بیونانوفناوری یا نانوبیوفناوری

شاید تو مدرسه دیده باشید که بین آنهایی که فیزیک را بیشتر دوست دارند و آنهایی که به شیمی علاقه بیشتری دارند همیشه یک بگو مگوی دوستانه (کل کل) وجود دارد که مثلاً شیمی زیر مجموعه فیزیک است یا فیزیک بخشی از ریاضی است. من خودم استادی را می‌‌‌‌شناختم که به شوخی می‌‌‌‌گفت شیمی الکترون مدار آخر فیزیک است. بهرحال این بحث ها همیشه وجود دارد و دانشمندان و عالمان، خیلی ساده از کنار آن می‌‌‌‌گذرند و کار خودشان را انجام می‌‌‌‌دهند و اینگونه است که علم و فناوری پیشرفت می‌‌‌‌کند بدون آنکه این باورهای کوچک تاثیری بر مسیر پیشرفت آن داشته باشد. در این میان برخی براین باور هستند که سرجشمه تفاوتهای بین نانوبیو و بیونانو از این ناشی می‌‌‌‌شود که نانو را زیر مجموعه فناوری زیستی تلقی کنیم یا در این تلفیق فناوری نانو را زیر مجموعه فناوری زیستی درنظر بگیریم. ما قضاوت بر سر این موضوع را به عهده خود شما می‌‌‌‌گذاریم البته قبل از آن توجه شما را به نظر محققین این حوزه ها جلب می‌‌‌‌کنیم؛
● بیونانوفناوری
برخی از صاحب نظران، بیونانوتکنولوژی را به عنوان زیرمجموعه ای از نانوتکنولوژی، به این صورت تعریف کرده اند: «مطالعه و ایجاد ارتباط بین زیست‌شناسی مولکولی و نانوتکنولوژی مولکولی». برخی دیگر نیز آن را به عنوان زیرمجموعه ای از بیوتکنولوژی بدین شکل تعریف کرده اند: «به کارگیری پتانسیل بالقوه زیست‌شناسی در ساخت و سازماندهی ساختارهای پیچیده با استفاده از مواد ساده و با دقت در حد اتم». در این زمینه، تنها تفاوتی که بین بیونانوتکنولوژی و بیوتکنولوژی وجود دارد این است که طراحی و ساخت در مقیاس نانو جزء لاینفک پروژه های بیونانوتکنولوژی است در حالی که در پروژه های بیوتکنولوژی، نیازی به فهم و طراحی در حد نانو نیست.
چنان که ملاحظه می شود برخلاف تعریف «بیوتکنولوژی» که به معنی فناوری استفاده از موجودات و اجزای موجودات زنده در راستای نیازهای صنایع مختلف است بیونانوتکنولوژی، هم کاربرد ابزارهای بیولوژیکی به عنوان سازمان دهنده و ماده اولیه جهت ساخت محصولات و مواد نانویی، مورد توجه است و هم کاربرد محصولات تولیدی تکنولوژی نانو، جهت مطالعه وقایع درون سلول های زنده و تشخیص و معالجه بیماری ها. آنچه مسلم است این است که ظهور این زمینه تحقیقاتی، حاصل تغییر عقیده بسیاری از محققان در استفاده از راهکارهای پایین به بالا به جای استفاده از راهکار بالا به پایین جهت ساخت وسایل و مواد بسیار ریز است.
● رویکرد ساختن از بالا به پایین و ساختن از پایین به بالا در فناوری نانو
از اهداف مهم فناوری نانو ــ و شاید مهم‌ترین آنها ــ به وجود آوردن ساختارهایی از مواد است که در آنها آرایش مولکول‌ها از پیش طراحی شده باشد. روش‌های مرسوم تولید، مثل روش ذوب فلزات و سرد کردن آنها در قالب، چنین امکانی را فراهم نمی‌کنند. پس چگونه می‌توان چنین ساختارهایی را به وجود آورد؟ برای تولید چنین ساختارهایی معمولاً دو رویکرد متفاوت ساختن از بالا به پایین و ساختن از پایین به بالا وجود دارد.
● محصولات و زمینه های فعالیت بیونانوتکنولوژی
▪ برخی از محصولات و زمینه های فعالیت بیونانوتکنولوژی عبارتند از:
۱) بیونانوماشین ها: مهم ترین زمینه کاربرد بیونانوتکنولوژی، ساخت بیونانوماشین ها ماشین های مولکولی با ابعادی در حد نانومتر است. در یک باکتری هزاران بیونانوماشین مختلف وجود دارد. نمونه آنها، ریبوزوم دستگاه بسته بندی پروتئین است که محصولات نانومتری پروتئین ها را تولید می کند. از خصوصیات خوب بیونانوماشین ها به عنوان مثال حسگرهای نوری یا آنتی بادی ها، امکان هیبریدکردن آنها با وسایل سیلیکونی با استفاده از فرآیند میکرولیتوگرافی است. به این ترتیب با ایجاد پیوند بین دنیای نانویی بیونانوماشین و دنیای ماکروی کامپیوتر، امکان حسگری مستقیم و بررسی وقایع نانویی را می توان به وجود آورد. نمونه کاربردی این سیستم، ساخت شبکیه مصنوعی با استفاده از پروتئین باکتریورودوپسین است.
۲) مواد زیستی: کاربرد دیگر بیونانوتکنولوژی، ساخت مواد زیستی مستحکم و زیست تخریب پذیر است. از جمله این مواد می توان به DNA و پروتئین ها اشاره کرد. موارد کاربرد این مواد و به خصوص در زمینه پزشکی متعدد است. از جمله موارد کاربرد این مواد، استفاده از آنها به عنوان بلوک های سازنده نانومدارها و در نهایت ساخت وسایل نانویی Nano-Device است.
۳) موتورهای بیومولکولی: موتورهای بیومولکولی، موتورهای محرکه سلول هستند که معمولا از دو یا چند پروتئین تشکیل شده اند و انرژی شیمیایی عموما به شکل ATP را به حرکت مکانیکی تبدیل می کنند. از جمله این موتورها، می توان به پروتئین میوزین اشاره کرد که باعث حرکت فیلامنت ها می شود،( پروتئین های درگیر در تعمیر DNA یا ویرایش RNA به عنوان مثال، آنزیم های برشی و ATPase). از این موتورها در ساخت نانوروبات ها و شبکه هادی ها و ترانزیستورهای مولکولی قابل استفاده در مدارهای الکترونیکی استفاده می شود.
● نانوبیوتکنولوژی و رابطه آن با بیونانوتکنولوژی
اما نانوبیوتکنولوژی نیز واژه دیگری است که در سال های اخیر، محققان و صاحب نظران در کتب، مقالات و کنفرانس ها به کار می برند. طبق تعریف برخی از این محققان، نانوبیوتکنولوژی، زیرمجموعه ای از نانوتکنولوژی است که در آن از ابزارها و فرآیندهای نانویی و میکرونی برای ساخت و تهیه محصولاتی استفاده می شود که در مطالعه سیستم های زنده استفاده می شوند. برخی دیگر از محققان، نانوبیوتکنولوژی را زمینه ای از نانوتکنولوژی می دانند که در آن از سیستم های بیولوژیکی موجود، همچون سلول، اجزای سلولی، اسیدهای نوکلئیک و پروتئین ها برای ایجاد ساختارهای نانویی تلفیقی مرکب از مواد آلی و معدنی استفاده می شود.
● بیونانو یا نانوبیو؟
اگر به مفهوم و هدف دو زیرشاخه نانوتکنولوژی یعنی بیونانوتکنولوژی و نانوبیوتکنولوژی نگاه شود، می‌‌‌‌توان فهمید که اهداف هر دو شاخه یعنی تولید محصولاتی که جهت مطالعه سیستم های زنده به کار می روند و همچنین فرآیندها و مقیاس فعالیت هر دو شاخه یعنی مقیاس های در سطح نانو، تقریبا یکسان است. بنابراین می توان این دو شاخه را به صورت کلی با نام نانوبیوتکنولوژی نامید. منتها زمانی که به طور صرف، از الگوها و مواد زیستی جهت ساخت وسایل در ابعاد نانو استفاده می شود، بهتر است پیشوند «بیو» مقدم بر پیشوند «نانو» بیاید. در این حالت، کاربرد واژه بیونانوتکنولوژی تخصصی تر از واژه نانوبیوتکنولوژی خواهد بود.
درواقع می‌‌‌‌توان بیونانوتکنولوژی را شکلی خاص از نانوبیوتکنولوژی دانست که مبنای آن، استفاده از موادزیستی برای مثال پروتئین ها یا DNA جهت ساخت وسایل نانویی است.
اما در هنگام استعمال واژه نانوبیوتکنولوژی، استفاده از ابزارهای نانویی در کاربردهای بیولوژیک نیز مورد نظر خواهد بود.
● کلام آخر
شاید بتوان اینگونه جمع بندی کرد که اگر از روشهای فناوری نانو در ساخت اجزا و سیستمهای زیستی استفاده شود با نانوبیوفناوری مواجه هستیم و اگر فناوری زیستی و موجودات زنده اجزا و سیستمهای نانویی را بوجود بیاورند ما با بیونانوفناوری مواجه شده‌‌‌‌ایم. باز با این حال باید توجه داشت که کاربرد هر کدام از این دو واژه، تا حد زیادی سلیقه ای است و به زمینه تخصصی محققان مختلف بستگی دارد.

منبع : باشگاه دانش‌آموزی نانو