همگرایی زیست فناوری و فناوری نانو

ممكن است به نظر آید كه انقلاب حاضر در زمینه زیست شناسی و فناوری نانو به صورت ادامه منحنی لگاریتمی یادگیری بشر است كه برای قرون متمادی ادامه داشته است با این حال این لحظه در تاریخ از نظر ما بسیار متفاوت است همگرایی زیست فناوری و فناوری نانو و پیشرفت های ایجاد شده در ۳۰ سال اخیر در هر دو زمینه, می تواند دانش فنی و علمی را به نحوی بی سابقه در تاریخ بشر افزایش دهد

دانش بشر در زمینه شیمی و فیزیك، که حاصل هزاران سال تجربه و آموختن است، به وسیله پیشرفت‌هایی همچون تخمیر، جدول تناوبی، كشف تشعشع، به كنترل درآوردن قدرت اتمی، میكروسكوپی، میكروسكوپ‌های الكترونی روبشی، پیشرفت در ریاضیات و محاسبات به ترقی رسیده است که هر كدام از این اكتشافات سهم مهمی در دانش بشری داشته و موجب پیشرفت‌ها و نوآوری‌های بزرگ علمی گردیده است.ممكن است به نظر آید كه انقلاب حاضر در زمینه زیست‌شناسی و فناوری‌نانو به صورت ادامه منحنی لگاریتمی یادگیری بشر است كه برای قرون متمادی ادامه داشته است. با این حال این لحظه در تاریخ از نظر من بسیار متفاوت است. همگرایی زیست‌فناوری و فناوری نانو و پیشرفت‌های ایجاد شده در ۳۰ سال اخیر در هر دو زمینه، می‌تواند دانش فنی و علمی را به نحوی بی‌سابقه‌در تاریخ بشر افزایش دهد.گروهی بر این باورند، این قضیه شرایط خطرناك و تهدید كننده‌ای ایجاد می‌كند. به نظر من الان زمان بسیار نویدبخشی است و می‌توان به شكل فوق‌العاده‌ای به حفظ بشر در مقابل خطرات شناخته شده و ناشناخته كمك كرد.آندرو وان، مدیر بخش خدمات بهداشتی سازمان ملی بهداشت ایالات متحده پیش‌بینی می‌كند، در اثر این همگرایی و نیز در اثر شتاب در پیشرفت دانش بشر و تحقیقات در زمینه فناوری‌نانو، تا سال ۲۰۱۵ مشكل سرطان حل شود. تنها به عنوان یك بخش كوچك از این پیشرفت بزرگ، در اثر افزایش تصاعدی توان ما در حل مشكلات، كیفییت زندگی بسیار بهبود خواهد یافت. من فكر می‌كنم حق با اوست و ما می‌توانیم مالاریا، بیماری‌های قلبی و دیابت را نیز به این فهرست اضافه كنیم.ما همچنین درصدد افزایش توان خود در مقابله با تهدیدهای غیرمنتظره همانند ویروس‌های جهش یافته و مرگبار جدید یا سلاح‌های میكروبی خارج از كنترل هستیم. اپیدمی‌هایی همچون طاعون و آنفلوآنزا اثرات ناگهانی و ویران كننده‌ای در طول تاریخ داشته‌اند. ما حتی با وجود تمام آگاهی‌ها و سیستم‌های بهداشتی امروز، در مقابل بلاها مصون نیستیم. با این حال به دلیل پیشرفت‌های علمی حاضر، قدرت مقابله با آنها را پیدا می‌كنیم.در حال حاضر ما چندین محدوده از فناوری را می‌شناسیم كه در امواج جدید اكتشاف به هم نزدیك می‌شوند. ابزارهای جدید آشكارسازی و دستكاری در مقیاس نانو به ما این امكان را می‌دهد كه هم نظم فیزیكی مواد در مقیاس اتمی را درك كرده و هم به اثرات كوانتومی و الكترومكانیك در این سطح پی ببریم.

در مقیاس نانو، سیستم‌های زیستی الگوی خوبی هستند. مثلاً مجموعه‌ای از توالی هزاران آمینواسید موجود در طبیعت می‌تواند مولكول‌ها و برهم‌كنش‌های مورد نیاز ما را تولید نماید و ابزاری را در اختیار ما قرار می‌دهد كه تاكنون هرگز وجود نداشته است.

این سیستم‌های زیستی عملكردی مشابه نانوربات‌های پیش‌بینی شده برای آینده دارند. آنها آنقدر كوچك هستند كه می‌توانند در درمان سرطان، خالص‌سازی آب، تولید نیروی الكتریكی و بسیاری از اهداف دیگر به كار روند. این ساختارها غیرقابل توصیف و بی‌نظم به نظر می‌آیند؛ امّا بسیار شبیه نانوربات‌های مشابه اسباب‌بازی‌های ساختمانی جادویی می‌باشند که امروزه در دسترس هستند.

به عنوان چند مثال می‌توانیم چند نمونه از قابلیت‌های بسیار زیاد آنها را توضیح دهیم. هر كدام از آنها تنها قسمتی از بخش عظیمی می‌باشند كه در مقایسه با كل آن بخش بسیار كوچك به نظر می‌آیند. بیایید یك مثال كوچك پایین به بالا از قسمتی از دنیای نانو كه من فعالیت كرده‌ام بیاوریم.در سال ۱۹۹۹ من و ویلسون گریت بچ، مخترع اولین دستگاه موفق تنظیم ضربان قلب و باتری لیتیم- ید به كار رفته برای تأمین نیروی آن، شركت بیوفان را تأسیس كردیم تا مشكل روبش بسیاری از ابزارهای گیرنده پزشكی به وسیله MRI (تصویربرداری تشدید مغناطیسی) را حل نماییم. ویلسون فناوری‌نانو را به من معرفی كرد. با این حال من نمی‌توانستم ببینم كه چگونه فناوری‌نانو بر كار ما تأثیر می‌گذارد. او همگرایی بین علومی را پیش‌بینی كرد كه با زیست‌شناسی مولكولی به هم می‌آمیزند چرا كه این علم به ما یاد داد كه چگونه مابین دنیایی كه می‌شناسیم و دنیایی كه می‌خواهیم، ارتباط برقرار نماییم. سلول‌های كوچك طبیعت در مورد شیمی‌، فیزیك، ساختارهای مكانیكی، طرح‌های نوری و چیزهایی دیگر مطالب زیادی می‌دانند.اولین راه حل ما برای مشكل MRI استفاده از فوتونیك و فركانس رادیویی بود. به طور موازی شروع به مطالعه فناوری‌نانو كرده و یاد گرفتیم چگونه نانوذرات مغناطیسی را تنظیم نماییم تا به انرژی تشدید مغناطیسی MR به شكل بسیار ویژه‌ای پاسخ دهند. ما یك سری ابزارهای پزشكی ساختیم كه در MRI نامرئی بودند و موجب کاهش تصاویر مجازی می‌شدند كه دیدن بافت‌های اطراف، این ابزارها را با مشكل مواجه می‌كردند در حال حاضر این فناوری را در اختیار سازندگان ابزارآلات پزشكی قرار می‌دهیم.ما یاد گرفتیم چگونه نانوذرات مغناطیسی مرتعش كننده با فركانس ویژه را تولید نماییم. در حال حاضر از دانش به دست آمده از این تجربه برای اتصال این نانوذرات مغناطیسی به مولكول‌های دارویی استفاده می‌نماییم. با اتصال این نانوذرات به داروها، آنها غیر فعال می‌شوند تا زمانی كه اعمال یك میدان مغناطیسی ملایم باعث جدا شدن نانوذرات و فعال شدن مجدد دارو گردد. ابزارهای قابل كاشت همانند یك كفل مصنوعی می‌تواند حاوی داروهای ضدفسادی باشد كه در تاریخ خاصی پس از كاشت جاگذاری عضو در بدن آزاد شود.ما همچنین عوامل بهبود كنتراستMR ساخته‌ایم كه روشن‌تر و بادوام‌تر از گادولینیوم بوده و قابلیت اثرگذاری چندین MR را دارند. همچنین نانوذرات مغناطیسی به ما كمك می‌كنند كه مولكول‌های دارویی را به سمت هدفشان راهنمایی كنیم. یك پوشش از نانوذرات مغناطیسی در اطراف یك دانه brachy رادیواكتیو را می‌توان به طور ملایم حرارت داد و آن را برای درمان هیپوترمیك با تشعشع و حرارت فعال نمود. تمام این كارها با نانوذرات قابل تنظیم ساده‌ای صورت می‌گیرند كه در زیر MRI به صورت نانوذرات مغناطیسی قابل مشاهده بوده و همچنین فركانس MR مخصوص برای دیدن آنها نیز قابل تنظیم است. نیازی به هیچ مدار منطقی یا الكترومكانیكی درون این نانوذرات نیست. در موقع نیاز، انرژی خارجی، ماده فیلم نازك را فعال كرده و دارو رها می‌شود.با اینكه ما بیش از ۱۰۰ اختراع در این زمینه به ثبت رسانده‌ایم تنها یك دانه شن در ساحل وسیع همگرایی فناوری‌نانو وزیست‌فناوری هستیم. به زودی همزمان با به هم پیوستن فناوری‌نانو و زیست‌فناوری و در نتیجه دانش مشترك و شتاب‌زا و انفجار نوآوری‌ها، پیشرفت‌های معجزه‌آسایی ایجاد خواهد شد.

برای اطلاعات بیشتر در زمینه همگرایی فناوری نانو و زیست‌فناوری با مایكل واینر با آدرس [e-mail] تماس گرفته و آدرس www.biophan.com را مشاهده نمایید

منابع :

Nanotech Briefs,Vol. ۲,No. ۱ (January ۲۰۰۵), published by ABP International, New York(nanotechbriefs.com)

مترجم علی عباسی