نانو تکنولوژی چیست و چه کاربردهایی دارد؟

فن آوری نانوتکنولوژی شاخه ای از فن آوری است که با ذرات کوچک تر از 100 نانومتر سروکار دارد.این حوزه شامل روش هایی در مقیاس بسیار کوچک است و در یک حوزه مطالعات فنی عمیق توسعه یافته است. طیف گسترده ای از کاربردهای نانوتکنولوژی به دنبال درمان برخی از چالش های مهم است که طی سال ها تکرار شده اند و این مشکلات ناشی از مسائل حقوقی, محیطی, اخلاقی, پزشکی و روانی است.

استفاده از طیف نانوتکنولوژی در زمینه های الکترونیک, پزشکی و نوری و همچنین زیست شناسی, محاسبات, ارتباطات و مهندسی شامل می شود. دولت از پروژه هایی با هدف پیشبرد فن آوری نانو از طریق تاسیس موسسه ملی نانوتکنولوژی حمایت می کند.

فناوری نانو تکنولوژی پزشکی:

در پزشکی, نانوتکنولوژی به توسعه قابل توجهی در نوآوری های مرتبط با سلامت منجر شده است. در زمینه نانوتکنولوژی و نانومواد, نوآوری های سلامت و داروهای بهتر محقق شده است. صنعت داروسازی از ایده های جدید به ویژه از طریق رهایش دارو, تصویربرداری در بدن و درمان های جدید انتظار دارد. پیش بینی آینده شامل ترمیم بافت و سلول از طریق نانوتکنولوژی است.

فناوری نانو تکنولوژی محیط:

جنبه زیست محیطی نانوتکنولوژی, یافتن درمان های طولانی مدت برای آلودگی های زیست محیطی است. هدف از فن آوری نانو تکنولوژی افزایش پایداری از طریق ساخت نانو محصولات سبز است. هدف آن تولید محصولاتی است که برای محیط زیست بی ضرر باشند, از دماهای پایین استفاده کنند و نانوتکنولوژی سبز تولید محصولات موجود با نانو مواد سازگار با محیط زیست را افزایش دهد.

فناوری نانو تکنولوژی در کشاورزی:

نانو تکنولوژی همچنین به دنبال ارائه راه حل هایی برای امنیت غذایی است. در سطح جهانی، مشکلات ناشی از خشکسالی باعث کاهش تولید مواد غذایی به ویژه در بخش کشاورزی شده است. در این مورد، نانوتکنولوژی به فن آوری موجود ارگانیسم های اصلاح شده ژنتیکی در یافتن راه های جدید برای بهبود تولید مواد غذایی کمک می کند.

علاوه بر این چنانچه در بحث معرفی فناوری نانو در نمناک بیان شده است ، نانوتکنولوژی به دنبال حذف خطرات مرتبط با ارگانیسم های اصلاح شده است. بنابراین، استفاده گسترده از نانوتکنولوژی منجر به تولید بهتر و بیشتر غذا برای جلوگیری از قحطی شده است که ادعا می کند در بسیاری از کشورها جان خود را از دست داده است.

فناوری نانو تکنولوژی علوم و مهندسی:

نانو تکنولوژی نیز در زمینه مهندسی کاربرد دارد. از طریق نانوتکنولوژی، مهندسی دقیق تر و قابل اعتماد شده است. این دقت کاهش قابل توجهی از مشکلات مکانیکی را نشان داده است که پیش از این در رابطه با حوادث و مرگ های ناشی از آن شایع شده بودند.

در زیست شناسی، نانوتکنولوژی نیز به مطالعه بافت ها و سلول ها به روش دقیق تر کمک کرده است. در شیمی، عناصر و اتم های بیشتری با استفاده از نانوتکنولوژی و در نتیجه تحقیقات بهتر در مقایسه با مطالعات گذشته کشف می شوند.

در نهایت، نانوتکنولوژی در تحقیق و طراحی (R &) برای بهبود تحقیقات و نوآوری های مورد استفاده قرار می گیرد. پیشرفت های تکنولوژی در تحقیقات از طریق این زمینه منجر به اختراعات با هدف بهبود زندگی خواهد شد.

تاثیرات نانو تکنولوژی:

استفاده از نانوتکنولوژی در سال های اخیر باعث بهبود چشمگیری در بسیاری از زمینه ها شده است. با این حال، متخصصان در مورد کاربرد گسترده آن با گمانه زنی های ناشناخته از خطرات نانو ذرات که هنوز ایجاد نشده اند، هشدار داده اند. این ذرات بسیار ریز هستند و با چشم غیر مسلح دیده نمیشوند.

اثرات زیست محیطی این ذرات کوچک نانو ممکن است منجر به مشکلات عظیمی در آینده شود اگر مقیاس های جدید اختراع نشده باشند. بنابراین، نانوتکنولوژی ها باید به دقت مورد تحقیق قرار گیرد تا میزان آسیب ناشی از تجمع نانوذرات در محیط را تعیین کند.

 اهمیت ، اثرات و فواید نانو تکنولوژی:

در ادامه این بخش مهم و مفید از نمناک 10 اثر نانوتکنولوژی وجود دارد که زندگی ما را به صورت روزانه تحت تاثیر قرار می دهد.

1. کامپیوترهای سریع تر، کوچک تر، و قدرتمندتر که برق بسیار کمتری مصرف می کنند، با باتری هایی با دوام طولانی تر:مدارهای ساخته شده از نانولوله های کربنی می توانند در حفظ رشد قدرت کامپیوتر، حیاتی باشند و اجازه دهند قانون موری ادامه یابد.

2. تجهیزات تشخیصی پزشکی سریع تر، کاربردی تر، و دقیق تر:فن آوری تراشه ها یک تست مراقبت از مواد را در زمان واقعی فراهم می کند که مراقبت پزشکی را تسریع می کند. سطوح خراشیده بر روی ایمپلانت ها باعث بهبود لباس و مقاومت در برابر عفونت می شوند.

3. ذرات نانو در محصولات دارویی جذب خود را در بدن بهبود می بخشند و اغلب از طریق دستگاه های پزشکی ترکیبی، آن ها را آسان تر می کنند:همچنین می توان از نانوذرات برای انتقال داروهای شیمی درمانی به سلول های خاص نظیر سلول های سرطانی استفاده کرد.

4. بهبود کارآیی سوخت وسیله نقلیه و مقاومت در برابر خوردگی با ساخت قطعات وسیله نقلیه از مواد نانوکامپوزیت که سبک تر، محکم تر و نسبت به فلز بیشتر مقاوم هستند:نانوفیلترها تقریباً تمام ذرات معلق از هوا را قبل از رسیدن به محفظه احتراق و بهبود بیشتر گاز، از هوا خارج می کنند.

5. نانو ذرات یا نانوالیاف در پارچه می توانند مقاومت لکه، آب و شعله را بدون افزایش قابل توجه در وزن، ضخامت و یا استحکام بافت افزایش دهند:به عنوان مثال، “نانو” در شلوار آن ها را نسبت به آب و آب مقاوم می کند.

6. فیلترهای آب که تنها 15 تا 20 نانومتر هستند، می توانند ذرات نانو، از جمله تقریباً همه ویروس ها و باکتری ها را از بین ببرند:این سیستم های تصفیه آب قابل حمل مقرون به صرفه برای بهبود کیفیت آب آشامیدنی در کشورهای نوظهور، ایده آل هستند.

7. نانوتیوب های کربنی دارای کاربردهای تجاری متنوعی از جمله ساخت تجهیزات ورزشی قوی تر و سبک تر هستند:برای مثال, راکت تنیس ساخته شده با نانولوله های کربنی در طول ضربه ها کم تر خم می شوند و نیرو و دقت تحویل را افزایش می دهد. توپ تنیس با نانوذرات می تواند دو برابر توپ تنیس استاندارد باشد.

8. امروزه اکثر کرم های ضد آفتاب از نانوذرات ساخته شده اند تا نور را به طور موثر جذب کنند:آن ها همچنین به راحتی روی پوست پخش می شوند و همین نانوذرات ها در بسته بندی مواد غذایی برای کاهش اشعه uv و افزایش طول عمر مفید هستند.

9. بسیاری از بطری ها از پلاستیک حاوی نانوکیل ها ساخته می شوند که مقاومت به عبور اکسیژن, کربن دی اکسید و رطوبت را افزایش می دهند:این به حفظ آب و گاز و افزایش عمر قفسه ای تا چند ماه کمک می کند.

10. به لطف نانوتکنولوژی, انواع زیادی از حسگرهای شیمیایی برای کشف یک ماده شیمیایی خاص در سطوح بسیار پایین برنامه ریزی شده اند:این قابلیت برای سیستم های نظارت و امنیت در آزمایشگاه ها, مکان های صنعتی و فرودگاه ها ایده آل است. در جبهه پزشکی, برای تشخیص دقیق سلول ها یا مواد در بدن نیز می توان از آن استفاده کرد.

چرا نانوتکنولوژی در جهان امروز اینقدر مهم است؟

امید است که نانوتکنولوژی بتواند مجموعه ارزشمندی از ابزارهای تحقیقاتی و دستگاه های مفید بالینی در آینده نزدیک ارائه کند. طرح ملی نانوتکنولوژی انتظار دارد که کاربردهای تجاری جدیدی در صنعت داروسازی از جمله سیستم های پیشرفته تحویل دارو, درمان های جدید و تصویربرداری در بدن توسعه یابد.

ارتباطات عصبی – الکترونیک و دیگر حسگرهای مبتنی بر نانوالکترونیک نیز اهداف تحقیق حاضر هستند. در زمینه نظری نانوتکنولوژی, تصور می شود که دستگاه های تعمیر سلولی می توانند در زمینه پزشکی انقلابی ایجاد کنند.

فن آوری نانو برای ارائه یک روش جدید و بهبود یافته برای تشخیص و درمان سرطان طراحی شده است. دستگاه های مقیاس نانو می توانند با مولکول های بیولوژیکی بزرگ روی سطح و داخل سلول های درگیر در سرطان تعامل داشته باشند.

از آنجا که فرآیندهای زیستی, از جمله رویدادهایی که منجر به توسعه سرطان می شوند, در مقیاس نانو در سطح و درون سلول ها رخ می دهند, فن آوری نانو ابزارهای فراوانی را برای این زمینه ارائه می دهد.

فواید تشخیصی فناوری نانو تکنولوژی:

در مبارزه با سرطان, پیروز شدن نیمی از نبرد براساس تشخیص اولیه است.

تصویربرداری فناوری نانو تکنولوژی:

روش های تصویربرداری در حال حاضر می توانند طیف وسیعی از سرطان ها را تشخیص دهند. این امر اغلب سال ها طول می کشد:تا این زمان, هزاران سلول تکثیر می کنند و یا شاید پخش هم شوند.

حتی در مواردی که قابل رویت است, ماهیت تومور – بدخیم یا خوش خیم – و ویژگی هایی که ممکن است به یک درمان خاص پاسخ دهد, باید از طریق نمونه برداری تهاجمی ارزیابی شود.

به جای آن تصور کنید که اگر سلول های سرطانی یا حتی پیش سرطانی با دستگاه های اسکن معمولی تشخیص و برچسب گذاری شوند.

دو چیز لازم است:

1. چیزی که به طور خاص یک سلول سرطانی را مشخص می کند
2. چیزی که آن را قادر به دیدن می سازد

هر دو می توانند از طریق نانوتکنولوژی به دست آیند.

برای مثال, آنتی بادی های موجود در سلول های سرطانی می توانند بر روی نانوذرات پیدا شوند، تا زمانی که تصاویر تشدید مغناطیسی (mri) یا توموگرافی محاسبه شده (ct) مورد استفاده قرار گیرند, یک سیگنال کنتراست بالا ایجاد شود.

بنابراین نانوتکنولوژی می تواند تجسم کردن نشانگرهای مولکولی باشد که مراحل و انواع سرطان ها را شناسایی می کنند و به پزشکان اجازه می دهند سلول ها و مولکول های غیرقابل کشف را از طریق تصویربرداری معمول ببینند.

فناوری نانو تکنولوژی در غربالگری بیومارکر:

بررسی تشخیصی برای فعالیت زیستی در بافت ها و مایعات می تواند به طور بالقوه توسط نانوتکنولوژی ایجاد و تحول یابد. سرطان فردی با تغییر در بیان و توزیع ده ها تا صدها مولکول متفاوت از هم دیگر است.

همان طور که داروها پیش می روند، ممکن است نیاز به تشخیص همزمان چندین مشخصه زیستی برای شناسایی سرطان برای انتخاب درمان داشته باشد. سنسورهای پایه نانومقیاس و نانوسیم ها می توانند بیومارک های سرطانی را تشخیص دهند.

نانوذرات از جمله نقاط کوانتومی، که نور رنگ های مختلف را بسته به اندازه خود ساطع می کنند، می توانند تشخیص همزمان مارکرهای چندگانه را ممکن سازند.

در این تصویر، نقطه های کوانتومی به صورت کره های طلایی به تصویر کشیده می شوند، که رشته های DNA آسیب دیده را جذب می کنند و با سرطان مرتبط هستند.

هنگامی که نقطه های کوانتومی در معرض انواع خاصی از نور قرار می گیرند، انرژی را به مولکول های فلورسنت انتقال می دهند، که به صورت کره های صورتی نشان داده می شوند که نور ساطع می کنند.

این امر محققان را قادر می سازد تا رشته های DNA مرتبط با سرطان را شناسایی و شمارش کنند.اما عیب آن، این است که نقطه های کوانتومی معمولاً از عناصر بسیار سمی ساخته می شوند.

فواید درمان و نتایج بالینی با فناوری نانو تکنولوژی:

درمان های سرطانی در حال حاضر محدود به جراحی، تشعشع درمانی، هورمون و شیمی درمانی است. هر چهار تای این روش ها آسیب به بافت های طبیعی و گاهی از بین بردن کامل سرطان را به خطر می اندازند. نانو تکنولوژی روشی برای درمان مستقیم و به طور انتخابی در سلول های سرطانی ارائه می دهد.

فناوری نانو تکنولوژی و نانوحامل ها:

شیمی درمانی مرسوم از داروهای شناخته شده برای کشتن سلول های سرطانی استفاده می کند. اما این داروها سلول های سالم را به علاوه سلول های تومور می کشند که منجر به اثرات جانبی معکوسی مثل حالت تهوع، ناخوشی، کاهش مو، خستگی، به خطر افتادن عملکرد سیستم ایمنی و آسیب احتمالی به قلب و دیگر اندام ها می شوند.

نانوحامل ها به عنوان حامل دارو برای شیمی درمانی مورد استفاده قرار می گیرند، که مستقیماً دارو را به تومور و یا تامین خون منتقل می کنند، در حالی که بافت سالم را حفظ می کنند. نانوحامل ها چندین مزیت نسبت به شیمی درمانی سنتی دارند.

ویژگی آن ها:

• محافظت از دارو در بدن قبل از رسیدن به هدف
• افزایش جذب داروها به داخل تومورها و در سلول های سرطانی.
• اجازه می دهید کنترل بهتری نسبت به زمان بندی و توزیع داروها به بافت داشته باشد و برای انکولوژیست ها ها برای ارزیابی چگونگی عملکرد آن ها برای انکولوژیست ها آسان تر باشد.
• جلوگیری از دارو از تعامل با سلول های طبیعی، در نتیجه از اثرات جانبی آن ها پرهیز می کند.

هدف گیری منفعل:

در حال حاضر چندین داروی ضد نانوحامل در بازار وجود دارند که بر هدف قرار دادن غیرفعال از طریق فرآیندی که به عنوان “نفوذپذیری و نگهداری بالا” شناخته می شود تکیه دارند، زیرا اندازه و خواص سطحی آن ها می تواند از طریق دیواره های ظرف خون به بافت ها منتقل شود.

علاوه بر این، تومورها تمایل دارند که رگ های خونی و زه کشی لنفاوی ناقص داشته باشند، که باعث تجمع نانوذرات در آن ها می شوند:این مواد حاوی سمیت سلولی مرتبط هستند که مورد نیاز است، از بافت سالم محافظت می کند و اثرات جانبی مضر را کاهش می دهد.

هدف گیری فعال:

نانوذرات از طریق مولکول هایی که بر روی سطح سلول خود بیان می کنند، به طور فعال دارو را به سلول های سرطانی هدایت می کنند.مولکول هایی که به گیرنده های سلولی خاص متصل می شوند را می توان به یک نانوذره متصل کرد، تا به طور فعال سلول های گیرنده را مورد هدف قرار دهند.

هدف گیری فعال حتی می تواند برای انتقال دارو به سلول سرطانی به وسیله القای سلول برای جذب، مورد استفاده قرار گیرد. هدف گیری فعال را می توان با هدف قرار دادن غیر فعال برای کاهش بیشتر برهمکنش دارو با بافت سالم به منظور دستیابی به کاهش بیشتر در تومور با استفاده از دوزهای پایین تر دارو، ترکیب کرد.

تخریب از داخل:

با انتقال از عوامل شیمی درمانی مرسوم که مکانیسم های مولکولی طبیعی را فعال می کنند تا مرگ سلولی را القا کنند، محققان در حال بررسی راه هایی برای نابود کردن فیزیکی سلول های سرطانی در داخل هستند.یکی از این فنآوری ها از “نانو شل ها” در آزمایشگاه برای نابود کردن تومور از داخل استفاده کرده است.

نانو شل شامل مهره هایی است که حدود سه میلیونیوم پهنا دارد و یک دیوار فلزی خارجی و هسته مرکزی سیلیکون در آن وجود دارد. نانو شل ها را می توان برای جذب نور فرکانس های مختلف، تولید حرارت (هیپرترمی) طراحی کرد.

هنگامی که سلولهای سرطانی نانوشل ها را جذب می کنند (از طریق هدف گیری فعال)، دانشمندان نوردر مادون قرمز را می دهد که توسط نانوشل ها جذب می شود و آنطور که در نمناک گفته شدهاست این باعث ایجاد گرمای شدید در داخل تومور می شود و به طور انتخابی سلول های تومور را بدون مزاحم شدن سلول های سالم موجود می کشد.

موسسه ملی سرطان:

به طور مشابه، نانوذرات مغناطیسی هدفمند در حال توسعه هستند، که تنها هنگام استفاده از تصویرسازی تشدید مغناطیسی (MRI) قابل مشاهده نخواهند بود، بلکه با استفاده از هیپرترمی سلول ها را از بین می برند.

مثال هایی از نانوتکنولوژی ها تایید شده برای سرطان:

لیپوزوم ها، که اولین ابزار در مقیاس نانو هستند، به عنوان وسایل نقلیه تحویل دارو در چندین محصول مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال، لیپوزومال آمفوتریسین B برای درمان عفونت های قارچی اغلب همراه با عملیات ضد سرطانی تهاجمی استفاده می شود.

داروی دوکسیل همچنین از لیپوزوم ها استفاده می کند:

لیپوزومال دوکسوروبیسین برای درمان سرطان های مشخص و تخمدان استفاده می شدند. دوکسیل با شیمی درمانی موثر مبارزه می کند و آن را به لیپوزوم و یک لایه دیگر از رشته های مو مانند از یک لاستیک به نام متکسو پلی اتیلن گلیکول تبدیل می کند.

این روکش به دوکسیل اجازه می دهد تا از تشخیص و تخریب سیستم ایمنی اجتناب کنند، در نتیجه زمان ماندگاری دارو در بدن را افزایش می دهد.دوکسیل فرصت بیشتری برای رسیدن به بافت توموری دارد، که در آن دارو به آرامی چکه می کند.