درس عربی

فعل

فعل كلمه اي است كه بر وقوع كار و پيدايش حالتي در يكي از سه زمان گذشته يا حال يا آينده دلالت مي­كند مانند:

نَصَرَ= ياري كرد                 يَنصُرَ= ياري مي­كند               أَنصُر= ياري كن

ماضي و مضاع و امر را افعال اصلي گويند.

فعل ماضي: فعلي است كه بر انجام كار يا پيدا شدن حالتي در زمان گذشته دلالت نمايد. مانند: خَلَقَ= آفريد

در زبان عربي انواع ماضي قاعده­ي مشخصي ندارد. ولي بعضي از حروف بر سر ماضي مي­آيند و با زبان فارسي قابل تطبيق مي­باشد.

انواع فعل ماضي:

ماضي ساده- ماضي منفي- ماضي نقلي- ماضي منفي نقلي- ماضي بعيد- ماضي استمراري- ماضي التزامي.

1- ماضي ساده (مطلق): كاري در زمان گذشته انجام شده و پايان پذيرفته است. مانند: خَرَجتُ مِن الصَّفِّ. «از كلاس خارج شدم»

ماضي معمولاً بر يكي از اين سه وزن مي­آيد.

فَعَلَ ! كَتَبَ         فَعُلَ ! قَرُبَ                 فَعِلَ ! عَلِمَ

حركت عين الفعل در فعل ماضي متغير مي­باشد و دليل اين است كه سماعي مي­باشد.

فعل ماضي داراي 14 صيغه مي­باشد 6 صيغه غائب 6 صيغه مخاطب و 2 صيغه متكلم.

براي ساخت فعل ماضي اصل فعل (حروف اصلي، ريشه) را در نظر گرفته و اولين صيغه برابر با ريشه مي­باشد. براي ساخت 6 صيغه غائب ما مي­توانيم روشهاي مختلفي را در پيش گيريم از جمله   ريشه + هيچ اوتانَ  خَرَجَ    خَرَجا    خَرَجُوا   قاعده آن است كه پس از واو جمع الفي نويسند تا با واو غيرجمع اشتباه نشود، ولي خوانده نمي­شود و به آن الف زينت يا مفارقه يا جمع گويند. الف زينت چون براي زيبايي مي­آيد و در تلفظ نقشي ندارد. الف مفارقه چون جدا كننده­ي فعل از كلمات ديگر است. الف جمع چون صيغه­ي مذكور جمع مذكر است.

اصل + ت. ت علامت تأنيث است و جزء ضماير فاعلي متصل به فعل نمي­باشد.

اولين صيغه­ي مؤنث + ا           خَرَجَت + ا

اولين صيغه­ي مؤنث + نَ مي­­شود خَرَجَتنَ چون دو عامل تأنيث در صيغه مي­باشد از تكرار جلوگيري مي­كنيم و ت ساكن را حذف مي­نمائيم.

خَرَجَت      خَرَجَتا     خَرَجنَ   (در صرف فعل ماضي از صيغه­ي 5 لام الفعل ساكن مي­شود).

براي ساخت 6 صيغه­ي مخاطب ريشه + تَ   تُماتُم  تِ  تُماتُنَّ

خَرَجتَ     خَرَجتُما      خَرَجتُم      خَرَجتِ       خَرَجتُما       خَرَجتُنَّ

براي ساخت 2 صيغه­ي متكلم ريشه + تُ  نَا     خَرَجتُ     خَرَجنا  

صرف فعل ماضي

	غائب		مخاطب		متكلم
	مذكر	مؤنث	مذكر	مؤنث	مذكر و مؤنث
مفرد	نَصَرَ	نَصَرَت	نَصَرتَ	نَصَرتِ	نَصَرتُ
مثني	نَصَروا	نَصَرَتا	نَصَرتُما	نَصَرتُما	نَصَرنا
جمع	نَصَرُوا	نَصَرنَ	نَصَرتُم	نَصَرتُنَّ

 

2- ماضي منفي: اگر بر سر فعل ماضي «مَا» نافيه بيايد ماضي بصورت منفي در مي­آيد. مانند: مَاكَتَبَ (ننوشت)

3- ماضي نقلي: كاري در زمان گذشته انجام شده و تا زمان حال ادامه داشته است.

طرز ساخت ` قَد + فعل ماضي ساده

مانند: قَد خَرَجُوا (خارج شده اند)

1- قَد خَرَجَ             4- قَد خَرَجَت            7- قَد خَرَجتَ            10- قَد خَرَجتِ

2- قَد خَرَجا           5- قَد خَرَجَتا              8- قَد خَرَجتُما           11- قَد خَرَجتُما

3- قَد خَرَجُوا         6- قَد خَرَجنَ             9- قَد خَرَجتُم            12- قَد خَرَجتُنَّ

                           13- قَد خَرَجتُ          14- قَد خَرَجنا

4- ماضي منفي نقلي: كاري در زمان گذشته انجام نشده و اثر و نتيجه­ي آن تا حال ادامه دارد.

طرز ساخت ` قَد + ما + فعل ماضي      مانند: قَد ما ذَهَبتَ (نرفته اي)

5- ماضي بعيد: فعلي است كه در زمان گذشته پيش از فعل ديگري انجام پذيرفته است.

طرز ساخت ` كانَ + فعل ماضي

مانند: كانَ خَرَجَ (خارج شده بود)

در ماضي بعيد (كانَ) همزمان با فعل ماضي صرف مي­شود.

1- كانَ خَرَجَ             4- كانَت خَرَجَت            7- كُنتَ خَرَجتَ             10- كُنتِ خَرَجتِ

2- كانا خَرَجا            5- كانَتا خَرَجَتا              8- كُنتُما خَرَجتُما            11- كُنتُما خَرَجتُما

3- كانُوا خَرَجُوا         6- كُنَّ خَرَجنَ              9- كُنتُم خَرَجتُم              12- كُنتُنَّ خَرَجتُنَّ

                              13- كُنتُ خَرَجتُ          14- كُنّا خَرَجنا

 

يادآوري: 1- فعل (كانَ) مي­تواند چندين فعل بعد از خود را به ماضي بعيد تبديل كند. مانند:

كانَ ذَهَبَ وَ جَلَسَ وَ أَكَلَ. (رفته بود و نشسته بود و خورده بود).

2- گاهي نيز حرف (قَد) را ميان دو فعل مي­آورند. مانند:

كانَ قَد ذَهَبَ (رفته بوده است)

6- ماضي استمراري: آن است كه دلالت كند بر وقوع كاري در گذشته بطور عادت و تكرار.

طرز ساخت ` كانَ + فعل مضارع

مانند: كانَ يَضرِبُ (مي­زد)

1- كانَ يَضرِبُ             4- كانَت تَضرِبُ            7- كُنتَ تَضرِبُ             10- كُنتِ تَضرِبينَ

2- كانا يَضرِبانِ            5- كانَتا تَضرِبانِ           8- كُنتُما تَضرِبانِ            11- كُنتُما تَضرِبانِ

3- كانُوا يَضرِبُونَ          6- كُنَّ يَضرِبنَ              9- كُنتُم تَضرِبُونَ            12- كُنتُنَّ تَضرِبنَ

                                  13- كُنتُ أَضرِبُ          14- كُنّا نَضرِبُ

يادآوري: 1- هرگاه بين (كانَ) و فعل مضارع (فاعل اسم ظاهر) قرار گيرد (كانَ) ثابت مي­ماند و صرف نمي­شود. مانند:

كانَ الطَّالِبانِ يَضرِبانِ. (دو دانش آموز مي­زدند)

2- فعل (كانَ) مي­تواند چندين فعل مضارع بعد از خود را به فعل ماضي استمراري تبديل كند. مانند:

كانَ يَذهَبُ وَ يَجلِسُ وَ يَأكُلُ. (مي­رفت و مي­نشست و مي­خورد)

7- ماضي التزامي: به فعلي گفته مي­شود كه ممكن است در گذشته انجام شده باشد يا انجام نشده باشد.

طرز ساخت ` لَعَلَّ + ضمير متصل +  قَد + فعل ماضي

مانند: لَعَلَّهُ قَد كَتَبَ (شايد نوشته باشد)

1- لَعَلَّهُ قَد كَتَبَ                                 4- لَعَلَّهَا قَد كَتَبَت

2- لَعَلَّهما قَد كَتَبا                               5- لَعَلَّهما قَد كَتَبَتا

3- لَعَلَّهم قَد كَتَبُوا                              6- لَعَلَّهُنَّ قَد كَتَبنَ

7- لَعَلَّكَ قَد كَتَبتَ                            10- لَعَلَّكِ قَد كَتَبتِ

8- لَعَلَّكُما قَد كَتَبتُما                          11- لَعَلَّكُما قَد كَتَبتُما

9- لَعَلَّكُم قَد كَتَبتُم                            12- لَعَلَّكُنَّ قَد كَتَبتُنَّ

13- لَعَلَّيَ قَد كَتَبتُ                            14- لَعَلَّنا قَد كَتَبنا

فعل ماضي در مواردي معني حال يا آينده دارد:

1- هرگاه براي دعا به كار رود. مانند:

غَفَرَاللهُ لَكَ. (خدا تو را خواهد آمرزيد)

2- هرگاه ماضي منفي مسبوق به قسم باشد. مانند:

وَاللهِ مَا كَلَّمتُكَ. (به خدا سوگند با تو سخن نخواهم گفت)

3- هرگاه براي عقود باشد. مانند:

وَهَبتُكَ هذَا الكِتابَ. (اين كتاب را به تو مي­بخشم)

4- هرگاه فعل ماضي بعد از «إذَا» يا «اِن» شرطيه واقع شود.

مانند: إِن دَرَستَ نَجَحتَ. (اگر درس بخواني موفق خواهي شد).

 

 

جدول اوزان فعل ماضي:

ماضي ساده	ماضي منفي	ماضي نقلي	ماضي منفي نقلي	ماضي بعيد	ماضي استمراري	ماضي التزامي
فَعَُِلَ	مَا فَعَلَ	قَد فَعَلَ	قَد مَا فَعَلَ	كانَ فَعَلَ	كان يَفعلُ	لَعَلَّهُ قَد فَعَلَ

 

منابع مورد استفاده

مَبادي العَربيَّه

قواعد صرف و نحو

گنجينه­ي صرف و نحو

 

ضمن تشكر و خسته نباشيد- همكاران بزرگوار منتظر نظرات و پيشنهادات سازنده­ي شما عزيزان هستم.

مهديه پور غلام

 دبیر عربی

راهنمایی زینب کبری (س) ناحیه یک همدان

(ادامه)

نانوفيلترها، نانوسنسورها و مواد هوشمند:

فيلترها براساس اندازه منافذشان دسته‌بندي مي‌شوند و بر اين اساس به ميكروفيلترها آلترافيلترها و نانوفيلترها دسته‌بندي مي‌شوند. نانوفيلتراسيون در اصل فيلتراسيون با فشار پايين‌تر از اسمز معكوس است، بنابراين قيمت تمام‌شده نانوفيلترها و انرژي مصرفي كمتر است.

نانوفيلترها علاوه بر بازيابي عناصري مثل نمك و كلسيم از آب، قادر به بازيابي ويروس‌ها و باكتري‌ها نيز مي‌باشند بنابراين مي‌توانند در رفع، آلودگي‌هاي آب‌هاي ذخيره نوشيدني انسان‌ها و آب‌هاي كشاورزي استفاده شوند.

نانوفيلترها مي‌توانند به فيلتراسيون سريع خون كمك فراواني كنند. در حال حاضر مسموميت خوني يكي از مشكلات جدي در جهان است و خطر عفونت در واحدهايي كه نياز به مراتب شديدتري دارند بيشتر است، چون مريض‌ها آسيب‌پذيرترند. اگر مسموميت خوني اتفاق بيافتد بايد خون هرچه سريع‌تر از عامل مسموميت پاك شود.

براي تشخيص عامل عفونت پلاسما و Endo toxin بايد از هم جدا شوند تا عامل عفونت شناسايي شود. با استفاده از نانوفيلترها مي‌توان در يك مرحله پلاسما و Endo toxin را جدا كرده و عامل مسموميت را شناسايي كرد و علاوه بر اين خون را تميز كرد.

علاوه بر اين نانوفيلترها مي‌توانند در جداسازي‌هاي بيولوژيكي باكتري، ويروس، اسيدنوكلوئيك تصفيه DNA، جذب پروتئين‌ها و اسيدنوكلوئيك‌ها، سوبسترا براي كشت Batch، آلترافيلتراسيون محصولات آشاميدني و غذايي و استريليزه كردن سرم‌هاي پزشكي و سيالات بيولوژيكي استفاده شوند.

نانوتكنولوژي با ساخت سنسورها در ابعاد كوچك ما را قادر خواهند ساخت كه بتوانيم بسياري از پارامترها را با دقت بيشتري ارزيابي كنيم. با استفاده از مولكول‌هاي بيولوژيكي قادر خواهيم بود كه نانوسنسور بسازيم. نانوسنسورها كاربردهاي بسياري در سه حوزه مهم نانوبيوتكنولوژي (پزشكي، كشاورزي و صنايع غذايي) دارند كه شامل:

• آشكارسازي عوامل و كميت‌هاي شيميايي و بيولوژيكي

• توالي‌سنجي DNA

• در تشخيص بيماري‌ها و توليد داروها

• در آزمايش‌هاي مؤثر و سريع بر روي داروهاي جديد

• سيستم‌هاي كنترلي قابل حمل و نقل براي حفظ سلامت محصولات كشاورزي و غذايي در انبارها و حمل و نقل و انتقال

• سيستم‌هاي مجتمع نانوسنسوري براي اندازه‌گيري، گزارش‌دهي و كنترل هوشمند گياهان يا دام‌ها

• بيوسنسورهاي دقيق‌تر براي شناسايي پروتئين‌ها

• آشكارسازي سريع عوامل بيماري‌زا

مواد هوشمند، مواد واكنشي ( Reactive Material ) كه در تركيب با حسگرها و تحريك‌كننده‌ها و شايد هم كامپيوترها به شرايط و تغييرات محيطي پاسخ مناسب مي‌دهند، پليمرهاي هوشمند نمونه‌هايي از اين دسته مواد هستند. از اين پليمرها مي‌توان در ساخت مواد بسته‌بندي جديد براي محصولات غذايي استفاده كرد، اين مواد مي‌توانند به مصرف‌كننده هشدار بدهند كه غذا يا محصولات كشاورزي فاسد شده است. لوازم آرايشي جز صنايع چندميليون دلاري است كه از اين سري مواد هوشمند سود خواهند برد.

نانولوله‌ها و نانوكامپوزيت‌ها:

نانولوله‌هاي كربني اولين نسل محصولات نانو هستند كه در سال 1991 كشف و به جهان عرضه شدند. نانولوله‌ها از پيچيده‌شدن ورقه‌هاي گرانيت با ساختاري شبيه شانه عسل بدست مي‌آيند. اين لوله‌ها بسيار بلند و نازك هستند و ساختارهايي پايدار، مقاوم و انعطاف‌پذير دارند.

نانولوله‌ها قوي‌ترين فيبرهاي شناخته‌شده‌اند، 100-1 برابر قوي‌تر از واحد وزني استيل هستند و مي‌توانند جايگزين سراميك‌هاي معمولي، آلومينوم و حتي فلزات در ساخت هواپيما، چرخ‌دنده‌ها،‌ ياتاقان‌ها، اجزاء ماشين، دستگاه‌هاي پزشكي، وسايل ورزشي و دستگاه‌هاي صنعتي توليد غذا شوند.

مطالعات اخير پيشنهاد مي‌كند كه از نانولوله‌هاي كربني براي اهداف بيولوژيكي مثل كريستاليزاسيون پروتئين‌ها و ساخت بيوراكتورها و بيوسنسورها استفاده شود. نانولوله‌هاي كربني در محيط‌هاي آبي نامحلول‌اند. بنابراين براي كاربردهيا بيولوژيكي بايد بر اين مسأله غلبه كرد.

پيوند گروه‌هاي Functional به نانولوله‌هاي كربني براي كاربردهاي پزشكي بسيار مفيدند به عنوان مثال اتصال نانولوله‌ها به يك توالي خاص DNA مي‌تواند باعث اتصال به يك پروتئين در سلول سرطاني شود و اتصال هم‌سلولي به يك بخش ديگر از همان نانولوله‌ مي‌تواند يك «پيكان راهنما» براي حمله به سلول سرطاني و نابودكردن آن باشد. نانولوله‌هاي كربني به خصوص نانولوله‌هاي چندلايه با ساختار كاملاً تعريف‌شده نانويي، مي‌توانند براي ساختن بيوسنسورها استفاده شوند.

ساخت غشاه با استفاده از نانولوله‌ها پتانسيل استفاده در سيستم‌هاي غذايي را دارد. غشاهاي بسيار باريك انشعاب‌پذير نانولوله‌اي مي‌توانند براي اهداف آناليزي به عنوان بخشي از يك سنسور براي تشخيص مولكولي آنريم‌ها، آنتي‌بادي‌ها،‌پروتئين‌هاي مختلف و DNA باشند،‌ همچنين از اين غشاءها براي جداسازي مولكول‌هاي زيستي مثل پروتئين‌ها مي‌توان استفاده كرد.

در حال حاضر انتخاب‌پذيري و بازده غشاها در صنايع غذايي و دارويي مطلوب نيست، بيشتر به خاطر كنترل محدودشده ساختار آنها و ميل تركيبي شيميايي‌شان با كاربردي‌كردن نانولوله‌ها با يك روش دلخواه، غشاهاي نانولوله‌اي مي‌توانند مولكول‌ها را براساس اندازه، شكل و ميل تركيبي‌شان از هم جدا كند. به عنوان مثال غشاهايي كه شامل نانولوله‌اي Monodisperse طلا با قطر داخلي كمتر از 1nm، مي‌شوند مي‌توانند هم براي جداسازي مولكول‌ها و هم براي انتقال يون‌ها از محلولي كه در يك سمت غشاء قرار گرفته به محلولي كه در سمت ديگر غشاء است،‌ استفاده شوند.

با هيدروفوب‌كردن داخل نانولوله‌ها، غشاءهاي نانولوله‌اي ترجيحاً مولكول‌هاي خنثي هيدروفوب‌ را استخراج كرده و عبور مي‌دهند. در حال حاضر اين تكنولوژي براي كاربردهاي صنعتي (غذايي و دارويي) بسيار گران است اما مي‌تواند در آينده براي جداسازي مولكول‌هاي زيستي ارزشمند (مثل پروتئين‌ها،‌ پپتيدها، ويتامين‌ها يا مواد معدني) استفاده شوند. اين مواد در زمينه تهيه غذاهاي تقويتي يا مكمل‌هاي رژيمي يا داروها مي‌توانند استفاده شوند.

يك زمينه ديگر كاربرد نانولوله‌هاي كربني توسعه غشاءهاي رساناي الكتريكي است. به خاطر نسبت بالاي طول به قطر، نانولوله‌هاي كربني مي‌توانند پليمرهاي سنتزي را كه نارساناي الكتريكي هستند، به پليمرهاي رسانا تبديل كنند، اگر اين پليمرها براي توسعه غشاءهاي جديد استفاده شوند ميزان جداسازي طعم‌ها و مواد مغذي افزايش خواهد يافت.

نانولوله‌هاي پپتيدي: از ورقه‌هاي B پروتئين با تعداد مساوي آمينواسيدها L و D تشكيل شده‌اند. اين ورقه‌ها با خودساماني از طريق پيوندهاي هيدروژني، تشكيل نانولوله را مي‌دهند. در اين نانولوله‌ها تمام زنجيره‌هاي جانبي بر روي سطح خارجي قرار دارد.

خواص سطحي نانولوله و سوراخ داخلي با ترتيب آمينواسيدها تغيير مي‌كن و طول آن بستگي به تعداد Residue ها دارد.

برخي از كاربردهاي نانولوله‌هاي پپتيدي در اينجا آورده شده است:

• باوجود توسعه آنتي‌بيوتيك‌ها، همچنان مقاومت بشر در برابر باكتري‌ها كم است،‌ چون باكتري‌ها به راحتي مي‌توانند نسبت به آنتي‌بيوتيك‌ها مقاوم گردند، نانولوله‌هاي پپتيدي مي‌توانند يك نوع آنتي‌باكتري باشند. اين نانولوله‌ها به خاطر اندازه كوچكشان به راحتي وارد ديواره سلولي باكتري شده و در آنجا با تشكيل پيوند با ديواره سلولي،‌ باز مي‌شوند و اين باعث ايجاد روزنه در ديواره سلولي باكتري و درنهايت مرگ آن مي‌گردد.

• مي‌توانند حامل‌هاي مناسبي براي انتقال دارو باشند.

• موادي مثل پروتئين‌ها و ليپيد يا آنزيم با اتصال به ديواره خارجي آن،‌ از نانولوله پپتيدي يك بيوسنسور مي‌سازند.

• نانولوله‌هاي پپتيدي را مي‌توان به عنوان پايه‌اي براي ساخت بيوسراميك‌ها مورد استفاده قرار داد. بيوسراميك‌ها در ساخت استخوان يا دندان مصنوعي كاربرد بسيار دارند.

• نانولوله‌هاي پپتيدي مي‌توانند پايه‌اي براي ته‌نشست مواد معدني مثل كربنات كلسيم، اكسيد آهن، دي‌اكسيد سيليكون و هيدروكسي آپتيات باشند.

كامپوزيت‌هاي ساخته‌شده در مقياس نانو با مورفولوژي و خواص سطحي خاص يك گروه جديد از موا با خواص منحصر به فرد هستند. در ساخت اولين نانوكامپوزيت‌ها از زيست كاني‌سازي الگوبرداري كرده‌اند. زيست كاني‌سازي فرآيندي است كه يك ماده الي (پروتئين، پپتيد يا ليپيد) با يك ماده غيرآلي (مثل كربنات كلسيم) واكنش مي‌دهد و ماده با استقامت افزوده مي‌سازند.

نانوكامپوزيت‌ها جايگزين خوبي براي بطري‌هاي پلاستيكي نوشيدني‌ها هستند، استفاده از پلاستيك براي ساخت بطري باعث فساد و تغيير طعم نوشيدني مي‌شوند. نانوكامپوزيت‌ها مي‌توانند به عنوان مواد بسته‌بندي جديد استفاده شوند. يك مثال نانوكامپوزيت‌هاي تشكيل‌شده از نشاسته سيب‌زميني و كلسيم كربنات است. اين فوم مقاومت خوبي به حرارت دارد و سبك و زيست‌تخريب‌پذير است و مي‌توان براي بسته‌بندي مواد غذايي به كار رود.

نانوساختارها همچنين مي‌توانند از مواد طبيعي، خاك‌هاي كريستالي طبيعي به خصوص Montomorillouite مواد آتشفشاني و دسكي شكل نازك در مقياس نانو، منابع محبوبي براي توليد نانوخاك هستند.

اين ماده به عنوان يك ماده افزودني در توليد نانوكامپوزيت‌ استفاده مي‌شود. افزودني فقط 3-5% از اين ماده پلاستيك را سبك‌تر، قوي‌تر و مقاوم‌تر به حرارت مي‌كند و خواص ممانعت‌كنندگي بهتر دربرابر اكسيژن، دي‌اكسيد كربن، رطوبت و مواد فرار دارد. اين خواص براي بسته‌بندي مواد غذايي بسيار مفيدند و استفاده از آنها مي‌تواند زمان نگهداري مواد غذايي مثل گوشت‌هاي فرآيندي، پنير، آرد قنادي، غلات و غذاهاي كنسروشده را افزايش دهد.

نانوبيومواد

مواد جديد همواره يكي از پيشران‌هاي توان‌زاي كليدي براي ساخت سيستم‌ها و كاربردهايي با اثرات چشمگير بوده‌اند. اين مواد مي‌توانند موانع فرآيندهاي قبلي را بشكنند و نهايتاً كاربردهايي با منافع بالقوه جهاني را توليد كنند. مواد در مقياس نانو، يعني موادي كه ويژگي‌هايشان در سطح كمتر از ميكرو (كوچكتر از 10 -6 m ) يا نانو ( 10 - 9 m ) قابل كنترل است. خواص مواد در چنين ابعد و اندازه‌هايي با مواد متعارف اساساً متفاوت است و به همين لحاظ تحقيقات در حوزة نانومواد روز به روز فعال‌تر مي‌شود.

نانوبيوذرات، ذرات كلوئيدي و جامدي هستند كه شامل اجزاء ماكرومولكولي با اندازه 10-1000nmc با شيمي سطح پيچيده هستند. بسته به روش توليد، نانوذرات به شكل نانوكپسول‌ يا نانوكره هستند نانوكره‌ها سيستم‌هاي ماتريسي مي‌باشند در حالي كه نانوكپسول‌ها سيستم‌هاي وزيكولاراند.

نانوكپسول‌ها نانوذراتي هستند كه داراي يك پوسته و فضاي خالي داخل آن جهت قرارگرفتن و حمل مواد مورد نظر باشند. فسفوليپيدها با يك سر آب‌دوست و يك سر آب‌گريز وقتي در يك محيط آبي قرار مي‌گيرند، تشكيل كپسول‌هايي مي‌دهند كه سر آب‌دوست آن در بيرون و سر آب‌گريز مولكول در درون آن قرار مي‌گيرند، از پليمرهايي مثل ليپيد و پروتئين نيز مي‌توان براي ساخت نانوكپسول استفاده كرد.

درخت‌سان‌ها ( Denderimers ) ماكرومولكول‌هايي با ساختار منتظم و پرشاخه سه‌بعدي، كه به خاطر دانسيته بالاي گروه‌هاي فعال كاربردهاي زيادي دارند. درخت‌سان‌ها به دليل رقابت طراحي و ساخته‌شدن با دقت كاملاً اتمي بيشترين توانمندي را در مقايسه با نانوحفرات، نانوكپسول‌ها و نانوذرات از خود نشان مي‌دهند.

كاكليت‌ها ( Cochleates ) رسوبات دوظرفيتي فسفوليپيدي پايدار از مواد طبيعي هستند. اين مواد ساختارهاي چندلايه‌اي هستند كه از ورقه‌هاي دولايه‌اي بزرگ و پيوسته چربي كه به شكل مارپيچ درآمده‌اند، تشكيل شده‌اند. آنها محتوياتشان را از طريق لايه سيال خارجي به غشاء سلول‌هاي هدف انتقال مي‌دهند. كاكليت‌ها دربرابر عوامل محيطي مقاوم هستند و ساختار لايه‌اي محكم‌شان آنها را دربرابر تجزيه توسط مولكول‌هاي شكننده Cochleates محافظت مي‌كند، حتي اگر در شرايط سخت محيطي يا دربرابر آنزيم قرار گيرند.

ويروس ظريف‌ترين نانوبيوذره موجود در طبيعت است و به خاطر تنوع‌اش يك موضوع محبوب براي تحقيقات است. براساس دانش موجود در مورد نانوساختاري و قابليت ساخت آن،‌ استفاده از خودآرايي براي ساخت نانوتركيبات قابل استفاده در صنعت بسته به بخش‌هاي تشكيل‌دهنده تركيب دارد. ويروس‌ها مي‌توانند كلون شوند،‌ اين ذرات فعال و قابل تشخيص هستند، همچنين مي‌توانند تغييرات محيط‌شان را حس كنند. براي ساخت ويروس‌ها بايد قادر به ساخت اسيد نوكلئوئيك،‌ پروتئين و ليپيدهاي قطبي باشيم.

ذرات ويروس‌مانند ( Virus Like Particles ) ( VLps )، بيان نوتركيب ساختمان اصلي پروتئين‌هاي بسياري از ويروس‌ها، LP V را توليد مي‌كند. چنين ذراتي مورفولوژي شبيه به كپسيدهاي خالي از ويروس دارند كه از آن منشاء گرفته‌اند، بنابراين ساختارشان شبيه به ويروس اصلي است در عين حال غيرفعالند.

پروتئين نانوذرات، اندازه پروتئين‌ها به طور طبيعي كمتر از مقياس نانو است. با استفاده از روش‌هاي سنتز ذرات در نانوتكنولوژي مي‌توان پروتئين‌هايي توليد كرد كه در مقياس نانو باشند. اين ذرات نانوپروتئيني در سيستم‌هاي انتقال دارو (به عنوان حامل دارو)،‌ ژن‌درماني، توليد كرم‌هاي ضدآفتاب و مواد آرايشي و همچنين در توليد علف‌كش‌هاي نانويي كاربرد دارند.

بطور خلاصه نانوبيوموادها به خاطر اندازه كوچكشان بسيار مورد توجه‌اند و كاربردهاي بسياري دارند از جمله:

• دارورساني،‌ نانوبيومواد به خاطر اندازه كوچكشان مي‌توانند به داخل سلول نفوذ كنند كه باعث تجمع مؤثر دارو مي‌شود و دوم اينكه استفاده از مواد زيست‌تخريب‌پذير براي آماده‌سازي نانوبيوذرات باعث پايداري دارو تا رسيدن به هدف حتي بعد از چند روز يا چند هفته مي‌شود.

• به‌كارگيري نانوبيومواد در پاكسازي محيط زيست.

• استفاده از نانوبيومواد در محصولات آرايشي و بهداشتي مانند كرم‌هاي ضدآفتاب و رنگدانه‌ها، برخي داروها

• انتقال ژن و ژن‌درماني

• توليد واكسن

• استفاده در علف‌كش‌ها و سموم نباتي

• افزودن طعم و رنگ دلخواه به غذا

• آشكارسازي تهديدهاي بيولوژيكي مثل سياه‌زخم، آبله و سل و محدوده وسيعي از بيماري‌هاي ژنتيكي

• افزودن ميكرونوترينت‌هاي حساس به حرارت و pH مثل بتاكاروتن،‌ اسيد چرب 1 مگا3

• درخت‌سان‌ها به دليل دانسيته بالاي گروه‌هاي فعال براي زمينه وسيعي از كاربردها مثل سنسورها كاتاليست‌ها يا موادي براي رهايش كنترل‌شده و انتقال به مكان‌هاي خاص مناسب‌اند.

Cochleate ها مي‌توانند براي كپسوله‌كردن و انتقال بسياري از مواد فعال زيستي مثل تركيباتي كه به سختي در آب حل مي‌شوند،‌داروهاي پروتئيني و پپتيدي. مواد مغذي حساس به حرارت و pH و شرايط نامساعد محيطي استفاده شوند.

• حفظ سلامت غذا، نانوذرات با چسبندگي خاص قادرند به صورت برگشت‌ناپذير به بعضي از انواع باكتري متصل شوند و مانع آلوده‌كردن ميزبان توسط آنها شوند.

نكته‌اي كه بايد به آن توجه شود اين است كه براي اينكه سيستم‌هاي انتقال (دارو، غذا و ژن) مؤثر باشند،‌ تركيبات فعال كپسوله‌كننده بايد به مكان‌هاي مشخص برسند، غلظت‌شان بايد در يك سطح مناسب براي مدت‌زمان طولاني ثابت باشد و از تجزيه نابهنگام آنها جلوگيري شود. نانوذرات توانايي بيشتري در كپسوله‌كردن و آزادسازي نسبت به سيستم‌هاي قديمي‌تر دارند و به‌خصوص به خاطر اندازه كوچكشان مي‌توانند مستقيماً به سيستم گردش خون وارد شوند.

آنتروپي در مقياس نانومتري

15 آگوست 2002- نيروهاي بازدارنده- فعل و انفعالات آنتروپيك كه ذرات كلوئيدي را جذب يكديگر ميكند- ميتوانند گشتاوري را بر روي يك ميله نانومتري ايجاد نمايند كه آن را در يك جهت خاص در نزديكي يك ديواره هدايت نمايد.

در مقياس مولكولي و نانومتري، اگر يك شئ ميله مانند به ديوارهاي نزديك شود، تحت تاثير آنتروپي به جهت خاصي خواهد چرخيد. اين نتيجه، حاصل تحقيقات تيمي از دانشمندان آلماني است كه بيان ميدارد "نيروي بازدارنده" كه بر روي ذرات كلوئيدي عمل ميكند، نه تنها يك نيروي جاذبه، بلكه يك گشتاور جهتدار نيز ايجاد ميكند.

براي مثال، يك ميله نانومتري معلق در محلول و نزديك به ديواره ظرف را در نظر بگيريد. هرچه اين ميله به ديواره نزديكتر ميشود از توانايي چرخش آزدانه آن كاسته ميشود و در عوض، بيشتر در جهت خاصي نسبت به ديواره به تله ميافتد. اگر از نوسانات گرمايي ميله در اين جهت خاص صرفنظر شود براي بازگرداندن آن به حالت اوليه يك گشتاور لازم است.

رولند روت از انيستيتو ماكس – پلانك در اشتوتگارت آلمان و همكارانش معتقدند كه اين گشتاور آنتروپيك ممكن است در سيستمهاي بيولوژيكي بر روي فعل و انفعالات بين يك پروتئين و زيرلايهاي كه به آن متصل ميگردد مؤثر باشد. اتصال پروتئين به زيرلايه به صورت نوعي قفل و كليد عمل ميكند كه در آن، زير لايه كاملاً در داخل حفرة قفل مانند پروتئين چِفت ميشود. اما براي اينكه اين چفت شدن اتفاق بيافتد اين زير لايه بايد در جهت درستي قرار بگيرد. آيا ممكن است حفرة پروتئين به منظور فراهم آوردن بهترين جهت نسبت به زير لايه شكل دهي گردد به طوري كه تحت تاثير نيروهاي آنتروپيك قرار گيرد و بدين ترتيب احتمال يك انطباق خوب به حداكثر برسد؟

چنين موضوعاتي ممكن است براي ايجاد وسايل نانومتري داراي چفت و بستهايي كه آزادانه در حركتند مورد نظر باشد. مثلاً اگر يك گشتاور آنتروپيك موجب تغيير جهت و انحراف راس يك نانولوله كربني شود، قرار دادن آنرا در داخل يك حفره دشوار خواهد ساخت.

نيروهاي بازدارنده حاصل تغيير در "فضاي آزاد" قابل دسترسي براي ذرات كوچك (مثلاً مولكولهاي حلال)، هنگام نزديك شدن دو ذره بزرگتر (مثلاً ذرات كلوئيدي) به يكديگر هستند. به خاطر دافعه بين هسته مركزي ذرات، در نزديكي سطح ذرات كلوئيدي ناحيهاي وجود دارد كه از تجمع تودهاي ذرات حلال جلوگيري ميكند. اما اگر دو ذره كلوئيدي با هم تماس پيدا كنند نواحي جلوگيري كننده آنها بر هم منطبق ميشود و بنابراين فضاي قابل دسترسي براي ذرات حلال و نيز آنتروپي افزايش مييابد و اين باعث جاذبه بين ذرات بزرگتر ميگردد.

از آنجا كه اين اثر صرفاً يك اثر آنتروپيك است، نيروهاي جاذبه فقط در سيستمهايي با هستة ثابت نمود پيدا ميكند كه نيروهاي جاذبه طبيعي (نظير نيروي واندرووالس) بين ذرات وجود ندارد. نيروهاي بازدارنده ميتوانند رفتار فازي كلوئيدها را كنترل كنند. مثلاً با افزايش غلظت ذرات كلوئيدي در يك سوسپانسيون، اين نيروها باعث جدايي فازي در مخلوطهاي كلوئيدي و يا موجب جابجايي فازهاي چگالتر ميگردند. به نظر ميرسد كه نيروهاي بازدارنده در سيستمهاي بيولوژيكي نيز حضور داشته باشند (هرچند چنين رفتاري ممكن است در يك حلال كاملاً ساختاري مانند آب، بسيار پيچيدهتر باشد.

به خاطر نيروي بازدارنده، مناسبترين وضعيت يك ميله توپر در برخورد با يك ديواره، در حالتي است كه ميله به موازات اين ديواره قرار گرفته و بيشترين سطح برخورد با ديواره را داشته باشد. اما روت و همكارانش ميگويند كه نزديك شدن چنين ميلهاي به ديواره بسيار پيچيدهتر از اين ميباشد زيرا در صورت چرخش ميله، نيروي بازدارنده به شكل ظريفي تغيير ميكند.

در حالت رو در رو ممكن است انتظار رود كه اين ميله در جهت موازي به اين ديواره نزديك شود. عملاً اين پژوهشگران براي پي بردن به اينكه پتانسيل بازدارندگي در اين حالت حداقل مقدار را دارد، از تئوري دانسيته كاركردي - روشي براي يافتن حداقل انرژي برپايه نيروهاي درون ذرهاي- استفاده كردند.

اما مقادير كمينة ديگري نيز وقتي كه ميله از ديواره كاملاً دور ميشود وجود دارد. اين مقادير را ميتوان با بررسي تغييرات گشتاور ميله نسبت به زاوية آن با ديواره تعيين كرد. در حالت كمينة پتانسيل، اين گشتاور صفر بوده و شيب تغييرات آن نسبت به افزايش زاويه منفي است. به عبارت ديگر نوعي نيروي بازگرداننده وجود دارد كه اين ميله را در يك جهت خاص نگه ميدارد. در حالتي كه ميله دور از ديواره قرار دارد، اين مقادير صفر در زواياي بسيار كمتر از 90 درجه (نسبت به حالت موازي) اتفاق ميافتد. اين پژوهشگران پيبردهاند كه مدلسازيهاي رايانهاي آنان از چنين سيستمي كاملاً منطبق بر محاسباتي است كه با استفاده از تئوري دانسيته كاركردي صورت گرفته است.

از آنجا كه هر چه ميله به ديواره نزديكتر ميشود موانع پتانسيلي براي تغييرجهت آن افزايش مييابد، اين ميله در حين نزديك شدن به ديواره در يكي از اين جهات غيرموازي به دام افتاده و نميتواند تغيير جهت دهد؛ با آنكه جهت موازي، عموماً پايدارترين حالت است. از اين رو اين محققين ميگويند كه اين ميله در مسير خاصي به ديواره نزديك خواهد شد. به طوري كه ابتدا يك انتهاي آن به ديواره برخورد كرده و پس از آن، اين ميله به تدريج خواهد چرخيد تا از حالت موازي خارج گردد. به هر حال، وضعيت اين ميله به صورت تصادفي تعيين نميشود زيرا برخي جهات متقدم وجود دارد. يك مهندس باهوش نانوتكنولوژي ممكن است بهرهبرداري از اين خاصيت را مد نظر قرار دهد.

ساخت سليكون‌هاي مغناطيسي براي توسعه محاسبات مبتني بر اسپين الكتروني

تحقيقات آزمايشگاه اسپينترونيك NSE نشان مي‌دهد، سيليكون مي‌تواند حدود دماي اتاق، ميداني مغناطيسي را در خود نگهدارد و اين ويژگي مي‌تواند به توسعه نيمه‌هادي‌هاي مغناطيسي كاراتر و ابزارهاي اسپينترونيك آينده كمك كند. دانشمندان دانشكده علوم و مهندسي ابعاد نانو در آلباني اعلام كرده‌اند كه اين تحقيقات مي‌تواند مبناي استفاده از سيليكون براي توسعه تراشه‌هايي با خواص مغناطيسي باشد و به طور ضمني بر توسعه ابزارهاي مبتني بر اسپين‌الكتروني تأثير مثبت بگذارد. سيليكون بهترين ماده شناخته شده براي استفاده در ساخت تراشه‌هاي رايانه‌اي نيمه‌هادي و مدارهاي مجتمع است.

 

تغييرات خاصيت فرومغناطيسي DMS در سه دماي مختلف

 دانشمندان دانشكده علوم و مهندسي ابعاد نانو (CNSE) در يك دانشگاه آلبانيايي تحقيقاتي را منتشر كرده‌اند كه سيليكون را انتخاب مناسبي براي توسعه تراشه‌هاي مغناطيسي معرفي كرده است. اسپينترونيك علمي است كه به ما امكان مي‌دهد به همان سادگي كه از بارالكترون‌ها استفاده مي‌كنيم،‌ ويژگي‌هاي اسپين‌الكتروني آنها در مكانيك كوانتوم را نيز به كار بگيريم. قابليت‌هاي نهفته در اسپينترونيك شامل حافظه‌هاي مغناطيسي با قابليت دسترسي تصادفي (MRAM) است كه مي‌تواند ابزارهاي محاسباتي هميشه روشن و بي‌نياز از زمان "boot up" كردن مجدد و استفاده از ديسك‌هاي سخت اضافي را توسعه دهد. از زماني كه مواد نيمه‌هادي سيليكوني براي حافظه‌ها و  cpuها به كار گرفته شدند، اطلاعات ماندگار با استفاده از اسپين ‌الكترون‌ها در دارايوهاي مغناطيسي سخت ذخيره مي‌شوند. تحقيقات اخير نشان مي‌دهد، يك نيمه‌هادي مي‌تواند با تركيب‌شدن با يك ناخالصي مانند منگنز، خاصيت مغناطيسي پيدا كند. ماده حاصله يا نيمه‌هادي مغناطيسي رقيق‌‌شده (DMS) ويژگي‌هاي مغناطيسي به كار گرفته شده در ذخيره‌كننده‌هاي اطلاعاتي موجود مانند حافظه‌هاي نيمه‌هادي و ابزارهاي منطقي را داراست. ابزارهاي اسپينترونيكي DMS اين قابليت را دارند كه در مقايسه با ابزارهاي موجود با داشتن سرعت‌هاي بالاتر، انرژي كمتري مصرف كنند. اين تحقيقات كه توسط پروفسور وينسنت لابلا استاد CNSE هدايت مي‌شود، براي اولين بار در جهان‌ نشان داده است سيليكون مي‌تواند خاصيت فرومغناطيسي پيدا كند و در دماهاي بالاتر از 127 درجه سليسوس به طور ماندگار مغناطيسي شود و بهتر از ابزارهاي مرسوم فعلي عمل كند. اين محققان با كاشت[2] منگنز بر روي سيليكون به نسبت اتمي يك درصد، به اين نتايج دست يافتند. لابلا مي‌گويد: اين نتايج بسيار جالب توجه هستند و درهاي جديدي را بر روي ساخت وسايل اسپينترونيكي مبتني بر سيليكون كه مي‌توانند در دماي اتاق يا بالاتر از آن كار كنند، به روي ما گشوده‌اند. اين نمونه‌ها با استفاده از تجهيزات استاندارد ساخت نيمه‌هادي‌ها در مركز فناوري ‌نانو آلباني به سرعت ساخته شده و به جواب مطلوب رسيده‌اند. اين تيم همچنين با كاشت منگنز با غلظت‌هاي متفاوت بر روي سيليكون، ويژگي‌هاي مغناطيسي آن را با مغناطيس‌سنج SQUID اندازه گرفتند.آنها فهميدند كه سيليكون در بالاتر از دماي اتاق و در حدود 127 درجه سلسيوس خاصيت فرومغناطيس از خود نشان مي‌دهد و اين قابليت، استفاده از آن را در ابزارهايي مانند رايانه‌هاي شخصي، تلفن و... ممكن ساخته است.  نتايج اين كار با عنوان: خاصيت فرومغناطيسي در يون‌هاي منگنز كاشته‌شده بر روي سيليكون در حدود دماي اتاق در مجله Physical Review B  به چاپ رسيده است.

نانوتکنولوژی و کاربرد آن در زندگی

نانوتكنولوژي يا به عبارتي فناوري مادون ريز در دو دهه اخير پيشرفتهايي را در تكنولوژي وسايل و مواد با ابعاد بسيار كوچك به دست آورده است و به سوي تحولي فوق العاده كه تمدن بشري را تا پايان اين قرن دگرگون خواهد كرد، پيش مي رود.

براي احساس اندازه هاي مادون ريز، قطر موي سر انسان را كه يك دهم ميلي متر است در نظر بگيريد، يك نانو متر 100 هزار برابر كوچك تر است (9-10 متر)، تكنولوژي و مهندسي در قرن جديد با وسايل اندازه گيري و توليداتي سر و كار خواهند داشت كه چنين ابعاد مادون ريزي دارند.
در حال حاضر پروسه هايي در ابعاد چند مولكولي قابل طراحي و كنترل است. همچنين خواص مكانيكي، شيميايي، الكتريكي، مغناطيسي، نوري و... مواد در لايه ها در حدود ابعاد نانو متر قابل درك و تحليل و سنجش است.

اين تكنولوژي در قرن حاضر مسيري را طي مي كند كه در آن مواد مادون ريز را بايد تركيب كرد تا دانه هاي بزرگ تر و كارآمد به وجود آورد. درست همان روشي كه در طبيعت براي توليد كردن حاكم است. مجموعه هاي طبيعي، تركيبي از دانه هاي مادون ريز قابل تشخيص با خواص مشابه و يا متفاوت با اندازه هاي در حدود نانو است.

64 سال پيش «Jon von neumann»حدس زد كه روزي ساختن ماشينهايي كه بتوانند خودشان را كپي كنند، ممكن خواهد شد. در سال 1991 دكتر «Eric Drexler» اولين دكترا در رشتة نانوتكنولوژي را از دانشگاه «Mit» دريافت داشت و در سال 1996 مؤسسة «Foresight» كه در حال حاضر يكي از مؤسسات به نام تحقيقات نانوتكنولوژي است، را پايه گذاري كرد.

اكثر تحقيقات در فناوري هاي مادون ريز هم اكنون در درمان بيماري ها و يا دست يافتن به مواد جديد به ظهور رسيده است و موارد بسياري در مرحلة تحقيقات كاربردي و آزمايشي است. اكنون ساخت رايانه هاي بسيار كوچك تر و ميليون ها بار سريع تر در دستور كار شركت هاي تحقيقاتي قرار دارد.

در بياني كوتاه نانوتكنولوژي يك فرآيند توليد مولكولي است. همان طور كه طبيعت مجموعه ها را به طور خودكار مولكول به مولكول ساخته و روي هم مونتاژ كرده است. ما هم بايد براي توليد محصولات جديد با اين اعتقاد كه هر چه در طبيعت توليد شده، قابل توليد در آزمايشگاه نيز هست، نظير طبيعت راهي پيدا كنيم. البته منظور اين نيست كه چند هسته از مواد را توليد كنيم و با رساندن انرژي و خوراك پس از چند سال يك نيروگاه از آن بسازيم كه شهري را برق دهد. بلكه براي تركيب و تكامل خودكار توليدات مادون ريز كه به نحوي در مجموعه هاي بزرگ تر مصرف دارد راهي بيابيم. در اندازه هاي مادون ريز روشها و ابزار آلات متعارف فيزيكي جوابگو نيستند. براي ساختن ماشينهاي مولكولي بايد روش پروسه هاي طبيعي را دنبال كرد كه بحث هاي مفصل و كارشناسانه اي را در پي دارد.

نانوتكنولوژي يك فناوري عام و فراگير مي باشد كه در بسياري از فناوري هاي ديگر كاربرد داشته و در بعضي از آنها ايجاد تحول مي كند. برخي از تأثيرات نانوتكنولوژي به اختصار در زير آمده است:

- تأثير زياد نانوتكنولوژي در توليد خلاقيت و كارآفريني

- تأثير زياد نانوتكنولوژي در رفاه و زندگي مردم

-تأثير زياد نانوتكنولوژي بر امنيت و دفاع ملي

-تأثير نانوتكنولوژي در حفظ محيط زيست

- نانوتكنولوژي تمام دستاوردهاي گذشتة بشر را كه در ماده تحقق يافته است، متحول مي سازد.

- نانوتكنولوژي باعث همگرايي رشته هاي علمي و تخصص هاي مختلف مي شود.

- نانوتكنولوژي رقيب ساير فناوريها نيست بلكه مكمل آنهاست.

كاربردهاي نانوتكنولوژي همه جا همراه با هزينة كمتر، دوام و عمر بيشتر، مصرف انرژي كمتر، هزينة نگهداري كمتر و خواص بهتر است.

نانوتكنولوژي مولكولي، علمي است كه ما را قادر به ساختن مواد از اتم ها مي سازد و در اين صورت ما توانايي آرايش دوبارة مواد را با دقت اتمي خواهيم داشت.

نانوتكنولوژي، توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستمهاي جديد با در دست گرفتن كنترل در سطوح مولكولي واقعي و استفاده از خواصي است كه در آن سطوح ظاهر مي شود.

انقلابي كه توسط نانوتكنولوژي در دهه هاي آينده به وجود خواهد آمد، پيشرفتهاي غيرمنتظره اي را در عرصه هاي مختلف وعده مي دهد. تحولات اقتصادي، صنعتي و روشهاي مناسب حفظ سلامتي و ايجاد محيطي دلپذير از پيامدهاي اين تكنولوژي است.

به كمك نانوتكنولوژي در آينده اي نه چندان دور !!!

- خانه هايي ساخته خواهد شد كه آجرهاي آن در صورت بروز هرگونه ترك خوردگي، خودشان را ترميم و بازسازي مي كنند.

- اتومبيل ها با لايه اي نازك اما به استحكام الماس پوشانده مي شود كه در مقابل هرگونه خراش و ضربه محافظت مي شوند.

- پزشكان صدها نوع بيماري را تنها با قرار دادن يك قطره خون در يك دستگاه تشخيص داده و پس از چند ثانيه نتيجه را دريافت مي كنند.

- لباس هايي توليد مي شود كه در سرما و گرما دماي بدن را همواره در حالت تعادل نگه داشته و در تمام فصول قابل استفاده مي باشند و به دليل كيفيت بافت مولكولي كثيف نشده و نيازي به شستشو ندارند.

- ظروف غذاخوري و لوازمي توليد مي شود كه براي تميزكردن آنها نياز به هيچ گونه مادة شوينده اي نيست و تنها با آب پاك مي شوند.

- كفش هايي توليد مي شوند كه با وجود صاف بودن كف آن هرگز بر روي يخ و برف نمي لغزند.

- با استفاده از نانوتكنولوژي قادر خواهيم بود يك گلولة كاليبر 45 را با يك سطح نازك و سبك مثل ورق كاغذ متوقف كنيم.

- آسانسور فضايي از ديگر دستاوردهاي نانوتكنولوژي است كه انسان را از زمين به فضا مي برد و از نظر تئوري مي توان اين آسانسور را با استفاده از CNT ساخت (CNT لوله هاي استوانه اي با ضخامت يك اتم هستند كه داراي خاصيت فلزي يا نيمه فلزي هستند)

- به كمك نانوتكنولوژي مي توان حدود 250 ميليون حرف نانومتري را كه معادل 300 كتاب 300 صفحه اي است. بر روي سطح مقطع يك موي انسان نوشت.

نانوتكنولوژي مي تواند تغييرات اساسي در زمينة توليد، سلامتي بشر، ذخاير انرژي، پزشكي، دارويي،

حمل و نقل، كشاورزي، ارتش و... ايجاد كند.بسيار مهم است كه مردم براي پيشرفتي غيرمنتظره و تكنولوژيكي آماده شوند اين موج به آرامي در راه است.

 نوشته توسط معصومه روشن دبیر علوم تجربی

نانو تکنولوژی

تعريف نانوتکنولوژي و آشنايي با آن

نانوتکنولوژی، توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستمهاي جديد با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولي و اتمي و استفاده از خواص است که در آن سطوح ظاهر ميشود. از همين تعريف ساده برمي آيد که نانوتکنولوژی يک رشته جديد نيست، بلکه رويکردي جديد در تمام رشته هاست. براي نانوتکنولوژي کاربردهايي را در حوزه های مختلف از غذا، دارو، تشخيص پزشکي و بيوتکنولوژي تا الکترونيک، کامپيوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژي، محيط زيست، مواد، هوافضا و امنيت ملي برشمرده اند.کاربردهاي وسيع اين عرصه به همراه پيامدهاي اجتماعي، سياسي و حقوقي آن، اين فن  آوري را به عنوان يک زمينه فرا رشته اي و فرابخش مطرح نموده است.

هر چند آزمايش ها و تحقيقات پيرامون نانوتکتولوژي از ابتداي دهه 80 قرن بيستم بطور جدي پيگيري شد، اما اثرات تحول آفرين، معجزه آسا و باورنکردني نانوتکنولوژي در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد که نظر تمامي کشورهاي بزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناوري نانو را به عنوان يکي از مهمترين اولويتهاي تحقيقاتي خويش طي دهه اول قرن بيست و يکم محسوب نمايند.

استفاده از اين فن آوري در کليه علوم پزشکي، پتروشيمي، علوم مواد، صنايع دفاعي، الکترونيک، کامپوترهاي کوانتومي و غيره باعث شده که تحقيقات در زمينه نانو به عنوان يک چالش اصلي علمي و صنعتي پيش روي جهانيان باشد. لذا محققين، اساتيد و صنعتگران ايراني نيز بايد در يک بسيج همگاني، جايگاه، موقعيت و وضعيت خويش را در خصوص اين موضوع مشخص نمايند و با يک برنامه ريزي علمي دقيق و کارشناسانه به حضوري فعال و حتي رقابتي سالم در اين جايگاه، عرض اندام و ابراز وجود نمايند و براي چنين کاري طراحي يک برنامه منسجم، فراگير و همه جانبه اجتناب ناپذير است.

 

 

 

نانوتكنولوژي و كاربردهاي آن

علوم و فناوري نانو، عنصر ي اساسي در درك بهتر طبيعت در دهه‌هاي آتي خواهد بود. از جمله موارد مهم در آ ي نده، همكاريهاي تحقيقاتي ميان‌رشته‌ا‌ي، آموزش خاص و انتقال ايده‌ها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشي از تأثيرات و کاربردهاي نانوتکنولوژي به شرح زير مي‌باشد:

یک نانومتر چقدر است؟

یک نانومتر یک میلیاردم متر (^-9 m10) است. این مقدار حدودا چهار برابر قطر یک اتم است. مکعبی با ابعاد 2.5 نانومتر ممکن است حدود 1000 اتم را شامل شود. کوچکترین آی سیهای امروزی با ابعادی در حدود 250 نانومتر در هر لایه به ارتفاع یک اتم، حدود یک میلیون اتم را در بردارند. در مقایسه یک جسم نانومتری با اندازه‌ای حدود 10 نانومتر، هزار برابر کوچکتر از قطر یک موی انسان است.

امکان مهندسی در مقیاس مولکولی برای اولین بار توسط ریچارد فاینمن (R.Feynnman)، برنده جایزه نوبل فیزیک مطرح شد. فاینمن طی یک سخنرانی در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا در سال 1959 اشاره کرد که اصول و مبانی فیزیک امکان ساخت اتم به اتم چیزها را رد نمی‌کند. وی اظهار داشت که می‌توان با استفاده از ماشینهای کوچک ماشینهایی به مراتب کوچکتر ساخت و سپس این کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد.

همین عبارتهای افسانه وار فاینمن راهگشای یکی از جذابترین زمینه‌های نانو تکنولوژی یعنی ساخت روباتهایی در مقیاس نانو شد. در واقع تصور در اختیار داشتن لشکری از نانو ماشینهایی در ابعاد میکروب که هر کدام تحت فرمان یک پردازنده مرکزی هستند، هر دانشمندی را به وجد می‌آورد. در رویای دانشمندانی مثل جی استورس هال (J.Storrs Hall) و اریک درکسلر (E.Drexler) این روباتها یا ماشینهای مونتاژکن کوچک تحت فرمان پردازنده مرکزی به هر شکل دلخواهی در می‌آیند. شاید در آینده‌ای نه چندان دور بتوانید به کمک اجرای برنامه ای در کامپیوتر، تخت خوابتان را تبدیل به اتومبیل کنید و با آن به محل کارتان بروید.

چرا این مقیاس طول اینقدر مهم است؟

خواص موجی شکل (مکانیک کوانتومی) الکترونهای داخل ماده و اثر متقابل اتمها با یکدیگر از جابجایی مواد در مقیاس نانومتر اثر می‌پذیرند. با تولید ساختارهایی در مقیاس نانومتر، امکان کنترل خواص ذاتی مواد ازجمله دمای ذوب، خواص مغناطیسی، ظرفیت بار و حتی رنگ مواد بدون تغییر در ترکیب شیمیایی بوجود می‌آید. استفاده از این پتانسیل به محصولات و تکنولوژیهای جدیدی با کارآیی بالا منتهی می‌شود که پیش از این میسر نبود.

نظام سیستماتیک ماده در مقیاس نانومتری، کلیدی برای سیستمهای بیولوژیکی است. نانوتکنولوژی به ما اجازه می‌دهد تا اجزاء و ترکیبات را داخل سلولها قرار داده و مواد جدیدی را با استفاده از روشهای جدید خود_اسمبلی بسازیم. در روش خود_اسمبلی به هیچ روبات یا ابزار دیگری برای سرهم کردن اجزاء نیازی نیست. این ترکیب پر قدرت علم مواد و بیوتکنولوژی به فرآیندها و صنایع جدیدی منتهی خواهد شد.

ساختارهایی در مقیاس نانو مانند نانو ذرات و نانولایه‌ها دارای نسبت سطح به حجم بالایی هستند که آنها را برای استفاده در مواد کامپوزیت، واکنشهای شیمیایی، تهیه دارو و ذخیره انرژی ایده‌ال می‌سازد. سرامیکهای نانوساختاری غالبا سخت‌تر و غیرشکننده‌تر از مشابه مقیاس میکرونی خود هستند. کاتالیزورهای مقیاس نانو راندمان واکنشهای شیمیایی و احتراق را افزایش داده و به میزان چشمگیری از مواد زائد و آلودگی آن کم می‌کنند. وسایل الکترونیکی جدید، مدارهای کوچکتر و سریعتر و … با مصرف خیلی کمتر می‌توانند با کنترل واکنشها در نانوساختار بطور همزمان بدست آیند. اینها تنها اندکی از فواید و مزایای تهیه مواد در مقیاس نانومتر است.

منافع نانوتکنولوژی چیست؟

مفهوم جدید نانوتکنولوژی آنقدر گسترده و ناشناخته است که ممکن است روی علم و تکنولوژی در مسیرهای غیرقابل پیش بینی تأثیر بگذارد. محصولات موجود نانوتکنولوژی عبارتند از: لاستیکهای مقاوم در برابر سایش که از ترکیب ذرات خاک رس با پلیمرها بدست آمده‌اند، شیشه‌هایی که خودبه خود تمیز می‌شوند، مواد دارویی که در مقیاس نانو ذرات درست شده‌اند، ذرات مغناطیسی باهوش برای پمپهای مکنده و روان سازها، هد دیسکهای لیزری و مغناطیسی که با کنترل دقیق ضخامت لایه‌ها از کیفیت بالاتری برخوردارند، چاپگرهای عالی با استفاده از نانو ذرات با بهترین خواص جوهر و رنگ دانه و....

 

قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی

1.      محصولات خود_اسمبل

2.      کامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر کامپیوترهای امروزی

3.      اختراعات بسیار جدید (که امروزه ناممکن است)

4.      سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه

5.      نانوتکنولوژی پزشکی که در واقع باعث ختم تقریبی بیماریها، سالخوردگی و مرگ و میر خواهد شد.

6.      دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه‌های دنیا

7.      احیاء و سازماندهی اراضی

 

برخی کاربردها

 

مدلسازی مولکولی و نانوتکنولوژی

در سازمان ­دهی و دستکاری مواد در مقیاس نانو، لازم است تمامی ابزار موجود جهت افزایش کارایی مواد و وسایل بکار گرفته شود. یکی از این ابزار، شیمی تحلیلی، خصوصا مدل ‌سازی مولکولی و شبیه ‌سازی است. امروزه ابزار تحقیقاتی فراگیری مانند روشهای شیمی تحلیلی مزیتهای فراوانی نسبت به روشهای تجربی دارند. میهیل یورکاز شرکتContinental Tire North America می‌گوید:"روشهای تجربی مستلزم بهره‌گیری از نیروی انسانی، شیمیایی، تجهیزات، انرژی و زمان است. شیمی تحلیلی این امکان را برای هر فرد مهیا می‌سازد که فعالیتهای شیمیایی چندگانه‌ای را در 24 ساعت شبانه ‌روز انجام دهد. شیمیدانها می‌توانند با انجام آزمایشها توسط رایانه، احتمال فعالیتهای غیرمؤثر را از بین ببرند و گستره احتمالی موفقیتهای آزمایشگاهی را وسعت دهند.

نتیجه نهایی این امر، کاهش اساسی در هزینه‌های آزمایشگاهی (مانند مواد، انرژی، تجهیزات) و زمان است." از طرف دیگر، در شیمی تحلیلی سرمایه‌ گذاری اولیه جهت تهیه نرم‌افزار و هزینه‌های وابسته از جمله سخت‌افزار جدید، آموزش و تغییرات پرسنل بسیار بالا خواهد بود. ولی با بکار گیری هوشمندانه این ابزار می‌توان هریک از هزینه‌های اولیه را نه تنها از طریق صرفه‌جویی در هزینه آزمایشگاه بلکه بوسیله فراهم نمودن دانشی که منجر به بهینه ‌سازی فرآیندها و عملکردها می‌شود، جبران ساخت.

این موضوع برای شیمیدانها بسیار مناسب است، ولی روشهای شبیه‌سازی چطور می‌توانند برای نانوتکنولوژیستها مفید واقع شود؟ محدودیتهای آزمایشگر در مقیاس نانو، زمانی آشکار می‌شود که شگفتی جهان دانشمندان نظری وارد عمل می‌شود. در اینجا هنگامی که دانشمندان قصد قرار دادن هر یک از اتمها را در محل مورد نظر دارند قوانین کوانتوم وارد صحنه می‌شود. پیش‌بینی رفتار و خواص در محدوده­ای از ابعاد برای نانوتکنولوژیستها حیاتی است.

مدل‌سازی رایانه‌ای با بکارگیری قوانین اولیه مکانیک کوانتوم و یا شبیه‌سازیهای مقیاس میانی، دانشمندان را به مشاهده و پیش‌بینی رفتار در مقیاس نانو و یا حدود آن قادر می‌سازد. مدلهای مقیاس میانی با بکارگیری واحدهای اصلی بزرگتر از مدلهای مولکولی که نیازمند جزئیات اتمی است، به ارائه خواص جامدات، مایعات و گازها می­پردازند. روشهای مقیاس میانی در مقیاسهای طولی و زمانی بزرگتری نسبت به شبیه­سازی مولکولی عمل می‌کنند. می‌توان این روشها را برای مطالعه مایعات پیچیده، مخلوطهای پلیمر و مواد ساخته‌شده در مقیاس نانو و میکرو بکار برد.

 

 

مدل ‌سازی خاک‌ رس

محققین دانشگاه لندن در انگلستان و دانشگاه Paris Sud در فرانسه، شبیه‌سازیهایی بر اساس مکانیک کوانتوم برای مطالعه و کامپوزیتهای خاک ‌رس–پلیمر بکار برده‌اند. امروزه این ترکیبات یکی از موفق‌ترین مواد نانوتکنولوژی هستند، زیرا بطور همزمان مقاومت بالا و شکل‌پذیری از خود نشان می‌دهند؛ خواصی که معمولاً در یکجا جمع نمی‌شوند. نانو کامپوزیتهای پلیمر–خاک رس می‌توانند با پلیمریزاسیون در جا تهیه شوند؛ فرآیندی که شامل مخلوط کردن مکانیکی خاک معدنی با مونومر مورد نیاز است. بنابراین مونومر در لایه درونی جای‌گذاری می‌شود (خودش را در لایه‌های درون ورقه‌های سفال جای می‌دهد) و تورق کل ساختار را افزایش می‌دهد. پلیمریزاسیون ادامه می‌یابد تا سبب پیدایش مواد پلیمری خطی و همبسته گردد.

(دانشمندان با بکارگیری Castep (یک برنامه مکانیک کوانتوم که نظریه کارکردی چگالی را بکار می‌گیرد تحول کشف شده در این روش را که پلیمریزاسیون میان ‌گذار خود کاتالیست نامیده می‌شود مطالعه کردند. این پروژه، دانشی نظری در زمینه ساز و کار این فرآیند جدید را بوسیله مشخص کردن نقش سفال در کامپوزیت فراهم نمود. ضروری است که دانش حاصل از شبیه‌سازیها، جهت کنترل و مهندسی نمودن فعل و انفعالات پلیمر-سیلیکات به کمک دانشمندان آید.

دانشمندان در شرکت BASF شبیه‌ سازیهای مقیاس میانی را برای بررسی علم و رفتار ریزواره‌ها بکاربردند. ریزواره‌ها ذراتی کروی شکل با ابعاد نانو هستند که به صورت خود به خود در محلولهای کوپلیمری ایجاد می‌شوند و در زمینه‌هایی مانند سنسورها وسایل آرایشی و دارو رسانی کاربرد دارند. دانشمندانBASF با بکار گیری esoDyn، یک ابزار شبیه ‌سازی برای پیش‌بینی ساختارهای مقیاس میانی مواد متراکم محلولهای تغلیظ ‌شده کوپلیمرهای آمفی‌فیلیک را بررسی کردند.
شبیه‌سازیها مشخص نمود که کدام شرایط مولکولی و فرمولی به شکل‌گیری "ریزواره‌های معکوس" مانند نانو ذرات آب در یک محیط فعال منتهی‌ می­شود. چنین نتایجی برای درک رفتار عوامل فعال سطحی ضروری هستند. به کمک روشهایی مانند پرتاب محلول در آزمایشگاه می‌توان به نتایجی در این زمینه دست یافت، اما دستیابی به این نتایج ماهها به طول می‌انجامد، درحالی که آزمایشهای شبیه‌سازی شده تنها طی چند روز نتیجه می‌دهند.

توليد، مواد و محصولات صنعتي:

نانوتكنولوژي تغيير بنياني مسيري است كه در آينده، موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امكان سنتز بلوك‌هاي ساختماني نانو با اندازه و تركيب به دقّت كنترل‌شده و سپس چيدن آنها در ساختارهاي بزرگتر، كه داراي خواص و كاركرد منحصربه‌فرد باشند، انقلابي در مواد و فرآيندهاي توليد آنها، ايجاد مي‌كند. محقّقين قادر به ايجاد ساختارهايي از مواد خواهند شد كه در طبيعت نبوده و شيمي مرسوم نيز قادر به ايجادشان نبوده‌است. برخي از مزاياي نانوساختارها عبارتست از: مواد سبك‌تر، قوي‌تر و قابل برنامه‌ريزي ؛ كاهش هزينة عمر كاري از طريق كاهش دفعات نقص فنّي ؛ ابزارهايي نوين بر پاية اصول و معماري جديد ؛ بكارگيري كارخانجات مولكولي يا خوشه‌ا‌ي كه مزيّت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.

پزشکي و بدن انسان:

رفتار مولكولي در مقياس نانومتر، سيستمهاي زنده را اداره مي‌كند. يعني مقياسي كه شيمي، فيزيك، زيست‌شناسي و شبيه‌سازي كامپيوتري، همگي به آن سمت درحال گرايش هستند.

اراتر از سهل‌شدن استفادة بهينه از دارو، نانوتكنولوژي مي‌تواند فرمولاسيون و مسيرهايي براي رهايش دارو  Drug Delivery تهيه كند، كه به‌نحو حيرت‌انگيزي توان درماني داروها را افزايش مي‌دهد.

مواد زيست‌سازگار با كارآيي بالا، از توانايي بشر در كنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزي معدني و آلي را مثل اجزاي فعّال، مي‌توان براي اعمال نقش تشخيصي مثل ذرات كوانتومي كه براي مرئي‌سازي بكار مي‌رود درون سلولها وارد نمود.

افزايش توان محاسباتي بوسيلة نانوتكنولوژي، ترسيم وضعيت شبكه‌هاي ماكرومولكولي را در محيط‌هاي واقعي ممكن مي‌سازد. اينگونه شبيه‌سازي‌ها براي بهبود قطعات كاشته‌شدة زيست‌سازگار در بدن و جهت فرآيند كشف دارو، الزامي خواهدبود.

دوام ‌پذيري منابع: كشاورزي، آب، انرژي، مواد و محيط زيست:

نانوتكنولوژي چنان چه ذكر شد، منجر به تغييرات ي شگرف در استفاده از منابع طبيعي، انرژي و آب خواهد شد و پس ا ب و آلودگي را كاهش خواهدداد. همچنين فنّاوري‌هاي جديد، امكان بازيافت و استفادة مجدد از مواد، انرژي و آب را فراهم خواه ن د كرد. در زمينه محيط زيست، علوم و مهندسي نانو، مي‌تواند تأثير قابل ملاحظه‌ا‌ي، در درك مولكولي فرآيندهاي مقياس نانو كه در طبيعت رخ مي‌دهد ؛ در ايجاد و درمان مسائل زيست‌محيطي از طريق كنترل انتشار آلاينده‌ها ؛ در توسعة فنّاوري‌هاي "سبز" جديد كه محصولات جانبي ناخواستة كمتري دارند و ي ا در جريانات و مناطق حاوي فاضلاب، داشته‌باشد. لازم به ذكراست، نانوتكنولوژي توان حذف آلودگي‌هاي كوچك از منابع آبي (كمتر از 200 نانومتر) و هوا (زير 20 نانومتر) و اندازه‌گيري و تخفيف مداوم آلودگي در مناطق بزرگتر را دارد.

چه انتظاري بايد از نانوتكنولوژي داشت:

اين تكنولوژي جديد توانايي آن را دارد كه تاثيري اساسي بر كشورهاي صنعتي در دهه هاي آينده بگذارد. در اينجا به برخي از نمونه هاي عملي در زمينه نانوتكنولوژي كه بر اساس تحقيقات و مشاهدات بخش خصوصي به دست آمده است، اشاره مي شود.

انتظار مي رود كه مقياس نانومتر به يك مقياس با كارايي بالا و ويژگيهاي منحصربفرد، طوري ساخته خواهند شد كه روش شيمي سنتي پاسخگوي اين امر نمي تواند باشد.

· نانوتكنولوژي مي تواند باعث گسترش فروش سالانه 300 ميليارد دلار براي صنعت نيمه هاديها و 900 ميليون دلار براي مدارهاي مجتمع، طي 10 تا 15 سال آينده شود.

· نانوتكنولوژي، مراقبتهاي بهداشتي، طول عمر، كيفيت و تواناييهاي جسمي بشر را افزايش خواهد داد.

· تقريبا نيمي از محصولات دارويي در 10 تا 15 سال آينده متكي به نانوتكنولوژي خواهد بود كه اين امر، خود 180 ميليارد دلار نقدينگي را به گردش درخواهد آورد.

· كاتاليستهاي نانوساختاري در صنايع پتروشيمي داراي كاربردهاي فراواني هستند كه پيش بيني شده است اين دانش، سالانه 100 ميليارد دلار را طي 10 تا 15 سال آينده تحت تاثير قرار دهد.
· نانوتكنولوژي موجب توسعه محصولات كشاورزي براي يك جمعيت عظيم خواهد شد و راههاي اقتصادي تري را براي تصويه و نمك زدايي آب و بهينه سازي راههاي استفاده از منابع انرژيهاي تجديد پذير همچون انرژي خورشيدي ارائه نمايد. بطور مثال استفاده از يك نوع انباره جريان گذرا با الكترودهاي نانولوله كربني كه اخيرا آزمايش گرديد، نشان داد كه اين روش 10 بار كمتر از روش اسمز معكوس، آب دريا را نمك زدايي مي كند.

 انتظار مي رود كه نانوتكنولوژي نياز بشر را به مواد كمياب كمتر كرده و با كاستن آلاينده ها، محيط زيستي سالمتر را فراهم كند. براي مثال مطالعات نشان مي دهد در طي 10 تا 15 سال آينده، روشنايي حاصل از پيشرفت نانوتكنولوژي،مصرف جهاني انرژي را تا 10 درصد كاهش داده، باعث صرفه جويي سالانه 100 ميليارد دلار و همچنين كاهش آلودگي هوا به ميزان 200 ميليون تن كربن شود.

در چند سال گذشته بازارچند ميليارد دلاري برپايه نانوتكنولوژي كسترش يافته اند. براي مثال در ايالات متحده، IBM براي هد ديسكهاي سخت، يك سري حسگرهاي مغناطيسي را ابداع كرده است.

Eastern Kodak و 3M تكنولوژي ساخت فيلمهاي نازك نانو ساختاري را به وجود آورده اند. شركت Mobil كاتاليستهاي نانو ساختاري را براي دستگاههاي شيميايي توليد كرده است و شركت Merck، داروهاي نانوذره اي را عرضه كرده است. تويوتا در ژاپن مواد پليمري تقويت شده نانوذره اي را براي خودروها و Samsung Electronics در كره، در حال كار بر روي سطح صفحات نمايش توسط نانولوله هاي كربني هستند. بشر درست در ابتداي مسير قرار دارد و فقط چندين محصول تجاري از نانوساختارهاي يك بعدي بهره مي گيرند ( نانو ذرات، نانو لوله ها، نانو لايه و سوپر لاستيكها ). نظزيات جديد و روشهاي مقرون به صرفه توليد نانوساختارهاي دو و سه بعدي از موضوعات مورد بررسي آينده مي باشند.

نانو تكنولوژي يا كاربرد فناوري در مقياس يك ميليونيم متر، جهان حيرت انگيزي را پيش روي دانشمندان قرار داده است كه در تاريخ بشريت نظيري براي آن نمي توان يافت. پيشرفتهاي پرشتابي كه در اين عرصه بوقوع مي پيوندد، پيام مهمي را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستيابي به توانايي هاي بي بديلي براي تغيير محيط پيرامون خويش قرار گرفته است و جهان و جامعه اي كه در آينده اي نه چندان دور به مدد اين فناوري جديد پديدار خواهد شد، تفاوت هايي بنيادين با جهان مالوف آدمي در گذشته خواهد داشت.

به گزارش ايرنا نانو تكنولوژي نظير هر فناوري ديگري چونان يك تيغ دولبه است كه مي توان از آن در مسير خير و صلاح و يا نابودي و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره گيري از اين فناوري شناخت دقيق تر خصوصيات آن و آشنايي با قابليت هاي بالقوه اي است كه در خود جاي داده است. در خصوص نانو تكنولوژي يك نكته را مي توان به روشني و بدون ابهام مورد تاكيد قرار داد: اين فناوري جديد هنوز، حتي براي متخصصان، شناخته شده نيست و همين امر هاله ابهامي را كه آن را در برگرفته ضخيمتر مي كند و راه را براي گمانزني هاي متنوع هموار مي سازد.
كساني بر اين باورند كه اين فناوري نظير هيولايي فرانكشتين در داستان مري شلي و يا همانند جعبه پاندورا در اسطوره هاي يونان باستان، مرگ و نابودي براي ابناي بشر درپي دارد. در مقابل گروهي نيز معتقدند كه به مدد توانايي هاي حاصل از اين فناوري مي توان عالم را گلستان كرد.
در حال حاضر 450 شركت تحقيقاتي- تجاري در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمريكا و ژاپن با بودجه اي كه در مجموع به 4 ميليارد دلار بالغ مي شود سرگرم انجام تحقيقات در عرصه نانو تكنولوژي هستند. در اين قلمرو اتمها و ذرات رفتاري غيرمتعارف از خود به نمايش مي گذارند و از آنجا كه كل طبيعت از همين ذرات تشكيل شده، شناخت نحوه عمل آنها، به يك معنا شناخت بهتر نحوه شكل گيري عالم است. به اين ترتيب دانشمنداني كه در اين قلمرو به كاوش مشغولند، به يك اعتبار با ذهن و ضمير خالق هستي و نقشه شگفت انگيز او در خلقت عالم آشنايي پيدا مي كنند، اما از آنجا كه دانايي توانايي به همراه مي آورد، شناسايي رازهاي هستي مي تواند توان فوق العاده اي را در اختيار كاشفان اين رازها قرار دهد. تحقيق در قلمرو نانو تكنولوژي از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستين نتايج چشمگير از رهگذر اين تحقيقات عايد گرديد.

از جمله آنكه يك گروه از محققان شركت آي بي ام موفق شدند35 اتم گزنون را بر روي يك صفحه از جنس نيكل جاي دهند و با كمك اين تك اتمها نامي را بر روي صفحه نيكلي درج كنند. محققان ديگر به بررسي درباره ساختارهاي ريز موجود در طبيعت نظير تار عنكبوت ها و رشته هاي ابريشم پرداختند تا بتوانند موادي نازك تر و مقاوم تر توليد كنند. در اين ميان ساخت يك نوع مولكول جديد كربن موسوم به باكمينسترفولرين يا كربن- 60 راه را براي پژوهشهاي بعدي هموارتر كرد. محققان با كمك اين مولكول كه خواص حيرت انگيز آن هنوز در درست بررسي است، لوله هاي موئينه اي در مقياس نانو ساخته اند كه مي تواند براي ايجاد ساختارهاي مختلف در تراز يك ميليونيم متر مورد استفاده قرار گيرد. بررسي هايي كه در ابعاد نانو بر روي مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازه اي را آشكار كرده است. به عنوان مثال ذرات سيليكن در اين ابعاد از خود نور ساطع مي كنند و لايه هاي فولاد در اين مقياس از استحكام بيشتري در قياس با صفحات بزرگتر اين فلز برخوردارند.

برخي شركتها از هم اكنون بهره برداري از برخي يافته هاي نانوتكنولوژي را آغاز كرده اند. به عنوان نمونه شركت آرايشي اورال از مواد نانو در محصولات آرايشي خود استفاده مي كند تا بر ميزان تاثير آنها بيفزايد. ساخت ديودهاي نوري با استفاده از مواد نانو موجب مي شود تا 80درصد در هزينه برق صرفه جويي شود. توپهاي تنيسي كه با كربن 60 ساخته شده و روانه بازار گرديده سبكتر و مستحكمتر از توپهاي عادي است. شركتهاي ديگر با استفاده از مواد نانو پارچه هايي توليد كرده اند كه با يك بار تكاندن آنها مي توان حالت اتوي اوليه را به آنها بازگرداند و همه چين و چروكهايشان را زايل كرد. با همين يك بار تكان همه گردوخاكي كه به اين پارچه ها جذب شده اند نيز پاك مي شوند. نوارهاي زخم بندي هوشمندي با اين مواد درست شده كه به محض مشاهده نخستين علائم عفونت در مقياس مولكولي، پزشكان را مطلع مي سازند.

از همين نوع مواد همچنين ليوانهايي توليد شده كه قابليت خود- تميزكردن دارند. لنزها و عدسيهاي عينك ساخته شده از جنس مواد نانو ضد خش هستند و يك گروه از محققان تا آنجا پيش رفته اند كه درصددند با مواد نانو پوششهاي مناسبي توليد كنند كه سلولهاي حاوي ويروسهاي خطرناك نظير ويروس ايدز را در خود مي پوشاند و مانع خروج آنها مي شود. مهمترين نكته درباره موقعيت كنوني فناوري نانو آن است كه اكنون دانشمندان اين توانايي را پيدا كرده اند كه در تراز تك اتمها به بهره گيري از آنها بپردازند و اين توانايي بالقوه مي تواند زمينه ساز بسياري از تحولات بعدي شود. يك گروه از برجسته ترين محققان در حوزه نانوتكنولوژي بر اين اعتقادند كه مي توان بدون آسيب رساندن به سلولهاي حياتي، در درون آنها به كاوش و تحقيق پرداخت. شيوه هاي كنوني براي بررسي سلولها بسيار خام و ابتدايي است و دانشمندان براي شناخت آنچه كه در درون سلول اتفاق مي افتد ناگزيرند سلولها را از هم بشكافند و در اين حال بسياري از اطلاعات مهم مربوط به سيالهاي درون سلول يا ارگانلهاي موجود در آن از بين مي رود.

يك گروه از محققان كه در گروهي موسوم به اتحاد سيستمهاي زيستي گرد آمده اند، سرگرم تكميل ابزارهاي ظريفي هستند كه هدف آن بررسي اوضاع و احوال درون سلول در زمان واقعي و بدون آسيب رساندن به اجزاي دروني سلول يا مداخله در فعاليت بخشهاي داخلي آن است. ابزاري كه اين گروه مشغول ساخت آن هستند رديف هايي از لوله ها يا سيمهاي بسيار ظريفند كه قادرند وظايف مختلفي را به انجام برسانند از جمله آنكه هزاران پروتئيني را كه به وسيله سلولها ترشح مي شود شناسايي كند. گروههاي ديگر از محققان نيز به نوبه خود سرگرم توليد دستگاهها و ابزارهاي ديگر براي انجام مقاصد علمي ديگر هستند.

به عنوان نمونه يك گروه از محققان سرگرم تكميل فيبرهاي نوري در ابعاد نانو هستند كه قادر خواهند بود مولكولهاي مورد نظر را شناسايي كنند. گروهي نيز دستگاهي را دردست ساخت دارند كه با استفاده از ذرات طلا مي تواند پروتئين هاي معيني را فعال سازد يا از كار بيندازد. به اعتقاد پژوهشگران براي آنكه بتوان از سلولها در حين فعاليت واقعي آنها اطلاعات مناسب به دست آورد، بايد شيوه تنظيم آزمايشها را مورد تجديدنظر اساسي قرار داد. سلولها در فعاليت طبيعي خود امور مختلفي را به انجام مي رسانند: از جمله انتقال اطلاعات و علائم و داده ها ميان خود، ردوبدل كردن مواد غذايي و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حياتي. يك گروه از روش تازه اي موسوم به الگوي انتقال ابر - شبكه استفاده كرده اند كه ساخت نيمه هاديهاي نانومتري به قطر تنها 8 نانومتر را امكان پذير مي سازد. هريك از اين لوله هاي بسيار ريز بالقوه مي توانند يك پادتن خاص يا يك اوليگو نوكلئو اسيد و يا يك بخش كوچك از رشته دي ان اي بر روي خود جاي دهند.

با كمك هر تراشه مي توان 1000 آزمايش متفاوت بر روي يك سلول انجام داد. براي دستيابي به موفقيت كامل بايد بر برخي از محدوديتها غلبه شود، ازجمله آنكه درحال حاضر براي بررسي سلولها بايد آنها را در درون مايعي قرار داد كه مصنوعاً محيط زيست طبيعي سلولها را بازسازي مي كند، اما يون موجود در اين مايع مي تواند سنجنده هاي موئينه را از كار بيندازد. براي رفع مشكل، محققان سلولها را درون مايعي جاي مي دهند كه چگالي يون آن كمتر است. گروههاي ديگري از محققان نيز در تلاشند تا ابزارهاي مناسب در مقياس نانو براي بررسي جهان سلولها ابداع كنند. يكي از اين ابزارها چنانكه اشاره شد يك فيبر نوري است كه ضخامت نوك آن 40 نانومتر است و بر روي نوك نوعي پادتن جا داده شده كه قادر است خود را به مولكول مورد نظر در درون سلول متصل سازد. اين فيبر نوري با استفاده از فيبرهاي معمولي و تراش آنها ساخته شده و بر روي فيبر پوششي از نقره اندود شده تا از فرار نور جلوگيري به عمل آورد. نحوه عمل اين فيبر نوري درخور توجه است.

از آنجاكه قطر نوك اين فيبر نوري، از طول موج نوري كه براي روشن كردن سلول مورد استفاده قرار مي گيرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهاي نور نمي توانند خود را تا انتهاي فيبر برسانند، درعوض در نزديكي نوك فيبر مجتمع مي شوند و يك ميدان نوري بوجود مي آورند كه تنها مي تواند مولكولهايي را كه در تماس با نوك فيبر قرار مي گيرند تحريك كند. به نوك اين فيبر نوري يك پادتن متصل است و محققان به اين پادتن يك مولكول فلورسان مي چسبانند و آنگاه نوك فيبر را به درون يك سلول فرو مي كنند. در درون سلول، نمونه مشابه مولكول فلورسان نوك فيبر، اين مولكول را كنار مي زند و خود جاي آن را مي گرد. به اين ترتيب نوري كه از مولكول فلورسان ساطع مي شد از بين مي رود و فضاي درون سلول تنها با نوري كه به وسيله ميدان موجود در فيبر نوري بوجود مي آيد روشن مي شود و درنتيجه محققان قادر مي شوند يك تك مولكول را در درون سلول مشاهده كنند.

مزيت بزرگ اين روش در آن است كه باعث مرگ سلول نمي شود و به دانشمندان اجازه مي دهد درون سلول را در هنگام فعاليت آن مشاهده كنند. نانو تكنولوژي همچنين به محققان امكان مي دهد كه بتوانند رويدادهاي بسيار نادر يا مولكولهاي با چگالي بسيار كم را مشاهده كنند. به عنوان مثال بلورهاي مينياتوري نيمه هاديهاي فلزي در يك فركانس خاص از خود نور ساطع مي كنند و از اين نور مي توان براي مشخص كردن مجموعه اي از مولكولهاي زيستي و الصاق برچسب براي شناسايي آنها استفاده كرد. به نوشته هفته نامه علمي نيچر چاپ انگلستان يك گروه از محققان دانشگاه ميشيگان نيز توانسته اند سنجنده خاصي را تكميل كنند كه قادر است حركت اتمهاي روي را در درون سلولها دنبال كند و به دانشمندان در تشخيص نقايص زيست عصبي مدد رساند.

از ابزارهاي در مقياس نانو همچنين مي توان براي عرضه مؤثرتر داروها در نقاط موردنظر استفاده به عمل آورد. در آزمايشي كه بتازگي به انجام رسيده نشان داده شده است كه حمله به سلولهاي سرطاني با استفاده از ذرات نانو 100برابر بازده عمل را افزايش مي دهد. محققان اميدوارند در آينده اي نه چندان دور با استفاده از نانو تكنولوژي موفق شوند امور داخلي هر سلول را تحت كنترل خود درآورند. هم اكنون گامهاي بلندي در اين زمينه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان مي توانند فعاليت پروتئينها و مولكول دي ان اي را در درون سلول كنترل كنند. به اين ترتيب نانو تكنولوژي به محققان امكان مي دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها يعني اصلي ترين بخش سازنده بدن جانداران به بهترين وجه كامل سازند. ادامه....

 

نوشته توسط معصومه روشن دبیر علوم تجربی

پیام مدیر آموزشگاه

سخنان حکیمانه رهبر فرزانه انقلاب

به مناسبت سال نوآوری و شکوفایی

* امسال باید فضای نوآوری، کشور را فرا بگیرد و همه مسئولان خود را موظف بدانند با بهره گیری از امکانات مادی و معنوی، کارهای نو و ابتکاری و راههای میان بُر را در سایه مدیریت صحیح، تدبیر درست و حکمت در فعالیت کشور وارد کنند تا کام مردم از ثمره این تلاش ها شیرین شود.

*یکی از دو انتظار من در سال 1387 ، نوآوری در بخشهای مختلف و دستگاههای گوناگون اجتماعی، اقتصادی و خدماتی کشور از جمله در دیپلماسی، حرکت به سمت علم و تحقیق، گسترش فرهنگ مطلوب در ارائه خدمات به همه قشرها به خصوص قشرهای محروم، و در آبادانی کشور است.