| تبليغات | X |
|
منبع:http://www.govashir.com/physics/archives/001981.html
در نيم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوري عمده بوديم، كه باعث پيشرفت هاي عظيم اقتصادي در كشورهاي سرمايه گذار و ايجاد فاصله شديد بين كشورهاي جهان شد. متأسفانه در كشور ما بدليل فقدان جرات علمي و عدم تصميم گيري بموقع ، به اين فرصتها پس از گذشت ساليان طلائي آن بها داده مي شد كه البته سودي هم براي ما به ارمغان نمي آورد، همچون فنآوري الكترونيك و كامپيوتر در دو سه دهه گذشته كه امروزه عليرغم توانائي دانشگاهي و داشتن تجهيزات آن، هيچگونه حضور تجاري در بازارهاي چند صد ميلياردي آن نداريم. فناوري نانو جديدترين اين فرصتها ست، كه كشور ما بايد براي حضور يا عدم حضور درآن خيلي سريع تصميم خود را اتخاذ كند. علم و فناوري نانو ( نانو علم و نانو تكنولوژي) توانائي بدست گرفتن كنترل ماده در ابعاد نانومتري (ملكولي) و بهره برداري از خواص و پديده هاي اين بعد در مواد، ابزارها و سيستم هاي نوين است. اين تعريف ساده خود دربرگيرنده معاني زيادي است. به عنوان مثال فناوري نانو با طبيعت فرا رشته اي خود، در آينده در برگيرنده همه ي فناوريهاي امروزين خواهد بود و به جاي رقابت با فن آوري هاي موجود، مسير رشد آنها را در دست گرفته و آنها را به صورت « يك حرف از علم» يكپارچه خواهد كرد. ميليونها سال است كه در طبيعت ساختارهاي بسيار پيچيده با ظرافت نانومتري ( ملكولي ) - مثل يك درخت يا يك ميكروب - ساخته مي شود. علم بشري اينك در آستانه چنگ اندازي به اين عرصه است، تا ساختارهائي بي نظير بسازد كه در طبيعت نيز يافت نمي شوند. فناوري نانو كاربردهاي را به منصه ظهور مي رساند كه بشر از انجام آن به كلي عاجز بوده است و پيامدهائي را در جامعه برجا مي گذارد كه بشر تصور آنها را هم نكرده است. به عنوان مثال: o ساخت مواد بسيار سبك و محكم براي مصارف مرسوم يا نو o ورشكستگي صنايع قديمي همچون فولاد با ورود تجاري مواد نو o كاهش يافتن شديد تقاضا براي سوخت هاي فسيلي o همه گير شدن ابر كامپيوترهاي بسيار قوي، كوچك و كم مصرف o سلاحهاي سبك تر، كوچكتر، هوشمند تر، دوربردتر، ارزانتر و نامرئي تر براي رادار o شناسائي فوري كليه خصوصيات ژنتيكي و اخلاقي و استعدادهاي ابتلا به بيماري o ارسال دقيق دارو به آدرس هاي مورد نظر در بدن و افزايش طول عمر o از بين بردن كامل عوامل خطرناك جنگ شيميائي و ميكروبي o از بين بردن كامل ناچيز ترين آلاينده هاي شهري و صنعتي o سطوح و لباسهاي هميشه تميز و هوشمند o توليد انبوه مواد و ابزارهائي كه تا قبل از اين عملي و اقتصادي نبوده اند ، o و بسياري از موارد غير قابل پيش بيني ديگر! دكترDrexler در همايش جهاني نظام علمي در زمينه نانوتكنولوژي اظهار كرده است: "در جهان اطلاعات ، تكنولوژيهاي ديجيتالي كپيبرداري را سريع، ارزان، كامل و عاري از هزينهبري يا پيچيدگي محتوايي نمودهاند. حال اگر همين وضعيت در جهان ماده اتفاق بيافتد چه ميشود. هزينه توليد يك تن تري بيت تراشههاي RAM تقريبا" معادل با هزينه بري ناشي از توليد همان مقدار فولاد ميشود". دكترSmalley رئيس هيئت تحقيقاتي دانشگاه رايس و كاشف Buckyballs ميگويد: " نانوتكنولوژي روند زيانبار ناشي از انقلاب صنعتي را معكوس خواهد كرد". در مقدمه مقاله نانوتكنولوژي كه توسط آقايان Peterson و Pergamit در سال 1993 نگاشته شده چنين آمده است : " تصور كنيد قادريد با نوشيدن دارو كه در آب ميوه مورد علاقهتان حل شده است سرطان را معالجه كنيد . يك ابر كامپيوتر را كه به اندازه يك سلول انسان است در نظر بگيريد. يك سفينه فضايي 4 نفره كه به دور مدار زمين ميگردد با هزينهاي در حدود يك خودروي خانوادگي تجسم كنيد" . موارد فوق، فقط تعداد محدودي از محصولات انتظار رفته از نانوتكنولوژي هستند. انسان در معرض يك انقلاب اجتماعي تسريع شده و قدرتمند است كه ناشي از علم نانوتكنولوژي است. در آينده نزديك گروهي از دانشمندان قادر به ساخت اولين آدم آهني با مقياس نانومتري ميگردند كه قادر به همانندسازي است. طي چند سال با توليد پنج ميليارد تريليون نانوروبات ، تقريبا" تمامي فرايندهاي صنعتي و نيروي كار كنوني از رده خارج خواهند شد. كالاهاي مصرفي به وفور يافتشده ، ارزان، شيك و با دوام خواهند شد. دارو يك جهش سريع و كوانتومي را به جلو تجربه خواهد نمود. سفرهاي فضايي و همانندسازي امن و مقرون به صرفه خواهند شد. به اين دلايل و دلائلي ديگر، سبكهاي زندگي روزمره در جهان بطور زيربنايي متحول خواهد شد و الگوي رفتاري انسانها تحتالشعاع اين روند قرار خواهد گرفت. سه فناوري تسخيركننده از طرفي شايد بتوان گفت تسخيركنندگان علم و فناوري آينده در سه گروه فناوري اطلاعات، نانوفناوري و زيست فناوري خلاصه مي شوند. قرارگيري مقادير و حجم زيادي از اطلاعات در فضائي كوچك از ابعاد هم گرائي نانوفناوري و فناوري اطلاعات مي باشد از طرفي در زيست فناوري و يا به عبارتي براي زيست شناسان قرار گيري حجم زيادي از اطلاعات در يك فضاي بسيار كوچك موضوعي بسيار آشنا مي باشد. در كوچكترين سلول انساني همه اطلاعات مربوط به يك موجود زنده از قبيل رنگ مو، رشد استخوان و عصب ها وجود دارد. حتي در قسمت بسيار كوچكي از سلول به نام DNA كه شامل حدوداً پنجاه اتم مي باشد همه اين اطلاعات ذخيره مي گردد ( نه تنها سطح يا به عبارتي تعداد اتم ها بلكه نحوه قرار گرفتن اين زنجيره ها در ذخيره سازي اطلاعات زيستي اهميت دارد). شايد يكي از علل هم گرائي اين فناوري و فناوري اطلاعات وجود همين مسائل مشترك اين سه فناوري است. ابزارهاي جديد براي كارهاي ظريف اگر شما از دانشمندان علوم سطح بپرسيد كه چه پيشرفتهاي عمده دستگاهي باعث شدهاند تا نانوتكنولوژي در خطوط مقدم تحقيقات علوم فيزيكي قرار گيرد، تقريبا" همه آنها به داستان ميكروسكوپ پروب اسكنكننده SPM (Scanning probe microscope SPM: در SPM يك پروب نانوسكوپي در ارتفاع ثابتي بر بالاي بستري از اتمها حفظ ميشود. اين فاصله ميتواند آنقدر كم باشد كه الكترونهاي اتمهاي تيرك و سطح با هم تعامل داشته باشند. اين تعاملات ميتواند آنقدر قوي باشد، كه اتمها از جا كنده شده و به جاي ديگري بروند.) اشاره ميكنند. عليرغم تازه واردگي به عرصه تحليل دستگاهي، استفاده از ميكروسكوپي تونلزني اسكنكننده STM (Scanning tunneling microscope STM : وسيلهاي براي تهيه تصوير از اتمهاي روي سطوح مواد، كه نقش مهمي در درك توپوگرافي و خواص الكتريكي مواد و رفتار قطعات ميكروالكترونيكي دارند. STM بر خلاف يك ميكروسكوپ نوري، براي تهيه تصوير نيروهاي الكتريكي را با يك پروب نازكشده به حد تيزي يك اتم آشكار ميكند. پروب سطح را جاروب كرده، بينظميهاي الكتريكي حاصل از پوستههاي الكتروني يا ابرالكتروني پيرامون اتمها را به كمك يك كامپيوتر به تصوير مبدل ميكند. به دليل يك اثر مكانيك كوانتومي موسوم به «تونلزني»، الكترونها ميتوانند به سادگي از تيرك به سطح و بالعكس بجهند. درجه وضوح تصاوير در حدود nm1 يا كمتر است. از STM ميتوان براي جابجايي تك به تك اتمها و تهيه نقشههاي پروضوح از سطوح مادي استفاده كرد.) ، ميكروسكوپي نيروي اتمي (AFM) و ديگر تكنيكهاي مشتقشده از اين دو مورد اصلي در بسياري از آزمايشگاهها ، به دليل حجم زياد اطلاعاتي كه از مقياس نانومتر به دست مي دهند، متداول و حتي گريزناپذير شده است. ريچارد فينمن طي يك سخنراني در همايش جامعه فيزيك آمريكا در 1959 در مؤسسه تكنولوژي كاليفرنيا كه بعد در آنجا استاد فيزيك شد ايدههايي بنيادي در زمينه كوچكسازي نوشتجات، مدارها و ماشينها ايراد كرد : " آنچه من ميخواهم به شما بگويم، مسئله دستكاري و كنترل اشياء در مقياس كوچك است. ترديدي وجود ندارد كه در نوك يك سوزن آنقدر جا هست كه بتوان تمام دايرهالمعارف بريتانيكا را جا داد." فينمن براي به تفكر واداشتن محققين و تاكيد نمودن بر عقيدهاش مبني بر امكان فيزيكي چنين معجزهاي ، جايزههايي 1000 دلاري براي اولين افرادي كه به اهداف مشخص شده اي در كوچكسازي كتابها و موتورهاي الكتريكي دست يابند تعيين كرد. فينمن تاكيد كرد : " من در حال خلق ضد جاذبه نيستم كه به فرض روزي اگر قوانين (فيزيك) آنچه ما ميپنداريم، نبودند عملي شود. من صحبت از چيزي ميكنم اگر قوانين آنچه ما ميپنداريم باشند، عملي خواهد بود. ما به آن دست پيدا نكردهايم چون خيلي ساده هنوز درصدد انجام آن نبودهايم." وضعيت جهاني از فناوري نانو به عنوان "رنسانس فناوري" و" روان كننده جريان سرمايه گذاري " ياد مي شود.ورود محصولات متكي بر اين فناوري جهشي بس عظيم در رفاه و كيفيت زندگي و توانائي هاي دفاعي و زيست محيطي به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابجائي هاي بزرگ اقتصادي خواهد شد . هم اكنون بخش هاي دولتي و خصوصي كشورهاي مختلف جهان شامل ژاپن ، آمريكا، اتحاديه اروپا، چين، هند، تايوان، كره جنوبي، استراليا، اسرائيل و روسيه در رقابتي تنگاتنگ بر سر كسب پيشتازي جهاني در لااقل يك حوزه از اين فناوري به سر ميبرند . هم اكنون روي هم رفته حدود 30 كشور دنيا در زمينه فناوري نانو داراي "برنامه ملي" يا درحال تدوين آن هستند، وطي پنچ سال گذشته بودجه تحقيق و توسعه در امر فناوري نانو را به 5/3 برابر افزايش داده اند. كشورهاي ژاپن و آمريكا نيز فناوري نانو را اولين اولويت كشور خود در زمينه فناوري اعلام كرده اند . و امّا بطور كلي و خلاصه اينكه: o نانوتكنولوژي چست؟ o نانوتكنولوژي مطالعه ذرات در مقياس اتمي براي كنترل آنهاست. هدف اصلي اكثر تحقيقات نانوتكنولوژي شكلدهي تركيبات جديد يا ايجاد تغييراتي در مواد موجود است. نانوتكنولوژي در الكترونيك، زيستشناسي، ژنتيك، هوانوردي و حتي در مطالعات انرژي بكار برده ميشود. o چرا " Nano"؟ o nano كلمهاي يوناني به معني كوچك است و براي تعيين مقدار يك ميليارديم يا 9- 10 يك كميت استفاده ميشود. چون يك اتم تقريباً" 10 نانومتر است، اين اصلاح براي مطالعه عمومي روي ذرات اتمي و مولكولي بكاربرده ميشود. o تفاوت بين نانوعلم و نانوتكنولوژي چيست؟ o نانو علم صرفا" تحقيق است ولي نانوتكنولوژي كاربرد تحقيقات براي حل مسائل و ساخت مواد جديد است. o نانوتكنولوژي از كجا آمده است؟ o براي اولين بار ريچارد فينمن برنده جايزه نوبل فيزيك پتانسيل نانوعلم را در يك سخنراني تكاندهنده با نام " درپايين اتاقهاي زيادي وجود دارد"، مطرح كرد . فينمن اصرار داشت، كه دانشمندان ساخت وسائلي را،كه براي كار در مقياس اتمي لازم است، شروع كنند. اين موضوع مسكوت ماند، تا اينكه اريك دركسلر (دانشجوي تحصيلات تكميليMIT) نداي فينمن را شنيد و يك قالبكاري براي مطالعه "وسايلي كه توانايي حركت دادن اشياء مولكولي و مكان آنها را با دقت اتمي دارند" ايجاد كرد، كه در سپتامبر 1981 در مقالهاي با نام " پروتئين راهي براي توليدانبوه مولكولي ايجاد ميكند" آن را ارائه داد. دركسلر آن را با كتابي بنام " موتورهاي خلقت" دنبال كرد و توسعه مفهوم نانوتكنولوژي را همانند يك كوشش علمي ادامه داد. اولين نشانه هاي ثبتشده از اين مفهوم نانوتكنولوژي تغيير مكان دادن اشيا مولكولي، در سال 1989 بود، موقعي كه دانشمندي در مركز تحقيقات آلمادنIBM اتمهاي منفردگزنون را روي صفحه نيكل حركت داد، تا نام IBM را روي سطح نيكل نقش كند. o آيا نانوتكنولوژي خياليتر از علم است؟ o از موقعي كه اولين مقاله در دهه گذشته منتشر شد، از نانوتكنولوژي همانند چوبدست سحرآميزي براي ساخت كودكان طراح تا ماشينهاي توليد اكسيژن براي استعمار كره مريخ، تصور ميشد. هيجانات از واقعيات جلوتر بود، اما پيشرفت واقعي با مسائلي پيشپا افتاده شروع شد.چند سال پيش محققين در دانشگاههاي كاليفرنيا، رايس وMIT موفق به ساخت نانوذراتي شدند، كه به دانشمندان كمك ميكردند. تعدادي از اساتيد اين دانشگاهها شركتهايي تأسيس كردند، كه وسايل موردنياز براي تحقيقات مقياس نانو را ميساختند. اكنون آنها به شدت دنبال حفاظت كارهايشان از طريق ثبت اختراع هستند، تا زمينه توليد فرايندهايشان را فراهم كنند. كاربردهاي علمي نانوعلم هنوز كم است. اما مقداري از توليدات اوليه اكنون وارد بازار ميشوند. o كارهاي علمي انجامشده بوسيله نانوتكنولوژي چيست؟ o بيشترين كار علمي روي ايجاد تغييراتي در مواد شيميايي يا نقشهبرداري از تركيبات زيستي، مانند DNA و سلولهاي سرطاني است. بعضي ازاولين محصولات تجاري، بهبود توليدات شيميايي كنوني يا روشهاي پزشكي است.
+ نوشته شده در جمعه شانزدهم شهریور 1386ساعت 14:42 توسط حسین
|
منبع:رشدیک نانومتر چقدر است؟یک نانومتر یک میلیاردم متر (10-9 m) 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
برخی کاربردها
مدلسازی مولکولی و نانوتکنولوژیدر 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 رسمحققین 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. محدودیتهای این روشها چیست؟ در حالیکه امروزه ابزار مدلسازی در سطح کوانتومی و مقیاس میانی به خوبی توسعه یافتهاند، همچنان محدودیتهایی در این عرصه وجود دارد. برای مثال کاربردهایی در زمینه وسایل الکترونیک مستلزم انجام محاسبات مکانیک کوانتوم برای تعداد اتمهایی بیش از روشهای حاضر میباشد که بیش از توان عملیاتی منابع محاسبهگر فعلی است. همچنین مدلسازی کل وسایل امکانپذیر نیست، بویژه عملکردها و خواص آنها.
+ نوشته شده در جمعه شانزدهم شهریور 1386ساعت 14:40 توسط حسین
|
«نانوتكنولوژي» چگونه مي تواند در رفع آلودگي ها بهتر از روشهاي رايج كنوني عمل كند ؟
«نانوتكنولوژي» چگونه مي تواند در رفع آلودگي ها بهتر از روشهاي رايج كنوني عمل كند ؟
در حال حاضر، روش هاي تصفيه چه در فاز گاز (هوا) ، چه در فاز مايع (آّب) و چه در فاز جامد (خاك) شامل سه دسته اصلي مي شود كه مي توانند به صورت منفرد و يا تركيبي مورد استفاده قرار گيرند: 1- روش هاي شيميايي 2- روش هاي فيزيكي 3- روش هاي بيولوژيكي بدون دخالت «نانوتكنولوژي» در اين عرصه هر يك از اين روشها داراي محدوديت هايي است كه سبب مي شود در رفع آلودگي ها نتوان به طور كامل به آنها اعتماد كرد. روشهاي شيميايي در برخي موارد مي توانند بسيار پر هزينه باشند و يا مواد جانبي خطرناك توليد كنند و اگر با آلاينده خطرناكي روبرو باشيم كه غلظت مجاز آن در حد ppm يا ppb باشد در اين صورت وضعيت از اين هم وخيم تر مي شود زيرا علاوه بر هزينه بسيار، كندي سرعت واكنش، لزوم ساخت راكتور هاي داراي ويژگي هاي خاص و امكان باقي ماندن ماده شيميايي مورد استفاده در فرايند كه خود مي تواند خطرناك باشد نيز مزيد بر علت مي شود. هر جه اندازه ذرات آلاينده كوچك تر مي شود هزينه لازم براي حذف فيزيكي آن نيز بيشتر مي شود. روش هاي فيزيكي اغلب قادر نيستند تا آلاينده هايي با اندازه هاي بسيار ريز را از محيط خارج كنند. روشهاي بيولوژيكي اگرچه روش هايي بسيار ارزان هستند و به همين علت با اقبال بسياري روبرو شده اند اما اين روش ها قادر نيستند هر نوع آلاينده اي را حذف كنند و يا با سرعت مطلوب و راندمان مورد نظر اين كار را انجام دهند، علاوه بر اينها، بازدهي اين فرايندها به شدت وابسته به شرايط محيطي و آب و هوايي است و كنترل شرايط براي آنها گاهي بسيار مشكل مي باشد. «نانوتكنولوژي» داراي پتانسيل هاي خوبي براي جبران اين قبيل كاستي هاست، اين فن آوري يا به طور مستقيم وارد عرصة حذف آلاينده ها يا كمك به شناسايي و اندازه گيري آنها مي شود و يا به طور غير مستقيم با ايجاد يك تغيير مسير در فرايند آلاينده، يا تغيير ماهيت آن سبب حذف و يا دست كم كاهش حجم آلاينده هاي حاصل از آن مي شود. در زير به بخشي از اين موارد اشاره مي كنيم: نانو حسگرها : نانو حسگرها ابزار بسيار ريزي هستند كه قادر به شناسايي و پاسخ به محرك هاي فيزيكي در مقياس نانو از قبيل محركهاي بيولوژيكي، شيميايي، جابجايي هاي بسيار جزيي، نيرو، صوت، جرم، حرارت و الكترو مغناطيس مي باشند. اين حسگرها مي توانند از نوع سيليكون هاي متخلخل بوده و براي شناسايي واكنشهاي شيميايي و بيولوژيكي با استفاده از روشهاي طيف سنجي يا نوري به كار روند، مي توانند از نوع نانوپروب بوده و به عنوان گيرنده نوري-بيولوژيكي، نوري-شيميايي و يا حسگر هاي تصويري فضايي به كار روند و هم مي توانند از نوع حسگر هاي الكتريكي-مكانيكي بوده و براي اندازه گيري تغييرات جرم مواد جذب شده روي ساختار هاي رزونانسي استفاده شوند. با توجه به اين موارد دو نمونه از نانوحسگرهاي ساخته شده با خواص جالب معرفي مي شوند : غبارهاي هوشمند (smart dust) : غبار هوشمند در واقع سنسور بسيار پيشرفته اي است كه در سال 1999 در آمريكا ساخته شده است. اين سنسور ها را مي توان نانوكامپيوتر هاي بسيار كوچك و سبكي دانست كه قادرند ساعت ها در هوا معلق مانده و داده هاي حاصل از پردازش خود روي دما، فشار، رطوبت، ميزان مواد شيميايي موجود، نور و صداي محيط اطراف خود را تا فاصله 20 كلومتري مخابره كنند و امكان پايش مستمر وضعيت آلودگي هوا را در يك منطقه خاص فراهم آورند. اين سنسورها در صورت نزديك شدن به هم قادرند يك شبكه موقت محلي ايجاد كرده و با هم تبادل اطلاعات نمايند و امكان تحليل دقيقتر وضعيت آلودگي هوا را فراهم كنند. اندازه اين سنسور ها در حد ميلي متر مكعب است و در حجم زياد با هزينه معقولي قابل ساخت است. انرژي آنها از نور خورشيد تامين مي شود و لذا تنها در روزهاي آفتابي قابل استفاده هستند، اما كار روي آنها براي تعبية باطري با ظرفيت و حجم مناسب كه بتواند آن را در تاريكي يا هواي ابري نيز قابل استفاده نمايد همچنان ادامه دارد. نانوحسگرهاي گاز : در صنعت هميشه خطر نشت گاز هاي سمي وجود داشته است، متاسفانه حسگرهاي گازي رايج بسيار دير موفق به شناسايي اين گازها با غلظت پايين مي شوند و اين خود لزوم استفاده از حسگر هاي سريع تر و دقيق تر را ايجاب مي كرد. در سال 2000 ميلادي نخستين نانوحسگر هاي گازي براي شناسايي ديوكسين با غلظت ppb ساخته شدند. اين حسگر گازي شامل يك نانوتيوب چند ديواره مي شود كه قادر است تا 10 به توان 34 برابر بيشتر از جاذب هايي مثل كربن فعال، ديوكسين را به خود جذب كند و آنرا شناسايي نمايد. يك سال بعد، نانوحسگرهاي گازي از همين نوع براي شناسايي دي اكسيد گوگرد، اكسيد نيتروژن و دي اكسيد كربن نيز ساخته شدند. به طور همزمان در آمريكا هم يك نوع نانوحسگر گازي كه در آن از نانوتيوب تك لايه استفاده مي شد، ساخته شد كه قادر به تشخيص آني آمونياك و دي اكسيد كربن در غلظت 20 ppm بود. نانوفيلتر ها : نانو فيلتر هاي ساخته شده از نوع فيلتر هاي تحت فشار بوده و بهتر از اولترا فيلتر ها عمل مي كنند اما از بعضي جهات مانند حذف نمك طعام از آب شور ضعيف تر از اسمز معكوس عمل مي نمايند. اين فيلتر ها با روزنه هاي بين 1 تا 10 نانومتري خود قادرند در فشار بين 5 تا 15 بار، با صرف انرژي كمتري نسبت به اسمز معكوس آب هاي زير زميني و آبهاي سطحي با مواد جامد زياد را تصفيه كنند و نمك موجود در آب شور دريا را تا 90 درصد كاهش دهند، علاوه بر اينها، قادر است انواع باكتري ها، ويروس ها، آفتكش ها، آلاينده هاي آلي و املاح كلسيم و منيزيم را به شكل موثري حذف نمايد. نانوپوشش ها : پوشش هاي داراي ساختار نانو، خواص بهتري نسبت به پوشش هاي رايج دارند، چسبندگي بسيار خوب و ايجاد خواص سطحي بسيار ويژه از اين جمله اند. نانو پوشش ها را روي سطوحي مانند فلزات، شيشه، سراميك و پلاستيك با ضخامتهاي چند ميكروني نشانده اند و به آنها خواصي نظير مقاومت در برابر خوردگي مكانيكي (سايش) و شيميايي(زنگ زدگي) ،مقاومت حرارتي، درخشندگي و خود تميز شوندگي داده اند. تمامي اين عوامل سبب كاهش در ميزان مصرف مواد اوليه لازم جهت جايگزيني،كاهش مصرف انرژي لازم جهت توليد مواد اوليه بيشتر و نيز كاهش نياز به مصرف مواد پاك كننده كه در برخي موارد، خود آلاينده محيط زيست به حساب مي آيند مي گردد. نانوپودر هاي فلزي : هر فلزي كه مفتول شكننده اي داشته باشد مي تواند به شكل نانوپودر توليد شود. اين نانوپودرهاي فلزي از لحاظ شيميايي بسيار فعالند و خواص كاتاليزوري ويژه اي نيز مي توانند از خود نشان دهند. مي توان آنها را در دماي پايين تري ذوب كرد و آلياژ نمود كه همگي اينها سبب مي شود در فرايندهايي كه از اين مواد استفاده مي شود نياز به مصرف انرژي و در نتيجه آلودگي ناشي از آن كاهش يابد. نانوپودر هاي فلزي از مسير ديگري نيز مي توانند سبب كاهش آلودگي شوند، به عنوان مثال، يك نوع نانوپودر حاوي آلومينيم مي تواند با اضافه شدن به سوخت جامد موشك، شدت سوختن آن را تا دو برابر افزايش داده و با افزوده شدن به نفت سفيد، سرعت احتراق و كيفيت و ارزش سوختي آن را بالا ببرد و به اين ترتيب سبب مي شود تا سوخت كمتري مصرف شده و آلودگي كمتري توليد شود. نانوكاتاليست هاي زيست محيطي : شايد بتوان گفت كه اولين كاربرد اين كاتاليستها كه به مرحله اجرا در مقياس انبوه رسيده است، استفاده از آن در تصفية گازهاي خروجي از اگزوز اتومبيل ها باشد. در ابتدا اين عمل تنها توسط كاتاليستهاي بر پايه پلاتين انجام مي شد. اين نوع كاتاليست كارايي خوبي را نشان مي داد اما از اين جهت كه بسيار گران قيمت بود، لازم بود تا جايگزين ارزان و مناسبي براي آن در نظر گرفته شود. از اين رو كاتاليستهاي نانوساختار ارزان قيمتي توليد شد كه داراي كارايي مناسبي بودند و به همين علت به سرعت جاي خود را پيدا كردند. اين نوع كاتاليزورها كه به نامهاي TMC و TMOC شناخته مي شوند قادرند تا اكسيد هاي نيتروژن و گوگرد حاصل از احتراق را به مواد سالم تبديل نمايند . كاربرد ديگر نانوكاتاليست ها در تصفيه آب، هوا و حذف فلزات سنگين است. اين كاتاليست ها اغلب حاوي نانوپودرهاي دي اكسيد تيتانيوم هستند كه در مجاورت نور فرابنفش قادر است طي واكنش هاي زنجيره اي راديكالي، آلاينده هاي مورد نظر را اكسيد و تجزيه كند و به اين ترتيب خطر آلايندگي آنها را كاهش داده يا از بين ببرد. مهندس محمد فرامرزپور «استفاده از منابع این سایت با درج منبع بلامانع است.» کاربردهای تک لايههاي خود سامان يافته
«کاربردهای تک لايههاي خود سامان يافته» در طول سالهاي اخير، تحقيقات در زمينه ساخت بيوسنسورهاي جديد همگام با توسعه بيوسنسورهاي موجود به سرعت رشد کرده است. نيروي محرکه عمده براي اين دسته از فعاليتهاي تحقيقي رشد تقاضا براي بيوسنسورهاي کوچک، به ويژه براي کاربردهاي تشخيصي ميباشد. در هر حال ساخت چنين دستگاههايي به شرايط ويژهاي از قبيل اندازه قطعات، پاسخ انتخابي آناليت، زمان پاسخ سريع و سازگاري با مدارهاي الکتريکي نياز دارد. با وجود اينکه تمايل بازار براي اينگونه تجهيزات حسگر کوچک براي کاربردهاي بيولوژيک پزشکي به سرعت در حال رشد است، بعضي از بيوسنسورهاي موجود فاقد اين خصوصيات هستند و اميد ميرود مواد جديد و پيشرفته اين مشکلات را برطرف سازند. با توجه به اين مشکلات، تکلايههاي خود سامانيافته تواناييهاي بالقوهاي را در زمينه اين نوع کاربردها دارا ميباشند. اين تواناييهاي دلايل متنوعي دارند. در درجه اول، از آنجاييکه اين مواد از حداقل منابع استفاده ميکنند، دستگاههاي ساخته شده با استفاده از اين مواد داراي اندازههاي کوچکي ميباشند. براي مثال يک تکلايه شامل 1013 ملکول بر سانتيمتر مربع و يا تنها 10-7 moles/cm2 ميباشد. از طرف ديگر درجه نظم بالا و طبيعت متراکم SAMهاي ساخته شده از زنجيرهاي آلکان تيول شبيه به محيط ساختارهاي دولايهاي ليپيدي است. اين ساختار يک سوبستراي جديد را براي بيوملکولهاي تثبيت شده (آنتيباديها، آنزيمها، نوکلئيک اسيدها) و يا سيستمهاي بيولوژيک (گيرندهها، سلولهاي کامل) فراهم ميسازد. گذشته از موارد ذکر شده، فرآيند آسان تشکيل SAM و سازگاري با سوبستراهاي فلزي (طلا، نقره و غيره) براي اندازهگيريهاي الکتروشيميايي مزاياي خاصي را براي استفاده از اين نوع بيوسنسورها ايجاد ميکند. اين مزايا شامل اندازهگيري آسان جريان و پتانسيل ميباشند. پايداري شيميايي تکلايهها حتي بعد از جفت شدن با ملکولهاي تثبيت شونده مورد نظر اين مواد را براي استفاده در بيوسنسورها مناسب ميسازد. اين مواد همراه با يک مبدل الکتروشيميايي، نوري يا پيزوالکتريک به عنوان اجزاي تشکيل دهنده بيوسنسور يا ايمونوسنسور مورد استفاده قرار ميگيرند. از آنجاييکه SAM به صورت يک لايه تماسي بين سطح يک فلز بياثر و يک نمونه موجود در محلول يا فاز بخار عمل ميکند، مزاياي آن براي استفاده در سيستمهاي تشخيص ملکولي و (يا حسگرهاي شيميايي) واضح ميباشد. انتخاب پذيري بالايي که بيوملکولهايي از قبيل آنتيباديها، نوکلئيکاسيدها و يا حتي سيستمهاي سازمان يافتهاي از خود نشان ميدهند را ميتوان براي تشخيص ملکولها به کار گرفت. گذشته از اين، تثبيت اين بيومکولها با استفاده از SAM تنها به حداقل مقدار ممکن (تک لايه) از آنها نياز دارد در حاليکه فعاليت بيولوژيک اين ملکولها به همان صورت باقي ميماند. روشهاي تبديل مختلفي از قبيل روشهاي تبديل الکتروشيميايي، نوري يا پيزوالکتريک براي حس کردن بيولوژيک ملکولهاي آناليت مورد استفاده قرار ميگيرند که انتخاب روش مطلوب به مقدار آناليت، محيط و زمان پاسخ بستگي دارد. در سيستمهايي که اخيرا ابداع شدهاند، کنترل فرآيند تثبيت و جهتگيري ملکولها امکان انعطاف پذيري بالايي را در طراحي بيوسنسورها به وجود آورده است. مهندس مهرداد کرباسیان «استفاده از مطالب این سایت با درج منبع بلا مانع است.» استفاده از تک لايههاي خود سامان يافته در تراشههاي DNA
استفاده از تک لايههاي خود سامان يافته در تراشههاي DNA تشکيل تک لايه خودسامان يافته (SAM) از طريق جذب شيميايي قوي بين سوبسترا و گروه عاملي انتهايي ملکولهاي منتخب آلي صورت ميگيرد. اين تکنيک يکي از کاربردي ترين رويکردها در زمينه ساخت فيلمهاي فوق نازک آلي با ضخامت کنترل شده ميباشد. فرآيند ساده توليد SAM ها براي بدست آوردن يک سطح منظم و مطلوب شامل فروبردن يک سوبسترا در يک محلول جذب شونده در دماي اتاق ميباشد. در سالهاي اخير از اين تکنيک براي مطالعه پديدههاي علمي متعددي از قبيل بستگي انتقال الکترون به فاصله، مکانيسم ترانزيستورهاي تک الکتروني و مشاهده پديدههاي ملکولي از قبيل اثر پلهاي کلمب استفاده شده است. علاوه بر اين واکنشهاي قوي بين زنجيرها (نيروهاي وان در والس)، استحکام و پايداري تکلايهها را تضمين ميکند. اين خصوصيات کاربردهاي متعددي را براي SAM ها ايجاد کردهاند. اين کاربردها شامل موارد زير ميباشند: · حسگرهاي شيميايي · کنترل خصوصيات سطحي از قبيل ترشوندگي و اصطکاک · حفاظت در برابر خوردگي · نقش اندازي سطوح · عايقبندي نيمههاديها علاوه بر اهميت تئوريک و تکنيکي SAMها، کاربرد آنها در زمينه «نانوتکنولوژي» جهش قابل توجهي را در زمينه توانايي تک لايهها براي سازماندهي خوشههاي ملکولي در مقياسهاي طولي دقيق و کنترل شده فراهم آورده است. اين فرآيند با استفاده از ملکولهاي فعال داراي گروههاي فعال انتهايي مختلف صورت ميگيرد. اين روش، امکان انتخاب نوع فعاليت تکلايهها مورد نظر را براي کنترل بهتر ساختار «نانو»ها از طريق اتصال «نانو»خوشههاي پراکنده فلزات و يا نيمههاديها فراهم ميسازد. اين ساختار کاربردهاي متعددي در زمينه الکترونيک بيوملکولي و ساخت بيوسنسورها دارد در حاليکه خصوصيات نوري و الکترونيک اين ساختارها را ميتوان از طريق انتخاب ملکولهاي فعال مناسب (شکلگيري شبکهها) به صورت فضايي تنظيم نمود. مهندس مهرداد کرباسیان «استفاده از منابع این سایت با درج منبع بلا مانع است.» مهندسي DNA و کاربرد آن در «نانوتکنولوژي»
فلسفه استفاده از بيومولکولها براي توسعه دستگاههاي «نانوتکنولوژي»، توسط محققيني که در گذشته استفاده از ماکرومولکولهاي بيولوژيکي را به عنوان اجزاء سيستمهاي نانوساختار پيشنهاد دادهاند، ارائه شده است. بيوتکنولوژيستهاي زيادي، با اميد بهبود کارايي DNA در زمينه سلولي يا براي اصلاح کردن سطح بيان ژن و يا براي بهينه کردن طبيعت محصول ژنتيکي اقدام به طراحي تواليهاي خاصي ميکنند، به طور مشابه اغلب سرمايهگذاريها متوجه تصحيح جلوههاي مولکولي DNA طبيعي ميگردد. با اين وجود، عنوان اين قسمت - «مهندسي DNA» - شامل انتخاب تواليهايي از DNA با نوکلئوتيدهاي مرسوم ميباشد که جهت مقاصد «نانوتکنولوژي»، از جمله توليد سطوح، شکلها و آرايشهاي دوم و سوم خاص استفاده ميگردند. اکنون به خوبي آگاهيم که کليد اصلي بررسي نقش بيولوژيکي DNA در اتصال ويژه بازهاي آن نهفته است که: آدنين (A) با تيامين (T)، و گوانين (G) با سيتوزين (C) جفت ميشوند و دو تک رشته مارپيچ دوتايي (Double Helix (DH)) را کنار هم نگه ميدارند. نوع آشناي DH، که از اين اندرکنشهاي مکمل حاصل ميشود، از لحاظ علوم سطحي به صورت خطي قرار دارد، به اين مفهوم که محور آن شاخهدار نيست. اگرچه با طراحي تواليهاي مناسب، امکان سنتز سيستمهايي که مولکول هاي شاخه دار DNA را توليد ميکنند، وجود دارد. مهندس مهرداد کرباسیان تراشه های DAN
در سالهاي اخير بيوتکنولوژي مرتبط با DNA در فاز جامد، بطرز شگفت انگيزي بسط يافته است. پيشرفتهاي صورت گرفته در اين زمينه تمايل رو به گسترش مرتب کردن ژنوم انساني و تحليل توليد در مقياس بالاي بيان ژنتيکي با استفاده از تراشههاي ساخته شده ازDNA، را همسو کرده و راهکارهاي مناسب جهت ساکن کردن DNA روي يک حامل جامد براي ساخت تراشههاي DNA يا ابزارهاي دقيق شامل DNA بر مبناي آرايه روز به روز توسعه مييابد. روشهاي تثبيت DNA شامل جذب سطحي، کوپليمريزاسيون، کمپلکسسازي و اتصال کوالانسي ميباشند. دراين روشها مرسوم است که از نمک (Saline) و SAM هاي تيولي براي اتصال کوالانسي ليگونوکلئوتيدها استفاده شود. دو شکل تراشه هاي DNA که هم اکنون کاربرد گستردهاي دارد، شامل ميکروآرايه اي cDNA و ساختار آرايه اليگونوکلئوتيدي سنتز فتوليتوگرافي شده (Photo-lithographically synthetized oligo-nucleotide array) ميباشد. تراشههاي DNA، دستگاههايي هستند که خاصيت ويژه شناسايي دو تک رشته DNA در طي فرايند هيبريد کردن، با کارآيي «نانوتکنولوژي» را دارا ميباشند. استفاده از ميکروتکنولوژي و روبوتيک امکان بدست آوردن دستگاه هاي تحليلگر قابل باز توليد و بسيار موازي را با هزينه کم مهيا ميسازد. تراشه هاي DNA از حاملهايي جامد تشکيل شدهاند که نواحي با مشخصات بسيار دقيق را فراهم مي آورند. هر ناحيه، از يک نوع حسگر مولکولي تشکيل شده است ( در حال حاضر ترتيب هاي DNA تک رشته، اليگونوکلئوتيدها يا تکه ژن ها). اين حسگرها توانايي شناسايي ويژه رشته مکمل خود را در جهت تشکيل دو رشتهاي کامل خود دارا هستند. زماني که تراشههاي DNA درون محلولي قرار ميگيرند که حاوي اهداف ناشناخته متفاوتي است، فرايند هيبريد شدن فقط در نواحي که تک رشتههاي مکمل حضور دارند رخ ميدهد. «استفاده از مطالب این سایت با درج منبع بلا مانع است.» تک لايه های خود سامان يافته (Self Assembly Monolayers) در «نانوتکنولوژی»
تک لايه های خود سامان يافته (Self Assembly Monolayers) در «نانوتکنولوژی» «تکلايههاي خود سامانيافته» «(SAMs)» به طور معمول از تماس يک سطح با گروههاي شيميايي که داراي کشش بسيار قوي به سمت سوبسترا يا ماده طرح شده بر روي آن هستند، ميباشد. ميزان نظم اين ساختارها تابعي از ماهيت واکنش شيميايي بين سوبسترا و جذبشونده و به همان اندازه جنس و قدرت واکنشهاي بين ملکولي بين جذبشوندهها که براي نگهداشتن اتصال ضروري هستند، ميباشند. ملکولهايي که به سطوح متصل ميشوند به صورت جذب فيزيکي، که آنتالپيهاي در آن نسبتا پايين ميباشد (معمولا با توجه به نيروهاي در نظر گرفته ميشوند) و يا به صورت جذب شيميايي توصيف ميشوند. واکنشهاي استحکام دهنده بين ملکولها و سوبستراها و بين خود ملکولها شامل پديدههايي از قببيل پيوند هيدروژني، دهنده- پذيرنده (donor_acceptor ) و يا جفت يوني و تشکيل پيوندهاي کووالانس که ساختار را از نمونههاي جذب شده فيزيکي پايدارتر ميسازند، ميباشند. مطالعات ديگري در مورد پيوندزني(grafting) ملکولها به سطح، از قبيل اتصال ملکولهاي عملگر آريل (aryl functionalized) به سيليکون، ملکولهاي عملگر آلکيل به ژرمانيوم از طريق واکنشهاي گرينگنارد(Gringnard) و ملکولها به سطوح فلزي از طريق نمکهاي ديازونيوم(diazonium) ، انجام شده است، تمام اين نمونهها نشان دهنده تشکيل پيوندهاي کربن-سطح ميباشند. سيستمهاي جذب شيميايي شامل ساماندهي تريآلکيلها، تري کلرو يا تري آلکواکسي سيلانها بر روي سطوح دياکسيدسيليکون، اسيدهاي کربوکسيليک جذب شونده بر روي اکسيد آلومينيوم و سطوح نقره و n-آلکانتيولهاي جذب شونده بر روي سطوح طلا ميباشند. در اينجا تنها تعداد کمي از مواد رايج ذکر شدهاند. همانطورکه توضيح داده شد، SAM هايي که به طور ويژه به خوبي مورد مطالعه قرار گرفتهاند آنهايي هستند که بر روي سطوح فلزات واسطه (براي مثال Ag,Au ) با سورفکتانتهاي داراي گروههاي راسي غني از الکترون (براي مثال S,O,N) و زنجيرهاي n-آلکيل تشکيل ميشوند. کشش بين سطح و گروههاي عاملي به اندازه کافي براي تشکيل پيوندهاي قطبي يا يوني قوي ميباشد و واکنشهاي جانبي قابل اعمال بين ملکولهاي مجاور براي کشيدن و نگهداشتن ساختارها در کنار هم کافي ميباشد. نماي شماتيک يک ملکول آلکان تيولات در شکل زير نشان داده شده است.
«استفاده از مطالب این سایت با درج منبع بلامانع است» مهندس مهرداد کرباسیان استراتژي هاي ساخت ساختارهاي «نانوبيو» 3- راهبرد از پايين به بالا (Buttom-up) راهبرد مشهور "از پايين به بالا" در ساختِ «نانوساختارهايي» از عناصر ساختماني پايدار در علوم و مهندسي جاري دنيا، امري متعارف گشته است. اين اصل ساختاري، با بهره برداري از فاکتورهاي نظم-ده((Order-inducing که به جاي تحميل کردن نظم از بالا به پايين توسط منابع خارجي، خاصيت ذاتي سيستم هستند، عمل ميکند. اين راهبرد با تقليد از سيستم هاي بيولوژيکي عمل ميکند. در حالي که تکنيک هاي ساخت که اکنون از اهميت تجاري برخوردارند، نظير ليتوگرافي، عملا و بدون هيچ استثناء در حوزه "از بالا به پايين" قرار مي گيرند؛ روش هاي ساخت "از پايين به بالا" پتانسيلهاي بسيار سودمند و جذابي را در آينده ارائه مي دهند. اين سودمندي ها شامل ساده شدن تحقيقات تجربي در مقياس اتمي، امکان ساخت سه بعدي در مقياس «نانو» و پتانسيل ساخت انبوه و ارزان ميباشند. با وجود دورنماي تکنولوژيک، انگيزش اصلي براي تحقيقات در اين حوزه بسته به درک چگونگي تشکيل يکباره ساختارهاي منظم و يا پيچيده و چگونگي به خدمت گرفتن اين فرآيندها در جهت تهيه موادي با هندسه از پيش تعيين شده معطوف مي باشد. بيوتکنولوژي و علم مواد در حوزه اندازه يکساني عمل مي کنند. از يک طرف، اجزاء بيومولکولي نوعا داراي ابعادي در محدوده nm 200-5 هستند؛ از طرف ديگر نيازهاي تجاري توليد دستگاههاي ميکروالکترونيکيِ هرچه بيشتر کوچک شده، تحقيق در زمينه سيستم هاي «نانو» مقياس را شديدا تحريک ميکند. امروزه ابعاد ساختاري ميکروپروسسورهاي رايانه اي حدود nm 200 مي باشد. اين تجهيزات فقط توسط تجهيزات مرسوم (فرايندهاي مينياتور سازي) نظير فوتو-ليتوگرافي در دسترس هستند، اما در آينده، اين فناوريها به سختي امکان توليد قسمتهايي را که از nm100 کوچکتر هستند، را در مقياس بالا فراهم مي سازد. این موضوع در شکل زیر آورده شده است.
همانگونه که فيزيکدان معروف، ريچارد فينمن، بيش از چهل سال پيش اشاره کرده بود: "فضاهاي بيشتري در محدوده هاي پايين وجود دارد."، و لذا تحقيقات «نانوتکنولوژي» امروز، تاکيد بسيار زيادي بر توسعه استراتژي از پايين به بالا (استراتژي بزرگنمايي) دارد، که معطوف به خود ساخت يافتن (ماکرو) مولکولها و اجزاء ساختماني کلوئيدي براي توليد دستگاههاي بزرگتر و عملگرتر مي باشد. در هر حال به ياد آوردي اين نکته بسيارضروري است که سرعت توسعه اين روش ها به حدي است که روشهاي نويني به صورت ماهانه ارائه ميشوند. مهندس مهرداد کرباسیان (استفاده از منابع این سایت با درج منبع بلا مانع است.)
+ نوشته شده در جمعه شانزدهم شهریور 1386ساعت 14:33 توسط حسین
|
منبع:http://www.nanotechnology.blogfa.com/ آپوپتوسيس يا مرگ سلولي برنامه ريزي شده، پديده اي است كه بعد از استفاده از داروهاي ضد سرطان مناسب منتظر رخداد آن هستيم. امروزه به لطف مطالعات محققان كره اي، نوع جديدي از «نانوذرات» سازگار با بدن و فلوروسنت ساخته شده كه امكان تشخيص سريع علايم آپوپتوسيس در اثر روشهاي درماني سرطان مورد استفاده را براي ما فراهم مي كند. در دست بودن يك روش سريع براي تشخيص آپوپتوسيس براي پزشكان ابزار بسيار قدرتمندي خواهد بود تا توسط آن از كارايي روش درماني بكار گرفته شده براي از بردن تومورهاي سرطاني مطمئن شوند. اين ابزار همچنين براي محققاني كه روي توليد داروهاي ضد سرطان كار مي كنند مي تواند بسيار مفيد بوده و نياز آنها را براي صبر كردن تا ظهور علايم مشخصة آپوپتوسيس برطرف كرده و امكان پيشرفت سريع تر و آسان تر را براي آنها فراهم مي آورد. اين «نانوذرات» از متصل كردن رنگهاي فلوروسنت به نام CY5.5-DEVD به پلي اتيلن ايمين شاخه دار (يك نوع پليمر سازگار با بدن) و اسيد دي اكسي كوليك كه كلا به نام PEI-DOCA شناخته مي شود، ساخته شده اند. ويژگي اين نوع رنگ فلوروسنت آن است كه تنها زماني از خود نور صاطع مي كند كه توسط يكي از دو نوع آنزيمي كه در مراحل اولية آپوپتوسيس توسط سلول ساخته مي شوند، فعال گردند. آزمايشات نشان داده اند كه اين نانوذرات 80 تا 100 نانومتري خيلي سريع توسط سلول ها جذب مي شوند و اگر سلولي در حال تجربه كردن آپوپتوسيس باشد، «نانوذرات» مورد بحث، چه به طور كامل جذب آن سلول شده باشند و چه در حال جذب شدن به آن باشند، نور درخشاني از خود انتشار مي دهند كه سلول مورد بحث را از سلول هاي سالم متمايز مي كند. مهندس محمد فرامرزپور «استفاده از مطالب این سایت با درج منبع بلا مانع است.»
+ نوشته شده در جمعه شانزدهم شهریور 1386ساعت 14:29 توسط حسین
|
علاوه بر اهميت تئوريک و تکنيکي SAMها، کاربرد آنها در زمينه (نانوتکنولوژي) جهش قابل توجهي را در زمينه توانايي تک لايهها براي سازماندهي خوشههاي ملکولي در مقياسهاي طولي دقيق و کنترل شده فراهم آورده است. اين فرآيند با استفاده از ملکولهاي فعال داراي گروههاي فعال انتهايي مختلف صورت ميگيرد. اين روش، امکان انتخاب نوع فعاليت تکلايهها مورد نظر را براي کنترل بهتر ساختارهای نانو از طريق اتصال نانوخوشههاي پراکنده فلزات و يا نيمههاديها فراهم ميسازد. اين ساختار کاربردهاي متعددي در زمينه الکترونيک بيوملکولي و ساخت بيوسنسورها دارد در حاليکه خصوصيات نوري و الکترونيک اين ساختارها را ميتوان از طريق انتخاب ملکولهاي فعال مناسب (شکلگيري شبکهها) به صورت فضايي تنظيم نمود. در طول سالهاي اخير، تحقيقات در زمينه ساخت بيوسنسورهاي جديد همگام با توسعه بيوسنسورهاي موجود به سرعت رشد کرده است. نيروي محرکه عمده براي اين دسته از فعاليتهاي تحقيقي رشد تقاضا براي بيوسنسورهاي کوچک، به ويژه براي کاربردهاي تشخيصي ميباشد. در هر حال ساخت چنين دستگاههايي به شرايط ويژهاي از قبيل اندازه قطعات، پاسخ انتخابي آناليت، زمان پاسخ سريع و سازگاري با مدارهاي الکتريکي نياز دارد. با وجود اينکه تمايل بازار براي اينگونه تجهيزات حسگر کوچک براي کاربردهاي بيولوژيک پزشکي به سرعت در حال رشد است، بعضي از بيوسنسورهاي موجود فاقد اين خصوصيات هستند و اميد ميرود مواد جديد و پيشرفته اين مشکلات را برطرف سازند. با توجه به اين مشکلات، تکلايههاي خود سامانيافته تواناييهاي بالقوهاي را در زمينه اين نوع کاربردها دارا ميباشند. اين تواناييها دلايل متنوعي دارند. در درجه اول، از آنجاييکه اين مواد از حداقل منابع استفاده ميکنند، دستگاههاي ساخته شده با استفاده از اين مواد داراي اندازههاي کوچکي ميباشند. براي مثال يک تکلايه شامل 1013 ملکول بر سانتيمتر مربع و يا تنها 10-10 moles/cm2 ميباشد. از طرف ديگر درجه نظم بالا و طبيعت متراکم SAMهاي ساخته شده از زنجيرهاي آلکان تيول شبيه به محيط ساختارهاي دولايهاي ليپيدي است. اين ساختار يک سوبستراي جديد را براي بيوملکولهاي تثبيت شده (آنتيباديها، آنزيمها، نوکلئيک اسيدها) و يا سيستمهاي بيولوژيک (گيرندهها، سلولهاي کامل) فراهم ميسازد. گذشته از موارد ذکر شده، فرآيند آسان تشکيل SAM و سازگاري با سوبستراهاي فلزي (طلا، نقره و غيره) براي اندازهگيريهاي الکتروشيميايي مزاياي خاصي را براي استفاده از اين نوع بيوسنسورها ايجاد ميکند. اين مزايا شامل اندازهگيري آسان جريان و پتانسيل ميباشند. پايداري شيميايي تکلايهها حتي بعد از جفت شدن با ملکولهاي تثبيت شونده مورد نظر، اين مواد را براي استفاده در بيوسنسورها مناسب ميسازد. اين مواد همراه با يک مبدل الکتروشيميايي، نوري يا پيزوالکتريک به عنوان اجزاي تشکيل دهنده بيوسنسور يا ايمونوسنسور مورد استفاده قرار ميگيرند. از آنجاييکه SAM به صورت يک لايه تماسي بين سطح يک فلز بياثر و يک نمونه موجود در محلول يا فاز بخار عمل ميکند، مزاياي آن براي استفاده در سيستمهاي تشخيص ملکولي و (يا حسگرهاي شيميايي) واضح ميباشد. انتخاب پذيري بالايي که بيوملکولهايي از قبيل آنتيباديها، نوکلئيکاسيدها و يا حتي سيستمهاي سازمان يافتهاي از خود نشان ميدهند را ميتوان براي تشخيص ملکولها به کار گرفت. گذشته از اين، تثبيت اين بيومکولها با استفاده از SAM تنها به حداقل مقدار ممکن (تک لايه) از آنها نياز دارد در حاليکه فعاليت بيولوژيک اين ملکولها به همان صورت باقي ميماند. روشهاي تبديل مختلفي از قبيل روشهاي تبديل الکتروشيميايي، نوري يا پيزوالکتريک براي حس کردن بيولوژيک ملکولهاي آناليت مورد استفاده قرار ميگيرند که انتخاب روش مطلوب به مقدار آناليت، محيط و زمان پاسخ بستگي دارد. در سيستمهايي که اخيرا ابداع شدهاند، کنترل فرآيند تثبيت و جهتگيري ملکولها امکان انعطاف پذيري بالايي را در طراحي بيوسنسورها به وجود آورده است. مهندس مهرداد کرباسیان «استفاده از منابع این سایت با درج منبع بلا مانع است.»
+ نوشته شده در جمعه شانزدهم شهریور 1386ساعت 14:27 توسط حسین
|
منبع:http://www.hupaa.com/Data/P00273.php
در دو دهه اخير، پيشرفتهاي تكنولوژي وسايل و مواد با ابعاد بسيار كوچك به دست آمده است و به سوي تحولي فوق العاده كه تمدن بشر را تا پايان قرن دگرگون خواهد كرد ، پيش مي رود . براي احساس اندازه هاي مادون ريز ، قطر موي سر انسان را كه يك دهم ميليمتر است در نظر بگيريد ، يك نانومتر صدهزار برابر كوچكتراست 9- 10متر . تكنولوژي و مهندسي در قرن پيش رو با وسايل ، اندازه گيريها و توليداتي سروكار خواهد داشت كه چنين ابعاد مادون ريزي دارند . درحال حاضر پروسه هاي در ابعاد چند مولكول قابل طراحي و كنترل است . همچنين خواص مكانيكي ، شيميايي ، الكتريكي ، مغناطيسي ، نوري و... مواد در لايه ها در حدود ابعاد نانومتر قابل درك و تحليل و سنجش است . تكنولوژي درقرن گذشته در هرچه ريزتر كردن دانه هاي بزرگتر پيشرفت چشمگيري داشت ، بطوريكه به مزاح گفته شد كه ديگر كشف ذرات ريز اتمي ((Sub-Atomic)) نه تنها جايزه نوبل ندارد ، بلكه به آن جريمه هم تعلق مي گيرد ! تكنولوژي نو درقرن حاضر مسير عكس را طي مي كند . يعني مواد مادون ريز را بايد تركيب كرد تا دانه هاي بزرگتر كارآمد به وجود آ ورد .
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 . اثر تحقيقات در فناوريهاي مادون ريز هم اكنون در درمان بيماريها و يا دست يافتن به مواد جديد به ظهور رسيده است . موارد بسياري در مرحله تحقيقات كاربردي و آزمايشي است .اكنون ساخت رايانه هاي بسيار كوچكتر و ميليونها بار سريعتر در دستور كار شركتهاي تحقيقاتي قرار دارد . در بياني كوتاه نانوتكنولوژي يك فرايند توليد مولكولي است . همانطور كه طبيعت مجموعه ها را بطور خودكار مولكول به مولكول ساخته و روي هم مونتاژ كرده است ، ما هم بايد براي توليد محصولات جديد ، با اين اعتقاد كه هرچه در طبيعت توليد شده قابل توليد در آزمايشگاه نيز هست ، نظير طبيعت راهي پيدا كنيم . البته منظور اين نيست كه چند هسته از مواد راپيدا 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 ريزكه به نحوي در مجموعه هاي بزرگتر مصرف دارد ، راهي بيابيم . در اندازه هاي مادون ريز ، روشها و ابزارآلات متعارف فيزيكي مانند تراشيدن و خم كردن و سوراخ كردن و...جوابگو تيستند . براي ساختن ماشينهاي ملكولي بايد روش پروسه هاي طبيعي را دنبال كرد . با تهيه نقشه هاي ساختاري بدن يعني آرايش ژنها و DNA كه ژنم ناميده شده است و به موازات آن دست يافتن به تكنولوژي مادون ريز ، در دراز مدت تحولات بسياري در هستي ايجاد خواهد شد . توليد مواد جديد ، گياهان ، جانداران و حتي انسان متحول خواهد شد . اشكالات ساختاري موجودات در طبيعت رفع مي شود و با تركيب و خواص اورگانيك گياهان و جانوران ، موجودات جديدي با خواص فوق العاده و شخصيتهاي متفاوت بوجود خواهد آمد .آينده علوم و مهندسي كه چندين گرايشي Multi- Disciplinary )) است ، به طرف توليد ماشينهاي مولكولي سوق داده خواهد شد تا در نهايت بتواند مجموعه هاي كارآيي از پيوندهاي ارگانيك و سايبريك را عرضه نمايد . هستي را به رايانه ( سخت افزار ) و برنامه ( نرم افزار ) كه دو پديده مختلف ولي ادغام شده هستند ، مي توان تشبيه كرد . سخت افزار مصداق ماده ( اغلب اتم هيدروژن ) و نرم افزار يا برنامه ، قابليت نهفته در خلقت آن است . اتم به نظر ساده و ابتدايي هيدروژن در طي ميلياردها سال با قابليت نهفته در خود توانسته است ميليونها نوع آرايش مختلف را در هستي بوجود آورد . بشر از بوجود آوردن اساس ماده عاجز است . ولي در برنامه ريزيهاي جديد و يافتن اشكال ديگري از آنچه در طبيعت وجود دارد ، پيش خواهد رفت . طبيعت را خواهد شناخت و به اصطلاح ، قفلهاي شگفت آور آن را باز خواهد كرد . احتمالا انسان در شرايط مناسبتري از درجه حرارت و فشار كه درتشكيل طبيعي مواد مختلف از هيدروژن لازم است ، بتواند اتمهاي مورد نباز خود را توليد كند ، سيارات ديگري را در نهايت در اختيار بگيرد و بعيد نيست كه نواده هاي دوردست ما بتوانند در نيمه هاي راه ابديت در اكثر نقاط جهان هستي و كهكشانها سكني گزينند. به احتمال زياد قبل از پايان هزاره سوم انسانها در بدن خود انواع لوازم مصنوعي و ديجيتالي راخواهند داشت. . از بيماري ، پيري ، درد ستون فقرات ، كم حافظه اي و... رنج نخواهند برد .قابليت فهم و تحليل اطلاعات در مغز آنها در مقايسه با امروز بي نهايت خواهد شد . در هزاره هاي آينده انسانهاي طبيعي مانند امروز احتمالا براي مطالعات پژوهشي نگهداري شده و به نمونه هاي آزمايشگاهي و بطور حتم قابل احترام تبديل خواهند شد و مردمان آينده از اينهمه درد و ناراحتي كه اجداد آنها در هزاره هاي قبل كشيده اند ، متعجب و متاثر خواهند بود . اكنون جا دارد همگام با تحولات جديد در مهندسي و علوم ، دانشگاهها و مراكز تحقيقاتي بطور جدي به پژوهشهاي تكنولوژي مادون ريز مشغول شوند تا حداقل ما هم بتوانيم مرزهاي دانش روز را به نسلهاي آينده تحويل دهيم و در تشكلهاي جديد هستي سهمي داشته باشيم . باشد هرچه زودتر به خود آييم و عمق شكوهمند و معجزه آساي انديشه بشررا دريابيم و از كوتاه بيني و افكار فرسوده موروثي فاصله بگيريم . گفته شيخ اجل سعدي در آينده مصداق واقعي تري خواهد داشت : 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. منبع :alivephysics.persianblog.
+ نوشته شده در جمعه شانزدهم شهریور 1386ساعت 14:22 توسط حسین
|
این مطلب بر گرفته از سایت http://www.govashir.com/physics/archives/001981.html است
در نيم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوري عمده بوديم، كه باعث پيشرفت هاي عظيم اقتصادي در كشورهاي سرمايه گذار و ايجاد فاصله شديد بين كشورهاي جهان شد. متأسفانه در كشور ما بدليل فقدان جرات علمي و عدم تصميم گيري بموقع ، به اين فرصتها پس از گذشت ساليان طلائي آن بها داده مي شد كه البته سودي هم براي ما به ارمغان نمي آورد، همچون فنآوري الكترونيك و كامپيوتر در دو سه دهه گذشته كه امروزه عليرغم توانائي دانشگاهي و داشتن تجهيزات آن، هيچگونه حضور تجاري در بازارهاي چند صد ميلياردي آن نداريم. فناوري نانو جديدترين اين فرصتها ست، كه كشور ما بايد براي حضور يا عدم حضور درآن خيلي سريع تصميم خود را اتخاذ كند. علم و فناوري نانو ( نانو علم و نانو تكنولوژي) توانائي بدست گرفتن كنترل ماده در ابعاد نانومتري (ملكولي) و بهره برداري از خواص و پديده هاي اين بعد در مواد، ابزارها و سيستم هاي نوين است. اين تعريف ساده خود دربرگيرنده معاني زيادي است. به عنوان مثال فناوري نانو با طبيعت فرا رشته اي خود، در آينده در برگيرنده همه ي فناوريهاي امروزين خواهد بود و به جاي رقابت با فن آوري هاي موجود، مسير رشد آنها را در دست گرفته و آنها را به صورت « يك حرف از علم» يكپارچه خواهد كرد. ميليونها سال است كه در طبيعت ساختارهاي بسيار پيچيده با ظرافت نانومتري ( ملكولي ) - مثل يك درخت يا يك ميكروب - ساخته مي شود. علم بشري اينك در آستانه چنگ اندازي به اين عرصه است، تا ساختارهائي بي نظير بسازد كه در طبيعت نيز يافت نمي شوند. فناوري نانو كاربردهاي را به منصه ظهور مي رساند كه بشر از انجام آن به كلي عاجز بوده است و پيامدهائي را در جامعه برجا مي گذارد كه بشر تصور آنها را هم نكرده است. به عنوان مثال: o ساخت مواد بسيار سبك و محكم براي مصارف مرسوم يا نو o ورشكستگي صنايع قديمي همچون فولاد با ورود تجاري مواد نو o كاهش يافتن شديد تقاضا براي سوخت هاي فسيلي o همه گير شدن ابر كامپيوترهاي بسيار قوي، كوچك و كم مصرف o سلاحهاي سبك تر، كوچكتر، هوشمند تر، دوربردتر، ارزانتر و نامرئي تر براي رادار o شناسائي فوري كليه خصوصيات ژنتيكي و اخلاقي و استعدادهاي ابتلا به بيماري o ارسال دقيق دارو به آدرس هاي مورد نظر در بدن و افزايش طول عمر o از بين بردن كامل عوامل خطرناك جنگ شيميائي و ميكروبي o از بين بردن كامل ناچيز ترين آلاينده هاي شهري و صنعتي o سطوح و لباسهاي هميشه تميز و هوشمند o توليد انبوه مواد و ابزارهائي كه تا قبل از اين عملي و اقتصادي نبوده اند ، o و بسياري از موارد غير قابل پيش بيني ديگر! دكترDrexler در همايش جهاني نظام علمي در زمينه نانوتكنولوژي اظهار كرده است: "در جهان اطلاعات ، تكنولوژيهاي ديجيتالي كپيبرداري را سريع، ارزان، كامل و عاري از هزينهبري يا پيچيدگي محتوايي نمودهاند. حال اگر همين وضعيت در جهان ماده اتفاق بيافتد چه ميشود. هزينه توليد يك تن تري بيت تراشههاي RAM تقريبا" معادل با هزينه بري ناشي از توليد همان مقدار فولاد ميشود". دكترSmalley رئيس هيئت تحقيقاتي دانشگاه رايس و كاشف Buckyballs ميگويد: " نانوتكنولوژي روند زيانبار ناشي از انقلاب صنعتي را معكوس خواهد كرد". در مقدمه مقاله نانوتكنولوژي كه توسط آقايان Peterson و Pergamit در سال 1993 نگاشته شده چنين آمده است : " تصور كنيد قادريد با نوشيدن دارو كه در آب ميوه مورد علاقهتان حل شده است سرطان را معالجه كنيد . يك ابر كامپيوتر را كه به اندازه يك سلول انسان است در نظر بگيريد. يك سفينه فضايي 4 نفره كه به دور مدار زمين ميگردد با هزينهاي در حدود يك خودروي خانوادگي تجسم كنيد" . موارد فوق، فقط تعداد محدودي از محصولات انتظار رفته از نانوتكنولوژي هستند. انسان در معرض يك انقلاب اجتماعي تسريع شده و قدرتمند است كه ناشي از علم نانوتكنولوژي است. در آينده نزديك گروهي از دانشمندان قادر به ساخت اولين آدم آهني با مقياس نانومتري ميگردند كه قادر به همانندسازي است. طي چند سال با توليد پنج ميليارد تريليون نانوروبات ، تقريبا" تمامي فرايندهاي صنعتي و نيروي كار كنوني از رده خارج خواهند شد. كالاهاي مصرفي به وفور يافتشده ، ارزان، شيك و با دوام خواهند شد. دارو يك جهش سريع و كوانتومي را به جلو تجربه خواهد نمود. سفرهاي فضايي و همانندسازي امن و مقرون به صرفه خواهند شد. به اين دلايل و دلائلي ديگر، سبكهاي زندگي روزمره در جهان بطور زيربنايي متحول خواهد شد و الگوي رفتاري انسانها تحتالشعاع اين روند قرار خواهد گرفت. سه فناوري تسخيركننده از طرفي شايد بتوان گفت تسخيركنندگان علم و فناوري آينده در سه گروه فناوري اطلاعات، نانوفناوري و زيست فناوري خلاصه مي شوند. قرارگيري مقادير و حجم زيادي از اطلاعات در فضائي كوچك از ابعاد هم گرائي نانوفناوري و فناوري اطلاعات مي باشد از طرفي در زيست فناوري و يا به عبارتي براي زيست شناسان قرار گيري حجم زيادي از اطلاعات در يك فضاي بسيار كوچك موضوعي بسيار آشنا مي باشد. در كوچكترين سلول انساني همه اطلاعات مربوط به يك موجود زنده از قبيل رنگ مو، رشد استخوان و عصب ها وجود دارد. حتي در قسمت بسيار كوچكي از سلول به نام DNA كه شامل حدوداً پنجاه اتم مي باشد همه اين اطلاعات ذخيره مي گردد ( نه تنها سطح يا به عبارتي تعداد اتم ها بلكه نحوه قرار گرفتن اين زنجيره ها در ذخيره سازي اطلاعات زيستي اهميت دارد). شايد يكي از علل هم گرائي اين فناوري و فناوري اطلاعات وجود همين مسائل مشترك اين سه فناوري است. ابزارهاي جديد براي كارهاي ظريف اگر شما از دانشمندان علوم سطح بپرسيد كه چه پيشرفتهاي عمده دستگاهي باعث شدهاند تا نانوتكنولوژي در خطوط مقدم تحقيقات علوم فيزيكي قرار گيرد، تقريبا" همه آنها به داستان ميكروسكوپ پروب اسكنكننده SPM (Scanning probe microscope SPM: در SPM يك پروب نانوسكوپي در ارتفاع ثابتي بر بالاي بستري از اتمها حفظ ميشود. اين فاصله ميتواند آنقدر كم باشد كه الكترونهاي اتمهاي تيرك و سطح با هم تعامل داشته باشند. اين تعاملات ميتواند آنقدر قوي باشد، كه اتمها از جا كنده شده و به جاي ديگري بروند.) اشاره ميكنند. عليرغم تازه واردگي به عرصه تحليل دستگاهي، استفاده از ميكروسكوپي تونلزني اسكنكننده STM (Scanning tunneling microscope STM : وسيلهاي براي تهيه تصوير از اتمهاي روي سطوح مواد، كه نقش مهمي در درك توپوگرافي و خواص الكتريكي مواد و رفتار قطعات ميكروالكترونيكي دارند. STM بر خلاف يك ميكروسكوپ نوري، براي تهيه تصوير نيروهاي الكتريكي را با يك پروب نازكشده به حد تيزي يك اتم آشكار ميكند. پروب سطح را جاروب كرده، بينظميهاي الكتريكي حاصل از پوستههاي الكتروني يا ابرالكتروني پيرامون اتمها را به كمك يك كامپيوتر به تصوير مبدل ميكند. به دليل يك اثر مكانيك كوانتومي موسوم به «تونلزني»، الكترونها ميتوانند به سادگي از تيرك به سطح و بالعكس بجهند. درجه وضوح تصاوير در حدود nm1 يا كمتر است. از STM ميتوان براي جابجايي تك به تك اتمها و تهيه نقشههاي پروضوح از سطوح مادي استفاده كرد.) ، ميكروسكوپي نيروي اتمي (AFM) و ديگر تكنيكهاي مشتقشده از اين دو مورد اصلي در بسياري از آزمايشگاهها ، به دليل حجم زياد اطلاعاتي كه از مقياس نانومتر به دست مي دهند، متداول و حتي گريزناپذير شده است. ريچارد فينمن طي يك سخنراني در همايش جامعه فيزيك آمريكا در 1959 در مؤسسه تكنولوژي كاليفرنيا كه بعد در آنجا استاد فيزيك شد ايدههايي بنيادي در زمينه كوچكسازي نوشتجات، مدارها و ماشينها ايراد كرد : " آنچه من ميخواهم به شما بگويم، مسئله دستكاري و كنترل اشياء در مقياس كوچك است. ترديدي وجود ندارد كه در نوك يك سوزن آنقدر جا هست كه بتوان تمام دايرهالمعارف بريتانيكا را جا داد." فينمن براي به تفكر واداشتن محققين و تاكيد نمودن بر عقيدهاش مبني بر امكان فيزيكي چنين معجزهاي ، جايزههايي 1000 دلاري براي اولين افرادي كه به اهداف مشخص شده اي در كوچكسازي كتابها و موتورهاي الكتريكي دست يابند تعيين كرد. فينمن تاكيد كرد : " من در حال خلق ضد جاذبه نيستم كه به فرض روزي اگر قوانين (فيزيك) آنچه ما ميپنداريم، نبودند عملي شود. من صحبت از چيزي ميكنم اگر قوانين آنچه ما ميپنداريم باشند، عملي خواهد بود. ما به آن دست پيدا نكردهايم چون خيلي ساده هنوز درصدد انجام آن نبودهايم." وضعيت جهاني از فناوري نانو به عنوان "رنسانس فناوري" و" روان كننده جريان سرمايه گذاري " ياد مي شود.ورود محصولات متكي بر اين فناوري جهشي بس عظيم در رفاه و كيفيت زندگي و توانائي هاي دفاعي و زيست محيطي به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابجائي هاي بزرگ اقتصادي خواهد شد . هم اكنون بخش هاي دولتي و خصوصي كشورهاي مختلف جهان شامل ژاپن ، آمريكا، اتحاديه اروپا، چين، هند، تايوان، كره جنوبي، استراليا، اسرائيل و روسيه در رقابتي تنگاتنگ بر سر كسب پيشتازي جهاني در لااقل يك حوزه از اين فناوري به سر ميبرند . هم اكنون روي هم رفته حدود 30 كشور دنيا در زمينه فناوري نانو داراي "برنامه ملي" يا درحال تدوين آن هستند، وطي پنچ سال گذشته بودجه تحقيق و توسعه در امر فناوري نانو را به 5/3 برابر افزايش داده اند. كشورهاي ژاپن و آمريكا نيز فناوري نانو را اولين اولويت كشور خود در زمينه فناوري اعلام كرده اند . و امّا بطور كلي و خلاصه اينكه: o نانوتكنولوژي چست؟ o نانوتكنولوژي مطالعه ذرات در مقياس اتمي براي كنترل آنهاست. هدف اصلي اكثر تحقيقات نانوتكنولوژي شكلدهي تركيبات جديد يا ايجاد تغييراتي در مواد موجود است. نانوتكنولوژي در الكترونيك، زيستشناسي، ژنتيك، هوانوردي و حتي در مطالعات انرژي بكار برده ميشود. o چرا " Nano"؟ o nano كلمهاي يوناني به معني كوچك است و براي تعيين مقدار يك ميليارديم يا 9- 10 يك كميت استفاده ميشود. چون يك اتم تقريباً" 10 نانومتر است، اين اصلاح براي مطالعه عمومي روي ذرات اتمي و مولكولي بكاربرده ميشود. o تفاوت بين نانوعلم و نانوتكنولوژي چيست؟ o نانو علم صرفا" تحقيق است ولي نانوتكنولوژي كاربرد تحقيقات براي حل مسائل و ساخت مواد جديد است. o نانوتكنولوژي از كجا آمده است؟ o براي اولين بار ريچارد فينمن برنده جايزه نوبل فيزيك پتانسيل نانوعلم را در يك سخنراني تكاندهنده با نام " درپايين اتاقهاي زيادي وجود دارد"، مطرح كرد . فينمن اصرار داشت، كه دانشمندان ساخت وسائلي را،كه براي كار در مقياس اتمي لازم است، شروع كنند. اين موضوع مسكوت ماند، تا اينكه اريك دركسلر (دانشجوي تحصيلات تكميليMIT) نداي فينمن را شنيد و يك قالبكاري براي مطالعه "وسايلي كه توانايي حركت دادن اشياء مولكولي و مكان آنها را با دقت اتمي دارند" ايجاد كرد، كه در سپتامبر 1981 در مقالهاي با نام " پروتئين راهي براي توليدانبوه مولكولي ايجاد ميكند" آن را ارائه داد. دركسلر آن را با كتابي بنام " موتورهاي خلقت" دنبال كرد و توسعه مفهوم نانوتكنولوژي را همانند يك كوشش علمي ادامه داد. اولين نشانه هاي ثبتشده از اين مفهوم نانوتكنولوژي تغيير مكان دادن اشيا مولكولي، در سال 1989 بود، موقعي كه دانشمندي در مركز تحقيقات آلمادنIBM اتمهاي منفردگزنون را روي صفحه نيكل حركت داد، تا نام IBM را روي سطح نيكل نقش كند. o آيا نانوتكنولوژي خياليتر از علم است؟ o از موقعي كه اولين مقاله در دهه گذشته منتشر شد، از نانوتكنولوژي همانند چوبدست سحرآميزي براي ساخت كودكان طراح تا ماشينهاي توليد اكسيژن براي استعمار كره مريخ، تصور ميشد. هيجانات از واقعيات جلوتر بود، اما پيشرفت واقعي با مسائلي پيشپا افتاده شروع شد.چند سال پيش محققين در دانشگاههاي كاليفرنيا، رايس وMIT موفق به ساخت نانوذراتي شدند، كه به دانشمندان كمك ميكردند. تعدادي از اساتيد اين دانشگاهها شركتهايي تأسيس كردند، كه وسايل موردنياز براي تحقيقات مقياس نانو را ميساختند. اكنون آنها به شدت دنبال حفاظت كارهايشان از طريق ثبت اختراع هستند، تا زمينه توليد فرايندهايشان را فراهم كنند. كاربردهاي علمي نانوعلم هنوز كم است. اما مقداري از توليدات اوليه اكنون وارد بازار ميشوند. o كارهاي علمي انجامشده بوسيله نانوتكنولوژي چيست؟ o بيشترين كار علمي روي ايجاد تغييراتي در مواد شيميايي يا نقشهبرداري از تركيبات زيستي، مانند DNA و سلولهاي سرطاني است. بعضي ازاولين محصولات تجاري، بهبود توليدات شيميايي كنوني يا روشهاي پزشكي است.
+ نوشته شده در جمعه نوزدهم مرداد 1386ساعت 22:32 توسط حسین
|
|
|
