دسته بندی های كاربردی و اولویت های تحقیقاتی تجاری

در این مقاله با اشاره به نانوبیوذرات به كاربردهای آنها اشاره شده است با اشاره به نانوكپسول ها و تعریف آنها به كاربرد این نانوكپسول ها اشاره شده است

در این مقاله با اشاره به نانوبیوذرات به كاربردهای آنها اشاره شده است. با اشاره به نانوكپسول ها و تعریف آنها به كاربرد این نانوكپسول ها اشاره شده است. همچنین در این مقاله به درخت سانها، كاتالیتها، ذرات ویروس مانند، پروتئین نانوذرات و كاربردهای آنها اشاره ای شده است. در ادامه این مقاله نقش نانولولهها و نانوكامپوزیتها در صنعت و تولیدات صنعتی آورده شده است. به كاربردهای این مقاله میتوان به نانوفیلتراسیون، نانوسنسورها و مواد هوشمند اشاره كرد.

● نانوبیومواد

مواد جدید همواره یكی از پیشران‌های توان‌زای كلیدی برای ساخت سیستم‌ها و كاربردهایی با اثرات چشمگیر بوده‌اند. این مواد می‌توانند موانع فرآیندهای قبلی را بشكنند و نهایتاً كاربردهایی با منافع بالقوه جهانی را تولید كنند. مواد در مقیاس نانو، یعنی موادی كه ویژگی‌هایشان در سطح كمتر از میكرو (كوچكتر از ۱۰ -۶ m ) یا نانو ( ۱۰ - ۹ m ) قابل كنترل است. خواص مواد در چنین ابعد و اندازه‌هایی با مواد متعارف اساساً متفاوت است و به همین لحاظ تحقیقات در حوزهٔ نانومواد روز به روز فعال‌تر می‌شود.

نانوبیوذرات ، ذرات كلوئیدی و جامدی هستند كه شامل اجزاء ماكرومولكولی با اندازه ۱۰-۱۰۰۰nmc با شیمی سطح پیچیده هستند. بسته به روش تولید، نانوذرات به شكل نانوكپسول‌ یا نانوكره هستند نانوكره‌ها سیستم‌های ماتریسی می‌باشند در حالی كه نانوكپسول‌ها سیستم‌های وزیكولاراند.

نانوكپسول‌ها نانوذراتی هستند كه دارای یك پوسته و فضای خالی داخل آن جهت قرارگرفتن و حمل مواد مورد نظر باشند. فسفولیپیدها با یك سر آب‌دوست و یك سر آب‌گریز وقتی در یك محیط آبی قرار می‌گیرند، تشكیل كپسول‌هایی می‌دهند كه سر آب‌دوست آن در بیرون و سر آب‌گریز مولكول در درون آن قرار می‌گیرند، از پلیمرهایی مثل لیپید و پروتئین نیز می‌توان برای ساخت نانوكپسول استفاده كرد.

درخت‌سان‌ها ( Denderimers ) ماكرومولكول‌هایی با ساختار منتظم و پرشاخه سه‌بعدی، كه به خاطر دانسیته بالای گروه‌های فعال كاربردهای زیادی دارند. درخت‌سان‌ها به دلیل رقابت طراحی و ساخته‌شدن با دقت كاملاً اتمی بیشترین توانمندی را در مقایسه با نانوحفرات، نانوكپسول‌ها و نانوذرات از خود نشان می‌دهند.

كاكلیت‌ها ( Cochleates ) رسوبات دوظرفیتی فسفولیپیدی پایدار از مواد طبیعی هستند. این مواد ساختارهای چندلایه‌ای هستند كه از ورقه‌های دولایه‌ای بزرگ و پیوسته چربی كه به شكل مارپیچ درآمده‌اند، تشكیل شده‌اند. آنها محتویاتشان را از طریق لایه سیال خارجی به غشاء سلول‌های هدف انتقال می‌دهند. كاكلیت‌ها دربرابر عوامل محیطی مقاوم هستند و ساختار لایه‌ای محكم‌شان آنها را دربرابر تجزیه توسط مولكول‌های شكننده Cochleates محافظت می‌كند، حتی اگر در شرایط سخت محیطی یا دربرابر آنزیم قرار گیرند.

ویروس ظریف‌ترین نانوبیوذره موجود در طبیعت است و به خاطر تنوع‌اش یك موضوع محبوب برای تحقیقات است. براساس دانش موجود در مورد نانوساختاری و قابلیت ساخت آن،‌ استفاده از خودآرایی برای ساخت نانوتركیبات قابل استفاده در صنعت بسته به بخش‌های تشكیل‌دهنده تركیب دارد. ویروس‌ها می‌توانند كلون شوند،‌ این ذرات فعال و قابل تشخیص هستند، همچنین می‌توانند تغییرات محیط‌شان را حس كنند. برای ساخت ویروس‌ها باید قادر به ساخت اسید نوكلئوئیك،‌ پروتئین و لیپیدهای قطبی باشیم.

ذرات ویروس‌مانند ( Virus Like Particles ) ( VLps )، بیان نوتركیب ساختمان اصلی پروتئین‌های بسیاری از ویروس‌ها، LP V را تولید می‌كند. چنین ذراتی مورفولوژی شبیه به كپسیدهای خالی از ویروس دارند كه از آن منشاء گرفته‌اند، بنابراین ساختارشان شبیه به ویروس اصلی است در عین حال غیرفعالند.

پروتئین نانوذرات، اندازه پروتئین‌ها به طور طبیعی كمتر از مقیاس نانو است. با استفاده از روش‌های سنتز ذرات در نانوتكنولوژی می‌توان پروتئین‌هایی تولید كرد كه در مقیاس نانو باشند. این ذرات نانوپروتئینی در سیستم‌های انتقال دارو (به عنوان حامل دارو)،‌ ژن‌درمانی، تولید كرم‌های ضدآفتاب و مواد آرایشی و همچنین در تولید علف‌كش‌های نانویی كاربرد دارند.

▪ بطور خلاصه نانوبیوموادها به خاطر اندازه كوچكشان بسیار مورد توجه‌اند و كاربردهای بسیاری دارند از جمله:

ـ دارورسانی،‌ نانوبیومواد به خاطر اندازه كوچكشان می‌توانند به داخل سلول نفوذ كنند كه باعث تجمع مؤثر دارو می‌شود .

ـ دوم اینكه استفاده از مواد زیست‌تخریب‌پذیر برای آماده‌سازی نانوبیوذرات باعث پایداری دارو تا رسیدن به هدف حتی بعد از چند روز یا چند هفته می‌شود.

ـ به‌كارگیری نانوبیومواد در پاكسازی محیط زیست.

ـ استفاده از نانوبیومواد در محصولات آرایشی و بهداشتی مانند كرم‌های ضدآفتاب و رنگدانه‌ها، برخی داروها

ـ انتقال ژن و ژن‌درمانی

ـ تولید واكسن

ـ استفاده در علف‌كش‌ها و سموم نباتی

ـ افزودن طعم و رنگ دلخواه به غذا

ـ آشكارسازی تهدیدهای بیولوژیكی مثل سیاه‌زخم، آبله و سل و محدوده وسیعی از بیماری‌های ژنتیكی

ـ افزودن میكرونوترینت‌های حساس به حرارت و pH مثل بتاكاروتن،‌ اسید چرب ۱ مگا۳

ـ درخت‌سان‌ها به دلیل دانسیته بالای گروه‌های فعال برای زمینه وسیعی از كاربردها مثل سنسورها كاتالیست‌ها یا موادی برای رهایش كنترل‌شده و انتقال به مكان‌های خاص مناسب‌اند.

ـ Cochleate ها می‌توانند برای كپسوله‌كردن و انتقال بسیاری از مواد فعال زیستی مثل تركیباتی كه به سختی در آب حل می‌شوند،‌داروهای پروتئینی و پپتیدی. مواد مغذی حساس به حرارت و pH و شرایط نامساعد محیطی استفاده شوند.

ـ حفظ سلامت غذا، نانوذرات با چسبندگی خاص قادرند به صورت برگشت‌ناپذیر به بعضی از انواع باكتری متصل شوند و مانع آلوده‌كردن میزبان توسط آنها شوند.

نكته‌ای كه باید به آن توجه شود این است كه برای اینكه سیستم‌های انتقال (دارو، غذا و ژن) مؤثر باشند،‌ تركیبات فعال كپسوله‌كننده باید به مكان‌های مشخص برسند، غلظت‌شان باید در یك سطح مناسب برای مدت‌زمان طولانی ثابت باشد و از تجزیه نابهنگام آنها جلوگیری شود. نانوذرات توانایی بیشتری در كپسوله‌كردن و آزادسازی نسبت به سیستم‌های قدیمی‌تر دارند و به‌خصوص به خاطر اندازه كوچكشان می‌توانند مستقیماً به سیستم گردش خون وارد شوند.

● نانولوله‌ها و نانوكامپوزیت‌ها:

نانولوله‌های كربنی اولین نسل محصولات نانو هستند كه در سال ۱۹۹۱ كشف و به جهان عرضه شدند. نانولوله‌ها از پیچیده‌شدن ورقه‌های گرانیت با ساختاری شبیه شانه عسل بدست می‌آیند. این لوله‌ها بسیار بلند و نازك هستند و ساختارهایی پایدار، مقاوم و انعطاف‌پذیر دارند.

نانولوله‌ها قوی‌ترین فیبرهای شناخته‌شده‌اند، ۱۰۰-۱ برابر قوی‌تر از واحد وزنی استیل هستند و می‌توانند جایگزین سرامیك‌های معمولی، آلومینوم و حتی فلزات در ساخت هواپیما، چرخ‌دنده‌ها،‌ یاتاقان‌ها، اجزاء ماشین، دستگاه‌های پزشكی، وسایل ورزشی و دستگاه‌های صنعتی تولید غذا شوند.

مطالعات اخیر پیشنهاد می‌كند كه از نانولوله‌های كربنی برای اهداف بیولوژیكی مثل كریستالیزاسیون پروتئین‌ها و ساخت بیوراكتورها و بیوسنسورها استفاده شود. نانولوله‌های كربنی در محیط‌های آبی نامحلول‌اند. بنابراین برای كاربردهیا بیولوژیكی باید بر این مسأله غلبه كرد.

پیوند گروه‌های Functional به نانولوله‌های كربنی برای كاربردهای پزشكی بسیار مفیدند به عنوان مثال اتصال نانولوله‌ها به یك توالی خاص DNA می‌تواند باعث اتصال به یك پروتئین در سلول سرطانی شود و اتصال هم‌سلولی به یك بخش دیگر از همان نانولوله‌ می‌تواند یك «پیكان راهنما» برای حمله به سلول سرطانی و نابودكردن آن باشد. نانولوله‌های كربنی به خصوص نانولوله‌های چندلایه با ساختار كاملاً تعریف‌شده نانویی، می‌توانند برای ساختن بیوسنسورها استفاده شوند.

ساخت غشاه با استفاده از نانولوله‌ها پتانسیل استفاده در سیستم‌های غذایی را دارد. غشاهای بسیار باریك انشعاب‌پذیر نانولوله‌ای می‌توانند برای اهداف آنالیزی به عنوان بخشی از یك سنسور برای تشخیص مولكولی آنریم‌ها، آنتی‌بادی‌ها،‌پروتئین‌های مختلف و DNA باشند،‌ همچنین از این غشاءها برای جداسازی مولكول‌های زیستی مثل پروتئین‌ها می‌توان استفاده كرد.

در حال حاضر انتخاب‌پذیری و بازده غشاها در صنایع غذایی و دارویی مطلوب نیست، بیشتر به خاطر كنترل محدودشده ساختار آنها و میل تركیبی شیمیایی‌شان با كاربردی‌كردن نانولوله‌ها با یك روش دلخواه، غشاهای نانولوله‌ای می‌توانند مولكول‌ها را براساس اندازه، شكل و میل تركیبی‌شان از هم جدا كند. به عنوان مثال غشاهایی كه شامل نانولوله‌ای Monodisperse طلا با قطر داخلی كمتر از ۱nm ، می‌شوند می‌توانند هم برای جداسازی مولكول‌ها و هم برای انتقال یون‌ها از محلولی كه در یك سمت غشاء قرار گرفته به محلولی كه در سمت دیگر غشاء است،‌ استفاده شوند.

با هیدروفوب‌كردن داخل نانولوله‌ها، غشاءهای نانولوله‌ای ترجیحاً مولكول‌های خنثی هیدروفوب‌ را استخراج كرده و عبور می‌دهند. در حال حاضر این تكنولوژی برای كاربردهای صنعتی (غذایی و دارویی) بسیار گران است اما می‌تواند در آینده برای جداسازی مولكول‌های زیستی ارزشمند (مثل پروتئین‌ها،‌ پپتیدها، ویتامین‌ها یا مواد معدنی) استفاده شوند. این مواد در زمینه تهیه غذاهای تقویتی یا مكمل‌های رژیمی یا داروها می‌توانند استفاده شوند.

نوشته شده توسط:دكتر محسن جهانشاهی

---