مقدمه

ریچارد فاینمن طی یک سخنرانی در همایش جامعه فیزیک آمریکا در 1959 در مؤسسه تکنولوژی کالیفرنیا که بعد در آنجا استاد فیزیک شد، ایده‌هایی بنیادی در زمینه کوچک‌سازی نوشتجات ، مدارها و ماشینها ایراد کرد: "آنچه من می‌خواهم به شما بگویم، مسئله دستکاری و کنترل اشیاء در مقیاس کوچک است. تردیدی وجود ندارد که در نوک یک سوزن آنقدر جا هست که بتوان تمام دایرة ‌‌المعارف بریتانیکا را جا داد." فاینمن برای به تفکر واداشتن محققین و تأکید نمودن بر عقیده‌اش مبنی بر امکان فیزیکی چنین معجزه‌ای ، جایزه‌هایی 1000 دلاری برای اولین افرادی که به اهداف مشخص شده‌ای در کوچک‌ سازی کتابها و موتورهای الکتریکی دست یابند تعیین کرد.







فاینمن تآکید کرد: "من در حال خلق ضد جاذبه نیستم که به فرض روزی اگر قوانین (فیزیک) آنچه ما می‌پنداریم، نبودند عملی شود. من صحبت از چیزی می‌کنم اگر قوانین آنچه ما می‌پنداریم باشند، عملی خواهد بود. ما به آن دست پیدا نکرده‌ایم چون خیلی ساده هنوز در صدد انجام آن نبوده‌ایم." جمله معروف ریچارد فاینمن فیزیکدان برجسته در این زمینه که می‌فرماید: فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد، بیانگر این مدعاست. هر کشوری در پی آن است که فرصتها را کشف کند تا بتواند پیشرفت کند.

تاریخ کشورهایی که امروزه ما آنها را کشورهای پیشرفته و ثروتمند می‌دانیم هم حاکی از همین مسئله است، کشورهایی که به انقلاب صنعتی روی خوش نشان دادند، کشورهایی که با فناوری دیجیتال همگام شدند، کشورهایی که از همان ابتدا کامپیوتر و جهان پس از آن را باور کردند و ... . این فرصتها هر چندین سال یک بار اتفاق می‌افتند و هر کشوری که گوش به زنگ باشد می‌تواند از آثار مثبت آنها برخوردار شود. اکنون نانو تکنولوژی هم یک فرصت است، فرصتی که اگر به آن بها داده شود می‌تواند یک جهش علمی و اقتصادی در پی داشته باشد بخصوص برای کشور ما. ما باید علوم و فناوریهای جدید را با آغوش باز بپزیریم و برای آن هزینه کنیم.

اما متأسفانه به نظر نمی‌رسد که در کشور ما توجه خاصی به این مسئله شده باشد، اما حقیقتا درصد بسیار کمی از این حرفها راهی بسوی عملی شدن پیدا می کنند. هر کشوری در پی آن است که فرصتها را کشف کند تا بتواند پیشرفت کند. در نیم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوری عمده بودیم، که باعث پیشرفتهای عظیم اقتصادی در کشورهای سرمایه گذار و ایجاد فاصله شدید بین کشورهای جهان شد.

متأسفانه در کشور ما بدلیل فقدان جرات علمی و عدم تصمیم گیری به موقع ، به این فرصتها پس از گذشت سالیان طلائی آن بها داده می‌شد که البته سودی هم برای ما به ارمغان نمی‌آورد، همچون فنآوری الکترونیک و کامپیوتر در دو سه دهه گذشته که امروزه علیرغم توانایی دانشگاهی و داشتن تجهیزات آن ، هیچگونه حضور تجاری در بازارهای چند صد میلیاردی آن نداریم. فناوری نانو جدیدترین این فرصتهاست، که کشور ما باید برای حضور یا عدم حضور در آن خیلی سریع تصمیم خود را اتخاذ کند.

نانو بیوتکنولوژی

نانو ذرات بخاطر ریز بودن می‌توانند به درون سلولها نفوذ کرده و پرده از رازهای درون آنها برداشته ، بدون آنکه تداخل عمده ای در کار سلول بوجود آید. این فناوری در علوم زیستی و پزشکی بخصوص با فراهم آوردن امکان ایجاد تغییرات در مکانیسمهای بدن انسان ، تصحیح نقصها و درمان بیماریها کاربردهای فراوانی دارد. استفاده از این فناوری در علوم زیستی به تولد و گرایش جدیدی از این فناوری منجر شده است: نانو بیوتکنولوژی.

برخی از کاربردها در زمینه بیوتکنولوژی

نشانگرهای زیستی فلورسنت

• ترابری دارو و ژن (طراحی داروهایی با هدف گیری بسیار مطلوب که از نانو ماشینهای پروتئینی بهره می‌برند و ...)
• تشخیص زیستی پاتو ژنها
• تشخیص پروتئینها
• جستجو در ساختار DNA
• ابداع روشهایی برای استفاده از RNA در فناوری ‌نانو
• حرکت رباتهای زنده با نیروی ماهیچه
• مهندسی بافت
• تخریب تومور از طریق گرما دهی به آن
• بهود تباین (کنتراست)
• روشهای بیولوژیکی ذخیره کردن و بازیابی اطلاعات به منظور حل مسائل محاسباتی و دیگر کاربردها تحت کنترل در آمده‌اند.
• ساخت سلولهای مصنوعی (با ساختارهای محدود خود تکثیر شونده و مولکولهای اطلاعاتی خود تکرار شونده)
• فرآیندهای تشخیص و ردیابی مقادیر بسیار کم ماده
• شناسایی و درمان بیماریها و کشف داروها
• ساخت حسگرها (استفاده از حسگرهای مغناطیسی جهت شناسایی ویروسها)
• ساخت میکرو آرایه‌های DNA با نانومُهر زنی
• نتایج بررسی بالینی فناوری Nano - JETA RT- PCR توسط شرکت Acrongenomics
• طراحی و ساخت کارتهای نانویی برای کاهش درد و افزایش شادابی انسان

و ... .

نانو کامپوزیتهای خاک رس _ پلیمر

نانو کامپوزیتهای خاک رس _ پلیمر بهبود فوق العاده‌ای در بسیاری از خواص فیزیکی و مهندسی پلیمرهایی که در آنها از مقدار کمی پر کننده استفاده می‌شود، ایجاد می‌کند. در این نوع مواد از خاک رسهای نوع اسمکتیت (Smectite - type) از قبیل هکتوریت ، مونت موریلونیت و میکای سنتزی به عنوان پر کننده برای بهبود خواص پلیمرها استفاده می‌شود. خاک رسهای نوع اسمکتیت ساختاری لایه‌ای دارند و با توجه به طبیعت پیوند بین اتمهای این لایه‌ها ، این مواد خواص فوق العاده‌ای را در جهت موازی لایه‌ها نشان می‌دهند. در نانو کامپوزیتهای خاک رس نه تنها دانه‌های خاک رسی را از هم جدا می‌کنند، بلکه لایه‌های هر دانه را نیز از هم جدا می‌کنند.

با انجام این عمل ، خواص مکانیکی فوق العاده هر دانه نیز بطور موثر بکار می‌آید و این در حالی است که در اجزای تقویت شده نیز بطور چشمگیری افزایش پیدا می‌کند، زیرا هر جزء خاک رس خود از صدها تا هزاران لایه تشکیل شده است. خواص مهندسی و فیزیکی بهبود قابل توجهی می یابند، مانند: افزایش ضریب یانگ ، قدرت کشسانی ، مقاومت در برابر تغییر شکل بر اثر گرما ، مقاومت در برابر آتش ، مقاومت باریر (barrier resistance) ، هدایت یونی و شکل‌پذیری. امتیاز دیگرشان این است که تأثیر قابل توجهی بر خواص اپتیکی پلیمر ندارند. ضخامت یک لایه خاک رس منفرد ، بسیار کمتر از طول موج نور مرئی است. از نظر اپتیکی شفاف و تقریبا بی رنگ هستند.

کاربردها

• نایلون 6 به عنوان روکش نوار زمان سنج خودروها ، محافظ روی موتورها و استفاده در قسمتهای مختلف خودروها از جمله: بدنه ، صندلی ، سی ستم سوخت رسانی و ... .
  
  
• بسته بندی نوشیدنیها
• ساخت بطریهای چندلایه
• صنعت لاستیک (کاربرد تجارتی)
• افزایش مقاومت لاستیک در برابر سایش
• افزایش استحکام مکانیکی (افزایش مقاومت در برابر نفوذ پذیری)
• افزایش مقاومت گرمایی
• کاهش قابلیت اشتعال
• بهبود بخشیدن اعوجاج گرمایی
• کاهش وزن
• افزایش مقاومت
  
  محققین دانشگاه لندن در انگلستان و دانشگاه Paris Sud در فرانسه ، شبیه‌ سازیهایی براساس مکانیک کوانتوم برای مطالعه نانو کامپوزیتهای خاک‌رس – 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 معمولا در یکجا جمع نمی‌شوند.

چشم انداز بحث

تغییرات در مقیاس نانومتری برخواص موج ‌گونه الکترونهای درون مواد اثر می‌گذارد. با جابجا کردن اتمها در این مقیاس می‌توان خواص اصلی مواد (به عنوان مثال دمای ذوب ، اثرات مغناطیسی ، ظرفیت بار) را بدون تغییر کلی ترکیب شیمیایی مواد ، دگرگون ساخت. پیش‌بینی رفتار و خواص در محدوده­ای از ابعاد برای نانوتکنولوژیستها حیاتی است. خوشبختانه در طول دو دهه قبل روشهای تحلیلی به حدی از تکامل رسیده‌اند که می‌توانند تمام مقیاسهای طول و زمان را از ابعاد الکترونی تا ابعاد بزرگ پوشش دهند.

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 شبیه­ سازی مولکولی عمل می‌کنند. می‌توان این روشها را برای مطالعه مایعات پیچیده ، مخلوطهای پلیمر و مواد ساخته‌ شده در مقیاس نانو و میکرو بکار برد.