نانو تکنولوژی در پزشکی (1)

نانو تکنولوژی در پزشکی (1)

1.مقدمه

مقاله ی حاضر گوشه ای از کاربرد نانو تکنولوژی در پزشکی است. این مقاله سعی دارد فرصت های تحقیقاتی در زمینه نانو تکنولوژی در داروها را بیان کند. البته این نکته باید فراموش نشود که اکثر نانو داروها در مراحل اولیه ی کاربرد هستند و باید موانع بسیاری از سر راه آنها برداشته شود که این کار ممکن است سال ها و یا چند دهه زمان ببرد.

2. نانو داروها

2. 1. تعریف نانو تکنولوژی

اگر چه تعاریف بسیاری از نانو تکنولوژی موجود است ولی یکی از این تعاریف متداول تر است .این تعریف بوسیله ی انستیتوی نانو تکنولوژی این گونه تعریف می شود:
«تحقیق و توسعه ی تکنولوژی در سطح اتم، ملکول و ملکول های غول آسا(Macromolecular Level) در مقیاس طولی 100-1 نانومتر. که این تحقیقات و توسعه های تکنولوژیک باعث مهیا شدن اطلاعات در زمینه ی پدیده ها و مواد در مقیاس نانو می گردد. و ساختار ها و سیستم هایی بواسطه ی آن تولید می شود که خواصی بسیار خوب و کاربردی دارند . این خواص بسیار خوب و کاربردی بواسطه ی اندازه ی کوچک این ساختارها و سیستم ها حاصل می گردد.»
به طور ساده تر بایدگفت: که نانو تکنولوژی دنیای در مقیاس نانو( یک میلیونیوم متر) است. این مقیاس بسیار کوچکتر از مقیاس های معمولی است. این دنیا، دنیای میان ماکرومتر و پیکومتر(یک میلیاردیوم متر) است.
برای اینکه تجسم بهتری از مقیاس نانو پیدا کنید بعضی از مقیاس های مورد توجه برای نانومواد در زیر آورده شده است:
نانو ذره ها ....................................................1-100 nm
فلرن (c60) ....................................................... 1 nm
کوانتوم دات (cdse) ....................................... 8 nm
ساختارهای دندریتی ..................................... 10 nm
در زیر برخی مواد در مقیاس نانو که در طبیعت وجود دارد آورده شده است.
اتم ...................................................................... o.1nm
DNA(عرض) ................................................... 2 nm
پروتئین ........................................................ 5- 50 nm
ویروس ها ............................................... 75-100 nm
مواد داخل سلولی ...................................< 100 nm
باکتریها ....................................... 1000- 10000 nm
گلبول سفید خون ..................................... 10000 nm
قلمروی اندازه ی اجزای مورد مطالعه در نانو تکنولوژی مانند اندازه ی ساختارهای بیولوژیکی هستند. برای مثال ، کوانتوم دات(quontdm dot) به اندازه ی یک پروتئین کوچک (10nm >) است. و ساختارهای حامل دارو(drug- carrging nano – structure) اندازه ای تقریباً برابر با یک ویروس (nm 100>) دارند. به خاطر شباهت در اندازه ی محصولات و سیستم های نانویی با ساختارهای بیولوژیکی ، نانو تکنولوژی در تحقیقات سلامت استفاده ی روز افزونی پیدا کرده است. برای مثال نانو ساختارهای هیبرپلای که می توانند آسیب های وارده به سیستم های بیولوژیکی را احساس کرده و آنها را برطرف کنند. (کاری که سلولهای سفید خون نیز انجام می دهند) که این ساختارها بوسیله ی نانو تکنولوژی بررسی می گردد.
نانو کوچک کردن سلسله وار مواد از حالت ماکرواست .به هر حال به دلیل آنکه تعدادی از قوانین علمی در مقیاس نانوغالب می شوند، نانو مواد می توانند دارای خواصی بسیار متفاوت نسبت به مواد بالک داشته باشند. این خواص باعث تولید موادی می شوند که محکم تر، رساناتر هستند و یا خواص سوپر پارامغناطیس ، خواص نوری قابل تنظیم، تخلخل بیشتر، عایق الکتریکی بهتر و خوردگی کمتری دارند. نانو مواد پتانسیل حل مشکلات در زمینه بیولوژیکی را که امروزه لاینحل است، دارند . به عنوان مثال نانو مواد غیر آلی تغییرات الکتریکی بوجود آمده در ملکولهای بیولوژیکی را آشکار سازی می کنند و بگونه ای عمل می کنند که بیماریها شناسایی و درمان شوند.
وسایل و سیستم های کوچک می توانند با کار در مقیاس میکرو و نانو باعث بهبود جهت دار وضعیت درمان گردند. این کار باعث افزایش عملکرد رشته های DNAگشته که زمان کشف دارو وتشخیص را کاهش می دهد.مثال دیگر سیستم های مایع بسیار کوچک است که در هنگام عبور آنها از میان لوله های میکرویی و نانویی ایجاد جریان آرام می کند.در واقع برخورد شیمیایی موثرتر میان این سیستم ها و جداره ها باعث جلوگیری از ایجاد شدن جریان های گردابی و تلاطمی می گردد.

2. 2. بخش های نانو تکنولوژی

نانو تکنولوژی را می توان به عنوان یک سری از تکنیک ها دید که یا به صورت انفرادی استفاده می شود و یا با محصولات و کاربردهای دیگر ترکیب گشته و باعث بهبود آنها گشته است. برخی از این تکنیک ها امروزه وجود دارند و برخی دیگر در مراحل توسعه هستند و ممکن است در سال ها و یا دهه های آینده برای ما مفید باشند.
نانو تکنولوژی را می توان بر اساس موارد زیر تقسیم بندی کرد.
الف) ابزارها (tools)
ب)مواد (materials)
ج)وسایل (devices)
د) مواد و ماشین های هوشمند(intelligent materials and machines)
در زیر توضیحات کوتاهی در مورد هر یک از بخش های اشاره شده در بالا داده شده است:

الف) ابزارها (tools)

ابزارهای نانو تکنولوژی شامل تکنیک های میکروسکوپیک و وسایل است که به استفاده کنندگان اجازه می دهد تا بخش های در مقیاس نانویی را تجسم و اداره کنند. این بخش های نانویی مانند سلولها، باکتریها و ویروس ها هستند .همچنین این وسایل باعث می شوند تا تجمعات مولکولی در دنیای طبیعی بهتر شناسایی گردند. ابزارهای مورد استفاده شامل میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM)، میکروسکوپ تونلی- روبشی (STM)، نرم افزارهای مدل سازی ملکولی و تکنو لوژیهای تولید ویروس می شود.

ب) مواد (Materials)

نانو مواد را می توان به سه گروه تقسیم بندی کرد
- نانو مواد خام (raw nanomaterials)
این بخش شامل نانو ذرات(nanoparticle) و مواد نانو کریستالی(nanocrystalline materials) می شود .این مواد به آسانی تولید می شوند.این نانو مواد می توانند جایگزین مواد بالک با عملکرد ضعیف گردند. نانو مواد خام را می توان به عنوان مواد زیست سازگار (Biocompatible) و یا پوشش های محافظ دارو (drug encapsulation) ، جایگزین های استخوانی(bone replacements)، پروتزها و امپلنت ها استفاده کرد.
- مواد نانو ساختار(nano structured materials)
این مواد که حالتهای پیشرفته ای از نانو مواد خام هستند دارای اشکال و عملکرد خاصی می باشند. مثال هایی از مواد نانو ساختار عبارتند از کوانتوم دات ها (نانو ساختارهایی است که اتم ها را مجبور می کنند در حالتهای انرژی ناپیوسته قرار گیردند. این نانو ساختارها در نشانه گذاری بیولوژیک کاربرد دارند) و دندریمرها(dendrimers) پلیمرهای شاخه دار که برای دارو رسانی، فیلتراسیون و نشانه گذاری شیمیایی کاربرد دارند.)
به دلیل پیچیدگی ایجادی در زمینه ی نانو ساختارها ،محصولات متنوعی ایجاد گشته است که این پیشرفت قبل از توسعه ی کاربردهای آنها اتفاق افتاده است.
- نانوتیوپ ها و فلرن ها(nanotubes and fullerenes)
این مواد اولین مواد شگفت انگیز در نانو تکنولوژی هستند. این مواد فرم های جدید مولکولهای کربنی که استحکام آنها صد برابر فولاد و وزنشان یک ششم فولاد است. این مواد از مس رساناتر هستند و بدون هیچ مشکلی می توان آنها را در کاربردهای پزشکی استفاده کرد. در حالی که تحقیقات در زمینه ی این مواد هنوز در مراحل اولیه ی توسعه هستند . گستره ی وسیعی از نانو تیوپ ها و فلرن ها در کاربردهایی مانند ماهیچه های مصنوعی(muscles artificial) ، سوزن های تزریق برای سلولهای منفرد( needles for individual cells injection) و سیستم های انتقال دارو(drug delivery systems استفاده می شوند.

ج) وسایل (dervices )

دو نوع از وسایل کوچک که با نانو تکنولوژی پیوند خورده است عبارتند از :
- وسایل نانویی(nano dervices)
این وسایل ابزار آلات فنی هستند که ابعادشان در مقیاس نانو است .در حالی که وسایل نانویی به آسانی درآزمایشگاه ساخته می شوند .اما در اکثر مواد راه حل مناسب استفاده از وسایل در مقیاس میکرومتر است و با استفاده از وسایل در مقیاس میکرومتر از بسیاری از مشکلات جلوگیری می گردد به عنوان یک نتیجه احتمال زیادی وجود دارد که وسایل نانویی در کار بردهای آینده استفاده شوند.
- وسایل میکروبی(micro device)
این وسایل شامل سیستم های میکرو الکترو مکانیکی(MEMS)، میکروسیال ها(fluidics micro) و میکرو آرایش ها(microarrays) می شوند. این میکرو تکنولوژی ها کاربردهای پزشکی متنوعی دارند. برای مثال این سیستم ها در سنسورهای بیولوژیک(Bio sensors) و آشکار سازهای مورد استفاده برای شناسایی مقادیر کم باکتری ها، عوامل بیماری زا، اثرات بیماری ها، میکروسیال های لب اون اِ چیپ (Lab –on –a achip) برای آزمون های DNA و سیستم های تزریق مایعات و وسایل دارای سیستم های میکرو الکترو مکانیکی( این وسایل دارای بخش های متحرکی هستند که در وسایل جراحی و قطعات جایگزین قلب کار برد دارد).

د) مواد و وسایل هوشمند

این بخش یکی از بخش های جالب در زمینه ی نانو تکنولوژی است که شامل شکل های تحقیقاتی زیادی است. زمینه های گسترده ای مانند روباتهای کوچک (نانوربات ها(nanorobots) یا نانو بوت ها (nanobots) نامیده می شود وجود دارد. که تصور می شود با آنها بتوان عفونت های بدن و سلولهای ناسالم را بهبود داد. در واقع با تزریق این نانو ربات ها به بدن بافت های آسیب دیده ترمیم می گردند.
پتانسیل های دیگر در زمینه ی کاربردهای این مواد عبارتند از مواد هوشمندی که می توانند تحریکات خارجی را حس کرده و برای وفق گرفته با تغییرات محیطی خواصشان را دگرگون سازند، این ها ماشین های ملکولی هستند که می توانند مواد را اتم به اتم بسازند و مونتاژ کنندگان ملکولی ای هستند که می توانند ماشین های ملکولی تولید کنند. در واقع این مباحث تئوریک است و امروزه هنوز طرحی در این زمینه به مرحله ی تجارتی نرسیده است.

2. 3. نانوداروها

در شکل 1 رده بندی نانو داروها به طور خلاصه بیان شده است. البته علاوه بر بیان این رده بندی در مورد تک تک آنها نیز توضیحاتی بیان می گردد.

برخی از بخش های نانو تکنولوژی هم اکنون در تحقیقات دارویی کاربرد دارد. امروز تنها بخشی کوچک از تحقیقات در زمینه ی نانو داروها در حال انجام می باشد و تنها کمپانی های خاص و برخی از فعالیتهای دولتی است که در زمینه ی نانو داروها در حال انجام می باشد.

3. داروشناسی بیولوژیک(Biopharmaceutics)

3. 1. رسانش دارویی(Drug Delivery)

نانو تکنولوژی گستره ی وسیعی از تکنیک های جدید در زمینه ی رسانش دارویی را مهیا کرده است. مزیت این روش ها بهینه سازی رسانش دارویی است.
برای اینکه درمان موثر باشد باید از داروها در طی رسیدن به محل مورد نظر در بدن محافظت گردد. یعنی باید به گونه ای از دارو محافظت گردد تا خواص بیولوژیکی و شیمیایی آن تغییر نکند.
برخی از داروها بسیار سمی هستند و می توانند باعث ایجاد اثرات جانبی ناگواری گردند و اگر این داروها در طی رسانش تجزیه گردند می تواند اثرات درمانی را کاهش دهند. زمان رسانش و چالش های پیش روی آن بسیار متفاوت است. در واقع با توجه به اینکه دارو در کجا جذب گردد( برای مثال روده ی بزرگ (colon) روده کوچک (small intestine)... و بر چه نوع مکانیزم دفاع طبیعی ، باید غلبه گردد ، زمان دارو رسانی و چالش های مربوط به آن تغییر می کند.
سابقاً برای رسیدن یک دارو به محل مورد نظر، نیاز بود تا دارو با یک سرعت معین در بدن آزادگردد تا مؤثر واقع شود. اگر دارو به سرعت آزاد می شد ممکن نبود که به طور کامل جذب گردد و یا این مساله ممکن بود باعث سوزش بخش های دستگاه گوارش مانند معده و روده شود. سیستم رسانش دارو بابد به طور مؤثر بر سرعت جذب، توزیع، متابولیسم و دفع دارو و دیگر مواد در بدن را تنظیم کند. به علاوه سیستم رسانش دارو باید اجازه دهد تا دارو به گیرنده های هدفش بچسبد .و بر روی سیگنال های گیرنده تاثیر گذاشته و پس از آن مانند سایر داروها عمل کرده و باعث بهبود بیماری می گردد.
سیستم های رسانش دارو همچنین دارای محدودیت شدیدی در نوع مواد مورد استفاده و روش های تولید دارد. موارد مورد استفاده در رسانش دارویی باید با بدن سازگار باشند و به آسانی به دارو متصل شوند و قابلیت جذب دوباره ی زیستی (bioresorbable) داشته باشند. تولید باید بگونه ای انتخاب شود که دارو از بین نرود و از لحاظ اقتصادی نیز به صرفه باشد.
نانو تکنولوژی می تواند راه حل های رسانش دارویی جدیدی ارائه کنند که عبارت اند از:
1. 1. 3. دارو رسانی کپسولی (Drug Encapsulation) یکی از گروه های اصلی در سیستم های رسانش دارویی موادی هستند که داروها را در داخل خود حفظ می کند. در واقع این مواد به صورت کپسول درآمده و از داروها در طی عبور از بدن محافظت می کنند. مواد مورد استفاده در دارو رسانی کپسولی شامل لیپوسوم ها(Liposomes) و پلیمرها (مانند پلی آکتید ها – و لاکتید- کو- گلیکولید(Lactide- co – Glycolide) هستند که به عنوان ذرات در مقیاس میکروسکوبیک استفاده می شوند. این مواد به صورت کپسول در دور دارو ایجاد می گردند و همین طور که دارو از میان جداره ی کپسول نفوذ می کند. زمان مناسب برای دارو رسانی ایجاد می گردد . همین طور که دارو ها از داخل کپسول آزاد می گردد مواد کپسولی نیز فرسایش یافته و در بدن از میان می رود.
هنگامی که مواد کپسولی را از نانو ذرات با اندازه ی 100-1 نانومتر ساخته شود( به جای اینکه از مواد با ذرات بزرگتر (میکروذرات) استفاده شود، خواص متفاوتی ایجاد می گردد. در واقع نانو ذرات سطح ویژه ی وسیع تر و اندازه ی تخلخل های کوچکتری دارند. و دارای خواص انحلالی بهتر و خواص ساختاری متفاوتی هستند .این خواص موجب می شود تا پدیده ی نفوذ و خواص فرسایشی کپسول ها بهبود یابد.
علاوه بر لیپوسوم ها و پلیمرها، انواع دیگری از نانوذرات برای سیستم های دارو رسانی کپسولی استفاده می شوند. موادی مانند سیلیس (sid2)، کلسیم فسفات ( هیدورکسی آپاتیت) دارای خواص عالی در مقیاس نانو هستند. که این خواص بسیار بهتر از خواص آنها در مقیاس میکرو می باشد. این مواد به صورت بالقوه برای سیستم های دارو رسانی بیان شده در بالا مناسب تر هستند.Advectus Life Science در حال توسعه ی یک سیستم رسانش دارو بر پایه ی نانو ذرات است. این سازمان قصد دارد از این سیستم برای درمان تومورهای مغزی بهره گیرد .در این سیستم داروی ضد تومور دوکسروبیسین
(doxorubicin) به نانوذرات پلی بوتیل سیانواکریلات (poly Butyl Cyano Acrybte) می چسبند و با پلی سوربات 80(polysorbate) پوشش دهی می گردد. داروی حاصله به صورت وریدی به فرد مبتلا تزریق می گردد. و بوسیله ی جریان خون گردش می کند. پلی سوربات 80 آپولی پروتئین های پلاسمان خون (apoliporoteins) را جذب کرده که بوسیله ی جریان خون چربیها انتقال می یابند. این ماده باعث می شود. تا یک اثر استتاری شبیه کلسترولLDL ایجاد می کند. که اجازه می دهد دارو از میان موانع دفاعی (blood – brain barrier) عبور کند.
2. 1. 3 حامل های دارویی فانگشنال (functional Drug Carriers)گروه دیگری از سیستم های رسانش دارو که نانو تکنولوژی ارائه کرده است در زمینه ی نانو مواد است که داروها را به مکان های مقصد شان حمل می کنند.این سیستم ها دارای خواص مفیدی می باشند .نانوساختار های معینی را می توان تحت کنترل قرار داد و آنها را به داروها ، ملکول های هدف (targeting molecule) و یا یک عامل تصویربرداری(Imaging agent) متصل کرد . سپس این نانو ساختارها جذب سلولهای خاص می گردند و در زمانی که نیاز باشد وظیفه ی خود را انجام می دهند. به خاطر اندازه ی نانویی ، نانو ساختارها قابلیت ورود به سلولها را دارند زیرا موادی می توانند به راحتی وارد سلولها شوند که اندازه ی آنها زیر صد نانومتر باشند. برخی از نانو ساختارهایی که برای این منظور استفاده می شوند عبارتند از:
فلرن ها(fullerenes)
دندریمرها(dendrimers)
نانوشل ها(nanoshells)
فلرن ها (باکی بال ها) کره های تو خالی طبیعی هستند که یک نانومتر قطر دارند و از بیش از شصت اتم کربن ساخته شده اند .فلرن ها یک پلت فورم رسانش دارویی بسیار عالی ایجاد می کند. در واقع فلرن ها به خاطر داشتن ساختار تو خالی بسیار مورد توجه هستند که عامل دارویی می تواند به این فلرن ها متصل گردد. و با آن حرکت کند.
c-sixty در حال توسعه ی یک پلت فورم رسانش دارویی بر پایه ی فلرن هاست که در این سیستم فلرن ها را به آنتی بادی ها و دیگر عوامل هدف متصل می کنند .تعدادی از سیستم های رسانش دارویی که بوسیله ی c-sixty ساخته شده اند. عبارت اند از: ساختارهای شیمی درمانی نشانه دار با فلرن (decorated chemotherafeutic constructs fullerone)،رادیو داروهای فلرنی(fullercne – radiopharmaceuticals)، و سیستم های لیپوسوم بر پایه ی فلرن ها (fullerene – based liposome system)
این سیستم های رسانش دارویی باکی سام(Buckysomes) نامیده می شوند .در این روش ها یا از یک تک دارو و یا از ترکیب چند دارو استفاده می شود. C- sixty چند داروی بر پایه ی تکنولوژی پلت فورم فلرن ها در زمینه ی درمان سرطان(cancer) ، ایدز(HIV/AIDS) و اختلالات عصبی(neuro – degenerative disorders) ساخته است.
نانو داروی دیگری که به عنوان داربست های رسانش دارویی استفاده می شود، دندریمرها هستند. این نانوماده یک ملکول پلیمری است که توسط دان تومالیا(Don Tomalia ) از Dendritic Nanotechnologies کشف شد. محققانی مانند جیمز بیکر(games Backer) از دانشگاه میشیگان در حال استفاده از دندیمر ها هستند.آنها از این مواد، مواد ژنتیکی مورد استفاده در روش های درمانی داخل سلولی برای تخریب تومرهای سرطانی( بدون واکنش های تدافعی) می سازند. به خاطر اندازه ی کوچک دندیمرها و ساختار های شاخه دار آنها واکنش تدافعی در بدن اتفاق نمی افتد.دندریمرها را می توان بگونه ای ساخت که ترکیبات متصل شده به آنها در اثر برخورد با یک ملکول و یا یک واکنش شیمیایی خاص آزاد گردند.
یک کره ی توخالی که به آن نانوشل می گویند بوسیله ی Nanospectra ساخته شده است. از این شل برای دارو رسانی می توان استفاده کرد. این نانوشل از یک لایه ی خارجی از جنس طلا تشکیل شده است که لایه های داخلی آن بوسیله ی سیلیکار(sio2 ) و دارو پوشانده می شوند. نانوشل های را می توان برای جذب انرژی و تبدیل آن به گروه استفاده نمود. به عنوان یک نتیجه باید گفت هنگامی که نانوشل ها درکنار یک ناحیه ی هدف مانند سلول تومری قرار می گیرد و به آن ناحیه نور مادون قرمز بتابد، نانوشل می تواند آنتی بادی های خاص آن تومر را آزاد کند.

2. 3. کشف دارو( Drug discovery)

تکنولوژی های نانو و میکرو یکی از آخرین راه حل ها برای کاهش زمان توسعه ی داروهای جدید است .این تکنولوژی ها پتانسیل کاهش قیمت تحقیقات و توسعه ی داروها را نیز دارند.
روش آزمون و خطاکه برای کشف داروها از آن بهره گرفته می شود حداقل ده سال طول می کشد. این زمان شامل مراحل تحقیقات و رسیدن دارو به مراکز فروش است. که گاهاً این زمان به بیش از ده سال نیز می رسد. در سال های اخیر، تعدادی تکنولوژی تکمیلی و جدید و توسعه یافته است که بطور قابل ملاحظه ای روش تولید دارو را فشرده می کند. نظم عملیاتی بالا ، برچسب زنی بسیار حساس (sensitived labeling) و تکنولوژی های آشکار سازی برای افزایش سرعت و دقت شناسایی ژن ها و مواد ژنتیکی استفاده می گردد که نتیجه ی آن کاهش پروسه ی کشف و توسعه ی دارویی می شود. تکنولوژی نانو و میکرو به همراهی راه حل های فناوری اطلاعات مثل شیمی ترکیبات(combinatorial) ، بیولوژی محاسباتی (computional biology) ، ساخت داروها با کمک کامپیوتر ، اطلاعات مینرالی و ابزارهای پردازش داده باعث شناسایی و حل بهتر چالش های مرتبط با کشف دارو شده و توانسته تنگناهای بحرانی در ساخت و کشف داروها را کاهش دهد. به علاوه به خاطر مزایای فناوری اطلاعات تعداد داروهای مورد آزمایش در 10سال گذشته رشد زیادی داشته و از 500.000 ترکیب دارویی به یک و نیم میلیارد رسیده است.
ادامه دارد ......منبع انگلیسی: Nanomedicine Toxon omy/ Neil Gorden & uri Sagman Canadian Alliance

نانو تکنولوژی در پزشکی (2)

نانو تکنولوژی در پزشکی (2)

4) مواد با قابلیت استفاده در بدن (Implantable materials)

1 .4 . جایگزینی و اصلاح بافت(Tissue Repair and Replacement)

نانوتکنولوژی نسل جدیدی از مواد زیست سازگارپذیر را ارائه کرده است. این نانو مواد برای ترمیم و جایگزینی بافت های بدن استفاده می شوند.
بعضی مواقع این نیاز وجود دارد که بافت های آسیب دیده و بیمار بدن با مواد مصنوعی جایگزین و یا ترمیم گردد. در حالی که اگر اکثر انواع بافت های بدن با فعل و انفعالات سلولهای مولّد (Stem cels) که حاصل تغییر مقدار مواد شیمیایی است، ترمیم می شوند، ولی راه های ترمیم بافت های مختلف متفاوت است.
بافت های سخت مانند دندان ها و استخوان ها به گونه ای التیام می یابند که اثری از خود بر جای نمی گذارند و بافت بگونه ای دوباره ساخته می شود که نمی توان آن را با حالتی که بافت سالم بوده، تشخیص داد.
به هر حال در مواردی که از مواد مصنوعی (استخوان یا مواد دندانی) بهره گرفته می شود امکان پس زدن دفاعی ماده، خوردگی بوسیله مایعات بدن و عدم چسبندگی طولانی به استخوان میزبان وجود دارد.
این مسأله می تواند موجب افزوده شدن دفعات عمل جراحی یا کاهش امپلنت گردد. در بسیاری موارد، در محل های اتصال بین امپلنت و بافت های دیگر، شکستگی رخ دهد که ممکن است این مسأله بخاطر ضعیف شدن پیوند مواد مصنوعی امپلنت و مواد طبیعی بدن، اتفاق افتد. برای برطرف شدن این معضل امپلنت ها را معمولاً با مواد زیست سازگار پوشش می دهند تا خواص چسبندگیشان را افزایش دهند و نسبت سطح به حجم بیشتری ایجاد کنند. نسبت سطح به حجم بالاتر موجب می شود تا ناحیه ی تماس افزایش یافته و پیوند پایدارتری حاصل گردد.
در دیگر انواع بافتها که بافت هایی بسیار نرم(مانند غشاء و مواد داخل سلولی) که در آنها عمل سوخت و ساز انجام می شود، جایگزینی بافت هنگامی که سلولها زنده به یک داربست مصنوعی غربال مانند پیوند زده می شود، بهتر انجام می شود.
داربست های مصنوعی با لیگاندهای علامت دهنده (signall ligands) یا تکه های DNA آمیخته می شوند و این مسئله باعث ایجاد واکنش های سلولی خاص گشته و سنسورهای ملکولی را برای پذیرش بازخورد(Feed back) محیطی آماده می کند.
این داربست های مصنوعی نوعاً ساختارهایی موقت بوده و هنگامی که بافت جدید ایجاد گردد، جذب می گردد. مواد مورد استفاده در ساخت داربست های مصنوعی باید به صورت اشکال مناسب و ساختار سه بعدی ساخته شدند و خواص سطح مطلوبی داشته باشند تا در هنگام رشد بافتی جایگاه های رشد به درستی ایجاد گردند و رشد انواع سلولهای مختلف به خوبی صورت گیرد.
نانوتکنولوژی راه حل های جدیدی ارائه می کند تا بواسطه آنها ترمیم بافتی و جایگزینی بافتی به خوبی انجام شود.
1. 1. 4 پوشش های امپلنت هانانوتکنولوژی ابداع کننده نانو مواد و پوشش های زیست سازگار جدیدی است که مساحت سطح(area surface) بالایی دارند. این مساحت سطح بالا موجب افزایش چسبندگی، دوام و طول عمر امپلنت ها می گردد.
مواد سرامیکی مانند کلسیم فسفات(هیدروکسی آپاتیت (HAP)) برای تولید پوشش های امپلنتی استفاده می شوند. که برای پوشش دهی آنها به جای ذرات میکرونی از نانو ذرات استفاده می شود.
به علاوه برای بهبود خواص چسبندگی و مساحت سطح بالاتر پوشش نانوذره ای، تکنیک های پوشش دهی نیز بهبود یافته اند. اگرچه روش های دما بالا مانند اسپری پلاسمایی(plasma spray) می تواند ذرات سرامیک را ذوب کرده و مساحت سطح و خواص چسبندگی آنها را کاهش دهد. ولی روش های دما پایین جدید که با میلان های الکترو مغناطیس عمل می کنند، می توانند خواص نانو مواد را حفظ کنند. حفظ خواص نانو مواد باعث می گردد که سطح تماس میان امپلنت ها با سطح استخوان به ماکزیمم حالت خود برسد و پتانسیل رشد استخوان میزبان در امپلنت بهبود یابد.
انواع جدید نانو مواد برای استفاده شدن به عنوان پوشش های امپلنتی مورد ارزیابی قرار گرفته اند و خواص سطحی آنها سنجیده شده است. برای مثال نانوپلیمرهایی مانند پلی وینیل الکل (alcohol polyvinyl) می توانند به عنوان پوشش امپلنت هایی که در تماس با خون هستند(مانند قلب مصنوعی و پیوند رگ ها و سوند مثانه(catheters)) استفاده می شوند. این پوشش ها موجب پراکندگی لخته های خونی می شوند و از ایجاد آنها جلوگیری می کنند.
2. 1. 4. داربست های بازسازی بافت ها(Tissue Regeneration Scaffolds)نانوساختارها برای ساخت و بهبود داربست های بازسازی بافت ها مورد تحقیق قرار گرفته است. زمینه های تحقیقاتی شامل قابلیت توسعه ی پلیمرهای حساس ملکولی است که از خواص نوری نانو ذرات به عنوان سیستم کنترلی استفاده می کنند. این پلیمرها از نانو ساختارهای هیبریدی(hybrid nanostructures) برای تنظیم سختی و استحکام داربست خود استفاده می کنند. همچنین از نانوتکنولوژی برای ایجاد تغییرات ملکولی استفاده می کنند که این تغییرات باعث ماکزیمم شدن زیست سازگاری طولانی مدت(longterm vibitity) و عملکرد سلول های قرار گرفته بر روی سطح داربست می گردد.
برای رسیدن به هدف بزرگ رشد ارگان های پیچیده و بزرگ، نانو مواد و تکنیک های تولید متنوعی مورد جستجو قرار گرفته است. این روش ها و مواد برای داربست های بازتولید بافت ها استفاده می شوند که موجب مهیا شدن ابزار آلات ساختاری و اطلاعات در زمینه ی کاشت سلولی شده است. برخی از مواد عبارت اند از
1) پلیمرهای با اندازه ی نانویی (nanoscale polymer) مانند پلی وینیل الکل(DVA) که به صورت دریچه های قلب قالب گیری می شوند و با سلولهای اندوتلیال (endothelial) و سلولهای فیبروبلست(fibroblest) کشت سلولی می شوند.
2) پلی وینیل الکل همچنین برای قرنیه نیز استفاده می شود. که برای تولید آن سلولهای اپتیلیا(cells epitehelia) در یک ساختار هیدروژل پلی وینیل الکل کشت می گردد. این ماده ی پلیمری می تواند بیش از 20درصد وزنی آب جذب کند و همچنان ساختار سه بعدی خود را حفظ کند.
3) یک گوی پلی گلیکولی با سلولهای ماهیچه ای و سلولهای اندوتلیال مشابه مورد آزمایش قرار گرفته است.
4) نانوکامیوزیت های پلیمری برای داربست های استخوانی مورد تحقیق قرار گرفته اند.
پیش بینی می شود که این محصولات تا 5-10 سال دیگر به صورت تجاری در می آیند. چالش های علمی در مورد این مواد بیشتر در زمینه ی دانستن بهتر بیولوژی سلولی/ ملکولی و روش های تولید داربست های سه بعدی بزرگ است که برای بهره گیری از این مواد باید از این موانع عبور کنیم.
نانوساختارها نیز برای مطالعه ی خواص بنیادی بافت های امپلنت شده استفاده می شوند. در زمینه ی محیط های آنالیز، نانوساختارها به عنوان ردیاب های سلولهای امپلنت شده و پاسخ بافت امپلنت شده ی میزبان استفاده می شوند.

2. 4. مواد ساختاری کاشتنی (Structural Implant Materials)

نانوتکنولوژی نسل جدیدی از مواد زیست سازگار را تولید کرده است که می توان آنها را به عنوان امپلنت ها یا ساختارهای موقت زیست جذب شونده (temporary biosorbable structures) استفاده کرد.
استخوان یک ماده ی بسیار محکم است که علاوه بر اینکه یک ماده ی ساختاری است دارای تخلخل های ممتدی است که مایعات بدن از آنها عبور می کنند. همچنین استخوان ها اجازه ی واکنش های بین بافت های سخت و نرم را می دهند. استخوان ها در هنگامی که بشکنند، اختلال داشته باشند، همچنین در کاربردهای دندانی و انواع دیگر جراحی ها نیازمند جایگزینی و یا ترمیم دارند. مواد طبیعی برای جایگزینی با استخوان ها استفاده می شوند. این مواد طبیعی شامل موارد زیر می شوند.
1) جایگزینی یک قطعه دیگر از بدن به جای استخوان آسیب دیده فرد مثلاً جایگزینی بخشی از لگن خاصره به جای یک قسمت آسیب دیده
2) جایگزینی استخوان آسیب دیده فرد با همان استخوان که از یک فرد اهدا شده است.
3) مواد جایگزین بدست آمده از بدن گاو(bovine materials)
4) قطعات مرجانی (coral blocks)
مواد طبیعی پس از گذشت یک زمان کوتاه ترد می شوند و در طی گندزدایی، استحکام مکانیکی خود را از دست می دهند. این مواد همچنین می توانند در ناحیه ی جراحی ایجاد التهاب و درد کنند و پتانسیل انتقال بیماری ها را نیز دارند.
منافذ استخوانی را نیز می توان با سیمان مصنوعی استخوانی پر کرد. سیمان های استخوانی که امروزه استفاده می شوند، دارای مقادیری پلی متیل متااکریلات(polymethylmethacrybte) هستند که این ماده به عنوان پرکننده عمل می کنند. این سیمان ها به صورت یک خمیر روان تهیه می شوند و ابتدا به محل تزریق گشته و سپس در محیط سخت می گردد. در حالی که سیمان پلی متیل متااکریلات خواص مکانیکی و خواص پیوندی مناسبی ارائه می کند ولی این نوع سیمان ها عموماً برای استخوان هایی استفاده می شوند که وزن زیادی تحمل نمی کنند.
1. 2. 4. ترمیم استخوانی (bone Repair)نانوتکنولوژی گروه متنوعی از نانو مواد زیست سازگار با مساحت سطح بالا ارائه کرده است که این مواد را می توان به عنوان ترمیم استخوانی و پرکننده های شکاف ها استفاده کرد.
مواد نانوسرامیکی با استحکام بالا مانند کلسیم فسفات آپاتیت(CPA) و هیدروکسی آپاتیت(HAP) بوسیله ی خمیر نانوذرات تولید می شوند. این خمیر متشکل از نانوذرات، به راحتی قالب گیری گشته و جریان می یابند. با تهیه ی قالب مناسب می توان استخوان مصنوعی از این مواد تهیه کرد و این استخوان مصنوعی را با استخوان های آسیب دیده جایگزین کرد. به خاطر اینکه استخوان های طبیعی تقریباً 70 درصد وزنی کلسیم فسفات آپاتیت (CPA) دارند. (که این مواد دارای هیدروکسی آپاتیت هستند)، زیست سازگاری به حد ماکزیمم رسیده و اثرات جانبی این استخوانهای مصنوعی حداقل است.
به خاطر دانسیته ی سطحی مناسب و ساختار کریستالی سه بعدی مستحکم که این مواد به پلی متیل متااکریلات می دهند، نانوسرامیک ها ممکن است برای استخوان های بارکش و غیربارکش مناسب باشند. نانوسرامیک هایی مانند کلسیم فسفات آپاتیت دارای ساختار نانوکریستالی اند که اندازه دانه های آنها می تواند به زیر 50نانومتر برسد. این نانوکریستال ها می توانند به صورت محکم به هم متصل شوند و یک ساختار سخت مناسب برای کاربردهای استخوانی ایجاد کند.
سیمان های مخصوص استخوان به گونه ای طراحی شده اند که در محیط های آبکی (مایعات بدن) نیز سخت می شوند. این نوع سیمان را در دانشگاه جنوب کالیفرنیا توسعه یافتند.
2. 2. 4. مواد با قابلیت زیست تخریب پذیری (Biores orbale Materials)نانوتکنولوژی پیشرفت هایی در زمینه ی مواد زیست تخریب پذیر ایجاد کرده است. امروزه پلیمرهای با قابلیت جذب ثانویه در کاربردهای پزشکی استفاده می شوند. مانند دستگاه های تثبیت ارتوپدی و بخیه زنی با روش های نوین تولید، نانوساختارهایی ساخته شده اند که توانایی استفاده شدن به عنوان امپلنت های موقت را دارند. امپلنت های زیست تخریب شونده به صورت خود به خود جذب گشته و دیگر نیاز نیست که با انجام یک عمل جراحی ثانویه امپلنت بیرون آورده شود. در کاربردهایی که از امپلنت های نانوساختار زیست تخریب پذیر استفاده می شود، امپلنت به طوری ساخته می شود که با یک سرعت معین جذب گردد و نیز به آهستگی به استخوان ترمیم شده که امپلنت وظیفه حفاظت از آن را دارد، انتقال می یابد.
همچنین تحقیقی بر روی غشاء های توری مانند ساخته شده از نانوالیاف انجام شده است. این غشاء های توری مانند که حالت انعطاف پذیر دارند را می توان در عمل جراحی قلب باز بر روی بافت های قلب قرار داد. این توری را می توان به آنتی بیوتیک ها، مسکن ها و یا داروها آغشته کرد و مستقیماً بر روی بافت های داخلی قلب قرار داد. نانومواد با گذشت زمان جذب می گردند. استفاده از این مواد مشکلات موادی که هم اکنون استفاده می گردند را ندارد. از این رو پیچیدگی جراحی کم می شود.
3. 2. 4. مواد هوشمند(smart Materials)مواد هوشمند گروهی از نانومواد هستند که به تغییرات محیطی پاسخ می دهند. (این تغییرات محیطی عبارتند ازPH، دما و ...)
یک تغییر محیطی می تواند اثر فیزیکی یا شیمیایی را به راه بیندازد. ایده ی این کار از مکانیزم های داخل بدن تقلید شده است. برای مثال کاربردهای این مواد می تواند شامل موارد زیر باشند:
1) پلیمرهای هوشمند با داشتن خواص انعطاف پذیری و استحکام مکانیکی می تواند قابلیت استفاده شدن در ماهیچه های مصنوعی را داشته باشد.
2) هیدروژن هایی که با توجه به وضعیت بدن حل می شوند که این مسأله باعث می شود تا داروسازی موثرتری صورت گیرد.
هنگامی که مواد هوشمند را به ساختار اضافه کنیم، این مواد پتانسیل احساس کردن اختلالات را دارند. و یا می توانند واکنش های فیزیکی یا شیمیایی را با اعمال نیرو بر سیستم های محرک (acturators)، سنسورهای پیزوالکتریک(Piezo sensors) و فلزات حافظه دار (shap memory metals) به راه بیاندازند.
ادامه دارد .......منبع انگلیسی: Nanomedicine Toxon omy/ Neil Gorden & uri Sagman Canadian Alliance

نانو تکنولوژی در پزشکی (3)

نانو تکنولوژی در پزشکی (3)

5. وسایل کاشتنی(Implantable Devices)

1. 5. وسایل تشخیصی و درمانی(Assessmentand Treatment)

نانوتکنولوژی، تکنولوژی های شناسایی ارائه می کند که دارای دقت بیشتری هستند و اطلاعات دارویی برای تشخیص بیماری ها را در اختیار ما گذاشته و همچنین زمان تشخیص را نیز کاهش می دهند. این دستگاه ها ضمناً دارای این قابلیت هستند که در صورت نیاز درمان را نیز به طور اتوماتیک انجام دهند.
تشخیص های پزشکی نیازمند تخصص پزشکی وآزمایشات تشخیص و ساخت دارویی ، مجهز است . این فرآیند ممکن است ساعت ها ، روزها یا هفته ها طول بکشد.
برخی از اطلاعات پزشکی به زمان حساس هستند مثلاً در مواقعی که پیوند عضو صورت گرفته باشد و جریان خون به آسانی به بافت مورد جراحی نرسد، زمان بسیار حساس است. و در صورت اینکه اقدامات مورد نیاز دیر انجام شود ممکن است آسیب های جبران ناپذیری به بدن وارد گردد. برخی از آزمایشات خاص پزشکی مانند بررسی بافت(biopsies) به شخص انجام دهنده بستگی دارد و می تواند به ما اطلاعات ناقص و یا غلط بدهد. هنگامی که یک نتیجه اشتباه باشد باعث می گردد سوزن درمان در محل مناسب (محل وجود تومور) قرار نگیرد. (مثلا در بافت سالم قرارگیرد.) و سرطان درمان نمی گردد و این مساله باعث می گردد که طول عمر شخص بیمار کاهش یابد. برخی آزمایشات مانند تعیین میزان قند خون افراد دیابتی به گونه ای است که خود فرد بیمار باید تست را انجام دهد(زیرا این تست باید زود به زود انجام شود تا میزان قند خون فرد در یک حد نرمال باشد.) بیماران خاصی مانند کودکان و افراد سالمند ممکن است قادر به انجام درست آزمایش نباشد و یا ممکن است انجام آزمایش برایشان زمان بر و یا دردناک باشد.
احتمال بیمار شدن افرادی که در محیط کارشان در معرض تابش پرتو و یا مواد شیمیایی خطرناک هستند، بیشتر است.(مانند افرادی که در سایت های هسته ای مشغول به کارند) برای این افراد، عمدتاً آزمایشات گاه و بی گاه انجام می شود، اما ممکن است که بیماری هایی که در مراحل اولیه اند را شناسایی نکنند. شناسایی بیماری در مراحل اولیه باعث می گردد که شانس درمان بالاتر باشد و بتوان با دور کردن کارگر از محیط خطرناک از آسیب ها ی بیشتر جلوگیری کرد.
نانو تکنولوژی می تواند تکنولوژی های تشخیص جدیدی ارائه کند که این تکنولوژی های تشخیصی بوسیله ی کاشت امپلنت های قابل فرسایش در بدن کار می کنند. و می تواند اطلاعات دارویی دقیق و مداومی به ما بدهد. ریز پردازنده های متمم و وسایل کوچک هنگامی که با هم همکاری می کنند می توانند باعث درمان بیماری ها شوند. در این شرایط انتقال داده ها و درمان به صورت خودکار انجام می شود. مثال هایی از این کاربردها در زیر آورده شده است:
1. 1. 5. سنسورهای کاشتنی(Implantable sensors)سنسورهای بسیارکوچک ( در ابعاد میکرو و نانو) می توانند استفاده های وسیعی در زمینه های تکنولوژی های موثر شناسایی مواد شیمیایی هدف و خواص فیزیکی داشته باشند. محققین در A& m تگزاس و ایالت پن آمریکا از مهره های پلی اتیلن گلیکولی(polyethylenglycol beads) که با ملکولهای فلئورسنت پوشش داده شده اند برای بررسی میزان قند خون افراد دیابتی استفاده می کنند. این مهره ها در زیر پوست تزریق می شوند و در مایع درون شبکه ای (Interstitial fluid) باقی می ماند. وقتی گلوکز مایع بین بافتی به حد خطرناکی پایین آید، سنسورهای گلوکز ، ملکولهای فلئورسنت را تحریک کرده و این ملکول ها شروع به درخشش می کنند. این درخشش باعث می شود تا فرد مطلع شود که قند خونش در یک حالت بحرانی است. تحقیق دیگری نیز بوسیله ی محققین دانشگاه میشیگان در حال انجام است که در آن از دندریمرهای متصل به برچسب های فلئورسنت برای شناسایی تغییرات سرطانی شدن و بدخیم شدن سلولها استفاده می شود. دندریمرها از طریق پوست بدن جذب گشته و به خاطر اندازه ی بسیار کوچکشان به آسانی از بین غشاء سلولهای سفید خون عبور کرده و علامت های اولیه ی تغییرات بیولوژیک حاصل از تابش پرتو و یا عفونت را آشکار می کند.
تابش پرتو باعث تغییر جریان یون های کلسیم در داخل سلولهای سفید خون می گردد و سرانجام باعث به راه افتادن آپاتوس( apatosis) یا مرگ سلولی برنامه ریزی شده(celldeath(PCD)programed به خاطر تابش پرتو یا عفونت می شود. چسب فلئورسنت متصل به دندریمرها در حضور سلولهای مرده شروع به درخشیدن می کنند. و با یک لیزر قابل شناسایی است.کاربرد مشابه این تکنولوژی بوسیله ی ناسا برای شناسایی میزان تشعشعات استفاده می شود.
میکرو چیپ های سنسوری نیز برای تحت نظر داشتن مداوم پارامترهای کلیدی بدن مانند نبض، دما و میزان گلوکز خون استفاده می شوند یک تراشه را می توان در زیر پوست کاشت. این تراشه یک سیگنال از خود به بیرون می فرستد که به طور مداوم می توان آن را ثبت کرد.
کاربرد دیگر این وسایل استفاده از میکروسنسورهای نوری است که این امپلنت ها در عمق پوست (بافت های عمیق)کاشته می شود و می توانند وضعیت بافت(گردش خون) پس از جراحی را گزارش دهد. و در صورتی که عمل با موفقیت انجام نشده باشد، جریان خون ناکافی است که این مسئله با سیستم های پردازش داده ای قرارداده شده در نزدیک بدن مشخص می گردند.
نوع دیگر سنسورهای، سنسورهای کاشتنی است که در سیستم های میکرو الکترو مکانیکی (MEMS) استفاده می شوند این سنسورها برای نظارت و درمان اندام های فلج شده کاربرد دارند. سنسورهای مورد استفاده در سیستم های میکرو الکترومکانیکی کاشتنی می توانند کرنش ، شتاب و پارامترهای خوب و بد را اندازه گیری کنند.
2. 1. 5. وسایل پزشکی کاشتنی(Implantable Medical Devices)سنسورهای کاشتنی همچنین می توانند با یک مجموعه از وسایل پزشکی کار کنند که این مجموعه ها در صورت نیاز می توانند به صورت اتوماتیک درمان را نیز انجام دهند. دستگاه های تزریق کاشتنی بسیار کوچک می توانند داروها را بر طبق نیاز در بدن پخش کنند. که این دستگاه ها شامل سیستم های میکروسیال (micro fluific Systems)، پمپ های بسیار کوچک(miniature pumps) و مخازن (reservoirs) هستند. کاربردهای اصلی این وسایل ممکن است در شیمی درمانی هدف گیری مستقیم تومورها در مورد(colon) باشد .که مزیت این روش در این است که دارو رسانی به صورت برنامه ریزی شده است. و حتی در هنگام خواب نیز پروسه ادامه دارد.
کاربردهایی از این دستگاه ها در درمان ایدز و لوپوس(Lupus) در دست بررسی است. سنسورهای قابل کاشت که بر سطح فعالیت قلب نظارت می کند نیز می تواند به همراه یک دی فریبو لاتور کار کند و ضربان قلب را تنظیم کنند. این وسایل با ریز پردازنده هایی همراه هستند که الکتریسته را به آنها تحویل می دهد. در واقع این وسایل ریتم قلب را منظم می کنند و در صورت بالا و پایین رفتن آن، با اعمال تاثیر بر قلب، ریتم را به حالت عادی برمی گردانند.
وسایل دارای سیستم میکرو الکترومکانیکی کاشتنی نیز بر روی پروتزها ( اعضای مصنوعی) قرار داده می شوند تا حرکات و استقامت طبیعی عضوتقلید گردد. یک پای مصنوعی طراحی شده است که می توانند نیروی اعمالی به پا، زاویه ی زانو و حرکات را بیش را از 50 بار در ثانیه اندازه گیری کنند.سنسورهای این پا به همراه یک قسمت کنترل شونده ی الکتریکی متصل است که پایداری شخص را بهبود می دهد.
وسایل پزشکی کاشتنی که قطر آنها از یک میلی متر ممکن است به طور نامطلوبی بر فعالیت بافت های اطراف تاثیر گذارند. وسایل کاشتنی کوچکتر تاثیرات ناخود آگاه کمتری بر بافت های اطراف دارند. بنابراین مواد نانوسایز و سیستم های میکرونی با احتمال قوی جایگزین سیستم های بزرگ تر می شوند.
برانگیختن الکتریکی(Functional E lectrical Stimulation (FES) یک روش درمانی است که در آن افراد دارای عضو فلج شده درمان می شوند . در این روش نواحی بی حس فرد بیمار بوسیله ی الکترودهای کاشتنی(Implanted electrod) تحریک گشته که این تحریک از نوع الکتریکی است. محققین در دانشگاه آلبورگ دانمارک(Aalborg university in Denmark) در حال به کار گرفتن نانوساختارها برای سطوح این الکترودها هستند. تا خواص زیست سازگاری و پذیرندگی(acceptana) نورن ماهیچه ای (neural/ muscle) بافت ها را بهبود دهند. هنگامی که یک نانوساختار در داخل یک غشاء سلولی قرار می گیرد با اعمال یک جریان الکتریکی، فعل و انفعال میان نورن ها و سلولهای ماهیچه ای انجام می شود که سبب بهبود وضعیت بیمار می گردد.
محققین در آلبورک همچنین از نانو ساختارها برای بازگردانی احساس به ماهیچه هایی که عصب خود را از دست داده اند، استفاده کرده اند. این از دست رفتن عصب ماهیچه ای بخاطر آسیب های ایجادی در مغز نخاع ایجاد گشته اند.این آسیب ها می توانند نتیجه ای از صدمه های حاصل از عمل جراحی ، ضربات وارده به نخاع، پیچش ستوان فقرات، آسیب های شبکه ی عصبی بازوها و میوپاتیزهای ثانویه(myopathes peripheral) مانند فلج اطفال(polio) باشند که در این وضعیت ها سلولهای عصبی کنترل کننده ی ماهیچه ، تخریب شده اند.
غشاء های رشته ای ماهیچه ها بوسیله ی نانوساختار ها تولید می شوند که پتانسیل تراوایی رشته های ماهیچه ای تغییر می کند و برانگیختگی الکتریکی خارج سلولی بهبود می یابد.

5. 2. کمک های حسی(Sensory Aids)

نانو و تکنولوژی های میکرومتری وابسته به آن برای توسعه ی نسل جدید وسایل کوچکتر و نیرومندتر استفاده می شود. تولید این وسایل باعث ترمیم مشکلات شنوایی و بینایی گشته است .این وسایل داده ها را به صورت سیگنال های الکتریکی دقیق جمع آوری و انتقال می دهد که این داده ها مستقیما به سیستم عصبی انسان تحویل داده می شوند.
بیماری های پیشرفت کننده ی شبکیه ی چشم مانند کورنگی(retinitis pigmentosa) یا کاهش دید به دلیل پیری ، باعث کاهش دید در شب می شوند و می توانند باعث کوری فرد شوند. دلیل اینکه این بیماری ها باعث می شوند تا فرد مبتلا کور شود این است که ریسپتورهاینوری(photoreceptors) ( سلولهای حساس به نور) از بین می روند.
در مواری که ارتباط بین مغز و چشم صدمه ندیده باشد اما فعالیت ریسپتورهای نوری مختل شده باشد، فقدان این ریسپتورهای نوری را پل زدن و یا ایجاد انشعاب فرعی جبران کرد.
در واقع در این روش میان سلولهای سالم عمل پل زنی اتفاق می افتد که در این حالت یک منبع تولید سیگنال ایجاد می گردد . که داده هایش را به مغز می فرستند و باعث ایجاد ادراک بصری می گردد و بنابراین در شخص مورد درمان قرار گرفته بخشی از بینایی اولیه برمی گردد.
در بیماران دارای مشکلات شنوایی حاد، معمولاً حس گر حلزون گوش یا بد عمل می کند و یا اصلاً وجود ندارند و در گوش نرمال، انرژی صدا به انرژی مکانیکی تبدیل می شود( این تبدیل انرژی درگوش میانی صورت می گیرد) انرژی مکانیکی تولیدی سپس در حلزون گوش به صورت حرکت مکانیکی مایع در می آید. در داخل حلزون گوش، سلول های حس گر داخلی و خارجی گوش که سلولهایی بسیار حساس هستند، حرکت مکانیکی مایع را به صورت پالس های الکتریکی به عصب شنوایی می رساند. امپلنت های حلزونی شامل یک مدار الکتریکی می شوند که با عمل جراحی انجام شده بر روی بیمار آن را به داخل جمجمه و بر روی استخوان گیجگاه قرار می دهند. این مدار به یک مجموعه از سیم های ریز متصل است که این سیم ها به حلزون گوش متصل می گردند. در انتهای این سیم ها معمولاً 8 تا 24 الکترود وجود دارد که وقتی تحریک می شوند، آن را حس می کنند. سایر اعضای این وسیله ی شنوایی به صورت بیرونی بوده که این اجزا شامل یک میکروفن ، یک پردازنده ی اصوات(Speech processor) و کابل های ارتباطی می شوند. امپلنت های حلزونی امروزی دارای عیوبی هستند که برای نصب این امپلنت ها نیاز به یک عمل حراحی بزرگ است و انجام این عمل هر گونه شنوایی طبیعی را از بین می برد. به خاطر اندازه ی بزرگ، این امپلنت ها اغلب در یک آن چند رشته ی عصبی را ترک می کنند. این مسئله باعث می شود تا اسفتاده کننده از این امپلنت ها صداهای مبهم بشنوند مخصوصاً در مواقعی که در حال گوش دادن به صداهای پیچیده مانند آهنگ هستند. میکرو تکنولوژی و سرانجام نانوتکنولوژی در تولید نسل جدید وسایل کاشتنی استفاده شده است که نتیجه ی آن بهبود فقدان حس در زمینه های زیر شده است:
1. 2. 5. امپلنت ها ی شبکیه ی چشم(retina Implants) امپلنت های شبکیه ی چشم با تحریک الکتریکی سلولهای عصبی شبکیه ، باعث بازگشت دید می شوند. تحقیقی در زمینه ی ساخت یک شبکیه ی مصنوعی بوسیله ی چندین گروه تحقیقاتی در آزمایشگاه ملی آرگونی(Laboratory Aragonne National) انجام شده است. این شبکیه ی مصنوعی در پشت شبکیه کاشته می شود. این شبکیه ی مصنوعی از یک دوربین بسیار کوچک استفاده می کندکه این دوربین به عینک شخص نابینا متصل می شود و سیگنال های تصویری را جمع آوری می کند. سیگنال های بدست آمده بوسیله ی دوربین توسط یک کامپیوتر کوچک که به کمربند شخص بیمار متصل است، پردازش شده و الکترودهای قرار گرفته در چشم فرد بوسیله ی پردازش این داده ها تنظیم می شوند. منظم شدن الکترودها سبب تحریک عصب چشمی گشته که موجب ارسال سیگنال هایی به مغز می شود.
تحقیق دیگری در زمینه ی اپتوبیونیک(optobionics) صورت گرفته است که درآن از امپلنت های زیر شبکیه ای برای جایگزینی باریسپتورهای نوری در شبکیه استفاده شده است. سیستم بصری مورد استفاده در این امپلنت ها هنگام تحریک غشاء پتانسیلی فعال می گردد .این امپلنت مجبور است که برای فراهم آوری نیروی خود از 3500 سلول خورشیدی میکروسکوپی بهره گیرد.
2. 2. 5. امپلنت های حلزونینسل جدیدی از امپلنت های کوچکتر و قوی تر بوجود آمده است که از دقت بالاتری برخورداردارند و کیفیت صدای آنها نیز بیشتر است. در این سیستمها یک مبدل کاشتنی با فشار در داخل گوش درونی و بر روی استخوان سندانی گوش نصب می گردد .این مبدل باعث می شود که استخوان ها تکان بخورند و جریان داخل گوش داخلی حرکت می کند. این عمل باعث تحریک عصب شنوایی می شود. آرایش از 128 الکترود در سرقلم این وسیله وجود دارد که 5 برابر بیشتر از تعداد این الکترود ها در وسایل کنونی است. تعداد بیشتر الکترود در این وسیله باعث گشته تا دقت تحریک رشته های عصبی(محل و چگونگی این تحریک) افزایش یابد. این مسئله باعث می شود تا صداهای با تن پایین تر قابل شنیدن بگردد.
این امپلنت به یک ریزپردازنده و یک میکروفن کوچک متصل است که این وسایل به گونه ای طراحی گشته اند که در پشت گوش بیرونی قرار می گیرند این وسایل اصوات را جمع آوری کرده و آنها را به صورت پالس های الکتریکی درآورده و از طریق یک سیم ارتباط دهنده این پالس ها را از یک حفره ی کوچک در گوش میانی متصل می کند.
الکترودهای کاشتنی هر روز در حال کوچک شدن هستند. و با گذشت زمان ، روزی می رسد که این الکترود ها در اندازه ی نانوساخته شوند.

6. کمک در زمینه ی جراحی(surgical aides)

6. 1. ابزار آلات جراحی (operating tools)

وسایل پزشکی که دارای تکنولوژی های نانو و میکرو هستند به جراحان اجازه می دهند تا در حین عمل جراحی با دقت و ایمنی بیشتر کار کنند. ضمناً آنها می توانند پارامترهای بیومکانیکی و فیزیولوژی را با دقت بیشتری در دست داشته باشند. و علاوه برکارهایی که با وسایل قبلی نیز می توانستند انجام دهند بواسطه ی استفاده از تکنولوژی ها ی مدرن می توانند وظایف جدیدی را نیز انجام دهند. جراحی می توانند از لحاظ فیزیکی برای بیمار و جراح طاقت فرسا باشد.جراحی باز مانند عمل های قلب نیازمند یک جراح است که برش های بزرگی در پوست و ماهیچه های زیرین، نگاه کردن به قلب از بین قفسه سینه، باز کردن دنده ها دارد که این کار نیازمند ابزار آلات پزشکی متنوعی است . نه تنها بیمار درد بسیار زیادی را باید تحمل کند و در بدن آن جای عمل جراحی باقی می ماند و زمان درمان طولانی را باید تحمل کند بلکه جراح نیز باید برای ساعت ها با دقت بسیار بر روی میز جراحی متمرکز شود. این مساله باعث می گردد که احتمال خطاهای جراحی به خاطر خستگی گردن و پشت جراح زیاد گردد.
برای بهبود نتیجه ی جراحی( هم برای بیمار و هم جراح)، ساده ترین راه کار در روش های جراحی که به طور روز افزون مورد استفاه قرار می گیرد، استفاده از تکنیک های لاپروسکوپی(technique LaBroscopic) است.در این تکنیک ها از پورت کوچکی استفاده می شود که به داخل فضاهای مورد نظر جراح می روند. یک تلسکوپ لوله یا همراه با یک دوربین و دیگر وسایل جراحی نازک برای ایجاد محیط مانور در بدن استفاده می گردد.
حتی با مزایای عالی، روش جراحی لاپروسکوپی موجب می گردد که تغییرات عمده ای در مهارت های مورد نیاز جراح پدید آید و دسترسی جراح نیز به بدن محدود گردد. ضمناً راهنمایی های بصری بدست آمده از دوربین دو بعدی است و جراح باید با دقت زیادی با وسایل لاپروسکوپی کار کند تا بتواند در موقع جراحی با بافت های ظریف کار کند.
تکنولوژی های نانو میکرو برای بهبود نقش جراح به کار گرفته شد ه اند که در زیر برخی از این زمینه ها آورده شده است:
1. 1. 6 . ابزار آلات هوشمند(Smart instruments) ابزازهای پزشکی مانند چاقوی جراحی، پنس ها و...به سنسورهای بسیار کوچک مجهز می گردند که اطلاعات در هر لحظه به مرکز پردازش ارسال می گردد. که این اطلاعا ت در حین عمل به جراحان کمک می کنند. جراحان می توانند داده های مربوط به نیرو و عملکرد ابزار آلاتشان را لحظه به لحظه داشته باشند و از این داده ها به نوع بافت های بریده شده( مثل استخوان ، ماهیچه و...) توسط ابزار الات پی ببرند. همچنین برخی خواص دیگر از بافت ها مانند دانستیه، دما، فشار و پالس های الکتریکی نیز بواسطه ی داده های ارسالی بدست می آید. Verime tra در حال توسعه ی نوع پیشرفته ای از چاقو های داده ای (Data knife) است .این چاقوها دارای سیستم های میکرو الکترومکانیکی جراحی و منطقی است که با دادن اطلاعات اضافی به جراح در طی عمل جراحی به کمک جراحان می آیند . این سیستم ها مجهز به الکترود های شبیه سازی هستند و با بخش های التراسونیک عمل اندازه گیری و برش را انجام می دهند.
ابزار آلاتی نیز توسعه یافتند که به جراحان بخش های عصبی کمک می کنند تا در هنگام عمل با دقت و ایمنی بیشتری کار کنند.
نانوذرات نیز برای جراحی هدایت شونده ی اپتیکی(optically guiding surgery) مورد بررسی قرارگرفته اند. این مواد پتانسیل برگرداندن آثار جراحی و محل های معیوب را دارند.
2. 1. 6. روبات های جراح(surgical Robotics)سیستم های رباتیک جراحی طراحی گشته اند که می توانند کارجراحان را انجام دهند این سیستم ها به طور خاص برای جراحی ها در مناطق نظامی مناسب هستند.
به جای انجام عمل جراحی با دستها و انگشتان جراح ، جراح می تواند از یک کنترل کننده ی جویستیک برای انجام عمل جراحی استفاده کند. در واقع با حرکت دسته ی جویستیک، دو بازوی رباتیک که دارای ابزار آلات کوچک است، حرکت می کنند. ابزار آلات دو بازوی روباتیک بوسیله ی پورت هایی به داخل بدن فرد بیماری داخل می شود. سیستم کنترل ربات به گونه ای است که حرکت بزرگ دست جراح بر روی دسته ی جویستیک به حرکت خیلی کوچک ابزار آلات بازوی ربات تبدیل می شود. که این امر موجب افزایش دقت و ایمنی جراحی می شود.
یک بازوی رباتیک سومی نیز وجود دارد که یک دوربین کوچک را کنترل می کند .این دوربین از یک شکاف کوچک بداخل بدن بیمار می رود و تصاویر با بزرگنمایی بسیار بالا از محل جراحی را به صفحه ی کنترل جراحی می فرستد.
جراح در طی کار با این وسیله در یک محیط بدون استرس فیزیکی قرار گرفته و از یک میز فرمان که در آن کلیه ی اطلاعات حیاتی بیمار وجود دارد، ربات را کنترل می کند.

7. ابزار آلات تشخیصی(Diagnostic tools)

1. 7. تست ژنتیک(Genetic testing)

تکنولوژی های میکرو و نانو راه حل هایی برای افزایش سرعت و دقت شناسایی ژن ها و مواد ژنتیکی ارائه کرده اند. این تکنولوژی ها نقش موثری در کشف داروها و توسعه ی آنها داشته و برای محصولات تشخیص بیماری ها کاربرد دارند.
هزاران ژن و محصولات آنها( مانند RNA و پروتئین ها) به روش پیچیده و مرکب کار می کنند. تکنولوژی های تست ژنتیک که برای کشف داروها و محصولات تشخیصی استفاده می شوند. این مسئله را ممکن می سازند که ترتیب ژنی، تغییرات ژنی و میزان فراوانی ژن ها اندازه گیری گردند. در واقع این پارامترها جزء پارامترهای مهم در رفتار ، متابولیسم ، رشد و سازگاری سیستم های زنده هستند. تشخیص با ابزار آلات کوچک(نانو و میکرو) باعث شناسایی ژنها و الگوی وضعیتی در بافت های سالم و بیمار می گردد. که این بررسی وضعیت ژنتیک برای انواع مختلف بیماری ها قابل ثبت است.
تکنولوژی های نانو و میکرو می توانند راه حل های جدیدی در تست های ژنتیک ارائه کنند.
1. 1. 7. تکنیک های آشکار و برچسب زنی بسیار حساسچندین تکنولوژی جدید برای بهبود قابلیت آشکار سازی و برچسب زنی ژنهای ناشناس هدف، توسعه یافته است. در Genicon ، پروب های تولید شده از نانو ذرات طلا با مواد شیمیایی عمل آوری می شود و به مواد ژنتیکی هدف متصل می گردند. وقتی نمونه در معرض نور قرار گیرد، این نانو ذرات شروع به درخشش می کنند.
در پژوهش دیگری که بوسیله ی Nanospherschad Mirkin انجام شده است، پروب ها ی نانو ذرات طلا با رشته های نوکلئوئید پوشش داده می شوند که این رشته ها متمم یک انتهای رشته در نمونه هستند و انتهای دیگر این نوکلئوئیدها به سطح بین دو الکترود متصل گشته است. اگر متمم های هدف موجود باشد، به سطح نابوپروب و به شکل یک بالون متصل گشته و هنگامی که پروب ها از محلول نقره عمل آوری گردد، پل الکترودی پدید آمده و جریان حاصل می گردد.
Quantum Dot Dot Corp از کوانتوم دات ها برای آشکار سازی مواد زیستی بهره می گیرد. در این روش با تغییر سایز کوانتوم دات ها رنگ تغییر می کند. که این تغییر رنگ باعث شناسایی و آشکار سازی عوامل ژنتیکی می گردد . این تکنیک از روش های فلئورسنت حساس تر است و می تواند ژن های با فراوانی کمتر را نیز آشکار کند. این روش نیازمند ابزار الات ارزان تری است . در این روش نیاز به تقویت ژنی نیست و از این جهت این روش نتیجه را در زمان کمتری به ما می دهد.

2. 7. تصویر برداری(Imaging)

تکنولوژی های نانو و میکرو ، تکنیک های تصویر برداری جدیدی ارائه کرده است که این تکنیک ها تصاویر با کیفیت بالا تولید می کند که با وسایل کنونی نمی توان این تصاویر را تهیه کرد.
تومورهای بدخیم در مراحل اولیه ی ایجادشان به شدت متمرکزند و اگر در مراحل اولیه شناسنایی شوند، درمانشان در اغلب موارد به راحتی انجام می شود.
هرچه زمان وجود این تومور بدخیم در بدن بیشتر باشد احتمال سرایت سرطان به غدد لنفاوی و سایر ساختارهای آناستی بیشتر می شود. جراحی ، شیمی درمانی یا دوزهای بالای تابش های رادیو اکتیو ممکن است سرطان را از بین ببرد اما مشکل این درمان ها از بین رفتن شدید بافت های سالم است.در بسیاری از بیماران، به طور خاص آنهایی که سرطان پستان دارند، سرطان می تواند در دیگر قسمت های بدن حتی پس از برداشتن تومور سرطانی اولیه ، پخش شود.
تومورهای مغزی ازچالش های دیگر است. برداشتن تومورها و دیگر سلولهای سرطانی از مغز بوسیله ی جر احی دارای ریسک کردن کم شدن قابلیت دانستن (cognitive ability) ، شنیدن ، صحبت کردن و دیگر عملکرد های انسان است. داروهای شیمی درمانی می تواند سلولهای سرطانی را از بین ببرد ولی به دلیل اندازه ی بزرگ ذرات دارویی، توان عبور دارو از غشاء مغزی وجود ندارد.
نانو تکنولوژی می تواند راه حل های جدیدی برای شناسایی سرطان و دیگر بیماری ها در مراحل اولیه داشته باشد. تکنولوژی های تکمیل کننده می تواند سلولهای سرطانی را تخریب کرده که در این روش ها اندازه کوچک مساله ای مهم است.
1. 2. 7. پروب های نانو ذرات(Nanoparticle probes)محققین دانشگاه میشیگان درحال توسعه ی نانو پروب هایی هستند که از آنها می توان در تصویربرداری رزونانس مغناطیسی(MRI) استفاده کرد. نانو ذرات با یک هسته مغناطیسی به یک آنتی بادی سرطانی متصل می گردد که این سیستم ها برای جذب سلولهای سرطانی استفاده می شود. در این روش همچنین به یک رنگ دانه متصل می شوند که این مسئله موجب آشکار سازی بالاتر در MRI می شوند.
هنگامی که نانو پروب ها با سلولهای سرطانی جفت شوند، می توانند در MRI آشکار سازی شوند. سلولهای سرطانی را سپس بوسیله ی لیزر می توان تخریب کرد و یا آنها را با عوامل کشنده ی با دوز پایین( که تنها به سلولهای سرطانی متصل می گردند) تخریب کرد.
در تومورهای مغزی، حضور سرطان می تواند باعث ضعیف شدن غشاء مغزی- خونی(barrier blood– brain) شود. تحقیقی انجام شده است که در آن از نانو پروب های عبوری از غشاء ضعیف شده برای تخریب بافت های مغزی سرطانی استفاده می گردد.
گروه دیگری در دانشگاه واشنگتن از نانو ذرات متصل به پروتئین های خونی برای تخریب تومورها استفاده کرده است در واقع این پروتئین ها ی خونی جزء بخشی از خون هستند که وظیفه رساندن مواد غذایی را به سلولهای سرطانی دارند. این نانو ذرات در جریان خون پخش می گردند و به پروتئین های متمم موجود در رگ های خونی متصل می گردد. در مرحله ی اولیه شیمی درمانی ، داروها به داخل مویرگ ها منتقل می گردد. سپس نانوذرات از رگ های خونی به مکان های سرطانی انتقال می یابد.
نانو تکنولوژی همچنین برای بهبود کنتراست دستگاه MRI استفاده می شود تصاویر حاصله از روش های جدید می تواند کنتراست را تا 50 برابر بهبود دهند و در صورت موفقیت آمیز بودن این تحقیق ، می توان قدرت میدان مغناطیسی مورد استفاده در این روش را کاهش داد.
2. 2. 7. وسایل تصویربرداری بسیار کوچک(miniature Imaging Devicos)وسایل وایرس بسیار کوچک بوسیله ی تکنولوژی های نانو ومیکرو توسعه یافته اند. مزیت این تکنولوژی ها ایجاد تصاویر با کیفیت بالااست که به روش های سنتی تصویر برداری قابل انجام نیست.
GivenJmaging یک قرص شامل سیستم ویدئویی کوچک تولید کرده است .هنگامی که این قرص بلعیده شود و از میان سیستم گوارش حرکت کند می تواند هر چند ثانیه یک تصویر گرفته وآن را به بیرون ارسال کند. این تکنولوژی می تواند تصاویری را از بخش های حساس دستگاه گوارش مانند تومورها، زخم ها و نواحی بیماری ارسال کند که با تکنیک های آندوسکوپی و کلونوسکوپی نمی توان آنها را به دست آورد.
کمپانی دیگری با نام MediRed در حال توسعه ی دستگاه اشعه ی ایکس بسیار کوچکی هستند که می تواند به داخل بدن برود.آنها در حال تحقیق برای ساخت نانو تیوپ های کربنی هستند. این نانو تیوپ ها به شکل کاتد سوزنی شکل هستند و می توانند نشر الکترونی ایجاد کنند که باعث تولید پرتو اشعه ایکس بسیار کوچکی می شود. این اشعه ی x تولیدی به حدی کوچک است که تنها نواحی مورد نظر را تحت تاثیر قرار داده و به بافت های اطراف آسیبی نمی رساند.
منبع انگلیسی :Nanomedicine Taxonmy / Neil Gordon & uri Sagman / Canadian NanoBusiness Alliance

آینده زیر سایه نانو

آینده زیر سایه نانو

نانو فناورى در تعریفى بسیار ساده ، یعنى تکنولوژى هایى که در ابعاد نانومترى عمل مى کنند. نانومتر واحد اندازه گیرى است و برابر یک میلیاردم متر یا ۱۰به توان ۹-متر است . اندازه اتم ها و مولکول ها در این محدوده قرار دارد، بنابراین با ورود به این فضاى کوچک بشر مى تواند در نحوه چینش و آرایش اتم ها و مولکول ها دخالت کند و به ساخت مواد جدید و ساختارهایى متفاوت با آنچه تاکنون وجود داشته است بپردازد.
تولید نانو تیوب هاى کربنى (ساختارهاى لوله اى کربنى) ماده اى در اختیار بشر قرار داد که رساناتر از مس، مقاوم تر از فولاد و سبک تر از آلومینیوم است. همچنین با استفاده از نانو ذرات مى توان سطوح خود تیزشونده یا همیشه تمیز ساخت و ربایش مغناطیسى را چندین برابر کرد. لاستیک هاى با عمر بالاى ۱۰ سال و دارورسانى به تک سلول هاى آسیب دیده در بدن از توانایى هایى است که بشر به مدد نانوفناورى به آن دست یافته است. اگر بپذیریم که نانو فناورى توانمندى تولید مواد، ابزارها و سیستم هاى جدید، با در دست گرفتن کنترل در سطوح اتمى و مولکولى و استفاده از خواص آن سطوح است آنگاه درخواهیم یافت که کاربردهاى این فناورى در حوزه هاى مختلف اعم از غذا، دارو، تشخیص پزشکى، فناورى زیستى ، الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژى ، محیط زیست و امنیت ملى خواهد بود به گونه اى که به زحمت مى توان عرصه اى را که از آن تأثیر نپذیرد معرفى کرد.
هرچند آزمایش ها و تحقیقات پیرامون نانو تکنولوژى از ابتداى دهه ۸۰ قرن بیستم به طور جدى پیگیرى شد، اما اثرات تحول آفرین و باورنکردنى نانوفناورى در روند تحقیق و توسعه باعث گردید که نظر همگى کشورهاى بزرگ به این موضوع جلب گردد و فناورى نانو را به عنوان یکى از مهم ترین اولویت هاى تحقیقاتى خویش طى دهه اول قرن بیست و یکم محسوب کنند. لذا محققان ، اساتید و صنعتگران ایرانى نیز باید در بسیجى همگانى، جایگاه و وضعیت خویش را درباره این موضوع مشخص کنند و با یک برنامه ریزى علمى و کارشناسانه به حضورى فعال و حتى رقابتى دراین جایگاه ابراز وجود کنند. زیرا بسیارى از صاحب نظران و محققان، نانوفناورى را مساوى آینده دانسته اند به عبارت دیگر مى توان گفت، اولویت کشور، هر صنعت و فناورى که باشد بدون تسلط بر ابعادنانو، در دنیاى جدید نمى توان در آن صنعت و فناورى حرفى در دنیا زد. ماهیت فرارشته اى علوم و فناورى نانو به عنوان توانمندى تولیدمواد، ابزارها و سیستم هاى جدید با دقت اتم و مولکول، موجب کاربردهاى بسیار زیادى در عرصه هاى مختلف علمى و صنعتى شده است.

براى مثال در بخش پزشکى و بهداشت از زمینه هاى کارى بسیار مهم نانوفناورى، سیستم توزیع دارو درداخل بدن است . مصرف دارو در حال حاضر به صورت حجمى است در حالى که سلول هاى خاصى از بدن نیازمند آن هستند ، در روش جدید دارو با وسایل تزریق متفاوت با امروزه، به صورت مستقیم به سمت سلول هاى مشخص جهت گیرى شد و دارو به محل نیاز تحویل داده مى شود. از نظر دفاعى نیز این فناورى براى کشورها هم فرصت و هم تهدید است. به لحاظ کاربردهاى زیاد این فناورى گرایش زیادى در بخش دفاعى کشورها به تحقیق و توسعه صورت گرفته است. این کاربردها از لباس هاى مانع خطر تا پرنده هاى بسیار کوچک تجهیزات اطلاعاتى و بسیارى موارد دیگر است که هم اکنون با حمایت وزارتخانه هاى دفاع کشورهایى چون آمریکا ، ژاپن و برخى کشورهاى اروپایى به صورت طرح هاى تحقیقاتى در حال انجام هستند. نانوفناورى، تغییر بنیانى مسیرى است که در آینده موجب ساخت مواد جدیدخواهد شد و انقلابى در مواد ایجادخواهد کرد که محققان قادر به ساخت موادى خواهند شد که در طبیعت نبوده و شیمى مرسوم نیز قادر به ایجادشان نیست.
برخى از مزایاى مواد نانوساختار، عبارت است از مواد سبک تر، قوى تر، قابل برنامه ریزى، کاهش هزینه عمر کارى از طریق کاهش دفعات نقص فنى ابزارهایى نوین برپایه اصول و معمارى جدید، صنعت خودرو و لوازم خانگى بااستفاده از این فناورى جدید در درازمدت مى توان تومورهاى مغزى را به درستى تشخیص داد و نیز بدون آسیب زدن به بافت هاى سالم و با استفاده از پرتو درمانى این بیمارى را بهبود بخشید، نانو کپسول هاى تولیدى با استفاده از فناورى نانو، داراى موادى مانند ویتامین A ، رتینول و بتاکاروتن خواهد بود که باید به لایه هاى عمقى پوست منتقل شوند تا بیشترین خواص ضدپیرى و سایر خواص دارویى خود را بروز دهند. با کارگذارى نانو ذرات فعال نورى در داخل گلبول هاى سفید خون موفق به شناسایى سلول هاى آسیب دیده خواهیم شد. در زمینه انرژى مى تواند به طور قابل ملاحظه اى کارآیى ، ذخیره سازى و تولید انرژى را تحت تأثیر قرار داده و مصرف انرژى را پایین بیاورد.
به عنوان مثال شرکت هاى موادشیمیایى، موادپلیمرى تقویت شده را ساخته اند که مى تواند جایگزین اجزاى فلزى بدنه اتومبیل ها شود. استفاده گسترده از این نانوکامپوزیت ها مى تواند سالیانه ۱ ‎ / ۵ میلیارد لیتر صرفه جویى مصرف بنزین به همراه داشته باشد.

چندمحصول تجارى شده با استفاده از فناورى نانو

در زیر چند محصول برتر نانو فناورى در سال ۲۰۰۳ طبقه بندى شده است. این خبر نشان مى دهد کسانى که هنوز معتقدند نانو فناورى فقط در آزمایشگاه است، اشتباه مى کنند.

پارچه هاى ضدچروک و ضدلکه

شرکتى با اضافه کردن ساختارهاى مولکولى به الیاف کتان، الیافى ساخته است که مایعات و لکه ها برروى آنها حرکت کرده و جذب نمى شوند. بنابراین چنانچه قهوه برروى شلوار سفیدرنگى ریخته شود به طرز شگفت آورى روى آن حرکت کرده و جذب نمى شود.

محافظت پوست، با قابلیت نفوذ عمیق

یکى از بزرگ ترین شرکت هاى تولیدکننده موادآرایشى در جهان نخستین محصول نانوفناورى خود را در سال ،۱۹۹۸ معرفى کرد. این محصول کرم ضدچروک Plenitude Revitalift است که در تولید این کرم از یک فرآیند انحصارى نانو فناورى به منظور داخل کردن ویتامین A به درون یک کپسول پلیمرى استفاده شده است. کپسول مانند اسفنج ،کرم را درون خود جذب و نگهدارى مى کند تا این که پوسته بیرونى آن در زیرپوست حل شود.

عینک هاى آفتابى با کیفیت بالا

شرکتى دیگر با استفاده از نانو فناورى، پوشش هاى پلیمرى بسیارنازک، ضدانعکاس و حفاظتى براى عینک ها ساخته است بطورى که شیشه آنها در مقابل خراشیدگى مقاومت داشته و ضدانعکاس نیست این پوشش چربى ها و لکه ها را از روى عدسى ها برطرف و عدسى ها را حساس تر مى کند.

نانو جوراب

نه فقط ورزشکارها بلکه اکثر مردم از عرق پا رنج مى برند و نمى توانند آن را تحمل کنند بطور طبیعى هر پا داراى ۲۵۰هزار غدد عرقى است که قادرند حدود ۵۰۰ میلى لیتر عرق در روز تولید کنند.
به تازگى جوراب هایى از جنس کتان که به وسیله نانو ذرات نقره، بهبود یافته اند به وسیله شرکت سول، وارد بازار شده است که این ذرات نقره از رشد باکترى ها و قارچ ها جلوگیرى کرده و بدین وسیله از چرب شدن و بدبوشدن پا جلوگیرى مى کنند.

کرم هاى ضدآفتاب

مصرف کرم هاى ضدآفتاب معمولى پوست را به قدرى سفید مى کند که حالت نامناسبى پیدامى کند. این سفیدى ناشى از اکسید روى است که از پوست دربرابر هردونوع اشعه ماوراى بنفش A و B خورشید محافظت مى کند. جهت حل این مشکل شرکت BASF ماده اى با کمک فناورى نانو، ساخته است که سبب تولید نانو کریستال هاى اکسیدروى با خلوص بالا تهیه شده و این امر منجر به افزایش مرغوبیت کرم هاى ضد آفتاب مى شود از دیگر مزایاى این کرم ها این است که به وسیله پوست جذب نشده و ایجاد آلرژى نمى کند.

انقلاب در دنیای نانو تکنولوژی

انقلاب در دنیای نانو تکنولوژی
روش تهیه ارزان نانولوله های کربنی

نانو تکنولوژی شاخه ای علمی است که همواره در حال گسترش است و به نظر می رسد به زودی ، کاربرد آن در زندگی در همه زمینه ها فراگیر خواهد شد در آزمایشگاه دانشگاه تگزاس در دالاس ، فعالیت های پژوهشگران این دانشگاه بر روی لوله های نانومتری کربن ، آینده خوبی را برای کاربردهای این تکنولوژی پیش بینی می کند. نانو لوله های کربنی (کربن نانو تیوپس) لوله هایی از جنس کربن هستند و قطر آن ها حدود ده میلیارد متر است. این نانو لوله ها در هر کاری اعم از ماهیچه های مصنوعی تا پوشش صفحه مانیتور ، مورد استفاده قرار می گیرند.
یکی از کشفیات جدید و مهیج در مورد کاربرد این نانو لوله ها ، استفاده از آن ها در لامپ است . پژوهشگران دانشگاه تگزاس ، توانسته اند با به کار بردن این نانو لوله ها در لامپ ، وسایل جدیدی برای تولید روشنایی بسازند. از این لامپ ها می توان در هر جا ، حتی درون دستکش یک سرباز در میدان جنگ استفاده کرد. نانو لوله ها توانایی بسیار بالایی در انتقال برق از خود نشان می دهند. ولی کربن نانو تیوپس با کیفیت بالا بسیار پر هزینه است و کاربرد آن می تواند توأم با اشکالاتی باشد.
حالا یک تحول در تکنولوژی نانو لوله ها ممکن است به این مشکل پایان دهد. پژوهشگران در دالاس ، روشی برای ساختن نوارهای ماده اصلی به وجود آورده اند که تقریبا به آسانی و به سرعت ، ورقه های نانو لوله ها را صیقل می دهد.
دکتر ری بگمن از بخش آزمایشگاه نانو تکنولوژی دانشگاه تگزاس می گوید: "جنبه خیلی جالب نانو لوله های کربنی ، این است که ترکیبی از عناصر دارند که به آن ها قابلیت انجام کارهای چند گانه می دهد . آن ها می توانند شفاف باشند یا دارای توانایی های غیر معمول نوری باشند. همچنین می توانند هادی و یا نارسانا باشند . ورقه های شفاف ، قوی تر از فولاد غنی شده هم وزن آن است . آن ها حتی توانایی تغییر نور به نیروی الکتریسیته را هم دارند. این ورقه ها که تازه ترین اختراع هستند، شفاف می باشند. آن ها به ضخامت یک هزارم موی انسان هستند ، ولی در عین حال ، قدرت قوی ترین فولاد را دارند . انتظار می رود این آخرین تحول ، کاربرد تجاری و صنعتی نانو لوله های کربنی را شتاب دهد . " دانشمندان می گویند حداکثر 2 تا 3 سال دیگر خواهند توانست نانو لوله های کربنی را به عنوان الکترودهای قابل انعطاف برای دریافت راه دور و نیز در وسایل پزشکی مورد استفاده قرار دهند.
منبع: نشریه همشهری جوان شماره 40

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