دنیایی به وسعت نانو

فن آوری نانو علم و مهندسی در مقیاس اتم و مولكول است یا به تعبیر دیگر تولید و استفاده از دستگاه های بسیار كوچك است، تا به آن حد كوچك كه تولید كوچكتر از آنها امكانپذیر نیست.دنیایی را در نظر بگیرید كه دستگاه هایی به كوچكی گلبول های خون، در بدن ما گشت زنی می كنند تا با هرگونه عامل خطرناك خارجی مبارزه كنند، تراشه های حمل داده از گرد و غبار هم كوچك ترند، ریزترین ویروس های موجود در هوا توسط فیلترهایی به همان اندازه تصفیه می شوند، فضاپیماها هنگام پرتاب به اندازه یك تلویزیون هستند و هزاران هزار معمای عجیب و كوچك دیگر در آن دیده می شود. به ظاهر، این دنیا یكی از قصه های هزار و یك شب یا فیلمنامه ای از هالیوود است، اما حقیقت آینده زندگی ماست. دنیایی كوچك، اما در عین حال با عظمت؛ دنیایی كه قطعا روزی فرزندان ما در آینده ای نه چندان دور در آن خواهند زیست؛ دنیایی به وسعت نانو.
ساده ترین تعریف از فن آوری نانو، تعریف زیر است. این فن آوری علم و مهندسی در مقیاس اتم و مولكول است یا به تعبیر دیگر تولید و استفاده از دستگاه های بسیار كوچك است؛ تا به آن حد كوچك كه تولید كوچكتر از آنها امكانپذیر نیست. اندازه ساختارهای نانو از ۱/۰ تا۱۰۰۰نانومتر است و هر نانو مقیاسی در طول، به اندازه یك میلیاردیم متر است. این مقیاسی است كه فعالیت های بنیادی زیستی دنیا در آن انجام می شود. موادی كه در این مقیاس وجود دارند خواص غیر معمول شیمیایی و فیزیكی دارند. اگر یك نانومتر به پهنای نوك سنجاق بود در آن صورت پهنای یك نوك سنجاق به اندازه فاصله میان تهران تا مشهد، یعنی در حدود ۱۰۰۰ كیلومتر می بود.اما در دنیای واقعی ما نوك یك سنجاق در حدود یك میلیون نانومتر پهن است. پهنای بیشتر اتم ها ۱/۰ تا۲‎/۰ نانومتر است، رشته های ۲DNAنانومتر پهنا دارند. قطر سلول های قرمز خون در حدود ۷۰۰۰نانومتر و قطر هر تار موی انسان ۸۰ هزار نانومتر است.بشر در طول قرن ها، ندانسته از برخی خواص غیرمعمول مواد در مقیاس نانو بهره برده است. برای نمونه، بشر در طول قرن ها می دانسته است كه ذرات بسیار ریز طلا می توانند به صورت قرمز و سبز هم درآیند و به همین دلیل در طول هزار سال گذشته، از آن در تولید پنجره های رنگی استفاده كرده است. امروزه از فن آوری نانو در علوم و رشته های مختلفی، از ساخت پنجره های هوشمند گرفته تا فضاپیماها استفاده فراوانی می شود.اولین ایده فن آوری نانو در سال ۱۹۵۹ میلادی توسط ریچارد فین مان ارائه شد. او كه یك فیزیكدان مشهور بود. در یك سخنرانی، نظریه ساخت چیزهایی به اندازه اتم و مولكول را برای اولین بار مطرح كرد. او در این سخنرانی برای ذكر یك مثال این چنین عنوان كرد كه با این شیوه می توان مثلا دایره المعارف بریتانیكا را روی نوك یك سوزن نوشت. اما استفاده از فن آوری نانو عملا تا سال ۱۹۸۱ در حد یك نظریه بود. در این سال مهندسان ای بی ام در زوریخ- یكی از شهرهای سوئیس- اولین میكروسكوپ اسكنر دنیا را تولید كردند. این میكروسكوپ به ما اجازه می دهد كه با اسكن سطح كریستال های سلیكون به وسیله ابزار بسیار ریزی اتم های منفرد را ببینیم.تا به حال روش های زیادی برای گرفتن تصویر در مقیاس اتم ابداع شده است. این روش ها میكروسكوپ نیروی اتمی (AFM)، تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) و حتی یك میكروسكوپ تشخیص نوری را شامل می شود.در سال ۱۹۸۵ موفقیت بزرگ دیگری در زمینه فن آوری نانو به دست آمد. در این سال شیمیدان ها توانستند با استفاده از ۶۰ اتم كربن یك مولكول توپ مانند بسازند. آنها این مولكول فوتبالی را buckminsterfullerene نامیدند، البته این مولكول در مجامع علمی به c۶۰ هم معروف است. در سال ۱۹۹۱ موقعیت بزرگ دیگری به دست آمد و محققان، موفق به ساخت نانو تیوپ ها شدند.
این ساختار نانو، شش بار سبك تر از فولاد است، اما قدرت آن ۱۰۰ بار بیشتر است. هر دو این نانو ساختارها كاربردهای ویژه و فراوانی دارند. نانو تیو پ ها، به صورت بافت تولید می شوند و از آنها برای ساخت پلاستیك های سخت، چیپ های كامپیوتر، تشخیص دهنده گازهای سمی و هزاران چیز دیگر استفاده می شود. در آینده احتمال می رود از نانو تیوپ ها برای ساخت آسانسورهای فضایی استفاده شود.
در سالهای اخیر با استفاده از فن آوری نانو، دستگاه ها و ابزارهای متفاوتی تولید شده است كه در اینجا به برخی از آنها اشاره می شود: ریز ترانزیستورها، نانودیودها، نانوسنسورها، بیستون های مولكولی، موتورهای زیست مولكولی، نانودماسنج، یك نانو گیتار، حتی یك خودنویس در مقیاس نانو، اما مهندسی ساخت مقیاس نانو چگونه است؟ در جواب باید گفت كه این رشته جدید یكی از سخت ترین و پیچیده ترین كارهای دنیا محسوب می شود. در واقع می توان گفت كه این مهندسی برخلاف تمام مهندسی های دیگر است. اگر در رشته های دیگر مهندسان از بالا به پایین به اجزا و قطعات نگاه می كنند، در مهندسی نانو مهندسان باید از پایین به بالا نگاه كنند. در برخی نانوموادها مانند نانوسیم ها، مهندسان نانو به گونه ای عمل كرده اند كه این مواد خودشان درست شوند، یعنی در یك پروسه از پیش برنامه ریزی شده، مواد و ابزار اولیه قطعه مورد نظر را می سازند.
محققان همچنین به دنبال روش هایی هستند تا پروتئین ها، DNA، ویـــروس ها و دیگر میكروارگانیزم ها را مجبور كنند در ساخت نانوموادها نقش فعالی ایفا كنند. در برنامه های آتی، محققان می خواهند عناصر طبیعی دیگری را هم درگیر این پروژه كنند. البته در این كار، یك مشكل اساسی وجود دارد و آن عدم وجود دقت مهندسان در اندازه گیری فاصله ها و اندازه های ساختارهای نانو موجود است كه انتظار می رود این مشكل با ساخت یك نانو خط كش در مقیاس اتم حل شود.
در حال حاضر از فن آوری نانو بیشتر در ساخت نانوابزارهای پزشكی، كاتالیزورهای جدید برای صنایع مختلف و قطعات بسیار ریز برای كامپیوترها استفاده می شود.در علم پزشكی، فن آوری نانو، انقلاب عظیمی به وجود آمده است كه با روند كنونی پیشرفت، احتمالا در آینده هر نوع بیماری را ریشه كن خواهد كرد. از نانوساختارهای علم پزشكی می توان به موارد گوناگونی اشاره كرد كه در اینجا با برخی از آنها آشنا می شویم. البته بعضی از موارد كه ذكر خواهند شد فعلا در مرحله تحقیق هستند و هنوز به صورت عملی از آنها استفاده نمی شود. یكی از موارد مهم استفاده از فن آوری نانو، بمب های هوشمند هستند كه از آنها برای مبارزه با تومورهای سرطانی استفاده می شود؛ به این روش كه این بمب های هوشمند، داروهای ضدسرطان را دقیقا به سلول هایی كه سرطان در آنها ریشه دوانده است می رسانند و به دیگر سلول های سالم هیچ آسیبی وارد نمی كنند. برای مبارزه با تومورها از ریزگلوله های طلایی هم استفاده می شود كه در بدن انسان به دنبال تومورها می گردند و پس از پیدا كردن آنها، به وسیله داروهای ویژه ای نابودشان می سازند. از بین بردن سرطان، مبارزه با بیماری ها و حتی رشد دادن ارگان ها از دیگر كاربردهای فن آوری نانو در زمینه پزشكی است. بیوشیمیدان ها هم امیدوارند از ویروس ها به عنوان نانودوربین استفاده كنند تا تصویر واضح تری از اتفاقاتی كه در درون سلول روی می دهد در دست داشته باشند.
در دنیای كامپیوتر و انفورماتیك هم فن آوری نانو تغییرات زیادی ایجاد كرده است. این فن آوری، سیستم های كامپیوتری را كوچك تر و پرقدرت تر كرده است. از مهمترین كاربردهای فن آوری نانو می توان به استفاده از آن در ساخت میكروچیپ ها و هاردهای كوچك، اما با گنجایش بسیار بالا اشاره كرد. برخی محققان هم طی تحقیقاتی ثابت كرده اند كه با استفاده از فن آوری نانو می توان حتی كامپیوترهایی تولید كرد كه درون باكتری ها جای بگیرند.اما با همه این احوال، فن آوری نانو مخالفان سرسخت بسیار زیادی هم دارد كه مهمترین و فعال ترین آنها گروه های حفاظت از محیط زیست هستند. نكته مورد تاكید گروه های مخالف، این است كه ما در مورد اثرات سوء فن آوری نانو چیز زیادی نمی دانیم، اثراتی كه می توانند حتی گاهی همانند یك سم خطرناك بر محیط زیست تاثیر بگذارند. نكته دوم این است كه كنترل خاصی بر فن آوری نانو نداریم و اگر این فن آوری در آینده به صورت بسیار گسترده مورد استفاده قرار گیرد، می تواند از كنترل خارج شده و خطراتی برای انسان به وجود آورد.در این زمینه تحقیقات علمی چندی هم انجام شده است. در یكی از این تحقیقات مشاهده شده كه میزان زیاد نانوتیوپ ها به ریه های موش های آزمایشگاهی آسیب وارد می كند. در سال ۲۰۰۴ هم طی تحقیق دیگری مشخص شد c۶۰ باعث ایجاد صدماتی در مغز ماهی می شود. با این حال، فن آوری نانو در زمینه محیط زیست هم كاربردهای بسیار زیادی دارد كه همین مسئله نحوه برخورد با آن را كمی پیچیده كرده است. در هر صورت، فن آوری به سرعت در حال پیشرفت است و در آینده نه چندان دور، تمامی زمینه های علمی را درگیر خود خواهد كرد.

منبع : روزنامه همشهری