نانوتکنولوژی، فرصت‌ها و تهدیدها

از زمانی که جان دالتون وجود اتمها را در سال۱۸۰۳ به جهانیان اثبات کرد، دانشمندان در تلاش بوده‌اند این ذرات کوچک را تحت کنترل خود درآورند. اکنون محققان نانوتکنولوژی توانسته‌اند با در اختیار گرفتن اتمها تحولات عظیمی را رقم بزنند.
تحقیق در قلمرو نانو تکنولوژی از اواخر دهه ۱۹۵۰ آغاز شد و در دهه ۱۹۹۰ نخستین نتایج چشمگیر از رهگذر این تحقیقات بدست آمد. دانشمندان با تحقیق در مقیاسی کوچک که یک میلیون بار کوچکتر از سر سوزن است می‌‌توانند خواص ماده را تغییر دهند به گونه‌ای که متفاوت با اجسام بزرگ و معمولی رفتار کند. در این قلمرو، اتمها و ذرات رفتاری غیرمتعارف را از خود به نمایش می‌‌گذارند.
قابلیتهای این علم فقط توانایی کوچک کردن اجسام نیست. دانشمندان با استفاده از این مواد در تلاشند دستگاه‌‌ها و ابزارهایی بسازند که از قابلیت‌‌های بسیار شگفت انگیز و غیرمتعارف برخوردار باشد که فهرست بیشماری از محصولات را دربرمی‌گیرد.
متخصصان نانو می‌‌کوشند با کار بر روی چگونگی حرکت اتم‌‌ها و نوع قرار گرفتن آنها در کنار یکدیگر و نیز با تغییرات خاص به ترکیبات مقاوم‌تری از مواد دست یابند و کیفیت مواد تولیدی را بهبود بخشیده و درنهایت تولید مواد مختلف را اقتصادی‌تر کنند.
طبیعت خود از دیرباز از نانوتکنولوژی بهره گرفته و در این زمینه مهارت یافته است. بطور مثال موهای بسیار نازک را در کف پای مارمولک بینید که با کمک آنها می‌‌تواند به دیوار بچسبد و حتی از یک صفحه شیشه‌ای خود را آویزان کند.
نانوتکنولوژی با الهام از طبیعت نویدبخش ابداع روشهایی در ساخت سامانه‌‌های کوچکتر، سبکتر، مقاومتر، کارآمدتر و ارزانتر است. پروفسور مارک ولاند رییس آزمایشگاه علوم نیوکاسل در دانشگاه کمبریج می‌‌گوید نانوتکنولوژی، خود یک فن آوری نیست ، بلکه یک فن آوری توانمندسازی است بطوری که می‌‌تواند در محصولات بسیار متنوعی نمود پیدا کند.
نانوتکنولوژی اکنون در حافظه فلاش ، تراشه رایانه ، ساخت روکش‌‌ها، انواع جدید سنجنده‌‌ها و بخصوص در حوزه پزشکی کاربرد یافته است. انتظار است نانوتکنولوژی عملکرد موادی مانند پلیمرها، الکترونیک ، رنگ‌‌ها، باتری‌ها، سنجنده‌‌ها، سلولهای سوختی، سلولهای خورشیدی، روکش‌‌ها، رایانه‌‌ها، و سامانه‌‌های نمایشگر را تغییر دهد. تا پنج سال آینده ، استفاده از باتری‌‌هایی که عمر کوتاهی دارند منسوخ خواهد شد و تا ۱۰ سال آینده نحوه انجام آزمایشهای پزشکی متحول می‌‌شود. همچنین پیش بینی شده است که پنج سال آینده دستگاه پخش موسیقی ‌ای پاد ipod با ۱۰ برابر ظرفیت کنونی جزو وسایل معمولی و عادی خواهد بود. در آینده‌ای نه چندان دور، یک ترابیت داده‌‌ها که معادل ۱۰ ساعت تصاویر ویدیویی غیرفشرده با کیفیت بالا است در فضایی به اندازه یک تمبر پستی قابل ذخیره خواهد بود.
نانوتکنولوژی نقش خود را در کوچک کردن اجزا ایفا می‌‌کند که نتیجه آن افزایش کارایی یک مجموعه است.
پروفسور جان ریان رییس مرکز بیونانوتکنولوژی در دانشگاه آکسفورد می‌‌گوید اگرچه می‌‌توان با اتمها ابزارهای نانو ساخت ، اما به خاطر پرهزینه و کند بودن فرایند ساخت ، روش مناسبی برای تولید نیست.
یکی از مهمترین چالشهای عملی در سالهای آینده درک اصول اساسی زیست شناسی و استفاده از آنها در ابداع انواع جدید نانوتکنولوژی خواهد بود. دانشمندان با بهره گیری از این دانش می‌‌توانند با استفاده از موادی که از مواد طبیعی مقاومترند، انواع جدیدی از ابزارهای نانو بسازند. مواد نانو بخاطر نحوه خاص آرایش اتمها، از خواص الکتریکی و نوری غیر متعارفی برخوردارند. بطور مثال محققان پارچه‌ای ساخته‌اند که از طریق الکترونیکی تغییر رنگ می‌‌دهد یا یونیفورم ارتشی در معرض نور فرابنفش تغییر شکل پیدا می‌‌کند.
اما مهمترین پیشرفتهای نانوتکنولوی در حوزه پزشکی بدست آمده است. نانوپزشکی امکان تشخیص زودتر و بهتر بیماری و دارو درمانی هدفمند و دقیق تر را میسر می‌‌سازد. امکان درمان سفارشی یعنی درمان مناسب برای هر شخص نیز با این شیوه وجود دارد.
امید است نانوتکنولوژی به شکل ورقه‌‌های انعطاف پذیر حاوی الکترودهای مینیاتوری نتیجه عمل ایمپلنت‌‌های عصبی، حلزون گوش و شبکیه چشم را بهبود بخشد.
نانوتکنولوژی به کوچک شدن ابزارهای تشخیص پزشکی و سنجنده‌‌ها خواهد انجامید و با این کار هزینه تهیه کیت‌‌های تشخیص بیماری در کشورهای در حال توسعه بسیار پایین می‌‌آید. از این لحاظ نانوتکنولوژی امکان رشد فناوریهای قدیمی را برای کشورهای درحال توسعه فراهم آورد.
تروی کرکپاتریک از تحقیقات جهانیGE می‌‌گوید بزرگترین دستاورد نانوتکنولوژی، ساخت مواد جدید است. این مواد شامل روکشهای ضدزنگ برای ساخت توربین‌‌های هیدروالکتریک با کارایی بیشتر در آبهای پرازگل و لای، و فیلترهای نانو برای تصفیه سریعتر آب است.
تحقیقات جهانی GE همچنین در حال مطالعه در مورد خواص نانوسرامیک‌‌هایی است که علاوه بر سبکی قدرت مقاومت بسیار زیادی داشته باشد. ساختار مولکولی این مواد باعث می‌‌شود کارایی روکشهای نانوسرامیک مورد استفاده در ساخت هواپیماها ۱۰ درصد افزایش یابد، انرژی کمتری مصرف و آلاینده‌‌های کمتری تولید شود.
تحقیقات جهانیGE همچنین تحقیق در زمینه صنعت الکترونیک را نیز مد نظر دارد. در حال حاضر مهمترین مشکل سازندگان تراشه‌‌ها بالا بردن سرعت نیست. زمانی که تراشه‌‌ها با سرعت زیادی کار می‌‌کنند گرمای بسیاری زیادی تولید می‌‌شود که باعث ذوب شدن تراشه می‌‌شود. به همین خاطر برای کنترل گرما به مواد بهتری نیاز است. GE با استفاده از موادی که از خواص نانوذرات بهره گرفته است ، نوعی چسب تراشه ساخته است که می‌‌تواند گرما را از درون پردازشگر رایانه به بیرون منتقل کند.
●کاربردهای فن آوری نانو:
برخی از نمونه محصولات و دستگاه‌‌هایی که با کمک این فناوری در دست تولید است یا هم اکنون تحقیق درباره آنها در مراحل بسیار پیشرفته قرار دارد، شامل دیودهای ارگانیک (آلی ) افشاننده نور برای استفاده در نمایشگر رایانه‌‌ها، ورقه‌‌های نازکی که نور را به الکتریسیته تبدیل می‌‌کنند، لایه‌‌های نازک و شفاف محافظ پنجره‌‌ها که در برابر خش و خراش مقاومند و به صورت خودکار با دریافت پرتو ماورابنفش خورشید، خود را تمیز می‌‌کند، می‌‌باشد.
همچنین پارچه‌‌هایی که لکه‌‌ها و چربیها را بخود نمی‌‌گیرند و به صورت خودکار حرارت خود را تنظیم می‌‌کنند، حاصل بکارگیری نانوتکنولوژی است. لباسهای هوشمندی که ضربان قلب و درجه حرارت بدن افراد را اندازه گیری می‌‌کنند، لوله‌‌های بسیار سبک و مقاوم برای کاربردهای مختلف ، مفاصل مخصوص لگن خاصره ساخته شده از مواد سازگار با بدن ، رنگ‌‌های ضدخوردگی و مقاوم در برابر پوسته پوسته شدن ، شیشه‌‌هایی که به صورت خودکار رنگ خود را با تغییر حرارت تغییر می‌‌دهند و نور محیط را تنظیم می‌‌کنند جزو این دسته هستند.
حافظه‌‌های مغناطیسی با ظرفیت بسیار بالا، باتریهای ساخته شده از لوله‌‌های کربنی برای وسایل الکترونیک و اتومبیلهای برقی، دستگاههای کوچک قابل کارگذاری در بدن (ایمپلنت) هم از جمله تولیدات فناوری نانو محسوب می‌‌شود.
از آنجا که از شماری از مواد نانو در ساخت محصولات آرایشی و یا محصولات ترکیبی همچون تراشه‌‌های الکترونیک ، تلفنهای همراه و لوحهای فشرده "دی‌وی‌دی" استفاده می‌‌شود، این نگرانی بوجود آمده است که با توجه به عدم وجود معیارها و موازین نظارتی دقیق ، حضور این مواد در محیط زیست مخاطراتی را برای سلامتی افراد ایجاد می‌‌کنند.
شرکتهای دیگر با استفاده از فناوری نانو پارچه‌‌هایی تولید کردند که با یک بار تکاندن آنها می‌‌توان حالت اتوی اولیه را به آنها بازگرداند و چین و چروک آنها را از بین برد. با همین یک بار تکان همه گرد و خاکی که به این پارچه‌‌ها جذب شده‌اند نیز برطرف می‌‌شود.
با استفاده از این مواد نوارهای زخم بندی هوشمندی تهیه شده است که به محض مشاهده نخستین علایم عفونت در مقیاس مولکولی، پزشکان را آگاه می‌‌سازد. از همین نوع مواد همچنین لیوانهایی تولید شده که خودبخود تمیز می‌‌شوند.لنزها و عدسی‌های عینک ساخته شده از جنس مواد نانو ضدخش هستند و یک گروه از محققان تا آنجا پیش رفته‌اند که می‌‌خواهند با مواد نانو پوششهای مناسبی تولید کنند که سلولهای حاوی ویروسهای خطرناک نظیر ویروس ایدز را دربرگرفته و مانع از خروج آنها می‌‌شود. گروهی از محققان نانوتکنولوژی بر این باورند که می‌‌توان بدون آسیب رساندن به سلولهای حیاتی، به کاوش و تحقیق در درون آنها پرداخت.
شیوه‌‌های کنونی برای بررسی سلولها بسیار ابتدایی است و دانشمندان برای شناخت آنچه که در درون سلول اتفاق می‌‌افتد مجبورند سلولها را از هم بشکافند و در این حال بسیاری از اطلاعات مهم آن از بین می‌‌رود.
گروه دیگری از دانشمندان نیز دستگاهی را در دست ساخت دارند که با استفاده از ذرات طلا می‌‌تواند پروتیین‌‌های معینی را فعال یا غیرفعال کند.
نانوتکنولوژی همچنین امکان مشاهده رویدادهای بسیار نادر یا مولکولهایی باچگالی بسیار کم را برای محققان فراهم آورده است. به عنوان مثال بلورهای مینیاتوری نیمه‌‌هادیهای فلزی در یک فرکانس خاص از خود نور ساطع می‌‌کنند و از این نور می‌‌توان برای مشخص کردن مجموعه‌ای از مولکولهای زیستی و برچسبگذاری برای شناسایی آنها استفاده کرد.
یک گروه از محققان در دانشگاه میشیگان نیز توانسته‌اند سنجنده خاصی را تکمیل کنند که قادر است حرکت اتمهای روی را در درون سلولها دنبال کند و به دانشمندان در تشخیص نقایص زیست -عصبی کمک نماید.
از ابزارهای نانو همچنین می‌‌توان برای عرضه موثرتر داروها به بدن استفاده کرد. محققان با انجام آزمایشی دریافتند کارایی حمله به سلولهای سرطانی با استفاده از ذرت نانو، ۱۰۰ برابر افزایش می‌‌یابد. محققان امیدوارند در آینده‌ای نه چندان دور با استفاده از فناوری نانو بتوانند فعالیتهای درون سلولها را تحت کنترل خود درآورند. هم اکنون گامهای بلندی در این زمینه برداشته شده است. بطور مثال دانشمندان اکنون می‌‌توانند فعالیت پروتیین‌‌ها و مولکول دی ان آ را درون سلول کنترل کنند.
به این ترتیب نانو تکنولوژی به محققان امکان می‌‌دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها که اصلی‌ترین بخش سازنده بدن جانداران است تکمیل نمایند.
●خطرات فن آوری نانو:
مخالفان نانوتکنولوژی می‌‌گویند درک و تصویر غلط از قابلیتهای نانوتکنولوژی، نگرانی‌‌های زیادی را بوجود آورده است. ساخت سنجنده‌‌های پزشکی برای همه بسیار جالب است ، اما نقاط ضعفی هم وجود دارد. با رواج سنجنده‌‌های پزشکی، سلامت جسمی افراد بطور شبانه روزی قابل کنترل خواهد بود. حال اگر کسی به این داده‌‌ها نفوذ کند چه اتفاقی خواهد افتاد؟ به همین خاطر قوانینی باید وضع شود، اما این قوانین نباید دست وپاگیر باشد.
●ماشین تکثیر خودکار
درباره خطرات احتمالی نانو تکنولوژی نظرات افراطی نیز بیان شده است. از جمله محققی به نام "اریک درکسلر" که از او با عنوان "پدر نانو تکنولوژی" یاد می‌‌شود چند سال قبل درکتابی مدعی شده بود که نانو تکنولوژی به ظهور روبات‌‌های بسیار کوچکی خواهد انجامید که می‌‌توانند خودبخود تکثیر یافته و درنهایت موجودات کره زمین را به تسخیر درآورند.
پروفسور ولاند می‌‌گوید اگر کسی به فکر ماشین تکثیر خودکار بیافتد، از نانوتکنولوژی استفاده نمی‌‌کند. طراحی یک ماشین مولکولی بسیار پیچیده است حال چگونه ممکن است کسی به فکر ساخت ماشین مولکولی تکثیر خودکار هم بیافتد؟
درکسلر اخیرا احتمال گسترش ماشینهای نانو تکثیر خودکار را رد کرده است. وی ترس از راه یابی ذرات زیستی نانو که خودبخود تکثیر می‌‌کنند به درون بدن انسان و پیامدهای غیرقابل پیش بینی حاصل از آن را بی‌مورد می‌‌داند.
پروفسور ریان می‌‌گوید این ترسهای غیرواقعی مانع از توجه به مزایا و نگرانیهای واقعی نانوتکنولوژی شده است. وی می‌‌گوید کشف ذرات نانو استنشاقی در جریان خون که در سراسر مغز منتشر شده یکی از این نگرانیهاست. هرچند خطرات آن هنوز شناخته نشده است.
درحال حاضر در شهرهای بزرگ قسمت اعظم هوایی که ما به درون ریه‌‌های خود می‌‌فرستیم ذرات ریزی است که اندازه برخی از آنها همانند دود گازوئیل، به اندازه نانو می‌‌باشد.
درحال حاضر پیامدها و تاثیرات منفی و خطرناک نانوتکنولوژی بر سلامت انسان و محیط زیست توجه گسترده مراکز تحقیقات علمی را در اروپا و آمریکا به خود جلب کرده است. چاپ دهها تحقیق و مطالعه در رسانه‌‌های آلمانی و آمریکایی نشان می‌‌دهد "نانو ذرات" می‌‌توانند برای همه جانداران از باکتری‌ها تا پستانداران خطرناک باشند.
این در حالی است که دولتمردان نیز با پیوستن به جمع پژوهشگران و سازمان‌‌های زیست محیطی بیش از پیش سعی می‌‌کنند تا تاثیر "نانو ذرات " بر روی سلامتی و محیط زیست را به افکار عمومی جهان معرفی و اعلام کنند. نتیجه یک تحقیق نشانگر آن است که نانو ذرات برای برخی جانداران از مرگ آور است. برپایه این تحقیق ، چنانچه "نانوذرات کربنی" به شش‌‌های یک موش برسند به گلوله‌ای تبدیل می‌‌شوند که می‌‌تواند به اندامهای داخلی حیوان آسیب رسانده و باعث بروز مشکلات تنفسی و حتی منجر به مرگ موش شود.
"افا اوبردورستر" از دانشگاه دالاس می‌‌گوید مطالعات نشان می‌‌دهد نانو ذرات متشکل از ۶۰ مولکول کربن می‌‌توانند به لایه‌‌های سلولی مغز ماهی‌ها آسیب وارد کنند.
در حال حاضر اطلاعات در مورد پیامدها و آثار نانوتکنولوژی بر سلامتی و محیط زیست و تاثیرات متقابل نانو ذرات مختلف بر روی یکدیگر بسیار ناچیز است و همچنان تردیدهای بسیار زیادی در حوزه نوظهور نانوتکنولوژی باقی می‌‌ماند. این در حالی است که بیش از۱۳۰ فرآورده نانو در حال حاضر در بازار آمریکا وجود دارد و ارزش صنعت نانو در سال ۲۰۱۲ میلادی (یعنی هشت سال دیگر ) حدود یک بیلیون دلار پیش بینی شده است.
با آنکه نانوذرات برای تحقیق و صنعت ، جالب و با اهمیت است ، اما پیش بینی تاثیر این ذرات بر روی جانداران و طبیعت بسیار دشوار است ، چون نانوذرات همواره خواص شیمیایی، الکتریکی و ظاهری خود را نسبت به اندازه خود تغییر می‌‌دهند. به عنوان نمونه ، نانو ذرات طلا که یک عنصر شیمیایی است از خاصیت بسیار رادیوآکتیو برخوردار است.
در حال حاضر پژوهشگران تلاش دارند از انتشار نانوذرات در محیط زیست جلوگیری کنند تا این ذرات نیز به سرنوشت خطرناک پنبه نسوز دچار نشوند. پنبه نسوز که در ابتدای کشف کاربرد بسیار زیادی یافته بود هم اکنون به خاطر خطرات آن برای سلامتی و محیط زیست به عنوان ماده‌ای مرگ آور محسوب می‌‌شود.
به گفته پروفسور "کن دانلدسن" از مرکز پزشکی ریه و سینه در دانشگاه ادینبورو مواد در ابعاد نانو می‌‌توانند به بخشهایی از بدن وارد شوند که برای ذرات عادی پراکنده در محیط امکان ورود وجود ندارد و هنوز مشخص نیست که ورود این ذرات ریز به بدن از نظر سم شناسی چه تاثیرات نامطلوبی بر عملکرد اندامها خواهد گذاشت.
توجه به این نکته حائز اهمیت است که می‌‌توان محصولاتی مفید و مناسب تولید کرد اما گاهی خطر این محصولات بیش از فایده آنها خواهد بود. "جیم تامس" از گروه فعالان "ئی.تی.سی"ETC می‌‌گوید درحالی مواد نانو مورد استفاده قرار می‌‌گیرند که کسی از عوارض آنها برای سلامتی مطلع نیست.
●رشد صنعت نانو
درحال حاضر غولهای صنعتی همانندGE فعالیت زیادی در زمینه تحقیقات نانوتکنولوژی دارند. حمایت مالی از ابتکار ملی نانوفناوری (ان.ان.آی.) در آمریکا بین سالهای۲۰۰۰ تا۲۰۰۵ تقریبا چهار برابر افزایش یافته و به یک میلیارد دلار رسیده است. کشورهای جهان برای پژوهش و تحقیق بر روی نانوذرات در سال جاری بالغ بر ۴ میلیارد دلار بودجه هزینه کردند. در حال حاضر بیش از ۴۵۰ شرکت تحقیقاتی-تجاری در سراسر جهان و ۲۷۰ دانشگاه در اروپا، آمریکا و ژاپن سرگرم انجام تحقیقات در عرصه نانو تکنولوژی هستند.

مریم مولوی