در مطلب قبلی در رابطه با سیستم ایمنی ذاتی و اکتسابی صحبت کردیم و در این مطلب از دایا اکسیر که خرید مواد شیمیایی آزمایشگاهی را انجام میدهد، می خواهیم به بررسی نانوتکنولوژی و کاربردهای آن بپردازیم.
واژه نانوتکنولوژی اولین بار در سال ۱۹۷۴ توسط نوریو تانیگوچی (پروفسور دانشگاه علوم توکیو) ابداع و به کار گرفته شد. این واژه نشان دهنده توانایی مهندسی مواد در مقیاس نانومتر میباشد. “مهندسی مواد ” معمولاً شامل طراحی و تولید مواد است و امروزه علاوه بر مواد، دستگاه ها و سیستم ها هم در این مجموعه قرار گرفته اند. بنابراین، نانوتکنولوژی به عنوان طراحی و ساخت مواد، دستگاه‌ها و سیستم‌هایی با کنترل در ابعاد نانومتری تعریف میشود. بنابراین ماهیت نانوتکنولوژی اندازه و کنترل ذرات میباشد.
فهرست مطالبی که در ادامه به آنها پرداخته شده است:
علم نانوتکنولوژی چیست
نانوتکنولوژی علمی جدید در نظر گرفته میشود، اما تنها رشته‌ای نیست که به اتم‌ها و مولکول‌ها مربوط میشود. به طرق مختلف، رشته های فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی مدت‌هاست که با اتم‌ها و مولکول‌ها و نحوه عملکرد آنها سروکار داشته اند.
رابطه نانوتکنولوژی با شیمی و زیست شناسی
شیمی:
شیمی یک رقیب قدرتمند برای نانوتکنولوژی است اما با این وجود، تفاوت های اساسی در رویکرد انها وجود دارد. در حالی که شیمی با شکل گیری مولکول ها سروکار دارد و با ابعاد نانومتری نیز غریبه نیست اما شیمیدان ها مانند مهندسین مواد در مقیاس نانومتر کار نمیکنند . بنابراین شیمی فاقد عنصر کنترل نانو بر ماده است که توسط مهندسین مواد انجام می شود.
این بدان معنا نیست که شیمی برای نانوتکنولوژی اهمیت ندارد، اما تاکنون موانعی را ایجاد کرده که موجب محدودیت عملکرد نانوتکنولوژیست‌ها شده است. یک مثال خوب برای این موضوع، آزمایش معروفی است که در آن مولکول های زنون را بر روی یک سطح، برای نشان دادن علامت تجاری IBM طراحی کردند اما در ابتدا توسط شیمی محدود شدند.
آنها نمیتوانستند اتم هارا هر کجا که میخواستند قرار دهند و فقط در مکان های مشخصی از شبکه مولکولی امکان قرار دادن اتم ها وجود داشت، اما در نهایت با استفاده از علم نانو موفق به انجام این کار شدند، که نشان دهنده توانایی انها در کنترل دقیق جایگاه اتم ها و ساخت تجهیزات با استفاده از نانوتکنولوژی بود. در حال حاضر به نظر می رسد که شیمی ممکن است محدودیت های اساسی بر آزادی نانوتکنولوژی برای دستکاری ماده در مقیاس اتمی و مولکولی اعمال کند.
زیست شناسی:
زیست شناسی به عنوان پایه و اساس نانوتکنولوژی در نظر گرفته می شود. ساختارهای بیولوژیکی در مقیاس های ماکرومولکولی و فوق مولکولی با استفاده از اصول خودآرایی که به شدت توسط نانوتکنولوژیست ها دنبال می شود، مونتاژ می شوند و این ساختارها که عمدتاً مبتنی بر پروتئین هستند سبکی خارق العاده را با استحکام فوق العاده ترکیب می کنند.
دو نمونه از کاربرد های شگفت انگیز نانوتکنولوژی در زیست شناسی، مانند آنزیم F۱ATPase که از شیب پروتون در سراسر غشایی که در آن قرار دارد استفاده می کند و از آن برای سنتز آدنوزین تری فسفات (ATP) استفاده می کند.
سیستم ترشح نوع (TTSS)3 – مجموعه ای کروی از سوزن ها است که درسطح باکتری های بیماری زای خاص، و برای تزریق سم به اهداف آنها استفاده می شود. به طور خلاصه، فیزیک، شیمی و زیست شناسی بسیار با علم نانو همپوشانی دارند ، اما اساسا با نانوتکنولوژی که به دنبال تحمیل کنترل بر مواد و دستگاه‌ها در مقیاس مولکولی است، متفاوت است.
ذرات نامرئی که با سلول‌های سرطانی مبارزه می‌کنند، ریزپردازنده‌های سریع‌تر که انرژی کمتری مصرف می‌کنند، باتری‌هایی که ۱۰ برابر بیشتر عمر می‌کنند یا پنل‌های خورشیدی که دو برابر انرژی تولید می‌کنند. اینها تنها بخشی از کاربردهای فراوان نانوتکنولوژی است، رشته‌ای با تمام امکانات لازم برای تبدیل شدن به انقلاب صنعتی بعدی.
نانوتکنولوژی و جهان میکروسکوپی آن امکانات عظیمی را برای علم و صنعت معاصر ارائه می دهد. این حوزه بین دهه‌های ۶۰ و ۸۰ شکوفا شد که طبق پیش بینی ها ارزش آن در پنج سال آینده از ۱۲۵۰۰۰ میلیون دلار هم فراتر خواهد رفت. این شاخه تکنولوژی ساختار مولکولی مواد را دستکاری می کند تا خواص ذاتی آن ها را تغییر دهد که از آن برای استفاده در زمینه‌هایی مانند الکترونیک، انرژی و زیست‌پزشکی استفاده می شود.
انواع مختلف نانوتکنولوژی که با توجه به نحوه کار آنها و محیطی که در آن کار می کنند (خشک یا مرطوب) طبقه بندی می شوند:
نانوتکنولوژی خشک:
برای ساخت سازه هایی در زغال سنگ، سیلیکون، مواد معدنی، فلزات و نیمه رساناهایی که با رطوبت کار نمی کنند استفاده می شود.
نانوتکنولوژی مرطوب:
برای سیستم های بیولوژیکی موجود در یک محیط آبی – که شامل مواد ژنتیکی، غشاها، آنزیم ها و سایر اجزای سلولی میباشد کاربرد دارد.
انواع کاربردهای نانوتکنولوژی
نانوتکنولوژی و نانومواد را می توان در انواع بخش های صنعتی به کار برد که برخی کاربرد های آن شامل:
الکترونیک
نانولوله‌های کربنی به‌عنوان ماده‌ای برای ساخت ریزتراشه‌ها و دستگاه‌های کوچک‌تر، سریع‌تر و کارآمدتر و همچنین نانوسیستم‌های کوانتومی سبک‌تر، رساناتر و قوی‌تر، جایگزین سیلیکون می‌شوند و برای توسعه صفحه نمایش های لمسی انعطاف پذیرکاربرد دارند.
انرژی
یک نیمه رسانای جدید که توسط دانشگاه کیوتو ساخته شده است، ساخت پنل های خورشیدی را امکان پذیر می کند که مقدار نور خورشید را دو برابر به الکتریسیته تبدیل می کند. نانوتکنولوژی همچنین هزینه‌ها را کاهش میدهد، توربین‌های بادی قوی‌تر و سبک‌تر تولید می‌کند، راندمان سوخت را بهبود می‌بخشد و به لطف عایق حرارتی برخی از اجزای نانو، می‌تواند در مصرف انرژی صرفه‌جویی کند.
زیست پزشکی
خواص برخی از نانومواد آنها را برای بهبود، تشخیص و درمان زودهنگام بیماری های عصبی یا سرطان ایده آل می کند. آنها قادرند به طور انتخابی به سلول های سرطانی، بدون آسیب رساندن به سایر سلول های سالم حمله کنند. برخی از نانوذرات نیز برای تقویت محصولات دارویی مانند ضد آفتاب استفاده شده میشود.
هوا
تصفیه هوا با یون، تصفیه فاضلاب با نانوحباب یا سیستم های نانو فیلتراسیون برای فلزات سنگین از جمله کاربردهای سازگار با محیط زیست است. نانوکاتالیست‌ها نیز برای کارآمدتر کردن واکنش‌های شیمیایی و آلودگی کمتر در دسترس هستند.
غذا
در این زمینه می‌توان از نانوبیوسنسورها برای تشخیص وجود عوامل بیماری‌زا در مواد غذایی یا نانوکامپوزیت‌ها برای بهبود تولید غذا با افزایش مقاومت مکانیکی و حرارتی و کاهش انتقال اکسیژن در محصولات بسته‌بندی شده استفاده کرد.
نساجی
نانوتکنولوژی این امکان را فراهم می‌کند تا پارچه‌های هوشمندی که لک و چروک نمی‌شوند و همچنین مواد قوی‌تر، سبک‌تر و بادوام‌تر برای ساخت کلاه ایمنی موتورسیکلت یا تجهیزات ورزشی تولید شود.
نانوتکنولوژی در آینده:
نقاط روشن و تاریکی در آینده فناوری نانو وجود دارد. انتظار می‌رود به دلیل پیشرفت‌های تکنولوژیکی، افزایش حمایت دولت ها، افزایش سرمایه‌گذاری خصوصی و تقاضای فزاینده برای دستگاه‌های کوچک‌تر، این علم رشد خوبی را در سرار جهان داشته باشد. با این حال، خطرات زیست‌محیطی، بهداشتی و ایمنی نانوتکنولوژی و نگرانی‌های مرتبط با تجاری‌سازی آن می‌تواند مانع از گسترش بازار شود. پیش بینی میشود تا سال ۲۰۲۴، ایالات متحده، برزیل و آلمان در رقابت با کشورهایی مانند ژاپن، چین، کره جنوبی، هند، تایوان و مالزی، صنعت نانوتکنولوژی را رهبری خواهند کرد و همچنین بخش لوازم آرایشی و بهداشتی با ربودن جایگاه سوم از بخش بیوپزشکی، رتبه ی بالاتری را کسب خواهد کرد.
در این مطلب از دایا اکسیر نمایندگی مرکز خرید مواد شیمیایی در تهران در مورد نانوتکنولوژی و کاربردهای آن به تفصیل صحبت کردیم.
