افزایش مشکل دی اکسید کربن در هوا یکی از مشکلات اساسی در سطح جهان است. امید می رود که با استفاده از کشف منابع جدید روزی برسد که از مصرف سوخت های فسیلی بی نیاز شویم و در هوایی عاری از دی اکسید کربن و انواع آلودگی ها تنفس کنیم. فناوری نانو از جمله فناوریهایی است که به کمک حل این مسئله آمده است و این امکان را به وجود آورده است تا به سوی ساخت انرژیی ارزان تر و پاکیزه تر از سوخت های فسیلی نزدیک شویم.

محققان در دانشگاه ملی اوک ریج موفق به ساخت نانوکریستالی شده اند که ما را در داشتن هوایی پاک تر کمک می کنند. نانوکریستال درست مانند یک کاتالیزور عمل می کند، هنگامی که دی اکسید کربن هوا بر روی این نانوکریستال که دارای کادمیوم، سیلینیوم و ایدیوم است می نشیند، یک الکترون به دی اکسید کربن می دهد تا در مجاورت سایر اجزای دود واکنش نشان دهد و بی ضرر شود. اگر فیلترهای متشکل از این نانوکریستال ها را بتوان با قیمت مناسب تری ساخت و آنها را در دودکش ها نصب کرد می توان تا حد زیادی از انتشار و خروج دی اکسید کربن در هوا جلوگیری کرد.
ذره معلق مضرر دیگری که دانشمندان امیدوارند تا با استفاده از نانوکریستال بتوانند آنرا خنثی و یا از بین ببرند، بخار جیوه است. تجهیزاتی که با زغال سنگ کار می کنند از مهمترین عوامل تولید بخار جیوه و انتشار آن در هوا هستند. یک روش جلوگیری از انتشار جیوه، استفاده از نانوکریستال های اکسید تیتانیوم است که بخار جیوه را می توانند به اکسید جیوه جامد تبدیل نمایند.
اگر تاکنون در ترافیک در مجاورت اگزوز و یا دود اتوبوس و یا یک کامیون قرار گرفته باشید حتما اکسید نیتروژن را استشمام کرده اید. موتورهای دیزلی (گازوئیل سوز) از جمله مهمترین منابع آلوده کننده هوا با اکسیدهای نیتروژن می باشند.

شرکت بیوفرندلی با کمک آژانس حفاظت محیط زیست و دریافت کمک مالی از ایالت تگزاس، موفق به ساخت نانوکریستالی شده است که با افزودن آن به گازوئیل می تواند از تولید اکسید نیتروژن جلوگیری کند و سبب شود تا سوخت کامل بسوزد.
تصور نکنید که صنایع تولید تمیز مانند صنایع تولید تراشه های کامپیوتری به عنوان آلوده کننده های محیط زیست به شمار نمی آیند بلکه برعکس این صنایع به علت استفاده از مواد شیمیایی آلی در فرایندهای تولید منشا تولید بخارات آلی هستند که خود مضرر می باشند. محققان آزمایشگاه ملی شمال غربی اقیانوس آرام در حال بررسی نانوموادی هستند که با استفاده از آن در فیلترها می توانند از انتشار بخارات آلی این دسته از کارخانجات جلوگیری کنند.

شاید در آینده نه چندان دور دیگر چیزی در خصوص میزان آلودگی های هوا در اخبار روزانه نشنویم تا با خیالی آسوده بتوانیم در هوایی پاک تنفس کنیم.

در دو دهه اخیر، پیشرفتهای تکنولوژی وسایل و مواد با ابعاد بسیار کوچک به دست آمده است و به سوی تحولی فوق العاده که تمدن بشر را تا پایان قرن دگرگون خواهد کرد ، پیش می رود . برای احساس اندازه های مادون ریز ، قطر موی سر انسان را که یک دهم میلیمتر است در نظر بگیرید ، یک نانومتر صدهزار برابر کوچکتراست 9- 10متر . تکنولوژی و مهندسی در قرن پیش رو با وسایل ، اندازه گیریها و تولیداتی سروکار خواهد داشت که چنین ابعاد مادون ریزی دارند . درحال حاضر پروسه های در ابعاد چند مولکول قابل طراحی و کنترل است . همچنین خواص مکانیکی ، شیمیایی ، الکتریکی ، مغناطیسی ، نوری و... مواد در لایه ها در حدود ابعاد نانومتر قابل درک و تحلیل و سنجش است . تکنولوژی درقرن گذشته در هرچه ریزتر کردن دانه های بزرگتر پیشرفت چشمگیری داشت ، بطوریکه به مزاح گفته شد که دیگر کشف ذرات ریز اتمی ((Sub-Atomic)) نه تنها جایزه نوبل ندارد ، بلکه به آن جریمه هم تعلق می گیرد ! تکنولوژی نو درقرن حاضر مسیر عکس را طی می کند . یعنی مواد مادون ریز را باید ترکیب کرد تا دانه های بزرگتر کارآمد به وجود آ ورد .

درست همان روشی که در طبیعت برای تولید کردن حاکم است . مجموعه های طبیعی ، ترکیبی از دانه های مادون ریز قابل تشخیص با خواص مشابه و یا متفاوت با اندازه های در حدود نانو است .

اثر تحقیقات در فناوریهای مادون ریز هم اکنون در درمان بیماریها و یا دست یافتن به مواد جدید به ظهور رسیده است . موارد بسیاری در مرحله تحقیقات کاربردی و آزمایشی است .اکنون ساخت رایانه های بسیار کوچکتر و میلیونها بار سریعتر در دستور کار شرکتهای تحقیقاتی قرار دارد .

در بیانی کوتاه نانوتکنولوژی یک فرایند تولید مولکولی است . همانطور که طبیعت مجموعه ها را بطور خودکار مولکول به مولکول ساخته و روی هم مونتاژ کرده است ، ما هم باید برای تولید محصولات جدید ، با این اعتقاد که هرچه در طبیعت تولید شده قابل تولید در آزمایشگاه نیز هست ، نظیر طبیعت راهی پیدا کنیم . البته منظور این نیست که چند هسته از مواد راپیدا کنیم و با رساندن انرژی و خوراک پس از چند سال یک نیروگاه از آن بسازیم که شهری را برق دهد . بلکه برای ترکیب و تکامل خودکار تولیدات مادون ریزکه به نحوی در مجموعه های بزرگتر مصرف دارد ، راهی بیابیم . در اندازه های مادون ریز ، روشها و ابزارآلات متعارف فیزیکی مانند تراشیدن و خم کردن و سوراخ کردن و...جوابگو تیستند .

برای ساختن ماشینهای ملکولی باید روش پروسه های طبیعی را دنبال کرد .

با تهیه نقشه های ساختاری بدن یعنی آرایش ژنها و DNA که ژنم نامیده شده است و به موازات آن دست یافتن به تکنولوژی مادون ریز ، در دراز مدت تحولات بسیاری در هستی ایجاد خواهد شد . تولید مواد جدید ، گیاهان ، جانداران و حتی انسان متحول خواهد شد . اشکالات ساختاری موجودات در طبیعت رفع می شود و با ترکیب و خواص اورگانیک گیاهان و جانوران ، موجودات جدیدی با خواص فوق العاده و شخصیتهای متفاوت بوجود خواهد آمد .آینده علوم و مهندسی که چندین گرایشی Multi- Disciplinary )) است ، به طرف تولید ماشینهای مولکولی سوق داده خواهد شد تا در نهایت بتواند مجموعه های کارآیی از پیوندهای ارگانیک و سایبریک را عرضه نماید .

هستی را به رایانه ( سخت افزار ) و برنامه ( نرم افزار ) که دو پدیده مختلف ولی ادغام شده هستند ، می توان تشبیه کرد . سخت افزار مصداق ماده ( اغلب اتم هیدروژن ) و نرم افزار یا برنامه ، قابلیت نهفته در خلقت آن است .

اتم به نظر ساده و ابتدایی هیدروژن در طی میلیاردها سال با قابلیت نهفته در خود توانسته است میلیونها نوع آرایش مختلف را در هستی بوجود آورد . بشر از بوجود آوردن اساس ماده عاجز است . ولی در برنامه ریزیهای جدید و یافتن اشکال دیگری از آنچه در طبیعت وجود دارد ، پیش خواهد رفت . طبیعت را خواهد شناخت و به اصطلاح ، قفلهای شگفت آور آن را باز خواهد کرد . احتمالا انسان در شرایط مناسبتری از درجه حرارت و فشار که درتشکیل طبیعی مواد مختلف از هیدروژن لازم است ، بتواند اتمهای مورد نباز خود را تولید کند ، سیارات دیگری را در نهایت در اختیار بگیرد و بعید نیست که نواده های دوردست ما بتوانند در نیمه های راه ابدیت در اکثر نقاط جهان هستی و کهکشانها سکنی گزینند.

به احتمال زیاد قبل از پایان هزاره سوم انسانها در بدن خود انواع لوازم مصنوعی و دیجیتالی راخواهند داشت. . از بیماری ، پیری ، درد ستون فقرات ، کم حافظه ای و... رنج نخواهند برد .قابلیت فهم و تحلیل اطلاعات در مغز آنها در مقایسه با امروز بی نهایت خواهد شد . در هزاره های آینده انسانهای طبیعی مانند امروز احتمالا برای مطالعات پژوهشی نگهداری شده و به نمونه های آزمایشگاهی و بطور حتم قابل احترام تبدیل خواهند شد و مردمان آینده از اینهمه درد و ناراحتی که اجداد آنها در هزاره های قبل کشیده اند ، متعجب و متاثر خواهند بود .

اکنون جا دارد همگام با تحولات جدید در مهندسی و علوم ، دانشگاهها و مراکز تحقیقاتی بطور جدی به پژوهشهای تکنولوژی مادون ریز مشغول شوند تا حداقل ما هم بتوانیم مرزهای دانش روز را به نسلهای آینده تحویل دهیم و در تشکلهای جدید هستی سهمی داشته باشیم . باشد هرچه زودتر به خود آییم و عمق شکوهمند و معجزه آسای اندیشه بشررا دریابیم و از کوتاه بینی و افکار فرسوده موروثی فاصله بگیریم . گفته شیخ اجل سعدی در آینده مصداق واقعی تری خواهد داشت :

چه انتظاری باید از نانوتکنولوژی داشت :

این تکنولوژی جدید توانایی آن را دارد که تاثیری اساسی بر کشورهای صنعتی در دهه های آینده بگذارد . در اینجا به برخی از نمونه های عملی در زمینه نانوتکنولوژی که بر اساس تحقیقات و مشاهدات بخش خصوصی به دست آمده است ، اشاره می شود .

انتظار می رود که مقیاس نانومتر به یک مقیاس با کارایی بالا و ویژگیهای منحصربفرد ، طوری ساخته خواهند شد که روش شیمی سنتی پاسخگوی این امر نمی تواند باشد .

· نانوتکنولوژی می تواند باعث گسترش فروش سالانه 300 میلیارد دلار برای صنعت نیمه هادیها و 900 میلیون دلار برای مدارهای مجتمع ، طی 10 تا 15 سال آینده شود .

· نانوتکنولوژی ، مراقبتهای بهداشتی ، طول عمر ، کیفیت و تواناییهای جسمی بشر را افزایش خواهد داد .

· تقریبا نیمی از محصولات دارویی در 10 تا 15 سال آینده متکی به نانوتکنولوژی خواهد بود که این امر ، خود 180 میلیارد دلار نقدینگی را به گردش درخواهد آورد .

· کاتالیستهای نانوساختاری در صنایع پتروشیمی دارای کاربردهای فراوانی هستند که پیش بینی شده است این دانش ، سالانه 100 میلیارد دلار را طی 10 تا 15 سال آینده تحت تاثیر قرار دهد .

· نانوتکنولوژی موجب توسعه محصولات کشاورزی برای یک جمعیت عظیم خواهد شد و راههای اقتصادی تری را برای تصویه و نمک زدایی آب و بهینه سازی راههای استفاده از منابع انرژیهای تجدید پذیر همچون انرژی خورشیدی ارائه نماید . بطور مثال استفاده از یک نوع انباره جریان گذرا با الکترودهای نانولوله کربنی که اخیرا آزمایش گردید ، نشان داد که این روش 10 بار کمتر از روش اسمز معکوس ، آب دریا را نمک زدایی می کند .

· انتظار می رود که نانوتکنولوژی نیاز بشر را به مواد کمیاب کمتر کرده و با کاستن آلاینده ها ، محیط زیستی سالمتر را فراهم کند . برای مثال مطالعات نشان می دهد در طی 10 تا 15 سال آینده ، روشنایی حاصل از پیشرفت نانوتکنولوژی ،مصرف جهانی انرژی را تا 10 درصد کاهش داده ، باعث صرفه جویی سالانه 100 میلیارد دلار و همچنین کاهش آلودگی هوا به میزان 200 میلیون تن کربن شود.

در چند سال گذشته بازارچند میلیارد دلاری برپایه نانوتکنولوژی کسترش یافته اند . برای مثال در ایالات متحده ، IBM برای هد دیسکهای سخت ، یک سری حسگرهای مغناطیسی را ابداع کرده است .

Eastern Kodak و 3M تکنولوژی ساخت فیلمهای نازک نانو ساختاری را به وجود آورده اند . شرکت Mobil کاتالیستهای نانو ساختاری را برای دستگاههای شیمیایی تولید کرده است و شرکت Merck ، داروهای نانوذره ای را عرضه کرده است . تویوتا در ژاپن مواد پلیمری تقویت شده نانوذره ای را برای خودروها و Samsung Electronics در کره ، در حال کار بر روی سطح صفحات نمایش توسط نانولوله های کربنی هستند . بشر درست در ابتدای مسیر قرار دارد و فقط چندین محصول تجاری از نانوساختارهای یک بعدی بهره می گیرند ( نانو ذرات ، نانو لوله ها ، نانو لایه و سوپر لاستیکها ) . نظزیات جدید و روشهای مقرون به صرفه تولید نانوساختارهای دو و سه بعدی از موضوعات مورد بررسی آینده می باشند.

نانو تکنولوژی یا کاربرد فناوری در مقیاس یک میلیونیم متر، جهان حیرت انگیزی را پیش روی دانشمندان قرار داده است که در تاریخ بشریت نظیری برای آن نمی توان یافت. پیشرفتهای پرشتابی که در این عرصه بوقوع می پیوندد، پیام مهمی را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستیابی به توانایی های بی بدیلی برای تغییر محیط پیرامون خویش قرار گرفته است و جهان و جامعه ای که در آینده ای نه چندان دور به مدد این فناوری جدید پدیدار خواهد شد، تفاوت هایی بنیادین با جهان مالوف آدمی در گذشته خواهد داشت.

به گزارش ایرنا نانو تکنولوژی نظیر هر فناوری دیگری چونان یک تیغ دولبه است که می توان از آن در مسیر خیر و صلاح و یا نابودی و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره گیری از این فناوری شناخت دقیق تر خصوصیات آن و آشنایی با قابلیت های بالقوه ای است که در خود جای داده است. در خصوص نانو تکنولوژی یک نکته را می توان به روشنی و بدون ابهام مورد تاکید قرار داد: این فناوری جدید هنوز، حتی برای متخصصان، شناخته شده نیست و همین امر هاله ابهامی را که آن را در برگرفته ضخیمتر می کند و راه را برای گمانزنی های متنوع هموار می سازد.

کسانی بر این باورند که این فناوری نظیر هیولایی فرانکشتین در داستان مری شلی و یا همانند جعبه پاندورا در اسطوره های یونان باستان، مرگ و نابودی برای ابنای بشر درپی دارد. در مقابل گروهی نیز معتقدند که به مدد توانایی های حاصل از این فناوری می توان عالم را گلستان کرد.

در حال حاضر 450 شرکت تحقیقاتی- تجاری در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمریکا و ژاپن با بودجه ای که در مجموع به 4 میلیارد دلار بالغ می شود سرگرم انجام تحقیقات در عرصه نانو تکنولوژی هستند. در این قلمرو اتمها و ذرات رفتاری غیرمتعارف از خود به نمایش می گذارند و از آنجا که کل طبیعت از همین ذرات تشکیل شده، شناخت نحوه عمل آنها، به یک معنا شناخت بهتر نحوه شکل گیری عالم است. به این ترتیب دانشمندانی که در این قلمرو به کاوش مشغولند، به یک اعتبار با ذهن و ضمیر خالق هستی و نقشه شگفت انگیز او در خلقت عالم آشنایی پیدا می کنند، اما از آنجا که دانایی توانایی به همراه می آورد، شناسایی رازهای هستی می تواند توان فوق العاده ای را در اختیار کاشفان این رازها قرار دهد. تحقیق در قلمرو نانو تکنولوژی از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستین نتایج چشمگیر از رهگذر این تحقیقات عاید گردید.

از جمله آنکه یک گروه از محققان شرکت آی بی ام موفق شدند35 اتم گزنون را بر روی یک صفحه از جنس نیکل جای دهند و با کمک این تک اتمها نامی را بر روی صفحه نیکلی درج کنند. محققان دیگر به بررسی درباره ساختارهای ریز موجود در طبیعت نظیر تار عنکبوت ها و رشته های ابریشم پرداختند تا بتوانند موادی نازک تر و مقاوم تر تولید کنند. در این میان ساخت یک نوع مولکول جدید کربن موسوم به باکمینسترفولرین یا کربن- 60 راه را برای پژوهشهای بعدی هموارتر کرد. محققان با کمک این مولکول که خواص حیرت انگیز آن هنوز در درست بررسی است، لوله های موئینه ای در مقیاس نانو ساخته اند که می تواند برای ایجاد ساختارهای مختلف در تراز یک میلیونیم متر مورد استفاده قرار گیرد. بررسی هایی که در ابعاد نانو بر روی مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازه ای را آشکار کرده است. به عنوان مثال ذرات سیلیکن در این ابعاد از خود نور ساطع می کنند و لایه های فولاد در این مقیاس از استحکام بیشتری در قیاس با صفحات بزرگتر این فلز برخوردارند.

برخی شرکتها از هم اکنون بهره برداری از برخی یافته های نانوتکنولوژی را آغاز کرده اند. به عنوان نمونه شرکت آرایشی اورال از مواد نانو در محصولات آرایشی خود استفاده می کند تا بر میزان تاثیر آنها بیفزاید. ساخت دیودهای نوری با استفاده از مواد نانو موجب می شود تا 80درصد در هزینه برق صرفه جویی شود. توپهای تنیسی که با کربن 60 ساخته شده و روانه بازار گردیده سبکتر و مستحکمتر از توپهای عادی است. شرکتهای دیگر با استفاده از مواد نانو پارچه هایی تولید کرده اند که با یک بار تکاندن آنها می توان حالت اتوی اولیه را به آنها بازگرداند و همه چین و چروکهایشان را زایل کرد. با همین یک بار تکان همه گردوخاکی که به این پارچه ها جذب شده اند نیز پاک می شوند. نوارهای زخم بندی هوشمندی با این مواد درست شده که به محض مشاهده نخستین علائم عفونت در مقیاس مولکولی، پزشکان را مطلع می سازند.

از همین نوع مواد همچنین لیوانهایی تولید شده که قابلیت خود- تمیزکردن دارند. لنزها و عدسیهای عینک ساخته شده از جنس مواد نانو ضد خش هستند و یک گروه از محققان تا آنجا پیش رفته اند که درصددند با مواد نانو پوششهای مناسبی تولید کنند که سلولهای حاوی ویروسهای خطرناک نظیر ویروس ایدز را در خود می پوشاند و مانع خروج آنها می شود. مهمترین نکته درباره موقعیت کنونی فناوری نانو آن است که اکنون دانشمندان این توانایی را پیدا کرده اند که در تراز تک اتمها به بهره گیری از آنها بپردازند و این توانایی بالقوه می تواند زمینه ساز بسیاری از تحولات بعدی شود. یک گروه از برجسته ترین محققان در حوزه نانوتکنولوژی بر این اعتقادند که می توان بدون آسیب رساندن به سلولهای حیاتی، در درون آنها به کاوش و تحقیق پرداخت. شیوه های کنونی برای بررسی سلولها بسیار خام و ابتدایی است و دانشمندان برای شناخت آنچه که در درون سلول اتفاق می افتد ناگزیرند سلولها را از هم بشکافند و در این حال بسیاری از اطلاعات مهم مربوط به سیالهای درون سلول یا ارگانلهای موجود در آن از بین می رود.

یک گروه از محققان که در گروهی موسوم به اتحاد سیستمهای زیستی گرد آمده اند، سرگرم تکمیل ابزارهای ظریفی هستند که هدف آن بررسی اوضاع و احوال درون سلول در زمان واقعی و بدون آسیب رساندن به اجزای درونی سلول یا مداخله در فعالیت بخشهای داخلی آن است. ابزاری که این گروه مشغول ساخت آن هستند ردیف هایی از لوله ها یا سیمهای بسیار ظریفند که قادرند وظایف مختلفی را به انجام برسانند از جمله آنکه هزاران پروتئینی را که به وسیله سلولها ترشح می شود شناسایی کند. گروههای دیگر از محققان نیز به نوبه خود سرگرم تولید دستگاهها و ابزارهای دیگر برای انجام مقاصد علمی دیگر هستند.

به عنوان نمونه یک گروه از محققان سرگرم تکمیل فیبرهای نوری در ابعاد نانو هستند که قادر خواهند بود مولکولهای مورد نظر را شناسایی کنند. گروهی نیز دستگاهی را دردست ساخت دارند که با استفاده از ذرات طلا می تواند پروتئین های معینی را فعال سازد یا از کار بیندازد. به اعتقاد پژوهشگران برای آنکه بتوان از سلولها در حین فعالیت واقعی آنها اطلاعات مناسب به دست آورد، باید شیوه تنظیم آزمایشها را مورد تجدیدنظر اساسی قرار داد. سلولها در فعالیت طبیعی خود امور مختلفی را به انجام می رسانند: از جمله انتقال اطلاعات و علائم و داده ها میان خود، ردوبدل کردن مواد غذایی و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حیاتی. یک گروه از روش تازه ای موسوم به الگوی انتقال ابر - شبکه استفاده کرده اند که ساخت نیمه هادیهای نانومتری به قطر تنها 8 نانومتر را امکان پذیر می سازد. هریک از این لوله های بسیار ریز بالقوه می توانند یک پادتن خاص یا یک اولیگو نوکلئو اسید و یا یک بخش کوچک از رشته دی ان ای بر روی خود جای دهند.

با کمک هر تراشه می توان 1000 آزمایش متفاوت بر روی یک سلول انجام داد. برای دستیابی به موفقیت کامل باید بر برخی از محدودیتها غلبه شود، ازجمله آنکه درحال حاضر برای بررسی سلولها باید آنها را در درون مایعی قرار داد که مصنوعاً محیط زیست طبیعی سلولها را بازسازی می کند، اما یون موجود در این مایع می تواند سنجنده های موئینه را از کار بیندازد. برای رفع مشکل، محققان سلولها را درون مایعی جای می دهند که چگالی یون آن کمتر است. گروههای دیگری از محققان نیز در تلاشند تا ابزارهای مناسب در مقیاس نانو برای بررسی جهان سلولها ابداع کنند. یکی از این ابزارها چنانکه اشاره شد یک فیبر نوری است که ضخامت نوک آن 40 نانومتر است و بر روی نوک نوعی پادتن جا داده شده که قادر است خود را به مولکول مورد نظر در درون سلول متصل سازد. این فیبر نوری با استفاده از فیبرهای معمولی و تراش آنها ساخته شده و بر روی فیبر پوششی از نقره اندود شده تا از فرار نور جلوگیری به عمل آورد. نحوه عمل این فیبر نوری درخور توجه است.

از آنجاکه قطر نوک این فیبر نوری، از طول موج نوری که برای روشن کردن سلول مورد استفاده قرار می گیرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهای نور نمی توانند خود را تا انتهای فیبر برسانند، درعوض در نزدیکی نوک فیبر مجتمع می شوند و یک میدان نوری بوجود می آورند که تنها می تواند مولکولهایی را که در تماس با نوک فیبر قرار می گیرند تحریک کند. به نوک این فیبر نوری یک پادتن متصل است و محققان به این پادتن یک مولکول فلورسان می چسبانند و آنگاه نوک فیبر را به درون یک سلول فرو می کنند. در درون سلول، نمونه مشابه مولکول فلورسان نوک فیبر، این مولکول را کنار می زند و خود جای آن را می گرد. به این ترتیب نوری که از مولکول فلورسان ساطع می شد از بین می رود و فضای درون سلول تنها با نوری که به وسیله میدان موجود در فیبر نوری بوجود می آید روشن می شود و درنتیجه محققان قادر می شوند یک تک مولکول را در درون سلول مشاهده کنند.

مزیت بزرگ این روش در آن است که باعث مرگ سلول نمی شود و به دانشمندان اجازه می دهد درون سلول را در هنگام فعالیت آن مشاهده کنند. نانو تکنولوژی همچنین به محققان امکان می دهد که بتوانند رویدادهای بسیار نادر یا مولکولهای با چگالی بسیار کم را مشاهده کنند. به عنوان مثال بلورهای مینیاتوری نیمه هادیهای فلزی در یک فرکانس خاص از خود نور ساطع می کنند و از این نور می توان برای مشخص کردن مجموعه ای از مولکولهای زیستی و الصاق برچسب برای شناسایی آنها استفاده کرد. به نوشته هفته نامه علمی نیچر چاپ انگلستان یک گروه از محققان دانشگاه میشیگان نیز توانسته اند 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 مدد رساند.

از ابزارهای در مقیاس نانو همچنین می توان برای عرضه مؤثرتر داروها در نقاط موردنظر استفاده به عمل آورد. در آزمایشی که بتازگی به انجام رسیده نشان داده شده است که حمله به سلولهای سرطانی با استفاده از ذرات نانو 100برابر بازده عمل را افزایش می دهد. محققان امیدوارند در آینده ای نه چندان دور با استفاده از نانو تکنولوژی موفق شوند امور داخلی هر سلول را تحت کنترل خود درآورند. هم اکنون گامهای بلندی در این زمینه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان می توانند فعالیت پروتئینها و مولکول دی ان ای را در درون سلول کنترل کنند. به این ترتیب نانو تکنولوژی به محققان امکان می دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها یعنی اصلی ترین بخش سازنده بدن جانداران به بهترین وجه کامل سازند.

 صنایع نیمه‌هادی در سیر تکامل خود در حال رسیدن به نقط‌های است که توانایی آن برای تولید نقاط کوچکتر با مشکلاتی جدی همچون اثرات کوانتومی و نوسانات سطوح اتمی روبرو خواهد شد.
مشکلات دیگر در راه پیشرفت CMOS عبارتند از مصرف بالا، اتلاف حرارت و هزینه بسیار بالای ساخت. این مسائل در آینده مانعی سخت برای تولید نیمه‌هادی‌های کارآمد خواهد بود. به گفته NanoMarkets ، نانوتکنولوژی به ادامه پیشرفت و تولید CMOS کمک خواهد کرد و همچنین فناوری‌های جدید را قادر خواهد ساخت تا گوی سبقت را در جلب رضایت بازار از CMOS بربایند.غول‌های بزرگ صنعتی همچون فری‌اسکیل ‌، آی‌بی‌اِم، اینفینئون و اینتل پشتوانة مهمی برای نانوحافظه‌ها به حساب می‌آیند.

یک گزارش جدید از NanoMarkets بیانگر این مطلب است که همان‌طورکه روش‌های کنونی لیتوگرافی به پایان راه خود رسیده‌اند، ابزار‌هایی که برای توسعه، تولید و آزمایش CMOS به کار می‌روند، نیز باید بر پایة نانوتکنولوژی طرح‌ریزی گردند. پرتوافکن مستقیم الکترونیکی که در تولید ASIC به کار می‌رود، نمونه‌های از ابزاری است که به کمک نانوتکنولوژی بوجود آمده‌است. اما نانومارکتز معتقد است که کاربرد واقعی نانوتکنولوژی در تولید محصولات جدید، با توجه به خصوصیات مواد مقیاس نانو می‌باشد. بخش‌هایی از صنعت نیمه‌هادی که بیشترین تأثیر نانوتکنولوژی در آنها دیده می‌شود خارج از مقوله CMOS قرار دارند. به گفته نانومارکتز این موضوع در موارد زیر به وضوح دیده می‌شود:

o حافظه غیرفرار: حافظه غیرفرار یکی از عوامل تقویت محاسبات سیار است. اما با توجه به اینکه حجم و سرعت فناوری Flash محدود می‌باشد، حافظه‌های جدید که در طراحی آنها از نانوتکنولوژی بهره گرفته شده است، کارایی بهتری را از خود نشان داده‌اند. FRAM و MRAM نمونه‌هایی از این نوع حافظه‌ها هستند.

o الکترونیک پلیمری: سونی، زیراکس و سایرین آماده‌اند که محصولات الکترونیک لایه نازک را وارد بازار کنند. الکترونیک پلیمری، برخلاف CMOS، از خصوصیات حرارتی بسیار خوبی برخوردار است و هزینه‌ تولید در حجم کم را پایین می‌آورد. این خصوصیات امکان تولید محصولات جدیدی را به وجود می‌آورد. در سال 2006 نمایشگر‌های بزرگ رولی و همچنین برچسب‌های RFID با قیمت پایین تولید خواهد شد که امکان استفاده از آنها برای اجناس یک‌بار‌مصرف فراهم خواهد شد.

o نانوحسگر: نانوحسگرها نسبت به رقبای خود از آستانه تشخیص بسیار پایین‌تری برخوردارند. آنها قادرند در زمینه کشف امراض بیولوژیک نقش مهمی را ایفا کنند. به گونه‌ای که در مورد اعلام وجود سرطان، از سرعت بسیار زیادی برخوردارند.

گزارش NanoMarkets بیانگر این مطلب است که نانوتکنولوژی به‌زودی می‌تواند در مدیریت حرارتی و اتصالات داخلی پر‌سرعت، به میزان قابل‌توجهی کمک نماید. در زمینه اتصالات داخلی پرسرعت می‌توان از نانولوله‌ها استفاده نمود زیرا توانایی آنها در انتقال جریان از مس خیلی بیشتر است و می‌توان آنها را به روش‌های قابل انطباق با CMOS‌ها رشد داد (اینفینئون در سال 2002 این قابلیت را نشان داد). از نانولوله‌ها می‌توان خنک‌کننده‌های بسیار خوبی برای رفع مشکلات حرارتی ساخت (همانند قطعاتی که اینتل از سال 2002 به بعد به کارشان گرفت) و یا می‌توان با ایجاد جرقه بین آنها جریانی از هوای خنک تولید نمود.
از این گزارش چنین نتیجه گرفته می‌شود که فرصت‌های قابل توجهی در نانوالکترونیک وجود دارد. به‌گونه‌ای که در سال 2006 نانوحافظه‌ها به تنهایی 1/3 میلیارد دلار سودآوری خواهند داشت. همان‌گونه که در بالا توضیح داده‌شد، این امر هم‌اکنون در قالب روش‌های جدید برای تکمیل CMOSها آغاز شده‌است. این گزارش نشان می‌دهد که سازندگان نیمه‌هادی‌ها از هم‌اکنون باید به فکر طرح ریزی برای به‌کارگرفتن نانوتکنولوژی در تولیدات خود باشند. در غیر این‌صورت باید از دست دادن تولیدات بزرگ آینده را بپذیرند، که البته پذیرفتن این ریسک بسیار دور از ذهن به‌نظر می‌رسد.

وقتی برای گشت و گذار به دل کوه ها و کوهپایه ها پناه می برید و از شیب تند جاده به سمت پایین حرکت می کنید، بوی نامطبوعی که از لنت ترمز خودروی شما خارج می شود، شما را هشیار می کند.
از فرزندتان می خواهید آن را تنفس نکند چون شنیده اید بسیار سمی است. اما فکر کرده اید چرا؟ فناوری های نوین همیشه مثل سکه دو رو دارند، طرفی از آنها که در جهت رفاه و بهره مندی انسان است و وجهی دیگر که به طور مستقیم با سلامت جسمی در تضاد است. چند سالی می شود که نانوتکنولوژی به عنوان یک کلید در حل بسیاری از مشکلات صنایع در قرن اخیر گره گشا بوده است و در بسیاری موارد به بشر خدمت می کند؛ اما نباید از روی دیگر این سکه غافل بود.
ذرات نانو در مواردی می توانند همچون غبار همان آزبست لنت ترمز عمل کنند و مثل یک ذره کاملا غیرطبیعی که بدون هدف در فضا رها شده است ، از جنبه های مختلف ، سلامت انسان را تهدید کنند. البته همچنان که علم نانو یک علم نو و جدید است ، عوارض جانبی آن هم چندان مشخص نیست ، اما دانشمندان تا حدی توانسته اند روابطی بین بعضی بیماری های تنفسی با ذرات نانو را به اثبات برسانند.

فناوری های نانو، در زمینه های گوناگونی همچون توسعه داروها، تصفیه آبها و زدودن انواع آلودگی های آب ، فناوری های ارتباطی و اطلاعاتی ، تولید مواد مستحکم تر و سبک تر دارای مزایای بالقوه هستند. امروزه بسیاری از شرکت های تجاری ، بر مبنای همین فناوری ها، نانوذرات را به شکل پودر، اسپری و پوشش تولید می کنند که کاربردهای زیادی در قسمت های مختلف اتومبیل ، راکت های تنیس ، عینک های آفتابی ضد خش ، پارچه های ضد لک ، پنجره های تمیز کن خودکار و صفحات خورشیدی دارد و تعداد این شرکت ها با سرعتی باور نکردنی رو به افزایش است.

نانو چه اندازه ای است؟

محدوده اندازه ذراتی که این چنین علاقه مندان را در صنعت به سوی خود جلب کرده است ، معمولا کمتر از 100 نانومتر است. برای این که تصوری از مقیاس داشته باشیم ، بد نیست به اندازه موی سر انسان که چیزی حدود 10هزار تا 50 هزار نانومتر است توجه کنیم. یک سلول قرمز خون ، قطری حدود 5 هزار نانومتر دارد و ابعاد یک ویروس بین 10 تا 100 نانومتر است. با کاهش اندازه ذرات ، نسبت تعداد اتم های سطحی به اتم های داخلی بیشتر می شود. بر فرض درصد اتم های سطحی یک ذره با اندازه 30 نانومتر 5 درصد است ، در حالی که این نسبت برای یک ذره با اندازه 3نانومتر 50 است.
این طوری است که نانوذرات در مقایسه با ذرات بزرگتر نسبت سطح به وزن بسیار بیشتری دارند و با کاهش اندازه ذرات به یک دهم نانومتر یا کمتر، اثرات کوانتومی دیده می شوند و این اثرات هم می توانند به مقدار زیادی ویژگی های نوری ، مغناطیسی و الکتریکی مواد را تحت الشعاع قرار دهند. با این ویژگی های جدید است که ساختار مواد در مقیاس نانو به ما امکان طراحی و ساخت مواد جدید با ویژگی های کاملا نویی را می دهد. با کم کردن اندازه و ثابت نگه داشتن نوع ماده ، ویژگی های اساسی از قبیل هدایت الکتریکی ، رنگ ، استحکام و نقطه ذوب ماده تغییر می کند.

نانو و تهدید محیط زیست

در حین فرآیندهای احتراق ، برای تولید انرژی یا در اتومبیل ها، فرآیندهای خوردگی مکانیکی یا فرآیندهای صنعتی معمول ، نانوذراتی به صورت ناخواسته تولید می شوند که تا حد زیادی محیط زیست و زندگی انسان را تحت تاثیر قرار می دهند.
به نظر می رسد با گسترش استفاده از این فناوری ها، اثرات افزایش بیش از حد تولید و استفاده از نانو مواد بر سلامت کارکنان و مصرف کننده ها، سلامت عمومی و محیط زیست ، بیشتر مورد توجه قرار گرفته است.
از آنجا که فرآیند رشد و واکنش های شیمیایی کاتالیستی که در سطح اتفاق می افتند، یک مقدار مشخصی از ماده در مقیاس نانومتری ، بسیار فعال تر از همان مقدار ماده با ابعاد بزرگتر است ، این ویژگی ها ممکن است روی سلامت و محیط زیست اثرات منفی داشته و منجر به افزایش سمیت نانوذرات شوند.

ورود از راه تنفس

خطرات احتمالی نانوذراتی که در هوا پخش شده اند، یعنی آئروسل ها اهمیت بالایی دارند. این مساله به دلیل تحرک بالای آن و امکان جذب از طریق ریه که راحت ترین مسیر ورود به بدن است ، اهمیت پیدا می کند. اندازه ذرات نانو که به نسبت سایر موادی که به ریه وارد می شوند کوچک تر است ، این امکان را فراهم می کند که نشت این ذرات تا میزان بالایی روی دستگاه تنفسی ، راحت تر صورت گیرد.دستگاه تنفسی سه قسمت شامل مسیرهای هوایی بالایی ، ناحیه نایژه ها و ماکروفاژها دارد که امکان آلودگی آنها با مواد نانو را بررسی می کنیم.

وقتی ریه ها ملتهب می شوند

مسیرهای هوایی بالایی و نایژه ها به وسیله لایه موکوس حفاظت می شوند. ذرات بزرگتر از طریق نشستن روی دیواره مسیر هوایی ، از هوای ورودی به ریه ها جدا می شوند. حرکات مژه ای این قسمت ، خلط را به سمت گلو بالا برده و از آنجا یا در اثر سرفه خارج و یا با عمل بلع ، بلعیده می شوند. ذرات کوچکتر (کوچکتر از 2.5 میکرومتر) و نانوذرات ، ممکن است وارد کیسه های هوایی شوند که ناحیه مبادله گاز در ریه هستند و کوچک ترین اجزای ریه محسوب می شوند که در ارتباط با مویرگ ها قرار دارند.
به منظور دفع دی اکسیدکربن از مویرگ ها به کیسه های هوایی و جذب اکسیژن ، تمام غشاها و سلول ها در این قسمت ها نازک و آسیب پذیر هستند و هیچ گونه لایه حفاظتی ندارند. تنها مکانیسم حفاظتی در این قسمت ، ماکروفاژها هستند. این ماکروفاژها سلول های بزرگی هستند که اشیائ خارجی را بلعیده و از طریق جابه جا کردن آنها مثلا به سوی گره های لنفاوی آنها را از کیسه های هوایی خارج می کنند. نانو ذرات تا حد زیادی از این سیستم حفاظتی رها شده و می توانند وارد بافت های تنفسی شوند.
ذرات و الیاف باقی مانده می توانند با بافت های مخاطی ریوی بر هم کنش کرده و بافت های ریوی را دچار التهاب های شدید، زخم و حتی مرگ کنند. این وضعیت ریه ها در چند بیماری دیگر هم دیده می شود، از جمله در بیماری باکتریایی ذات الریه یا بیماری های صنعتی مهلکی همچون سیلیکوسیس یا آزبستوسیس مشاهده می شوند.

چه افرادی بیمار می شوند؟

از قدیم ، این دو بیماری بر اثر تنفس ذراتی مثل نانوذرات ایجاد می شده است که اثرات بسیار مهلکی بر سلامت دستگاه تنفسی دارند. سیلیکوسیس وقتی ایجاد می شود که گرد و غبار حاوی سیلیس برای مدت طولانی به درون ریه تنفس شود. سیلیس بلوری برای سطح بیرونی ریه سمی است. وقتی سیلیس بلوری در تماس با ریه قرار می گیرد، اثرات التهابی شدید به وجود می آیند، در تمام مدت این التهاب باعث می شود که بافت ریه به نحو برگشت ناپذیری آسیب دیده و ضخیم شود که این پدیده با عنوان فیبروسیس معروف است. سیلیس بلوری ، معمولا در ماسه سنگ گرانیت ، سنگ لوح ، زغال سنگ و ماسه سیلیسی خالص وجود دارد. به همین دلیل افرادی مثل کارگرانی که با ماسه کار می کنند و کارگران کارخانه های ذوب فلزات ، سفالگران و... در معرض این خطر قرار دارند. سیلیس بلوری از سوی سازمان بهداشت جهانی به عنوان یک ماده سرطان زا معرفی شده است.
الیاف پنبه نسوز هم ، طولی حدود چند میکرومتر دارند، که هرچند جز نانو مواد نیستند، جزو موادی که آلوده کننده دستگاه تنفسی و بیماری زا هستند، طبقه بندی می شوند. پنبه نسوز یک فیبر معدنی طبیعی است که در بیش از 3 هزار ماده ساختمانی و محصول تولیدی به کار می رود. این نوع الیاف تمایل دارند به الیاف بسیار ریزتر خرد شوند. به دلیل کوچک بودن ، این الیاف ممکن است بعد از پخش شدن در هوا برای مدت چند ساعت یا چند روز معلق باقی بمانند، الیاف پنبه نسوز در طبیعت پایدارند و هرگز تجزیه نمی شوند و حتی در مقابل مواد شیمیایی هم پایدارند و تبخیر نمی شوند. در آب هم غیرقابل حل هستند. این مواد باعث ایجاد سرطان ریه و مزوتلیوما که نوعی تومور خطرناک غشایی است و ریه را می پوشاند می شوند. آلودگی ذره ای هوا در مشاغل دیگری همچون تولید و فرآوری کربن سیاه و الیاف مصنوعی هم موجب ایجاد نگرانی در این زمینه می شود.

ذراتی که در شهرها معلق اند

با وجود این که میزان خالص آلودگی ذره ای هوای شهری ، با کم شدن نشر ذرات از صنایع و مراکز تولید انرژی کاهش یافته است ، غلظت ذرات فوق ریز ناشی از ترافیک ، افزایش پیدا کرده است. اگر دقت کرده باشید وقتی از شیبی با اتومبیل تان به سمت پایین حرکت می کنید، لنت های ترمز اتومبیل شما و سایرین ، بویی در هوا متصاعد می کند، که اغلب مردم از سمی بودن آن مطلع هستند، اما به طور معمول در ترافیک های سنگین شهری هم مقادیر بالایی از این مواد وارد هوا می شود که معمولا همه ما نسبت به آن بی توجهیم.
با توسعه روش های اندازه گیری ، آثار روشن تری از ذرات با اندازه کوچک تر مشاهده شده است. با این حال بسیاری از مطالعات کماکان ادامه دارند و خیلی کم به نتیجه رسیده اند. دانشمندان بر این عقیده اند که اثرات زیان آور آلودگی ذره ای هوا، به طور عمده به غلظت ذرات کوچک تر از 100 نانومتر ارتباط دارد و به غلظت جرمی ذرات بزرگتر چندان بستگی ندارد. به همین دلیل به نظر می رسد ترکیب اطلاعات به دست آمده از اپیدمی شناسی در محیطهای مختلف با داده های حاصل از مطالعات سم شناسی انجام گرفته بر روی حیوانات چندان هم دور از واقعیت نیست.

ذره ها بیماری زا هستند

بتازگی مطالعات اپیدمی شناسی ثابت کرده اند ارتباط مستقیمی بین افزایش مقطعی مواد ذره ای و افزایش بیماری و مرگ و میر ناشی از نارسایی های قلبی و عروقی وجود دارد. بیماران مسن تری که سابقه بیماری های قلبی یا تنفسی دارند و همین طور بیماران دیابتی ، در معرض خطر بیشتری قرار دارند. همچنین ثابت شده است که نشست ذرات در اندازه های نانو در کیسه های هوایی شش ها منجر به فعال شدن تولید سیتوکینینی به وسیله ماکروفاژها و سلول های کیسه های هوایی شده و التهاب سلول ها را به دنبال دارد.
نمونه های تصادفی از میان بزرگسالان سالم در معرض آلودگی ذره ای هوا، نشان داد که در پلاسمای خون این افراد میزان ویسکوزیته افزایش پیدا کرده است. اما با این وجود، هنوز هم به طور کامل مشخص نیست که این مسائل را می توان به نانوذرات تعمیم داد یا خیر و جنبه های دیگر آلودگی زای این ذرات تا چه طیفی گسترده اند. بررسی و مطالعات بیشتر در این زمینه بسیار ضروری به نظر می رسد.

 شناسایی C60 و فولرین‌های بزرگتر تلاش برای دستیابی و شناسایی ساختارهای قفسه‌ای مشابه از عناصر دیگر را افزایش داده است. محققان دانشگاه Nebraska Lincoln (UNL) و دانشگاه واشینگتن (WSU) ادعا می‌کنند مدارک تئوری و تجربی دال بر وجود ساختارهای پایداری از طلا در اختیار دارند.
این کشف هنگام بررسی چگونگی تبدیل ساختار Au13 مسطح به Au20 چهاروجهی صورت گرفت. X.C. Zeng. از UNL می‌گوید: ما فقط می‌خواستیم بدانیم چه زمانی این ساختار مسطح شروع به تغییر شکل به ساختار توده‌ای می‌کند.
اطلاعات تجربی این پروژه در آزمایشگاه ملی Pacific Northwest به دست آمد. محققان wsu از یک منبع تبخیر لیزری برای تولید خوشه‌های طلا با 15 الی 19 اتم طلا استفاده کردند. آنها طیف فوتوالکترون (PES) این خوشه‌ها را در 226nm (4/661ev) و 193nm 6/424ev)( اندازه گرفتند.
این محققان با ترکیب محاسبات شیمی کوانتوم با یک روش جستجوی کامپیوتری قدرتمند، پایدارترین حالت‌های خوشه‌های آنیونی ‌Au را در محدوده 15 تا 19 اتم شناسایی کردند. داده‌های تئوری PES برای پایدارترین ساختارها شامل  یک ساختار برای حالت5;n=19ساختار برای حالت n=16 و n=15 و 6 ساختار برای حالت n=17 و n=18می‌باشد.
این مطالعه تئوری نشان می‌دهد که تقریب اً یکی از کم انرژی‌ترین خوشه‌ها با 16، 17 یا 18 اتم Au باید ساختار قفس توخالی داشته باشد. این ساختارها مطابقت خوبی با داده‌های تجربی PES داشتند. فضای خالی درون قفس Au حدود 6 آنگستروم تخمین زده می‌شود که برای پذیرفتن یک اتم خارجی کافی است.
این امر می‌تواند باعث پایداری این ساختارها شود که ممکن است در اثر تماس با سطح یک ماده دیگر تغییر شکل پیدا کنند. تمام اطلاعات تئوری و تجربی که تاکنون به دست آمد بر این فرض استوارند که هیچ کدام از خوشه‌ها به یکدیگر متصل نبوده و همگی در خلأ قرار دارند.
در برگرفتن یک اتم خارجی توسط قفس طلا می‌تواند در تولید کاتالیست‌های سوختی در آینده مورد استفاده قرار گیرد. قفس‌های خالی خوشه‌های طلا نیز می‌توانند به عنوان یک سیستم جدید رهاسازی و حمل عوامل دارویی در خون بکار روند.