تدریج نابود شود. در عین حال چون بخش باقیماندة کبد باید بتواند وظایف کل کبد را به عهده گیرد، لازم است تا این اعمال جراحی به نحوی انجام شود که بخش سالم باقیمانده، فرصت تکثیر ( Proliferation ) را پیدا کند و در نهایت عملکرد کبد کامل را ایفا نماید. برای این منظور، حداقل 6 هفته زمان لازم است تا بخش باقیمانده و سالم کبد تکثیر شود. اما نتایج تحقیقات نشان داده که با سلول‌درمانی و پیوند سلول‌های بنیادی بالغ ردة‌ ACC133 + به بخش سالم کبد، این مدت زمان به 2 هفته کاهش می‌یابد. با این کار نه تنها کبد فرد بیمار در مدت زمان کمتری ترمیم می‌شود، بلکه با خارج کردن سریع‌تر بخش سرطانی از بدن، احتمال بروز متاستاز و دست‌اندازی سرطان به بخش‌های دیگر بدن فرد نیز کاهش می‌یابد. لازم به ذکر است که بر اساس تحقیقات انجام شده، پیوند سلول‌های ACC133 + به رت‌ها ( Rat نوعی حیوان آزمایشگاهی) باعث افزایش رگ‌زایی در بافت توموری شده است. البته ما نیز در مرکز خود (واقع در دانشگاه دوسلدورف آلمان) این عمل را بر روی سه بیمار انجام داده‌ایم که تاکنون نتایج منفی دربرنداشته است.

خصوصیات و محدودیت‌های سلول‌های بنیادی

سلول‌های بنیادی با توجه به منشاء و نحوه استفاده دارای مشخصه‌هایی هستند که محدودیت‌هایی را برای کاربرد گسترده آنها به‌وجود می‌آورد، البته تلاش برای رفع این محدودیت‌ها کماکان ادامه دارد. آقای مسعود سلیمانی، دانشجوی دکتری تخصصی گروه هماتولوژی دانشکده پزشکی دانشگاه تربیت مدرس در گفتگو با گروه بیوتکنولوژی شبکه تحلیلگران تکنولوژی ایران به برخی از این خصوصیات اشاره نموده است:
سلول بنیادی به آن دسته از سلول‌های بدن اطلاق می‌شود که دارای خاصیت خودتکثیری بوده و هنوز تمایر نیافته و برای کار ویژه‌ای تجهیز نشده‌اند، اما قابلیت تمایز و تبدیل شدن به سلول‌های دیگر را دارند. این مشخصه سلول‌های بنیادی، نظر متخصصین مختلف را به خود معطوف داشته است، به‌طوری‌که تحقیقات گسترده‌ای در این خصوص صورت می‌گیرد. امروزه سلول‌های بنیادی، امید اول ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده و شاید در آینده ساخت اندام‌های انسانی به شمار می‌روند.
سلول‌های بنیادی با توجه به منشأ آنها به دو دسته تقسیم می‌شوند: سلول‌های بنیادی جنینی (Embryonic stem cells) که از جنین در مراحل اولیه تشکیل آن گرفته می‌شود و سلول‌های بنیادی مزانشیمی یا بالغ (Adult stem cells) که پس از تولد از افراد به‌ویژه از مغز استخوان آنها گرفته می‌شود.
تلاش برای استفاده از سلول‌های بنیادی جنینی از حدود 20 سال پیش با کار بر روی حیوانات به ویژه موش‌های آزمایشگاهی شروع شد و در طی این سال‌ها آزمایشات زیادی در جهت تبدیل سلول‌های بنیادی جنینی موش به انواع سلول‌ها و پیوند زدن آنها صورت گرفت که به موفقیت‌های قابل‌توجهی انجامید. در جوار این موضوع، سلول‌های بنیادی انسان نیز مورد توجه قرار گرفت تا اینکه بالاخره در سال 1998 اولین گزارش موفقیت‌آمیز از تکثیر و تمایز سلول‌های بنیادی جنینی انسان در آمریکا منتشر شد. با توجه به بروز برخی محدودیت‌ها در استفاده از سلول‌های بنیادی جنینی (که تلاش برای رفع آنها ادامه دارد) در چند سال اخیر، موج جدیدی از تحقیقات بر روی سلو‌ل‌های بنیادی مزانشیمی شروع شد که کماکان ادامه دارد. در ادامه برخی از خصوصیات و محدودیت‌های هر یک از دو نوع سلول بنیادی ذکر می‌شوند.

خصوصیات و محدودیت‌های سلول‌های بنیادی جنینی و مزانشیمی

1- اخلاق زیستی Bioethic
سلول‌های بنیادی جنینی، از جنین زنده گرفته می‌شود، بنابراین در بسیاری از کشورها استخراج آنها ممنوع است؛ زیرا از بین بردن جنینی که قابلیت تبدیل شدن به یک انسان را دارد در حکم قتل نفس می‌دانند. به‌عنوان مثال، در کشور آلمان این عمل ممنوع بوده و در کشور انگلستان نیز تا چند ماه قبل، اجازة تحقیقات در این خصوص داده نشده بود. سلول‌های بنیادی مزانشیمی از فرد بالغ گرفته می‌شوند، در نتیجه با این محدودیت مواجه نیستند.
همچنین یکی از کاربردهای بالقوة هر دو دسته از سلول‌های بنیادی، همسانه‌سازی انسان Cloning است که بحث‌های اخلاقی زیادی را به خود معطوف داشته است. در اکثر کشورهای جهان کاربرد سلول‌های بنیادی، با هر منشاء که باشد، برای همسانه‌سازی انسان ممنوع است، در عین حال، سایر کاربردهای بالقوه و بالفعل سلول‌های مذکور در عرصة پزشکی در اقصی‌ نقاط جهان به شدت مورد توجه و تحقیق هستند.
2- پس‌زدگی
با توجه به اینکه از سلول‌های بنیادی مزانشیمی هر بیمار می‌توان جهت مداوای خودش استفاده کرد، پس از تزریق به بدن بیمار، در سیستم تدافعی به‌عنوان یک سلول یا بافت بیگانه شناخته نمی‌شود و مشکل پس‌زدگی یا از بین رفتن آنها پیش نمی‌آید. شایان ذکر است، پس‌زدگی یکی از محدودیت‌های پیش روی محققین در بهره‌گیری از سلول‌های بنیادی جنینی است، زیرا آنتی‌ژن‌های سازگاری نسجی این سلو‌ل‌ها با شخص گیرنده یکی نیست و احتمال پس‌زدگی بالا می‌رود. البته تحقیقاتی در حال انجام است که مولکول‌های عرضه‌کنندة آنتی‌ژن‌ها را فرونشانند (suppress) تا این مشکل رفع شود.
3- تمایز
سلول‌های بنیادی جنینی دارای قدرت تکثیر و تمایز بالایی هستند، به گونه‌ای که بعضاً بدون اعمال تیمار خاصی، خودبه‌خود به سلول‌های دیگر تبدیل می‌شوند. بنابراین باید جلوی تمایز ناخواسته و تصادفی آنها گرفته شود تا تبدیل به بافت‌های دیگر نیز نشوند.
سلول‌های بنیادی مزانشیمی نیز در محیط کشت، علاقه به تکثیر شدن دارند و با اعمال تیمارهای خاص در مسیر تمایز هدفمند قرار می‌گیرند.
4- ناهماهنگی Arithmy
زمانی‌که از سلو‌لهای بنیادی جنینی برای ترمیم بافت‌های آسیب‌دیدة قلب استفاده می‌شود، در برخی موارد ناهمخوانی بین بافت قلب و بافت ترمیم‌شده به وجود می‌آید. زیرا در این حالت، سلول‌های بنیادی جنینی که با بافت قلبی هموژنی ندارند؛ به سلو‌ل‌های قلبی تبدیل شده‌اند. این مسئله باعث می‌شود در ضربان این دو قسمت ناهمخوانی پیش آید و ریتم قلب به هم بخورد. مشکل ناهماهنگی در برخی از آزمایشاتی که بر روی موش‌ها انجام‌شده، دیده شده است.
اما در مورد سلول‌های بنیادی مزانشیمی، چون این سلول‌ها از خود فرد بیمار دریافت شده‌اند، این مشکل به چشم نمی‌خورد.

نکته

محدودیت‌ها و خصوصیات ذکر‌شده دراین مطلب، به معنی برتری یافتن استفاده از یک دسته از سلو‌ل‌ها بر دیگری نیست؛ کمااینکه تلاش‌های خوبی در جهت رفع محدودیت‌های موجود در حال انجام است که امید می‌رود در آینده استفاده از این سلول‌ها را فراگیر نماید. اما باید توجه نمود که تحقیقات مربوط به سلول‌های بنیادی در کشور باید هر دو جنبة سلول‌های بنیادی جنینی و مزانشیمی را دربرگیرد و توجه به یکی باعث فراموش شدن دیگری نشود؛ زیرا هر یک از آنها دارای مزایا و کاربردهایی هستند که استفاده از آنها را اجتناب‌ناپذیر می‌نماید.
در پایان مقاله به بررسی دیدگاه دکترقدسی زاده بر روند تحقیقات سلول هایدر ایران می پردازیم .
تحلیلی بر روند تحقیقات سلول‌های بنیادی در ایران
در این مطلب نقطه‌نظرات و دیدگاه‌های دکتر علیرضا قدسی‌زاد، در مورد نحوة کار محققان و پزشکان ایرانی در زمینة سلول‌های بنیادی بیان شده است. وی رزیدنت سال پنجم جراحی قلب در دانشگاه دوسلدورف آلمان و محقق در زمینة سلول‌درمانی برای بیماری‌های قلبی است.
الف) مشکلات و سؤالات موجود در زمینة کاربرد سلول‌های بنیادی (به‌ویژه پیوند به قلب)
علیرغم این‌که تلاش‌ها، تحقیقات و ایده‌های محققان و پزشکان ایرانی در زمینة کاربرد سلول‌های بنیادی (به‌ویژه پیوند به قلب) بسیار قابل تقدیر و تحسین است، به نظر می‌رسد در این بین به نکاتی کم توجهی شده‌ است که اهمیت بسیار زیادی دارند. بنابراین لازم است جهت اصلاح روند کار و ایجاد زمینة مناسب برای ارایة دستاوردهای کشور در عرصه‌های بین‌المللی، این مشکلات را برطرف کرد. برخی از مهم‌ترین این مشکلات که در طی سفر چندروزه به کشور و تبادل‌نظر با محققان و پزشکان ایرانی به آنها پی برده‌ام، به این شرح است:
1- مشکلات ناشی از کشت و تکثیر سلول‌ها قبل از پیوند
مشکل اول محققان ایرانی در ارتباط با سلول‌های بنیادی، به روش کار آنها قبل از پیوند مربوط می‌شود. در واقع این افراد پس از تهیة نمونة حاوی سلول‌های بنیادی و قبل از پیوند، آن را به مدت 3 هفته در محیط کشت حاوی سرم خود بیمار تکثیر ( Expand ) می‌کنند. اما باید توجه داشت که اگر سلول‌های اولیة‌ اخذشده از فرد را در محیط حاوی سرم تکثیر کنیم، این سلول‌ها به سلول‌های مزانشیمال تبدیل می‌شوند که ماهیت دقیق آنها مشخص نیست. برخی اعتقاد دارند سلول‌های مزانشیمال جزو سلول‌های CD29 هستند و گروه دیگری آن‌ها را جزو ردة CD129 ، CD117 ، SH2 و SH3 می‌دانند.
لازم به ذکر است ‌که سلول‌ها به دو دستة کلی سلول‌های مولد مزانشیمال ( Mesenchymal progenitor ) و سلول‌های مولد اندوتلیال ( Endothelial progenitor ) تقسیم می‌شوند که ماهیت گروه اول مشخص نیست. بنابراین اگر سلول‌های اولیه در حضور سرم تکثیر شوند، به سلول‌های مزانشیمی تبدیل می‌شوند که توانایی و قابلیت تمایز به رده‌های سلولی مورد نظر ما (مثلاً سلول‌های قلبی) را از دست می‌دهند و فقط قدرت تولید سلول‌های ردة خون‌ساز یا هماتوپوئیتیک ( CD45 + ) را دارا خواهند بود. یعنی رده‌های سلولی CD34 + و ACC133 + که برای پیوند مناسب‌تر هستند، در این نمونه وجود نخواهد داشت.
در یک بیان کلی باید اشاره کرد که در شرایط فعلی و با دانش روز، تکثیر سلول‌های بنیادی در شرایط آزمایشگاهی به هیچ وجه توصیه نمی‌شود. بنابراین بهتر است راه‌های رفتة دیگران دوباره پیموده نشود و تجربه‌های ناموفق آنها تکرار نگردد. به‌عبارت دیگر، چنانچه بخواهیم از سلول‌های بنیادی برای مقاصد درمانی و پیوند به بیماران استفاده کنیم، بهتر است پس از نمونه‌گیری از مغز استخوان و جداسازی سلول‌ها، بلافاصله آن را به فرد بیمار تزریق کنیم تا از بروز تغییرات و تمایزهای ناخواسته‌ که موفقیت عمل را به شدت کاهش می‌دهند، جلوگیری شود.
2- استفاده از توده سلول‌های تمایز یافتة مختلف برای پیوند
اشکال دیگری که به برخی تحقیقات بالینی محققان و پزشکان ایرانی وارد است، عدم جداسازی و خالص‌سازی سلول‌های بنیادی قبل از تزریق آنها به بیمار است. چراکه در نمونة کشت داده شده از آسپیرة مغز استخوان بیمار، مجموعه‌ای از سلول‌های تمایز یافتة مختلف نظیر فیبروبلاست ( Fibroblast ) مغز استخوان نیز وجود دارند که برای بیمار عوارض جانبی به‌دنبال خواهند داشت. برای مثال، وجود سلول‌های فیبروبلاست مغر استخوان در نمونه، مشکلات زیادی از جمله عوارض قلبی و ایجاد بی‌نظمی در ضربان (آریتمی) ایجاد خواهد کرد.
علاوه بر این، در صورت تزریق سلول‌های بنیادی حاوی فیبروبلاست به بیمار، احتمال بروز آسیب بافتی یا Scar tissue در بافت همبند ( Connective tissue ) و کلسیفیه شدن ( Calcification ) بافت‌ها وجود خواهد داشت.
3- اهمیت جداسازی سلول‌ها در شرایط GMP
نکتة مهمی که باید دقیقاً رعایت شود آن است که پروسة جداسازی و استفاده از سلول‌های بنیادی ردة ACC133 + برای پیوند، بایستی تحت شرایط ویژة GMP صورت گیرد. به‌عبارت دیگر، تهیه و آماده‌سازی این سلول‌ها باید در یک سیستم کاملاً بسته و یا توسط دستگاهی انجام شود که حایز شرایط GMP باشد. نکتة دیگر این‌که، کیت‌های مورد استفاده برای جداسازی این سلول‌ها باید برای استفاده در انسان (از نوع بالینی) طراحی و تولید شده باشند که دارای ویژگی‌های GMP هستند، چراکه کیت‌های ارزان‌قیمت دیگری برای جداسازی سلول‌ها در شرایط آزمایشگاهی موجود است که فقط مخصوص تحقیقات آزمایشگاهی بوده و اصلاً برای مقاصد بالینی کاربرد ندارد. خوشبختانه تا آنجا که بنده اطلاع دارم، در ایران چندین مرکز مجهز به امکانات و شرایط GMP یا مشابه آن برای این منظور وجود دارد.
جمع‌بندی بحث مربوط به فعالیت‌های محققان ایرانی در زمینة پیوند سلول‌های بنیادی
به‌عنوان جمع‌بندی، چند نکتة مهم را درخصوص روند تحقیقات سلول‌های بنیادی و کاربرد آن‌ها در ایران بیان می‌کنم:
1- تکثیر کردن سلول‌های بنیادی قبل از پیوند موجب تمایز و کاهش قدرت آن‌ها می‌شود.
2- استفاده از محیط‌ کشت فاقد ویژگی‌های استاندارد ( GMP ) برای تکثیر سلول‌ها قبل از انجام پیوند خطرناک است.
3- عدم جداسازی سلول‌های فیبروبلاست از نمونه حاوی سلول‌های بنیادی قبل از اقدام به پیوند خطرناک است.
4- عدم استفاده از کیت‌های استاندارد برای جداسازی ردة سلولی ACC133 + برای پیوند به بیماران بسیار خطرناک است.
5- اطلاعات دقیق مربوط به نوع و ردة سلول‌های بنیادی جداشده ( FACS data ) از نظر نوع، ماهیت و تعداد باید در کنگره‌ها و مجامع علمی ارایه شود.
در هر حال باید توجه داشت که، پیوند سلول‌های بنیادی به بیماران فقط در شرایطی مقدور است که این سلول‌ها در آزمایشگاه‌های ویژه و کاملاً استریل تهیه و آماده شده باشند که این امر استانداردهای بسیار بالاتری نسبت به فعالیت‌های تحقیقاتی را طلب می‌کند.
ب) سؤالات جدی راجع به دستاوردهای محققان ایرانی در زمینة سلول‌های بنیادی جنینی
هر چند دستاوردهای محققان ایرانی در زمینة جداسازی، تکثیر و نگهداری از سلول‌های بنیادی جنینی انسان بسیار ارزشمند و درخور تقدیر است، اما این نکته را نیز نباید از نظر دور داشت که کشورهای پیشرفتة دنیا نظیر آلمان، غالباً این دانش فنی را از مدت‌ها قبل در اختیار داشته و در مدل‌های حیوانی نیز آزمایش کرده‌اند، ولی به دلایل متعدد از جمله منع قانونی و حقوقی کار با جنین انسان، این تحقیقات بر روی سلول‌های جنینی انسان انجام نشده است؛ پس این مسئله دلیلی بر عقب بودن آن کشورها در این زمینه نیست. بنابراین، محققان ایرانی باید از فرصت‌ها و تسهیلات قانونی و شرعی موجود در ایران بهترین استفاده را برده و جایگاه کشور را در زمینة تکنولوژی تولید سلول‌های بنیادی و استفاده از روش‌های درمانی جدید با استفاده از سلول‌های بنیادی، بیش از پیش ارتقا بخشند.
همچنین ضمن تقدیر از زحمات و موفقیت‌های اخیر محققان ایرانی در زمینة تکثیر و نگهداری از سلول‌های بنیادی جنینی، امیدوارم انتشار کامل و به موقع نتایج تحقیقات این همکاران در مجلات معتبر علمی، گویای عملی کارهای ارزشمند آنها در سطح دنیا باشد.
لذا به نظر من، ضمن آن‌که باید نیروهای متخصص و فعالیت‌های انجام شده را مورد تشویق قرار داد، بایستی ضمن بهره‌گیری ازتجربیات محققان برجستة دنیا، به شکل اصولی و صحیح در این عرصه برنامه‌ریزی و تلاش کرد. در این باره توجه به چند نکته لازم است:
1- ارتباط مستمر و بهره‌گیری از تجربیات محققان و دانشمندان ایرانی مقیم خارج، یک را میان‌بُر است.
2- شرکت فعال در مجامع بین‌المللی و تخصصی به‌منظور ارایة دستاوردها و آشنایی با آخرین نتایج کار محققان دنیا، بسیار مفید و لازم است.
3- انتشار دقیق و به‌موقع نتایج تحقیقات، مانع از انتشار اخبار غیررسمی و غیرعلمی در رسانه‌ها می‌شود.
منابع :
گزارشی از دستاوردهای دانشگاه تربیت مدرس در زمینة سلول‌های بنیادی(دیدگاه دکتر قدسی‌زاد)
کاربردهای سلول‌های بنیادی در پزشکی(دیدگاه دکتر سلیمانی)
www.iranbmemag.com
bioemm.com
http://bio.itan.ir
www.insf.org/

نانوتکنولوژی» و رفع آلودگی ها بهتر از روشهای رایج کنونی عمل کند

نانوتکنولوژی» و رفع آلودگی ها بهتر از روشهای رایج کنونی عمل کند ؟
در حال حاضر،‌ روش های تصفیه چه در فاز گاز (هوا) ، چه در فاز مایع (آّب) و چه در فاز جامد (خاک) شامل سه دسته اصلی می شود که می توانند به صورت منفرد و یا ترکیبی مورد استفاده قرار گیرند:
1- روش های شیمیایی
2- روش های فیزیکی
3- روش های بیولوژیکی
بدون دخالت «نانوتکنولوژی» در این عرصه هر یک از این روشها دارای محدودیت هایی است که سبب می شود در رفع آلودگی ها نتوان به طور کامل به آنها اعتماد کرد.
روشهای شیمیایی در برخی موارد می توانند بسیار پر هزینه باشند و یا مواد جانبی خطرناک تولید کنند و اگر با آلاینده خطرناکی روبرو باشیم که غلظت مجاز آن در حد ppm یا ppb باشد در این صورت وضعیت از این هم وخیم تر می شود زیرا علاوه بر هزینه بسیار، کندی سرعت واکنش، لزوم ساخت راکتور های دارای ویژگی های خاص و امکان باقی ماندن ماده شیمیایی مورد استفاده در فرایند که خود می تواند خطرناک باشد نیز مزید بر علت می شود.
هر جه اندازه ذرات آلاینده کوچک تر می شود هزینه لازم برای حذف فیزیکی آن نیز بیشتر می شود. روش های فیزیکی اغلب قادر نیستند تا آلاینده هایی با اندازه های بسیار ریز را از محیط خارج کنند.
روشهای بیولوژیکی اگرچه روش هایی بسیار ارزان هستند و به همین علت با اقبال بسیاری روبرو شده اند اما این روش ها قادر نیستند هر نوع آلاینده ای را حذف کنند و یا با سرعت مطلوب و راندمان مورد نظر این کار را انجام دهند، علاوه بر اینها،‌ بازدهی این فرایندها به شدت وابسته به شرایط محیطی و آب و هوایی است و کنترل شرایط برای آنها گاهی بسیار مشکل می باشد.
«نانوتکنولوژی» دارای پتانسیل های خوبی برای جبران این قبیل کاستی هاست، این فن آوری یا به طور مستقیم وارد عرصة حذف آلاینده ها یا کمک به شناسایی و اندازه گیری آنها می شود و یا به طور غیر مستقیم با ایجاد یک تغییر مسیر در فرایند آلاینده، یا تغییر ماهیت آن سبب حذف و یا دست کم کاهش حجم آلاینده های حاصل از آن می شود. در زیر به بخشی از این موارد اشاره می کنیم:

نانو حسگرها :

نانو حسگرها ابزار بسیار ریزی هستند که قادر به شناسایی و پاسخ به محرک های فیزیکی در مقیاس نانو از قبیل محرکهای بیولوژیکی، شیمیایی، جابجایی های بسیار جزیی،‌ نیرو، صوت، جرم، حرارت و الکترو مغناطیس می باشند. این حسگرها می توانند از نوع سیلیکون های متخلخل بوده و برای شناسایی واکنشهای شیمیایی و بیولوژیکی با استفاده از روشهای طیف سنجی یا نوری به کار روند، می توانند از نوع نانوپروب بوده و به عنوان گیرنده نوری-بیولوژیکی، نوری-شیمیایی و یا حسگر های تصویری فضایی به کار روند و هم می توانند از نوع حسگر های الکتریکی-مکانیکی بوده و برای اندازه گیری تغییرات جرم مواد جذب شده روی ساختار های رزونانسی استفاده شوند. با توجه به این موارد دو نمونه از نانوحسگرهای ساخته شده با خواص جالب معرفی می شوند :

غبارهای هوشمند (smart dust) :

غبار هوشمند در واقع سنسور بسیار پیشرفته ای است که در سال 1999 در آمریکا ساخته شده است. این سنسور ها را می توان نانوکامپیوتر های بسیار کوچک و سبکی دانست که قادرند ساعت ها در هوا معلق مانده و داده های حاصل از پردازش خود روی دما، فشار، رطوبت، میزان مواد شیمیایی موجود، نور و صدای محیط اطراف خود را تا فاصله 20 کلومتری مخابره کنند و امکان پایش مستمر وضعیت آلودگی هوا را در یک منطقه خاص فراهم آورند. این سنسورها در صورت نزدیک شدن به هم قادرند یک شبکه موقت محلی ایجاد کرده و با هم تبادل اطلاعات نمایند و امکان تحلیل دقیقتر وضعیت آلودگی هوا را فراهم کنند.
اندازه این سنسور ها در حد میلی متر مکعب است و در حجم زیاد با هزینه معقولی قابل ساخت است. انرژی آنها از نور خورشید تامین می شود و لذا تنها در روزهای آفتابی قابل استفاده هستند، اما کار روی آنها برای تعبیة باطری با ظرفیت و حجم مناسب که بتواند آن را در تاریکی یا هوای ابری نیز قابل استفاده نماید همچنان ادامه دارد.

نانوحسگرهای گاز :

در صنعت همیشه خطر نشت گاز های سمی وجود داشته است، متاسفانه حسگرهای گازی رایج بسیار دیر موفق به شناسایی این گازها با غلظت پایین می شوند و این خود لزوم استفاده از حسگر های سریع تر و دقیق تر را ایجاب می کرد. در سال 2000 میلادی نخستین نانوحسگر های گازی برای شناسایی دیوکسین با غلظت ppb ساخته شدند. این حسگر گازی شامل یک نانوتیوب چند دیواره می شود که قادر است تا 10 به توان 34 برابر بیشتر از جاذب هایی مثل کربن فعال، دیوکسین را به خود جذب کند و آنرا شناسایی نماید. یک سال بعد، نانوحسگرهای گازی از همین نوع برای شناسایی دی اکسید گوگرد، اکسید نیتروژن و دی اکسید کربن نیز ساخته شدند. به طور همزمان در آمریکا هم یک نوع نانوحسگر گازی که در آن از نانوتیوب تک لایه استفاده می شد، ساخته شد که قادر به تشخیص آنی آمونیاک و دی اکسید کربن در غلظت 20 ppm بود.

نانوفیلتر ها :

نانو فیلتر های ساخته شده از نوع فیلتر های تحت فشار بوده و بهتر از اولترا فیلتر ها عمل می کنند اما از بعضی جهات مانند حذف نمک طعام از آب شور ضعیف تر از اسمز معکوس عمل می نمایند.
این فیلتر ها با روزنه های بین 1 تا 10 نانومتری خود قادرند در فشار بین 5 تا 15 بار، با صرف انرژی کمتری نسبت به اسمز معکوس آب های زیر زمینی و آبهای سطحی با مواد جامد زیاد را تصفیه کنند و نمک موجود در آب شور دریا را تا 90 درصد کاهش دهند، علاوه بر اینها، قادر است انواع باکتری ها، ویروس ها، آفتکش ها، آلاینده های آلی و املاح کلسیم و منیزیم را به شکل موثری حذف نماید.

نانوپوشش ها :

پوشش های دارای ساختار نانو، خواص بهتری نسبت به پوشش های رایج دارند، چسبندگی بسیار خوب و ایجاد خواص سطحی بسیار ویژه از این جمله اند. نانو پوشش ها را روی سطوحی مانند فلزات، شیشه، سرامیک و پلاستیک با ضخامتهای چند میکرونی نشانده اند و به آنها خواصی نظیر مقاومت در برابر خوردگی مکانیکی (سایش) و شیمیایی(زنگ زدگی) ،مقاومت حرارتی،‌ درخشندگی و خود تمیز شوندگی داده اند. تمامی این عوامل سبب کاهش در میزان مصرف مواد اولیه لازم جهت جایگزینی،‌کاهش مصرف انرژی لازم جهت تولید مواد اولیه بیشتر و نیز کاهش نیاز به مصرف مواد پاک کننده که در برخی موارد، خود آلاینده محیط زیست به حساب می آیند می گردد.

نانوپودر های فلزی :

هر فلزی که مفتول شکننده ای داشته باشد می تواند به شکل نانوپودر تولید شود. این نانوپودرهای فلزی از لحاظ شیمیایی بسیار فعالند و خواص کاتالیزوری ویژه ای نیز می توانند از خود نشان دهند. ‌ می توان آنها را در دمای پایین تری ذوب کرد و آلیاژ نمود که همگی اینها سبب می شود در فرایندهایی که از این مواد استفاده می شود نیاز به مصرف انرژی و در نتیجه آلودگی ناشی از آن کاهش یابد.
نانوپودر های فلزی از مسیر دیگری نیز می توانند سبب کاهش آلودگی شوند، به عنوان مثال، ‌یک نوع نانوپودر حاوی آلومینیم می تواند با اضافه شدن به سوخت جامد موشک، شدت سوختن آن را تا دو برابر افزایش داده و با افزوده شدن به نفت سفید،‌ سرعت احتراق و کیفیت و ارزش سوختی آن را بالا ببرد و به این ترتیب سبب می شود تا سوخت کمتری مصرف شده و آلودگی کمتری تولید شود.

نانوکاتالیست های زیست محیطی :

شاید بتوان گفت که اولین کاربرد این کاتالیستها که به مرحله اجرا در مقیاس انبوه رسیده است، استفاده از آن در تصفیة گازهای خروجی از اگزوز اتومبیل ها باشد. در ابتدا این عمل تنها توسط کاتالیستهای بر پایه پلاتین انجام می شد. این نوع کاتالیست کارایی خوبی را نشان می داد اما از این جهت که بسیار گران قیمت بود،‌ لازم بود تا جایگزین ارزان و مناسبی برای آن در نظر گرفته شود. از این رو کاتالیستهای نانوساختار ارزان قیمتی تولید شد که دارای کارایی مناسبی بودند و به همین علت به سرعت جای خود را پیدا کردند. این نوع کاتالیزورها که به نامهای TMC و TMOC شناخته می شوند قادرند تا اکسید های نیتروژن و گوگرد حاصل از احتراق را به مواد سالم تبدیل نمایند.
کاربرد دیگر نانوکاتالیست ها در تصفیه آب، هوا و حذف فلزات سنگین است. این کاتالیست ها اغلب حاوی نانوپودرهای دی اکسید تیتانیوم هستند که در مجاورت نور فرابنفش قادر است طی واکنش های زنجیره ای رادیکالی، آلاینده های مورد نظر را اکسید و تجزیه کند و به این ترتیب خطر آلایندگی آنها را کاهش داده یا از بین ببرد.
منبع: nanotechnology.blogfa.com

طیف‌سنجی جرمی(MS)

طیف‌سنجی جرمی(MS)

طیف‌سنجی جرمی دستگاهی است که مولکول‌های گازی باردار را بر اساس جرم آنها دسته‌بندی می‌کند. دستگاه طیف‌سنج جرمی، مولکول‌ها و یون‌های گازی باردار را بر حسب جرم آنها در میدان آهنربایی از یکدیگر جدا و اندازه‌گیری می‌کند. طیف جرمی حاصل جهت تعیین وزن مولکولی دقیق،‌ شناسایی اجسام و تعیین درصد ایزوتوپ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. مهمترین مزیت این طیف سنجی نسبت به سایر روش‌ها از قبیل TEM، XRD، UV-Vis، IR، اسپکتروسکپی رامان و TGA این است که برای تعیین ترکیبات به طور مستقیم از روش‌های فوق نمی‌توان استفاده کرد. اما از روش MS می‌توان استفاده نمود.
طیف‌سنجی جرمی دستگاهی است که مولکول‌های گازی باردار را بر اساس جرم آنها دسته‌بندی می‌کند. این روش ارتباط واقعی با طیف‌سنجی نوری ندارد ولی نام‌ طیف‌سنجی جرمی برای این روش‌ها انتخاب شده است، زیرا دستگاه‌های اولیه تولید عکس می‌کردند که شبیه به طیف خطی بود.

فرآیند دستگاه

در داخل دستگاه خلائی به میزان mmHg 10-5- 10-6 برقرار است. مقدار کمی از نمونه (حدود 1µ) توسط یک لوله از دریچة کوچکی وارد منبع یونش می‌شود. نمونه در اثر گرما و خلاء موجود به صورت گاز درآمده و با جریانی از الکترون‌های پرانرژی (حدود 70-ev50) به طرف آند مقابل شتاب گرفته و جذب آن می‌شود. در نتیجه بمباران الکترونی، جزئی از مولکول‌های نمونه (حدود 0/1 درصد) یونیزه می‌شود. در اولین مرحله مطابق واکنش زیر یک الکترون از M خارج شده و یک کاتیون یک ظرفیتی می‌دهد که وزن آن برابر وزن مولکول جسم است.
-e-→M++2e
در اثر افزایش انرژی الکترون‌هایی که به نمونه برخورد می‌کنند، یون +M به کاتیون‌های یک ظرفیتی کوچک‌تری شکسته می‌شود. یون‌های مثبت حاصل از طریق شتاب‌دهنده و نیروی دافعه قطب مثبت آن و همچنین به دلیل تفاوت در فشار موجود بین محل ورود نمونه و فضای سمت راست دستگاه به سمت روزنه کوچکی هدایت شده و پس از گذشتن از آن جریان یون‌ها از بین دو قطب یک آهنربای قوی که جهت میدان آن عمود بر مسیر یون‌ها است عبور می‌کند، کاتیون‌های موجود به نسبت جرم بر بار (m/e) منحرف شده و از یکدیگر جدا می‌شوند.
ذرات جدا شده پس از برخورد با یک صفحة عکاسی به صورت خطوطی ظاهر می‌شوند.
دستگاه طیف‌سنج جرمی، مولکول‌ها و یون‌های گازی باردار را بر حسب جرم آنها در میدان آهنربایی از یکدیگر جدا و اندازه‌گیری می‌کند. طیف جرمی حاصل جهت تعیین وزن مولکولی دقیق،‌ شناسایی اجسام و تعیین درصد ایزوتوپ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. شکل (1) قسمت‌هایی از یک طیف‌سنج جرمی را نشان می‌دهد

روش GC- MS

روش دیگر برای وارد ساختن نمونه به دستگاه طیف‌سنج جرمی، استفاده از کروماتوگراف گازی است. کروماتوگراف گازی در بخش مربوطه توضیح داده شده است. در دستگاه GC-MS اجزای یک مخلوط به ترتیب توسط یک ستون کروماتوگرافی از هم جدا می‌شوند و پس از حذف گاز حاصل، وارد منبع یونش طیف سنج جرمی می‌گردند.

کاربردها

اطلاعاتی که می توان از طیف سنج جرمی بدست آورد شامل موارد ذیل است:
شناسائی ترکیبات خالص آلی، تعیین وزن مولکولی و فرمول تجربی ترکیب، حضور یا عدم حضور گروههای عاملی در ترکیبات آلی، پایداری انواع مختلف یونها. برای مطالعه بیشتر می توان به مراجع [2 و3] مراجعه نمود.
همچنین برای آنالیز ترکیب و پایداری در فاز محلول می توان از MS استفاده کرد. به عنوان مثال برای تعیین ساختار ترکیبات شاخه‌ای نانومقیاس با ابعاد 1/5nm می‌توان از روش طیف‌سنج جرمی با تکنیک یونش الکترواسپری (ESI) استفاده کرد [4].
همچنین از روش طیف سنجی به طور وسیعی در تجزیه ترکیبات آلی، بیولوژیک،‌ پلیمری حاوی نانو ذرات طلا، فلورین‌ها و ترکیبات شاخه‌ائی مورد استفاده قرار می‌گیرد و می‌توان ساختار ترکیبات بیولوژیک در محلول را بررسی کرد [9-5] .
در مراجع [16-10]به بررسی ترکیب، ابعاد،‌ سطح و پایداری نانوذراتی که اغلب از ترکیبات آلی فلزی بدست می‌آید، پرداخته می‌شود. همچنین برتری این روش اسپکتروسکپی نسبت به سایر روش‌ها، سریع بودن پاسخ‌دهی می‌باشد [17].
مهمترین مزیت این طیف سنجی بنسبت به سایر روش‌ها از قبیل TEM، XRD، UV-Vis، IR، اسپکتروسکپی رامان و TGA این است که برای تعیین ترکیبات به طور مستقیم از روش‌های فوق نمی‌توان استفاده کرد. اما از روش MS می‌توان استفاده نمود [18].
مراجع: [1]. D. A. Skoog, D. M. West Holt, "Principle of Instrumental Analysis", Saunders College Publishing, Sixth edition, 1994.
[2].E. Stenhagen, S. Abrahamsson ,F. W. Mclafferty, "Registry of Mass Spectral Data", Wiley New York, Vol. 4, 1974.
[3]. Aldermaston, Eight Peak Index of Mass Spectra, 2 ed, Mass Spectroscopy Data Center, Reading, United Kingdom, 1974.
[4]. J. J. Gaumet,† G. A. Khitrov, and G. F. Strouse, Mass Spectrometry Analysis of the 1.5 nm Sphalerite-CdS Core of [Cd2S14(SC6H5)36âDMF4], NANO LETTERS, 2, 375-379 , 2002
[5]. H. Inoue, H.; Ichiroku, N.; Torimoto, T.; Sakata, T.; Mori, H.; Yoneyama, H. Langmuir, 10, 4517, 1994
[6]. Gaumet, J. J.; Strouse, G. F. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2000, 11, 338.
[7]. Trager, J. C. Int. J. Mass Spectrom., 200, 387, 2000
[8]. Plattner, D. A. Int. J. Mass Spectrom., 207, 125, 2001
[9]. Pryzybylski, M.; Glocker, M. O. Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 35, 806, 1996
[10]. H. Inoue, N. Ichiroku, T. Torimoto, T. Sakata, H. Mori, H. Ž . Yoneyama, Langmuir, 10, 4517, 1994
[11]. M.A. Hines, P. Guyot-Sionnest, J. Phys. Chem. B, 102, 3655, 1998
[12]. J.R. Sachleben, V.L. Colvin, L. Emsley, E.W. Wooten, A.P. Ž . Alivisatos, J. Phys. Chem. B 10210117, 1998
[13]. M. Tomaselli, J.L. Yarger, M. Bruchez, R.H. Halvin, D. DeGraw, Ž . A. Pines, A.P. Alivisatos, J. Chem. Phys. 110 8861,1999
[14]. J.R. Sachleben, E.W. Wooten, L. Emsley, A. Pines, V.L. Colvin, Ž . A.P. Alivisatos, Chem. Phys. Lett. 198 431,1992
[15]. X. Peng, J. Wickham, A.P. Alivisatos, J. Am. Chem. Soc. 120 5343, 1998
[16]. R.J. Arnold, J.P. Reilly, J. Am. Chem. Soc. 1201528, 1998
[17]. N. Herron, J.C. Calabrese, W.E. Farneth, Y. Wang, Science 259, 1426, 1993
[18]. Jean-Jacques Gaumet and Geoffrey F. Strouse , Electrospray Mass Spectrometry of Semiconductor Nanoclusters: Comparative Analysis of Positive and Negative Ion Mode, J Am Soc Mass Spectrom, 11, 338–344, 2000 ضمیمه1 – لیست مدل های مختلف MS

طیف‌سنجی جرمی(Mass spectroscopy(MS
ردیف	مدل	شرکت	کشور
1	CH7A	Varin	line-height:90%">Germany
2	MS-QP5050	Shimudzu	line-height:90%">Japan
3	-MS Sa73MSD	Hewlett Packard	Unite State
4	line-height:90%">platform	Micromass	line-height:90%">England
5	CP-3800GC pump	Varian	H olland

منبع: http://nanolab.nano.ir/display_paper.php?id=26

نانوتکنولوژی و پدیده های فیزیکی

نانوتکنولوژی و پدیده های فیزیکی

حتما تاکنون پیش آمده که سنگی را به درون دریاچه ای مملو از آب پرتاب کرده یا انداخته باشید.

بیایید امتحان کنیم. یک لیوان را پر از آّب کنید و روی میز قرار دهید. حال یک تیله را به آرامی درون آب بیاندازید. ملاحظه می کنید که تیله در هنگام برخورد با سطح آب سبب می شود تا آب به اطراف پاشیده شود . به عبارتی تیله با ایجاد صدایی "پولوپ"، آب را می شکافد و وارد آن می شود. دوباره این کار را با جسمی دیگر امتحان کنید. خواهید دید که شکل پاشیده شدن آب به اطراف متفاوت خواهد بود و حتی اگر با یک دوربین حرفه ای از این صحنه ها فیلمبرداری کنید متوجه خواهید شد که حتی دو شیء یکسان، هم وزن و همجنس را نمی توانید پیدا کنید که به طور یکسان آب را به اطراف پراکنده سازند.

Lydéric Bocquet و همکارانش در دانشگاه کلودبرنارد لیئون در فرانسه در خصوص این پدیده پیچیده مطالعاتی انجام داده اند. آنها به دنبال یافتن پاسخ این سوال که چرا حتی در حالتی که دو گوی هم اندازه، هم شکل و هم جنس باشند باز هم شکل پاشیده شده آب متفاوت است تحقیقات وسیعی انجام دادند. آنها دریافتند که رفتار مولکولی سطح گوی ها – اینکه آنها آب را جذب می کنند یا دفع- متفاوت است.
این گروه تحقیقاتی آزمایش را با گوی هایی از جنس آلومینیوم، فولاد و شیشه تکرار کردند تا گویی را پیدا کنند که بیشترین خاصیت آبدوستی را داشته باشد. پس از انتخاب گوی مناسب (گوی شیشه ای)، گوی را با پراکسید ئیدروژن، اسید سولفوریک و الکل تمیز کردند و آزمایش را انجام دادند. در این حالت گلوله به آرامی درون آب افتاد
سپس گوی یکسان دیگری را با کمک یک نانولایه از ماده آب گریز به نام سیلان که تنها به اندازه یک مولکول ضحامت داشت، پوشش دادند و آزمایش را تکرار کردند. در این حالت گوی در هنگام برخورد، به شدت آب را به اطراف پاشید

مقایسه دو مرحله آزمایش: زمانی که گوی شیشه ای بدون پوشش است (شکل سمت چپ)،
زمانی که گوی شیشه ای با یک نانولایه پوشش داده شده است (شکل سمت راست).
Bocquet دلیل این اختلاف را اینگونه شرح می دهد: مولکول های آب گریز سبب می شوند تا هنگام بازشدن مولکول های آب از یکدیگر، حباب هوا ایجاد شود که سبب پاشیده شدن آب به اطراف (درست مانند شکل بالا) می شود در حالی که مولکول های آب دوست شیشه سبب می شوند تا حباب هوا بین سطح مولکولهای شیشه و مولکولهای آب ایجاد نشود. بنابراین گوی به آرامی و بدون پاشیدن آب به اطراف وارد آب می شود. بنابراین نانولایه از ایجاد حباب هوا جلوگیری می کند.
یافته های این گروه آزمایشی ثابت می کنند که برای کاهش شدت پاشیده شدن آب به اطراف عامل سرعت نیز می تواند موثر باشد به گونه ای که هر چه سرعت ورود جسم به آب بیشتر باشد فرصت کمتری برای ایجاد حباب هوا و در نتیجه پاشیده شدن آب به اطراف وجود خواهد داشت.
خوب حالا که دلیل آن را متوجه شدیم بیایید این کار را اجسام مختلف امتحان کنیم. فراموش نکنیم که هر چه مولکول های جسم آب گریزتر باشند آب بیشتر به اطراف پخش می شود پس مواظب باشید خیس نشوید.
منبع:nanoclub.ir

اورانیوم آری سلاح نه!

اورانیوم آری سلاح نه!

نگاه اجمالی

در میان عموم مردم ، همین که صحبت از اورانیوم به میان می‌آید، بلافاصله بمب اتمی و سلاحهای کشتار جمعی ، که امروزه سخن روز محافل سیاسی و مطبوعاتی است، در اذهان تداعی می‌شود. اما بهتر است به این مطلب فکر کنیم که آیا اورانیوم و اصولا عناصر رادیواکتیو ، عناصری نفرین شده هستند که جز مرگ و کشتار فوق‌العاده دردناک مردم ، هیچ نفع دیگری به حال بشریت ندارند؟
اصولا اگر چنین است، پس چرا دانشمندان در طول قرون و اعصار گذشته و حال تمام تلاش و کوشش خود را و بالاتر و باارزش‌تر از همه عمر و جوانی خود را در این راه صرف نمودند و چه بسا مانند ماری کوری و دیگران در اثر همین تشعشعات رادیواکتیو جان خود را از دست دادند.
آیا ارزش دارد افرادی تمام عمر خود را در راه چیزی سپری کنند که عامل از بین برنده نسل او و افراد دیگر است؟ آنچه در این مقاله بیان می‌گردد، شرح کوتاه و مختصری است از خدمتی که اورانیوم ، این عنصر طبیعی برای بشریت و آسایش و راحتی او انجام داده است. همچنین به استفاده‌های نادرست و غلط از این منبع سرشار انرژی نیز نگاه کوتاهی خواهیم داشت.

نیروگاه هسته‌ای

پر واضح است که منابع انرژی الکتریکی که بشر از آنها برای تولید برق مصرفی خود استفاده می‌کند، سدهای آبی ، پیل‌های شیمیایی و موارد دیگر است. اما همه این منابع انرژی با وجود اینکه تقریبا کم‌هزینه هستند، اما دارای معایب زیادی هستند. اول اینکه مقدار انرژی الکتریکی حاصل از این منابع کم است، همچنین در مناطقی که از نظر آب در محرومیت هستند، تقریبا تولید برق از طریق احداث سد غیر ممکن است. همچنین برای تولید برق به این روشها ، نیاز به سوختهای شیمیایی که جزو منابع تجدیدناپذیر انرژی محسوب می‌شوند، وجود دارد.
بنابراین بهترین گزینه برای تولید انرژی الکتریکی کافی ، استفاده از انرژی هسته‌ای است. انرژی هسته‌ای دارای بازده فوق‌العاده زیادی نسبت به منابع دیگر انرژی برق می‌باشد. مشکل عمده فقط در تهیه تجهیزات و دستگاههای لازم برای غنی‌سازی اورانیوم و استفاده از آن برای تولید برق است و امروزه این تکنولوژی بیشتر در اختیار کشورهای صنعتی قرار دارد.
تقریبا در تمام سیستمهای تولید توان هسته‌ای موجود ، راکتور هسته‌ای منبع گرما برای به کار انداختن توربینهای بخار است. این توربینها مولدهای الکتریکی را درست به‌همان صورت به حرکت در می‌آورند که نیروگاههای نفت‌سوز یا ذغال‌سوز عمل می‌کنند. در یک نیروگاه هسته‌ای معمولی ماده شکافت‌پذیر به ‌جای ذغال‌سنگ یا نفت به‌کار می‌رود و بنابراین یک منبع جدید انرژی به صورت الکتریسیته فراهم می‌آورد.

کاربردهای دیگر

کاربرد اورانیوم و تشعشعات رادیواکتیو تنها به تولید انرژی الکتریکی خلاصه نمی‌گردد. به عنوان مثال ، در کشاورزی برای خشک‌کردن و بسته‌بندی میوه‌ها از آن استفاده می‌گردد. همچنین در پزشکی ، صنعت و موارد دیگر نیز کاربرد دارد. بنابراین همانگونه که اشاره شد، اورانیوم عنصری زشت و بی‌ارزش نیست که فقط وسیله‌ای برای کشتار مردم باشد.

اورانیوم آلت دست قدرتهای بزرگ

امروزه بحث استفاده صلح‌آمیز از انرژی هسته‌ای و مساله ساخت و تکثیر سلاحهای هسته‌ای و کشتار جمعی به عنوان سخن روز خوراک محافل مطبوعاتی جهان شده‌ است و قدرتهای بزرگ نظیر آمریکا از این وسیله به عنوان حربه‌ای برای حمله به کشورهای دیگر استفاده می‌کنند. به عنوان مثال همه مردم دنیا می‌دانند که از چندی پیش چنین ادعا می‌شد که کشور عراق دارای سلاحهای کشتار جمعی و تکنولوژی غنی‌سازی اورانیوم است و همین امر بهانه‌ای شد تا به این کشور حمله نظامی شود و بسیاری از مردم بی‌دفاع این کشور کشته ‌شدند، در صورتی که هنوز هم که هنوز است، هیچ ردی از این سلاحها در این کشور پیدا نشده‌است.
نمونه بارز این مساله کشورمان ایران است که چقدر مورد اتهام قرار می‌گیرد و با وجود اینکه هر ساله بازرسان آژانس بین‌المللی انرژی اتمی از آن بازدید کرده و صلح آمیز بودن آن را تایید می‌کنند، ولی هر از چند گاهی این مطلب در سرتیتر روزنامه‌های غربی قرار می‌گیرد که ایران در پی دست یافتن به تکنولوژی سلاحهای اتمی است.

اورانیوم در خدمت نابودی نسل بشر

قدرتهای بزرگ و کشورهای پیشرفته دنیا با اینکه در استفاده درست از اورانیوم برای خدمت به مردم خود سرمایه‌گذاری می‌کنند، اما همواره از قدرت فوق‌العاده تخریبی و کشتار آن نیز غافل نیستند و تقریبا در جهت استفاده منفی از این عنصر طبیعی نیز گام بر می‌دارند. هرچند استفاده منفی و نادرست از اورانیوم عواقب بسیار دردناکی مانند حادثه هیروشیما و ناکازاکی برجای می‌گذارد، ولی بازهم هیچ حرکتی در جهت جلوگیری از این کار صورت نمی‌گیرد.
درست است که ظاهرا سازمانهای بین‌المللی مانع آژانس بین‌المللی انرژی اتمی و توافقنامه‌های بین‌المللی مانند معاهده منع تولید و تکثیر سلاحهای کشتار جمعی بوجود آمده است، اما گویی تمام این موارد برای کشورهای دیگر است و قدرتهای بزرگ و حامیان آنها از تمام این موارد مستثنی هستند.

سخن آخر

به هر حال امید است که بالاخره روزی انسان به این رشد عقلی برسد که تمام آفریده‌های خداوند برای آسایش و راحتی او خلق شده‌اند و این خود انسان است که به واسطه برخی مسایل به استفاده‌های نادرست از این منابع سرشار خدادادی اقدام می‌کند و چه بسا در این کار اقدام به ساخت ابزار و وسایلی می‌کند که زندگی خود او را تهدید می‌کند.
منبع:http://www.academist.ir

کاربرد فناوری‌نانو در پاکسازی محیط زیست‎

کاربرد فناوری‌نانو در پاکسازی محیط زیست‎

یکی از مهم‌ترین کاربردهای فناوری‌نانو در محیط زیست، تصفیه آلاینده‌های آب‌های زیرزمینی با نانوذرات nZVI (zero-valent iron) است که بازده و راندمان قابل توجهی دارد، اما نامشخص بودن خصوصیات اساسی این فناوری مشکلاتی در رابطه با استفاده بهینه و یا ارزیابی خطرات آن از لحاظ انسانی و اکولوژیکی به وجود آورده است.
در این مقاله به سه مورد اساسی که باعث سوء تفاهم در مورد این فناوری می‌شود اشاره می شود:
nZVI هایی که در تصفیه آب‌های زیرزمینی استفاده می‌شوند بسیار بزرگتر از ذراتی هستند که تأثیرات حقیقی در اندازه نانو را نشان می‌دهند.
واکنش‌پذیری بالای این ذرات عمدتاً نتیجه سطح ویژه بالای آنها است.
تحرک nZVI تقریباً در تمامی شرایط کمتر از چندمتر است. لذا استفاده از آن در تصفیه به حداقل می‌رسد.
به هر حال هنوز سئوالات زیادی در مورد این فناوری وجود دارد: مثلاً این که چگونه nZVI به سرعت جابه‌جا خواهد شد؟ این جابه‌جایی به سمت چه محصولاتی است؟ آیا این مواد در محیط زیست قابل تشخیص هستند؟ و اینکه چگونه تغییرات سطح nZVI باعث تغییر طول عمر و تأثیر آن روی تصفیه خواهد شد؟
کاربردهای نویدبخش فناوری‌نانو در محیط زیست بسیار زیاد است؛ این مطلب در ”پیشرفت محیط‌زیستی“ به عنوان یکی از هشت زمینه پیشرو فناوری‌نانو که از جانب NNI تعیین شده منعکس شده است. در حقیقت، تقریباً تمام برنامه‌های NNI (پدیده‌های بنیادی، مواد، روش‌ها، اندازه‌گیری و غیره) جنبه‌های محیطی دارند. نگرانی‌های زیست محیطی تقریباً در تمام 11 سازمان حاضر در برنامه NNI قابل مشاهده است.
بیشتر کاربردهای زیست محیطی فناوری‌نانو در سه مقوله جای می‌گیرند:
محصولات بی‌خطر برای محیط زیست یا محصولات با قابلیت تحمل بالا مثلاً شیمی سبز؛
تصفیه موادی که با ذرات خطرناک آلوده شده‌اند؛
حسگرهایی برای ذرات محیطی.
با اینکه معمولاً این سه مقوله در زمره موادشیمیایی یا مواد نانوبیولوژیکی تلقی می‌شود باید توجه کرد که این موارد می‌تواند در مورد عوامل میکروبی و مواد زیست‌محیطی نیز کاربرد داشته باشد. فناوری‌نانو‌ نقش مهمی در بهبود روش‌های کشف و پاک‌سازی عوامل زیست‌محیطی مضر دارد.
دو فناوری متعارف تصفیه که در فناوری‌ ‌نانو نیز از آنها استفاده می‌شود عبارتند از: جاذبه و واکنش درجا و غیردرجا. در فناوری‌ تصفیه جاذبه‌ای به کمک فرآیند جداسازی، آلاینده‌ها (به خصوص فلزات) را جدا می‌کنند؛ در حالی که فناوری‌ واکنشی باعث تجزیه آلاینده‌های می‌شود. گاهی اوقات تمام روش‌ها به سمت تولید محصولات کم ضررتر است مثلاً در مواردی که آلاینده‌ها آلی باشند محصولاتی مثل CO2 و H2O تولید می‌شود.
در فناوری‌‌ درجا، پاک‌سازی آلودگی در همان محل آلودگی صورت می‌گیرد در حالی که در فناوری‌ غیر درجا، عملیات پاک‌سازی پس از انتقال مواد آلوده کننده به مکان‌ مطمئن انجام می‌شود؛ به عنوان مثال آب‌های زیرزمینی آلوده به سطح زمین پمپ شده و پاک‌سازی آنها در راکتورهای واقع در سطح زمین انجام می‌شود.

فناوری‌نانو غیردرجا

یک مثال برجسته از فناوری‌نانو برای تصفیه آلاینده‌ها از طریق جذب سطحی، تک لایه‌های خودآرا روی پایه میان حفره‌ای یا SAMMS است. SAMMS از طریق خود آرایی‌ یک لایه از عوامل سطحی فعال شده بر روی پایه‌های سرامیکی میان حفره‌ای به وجود می‌آید که سبب ایجاد موادی با سطح ویژه بسیار بالا (تقریباً1000 m2/g) می‌شود. خصوصیات جذبی این مواد را به گونه‌ای می‌توان تنظیم کرد که آلاینده‌های خاص مثل جیوه، کرومات، آرسنات، پرتکنتات، و سلنیت را جذب کند.
پلیمرهای درخت‌سانی، نوع دیگری از مواد نانوساختار هستند که پتانسیل تصفیه آلاینده‌ها را دارند. نمونه‌های جدید این روش شامل اولترافیلتراسیون بهبود یافته با درخت‌سان‌ها به منظور حذف Cu+2 از آب و حذف آلاینده‌های Pb+2 از خاک است.
این دو نوع نانوساختار جاذب که در فرایندهای غیردرجا استفاده می‌شوند، می‌توانند مواد پرخطر را در غلظت بالایی در سطح خود جمع کنند.
تجزیه آلاینده‌ها به کمک فناوری نانو بر خلاف تصفیه از طریق جذب مختص آلاینده‌های آلی است. روش رایج تصفیه آلاینده‌های آلی فوتواکسیداسیون (photooxidation) به وسیله کاتالیزورهای نیمه‌رسانا (مثلTiO2 ) است. قابلیت فوتوکاتالیست‌های کوانتومی (اندازه ذره تقریباً 10 nm) مدت‌هاست که در تجزیه آلاینده‌ها شناخته شده‌ است.
به هر حال همان‌طور که در توضیح فناوری‌های جاذب گفته شد فوتواکسیداسیون به وسیله نیمه‌هادی‌های نانوساختار یک روش غیردرجا است؛ چون به نور نیاز دارد و باید در یک راکتور که برای این کار طراحی شده است؛ انجام شود.

فناوری‌نانو‌ درجا

سه روش کاربرد ذرات Fe برای تصفیه آب‌های زیرزمینی:
(a) یک سر واکنشی نفوذپذیر مرسوم که از Fe گرانولی با اندازه میلی‌متری ساخته شده است؛
(b) یک ناحیه پاک‌سازی واکنشی که به وسیله تزریق پی‌درپی نانوذرات Fe شکل گرفته است؛
(C) پاک‌سازی آلاینده‌های فاز مایع بدون آب (DNAPL) به وسیله تزریق نانوذرات متحرک.
در شکل‌های b و c نانوذرات با نقاط سیاه، و نواحی تحت تأثیر آنان با رنگ روشن معین شده‌اند.
در شکل b فرض بر این است که نانوذرات در محیط‌های متخلخل تحرک اندکی دارند؛ درحالی که در شکل C نانوذرات به منظور تحرک بیشتر تغییر و بهبود یافته‌اند.
توجه کنید که واکنش تنها زمانی رخ می‌دهد که آلاینده‌ها به صورت محلول در آب‌های زیرزمینی باشند و یا مثل DNAPL به سطوح Fe متصل باشند.
تجزیه درجای آلاینده‌ها، بر سایر روش‌ها ارجحیت دارد؛ زیرا این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه‌تر است. البته تصفیه درجا مستلزم تداخل آلاینده‌ها با عملیات پاک‌سازی است و این خود مانع اصلی در توسعه و بسط این نوع فناوری‌ها است. امکان تزریق نانوذرات (واکنشی و جذبی)، در محیط‌های متخلخل آلوده‌ مثل خاک‌ها، رسوبات و محیط‌های آبی، سبب شده است تا این روش از پتانسیل بالایی برخوردار باشد. در این روش یکی از دو امکان زیر باید وجود داشته باشد:
ایجاد نواحی واکنشی درجا با نانوذراتی که تقریباً بی‌حرکت هستند؛
ایجاد توده نانوذرات واکنشی که به سمت مناطق آلوده حرکت می‌کنند؛ البته اگر این نانوذرات به اندازه کافی متحرک باشند.
در زیر بیشتر به تحرک درجای نانوذرات می‌پردازیم، زیرا تحرک درجای نانوذرات معمولاً باعث ایجاد سوء تفاهم در فهم مطلب می‌شود.
با وجود اینکه نانوذرات گوناگونی (مثل دو قطبی غیریونی، پلی‌یورتان و یا فلزات نجیبی روی پایه آلومینا) در تصفیه درجا قابل استفاده‌اند؛ اما تا به حال بیشترین توجه به نانوذرات حاوی nZVI شده است. تمایل به استفاده از nZVI برای تصفیه باعث بهبود شیمی تصفیه و یا گزینه‌های توسعه آن شده است.
این امر منجر به انتقال بسیار سریع این فناوری از مرحله آزمایشگاهی به مرحله نیمه‌صنعتی شده است. کاربردهای تجاری nZVI در تصفیه به سرعت رایج و بازارهای رقابتی شدیدی در زمینه مواد حاوی nZVI و تأمین کنندگان خدمات آن به وجود آورده است.
برخی تصورات غلط راجع به اصول اساسی فناوری تصفیه مبتنی بر nZVL کاربردهای آن در محیط زیست وجود دارد. با اینکه این مطالب بسیار به هم وابسته‌اند ولی ما می‌توانیم آنها ر ا در سه گروه تقسیم کنیم: ریخت‌شناسی ذره، واکنش‌پذیری و تحرک.
در ادامه، نکات کلیدی سه دسته بالا را توضیح می‌دهیم تا بتوانیم به یک جمع‌بندی راجع به این فناوری‌ دست یابیم و از این طریق به پیشرفت‌های زیست محیطی فناوری کمک کنیم.

ویژگی‌های نانوذرات

ریخت‌شناسی

تعریف‌های گوناگونی در مورد اندازه نانو ارائه شده است؛ اما باید به این نظریه اشاره کرد که اندازه نانو محدوده‌ای از اندازه مولکول‌ها و مواد است که ذرات در این محدوده، خواص بی‌همانند یا به طور کیفی، متفاوت با ذرات بزرگ‌تر از خود دارند.
سطح ویژه با فرض این که ذرات به صورت کرومی با ذره برآوردی از قطر زیاد دایره‌ای هندسی و چگالی 7.6 g/Cm3 هستند. (بر پایه میانگین چگالی‌های FeO و Fe3O4 خالص)
بیشتر نمونه‌هایی که این خواص را دارند، دارای اندازه‌ای در محدوده کوچک‌تر از 10 نانومتر هستند؛ زیرا در این محدوده، اندازه ذرات به اندازه آنها در شرایط مولکولی پایدار نزدیک‌تر است.
یکی از این مثال‌ها محدوده کوانتومی است که به این علت به وجود می‌آید که با کاهش اندازه ذرات، باند گپ (bandgap) افزایش یافته، باعث به وجود آمدن برخی ویژگی‌های مفید در فوتوکاتالیست‌های نیمه‌هادی می‌شود که در بخش فناوری‌های غیردرجا توضیح داده شد.
خصوصیات دیگری که در اندازه‌های زیر 10 نانومتر تغییر می‌کند سطح ویژه است .
از نظر کیفی فاکتورهای دیگری نیز وجود دارند که در تعیین این خصوصیات دخالت دارند، مثل نسبت اتم‌های سطحی به اتم‌های توده و قسمتی از حجم ذره که شامل ضخامت محدود لایه سطحی است (حجم سطحی).
آماده‌سازی nZVI برای استفاده در کاربردهای تصفیه‌ای، به طور معمول در این محدوده- بین چند ده تا چند صد نانومتر- انجام می‌شود. علاوه بر این، ذرات nZVI حتی تحت شرایط آزمایشگاهی هم تمایل دارند که به هم بپیوندند و متراکم شوند و در نتیجه مجموعه‌هایی تولید می‌شود که اندازه آنها ممکن است نزدیک چند میکرون شود. این بدان معنی است که nZVI و مواد مرتبط با آن که در کاربردهای تصفیه محیط‌زیست استفاده می‌‌شوند، خصوصیات فوق‌العاده مورد انتظار برای نانوذرات حقیقی را از خود نشان نخواهند داد و اغلب همانند کلوئید‌های محیط زیست رفتار خواهند کرد.

واکنش‌پذیری

واکنش‌پذیری زیاد نانوذرات می‌تواند نتیجه سطح ویژه بالای نانوذرات، چگالی بیشتر نواحی واکنش‌پذیر روی سطوح ذره و یا افزایش واکنش‌پذیری این نواحی بر روی سطح باشد.
این فاکتورها مجموع سه نتیجه واضح وکارا را در مورد nZVI در پی داشته است:
تجزیه آلاینده‌هایی که واکنش‌ چندانی با ذرات بزرگ‌تر نمی‌دهند. مانند پلی فنیل های کلرینه شده؛
تجزیه بسیار سریع‌تر آلاینده‌هایی که پیش از این با سرعت‌های مناسبی با ذرات بزرگ‌تر واکنش نشان می‌دادند، مانند اتیلن‌های کلرینه شده؛
دسترسی به محصولات مطلوب‌تر با تجزیه آلاینده‌هایی که به وسیله مواد بزرگ‌تر سریعاً تجزیه می‌شوند؛ اما باعث به وجود آمدن محصولات فرعی نامطلوبی مثل تتراکلریدکربن می‌شوند.
از این سه دسته تأثیرات واکنشی، دومین دسته (تجزیه سریع‌تر آلاینده‌های قابل تجزیه) بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. علت این تأثیر با اینکه یک مسئله بسیار کاربردی، بنیادی و با اهمیت است کمتر شناخته شده است.
مقایسه ثابت‌های سرعت احیایCL4 به وسیله nZVI و دو نوع Fe در اندازه‌های میلی‌متری. مناطق روی نمودار تقریباً بر مبنای 50 داده از منابع مختلف هستند.
ما برای تجزیه تتراکلرید کربن به وسیله nZVI ، نسبت ثابت سرعت‌های نرمال شده بر حسب سطح ویژه ksa را با ثابت سرعت‌های نرمال شده بر حسب جرم km مقایسه کردیم، نتایج نشان داد که ksa برای نانوذرات nZVI برابر این پارامتر در ذرات میلی‌متری nZVIاست؛ اما km آن بزرگ‌تر از ذرات میلی‌متری است. بنابراین تجزیه سریع‌تر تتراکلرید کربن به وسیله nZVI به خاطر سطح ویژه بالای آن است، نه به خاطر بیشتر بودن فراوانی نقاط واکنش‌پذیر روی سطح و یا واکنش‌پذیرتر بودن این نقاط. این نتیجه ممکن است در مورد سایر آلاینده‌هایی که با nZVI واکنش می‌دهند نیز صدق کند اما اطلاعات ما در این مورد ناکافی است.
باید توجه داشت که این تحلیل شامل ترکیبات دوفلزی nZVI با کاتالیزرهای فلزات نجیب مثل Pd، Ni و Cu نیست. این مواد دو فلزی معمولاً دارای مقادیر ksa بالایی هستند، ولی این افزایش در درجه اول نتیجه تأثیر خاصیت کاتالیستی فلزات نجیب است که در مورد ذرات بزرگ‌تر نیز مشاهده می‌شود.
اما مشکلی که هست این که افزایش واکنش‌پذیری معمولاً همراه با کاهش انتخاب‌پذیری است که موجب واکنش nZVI با مواد غیرهدف شامل اکسیژن غیرمحلول و آب‌ و در نتیجه پایین آمدن راندمان تصفیه با nZVI می‌شود.
منجر به پیدایش نیاز به تزریق ذرات به سیستم و درنتیجه بالا رفتن هزینه عملیات خواهد شد.
با محدود کردن مواد ناخواسته (مواد غیرهدف شامل اکسیژن و آب) به وسیله گیرنده‌های ارزان‌تر می‌توان طول عمر کوتاه nZVI را مفیدتر کرد؛ البته اگر ذرات تحرک قابل ملاحظه‌ای از خود نشان دهند.

تحرک

نانوذرات در محیط‌های متخلخل تحرک زیادی خواهند داشت، زیرا اندازه آنها از اندازه سوراخ‌های محیط‌های متخلخل بسیار کوچک‌تر است اما اینکه ما فرض کنیم علت تحرک نانوذرت تنها این مطلب است بسیار ساده انگاری است. معمولاً تحرک نانوذرات را در محیط‌های متخلخل اشباع، دو فاکتور تعیین می‌کند: تعداد برخوردهای نانوذرات با محیط متخلخل به ازای واحد جابه‌جایی؛ و ضریب چسبندگی (احتمال اینکه هر برخورد، منجر به حذف ذره از جریان شود). برخورد ممکن است در نتیجه سه عامل رخ دهد: حرکت براونی، بازدارنده‌ها (عواملی که مانعی از حرکت نانوذره می‌شوند) و رسوب‌گذاری گرانشی.
شکل 4- فاصله جابه‌جایی که در آن،‌ بیش از 99 درصد نانوذرات حذف می‌شوند در ضرایب چسبندگی شرایطی سطحی به شکل زیر است:
تخلخل = 36.0 ، سرعت=1.0 m/day،
اندازه ذرات خاک=3.0 میلی‌متر،
چگالی نانوذرات=7.6 g/Cm3
نانوذرات در محیط‌های متخلخل اغلب حرکت براونی دارند. برای ذرات بزرگتر از 400 نانومتر با چگالی بالا‌ (مثلاً 7.68 g/cm2 برای ذرات آهن خالص) تأثیر جاذبه می‌تواند بسیار مهم باشد. با استفاده از روش بازده single-Collector که به وسیله Tufenkji و Elimelech ارائه شده و تئوری فیلتراسیون deep-bed، این امکان وجود دارد که بتوان فاصله جابه‌جایی را که در آن، 99 درصد حذف نانوذرات به عنوان تابعی از خواص سطحی و ضریب چسبندگی صورت می‌گیرد، محاسبه کرد.
نشان می‌دهد که محدوده فاصله جابه‌جایی در شرایط سطحی متعارف، از چند میلی‌متر تا چند ده متر متناسب با ضریب چسبندگی است.
ضریب چسبندگی گزارش شده برای nZVI معمولی در انواع محیط‌های متخلخل، بین 0.14 تا یک است؛ این به معنی فاصله جابه‌جایی چند سانتی‌متر در محیط‌های متخلخل در شرایط آب‌های زیرزمینی است . این امر موجب ایجاد علاقه قابل ملاحظه‌ای برای تغییر سطح نانوذرات در جهت افزایش فاصله جابه‌جایی شده است.
بدین ترتیب ضرایب چسبندگی کوچک‌تری برای این گونه نانوذرات و سایر نانوذرات گزارش شده است (0.001 برای نانوذرات Fe که سطح آنها بهبود یافته است و 0.0001 برای نانوذراتی که پایه کربنی دارند). اما حتی این ضرایب چسبندگی کوچک هم به طور قطعی باعث تحرک بیشتر (بیش از چندمتر) نانوذرات در آب‌های زیرزمینی نمی‌شود، به جز در آب‌های زیرزمینی با سرعت حرکت خیلی زیاد.

خطرات

مباحث فوق در مورد ریخت‌شناسی، واکنش‌پذیری و تحرک نانوذرات در زمینه تصفیه ‌محیط زیست نشان می‌دهد که دانش ما در مورد فرآیندهای پایه در این فناوری هنوز ناکافی است. به علاوه، خطرات احتمالی این فناوری برای سلامت انسان و محیط‌زیست، انجام این روش در مقیاس انبوه را با مشکل مواجه کرده است. مخصوصاً با توجه به کاربردهای درجای nZVI (یا مواد وابسته) برای تصفیه محیط‌های متخلخل، هنوز تحقیقات مستقیم و قابل ملاحظه‌ای که خطرات آن را مورد توجه قرار دهد انجام نشده است. برخی گروه‌ها حالت احتیاطی (پیشگرانه) را پذیرفته‌اند و کاربردهای درجای نانوذرات برای تصفیه را ممنوع کرده‌اند در حالی که برخی گروه‌ها آن را توصیه کرده‌اند. در واقع تحقیقات در این زمینه باید به طور موازی صورت گیرد.
این معما که چگونه می‌توان از نانوذرات برای تصفیه استفاده کرد باید به زودی و با استفاده از نتایج تحقیقات در حال انجام، قابل حل و دسترسی باشد. مهم‌ترین این خطرات استنشاق ذرات‌ریزی است که از طریق هوا جابه‌جا می‌شوند.
به هر حال هم‌اکنون ما می‌توانیم نتیجه بگیریم با اینکه nZVI و مواد مرتبط با آن، در کاربردهای تصفیه‌ای درجا استفاده می‌شوند، از مواد ویژه‌ای که در دسترس ما هستند کوچک‌تر، واکنش‌پذیرتر، مقاوم‌تر و متحرک‌تر بوده و در عین حال احتمال خطرزایی برای انسان و محیط زیست را دارا هستند.
منبع:irannano.org

نانو الیاف‌‌ها، باریک ‌تراز تار عنکبوت

نانو الیاف‌‌ها، باریک ‌تراز تار عنکبوت

الیاف دارای قطر کمتر از 500 نانومتر را «نانو الیاف» گویند. نانو الیاف‌ها دارای استحکام بیشتر نسبت به دیگر الیاف مشابه و بزرگ هستند. این مواد می‌توانند انقلاب بزرگی را در فن‌آوری به وجود آورند. هرچند که این الیاف دارای قطری در حد نانو هستند، اما ممکن است طول آنها به چندین کیلومتر برسد.
نانو الیاف‌ها در زمینه‌های گوناگون از جمله تولید لباس‌های محافظ و ضد لک، تولید آینه‌های قابل استفاده در فضا، فیلتراسیون‌ هوا و بسیاری از موارد دیگر کاربرد دارند. نانو الیاف‌ها نسبت به عبور هرچیزی غیر از مولکول‌های بسیار ریز مقاوم هستند. به همین دلیل می‌توان از آنها در تولیدپوشاک مقاوم در برابر مواد شیمیایی استفاده کرد. با روکش کردن الیاف بافتنی معمولی با نانو الیاف‌ها می‌توان آنها را نسبت به هرگونه لک اعم از چربی، آب، روغن و غیره مقاوم کرد.
نانو الیاف‌ها بر حسب نوع ساختار و مواد به کار رفته در آنها به 3 دسته مهم تقسیم می‌شوند: نانوالیاف کربنی، نانو الیاف پلیمری و نانو الیاف معدنی. هر کدام از اینها کاربردهاوویژگی‌های خاصی دارند. با این حال، نانو الیاف‌های دیگری نیز تولید می‌شوند که ممکن است یکی از انواع نانوالیاف‌های ذکر شده باشد.
در حالی حاضر، روش‌های فراوانی در تولید الیاف نانو متری ارائه شده است. برای ساخت هرکدام از انواع نانوالیاف‌ها روش‌های گوناگونی به کار گرفته می‌شود. نانوالیاف‌ها مانند نانویسم‌ها از انواع ساختارهای تک بعدی هستند.

نانوالیاف پلیمری

حدود 60 درصد از نانوالیاف‌های پلیمری با روش الکترو ریسندگی ساخته می شوند. ریسندگی الکتریکی یا الکتروریسی (electro spinning) روشی برای تولید نانوالیاف پلیمری است.
این روش ساده بازده بالایی دارد. در این روش، مواد پلیمری سیال به صورت مذاب، یا محلول پلیمری را به کمک نیروهای الکتروستاتیک و نیز باردار کردن محلول یا مذاب پلیمری تحت کشش قرار می‌دهند.
همان طور که اشاره شد، در این روش هم از مذاب و هم از محلول پلیمری می‌توان استفاده کرد. پلی استیرن از پلیمرهایی است که در این روش ریسیده می‌شود که قطر آنها تنها در حد چند نانومتر است.
قطر این الیاف به پارامترهای مختلفی مانند غلظت پلیمر وولتاژالکتریکی اعمال شده بستگی دارد وهرچه الیاف تولیدی ظریف‌تر باشند دارای ویژگی‌های مطلوب‌تری نیز هستند. یکی از مشکلات موجود در روش الکتروریسندگی نبود یکنواختی در میزان کشیدگی الیاف است که با کنترل پارامترهای تاثیرگذار می‌توان این مشکلات را برطرف کرد.
همچنین در روش الکتروریسندگی می‌توان مواد دیگر مانند نانو ذرات یا نانو لوله‌ها را برای بهبود خواص نانوالیاف، درون نانوالیاف‌ها جای داد. نانوالیاف‌های پلیمری به دلیل کاربردهای فراوان و داشتن ویژگی‌های مکانیکی، الکترویکی و بیولوژیکی بهبود یافته از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند.
این نوع مواد در ساخت فیلترهای غشایی، لباس‌های محافظ، تجهیزات الکترونیکی و نوری و نیز در زمینه‌های بیوپزشکی و کامپوزیت‌های تقویت شده کاربرد دارند. یکی از مهمترین کاربردهای نانوالیاف‌ پلیمری در صنایع هوایی است که از آنها در فیلتراسیون هوا استفاده می‌کنند. به این طریق که نانوالیاف پلی استیرن را با الیاف شیشه‌ای مخلوط می‌کنند تا نانووب‌هایی
(Nano web) تولید شود که بتوانند عمل فیلتراسیون را در فیلترهای هوا انجام دهند.
همچنین می‌توان از این مواد در فیلتراسیون‌های آبی نیز استفاده کرد. نانوالیاف‌های پلیمری در فیلتراسیون ویروس‌ها، باکتری‌ها، غبارها و ذرات معلق درمنابع آبی یا هوایی بسیار کاربرد باارزشی دارند.
مکانیزم فیلتراسیون الیاف نانو با الیاف معمولی کاملاً متفاوت است. از دیگر مصارف نانوالیاف‌های پلیمری می‌توان به استفاده از آنها به عنوان محیط داروسازی و مصرف حسگر و نانو الکترونیک‌ها اشاره کرد.
نانوالیاف‌های پلیمری از نظر ساختار و ترکیب بندی قابلیت و کاربرد زیادی در صنایع نظامی دارند. ساخت لباس‌های ضد گلوله، پتوهای ضد انفجار و پوشش‌های الکترومغناطیسی نمونه‌هایی از کابردهای این مواد در ارتش است.
سربازانی که لباس‌های ساخته شده از نانو الیاف‌های پلیمری بر تن دارند می‌توانند در زمینه شناسایی و خنثی سازی بمب به کار گرفته شوند. ساخت لباس‌های ضد گلوله، کاهش وزن محموله‌ای که سربازان حمل می‌کنند، بررسی سلامت نظامیان به وسیله لباسی که بر تن دارند، ارتقای توانایی و عکس‌العمل نظامیان، قابل تحمل کردن جراحت‌های عملیات و درمان آنها، افزایش توانایی ارتباطات سربازان با جیپ های نانوالکتریکی، محافظت سربازان در برابر سلاح‌های بیولوژیک و شیمیایی، از کاربردهای نانوالیاف پلیمری در هوشمند سازی سیستم‌ها و تجهیزات نظامی و دفاعی است.

نانوالیاف‌های کربنی

از نانوالیاف‌های کربنی به عنوان تقویت‌کننده‌های فاز در نانو کامپوزیت‌ها استفاده می‌کنند ومعمولاً براساس همان روش‌هایی که در تولید نانو لوله‌های کربنی به کار می‌روند، تولید می‌شوند، ولی برخی از این روش‌ها مانند روش CVD نانوالیاف‌های کربنی بیشتری تولید می‌کنند. نانوالیاف کربنی شامل نانو لوله‌های کربنی و رشته‌های کربنی است. رشته‌های کربنی مانند نانولوله‌‌ها فاقد ساختار سیلندری و توخالی هستند.
کامپوزیست‌های (مواد ترکیبی) حاوی نانوالیاف‌کربنی کاربردهای زیادی در صنایع نظامی و هوافضا دارند. یکی دیگر از کاربردهای باارزشی که نانوالیاف‌های کربنی می‌توانند داشته باشند، استفاده از آنها به عنوان ماده ضدآتش است.
پژوهشگران موسسه استاندارد و فنآوری (NIST) آمریکا دریافته‌اند که اضافه نمودن مقادیر اندکی از نانوالیاف کربنی به فوم‌های پلی اورتان که در برخی مبلمان‌ها، تشک‌ها در اماکن عمومی مانند هتل‌ها و دفاتر کار مورد استفاده قرار می‌گیرند، می‌تواند آتش‌گیری را نسبت به فوم‌هایی که در آنها از تاخیر اندازهای معمولی آتش استفاده می‌کنند تا 35 درصد کاهش دهد.
نانوالیاف کربنی از چکیدن فوم تحت حرارت جلوگیری نموده واز سرعت آتش‌سوزی می‌کاهد، چرا که مطالعات صورت گرفته نشان می‌دهد که نانولوله‌های کربنی یک شبکه پایدار حرارتی ایجاد می‌کنند و در نتیجه از چکیدن فوم در هنگام حرارت‌های شدید جلوگیری می‌نماید.
در حال حاضر، قیمت نانولوله‌های کربنی بسیار بیشتر از افزودنی‌های ضد آتش رایج است، اما به خاطر سیر کاهشی قیمت آن و اینکه مقدار اندکی از این مواد در تولید ماده ضد آتش نیاز است به عنوان موادی تجاری و مقرون به صرفه مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نانوالیاف معدنی

این نوع الیاف در مقیاس نانو در فرآیند سل ـ ژل (تشکیل ژل بی‌شکل از یک محلول) و حرارت دهی تولید می‌شوند.
هنگامی که سل در یک قالب ریخته شود، ژلی مرطوب شکل می‌گیرد که پس از خشک شدن به صورت ذرات سرامیکی متراکم می‌شود که به هم متصل هستند و به این ترتیب فیلتری به دست می‌آید که دارای منافذی در مقیاس نانو است. از این الیاف می‌توان به عنوان ماده ضد ویروس استفاده کرد.
نانوالیاف‌های معدنی به ویژه آلومینا به دلیل داشتن خاصیت الکتروستاتیک، ویروس‌ها و ذرات را به خود می‌چسبانند و برای دفع آلودگی بسیار مفید هستند. برتری این فیلترها این است که برخلاف فیلترهایی که به روش غربال کردن، عمل فیلتراسیون را انجام می‌دهند، با انسداد منافذ روبه‌رو نخواهند شد.
منبع: روزنامه اطلاعات

فناوری نانو

فناوری نانو

پزشکی و بدن انسان:
رفتار مولکولی در مقیاس نانومتر، سیستم‌های زنده را اداره می‌کند. یعنی مقیاسی که شیمی]، فیزیک، زیست‌شناسی و شبیه‌سازی کامپیوتری، همگی به آن سمت درحال گرایش هستند.
* فراتر از سهل‌شدن استفاده بهینه از دارو، نانوتکنولوژی می‌تواند فرمولاسیون و مسیرهایی برای رهایش دارو(Drug Delivery) تهیه کند، که به‌نحو حیرت‌انگیزی توان درمانی داروها را افزایش می‌دهد.
* مواد زیست‌سازگار با کارآیی بالا، از توانایی بشر در کنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزی معدنی و آلی را مثل اجزای فعّال، می‌توان برای اعمال نقش تشخیصی(مثل ذرات کوانتومی که برای مریی‌سازی بکار می‌رود) درون سلو‌ل‌ها وارد نمود.
* افزایش توان محاسباتی به‌وسیله نانوتکنولوژی، ترسیم وضعیت شبکه‌های ماکرومولکولی را در محیط‌های واقعی ممکن می‌سازد. اینگونه شبیه‌سازی‌ها برای بهبود قطعات کاشته‌شده زیست‌سازگار در بدن و جهت فرآیند کشف دارو، الزامی خواهدبود.

دوام‌پذیری منابع: کشاورزی، آب، انرژی، مواد و محیط زیست پاک:

نانوتکنولوژی منجر به تغییراتی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پساب و آلودگی را کاهش خواهدداد. همچنین فنّاوری‌های جدید، امکان بازیافت و استفاده مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهند کرد. در زمینه محیط زیست، علوم و مهندسی نانو، می‌تواند تأثیر قابل ملاحظه‌ای در درک مولکولی فرآیندهای مقیاس نانو که در طبیعت رخ می‌دهد؛ در ایجاد و درمان مسایل زیست‌محیطی از طریق کنترل انتشار آلاینده‌ها؛ در توسعه فنّاوری‌های “سبز” جدید که محصولات جانبی ناخواسته کمتری دارند و یا در جریانات و مناطق حاوی فاضلاب، داشته‌باشد. لازم به ذکراست، نانوتکنولوژی توان حذف آلودگی‌های کوچک از منابع آبی (کمتر از ۲۰۰ نانومتر) و هوا (زیر ۲۰ نانومتر) و اندازه‌گیری و تخفیف مداوم آلودگی در مناطق بزرگ‌تر را دارد.
در زمینه انرژی، نانوتکنولوژی می‌تواند به‌طور قابل ملاحظه‌ای کارآیی، ذخیره‌سازی و تولید انرژی را تحت تأثیر قرار داده مصرف انرژی را پایین بیاورد. به عنوان مثال، شرکت‌های مواد شیمیایی، مواد پلیمری تقویت‌شده با نانوذرات را ساخته‌اند که می‌تواند جایگزین اجزای فلزی بدنه اتومبیل‌ها شود. استفاده گسترده از این نانوکامپوزیت‌ها می‌تواند سالیانه ۵٬۱ میلیارد لیتر صرفه‌جویی مصرف بنزین به ‌همراه داشته‌باشد.
همچنین انتظار می‌رود تغییرات عمده‌ای در فنّاوری روشنایی در ۱۰ سال آینده رخ دهد. می‌توان نیمه‌هادی‌های مورد استفاده در دیودهای نورانی(LED ها) را به مقدار زیاد در ابعاد نانو تولید کرد. در امریکا، تقریبا” ۲۰% کل برق تولیدی، صرف روشنایی(چه لامپ‌های التهابی معمولی و چه فلویورسنت) می‌شود. مطابق پیش‌بینی‌ها در ۱۰ تا ۱۵ سال آینده، پیشرفت‌هایی از این دست می‌تواند مصرف جهانی را بیش از ۱۰% کاهش دهد که ۱۰۰ میلیارد دلار در سال صرفه‌جویی و ۲۰۰ میلیون تن کاهش انتشار کربن را به‌همراه خواهدداشت.

هوا و فضا:

محدودیت‌های شدید سوخت برای حمل بار به مدار زمین و ماورای آن، و علاقه به فرستادن فضاپیما برای مأموریت‌های طولانی به مناطق دور از خورشید، کاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفی را اجتناب‌ناپذیر می‌سازد. مواد و ابزارآلات نانوساختاری، امید حل این مشکل را بوجود آورده‌است.
“نانوساختن”(Nanofabrication) همچنین در طرّاحی و ساخت مواد سبک‌وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، موردنیاز برای هواپیماها، راکت‌ها، ایستگاههای فضایی و سکّوهای اکتشافی سیّاره‌ای یا خورشیدی، تعیین‌کننده است. همچنین استفاده روزافزون از سیستم‌های کوچک‌شده تمام خودکار، منجر به پیشرفت‌های شگرفی در فنّاوری ساخت و تولید خواهدشد. این مسأله با توجه به اینکه محیط فضا، نیروی جاذبه کم و خلأ بالا دارد، موجب توسعه نانوساختارها و سیستم‌های نانو –که ساخت آنها در زمین ممکن نیست- در فضا خواهدشد.

امنیت ملّی:

برخی کاربردهای دفاعی نانوتکنولوژی عبارت‌اند از: تسلط اطّلاعاتی از طریق نانوالکترونیک پیشرفته به‌عنوان یک قابلیت مهم نظامی، امکان آموزش مؤثّرتر نیرو، به کمک سیستم‌های واقعیت مجازی پیچیده‌تر حاصله از الکترونیک نانوساختاری، استفاده بیشتر از اتوماسیون و رباتیک پیشرفته برای جبران کاهش نیروی انسانی نظامی، کاهش خطر برای سربازان و بهبود کارآیی خودروهای نظامی، دستیابی به کارآیی بالاتر(وزن کمتر و قدرت بیشتر) موردنیاز در صحنه‌های نظامی و در عین‌حال تعداد دفعات نقص فنّی کمتر و هزینه کمتر در عمر کاری تجهیزات نظامی، پیشرفت در امر شناسایی و در نتیجه مراقبت عوامل شیمیایی، زیستی و هسته‌ای، بهبود طرّاحی در سیستم‌های مورد استفاده در کنترل و مدیریت عدم تکثیر سلاح‌های هسته‌ای، تلفیق ابزارهای نانو و میکرومکانیکی جهت کنترل سیستم‌های دفاع هسته‌ای. در بسیاری موارد، فرصت‌های اقتصادی و نظامی مکمّل هم هستند. کاربردهای دراز مدت نانوتکنولوژی در زمینه‌های دیگر، پشتیبانی کننده امنیت ملّی است و بالعکس.

کاربرد نانوتکنولوژی در صنعت الکترونیک

ذخیره‌سازی اطلاعات در مقیاس فوق‌‌العاده کوچک: با استفاده از این فناوری می‌توان ظرفیت ذخیره‌سازی اطلاعات را در حد ۱۰۰۰ برابر یا بیشتر افزایش داد و نهایتاً به ساخت ابزارهای ابرمحاسباتی به کوچکی یک ساعت مچی منتهی شود. ظرفیت نهایی ذخیره اطلاعات به حدود یک ترابیت در هر اینچ مربع برسد، و این امر موجب ذخیره‌ سازی ۵۰ عدد DVD یا بیشتر در یک هارد دیسک با ابعاد یک کارت اعتباری می‌شود. ساخت تراشه‌ها در اندازه¬های فوق¬العاده کوچک به‌عنوان مثال در اندازه¬های ۳۲ تا ۹۰ نانومتر، تولید دیسک‌های نوری ۱۰۰ گیگابایتی در اندازه‌¬های کوچک نیز می¬باشد.

شکل‌گیری بازارهای بسیار بزرگ

شواهد موجود نشان می‌دهد که درصد بالایی از بازارهای محصولات مختلف متکی بر نانوتکنولوژی خواهد بود و به همین دلیل دولت‌ها و شرکت‌های بزرگ و کوچک به دنبال کسب جایگاهی برای خود در این بازارها هستند. میهیل روکو، رییس کمیته علوم و فناوری نانو در ریاست‌جمهوری آمریکا طی مقاله‌ای در ماه می‌‌سال ۲۰۰۱، پتانسیل نانوتکنولوژی برای تغییر چشمگیر در اقتصاد جهانی را یادآوری نموده است. بر مبنای پیش‌بینی وی و بخش دیگری از صاحب‌نظران در ده الی ۱۵ سال آینده نانوتکنولوژی بازار نیمه‌هادی را به طور کامل تحت تأثیر قرار خواهد داد. خبرهایی نیز که اخیراً از شرکتهای اصلی سازنده پردازنده‌های کامپیوتر در آمریکا و ژاپن منتشر شده است، از ورود پردازنده‌های حاوی یک میلیارد نانوترانزیستور تا قبل از ۱۰ سال آینده حکایت دارد. به عنوان مثال شرکت اینتل اعلام نموده است که در سال ۲۰۰۷ پردازنده‌های متکی بر نانوترانزیستور را با قدرت و سرعت بسیار بیشتر و مصرف کمتر نسبت به آخرین دستاوردهای امروزی نیمه‌هادی‌ها وارد بازار خواهد کرد.
در بخش دارو نیز پیش‌بینی شده است تا ۱۰ الی ۱۵ سال آینده نیمی از این صنعت متکی بر نانوتکنولوژی خواهد بود که خود نیاز به وسایل تزریق جدید و آموزشهای پزشکی روزآمد خواهد داشت یا در مورد موادشیمیایی، فقط ذکر بازار ۱۰۰ میلیارد دلاری کاتالیست‌ها که تا ۱۰ سال آینده به طور کامل متکی بر کاتالیست‌های نانوساختاری خواهد بود، برای نشان دادن اهمیت بحث کافی است. از هم‌اکنون بازار بزرگی برای بکارگیری مواد جدید در محصولات فعلی در حال شکل‌گیری است. موادی که می‌توانند خواص جدید و فوق‌العاده‌ای به محصولات موجود بخشیده و موجب کاهش قیمت آنها شوند. به عنوان نمونه نانولوله‌های کربنی(Carbon NanoTubes) با وزن بسیار کمتر و استحکام بسیار بیشتر نسبت به موادی چون فولاد، بخش زیادی از صنایع را در آینده تحت تأثیر قرار خواهد داد.
در کنار این پیش‌بینی‌ها، این سؤال باید مطرح شود که جایگاه کشورهایی که به نانوتکنولوژی دسترسی ندارند، در بازارهای آینده و اقتصاد جهانی چه خواهد بود. با توجه به اینکه سهم هر کشور یا بنگاه در زمان شکل‌گیری یک بازار تثبیت می‌شود، زمان سرمایه‌گذاری برای رسیدن به جایگاه مناسب، همین امروز است.

شاخه‌های اصلی

در دسته‌بندی علوم نانویی، همچنان مسایل حل نشدهٔ زیادی وجود دارد. اما شاخه‌هایی که در زیر آورده شده‌اند، اساس نانو تکنولوژی را تشکیل می‌دهند:
* نانو روکش‌ها
* نانو مواد
* نانو پودرها
* نانو لوله‌ها(نانو تیوب‌ها)
* نانو کامپوزیت‌ها
* مهندسی مولکولی
* موتورهای مولکولی(نانو ماشین‌ها)
* نانو الکترونیک
* نانو سنسورها
* نانو ترانزیستورها
زمینه‌های کاربرد
علم مواد، شیمی و علوم مهندسی
منبع:http://www.academist.ir