فصل اول
مقدمه ای بر نانو فناوری
هدف کلی
آشنایی با تعاریف اهمیت کاربرد های کلی نانو فناوری و نانومواد
هدف هاییادگیری
پس از مطالعه باید توانایی های زیر را بدست بیاورید:
مفهوم نانو فناوری را درک و مواد مختلفی را که در مقیاس نانو در طبیعت وجود دارد نام ببرید.
علت اهمیت نانو فناوری و تاثیر آن بر خواص مواد را شرح دهید.
انواع نانو مواد و روش های طبقه بندی آنها را شرح دهید.
انواع نانو ساختار ها و خواص آنها را شرح دهید.
اهمیت نانو لوله های کربنی و فولرن ها را در نانو فناوری شرح دهید.
مفهوم شیمی سطح در نانو فناوری و اهمیت آن را شرح دهید.
مزایا و معایب نانو فناوری را شرح دهید.
کاربرد های مهمی از نانو فناوری را نام برده و شرح دهید.
مقدمه
نانو فناوری با ساختار های کوچک یا با مواد در اندازه های کوچک سروکار دارد.ابعاد نمونه در این فناوری از زیر نانومتر تا چند
صد نانومتر گسترده است.این فناوری که گاهی اوقات به نانوتک معروف است تنظیم اندازه ماده در مقیاس اتمی و مولکولی است.
معموال، نانو فناوری با مواد ، وسایل و ساختار های دیگر، با اندازه۱الی۱۰۰نانومتر ، حداقل در یک بعد سروکار دارد.در این
مقیاس، اثر های مکانیک کوانتومی در ناحیه هایی که به ناحیه های کوانتومی معروف است ، اهمیت دارد.
یک نانومتر(mn)معادل یک بیلیونیم متر است.در شکل۱_۱، فهرستی از نانو ساختارهای ابعادی صفر و محدوده های ابعادی آنها
نشان داده شده است.یک نانو متر تقریبا معادل با طول۱۰اتم هیدروژن یا۵اتم سیلیسیم که در یک خط در کنار هم قرار داده
شوند،است.
با توجه به کاربرد های گسترده که نانو فناوری پیدا کرده است، به عنوان یک فناوری کلیدی برای حال و آینده مورد توجه قرار گرفته
و به این علت، دولت ها میلیارد ها دالر برای تحقیق و پژوهش در این صنعت ، سرمایه گذاری کرده و می.کنند.در اولین مرحله
سرمایه گذاری در این فناوری ، آمریکا۳.۷میلیارد، اتحادیه اروپا۱.۲میلیارد و ژاپن۷۵۰میلیون دالر سرمایه گذاری کرده اند.
نانو فناوری بسیار گسترده و متنوع است.به طوری که از جنبه های فیزیکی تا جنبه های کامال ً جدید بر پایه خودآرایی مولکولی ، یا
توسعه مواد جدید با ابعاد نانو تا کنترل مستقیم ماده در مقیاس اتمی ، گسترده شده است.در حال حاضر ، این فناوری کاربردهای
متنوعی در حوزه های مربوط به سطح ، شیمی، زیست شناسی مولکولی، فیزیک نیمه هادی ها، تولیدات ریز و غیره دارد.
نانو فناوری ابزارها ، ماشین ها و فراورده های فراوانی در اختیار دارد که می توان از آنها برای کاربرد های
مختلف به نحو احسن استفاده کرد.به عنوان مثال، یک کاربرد نانو فناوری در ترمیم سلولی است.با استفاده از
ربات های در مقیاس نانو، که نانو قایق نام دارند در بدن جست و جو انجام می شود و نیاز های سلول ها(مثل
ترمیم آنها)کشف می شود مواد الزم برای رفع این نیازها در اختیارشان قرار داده می شود.همچنین در مواردی
مانند آسیب مغزی هم این نانو قایق ها موضع را تحت کنترل خود در می آورند و آنها را به سمت تمایز به سلول
عصبی سوق می دهند و به این ترتیب آسیب را ترمیم میکنند.
دانشمندان رشته های مختلف، در مورد مفاهیم و کاربرد های آینده نانو فناوری به طور مرتب تحقیق و پژوهش
میکنند.این فناوری ممکن است قادر به تولید مواد و وسایل جدید زیادی با کاربرد های بسیار متنوع در زمینه
دارویی ، الکترونیک، مواد زیستی و تولید انرژی باشد.از طرف دیگر ، نانو فناوری نیز مانند هر فناوری
جدیدی ، پیامد ها و معایبی مانند سمیت و تراکم نانو مواد در محیط زیست را در بر دارد.
وقتی اندازه ها خیلی کوچک شود ، خواص مواد به مقدار قابل توجهی تغییر می کند.مواد در مقیاس میکرومتر ،
خواص فیزیکی تقریبا مشابه ماده در حالت توده ای را دارند.در حالی که خواص مواد در مقیاس نانومتر، به
طور قابل مالحظه ای با خواص آن در حالت توده ای متفاوت است.
هر کدام از این تعاریف در زمینه های تحقیقاتی ویژه ای صحیح است، اما هیچ کدام از آنها تمام محدوده نانو
فناوری را موشش نمی دهد.
به طور کلی، نانو فناوری می تواند به عنوان یک فناوری برای طراحی ، ساخت و کاربرد های نانو ساختار ها و
نانو مواد درک شود.تحلیل و درک اصولی خواص فیزیکی و پدیده های نانو مواد و نانو ساختارها نیز در نانو
فناوری بررسی می شود.مطالعه ارتباط های اساسی بین خواص فیزیکی ، پدیده هاو ابعاد مواد در مقیاس نانومتر
به عنوان علم نانو شناخته می شود.در ایاالت متحده آمریکا، نانو فناوری به صورت(نانو فناوری با مواد و
سیستم هایی سروکار دارد که فراورده ی آن دارای خواص و پدیده های فیزیکی، شیمیایی و زیست شناسی بدیع و
بهبود یافته ای حاصل از ساختار و اجزای مواد، در اندازه نانو مقیاس می باشد)تعریف شده است.
برای بررسی خواص و پدیدههای جدید فیزیکی و کاربردهای واقعی نانو ساختارها و نانومواد اولین مرحله در
نانوفناوری توانایی تولید و فرآوری نانو مواد و نانو ساختارها است.مواد نانو ساختار آنهایی هستند که حداقل در
یک بعد دارای اندازه نانومتر بوده و شامل نانوذرات(شامل نقاط کوانتومی وقتی که خاص کوانتومی ارائه می
دهد)نانو میله ها، نانوسیم ها، فیلم های نازک و مواد توده های ساخته شده از بلوک های ساختمانی نانو مقیاس یا
دارای ساختارهای نانو مقیاس، است
برای ساخت نانو ساختارها و نانو مواد فناوری های زیادی شرح داده شده است.این رویکرد های فنی را می توان به
چند روش طبقهبندی کرد یک روش گروه بندی بر اساس محیط رشد است که برخی از مهمترین آنها عبارتند از:
.1روش در فاز بخار که شامل واکنش پیرولیز لیزری برای سنتز نانو ذرات و تهنشینی الیه اتمی
برای تهنشینی فیلم نازک است.
.2روش در فاز مایع که شامل فرآیند کردن کلوئیدی برای تشکیل نانوذرات و خودآرایی نانولوله
ها است.
.3تشکیل فاز جامد که شامل جدایی فاز برای ساخت نانو ذرات فلزی در بافت شیشه و پلیمر شدن
القایی دو فوتونی برای تولید بلورهای فوتونیک سه بعدی است.
.4رشد هیبریدی، که شامل رشد بخار_مایع_جامد(VLS)نانوسیم ها است.
.5روش طبقه بندی دیگر گروه بندی روش ها بر اساس تشکیل محلول ها است که عبارتند از:
•تولید نانوذرات توسط فرآوری کلوئیدی احتراق شعلهای و جدایی فاز
•تولید نانو میله های نانو سیم ها به وسیله آبکاری بر پایه قالب رشد محلول_مایع_جامد(SLS)
و رشد آنیزوتروپی خود به خودی.
•تولید مواد توده ای نانو ساختار برای مثال بلورهای بافاصله ترازهای فوتونی توسط خودآرایی
نانوذرات.
•تولید فیلم های نازک توسط رونشستی باریکه مولکولی و تهنشین الیه اتمی.روش های مختلف
دیگری مانند رویکردهای باال به پایین و پایین به باال و اعمال نیرو نیز برای تولید و فراوری
نانو مواد و نانو ساختارها ارائه شده است.سنتز مولکول های پلیمری بزرگ مثالی از رویکرد
پایین به باال است که در آن بلوکهای ساختمانی منفرد برای تولید مولکول های بزرگ انباشته شده
و یا به ماده توده ای پلیمری تبدیل می شوند.رشد بلور، مثال دیگری از رویکرد پایین به باال
است که گونه های رشد یابنده ، اتم، یون، یا مولکول است که به طور مرتب در یک ساختار
بلوریمطلوب روی سطح رشد انباشته می شوند.
۱_۱تاریخچه نانو فناوری
اگرچه نانوفناوری در سال های اخیر در تحقیقات دانشمندان مطرح شده است ولی توسعه مفاهیم آن به مدت ها
قبل برمی گردد ظهور نانوفناوری در سال۱۹۸۰به علت پیشرفت های تجربی مانند اختراع میکروسکوپ تونلی
زنی پویشی در سال۱۹۸۱کشف فولرن ها در سال۱۹۸۵و شفاف سازی تعمیم چارچوبهای مفهومی برای نانو
فناوری است که در سال۱۹۸۶منجر به چاپ کتاب موتورهای آفرینش منتشر شد.
در کسلر، برای اولین بار واژه چسبناک خاکستری را برای توصیف از کنترل خارج شدن یک فرایند خود تکرار
شونده نانوفناوری مولکولی فرضیه ارائه و به کار برد.
در دهه اول سال۲۰۰۰نان و فناوری رشد زیادی کرده و اطالعات و پژوهش های زیادی در مورد مفاهیم و
توصیف آن با مثال توسط انجمن سلطنتی انگلستان ارائه شد همچنین سالها منجر به کاربردهای تجاری
نانوفناوری گردید ولی در اوایل به کاربردهای مواد تودهای مانند نانو نقره به عنوان عامل ضد باکتری محدود
می شد.همچنین پرده های خورشیدی شفاف بر پایه نانولوله های کربنی برای افزایش مقاومت منسوجات تهیه
شدند.
۱_۲بخش های نانو فناوری
نانو فناوری را می توان به عنوان یک سری از روش هایی دانست که به صورت انفرادی استفاده می شود و
یا با محصوالت و کاربردهای دیگر ترکیب و باعث بهبود آنها می شود برخی از این روش های امروزه
وجود دارند و برخی دیگر در مراحل توسعه هستند که ممکن است در سال ها و یا دهه های آینده برای
انسان مفید باشند.
نانو فناوری را میتوان بر اساس
.1ابزارها
.2مواد
.3وسایل
.4مواد و ماشین های هوشمند تقسیم بندی کرد در ادامه توضیحات کوتاهی در مورد هر یک از بخشهای
داده می شود.
فناوری نانو و منحصر به یک رشته خاصی نیست بلکه میان رشته ای است یعنی به علوم مختلف وابسته است و با
استفاده از پیشرفتهای علوم مختلف می توان به پیشرفت های فناوری نانو دست یافت بنابراین کاربردهای متفاوتی را
می توان برای این فناوری متصور شد.مانند کاربرد های الکترونیکی پزشکی زیستی و غیره که از نظر رشتههای
ارتباط خاصی با یکدیگر ندارند لذا ممکن است فناوری نانو رشته های کامال ً گسسته به نظر آید که موضوعات آن
هیچ ارتباطی با هم ندارد.
۱_۲_۱نانو ابزار ها
ساخت دستکاری و تجزیه نانو سیستم ها توابع مختلفی را که قبال ً انسان از آنها بی خبر بوده آشکار و روشن میکند
به طوری که استفاده مفید و عرضه آنها باعث پیشرفت های ارزنده ای در استانداردهای زندگی می شود مهندسی
سیستم های خالء پیشرفت ایجاد توانایی های علمی در علوم مهندسی و پزشکی ثبت شروع و خاتمه و پیگیری انجام
کارهای مختلف در نانو ثانیه ها بررسی پیشرفت روش های تجزیه ای مانند تجزیه های شیمیایی در ابعاد نانو و از
طرفی فرصت دستیابی علوممهندسی به نانو حسگرها عناصر حافظه و تجهیز دستگاههای جدید و موثر در علم
پزشکی از دستاوردهای این فناوری است.
ابزار های نانو فناوری شامل روش های میکروسکوپی و وسایلی است که به استفاده کنندگان اجازه می دهد تا
بخش هایی از مقیاس نانو را تجسم و اداره کنند.این بخش های نانویی سلول ها باکتری ها و ویروس ها هستند
همچنین این وسایل باعث میشوند تا تجمعات مولکولی در دنیای طبیعی بهتر شناسایی شوند ابزارهای مورد استفاده
شامل میکروسکوپ نیروی اتمی میکروسکوپ تونلی پویشی نرم افزارهای مدل سازی مولکولی و فناوری های
تولید ویروس هستند.
۱_۲_۲نانو مواد
بر اساس او سنگ بنای نانو فناوری و علم نانو نانو مواد است فناوری های جدید امروزی به نقطه ای از
پیشرفت رسیده اند که ویژگیهای مناسب نانو فناوری را از خود نشان می دهد و از آنجایی که تقاضای
روزافزون برای کوچکتر کردن اندازه ها افزایش یافته لذا نیازی مبرم برای افزایش دانش از ویژگی مواد در
مقیاس نانو و توسعه روشهای جدید برای تولید و اندازه گیری ویژگی های نانو مواد و دستگاههای مربوطه به
وجود آورده است که خوشبختانه در دهه های اخیر پیشرفت های مهمی در هر دو مورد انجام شده است.
از پرکاربردترین ویژگی های نانو مواد می توان به کاربردهای صنعتی حوزههای تشخیص تصویربرداری
نوری تبدیل انرژی خورشیدی حفاظت محیط زیست پزشکی تامین غذا و عدسی های الکترونیکی اشاره نمود.
بسیاری از حسگرهای شیمیایی و زیست شیمیایی و سیستم های شناسایی و تشخیص مزیت خود را از ویژگی
های نوری منحصر به فرد نانو مواد می گیرند.
تاکنون تعاریف متعددی از نانومواد ارائه شده است اما در یک تعریف جامع میتوان گفت مشخصه موادی که در این
گروه قرار می گیرند این است که یکی از ابعاد آنها کوچکتر از۱۰۰نانومتر باشد این مواد به دو دسته کلی نانوذرات و
مواد نانوساختار(نانو بلور)تقسیم می شود.نانوذرات در طیف وسیعی از مواد ساخت می شوند که نانوذرات سرامیکی
متداول ترین و پرکاربردترین آنها است.
مواد نانو ساختار مواد تودهای چند بلوری هستند که اندازه دانه آنها در مقیاس نانو فناوری است به نوعی می توان گفت
نانوذرات اجزای تشکیل دهنده برخی از مواد نانو ساختار هستند.نانو مواد موادی هستند که حداقل در یک راستا
اندازه ای در مقیاس نانو دارند.
نانومواد چشم انداز و ویژه ای دارند که میتوانند در زمینه های وسیعی از کاربردهای صنعتی داشته باشند موادی به
مواد نانو معروف هستند که یکی از ابعاد خطی آنها کمتر از۱۰۰نانومتر باشد نانومواد خوشهای از مولکولها در ابعاد
یک نانومتر یا چند عدد بلور در مقیاس نانو تشکیل می شوند اگر اندازه خوشه با اندازه ذره یکی باشد نانوذره تک بلور
نامیده میشوند.
•نانوذرات بسته به ابعاد شان به چهار دسته به شرح ذیل تقسیم می شوند
•نانو ذرات صفر بعدی(مانند ذرات کروی که قطر آنها زیر۱۰۰نانومتر است.)
•ذرات یک بعدی(مانند نانو سیم ها)
•ذرات دو(مانند فیلم نازک.)
نان و مواد خام
این مواد به آسانی تولید می شوند و مواد نان و بلوری این بخش شامل نانو ذرات یا نانو مواد خام هستند که می
توانند به عنوان مواد زیست سازگار در پروتز ها و ایمپلنت ها استفاده شوند این مواد را می توان جایگزین مواد
توده ای با عملکرد ضعیف کرد.
مواد نانو ساختار
این مواد که حالت های پیشرفت های از نانو مواد خام هستند دارای شکلها و عملکرد خاصی هستند مثال هایی
از مواد نانو ساختار عبارتند از:نقاط کوانتومی و نانو ساختار هایی که اتم ها را مجبور می کند در حالت های
انرژی ناپیوسته قرار گیرند.این نانوساختارها در نشان گذاری زیستی دندریمرها و پلیمر های شاخه دار که
برای دارورسانی صاف کردن و نشانه گذاری شیمیایی کاربرد دارند استفاده می شود به دلیل ساختار پیچیده و
متنوع نانوساختارها محصوالت متنوعی از این مواد حاصل شده است که منجر به توسعه کاربرد های آنها شده
است.
نانولوله های کربنی و فولرن ها
این مواد که اولین مواد شیمیایی گفت انگیز در نانو فناوری هستند در واقع شکلهای جدید مولکول هایی
کربنی هستند.استحکام آنها صد برابر فوالد و وزنشان یک ششم فوالد است این مواد از مس رساناتر هستند
و بدون هیچ مشکلی میتوان آنها را در کاربردهای پزشکی استفاده کرد در حالی که تحقیقات در زمینه های
مواد هنوز در مراحل اولیه است گستره وسیعی از نانو لوله ها و فولرن ها در ماهیچه های مصنوعی و
سیستم های انتقال سوزن های تزریق دارو برای سلولهای منفرد استفاده می شوند.
۱_۲_۳نانو وسایل
دو نوع وسیله بسیار کوچک که با نانو فناوری تولید شده و با وسایل نان و معروف شده اند وسایل نانویی و
وسایل ریز هستند.
وسایل نانویی
این وسایل ابزار آالت فنی هستند که ابعاد شان در مقیاس نانو و است.
در حالی که وسایل نانویی به آسانی در آزمایشگاه ساخته میشوند اما در اکثر موارد راه حل مناسب استفاده
از وسایل در مقیاس میکرو متر است و وصف استفاده از آنها در مقیاس میکرو متر از بسیاری از مشکالت
جلوگیری میکند به احتمال بسیار قوی وسایل نانویی در آینده کاربرد های بیشتری خواهند داشت.
وسایل ریز
این وسایل شامل سیستم های ریز الکترومکانیکی ریزسیال ها و ریز آرایه ها هستند.وسایل ساخته شده با نانو
فناوری یا ریز فناوری کاربردهای پزشکی مختلفی دارند برای مثال این سیستم ها در زیست حسگرها و
آشکار ساز های پزشکی برای شناسایی مقادیر کم باکتری ها عامل بیماری ها اثر بیماری ها ریزسیال ها
برای آزمون هایdnaسیستم های تزریق مایعات و وسایل دارای سیستم های ریز الکترومکانیکی استفاده
می شود سیستم های ریز الکترومکانیکی بخش های متحرکی دارند که در تجهیزات جراحی و قطعه های
جایگزین در قلب کاربرد دارند.
۱_۲_۴نانو مواد هوشمند
مواد هوشمند از وسایل جالب در زمینه نانو فناوری هستند و وسایلی مانند نانو روبات ها یا نانو قایق
ها وجود دارند که امکان درمان بیماری ها توسط آنها وجود دارد در واقع با تزریق این نانو روبات ها
به بدن میتوان بافت های آسیب دیده را ترمیم کرد.
زمینه های دیگری از این کاربردها مواد هوشمندی است که تحریکات خارجی را حس کرده و برای
وفق دادن با تغییرات محیطی خاص خود را تغییر میدهند.در واقع این وسایل ماشین های مولکولی
هستند که می توانند مواد را اتم به اتم کنار هم قرار داده و مولکولها را مونتاژ کنند یعنی ماشین های
مولکولی تولید کنند.
۱_۳ضرورت نانو فناوری
نانو فناوری دانش جدیدی است اما تحقیق در مقیاس نانومتر فرایند نوینی نیست مطالعه در برخی سیستمهای زیست
شناسی و مهندسی مواد مانند سوسپانسیون های کلوئیدی نقاط کوانتومی فلزی و کاتالیزورهای قرن ها است که تحت
حاکمیت نانومتر بوده است.برای مثال چینیها نانوذرات طال را به عنوان رنگی معدنی برای ایجاد رنگ قرمز در
سفال های سرامیکی و شیشه ها در بیشتر از۱۰۰۰سال قبل استفاده کرده اند استفاده از طالیی کلوئیدی نیز تاریخ
طوالنی دارد مطالعات وسیعی روی تولید و خاص طالی کلوئیدی اولین بار در اواسط قرن نوزدهم منتشر شد
پراکندگی کلوئیدی از طال که توسط فاراده در سال۱۸۵۷تولید شده بود، برای حدود یک قرن پایدار بود و در طی
جنگ جهانی دوم تخریب شد کاربردهای پزشکی طال مثال دیگری از نانو فناوری را معرفی می کند.طالی
کلوئیدی برای درمان ورم مفاصل استفاده می شده و هنوز هم استفاده میشود از برهمکنش طالی کلوئیدی با مایعات
نخاعی گرفته شده از بیماران برخی بیماری ها را تشخیص می دادند.
اخیرن چه تغییری باعث شده است که در مهندسی و ایجاد سیستم های ماهرانه در مقیاس نانومتر انفجاری ایجاد
شود؟ چه چیزی در نانو فناوری واقعا ً جدید است؟ آیا نانو فناوری ترکیب توانایی ما برای دیدن و دستکاری ماهرانه
در ماده در مقیاس نانومتر است؟ یا در ک ما از بر هم کنش های اتمی است؟
اگرچه مطالعه مواد در مقیاس نانومتر به قرنها قوی برمیگردد ولی توسعه گسترده نانو فناوری در
صنعت نیمه هادی ها که با توانایی رسیدن به روش ها و ویژگی های ظریف در ماده در مقیاس نانومتر
همراه بوده شروع شد.کاهش ممتد در ابعاد ابزار ها از قانون شناخته شده مور که در سال۱۹۶۵
پیشگویی شده بود پیروی میکند با نگاهی به شکل۱_۲معلوم می شود که ابعاد یک وسیله با نصف شدن
در اندازه در هر۱۸ماه صورت می گیرد و در نهایت منجر به تهیه ترانزیستورها به مقدار فراوان در
ابعاد نانو متر شده است.
اتصال اولین ترانزیستوری که در سال۱۹۴۷در آزمایشگاه بل ساخته شده در مقیاس سانتی متر بوده است
در حالی که اتصال یک وسیله الکترونیکی که امروزه با نانوفناوری ساخته شده است یک نانوذره طال
است این نانوذره طال به صورت یک پل دو تک الیه مولکولی را به یکدیگر متصل کرده است.
کوچک کردن اندازه ها در وسایل الکترونیکی به نیمه هادی ها محدود نمی شود بلکه کاربردهای
نانوفناوری در پزشکی به خصوص زنان و پزشکی بسیار توسعه یافته است.
یکی از کاربردهای جالب و جذاب نانوفناوری در پزشکی استفاده از برخی وسایل نانومقیاس برای بهبود تشخیص
و درمان بیماری است این دستگاه های نانو مقیاس به نانو روبات ها یا نانو قایق ها معروف هستند که به عنوان
وسیله حمل و نقل برای تحویل عامل درمانی آشکارسازها یا پادتن ها بر علیه بیماری و حتی ترمیم عیب های
متابولیکی یا ژنتیکی به کار گرفته می شود.
همچنین مطالعات نانوفناوری به کوچک کردن وسایل محدود نمیشود بلکه مواد در مقیاس نانومتر ممکن است
خواص منحصر به فردی از خود نشان داده و لذا برای کاربردهای مختلف و متنوعی استفاده شوند برای مثال
نانوذرات طال اخیرا ً کاربردهای زیادی پیدا کرده است.نانوذرات طال با ایجاد اتصال در مولکول های آلی از
طریق گروه های عاملی چندتایی باعث اصالح آنها شده و لذا میتوان آن را برای حمل ترکیبات مورد استفاده قرار
داد.
وسایل کوانتومی مهندسی شده با تراز های مختلف انرژی مانند لیزرها و ترانزیستورهای دوقطبی توسعه زیادی
یافته اند کشف مواد سنتزی جدید مانند فولرن ها نانو لوله های کربنی و مواد مزومتخلخل دانشمندان را برای تحقیق
و پژوهش در زمینه نانو مواد تغییر کرده است.
اختراع و توسعه میکروسکوپ تونلی زنی پویشی در ابتدای دهه۱۹۸۰و به دنبال آن
میکروسکوپ ردیاب پویشی مانند میکروسکوپ نیروی اتمی امکانات جدیدی را برای
شناسایی اندازه گیری و دست کاری ماهرانه نانوساختارها بنان و مواد ایجاد کرده است.
ترکیب دستگاه های فوق الذکر با میکروسکوپ الکترونی عبوری ث شده است که برای
شناسایی و اندازهگیری نانوساختارها و نانو مواد روش های پیشرفتهای در سطح اتمی حاصل
شود.
نام و فناوری را در همه جا می توان مشاهده نمود این فناوری جدید نیست بلکه ترکیبی از
واقعیت های موجود و توانایی های جدید ما برای درک مشاهده و دستکاری ماهرانه در مقیاس
اتمی است این موضوع انسان را بر آن میدارد که نانوفناوری را از جنبه های علمی تجاری
و سیاسی بررسی کند.
۱_۴مفاهیم بنیادی
نانوفناوری مهندسی سیستمهای عامل ای در مقیاس مولکولی است.این تعریف نه تنها کارهای جاری را بر
دربرمی گیرد ، بلکه شامل مفاهیم پیشرفته تر نیز می شود و به طور کلی نانوفناوری توانایی ساختن
فراورده هایی با عملکرد بهتر را فراهم خواهد کرد.
یک نانومتر معادل یک بیلیونیم متر است.برای مقایسه طول یک پیوند کربن با کربن۰.۱۲الی۰.۱۵
نانومتر است.همچنین قطر یک مارپیچ دوتاییDNAحدود۲نانومتر است.از طرف دیگر کوچکترین
موجود زنده سلولی طولی حدود۲۰۰نانومتر دارد.معموال ً نانوفناوری در مقیاس بین۱الی۱۰۰نانومتر
تعریف می شود حد پایین این دامنه با اندازه اتم ها مطابقت دارد( ًهیدروژن به عنوان کوچکترین اتم تقریبا
یک چهارم نانومتر یا۰.۲۵نانومتر قطر دارد.)بنابراین نانو فناوری باید در ابعاد اتم ها و یا مولکول ها
ساخته شود تا حد باالیی تقریبا ً اختیاری است اما در حدود پدیدههایی است که در ساختارهای بزرگ مشاهده
نمیشود این پدیدهها جدید وسایلی با ابعاد بزرگتر را که با فناوری ریز توصیف میشود ارائه می دهد برای
درک اندازه نانو متر به متر میتوان اندازه یک تیله شیشه ای را با اندازه کره زمین مقایسه کرد.
برای سنتز نانو مواد و تولید نانو ساختارها دو رویکرد کلی پایین به باال، باال به پایین وجود دارد.
ساییدن و آسیاب کردن نمونه رویکردی باال به پایین برای تولید نانو ذرات است، در حالی که
پراکندگی کلوئیدی مثال خوبی از رویکرد پایین به باال برای سنتز نانوذرات به شمار میآید لیتوگرافی
را میتوان به عنوان رویکردی ترکیبی مورد بررسی قرار داد زیرا رشد فیلم نازک روی صفحه
لیتوگرافی فرایندی پایین به باال است در حالی که حکاکی روی این فیلم نازک فرایندی باال به پایین
است این رویکردها که البته در هرکدام دارای مزایا و معایبی هستند نقشی مهمی در صنایع جدید و
همچنین در نانو فناوری دارند.
شاخه های نانو الکترونیک نانو فوتونیک نانو یونیک از علم فیزیک در دهه های اخیر گسترش یافته
اند که اساس توسعه نانوفناوری را فراهم کرده است.
ساختار الکترونیکی نانوذرات بستگی به اندازه ی آنها دارد فعالیت شیمیایی این خوشهها نیز تابع اندازه آنها است به
دلیل آنکه در ایی نظرات نسبت حجم بسته زیاد است سرعت واکنشهای شیمیایی زیاد خواهد بود این موضوع از
لحاظ صنعتی بسیار مهم است زیرا کاتالیزور هایی را می توان ساخت که عملکرد بهتری داشته باشند البته میزان و
چگونگی اثر اندازه بر فعالیت شیمیایی به محدوده اندازه مورد مطالعه بستگی دارد معموال ً زمانی که اندازه ذرات
کمتر سر از۵نانومتر باشد اثرات الکترونی ظاهر می شوند و فعالیت شیمیایی نانوذرات تحت تاثیر اعداد جادویی
قرار میگیرد.یعنی در تعداد خاصی از اتمها فعالیت شیمیایی این خوشه کمتر یا بیشتر از سایرین است در صورتی
که اندازه ذرات بزرگتر از۱۰نانومتر باشد به طوری که اثر اتم های سطحی بیشتر از ساختار الکترونیکی باشد
نسبت سطح به حجم زیاد نانوذرات سرعت واکنش های شیمیایی را کنترل میکند به عبارت دیگر سرعت واکنش ها
نسبت سطحی نانوذرات ارتباط مستقیم دارد در نانو ذرات ممکن است عوامل دیگری بر فعالیت شیمیایی موثر باشد
برای نمونه تشکیل اکسید های سطحی که نقش الیه های محافظ را دارند از اکسایش ذرات جلوگیری می کند به هر
حال فعالیت شیمیایی نانوذرات تحت تاثیر عوامل مختلفی است که به محیط نوع واکنش جنس ماده و شرایط سطحی و
بستگی دارد.
۱_۴_۱بزرگتر به کوچکتر از دیدگاه موادی
وقتی اندازه سیستمی کاهش می یابد در نتیجه اثرات مکانیکی آماری و مکانیکی کوانتومی چند این پدیده را
میتوان مشاهده کرد برای مثال اثر اندازه کوانتومی نانو ذرات خاص الکترونیکی جامدات را تحت تاثیر قرار
می دهد این اثر زمانی که اندازه ذرات از درشت به ویس کاهش مییابد مشاهده نمیشود ولی اثرات
کوانتومی زمانی که اندازه ذرات به مقیاس نانومتر به ویژه در فاصله۱۰۰نانومتر یا کمتر می رسد مشاهده
می شود این دامنه ذرات ناحیه کوانتومی نامیده می شود.
به عالوه برخی از خواص فیزیکی نانوذرات مانند خواص مکانیکی الکتریکی نوری و غیره در مقایسه با
ذرات ماکروسکوپی تغییر قابل مالحظه ای دارد برای مثال در نانوذرات نسبت سطح به حجم افزایش می یابد
و همین موضوع باعث بهبود خواص مکانیکی گرمایی و کاتالیزوری نانو مواد می شود نفوذ واکنش ها در
مقیاس نانو که در مواد نانو ساختار و نانو وسایل مشاهده می شود به علت انتقال سریع یون ها است که
معموال ً به نانو یونیک معروف است خواص مکانیکی نانو سیستم ها در تحقیقات نانو مکانیک جالب توجه
است.
۱_۴_۲ساده به پیچیده دیدگاه مولکولی
سنتز ترکیبات شیمیایی پیشرفت بسیار کرده است طوری که امکان تهیه مولکول های کوچک با هر
ساختاری وجود دارد امروزه از این مولکول ها برای تولید انواع وسیعی از مواد شیمیایی مفید مانند داروها
و پلیمر های تجاری استفاده می شود حال این سوال پیش میآید که آیا میتوان این نوع کنترل را برای ایجاد
مولکول های بزرگتر به کار برد برای پاسخ به این سوال پژوهشهای وسیعی به منظور دسترسی به
روشهای انباشتن مولکولهای منفرد و ایجاد ابر مولکول ها(دارای مولکول های زیادی که به طریق از
پیش تعریف شده ای آرایش یافته اند)آغاز شده است.
این رویکرد به مفهوم خودآرایی مولکولی یا شیمی ابر مولکولی منجر شده است که بطور خودکار به مفهوم
پایین به باال در نانو فناوری ارتباط دارد در این زمینه مفهوم تشخیص مولکولی از اهمیت زیادی برخوردار
است و مولکولها را میتوان به گونه ای طراحی کرد علت نیروهایی بین مولکولی غیر کوواالنسی
پیکربندی یا آرایش ویژه حاصل شود قانون جفت باز واتسون کریک نتیجه مستقیمی از این موضوع است،
که باعث می شود که یک آنزیم پیش ماده ای خاصی را هدف قرار دهد و باعث پیچیده شدن یک پروتئین به
خودش به طریق ویژهای شود�ابراین دو یا چند جز میتوانند طوری طراحی شود که مکمل یکدیگر
باشند و به هم بچسبد تا گونه های پیچیده تر و مفید ساخته شود.
در روش پایین به باال اجزای کوچکتر برای ایجاد مجموعه های پیچیده تر آرایش می یابد مثال هایی که از
این رویکرد در زیر خالصه شده است.
•در نانو فناوریdnaاز ویژگی باز واتسون کریک به منظور ایجاد ساختارهای مناسبdnaو سایر
اسیدهای نوکلئیک استفاده می شود.
•سنتز شیمیایی کالسیک در شیمی آلی و معدنی که در آنها مولکول هایی با شکل و ساختار مناسب و
هدف دارد طراحی و ساخته میشوند نیز از این نوع است
•به طور کلی خودآرایی مولکولی جهت درک شیمی ابر مولکولی مورد تحقیق قرار گرفته است و
همچنین تشخیص مولکولی باعث شده است که اجزای مولکول های مفرد خود به خودی با یکدیگر
آرایش یافته و پیکربندی های مفیدی را انجام کند.
•سوزن های میکروسکوپ نیروی اتمی به عنوان سرنویس در مقیاس نانو به کار برده میشود که در
صنعت لیتوگرافی می توان استفاده کرد.
۱_۴_۳نانوفناوری مولکولی
نانوفناوری مولکولی که گاهی اوقات تولید مولکولی نامیده میشود نانو سیستم های مهندسی شده را که در مقیاس
مولکولی عمل میکنند توصیف میکند نانوفناوری مولکولی با یک انباشت کننده مولکولی(ماشینی که می تواند
ساختاری با یک وسیله مطلوب اتم به اتم را با استفاده از اصول سنتز مکانیکی تولید کند)همراه است.
نانو فناوری مولکولی با فناوری های رایج مورد استفاده در تولید نانولوله های کربنی و نانو ذرات متفاوت است.
پژوهشگران در تالش هستند که با توسعه نانو فناوری امکان ساختن ماشین های زیست شناسی با روش های
دیگر را نیز فراهم کند شاید این عمل با استفاده از اصول تقلید زیستی انجام شود.درکسلر و برخی دیگر از
پژوهشگران پیشنهاد کرده اند که نان و فناوری پیشرفته می تواند با استفاده از مهندسی مکانیک برای افزایش
عملکرد مکانیکی این اجزا مانند دنده ها یاتاقان ها موتور ها و اجزای ساختمانی به کار رود.
به طور کلی مونتاژ کردن وسایل در مقیاس اتمی بسیار مشکل است زیرا تمام کاری که باید انجام داد این است
که اتم ها روی اتم های دیگری که از نظر اندازه و چسبندگی قابل مقایسه هستند قرار گیرد نقطه نظر دیگری که
توسط کارلو مونتماگنو بیان شده است
۱_۴_۴شیمی سطح در نانوشیمی
نانومواد و نانوساختارها تعداد بسیار زیادی اتم در واحد حجم دارد اگر یک جسم ماکروسکوپی به قسمت های
کوچک تر تقسیم شود نسبت اتمهای سطح به اتم های داخلی به طور قابل توجهی تغییر می کند برای مثال در
مکعبی از جنس آهن به ابعاد۱Cmدرصد اتمهای آهن درسطح فقط۱۰به توان-۵درصد است حال اگر این
مکعب به متر مکعب های کوچکتر به ابعاد۱۰نانومتر تقسیم شود درصد از اتمهای آهن در سطح برابر۱۰
درصد می شود بنابراین در یک مکعب آهنی یک نانومتری هر اتم یک اتم سطحی خواهد بود.
در شکل۴درصد تغییرات اتم های سطح با قطر خوشه پاالدیوم نشان داده شده است این افزایش زیاد نسبت
تعداد اتم های سطح به اتم های درونی در نانو مواد و نانو ساختارها علت تغییرات خواص شیمیایی و فیزیکی
آنها را وقتی که اندازه ها در حد نانومتر کوچک شده باشد بیان میکند.
انرژی کلیه سرد با مساحت کلی سطح افزایش می یابد یعنی انرژی به شدت به ابعاد ماده بستگی دارد در
جدول۱۱مساحت ویژه و انرژی کلی سطح برای یک گرم کلرید سدیم که به اندازه های مختلف خرد شده
است نشان داده شده است.
۱_۵مباحث توسعه ای نانو مواد
نانو مواد میتوانند به روشهای مختلفی دستهبندی شوند که شامل ابعاد منشاء و ترکیب ساختاری می باشد طبیعی است
که با یادگیری این روش ها در کنار هم درک بیشتری از نانومواد پیدا کنیم از این گذشته هر روش مزایا و معایب خود
را دارد و نمیتوان یک روش دسته بندی جامع را یافت که همه گستره نان و مواد را به صورت گویا پوشش دهد.
موضوع نان و مواد مباحثی را به منظور توسعه و بررسی موادی که دارای خواص منحصر به فرد ناشی از اندازه
ابعاد آنها است به شرح زیر مطرح میکند شکل۵نمودار طبقه بندی ساختار نانو مواد بر اساس ابعاد آنها را نشان می
دهد:
علم کلویید مرز مشترکی در تعداد زیادی از نانو مواد مانند نانولوله های کربنی سایر فولرن ها و انواع نانو ذرات و
نانو میله ها ایجاد کرده است نانو مواد با انتقال سریع یون به نانو یونیک و نانو الکترونیک نیز مربوط میشود.
مواد نانو مقیاس را میتوان برای کاربردهای تودهای استفاده کرد مهمترین کاربردهای تجاری نانو فناوری در این حیطه
قرار دارد.
پیشرفت های زیادی جهت استفاده از این مواد در کاربردهای پزشکی مانند نانو داروها وجود دارد.
استفاده از نانو مواد در سلول های خورشیدی باعث کاهش هزینه در مقایسه با سلولهای خورشیدی سیلیکونی شده است.
کاربرد نانو ذرات برای تولید نسل های جدید محصوالت نیمه هادی ند پردههای نشاندهنده منورها سلول های خورشیدی
و تصویربرداری زیست شناسی توسعه یافته است.
۱_۵_۱نانو مواد صفر بعدی
بخش بسیار مهمی از کاربرد علم شیمی در نانو فناوری مربوط به نانو مواد با بعد صفر است مهم ترین
نمونه های این مواد نانو ذرات فولرن نقاط کوانتومی و درختسان ها هستند.
برای سنتز نانوذرات از رویکرد باال به پایین و همچنین از رویکرد پایین به باال استفاده میشود
رویکردهای باال به پایین شامل آسیا کردن یا سایش کوینچ کردن تکراری و لیتوگرافی است با سایش مواد
میتوان نان و ذراتی با قطر حدود۲۰تا چند صد نانومتر تولید کرد.ولی نانو ذرات تولید شده با سایش
توزیع اندازه ذرات نسبتا ً پهن بوده و شکل هندسی زره نیز متنوع است.
عالوه بر این نانوذرات مقدار قابلمالحظهای ناخالصی خواهند داشت که از آسیا و محیط آسیاب کننده به آن
وارد شده است از این نانوذرات برای تولید نانو کامپوزیت ها و مواد توده ای نانو دانه که به دمای زینتر
کردن بسیار کمی نیاز دارند استفاده می شود.
روش پایین به باال برای سنتز نانوذرات بسیار رایج است و روش های زیادی برای این فرایند توسعه یافته است
برای مثال نان و ذرات را می توان با هسته گذاری یکنواخت از مایع یا بخار یا از هسته گذاری غیر یکنواخت
برای روی پیش ماده های مختلف سنتز کرد نانو ذرات گیاه نقاط کوانتومی را می توان با جدایی فاز از طریق
گرم و سرد کردن مواد جامد مطلوب در دمای زیاد نیز تهیه کرد نانو ذرات را می توان با واکنش های شیمیایی
خاص هسته گذاری و فرآیند رشد در یک فضای کوچک مانند میسل ها نیز سنتز کرد.
همه این روش های سنتز را میتوان به دو گروه رویکرد تعادل ترمودینامیکی و رویکرد سینتیکی دستهبندی
کرد.
در رویکرد ترمودینامیکی فرایند سنتز شامل
.1ایجاد فوق اشباعی
.2هسته گذاری
.3رشد، است
در رویکرد سینتیکی تشکیل نانوذرات یا با محدود کردن مقدار ماده واکنش دهنده برای رشد مانند رونشستی
باریکه مولکولی یا منحصر کردن فرایند در یک فضای محدود مانند سنتز های هواسل یا سنتز های میسل،
انجام می شود.
برای سنتز نانو ذرات با رویکرد ترمودینامیکی فقط اندازهکوچک ذرات الزم نیست بلکه برای هر کاربرد
عملی شرایط فرآوری و تولید نانوذرات باید کنترل شود در این شرایط باید طوری کنترل شود که نانوذرات
سنتز شده خواص زیر را داشته باشند:
•همه ذرات اندازه یکسان داشته باشند(همچنین تک اندازه یا توضیح اندازه یکنواخت نامیده میشود.)
•از نظر شکل و مورفولوژی یکنواخت باشند و
•از نظر یکدیگر تفکیک شوند یعنی دچار کلونی یا انباشتگی نشوند.
زمانی که ابعاد مشخصه این نانو ذرات به اندازه کافی کوچک باشد به طوری که اثر های کوانتومی مشاهده
شود عبارت نقاط کوانتومی برای توصیف آن ها بیان می شود.
۱_۵_۲نانومواد یک بعدی(نانو سیم ها و نانو میله ها)
مواد نانو ساختار یک بعدی با نام های مختلفی نظیر نانو تارها نانو الیاف نانو رشته ها نانو سیم ها و نانومیله ها نامیده
می شوند در حالت های زیادی نانولوله ها و نانو کابل ها نیز تحت عنوان نانوساختارهای یک بعدی بررسی می شوند.
روش های زیادی برای سنتز و تشکیل مواد نانو ساختار یک بعدی توسعه یافته است، که آنها را می توان به شرح زیر
به چهار گروه اصلی دسته بندی کرد:
رشد هم زمان
الف)تببخیر–تراکم
ب)رشد بخار–مایع–جامد(VLS)یا رشد بخار–محلول–جامد(SLS)
ج)تبلور مجدد القاشده با تنش
سنتز بر پایه ی غالب
الف)ته نشینه آبه کاری یا الکتروفورتیک
ب)پراکندگی کلویئدی یا ذوب
ج)تبدیل با واکنششیمیایی
الکتروریسندگی
لیتوگرافی
روش های رشد همزمان سنتز بر پایه قالب و الکتروریسندگی با رویکرد پایین به باال در حالیکه لیتوگرافی با
رویکرد باال به پایین بررسی می شود.
۱_۵_۳نانومواد دو بعدی(فیلم های نازک)
ته نشینی الیه های نازک بر روی مواد و وسایل در حدود یک قرن است که مورد توجه ه و روش های زیادی برای
این کار توسعه یافته است تعداد زیادی از این روشها به طور وسیعی در صنایع مختلف استفاده میشود.
کتاب ها و یادداشت های بسیار خوبی در این زمینه وجود دارد روش های رشد الیه نازک را می توان به طور کلی
به دو گروه تهنشینی فاز بخار و رشد بر پایه مایع تقسیم کرد.
برای مثال از روشهای تهنشینی فاز بخار به تبخیر رو نشست باریکه مولکولی پراندن ته نشینی بخار شیمیایی و ته
نشینی الیه اتمی می توان اشاره کرد.هم چنین مثالهایی از روش رشد بر پایه مایع ته نشینی الکتروشیمیایی ته
نشینی محلول شیمیایی الیههای النگمویر–بالگت و تکرار آیه های خود آرا را می توان نام برد ته نشینی الیه های
نازک مستلزم فرآیندهای ناهمگن شامل واکنش های شیمیایی ناهمگن تبخیر جذب و واجذب بر روی سطوح در حال
رشد هسته گذاری و رشد سطح است به عالوه ته نشینی اکثر الیه های نازک و فرایندهای آنها در خالء انجام میشود
مطالعه در زمینه ی شرایط انجام این عملیات بسیار ضروری است.
۱_۵_۴نانومواد سه بعدی
نان و موادی هستند حجیم که هیچ یک از ابعاد آن ها در محدوده نانو نیست ولی ویژگی هایی از خود نشان میدهد که
اغلب در محدوده نانومتر قابل مشاهده است این مواد حجیم با ابعاد بیشتر از محدوده نانومتر می توانند ترکیبی از
بلورها و دانه ها در محدوده نانومتر باشند که مواد نانو بلور نامیده میشود همچنین نانوکامپوزیت ها در این دسته قرار
می گیرد.
۱_۵_۵مواد نانوساختار
موادی هستند که در هیچ یک از چهار دسته فوق قرار نمی گیرند مواد نانو متخلخل که ابعاد آن ها در هر سه بعدی
بزرگ است ولی دارای خلل و فرج نانومقیاس هستند که اگرچه در هیچ بعدی در حالت معمولی در مقیاس نانو نیستند
ولی یکی از مواد تشکیل دهنده ساختار آنها نانو شیشه است یا از لحاظ میکروسکوپی و مورفولوژی ساختار نانو مقیاس
دارد مواد نانو بلور روکش های نانوساختار مثال های دیگری از این مواد هستند در مورد روکشها این توضیح الزم
است که اگر روکش مورد نظر دارای ضخامت نانو مقیاس باشد ولی ساختار میکروسکوپی آن نانو این باشد در دسته
نان و اشیا دو بعدی قرار میگیرد ولی چنانچه روکشی دارای ضخامت در مقیاس میکرون ای یا باالتر باشد ولی از
لحاظ ساختار میکروسکوپی و مورفولوژی نانوساختار باشد به عنوان ماده نانوساختار شناخته میشود.
۱_۶منشا نانومواد
انواع نانو مواد بر اساس منشأ شامل نانو مواد طبیعی مصنوعی می باشد.
الف)نانو مواد طبیعی شامل ویروس ها و مولکول های پروتئین نظیر آنتی بادی ها مواد
معدنی نظیر خاک روز کلوئید های طبیعی نظیر شیر و خون(کلوئیدهای مایع)، مه(هوا
پخش مایع و جامد)، ژالتین(نوع ژلی)و همچنین مواد طبیعی معدنی شده نظیر صدف
مرجان استخوان بالهای حشرات تار عنکبوت برگ نیلوفر پای مارمولک و خاکستر آتشفشان
ها که دارای منشاء طبیعی هستند.
ب)نانو مواد مصنوعی شامل مواد مهندسی شده از طریق فرآیندهای مکانیکی ساخت
مشخص نظیر نانو مواد کربنی نانو ذرات نیمه هادی می باشد.
۱_۷ترکیب ساختاری نانو مواد
نانو مواد بر اساس ترکیب ساختاری به چهار دسته زیر تقسیم بندی می شوند:
۱_۷_۱نانومواد پایه کربن
ماهیت این نان و مواد است کرات، بیضیها و استوانه های کربنی توخالی هست نانو مواد با ترکیب کربن به شکل
های کروی و بیضی به عنوان فولرن ها شناخته شده اند در حالی که انواع استوانهای آنها به عنوان نانولولهها معرفی
گردیده اند.
۱_۷_۲نانو مواد پایه فلز
اصلی ترین جزء این نانومواد فلز می باشد که می توان به نان و طال نانو نقره اکسید های فلزی مثلTiO2نقاط
کوانتومی نیمه هادی اشاره کرد.
۱_۷_۳درختسان ها
ابر موکلول های دارای شاخه های جانبی زیاد در ابعاد نانومتر هستند که می توانند اصالح شوند تا وظایف شیمیایی
ویژه ای از جمله حمل دارو را انجام دهند.
۱_۷_۴نانو کامپوزیت ها
این نانو مواد به صورت ماده جامد دارای چندین فاز توصیف میشوند که حداقل یکی از فازهای آنها دارای یک دو
یا سه و در مقیاس نانو است.
۱_۸مزایا و معایب نانوفناوری
حال چنان و فناوری اینقدر در زندگی انسان مهم است و امروزه سرآمد فناوریها شده است این سوال پیش می آید که
آیا نانوفناوری دارای ضعف ها و مشکالتی نیز هست؟ آیا دستکاری مولکولی عوارض جانبی تهدید کننده یا
مخاطرهآمیز ایجاد نمیکند؟
در جواب می توان گفت که نانوفناوری نوعی غلبه بر ضعف فناوریها است که با ابعاد بزرگتر سروکار دارند اما
درهرصورت مثل هر فناوری دیگر ضعفهایی نیز دارد که تعدادی از آنها به طور مختصر اشاره می شود.
هرچند نانوفناوری به رفع برخی از مسائل زیست محیطی کمک می کند ولی به علت رها کردن نانوذرات در محیط
زیست ذراتی نیز به عنوان آالینده ایجاد خواهد کرد.
در نانو فناوری پزشکی، ماشین های خودکاری شبیه به اندام های سلولی و یا رشتههایdnaساخته میشوند که
دسته مشهوری از این ساختارها نانو اسمبلرها هستند.حال اگر نانو استمبلرها از کنترل خارج شود و مانند ویروس
شروع به تکثیر کند چه اتفاقی خواهد افتاد؟ نمونه های مشابه چنین بحثی در مورد شبیه سازی انسان و هوش
مصنوعی هم وجود دارد.
هنگامی که انسان یک فناوری جدید را مورد استفاده قرار می دهد در واقع در کار طبیعت و محیط زندگی خود دست
می برد این دستکاری می تواند عواقب مختلفی داشته باشد برای مثال از جنبه محیط زیست مسائل اجتماعی و تغییر
نحوه زندگی انسان ها و یا حتی از نظر تاثیر بر نحوه نگرش انسان به جهان و به خودش تأثیر خواهد داشت دو نمونه
اخیر که به تاثیر فناوری در جامعه شناسی و انسان شناسی می پردازد از مسائل پیچیده علوم انسانی تلقی میشود
ممکن است نتوان این تأثیرات را به طور دقیق توصیف کرد اما فکر و مطالعه درباره آن بسیار ضروری و جالب
خواهد بود.
ساخت ابزار در مقیاس مولکولی دارای مزایا و معایب بسیار است مزیت های عمده آن میتوان به افزایش دقت
کامپیوترها که میلیون ها برابر بیشتر از کامپیوترهای کنونی است اشاره کرد.کنترل بیماری توسط نانوحسگرها
کامپیوترها و نان و ابزارها و انجام جراحیهای کنترل شده و هزاران مزیت دیگر را نیز می توان نام برد و به طور
کلی نانوفناوری برای ما آیندهای بهتر و محیط زیستی پاکیزه تر به همراه خواهد داشت اما مهمترین عیبی که این
فناوری به دنبال دارد و کاربرد آن در تولید سالح های مرگبار است ارزان بودن این سالح ها خود نوید خطرناک
شدن آینده برای انسان را به دنبال دارد در صورت پیشرفت سریع این فناوری با این چالشها و مزایای غیر قابل
اجتناب به نظر میرسد.
۱_۹نانو فناوری برای آیندهجهان
طی نیم قرن اخیر تقریبا ً هر۱۰سال یک فناوری جدید و تحول ساز در جهان ظهور کرده و لذا انسان همیشه
تالش کرده است که به موقع در چنین فناوریهایی وارد شود تا امکان رقابت داشته باشند همانطور که در مباحث
قبلی بیان شد نانوفناوری علم مطالعه ذرات در مقیاس اتمی برای کنترل آنها است این ساده ترین تعریفی است که
می توان از علم نانو و ارائه داد.اما هدف اصلی تحقیقات نانوفناوری شکل دهی ترکیبات جدید یا ایجاد تغییراتی
در مواد موجود است.در حال حاضر نانوفناوری در همه حوزه های علمی از جمله الکترونیک ژنتیک زیست
شناسی کشاورزی و حتی در مطالعات انرژی به صورت گسترده ای به کار برده می شود.
از دیدگاهی دیگر نانوفناوری علم پیوند دهنده دنیای امروز با آینده خوانده می شود چرا که در حال حاضر این
حوزه محور ابداعات و اختراعات علمی روز دنیا قرار گرفته است یعنی همان نقشی که۱۵۰سال پیش برق و
الکتریسیته ایجاد کرده بود را ایفا می کند
بدین ترتیب هر روز خبری از کشفیات و اختراعات جدید دانشمندان با استفاده از نانو فناوری چاپ می
شود اما همین اهمیت باعث شده تا حضور در بازار پرسود نانو فناوری همانند همه بازار های دیگر
بسیار سخت باشد امروزه کشورهای صنعتی در زمینه نانو فناوری به شدت عرصه را بر یکدیگر
کشورها خصوصا ً کشورهایی خارج از دایره سیاسی خود هستند تنگ می کنند وفناوری را همانند
فناوری های هستهای و زیست فناوری که از علوم حیاتی آینده و شری محسوب می شود در انحصار
خود نگه داشته اند این کشورها با پیشبینی و نیازسنجی آینده حتی فرصت ها را میان خود تقسیم می
کنند.
به منظور تعیین جایگاه نانو فناوری در توسعه جهان و اهمیت تحقیق و پژوهش در این زمینه به برخی
از کاربردهای آن به طور بسیار مختصر در زیر اشاره میشود.
۱_۹_۱نقش نانو فناوری در توسعه صنعت کشاورزی
نانوفناوری در کنار زیست فناوری فناوری هستهای و فناوری اطالعات به عنوان فناوری قرن۲۱محسوب می شود و
توانست سایر علوم را تحت تأثیر خود قرار دهد نانو فناوری در بخش کشاورزی آمریکا در سال۲۰۰۴نسبت به سال
۲۰۰۳از رشد۹۰۰درصدی برخوردار بوده و از۳۰مارس۲۰۰۶تاکنون از۱۶۰پروژه ارائه شده به بانک
اطالعات آمریکا۱۴مورد از آن در ارتباط با نانو فناوری در کشاورزی بوده است با توجه به این موضوع نان و
فناوری توانایی به فعلیت رساندن پتانسیلهای بالقوه کشاورزی در بسیاری از کشورهای در حال توسعه را دارد.
یکی از راه های اصلی مبارزه با آفات گیاهی استفاده از آفت کش ها و سموم است اما امروزه استفاده از این مواد به
دلیل معایب بسیار آنها همچون تاثیر بر حشرات گرده افشان آثار سوء بر سالمت انسان آسیب رساندن به نظامهای
زیستی و غیره در بسیاری از نقاط دنیا محدود شده است یکی از راههای رفع این مشکل استفاده ازسمومدر ابعاد نانو
است این سموم دارای یک کد مولکولی هستند که این اجازه را به آنها میدهد تا در گیاه حرکت کرده و قسمتی که مورد
حمله آفت یا گیاه قرار گرفته است برسد سپس در آنجا آزاد شده و آفات را از بین می برد و از طرفی این سموم قادر به
خودتنظیمی هستند الزم به ذکر است استفاده از سموم عمدتا ً زمانی انجام میشود که عالئم آفت مانند تغییر رنگ برگ
ها و اندام گیاهی قابل مشاهده باشد در نتیجه با سریعترین اقدامات هم مقداری از محصول از بین میرود.
نانوحسگرهای زیستی ابزار هایی هستند که به کمک آنها می توان در همان مراحل ابتدایی بیماری
را شناسایی و در نتیجه برای کنترل آن اقدام کرد نانوحسگرها شامل ترکیبات زیستی مانند یک سلول
آنزیم و یا آنتی بادی متصل به یک مبدل انرژی است و قادر است تغییرات ایجاد شده در محیط
اطراف خود را گزارش کند این گزارش توسط عالئمی که مبدل انرژی متناسب با مقدار آلودگی
تولید می کند توسط گیرنده ها دریافت می شود بنابراین در صورت تجمع زیاد عامل بیماری در
اطراف این حسگرها عالمت های قوی فرستاده شده و حضور آالینده ها در محیط پس از چند دقیقه
قابل تشخیص خواهد بود این در حالی است که تشخیص بیماری با استفاده از روش های رایج به
حداقل۴۸ساعت زمان نیاز دارد جلوگیری از فرسایش خاک تصفیه خاک از آالیندهها و همچنین
غنی سازی خاک نیز نمونه هایی از کاربرد نانو فناوری در خاکشناسی است.
۱_۹_۲نانو فناوری و صنعت ساختمان
نانوفناوری در صنایع ساختمان هم نقش بسزایی دارد در این راستا بیشترین سهم صنایع فوالد شیشه و بتن ایفا
میکند کاربرد نانوذرات در صنعت ساختمان که مهمترین آنها نانولوله های کربنی(CNT)و دی اکسید
تیتانیوم(TiO2)است، عموما ً در سازه های اصلی باعث افزایش خواص مکانیکی نمونه ها شده و در بخش نازک
کاری نیز به کارگیری نانو پوشش ها در نمای داخلی و خارجی ساختمان ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است نانو
پوشش های ساختمان باعث دفع آب شده و جذب کثیفی را به حداقل می رسانند نمای ساختمان را در مقابل اشعهuv
مقاوم می کنند نانو پوشش ها در مصالح دیگر از جمله سیمان آجر سفال سنگ معمولی کاشی مرمر چوب سرامیک
شیشه فوالد و بتن به کار می رود.
ساخت بتن تقویت شده تعمیر کننده و خود تمیز شونده شیشه های خود تمیز شونده مقاومت در برابر آتش و کنترل
کننده انرژی موجب صرفه جویی در مصرف انرژی می شود استفاده از رنگ های حاصل از نظر علم نانو که
باعث عدم نفوذ باکتری ها به ساختمانهای اداری مسکونی بیمارستانها و غیر شده و به آنها عمری طوالنی محیطی
عاری از باکتری و ماهیت غیرقابل کثیف شدن و فرسودگی می بخشد نیز از کاربردهای مهم دیگر نانو فناوری در
صنعت ساختمان است.
۱_۹_۳نانو فناوری و صنعت و صنعت نساجی
امروزه بشر به دلیل ارتقاء آگاهی از بهداشت و سالمت فردی نیازهای متفاوت و جدیدی را می طلبد و
انتظار دارد تا محیط اطراف وسایل لباس ها و هر آنچه که او با آنها سر و کار دارد عاری از هرگونه
آلودگی ناپاکی و بوی بد باشد از طرف دیگر منسوجات محل مناسبی برای رشد باکتری ها قارچ ها هستند و
در صورت وجود رطوبت حرارت و تغذیه کافی در منصور را از باکتری ها در آن رشد کرده و موجبات
بیماری عفونت و بوی بد را فراهم می آورند پوشش تخت های بیمارستانی ماسکهای پزشکی چسبهای زخم و
غیره بهترین شرایط رشد باکتری و میکروارگانیسم هارا دارند
نانوفناوری به عنوان یک فناوری نوظهور ظرفیت و توانایی زیادی را برای متحول کردن ملزومات مورد
استفاده بشر دارد صنایع نساجی از صنایعی است که عالقه و توجه سرمایه گذاران نانوفناوری قرار دارد
سالهای متمادیکهصنعت نساجی پارچه های ضد باکتری ضد قارچ را جهت مصارف پزشکی بهداشتی ضد
عفونی و تصفیه آب به منظور مهار کردن باکتری ها و اثرات عفونی آنها عرضه کرده و در صدد بوده تا
منسوجاتی را تولید کند که عالوه بر قدرت باالی ضد باکتری ثبات خوبی در برابر شستشو های خانگی و
بیمارستانی داشته باشند
با زور نانوفناوری دریچه ای جدید به روی صنعت نساجی و نیز سایر صنایع گشوده شده است نانوفناوری علم
نوینی است که با استفاده از آن مولکول ها و اتم های منفرد را به منظور ایجاد ساختارهای الیه ای در ابعاد نانو
متر دست کاری میکند با ورود علم نانو در صنعت نساجی عالوه بر تولید نانو مواد اولیه مانند نانو الیاف و نانو
رنگدانه ها منسوجات نیز تحت عملیات تکمیلی در این ابعاد قرار گرفتند که اصطالحا ً به این عملیات نانو پردازش
گفته میشود
نانوفناوری تعریف جدیدی را برای منسوجات ضد باکتری ارائه داده و اساس تولید این منسوجات را از نوع بنا
نهاده است در این حیطه نانو فناوری به منظور تولید منسوجات ضد باکتری به جای مواد شیمیایی از نانوذرات
استفاده می شود و مواد شیمیایی ضد باکتری جایگاهی در فناوری نانو ندارند
نانوفناوری قابلیت های متنوعی به صنعت نساجی ارائه داده است به این صورت که میتوان نانو ذرات خاصی
روی پارچه قرار داد یا عبارت دیگر نوعی تکمیل نانومتری روی پارچه انجام داد تا به پارچه یک ویژگی تعریف
شده مانند ضد لک و ضد باکتری بدهد الزم به ذکر است که در ضد لک کردن پارچه ها از خواص طبیعی برخی
گلها که با خاصیت گل بنفشه میگویند استفاده شده است
محققان با مطالعه برگ گل هامتوجه شدند که رویسطح انها برجستگی هایی در سطح نانو وجود دارد که مانع
نفوذ آب در گل میشود در پارچه ها هم از همین خاصیت طبیعی الگوبرداری شده است
امروزه محققان به این حقیقت دست یافتند که اگر فلزات و اکسیدهای فلزات در مقیاس نانو تولید و یا تا مقیاس
نانو خرد شده و به صورت پول در آورده شود آنگاه این مواد به قدری واکنش پذیر فعال می شوند که هیچ
موادی را نمی توان با آنها جایگزین کرد نافلزات نانو اکسید فلزی نظیر نانو نقره نانوسید روی نانو دی اکسید
تیتانیوم و غیره دارای قابلیت های ویژه و منحصر به فردی از جمله قابلیت مهارکنندگی باکتری و قارچ هستند
که همین موضوع سبب شده است تا در سالهای اخیر این نانو مواد بیشتر از مواد شیمیایی ضد باکتری استفاده
شوند
۴-۹-۱نانو فناوری و صنعت خودرو
نانو کامپوزیت ها در صنایع خودرو کاربرد گسترده یافتند مواد کامپوزیتی مواد مهندسی هستند که از دو یا چند جزء
تشکیل شده به گونهای که این مواد مجزا و در مقیاس ماکروسکوپی قابل تشخیص هستند کامپوزیت از دو قسمت
اصلی زمینه و تقویت کننده(پرکننده)تشکیل شده است زمینه با احاطه کردن طاقت کننده آن را در محل نصب ای
خودش میدارد و تقویت کننده موجب بهبود خواص مکانیکی ساختار می شود.
یکی از گسترده ترین کاربردهای نانوفناوری در صنعت خودرو تاکنون ساخت نانوکامپوزیت ها بوده است از آنجا که
در نانوکامپوزیت ها ذرات بسیار ریز استحکام و دوام رزین را بسیار باال می برند جایگزین مواد مرسوم مانند میکا و
تالک شده است.اما عالوه بر ویژگی های فیزیکی بهتر نانو کاپوزیت ها دارای دو برتری دیگر نیز هستند نخست این
که نانوذرات با ایجاد زمینه یکنواخت به طور قابلتوجهی زیبایی بیشتر را فراهم میکند بنابراین نانوکامپوزیت ها
سطح زیباتر و رنگ های شفاف تری دارند.همچنین نانوکامپوزیت ها به دلیل نیاز به مواد تقویت کننده کمتر تا حدود
۲۰درصد نسبت به کامپوزیت های رایج سبک تر هستند.
در دنیای کنونی تغییرات سطحی به فرآیندی مهم و اساسی تبدیل شده است.روشهای ایجاد الیههای نازک یا پوشش ها
بر روی سطوح افزایش کارایی و محافظت سطوح را به دنبال دارد رسوب الیه نازک از نانو الیه برای پوشش دهی
در اکثر صنایع جایگاه مهمی یافته است نانو الیه ها دارای ساختاری نانوذره هستند که این ساختار یا از توزیع
نانوذرات در الیحه ایجاد میشود و یا به وسیله فرایندی کنترل شده یک نانو ساختار در حین رسوب ایجاد میشود فیلم
های نانویی الیه نازک که بر روی سطح یک زیر پای نشانده می شود کاربردهای عمدتا ً الکترونیکی مانند زیر الیه
ها خازنها قطعات حافظه آشکارسازهای زیر قرمز و راهنماهای موجی دارند.
کاربرد نانوفناوری در صنایع خودروسازی بسیار زیاد است که به برخی از آنها به طور فهرست وار اشاره
میشود:
پیل سوختی سوخت ماشین هایی که با پیلسوختی کار میکند هیدروژن است هیدروژن از هیدرولیز آب تهیه می
شود هیدروژن در آن به هیدروژن با بار مثبت و الکترون تبدیل می شود هیدروژن با بار مثبت از غشای پلیمری
نانومتری که تنها هیدروژن با بار مثبت را با بازده باال از خود عبور می دهد می گذارد الکترونیک نیز در مدار
باعث حرکت ماشین میشود در کاتد، هیدروژن و الکترون اکسیژن موجود در هوا واکنش می دهد و بخار آب
تشکیل می شود که از طریق لوله اگزوز ماشین خارج میشود.
مزیت های استفاده از فناوری پیلسوختی عبارت است از:
الف)عدم استفاده از سوخت های نفتی که تجدید ناپذیرند.
ب)عدم آلودگی هوا و در نتیجه آسیب رساندن به محیط زیست.
ذخیره هیدروژن توسط نانو لوله های کربنی.در برخی ماشینهای مخازنی هیدروژن ذخیره میشود که در صورت
استفاده از نانولوله های کربنی در این مخازن می توان مقدار زیادی هیدروژن را در فضای کم ذخیره کرد استفاده
از نانولولههای کربنی در الکترودهای پیل امکان تبادل الکترون بیشتری را فراهم میکند.
شیشه ضد آب در خودرو.یکی از شناختهشده ترین مزیتهای نانوفناوری اثر نیلوفری است که سطوح خود تمیز
شونده را امکانپذیر میکند.به سبب ساختار بسیار صاف و یکنواخت سطح گل نیلوفر قطرات آب و گرد و غبار از
روی گلبرگ ها می لرزند بیان اینکه اثر روی آن به جای گذارد بنابراین اگر سطوح اجسام دارای ساختار بسیار
صاف و صیقلی(در مقیاس نانو)باشد ذرات آلودگی و همچنین آب روی آنها باقی نخواهد ماند.
این اصلی طبیعی را در رنگ ها و پوشش هایی که امروز در سقف خودرو مصرف می شوند به کار می برند.
ساختارنانویی این سطوح، از جمع شدن ذرات آلوده کننده و قطرات بسیار ریز آب جلوگیری میکند همچنین های
خود تمیز شونده نیز با استفاده از این ویژگی در حال تولید است همچنین پوشش نانویی در حال تولید است که با
اضافه کردن آن به سطح شیشه خودرو(برای مثال به روش اسپری کردن)، فرورفتگی های بسیار ریز سطح شیشه
را پر کرده و سطح صاف و بدون پستی و بلندی ایجاد میکند و در نتیجه قطرات ریز آب و گرد و غبار روی
شیشه باقی نمی ماند و بنابراین موجب افزایش دید راننده استهالک کمتر برف پاکنها و نیاز کمتر به شستشوی شیشه
و همچنین بهبود دید در شب در نتیجه کاهش انعکاس مضر نور می شود.
الستیک.مواد پرکننده و نانو کامپوزیت ها به عنوان نانو فناوری جدید در صنعت الستیک سازی استفاده میشوند
این مواد به الستیکها خواص ویژهای میدهند با توجه به تحقیقات به عمل آمده۴ماده نانومتری در صنعت الستیک
سازی کاربرد فراوانی پیدا کرده است این۴ماده عبارتند از:
اکسید روی نانومتری
نانو کربنات کلسیم
الماس نانومتری و
ذرات نانومتری خاک رس
با افزودن این مواد به ترکیبات الستیک به دلیل پیوندهایی که در مقیاس اتمی بین این مواد و ترکیبات الستیک انجام
میشود عالوه بر بهبود خواص فیزیکی باعث افزایش مقاومت سایشی افزایش استحکام بهبود خاصیت مکانیکی
افزایش حد پارگی و شکستگی نیز میشود در زیبایی ظاهری الستیک نیز تاثیر گذاشته و باعث لطافت یکنواختی
صافی و ظرافت شکل ظاهری الستیک می شود.
۱_۹_۵نانوفناوری درپزشکی
درمان و پیشگیری بیماریها از قابلیتهای خوب و نانوفناوری به شمار می رود این فناوری با استفاده از نانو
ابزارها و نانو ساختارهای مهندسی شده اعمال ساخت کنترل دیدن و ترمیم سیستم زیستی انسان در مقیاس
مولکولی را انجام می دهد ارهای بسیار ابتدایی نانوپزشکی میتواند برای شناسایی بیماری و توزیع دارو و
همچنین توزیع هورمون در بیماریهای مزمن و نقصهای سیستم بدن به کار رود ابزارهای بسیار پیشرفته تر
از قبیل نانو روبات ها هستند که به عنوان جراحان کوچک داخل بدن عمل می کند نانو ربات ها ربات هایی
هستند که اندازه آنها در حد نانومتر باشد.
چنین ماشین هایی می توانند با ورود به داخل سلول ها ساختار آسیبدیده را تغییر دهند و درصد تعمیر برآیند
آن ها قادرند خود را تکثیر کنند یا نواقص ژنتیکی را جابجا کردن یا دستکاری مولکولهایdnaبرطرف
سازند.dnaماده اصلی سازنده موجودات زنده و وارث ژنتیکی موجود زنده شناخته می شود
در تشخیص بیماریها نمیتوان به نتایج آزمونهای آزمایشگاهی و تاریخچه بیماری متکی بود اما با جا دادن نقشه
ژنتیکی انواع عوامل بیماری زا در بانک اطالعاتی نانو روبات می توان حمله های باکتریایی را خنثی کرد و بدین
ترتیب با انجام عملیات ترمیمی برنامه ریزی شده برای درمان بیماری های سلولی ناشی از افزایش سن جلوگیری از
پیری و درمان آن را به یک فرایند علمی تبدیل کرد محققان قادرند با حرکت دادن مولکولهای موتورهایی در ابعاد نانو
بسازند.
دانشمندان امیدوارند که از طریق نقاط کوانتومی راهی برای درمان سرطان یکی از مهمترین عوامل مرگ و میر بشر
پیدا کند تنوع رنگی باالی نقاط کوانتومی و امکان کنترل تابع در فرکانس های مطلوب نانو ذرات را به ابزاری کارآمد
برای نشانه گذاری و تصویربرداری از سلول های موجودات زنده تبدیل کرده است جهت مشاهده فرآیندهای درون
سلولی دانشمندان امیدوارند که با به کارگیری این نانوذرات تشخیص و تصویربرداری از روند برخی بیماری ها مانند
سرطان ها و تومورهای درونی بدن نیز به راحتی انجام شود و به تبع آن راه های درمانی مناسب به کار گرفته شود.
انتظار میرود که در آینده نزدیک نانوذرات در علم پزشکی که اولی ت در زمینه تشخیصهای پزشکی و درمان پدید
آورد ساز و کار عبور و جذب نقاط کوانتومی میتواند به صورت فعال و یا غیر فعال وجود داشته باشد نحوه عبور و
جذب غیر فعال این نوع ترکیبات به اندازه ذرات پوشش سطحی و میزان نفوذ به درون تومورها بستگی دارد همچنین
روش جذاب فعال و اختصاصی این نوع ترکیبات به نوع آنتی بادی ها و دندانه های اختصاصی متصل شده و آنها
برای ورود به بافت ها بستگی دارد.
گستره کاربردهای نانوفناوری در پزشکی بسیار متنوع است مثال های از این کاربردها عبارتند
از:
•هدف گیری و ارسال دارو به نقاط غیر قابل دسترس بدن با تجهیزات نانومتری
•تولید بافت های مصنوعی سازگار با بدن
•تولید سیستم های هوشمند برای شناسایی بیماری های در حال ایجاد در بدن
•درمان برخی از بیماریهای سخت العالج مانند سرطان ایدز و هپاتیت
•مراقبت بهداشتی بهتر با استفاده از تجهیزات نانومتری در داخل بدن
با توجه به کاربردهای اخیر نانو فناوری در حوزه پزشکی میتوان گفت این فناوری کلیدی برای
روشهای تشخیص پارامترها است و در ساخت حسگر ها مورد استفاده قرار می گیرد این علم
همچنین میتواند تولید محصوالت بافتی مهندسی شده و مصنوعی را گسترش دهد که کاربرد
فراوان در پزشکی دارد.
نانوحسگرهای قابل کاشت در شبکیه چشم:
فناوری نانو جهت ساخت نسل جدیدی از وسایل کوچک تر و قوی تر برای برگرداندن بینایی و شنوایی
به کار گرفته میشوند این وسایل اطالعات را جمعآوری کرده و با تبدیل به پیامهای الکتریکی به سیستم
عصبی انسان منتقل می کنند و در مواردی که عصب دهی چشم به مرد آسیب نرسانده اما گیرنده نور
چشم فعالیت الزم را نداشته باشد میتوان با تحریک مصنوعی سلولها فقدان گیرنده ها را جبران کرد در
این حالت پیام های عصبی مصنوعی ایجاد شده به مغز رسیده و حس بینایی ایجاد میشود و دید ابتدایی
شخص برگشت پیدا میکند.
ترمیم استخوان با استفاده از نانو سرامیک:
نانو سرامیک هایی با استحکام باال را میتوان به خمیر سیال و همچنین استخوان های محکم تبدیل کرد
در صورتی که در استخوان از این موارد استفاده شود سازگاری زیستی تا حد بسیار زیادی باال میرود
در زمان نسبت به سیمان های مصنوعی نانو سرامیک آیا این قابلیت را دارند که به جای استخوان هایی
که وزن را تحمل می کنند و یا وزن را تحمل نمیکنند به کار برده شوند.
پوشش های ضد میکروبی:
پوشش های ضد میکروبی با کمک به کاهش پایداری و گسترش ویروسها باکتریها و قارچها میتواند منافع مهمی
را در محدوده مراقبت های بهداشتی در بر داشته باشند این قبیل پوشش ها به عنوان مکمل و جایگزین برای
فرآیندهای گندزدایی و ضدعفونی تجهیزات جراحی و سطوح عامل جراحی از قبیل داروهای ضد عفونی به حساب
آیند پوشش ها می توانند توانایی میکروبها در چسبیدن و رشد روی سطوحی که در معرض خون بدن بیمار هستند
را طی فرایندهای عادی جراحی و حداقل برساند که این امر با اعمال پوشش هایی از قبیل نانو ذرات نقره و
دیاکسید تیتانیوم که میتوانند میکروبها را به طور مستقیم از بین ببرد امکانپذیر میسازد این پوشش میتوانند در
به حداقل رساندن انتشار بیماری در اثر تماس به بیمار کمک کنند.
بهبود کارایی ادوات و تجهیزات پزشکی:
از دیگر کاربردهای نانو فناوری در حوزه پزشکی می توان به بهبود کارایی ابزاری و ادوات پزشکی اشاره کرد و
نانو ادوات پزشکی قادرند وظایف بسیار پیچیدهای را در داخل بافتهای زیستی انجام دهند که از عهده ادوات
معمول که در مقیاس های بزرگتر ساخته شده اند خارج است.
به عنوان مثال خدمات پزشکی کوچکتر از۵۰نانومتر به راحتی میتوانند وارد اکثر سلول ها شده و
ادوات کوچکتر از۲۰نانومتر می تواند از جداره رگهای خونی عبور کند در نتیجه نانو ادوات به
راحتی میتوانند با مولکول های مستقل بر روی سطح یا داخل سلول ها تعامل داشته باشند به طوری
که این تعامل منجر به تغییر رفتار و خاص این مولکول آن نشود اندازه نانو ادوات عموما کوچکتر
از اندازه سلول های انسانی و اجزای درونی آنها است به عنوان مثال نان و ادوات امکان شناسایی و
تصویربرداری از تومورهای سرطانی بسیار کوچک را فراهم میکند ادوات فعلی از این قدر قد
تشخیصی برخوردار نیستند.
تاکنون قدم های موثری در این زمینه برداشته شده است و پیشبینی میشود در سال های آتی پیشرفت
های چشمگیری در این بخش حاصل شود.
ابزار های تشخیصی بهبود یافته:
نانو فناوری راه حل های جدید را جهت افزایش سرعت و صحت شناسایی ژن ها و مواد ژنتیکی جهت کشف
داروها و بهبود آنها و تهیه فرآورده های تشخیصی بیماری ها ارائه کرده است.در فناوری های رایج از
رنگ های فلورسنت جهت نشانهگذاری سلول استفاده میشود و به تجهیزات گرانی مانند لیزر جهت نشان
دادن واکنش های زیستی صورت گرفته و میکروسکوپ نوری جهت شناسایی محل اتصال نیاز است رنگ ها
همیشه حساسیت کافی جهت شناسایی ژن ها را ندارند و در مورد ژنهایی که از هم تفکیک نشده اند باعث
ایجاد پاسخ های غلط و ناپایدار میشود نانو فناوری توانسته است چندین محصول جدید برای افزایش توانایی
در نشاندار کردن و شناسایی ژن های نامشخص به بازار عرضه کند.
کشف دارو:
نانو و میکرو فناوری از آخرین راه حل ها برای کاهش زمان توسعه داروهای جدید است این فناوریها پتانسیل
کاهش قیمت تحقیقات و توسعه داروها را دارند روش آزمون و خطا که برای کشف داروها بهره گرفته می شود
بسیار زمان بر است این زمان شامل مراحل تحقیقات و رسیدن دارو به مراکز فروش است گاهی این زمان به بیش از
۱۰سال می رسد در سالهای اخیر تعدادی فناوری تکمیلی و جدید توسعه یافته است که به طور قابل مالحظه ای
روش تولید دارو را فشرده می کند نظم عملیاتی باال برچسب زنی بسیار حساس و فناوریهای آشکارساز برای
افزایش سرعت و دقت شناسایی ژن ها و مواد ژنتیکی استفاده می شود که نتیجه آن کاهش فرایند کشف و توسعه
دارویی میشود نانو و میکرو فناوری به همراه راه حل های فناوری اطالعات مانند شیمی ترکیبی بیولوژی
محاسباتی ساخت داروها با کامپیوتر اطالعات مواد معدنی و ابزارهای پردازش داده باعث شناسایی و حل بهتر
چالشهای مرتبط با کشف داروی شده و توانسته تنگنا های بحرانی در ساخت و کشف داروها را کاهش دهد به
عالوه به خاطر مزایای فناوری اطالعات تعداد داروهای مورد آزمایش در۱۰سال گذشته رشد زیادی داشته و از
۵۰۰۰۰۰ترکیب دارویی به یک و نیم میلیارد رسیده است.
دارو هایدیابت و سرطان باعث ریزش مو و عوارض بسیاری میشود.داروسازی به کمک نانوفناوری:
دارورسانی نوین موفقیت های چشمگیر خود را مدیون نانو ذرات است نانو ذرات نیز موفقیت خود را از ویژگی های
زیر را دارد.
ظرفیت زیاد برای حمل دارو
سطح فعال بسیار وسیعی برای واکنش درمانی
اندازه کوچک برای عبور از سلول ها و سطوح خونی
قابلیت تجمع در بافت هدف
درجه سمیت کم
صنعت داروسازی از نقطه نظر دارورسانی تاکنون از طریق نانوفناوری به دستاوردهای چشمگیری رسیده است در
سیستم دارویی قدیم به علت غیر واقعی بودن دوز داروی مقدار زیادی از دارو در دستگاه گوارش گردش خون و
بافت های واسط به هدر می رفت همین داروی جذب شده در طول مسیر ایجاد عوارض جانبی می کند برای مثال در
بیماری
دارورسانی نوین با استفاده از نانو فناوری شامل رساندن دارو در یک زمان کوتاه و با دوز بین و کنترل شده است
این روش به طور بسیار چشمگیری ایمن تر و موثرتر از پخش دارو در تمام بدن است.