نانوتکنولوژی؛ انقلاب صنعتی قرن بیست و یکم

▪ چكیده:
قرار است نانوتكنولوژی یكی از فن‎آوری‎های كلیدی و كارآمد قرن بیست و یكم شود. قابلیت اقتصادی آن حاكی از وجود بازاری بالغ بر چند صد میلیارد یورو برای این فن‎آوری در دهه آینده است. بنابراین نانوتكنولوژی موجب جهت‎دهی بسیاری از فعالیت‎های شركت‎ها برای آماده سازی در این رقابت جدید شده است. در همین حال دولتمردان در سراسر دنیا در حال اجرای برنامه های تحقیقاتی خاص در زمینه نانوتكنولوژی هستند تا آینده‎ی كشورهای خود را به وضعیت مطلوبی برسانند.
بیش از ۴۰ سال پیش بود كه ریچارد فینمن، تكنولوژی‌ای را تجسم كرد كه با استفاده از جعبه ابزار طبیعت، اجسام را اتم به اتم یا مولكول به مولكول می توان ‌ساخت. نانو یك پیشوند علمی است كه به معنی "یك میلیاردم" است و حوزه‎ی نانوتكنولوژی در حدود میلیاردم متر است. ابعادی كه در آن اتم ها با هم تركیب شده و مولكولها روی هم اثر متقابل دارند. فرآیندهای تولید، كاركرد و كاربرد این مواد را نانوتكنولوژی گویند. نانوتكنولوژی مجموعه‌ای از شیمی و مهندسی است. شیمیدانان می‎خواهند از پایین به بالا، با كنار هم قرار دادن ملكول‌ها و اتم‎ها، سازه‌های بزرگ بسازند. مهندسان از بالا به پایین با كوچك كردن دائمی سازه‌ها مایلند به اندازه‌هایی در حد نانو دست یابند. توجه داشته باشید كه نانوتكنولوژیست‌های امروز جهان معتقد هستند كه هر ماده‌ای از نوع چوب، فلز، غذا وDNA را می‌توانند بسازند. در واقع سوال اساسی امروز توانستن نیست؛ بلكه چه موقع ساختن است.
در آغاز قرن بیستم تصور كامپیوتر، درمان بیماری‎هایی همچون سل، وباو مالاریا، خودروها و هواپیماهای فعلی، سفر به فضا، مكان‎های بسیار دوردست و زیر دریاها برای مردم عادی بسیار سخت بود. عبور از دیوار صوتی غیرممكن و بهره‌گیری از انرژی اتمی، فقط در تئوری وجود داشت. در قرن بیست و یكم هم برای عده‌ای این مطلب كه انسان روبوت‎های میكروسكپی را برای از بین بردن بیماری‎ها كاهش مرگ ومیر و افزایش طول عمر بشر خواهد ساخت، غیر قابل باور به نظر می‎رسد. شاید نتوان تصور كرد كه فولاد و مواد دیگر در كارخانجات امروزی تولید نخواهد شد. حتی نمی‎توان تصویری را در ذهن ساخت كه در یك خط مونتاژ میكروسكپی، مكعب‌هایی از DNA بر روی یك تسمه نقاله از جنس سیلیكون به اندازه ضخامت یك موی انسان، در حال حركت است و در كنار تسمه، روبوت‌ها ، ملكول‌های جداگانه‌ای را بر روی مكعب‌ها، مونتاژ می‌نمایند و سازه‌های بزرگ می‌سازند . در دو دهه‎ی اخیر شاهد اولین جرقه‌های این تجسّم بوده‌ایم و برخی نوآوری‌ها و كشفیات كلیدی در این مدّت مشاهده شده‌اند، مثلاً میكروسكوپ تونلی روبشی (Scanning Tunneling Microscope) كه می‌تواند تصویری از یك اتم واحد به ما دهد و با مهارت آن را كنترل كند، و یا خانواده‌ای از مولكول‌ها نظیر باكی‌بال‌ها و نانوتیوب ‌های كربنی را كه خواص منحصر به فردی كه در مواد بالك یافت نمی‌شود را دارند تصویر‌سازی كند و خواصشان را كنترل نماید.
بنابراین نانوتكنولوژی، امكان ساخت هر چیز قابل تصور را از كوچكترین جرثقیل‎ها و موتورها گرفته تا لایه‎های خرد اسمبل پلاستیكی یا فلزی فراهم می‎كند. نانوتكتولوژی بركلیه شئون زندگی تاثیر گذاشته، به نحوی كه زندگی در سال ۲۰۱۵ از هر منظری كه به آن نگاه كنیم با امروز تفاوت اساسی خواهد داشت و این تفاوت از تأثیر فزاینده‎ی "تكنولوژی چندرشته‌ای" ناشی می‌شود. هر چند آهنگ شتابناك توسعه و خط شكنی‌های تكنولوژیك، پیش‌بینی آینده را بی‎نهایت دشوار می‌سازد، امّا به نظر می‌رسد كه وقوع انقلاب تكنولوژی در جهان، قطعی است.
مقدمه:
● تاریخچه نانو تكنولوژی
در قرن پنجم پیش از میلاد، فلاسفه‎ی یونان معتقد بودند كه تمام مواد از ذرات بسیار ریز غیر قابل تقسیم به نام اتم تشكیل شده اند. بین اتم ها فضای خالی وجود دارد، اتم ها بسیار سخت و یك پارچه اند، و هیچ گونه ساختمان داخلی ندارند. اتم ها از نظر اندازه، شكل و وزن با هم تفاوت دارند. در سال ۱۸۰۳ جان دالتون عنوان كرد كه عناصر شیمیایی از اتم ساخته شده اند(۱). اتم‎های یك عنصر از نظر جرم با یكدیگر مساویند، اما اتم‎های عناصر متفاوت جرم‎های متفاوتی دارند. اتم‎ها تنها به صورت اعداد طبیعی و كامل یعنی مثلاً به صورت ۱ به یك و یا یك به ۲ و یا یك به ۳ یا دو به ۳ با هم تركیب می‎شوند. اتم‎ها به وجود نمی‎آیند و از بین هم نمی‎روند. در سال ۱۹۰۸ ارنست راترفورد از اشعه‎ی ایكس برای مشاهده‎ی كریستال‎ها و تعیین ساختمان بلورها استفاده نمود(۶). در سال ۱۹۱۵ مدل اتمی بوهر پیشنهاد گردید. بر اساس این مدل، اتم‎ها خود از اجزا كوچكتر شامل پروتون و نوترون در هسته‎ی اتم و الكترون در مدارهایی به دور هسته تشكیل شده‎اند(۲). در اواسط قرن بیستم انیشتین ، بوس، هایزنبرگ و دیگران نظریات متفاوتی در مورد اجزاء تشكیل دهنده‎ی اتم و رفتار و ساختمان آنها ارائه نمودند. در سال ۱۹۳۱ میكروسكوپ الكترونی اختراع گردید(۸).
در سال ۱۹۵۹ ریچارد فین من كه بعدها پدر علم نانوتكنولوژی نامیده شـد در یك سمینار برای اولین بار ایده‎ی نانوتكنولوژی را مطرح نمود(۳). ریچارد فین من اظهار داشت كه اتاقك‎های بسیار زیادی در حد بسیار كوچك وجود دارند. كاركرد و كنترل اشیاء در مقیاس بسیار كوچك قابل انجام است. می‎توان دائره‎المعارف انگلستان را در جای بسیار كوچكی به اندازه‎ی نوك یك قلم ذخیره نمود. در سال ۱۹۸۱ دركسلر اظهار داشت كه توسعه‎ی توانایی طراحی ملكولهای پروتئینی راهی برای ساخت ابزار پیچیده را فراهم می‎سازد (۴). در سال ۱۹۸۵ این دانشمند كتابی تحت عنوان موتورهای آفرینش، ظهور عصر نانوتكنولوژی را به رشته تحریر در آورد. در سال ۱۹۸۵ تا ۱۹۹۶ كارهای بسیار زیادی روی نانولوله ها و فولرین ها توسط دانشمندان مختلف صورت گرفت. در سال ۱۹۸۵ دانشمندان موفق شدند كلمهIBM رابا اتمهای گزنون برروی طلا حك نمایند (۵). با توجه به این مطالب می‎توان دریافت كه نانوتكنولوژی از سابقه‎ی بسیار دیرینه‎ای برخوردار بوده و از بنیان تئوریك محكمی برخوردار است.
این تكنولوژی طی سی سال اخیر دچار تحولات اساسی شده و بنابر پیش‎بینی دانشمندان به نظر می‎رسد طی ۳۰ تا ۵۰ سال آینده تحولاتی شگرف و بسیار بیشتر از انقلاب صنعتی، منتهی با دوستی بیشتر با طبیعت در زندگی بشر به وجود آورد.
● تعریف نانو تكنولوژی
نانومتر یك میلیاردم متر است( پهنای معادل با ۳ تا ۴ اتم). برای درك بهتر مقیاس نانو باید دانست كه قطر یك تار مو به اندازه ۱۰۰۰۰ نانومتر میباشد. مواد نانو، مولكول‎های صناعی پیچیده ای هستند كه صدها بار كوچكتر از سلولهای بدن ما می‎باشند? آنها از نظر اندازه شبیه اجزاء ماكروملكولار سلولها هستند. نانوتكنولوژی به فرآیندهای تولید، كاركرد و كاربرد مواد با اندازه های ۱/۰ تا ۱۰۰ نانومتر اطلاق میشود(۶). كار كردن در مقیاس كوچك دارای خواصی است كه در مقیاس های حتی تا هزار برابر بزرگتر وجود ندارد. این خواص منحصر به فرد در اندازه های نانو است كه توجه همه را به خود جلب نموده است.
خداوند نیز در خلقت آسمانها و زمین و موجودات زنده از این تكنولوژی استفاده كرده است. به گونه ای كه برخی این تكنولوژی را تكنولوژی آفرینش می‎نامند. پیوند علم مواد ، شیمی و علوم مهندسی كه نانوتكنولوژی نامیده می‎شود عرصه هایی را به وجود می‎آورد كه ماشین‎آلات خود تكثیركننده و محصولات خود اسمبل از اتمهای اولیه ارزان ساخته شوند. نانوتكنولوژی تولید مولكولی یا به زبان ساده‌تر ، ساخت اشیاء اتم به اتم، مولكول به مولكول توسط بازوهای روبات برنامه‌ریزی شده در مقیاس نانومتریك است. نانوتكنولوژی ساخت ابزارهای نوین مولكولی منحصر به فرد با بكارگیری خواص شیمیایی كاملا" شناخته‌شده‎ی اتمها و مولكولها ( نحوه‎ی پیوند آنها به یكدیگر) را ارائه می‌دهد(۷).
▪ چرا نانو تكنولوژی؟
برای‎ پاسخ به این‎سؤال، مشكلات اساسی بشرطی پنجاه سال‎آینده را كه ازطرف سازمان بهداشت جهانی مطرح شده و شامل موارد زیر است مورد بررسی قرارمی‎دهیم (۸):
آب، غذا، انرژی، محیط زیست، جنگ، بیماری، تحصیل، دمكراسی و جمعیت
بیش از دو سوم سطح كره‎ی زمین را آب اشغال نموده است . ولی آب مناسب در بیش از دوسوم سطح خشكیهای زمین وجود ندارد و با توجه به آلودگیهای مختلف، بسیاری از آبهای موجود به شكل دست نخورده قابل مصرف نمی‎باشند. از طرف دیگر هزینه فرآوری آبهای موجود به آب مناسب آنقدر بالاست كه برای بسیاری از دولتها فرآیند بهینه سازی آب مقرون به صرفه نمی‎باشد. اگر انسان بتواند بدون آنكه آسیبی به اكوسیستم برساند، آب مورد نیاز خود را از آبهای موجود و یا، فاضلابها تهیه نماید قطعاً به موفقیت بزرگی دست یافته است. نانولوله ها و نانوفیلتر ها و یا استفاده از نانوبیو تكنولوژی شاید در این مورد نوید بخش باشد(۹).
در حال حاضر تولید غذا در بسیاری از كشورهای جهان با هزینه های بالا صورت می‎گیرد و بسیاری از مردم دنیا حتی در كشورهای توسعه یافته، با گرسنگی دست و پنجه نرم می‎كنند. با افزایش روز افزون جمعیت طبیعتاً یكی از معضلات اساسی طی سالهای آتی تأمین غذا برای مردم دنیا می‎باشد. تولید سریع و ارزان و همچنین سالم غذا از آرمانهای انسان طی سالهای آینده است كه امید می‎رود نانوتكنولوژی با در اختیار قرار دادن مواد هوشمند موردنیاز گیاهان و یا تأمین آب و مواد معدنی در موقع نیاز و از بین بردن اختصاصی آفتها و نیز توسعه‎ی مهندسی ژنتیك به حل این معضل، كمك نماید(۱۰).در حال حاضر، بسیاری ،از صنایع در دنیا از انرژی حاصل از سوختهای فسیلی استفاده نموده و برای تأمین ارزان این انرژی‎ها حتّی در كشورهایی كه خود صاحب بزرگترین ذخایر نفتی می‎باشند، هر ساله شاهد برنامه ریزی و توطئه های مختلف برای راه اندازی جنگ می‎باشیم. اگر انرژی مورد نیاز صنایع با استفاده از منابع در دسترس همچون انرژی خورشیدی و یا انرژی اتمی صل ح‎آمیزتأمین شود، بسیاری از مشكلات امروزی برطرف می‎شود و طبیعتاً صنایع با قیمت های بسیار پایین‎تر موادّ با كیفیت بالاتر تولید می‎نمایند(۱۱).
هر كشوری برای تأمین امنیّت شهروندان خود، نیاز به برنامه ریزی اصولی برای مبارزه با تجاوز دارد. طبیعی است در آینده نیروی انسانی نقش چندانی در برد و باخت نظامی نداشته وتكنولوژی نظامی حرف اول و آخر را می‎زند. در آینده با استفاده از ابزار نانو، سلاح‎هایی طراحی خواهند شد كه با دقّت بسیار بالا، تنها اهداف نظامی را هدف قرار داده و با كمترین تلفات، به بیشترین تصرفات نایل خواهند شد. طبیعی است هر كشوری كه از این قافله عقب باشد، دیگر توان مقابله با این تكنولوژی را نخواهد داشت(۱۲).
امروزه بیماری‎هایی همچون سرطان و ایدز كابوس‎های اصلی بشر در زمینه‎ی سلامتی هستند. با ابزار نانو می‎توان بدون اینكه به سلول‎های سالم بدن آسیبی برسد سلول‎های سرطانی و یا سلول‎های آلوده را ازبین برد. بسیاری از بیماری‎ها بدون استفاده از تیغ جراحی، تنها با ارسال جراحان روبوتیك به داخل بدن قابل درمان می‎باشند(۱۳).
تكنولوژی اطّلاعات و انتقال آن با ابزار نانو، به سرعت گسترش یافته و اطّلاعات بسیار زیاد مثلاً كتابخانه مركزی انگلیس را می‎توان در یك نوت بوك جای داد. تكنولوژی آموزشی‎ومخابرات به كمك هم آمده وانسان بدون‎نیازبه صرف هزینه‎های‎زیاد برای‎تحصیل و رفت و آمد و تأمین لوازم التحریر می‎تواند به راحتی آموزش‎های لازم را دریافت كند.
با توجّه به گسترش روز افزون وسایل ارتباطی همچون ماهواره و اینترنت انسانها با هم به راحتی به تبادل افكار و اطّلاعات پرداخته و طبیعتا برای تفكر انسانی و یا دست‎یابی به اطلاعات خاص مرزی وجود ندارد و دمكراسی به خودی خود به وجود می آید.
با افزایش سطح آگاهی مردم و آموزش‎های لازم، مسلماً روند رشد جمعیت كاهش یافته و مسئله‎ی كنترل جمعیت با تكنولوژی نانو، حل خواهد شد.
▪ مزایای نانو ساختار ها
شخص ممكن است بپرسد: نانوساختار چه مزایایی برای سیستم‌ دارد؟ در مقیاس نانو چه چیز منحصر به فردی وجود دارد؟ بیایید با ذكر چند مثال به این مسئله بپردازیم.
قابلیت تبدیل انرژی به انواع مختلف آن نظیر: حرارتی، مكانیكی، الكتریكی، نوری و شیمیایی، با راندمان بالا قسمت مهمّی از هر زیر ساختار یك جامعه‎ی مدرن است. اهمیّت مصرف انرژی ایجاب می‌كند كه حتی بهبود‌های ناچیز در راندمان تبدیل و روش‌های تبدیل بتواند تأثیر بسیاری بر اقتصاد، ذخایر انرژی و محیط زیست بگذارد.
بدن انسان از ساختارهای مولكولی فعّال و پیچیده ای ساخته شده است و زمانی كه این ساختارها دچار آسیب شوند، سلامتی انسان تهدید می‎شود. روش‎های متفاوتی برای تشخیص بیماری‎ها وجود دارند. به عنوان مثال یك پزشك می‎تواند از طریق سئوالاتی كه از بیمار می پرسد یا عكس گرفته شده با اشعه‎ی x و یا جراحی ، به علل یك بیماری پی ببرد. پزشكان قادر به تشخیص بیماری‎های مختلفی هستند، ولی تاكنون بیماری‎های بسیاری نیز ناشناخته و مرموز باقی مانده اند. شناخت یك بیماری به معنای داشتن اطّلاعاتی كامل راجع به آن نیست. مثلاً پزشكان می توانند قبل از اینكه در مورد نوع میكروب اطّلاعاتی داشته باشند، عفونت را تشخیص دهند. بدون در نظر گرفتن درمان‎هایی از قبیل ماساژ دادن و پرتوافكنی، جراحی و مصرف داروها، دو نوع اصلی درمان هستند . جراحی روشی مستقیم برای برطرف كردن ناراحتی‎های بدن است كه امروزه توسط متخصصان مجرّب و آموزش دیده، انجام می شود .جراحان به منظور درمان ، برای برداشتن غدد سرطانی ، برطرف كردن انسداد رگ‎ها و حتّی جایگزین كردن اعضای مختلف، پوست و بافت بدن را برش می دهند .این روش می تواند خطرات بسیاری در برداشته باشد. به هوش نیامدن، مقاومت بدن در برابر عضو جدید و از بین رفتن سلول‎ها، نمونه‎ای از این خطرات هستند .جراحان كنترل دقیق بر عمل جراحی ندارند. بدن انسان توسط ماشین‎های مولكولی كه اكثراً داخل سلولها هستند، فعّالیت می كند. جرّاحان قادر به دیدن مولكول‎ها و در نهایت ترمیم آنها نیستند.
بنابراین علم كنونی قادر به درمان كامل بیماریها و یا حتّی تشخیص بسیاری از بیماری‎ها نیست. پزشكان همواره سعی كرده اند كه به بدن كمك كنند تا خود، عمل درمان و التیام بخشی را انجام دهد. در ابتدا این عمل، روند كندی داشت ولی با به‎كارگیری متدها و تجهیزات جدیدی كه امروزه، وارد عرصه‎ی پزشكی شده اند، سرعت زیادی به خود گرفته است.
در آینده‎ای نه چندان دور، بیماریهای مهلكی چون ایدز و سرطان ، قابل پیشگیری و درمان خواهند شد .اگر تصور چنین مساله ای برایتان غیر ممكن است ، به پیشرفت‎های جهان پزشكی توجّه كنید .در زمان قدیم تصور بریدن بدن انسان به وسیله‎ی كارد، آن هم بدون احساس هیچ گونه دردی، ناممكن بود. وجود بیماری‎های لاعلاج بسیاری كه در دوران قدیم وجود داشته‎اند و اكنون داروهایی برای درمان آنها كشف شده است ، این امید را برای ما زنده نگه می دارد كه در آینده‎ای نزدیك، تمام بیماری‎ها قابل پیشگیری و درمان خواهند بود .
قابلیت‎ها وتوانمندی‎های نانوپزشكی، این نكته را گوشزد می‎كند كه می‎توان به زندگی و زنده بودن امیدوار بود. امروزه ممكن است در عنفوان جوانی، حمله‎ی قلبی یا سرطان ناگهانی و غیر منتظره به سراغمان بیایند .اما به راستی بیماران در حال مرگ چگونه می‎توانند از فواید تكنولوژی‎های آتی پزشكی بهره جویند، چگونه می توان از ساختار فیزیكی بدن محافظت كرد تا پیشرفتهای تكنولوژی پزشكی در آینده، سلامتی را به بیماران باز گرداند؟
موضوعی خارق العاده در علم پزشكی مطرح شده است، مبنی بر اینكه بیماران در حال مرگ را می توان منجمد كرد و سپس به مّدت چندین دهه یا حتّی چندین قرن در نیتروژن مایع نگهداری كرد تا زمانی كه تكنولوژی پزشكی به حدی پیشرفت كند كه قادر به بازگرداندن سلامتی آنها شود. نانوتكنولوژی ، تكنولوژی برتر قرن بیست و یكم است كه امكان ساخت ماشین های مولكولی پیچیده را در اختیار ما قرار می‎دهد. نانوپزشكی فن به كارگیری تدابیر نانوتكنولوژی است و راه حلی است برای پایان دادن به بحران‎های جهانی مراقبت‎های پزشكی .
نانوتكنولوژی قادر به پیشگیری و معالجه‎ی بیماری‎هاست .البته این مبحث هنوز در حال گذراندن مراحل اولیه‎ی خود است ولی توان متغیر ساختن علم پزشكی قرن بیست و یكم را داراست. ابتدایی‎ترین تجهیزات نانو پزشكی را می‎توان در تشخیص بیماری‎ها به كار گرفت. در كنار تمام داروها و تجهیزات پزشكی كه نانوتكنولوژی برای علم پزشكی به ارمغان آورده است، نانوروبات‎های ساخته شده، می‎توانند تا بدانجا توسعه داده شوند كه بدون هیچ آسیب و ناراحتی وارد بدن شوند و به تشخیص بیماریها و درمان آنها بپردازند. نانو روباتها قادر به ترمیم سلول‎ها، بافت‎ها و اعضاء هستند. بیماری‎هایی چون سرطان، هموفیلی، آرتروز، رماتیسم ، ایدز و برخی از بیماری‎های ذهنی توسط آنها كنترل می‎شوند و در نهایت از بین می‎روند .نانوروباتها به قدری كوچكند كه می توانند به راحتی از میان رگ‎ها عبور كنند. این روباتها طوری طراحی شده‎اند كه توسط سرنگ به بدن انسان تزریق می‎شوند و سپس از طریق رگ‎ها و دیگر مسیرهای سلولی در بدن انسان، گردش می‎كنند. نانوروباتها یا نانوماشین ها می توانند اعضای داخلی بدن و چگونگی كاركرد آنها را تنظیم كنند و به قدری پیشرفته اند كه در جراحی پلاستیك نیز به كار گرفته می شوند. با وجود نانوروباتها، انسانها قادرند فرم بدن خود را از نو بسازند و حتّی جنسیت خود را تغییر دهند. این نانوروبات ها در زمینه های پزشكی همچون موارد زیر نیز كاربردهای فراونی دارند:
مستحكم كردن استخوان‎های شكسته تغییر رنگ مو، چشم و پوست. با تزریق نانوماشین‎ها به ماهیچه می‎توان توانایی انسان را افزایش داد. نانوماشین‎ها می‎توانند جایگزین گلبول‎های خون نیز شوند و خونی بسازند كه قابلیت نقل و انتقال وترمیم سلول‎های مختلف بدن را داشته باشد و موجب حیات ابدی شود. خون ساخته شده، ارزان قیمت خواهد بود و از لحاظ كارآیی همانند خون معمولی است و بدون در نظر گرفتن گروه خونی، قابل تزریق به همه‎ی انسان‎ها نیز هست. نانوماشین‎های نانوپزشكی، به وجود آورنده‎ی مرحله‎ی جدیدی از تكامل انسانی هستندكه سبب بقاء بشر می‎شوند.
نانو ماشین‎ها طوری طراحی شده اند كه قادر به ساخت اتم ها و در نتیجه درمان بسیاری از بیماری‎های مزمن امروزی هستند. تصلب شرائین یكی از این بیماری‎هاست. در اثر این بیماری، كلسترول در دیواره‎های داخلی رگها رسوب می كند و سبب تنگ شدن رگها می‎شود. زمانی كه شاهرگ‎های قلب نیز بر اثر این بیماری تنگ شدند، آن گاه خطر احساس می‎شود. هنگامی كه جریان خون محدود می شود، بافت‎هایی كه توسط رگ‎ها تغذیه می‎شوند، خواهند مرد. اوّلین نشانه‎های گرفتن رگ‎ها در قلب، بروز آنژین است. اگر بیماری پیشرفته شود، ماهیچه‎های قلب می‌میرند و سبب حمله‎ی قلبی می‎شوند. بدین‎منظور نانوماشین هایی طراحی و برنامه ریزی شده اند كه قادر به جستجو، یافتن و برطرف كردن رسوبات كلسترول و در نتیجه باز كردن مجدّد رگها هستند. با كمك نانو ماشین های ترمیم كننده سلولها، می توان مشكلات مربوط به سلولها و بافتها را برطرف كرد . بدین منظور ماشین‎های ترمیم كننده سلولها به ابزارها و گیرنده های حسی در ابعاد مولكولی احتیاج دارند.اندازه‎ی این ماشین‎ها با اندازه باكتری‎ها و ویروس‎ها برابر است. ماشین‎های ترمیم‎كننده‎ی سلول‎ها می‎توانند در مسیر جریان خون حركت كنند و همان‎گونه كه ویروس‎ها داخل سلولها می‎شوند، به سلول‎ها وارد شوند. نانوماشین‎ها با تست‎كردن محتوا و فعالیت سلول‎ها، مشكلات موجود را مشخص می‎كنند. نانوماشین‎ها برحسب مشكل تشخیص داده شده، تعیین می‎كنند كه آیا سلول باید ترمیم شود و یا اینكه از بین برود. برای درمان سرطان نیز از این روش استفاده می‎شود. در ضمن، كنترل این نانوماشین‎ها، توسط نانوكامپیوتر صورت می‌گیرد.
از آنجایی كه تمام ناراحتی ها و مشكلات فیزیكی انسان در اثر تغییر آرایش اتم‎ها صورت می‎پذیرد، ماشین های ترمیم‎كننده‎ی سلولها، اتم‎ها را به محلّ صحیح خود باز می‎گردانند و مشكل را برطرف می كنند. با وجود جالب بودن این موضوع، باید در نظر داشت كه برطرف كردن ناراحتی های فیزیكی به تنهایی نمی تواند مشكل اصلی را رفع كند. به عنوان مثال اگر فردی دچار ضربه‎ی مغزی شود، بافتهای آسیب دیده او ترمیم می‎شوند اما اطّلاعاتی كه در سلول‎های مغز ذخیره شده بودند، از بین می رود.
یكی از مواردی كه توسط نانوتكنولوژی قابل درمان نیست مربوط به سلامتی ذهن است. با این وجود برخی از توانایی‎های ذهنی از طریق بازیابی سطوح هورمونی و شیمیایی مغز، درمان می‎شوند . مشكل كهولت نیزتوسط نانوماشین ها برطرف می شود. ناتوان شدن استخوان‎ها، چروك شدن پوست، كاهش فعالیت آنزیم‎ها، التیام كند و آهسته زخمها، ضعیف شدن حافظه و تمامی مشكلات ناشی از كهولت در اثر آسیب مولكول‎ها، موجب عدم توازن شیمیایی و تغییر ساختارهای مولكولی می‎شوند. اگر ماشین‎های ترمیم‎كننده‎ی سلول‎ها بتوانند سلول‎ها و ساختارهای آسیب دیده را ترمیم كنند، روند كهولت خیلی آرامتر طی خواهد شد.
درنتیجه، پیشرفت نانوتكنولوژی و نانوپزشكی ، ممكن است میانگین عمر انسان، زمانی به صدها تا هزاران سال برسد. توانایی چیدن و نوآرایی ساختار های مولكولی در بیشتر موارد با قوانین فیزیكی مرتبط است. این مسئله از اهمیّت زیادی برخوردار است كه آیا ما قادر هستیم تقریبا هر چیزی را با آرایش و چیدن اتم‎ها در كنار یكدیگر بسازیم؟ اگر ما قادر باشیم اتم‎ها را با دقّتی بیشتر، هزینه ای كمتر و انعطاف پذیری بیشتر در كنار هم قرار دهیم، در این صورت تقریباً همه‎ی محصولات امروزی متحول خواهند گردید. برای مثال، ما مواد ساختاری ارزان قیمتی تولید خواهیم نمود كه به شفافیت و استحكام الماس باشند (این مورد كاربرد زیادی در صنایع هوا فضا دارد) و نیز ابزارها و وسایل جراحی خواهیم ساخت كه اندازه و دقّتی در سطح مولكول خواهند داشت و قادر هستند مستقیما در سطح پایه‎ی بیماری‎ها مداخله نمایند. در حالی كه اتم‎ها، تقریباً در موقعیت‎های نامحدودی می‎توانند آرایش یابند، امروزه ما تنها قادر به ساخت بخش بسیار كوچكی از آنچه كه احتمال می‎رود، هستیم. به طور خیلی سرانگشتی اگر ما بتوانیم صد اتم را درون یك نانومتر مكعب قرار داده و هر اتم یكی از ۱۰۰ عنصر طبیعی باشد، در این صورت اتم ها در یك نانومتر مكعب می توانند ۱۰۰۱۰۰ حالت مختلف در كنار یكدیگر قرار گیرند. در یك میكرون مكعب این حالات به ۱۰۰۱۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰ خواهد رسید. ریچارد فین من در سال ۱۹۵۹عنوان نمود، اصول فیزیك تا آنجا كه من توانایی فهم آن را دارم برخلاف امكان حركت دادن اشیاء به صورت اتم به اتم حرفی نمی زند. اخیرا، دركسلر گفته است: جالب‎ترین ساختار هایی كه كمترین جا را برای یك سطح انرژی پتانسیل فراهم می‎كنند، می‎توانند به این روش و یا روشی دیگر ایجاد گردند.
مدیر بنیاد ملی علوم ایالات متحده گزارش داد كه كاربرد های احتمالی نانوتكنولوژی نامحدود است. انواع كاملاً جدید از موادّ بی‎نهایت مستحكم و سبك و در عین حال بی خطر برای محیط زیست می‎تواند ایجاد شود و نیز بحث ابر رساناهای ارزان و كاربردهای پزشكی مطرح می‎شود. بنیاد ملی علوم برای انجام طرح در موضوعات بدیع از علم نانوتكنولوژی، امتیازاتی را اعطاء می نماید. سازمان یك گروه تحقیق نانوتكنولوژی مولكولی محاسبه ای دارد كه در حال بررسی روش‎هایی هستند كه بتوان از این تكنولوژی در جهت اكتشافات فضایی و سكونت انسان در فضا پیشرفت‎هایی حاصل نمود (۱۲).
▪ موقعیت جهانی نانوتكنولوژی
بازار نانوتكنولوژی در حد تریلیون دلار برآورد می‎شود. در حال حاضر در بین تمام كشور های دنیا، آمریكا از نظر پژوهش در زمینه نانوتكنولوژی و سر مایه‎گذاری و نیز توجّه دولت، درصدر قرار دارد. كشورهای روسیه, ژاپن, آلمان و چین به ترتیب در مكان‎های بعدی قرار دارند. در ایران كمیته‎ی سیاست نانوتكنولوژی در مركز فن‎آوری دفتر ریاست جمهوری تشكیل شده است. از آنجا كه این تكنولوژی نوپا است و ما هنوز چندان از آن فاصله نداریم، در صورتی كه سیاست‎گذاری‎های درست در این زمینه انجام شود میتوان امیدوار بود كه ایران نیز در این زمینه صاحب فن شود (۱۳).
‌● كاربردهای نانوتكنولوژی
قابلیتهای محتمل تكنیكی نانوتكنولوژی عبارتند از :
الف- محصولات خوداسمبل
ب - كامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر كامپیوترهای امروزی
ج- اختراعات بسیار جدید ( كه امروزه ناممكن است)
د- سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه
ه- نانو تكنولوژی پزشكی كه در واقع باعث ختم تقریبی بیماریهــا، سالخوردگی و مرگ و میر خواهد شد.
و- دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه‌های دنیا
ز- احیای مجدد بسیاری از حیوانات و گیاهان منقرض‌شده
ح- احیاء و سازماندهی اراضی
ط- نانوتكنولوژی روند زیانبار ناشی از انقلاب صنعتی را معكوس خواهد كرد".
تصور كنید قادر باشید با نوشیدن دارو كه در آب میوه مورد علاقه‌تان حل شده است، سرطان را معالجه كنید. یك ابر كامپیوتر را كه به اندازه‎ی یك سلول انسان است در نظر بگیرید. یك سفینه‎ی فضایی ۴ نفره را كه به دور مدار زمین می‌گردد، با هزینه‌ای در حدود هزینه‎ی یك خودروی خانوادگی تجسم كنید.
موارد فوق، فقط تعداد محدودی از محصولات مورد انتظار از نانوتكنولوژی هستند. انسان در معرض یك انقلاب اجتماعی تسریع شده و قدرتمند ناشی از علم نانوتكنولوژی است. در آینده‎ی نزدیك گروهی از دانشمندان قادر به ساخت اوّلین آدم آهنی با مقیاس نانومتری می‌گردند كه قادر به همانندسازی است. طی چند سال با تولید پنج میلیارد تریلیون نانوروبات ، تقریبا" تمامی فرایندهای صنعتی و نیروی كار كنونی از رده خارج خواهند شد. كالاهای مصرفی به وفور یافت‌شده ، ارزان، شیك و با دوام خواهند شد. دارو، یك جهش سریع و كوانتومی را به جلو تجربه خواهد نمود. سفرهای فضایی و همانندسازی امن و مقرون به صرفه خواهند شد. به این دلایل و دلائلی دیگر، سبك‎های زندگی روزمره در جهان به طور زیربنایی متحول خواهد شد و الگوی رفتاری انسان‎ها، تحت‌الشعاع این روند قرار خواهد گرفت. مقیاس نانو تجربه‎ی جدیدی می‌باشد، امّا تبدیل كشفیات تازه به تكنولوژی هنوز هم به روش سنتی آن انجام می‌گیرد. تصور كنید یك میلیارد مرتبه كوچك‌تر شوید و بتوانید در محیط گازی، مایع و یا جامد شنا كنید. در این سفر، چیزهایی كه شما با آن‌ها مواجه می‌شوید، مدنظر ما نیست، بلكه عدم پیوستگی (گسستگی) اتم‌ها و مولكول‌هایی كه اركان طبیعت را تشكیل می‌دهند، اهمیّت دارد. همچنین مقیاس‌های نانومتری اندازه‎ی مولكول‌های بیولوژیكی نظیر پروتیین‌ها و مواد غیرآلی شامل نیمه‌هادی‌ها، سرامیك‌ها و فلزات نانوساختاری را پوشش می‌دهد. این هم‌پوشانی اخیراً تشكیل مواد هیبریدی نانومتری را كه خواص و عملكرد‌های منحصر به فردی دارند، امكان‌پذیر ساخته است.
عرصه های كاربرد نانوتكنولوژی بسیار گسترده است، در زیر به پاره ای از آنها اشاره می‎شود:
الكترونیك و ارتباطات، سیستم های دارورسانی، وسایل پزشكی و مهندسی بافت، حس‏‎گرها و هشدار دهنده‎ها، ابزار سازی لوازم اندازه‎گیری، صنایع هوا فضا، صنایع دفاعی و نظامی، صنایع شیمیایی و سنتز مواد، تعیین مقدار داروها، خالص سازی مواد، بهینه‎سازی روش‎های سنتز، ژن درمانی، ترمیم بافت‎ها - مواد آرایشی بهداشتی (۱۴)
● نتیجه گیری
یك ایده‎ی اساسی در نانوتكنولوژی، كنترل مكانی است؛ كه با ابزارهای رباتیك كاملا" استاندارد قابل حصول است. تفاوت عمده‎ی ابزارهای رباتیك مرسوم با انواع مولكولی، مسأله‎ی نویز حرارتی است. در مقیاس مولكولی، ذرّات به دلیل حركت براونی در حال جست ‌و خیز هستند. برای كنترل این مسأله، ذرّات را بایستی محكم نگهداشت، یعنی یك نیروی برگرداننده باید وجود داشته باشد كه برای بازگرداندن ذرّات به موقعیت تعادلی، در صورت انحراف عمل كند. اندیشه‎ی اساسی دوّم در نانوتكنولوژی، خودهمانندسازی است. دانشجو باید صفحه‎ی وبی را به عنوان مقدمه‎ی خود همانندسازی خوانده و چند مرجع موجود در آن را برای مطالعه‎ی بیشتر انتخاب كند. تئوری دور و تكرار، مبنای سیستم‎های خودهمانندساز است.

نویسنده : دكتر مریم كاظمی پور و مهدی انصاری
منابع:
۱. Glenn Fishbine, The investor’s guide to nanotechnology and micro-machines, basic concepts, ۲۰۰۳(www.glennfishbine.com).
۲. ttp://physics.about.com/cs/glossary/g/nanotechnology.htm ۳. Nanotechnology newsletter, No ۳۷. http://www.irannanotech.org
۴. Nanotechnology newsletter, No ۵۶. http://www.irannanotech.org
۵. Nanotechnology newsletter, No ۵۷. http://www.irannanotech.org
۶. Nanotechnology newsletter, No ۶۲. http://www.irannanotech.org
۷. Nanotechnology newsletter, No ۶۷. http://www.irannanotech.org
۸. Wissing S.A., Kayser O., Muller R.H., Solid lipid nanoparticles for parenteral drug delivery Advanced Drug Delivery Reviews ۵۶ (۲۰۰۴) ۱۲۵۷– ۱۲۷۲.
۹. http://newsroom.ucla.edu
۱۰. http://www.tco.gov.ir/nano
۱۱. http://physicsweb.org
۱۲. Nanotechnology newsletter, No ۲۶. http://www.irannanotech.org
۱۳. Nanotechnology newsletter, No ۲۷. http://www.irannanotech.org
۱۴. Nanotechnology newsletter, No ۶۸. http://www.irannanotech.org
منبع : كتاب مجموعه مقالات نخستین كنگره بین المللی - دانشگاه آزاد اسلامی

منبع : خبرگزاری فارس