20 فوريه 2008
نانوتکنولوژی مرز آینده نوآوری
ذره ای که راه حل مسائل انرژی، درمان، و فضا را در بر دارد
آغاز متن
نویسنده: دومینیک دی پاسکوال
فضا
از سرآغاز عصر فضا در نیم قرن گذشته، موضوع حمل بار سوخت موشک ها به مدار یا خارج از مدار زمین، در پرواز های فضایی مسئله بزرگی بوده است. پژوهش پیرامون دو تکنیک که استفاده از نانوتکنولوژی را متحول می کند، هر چند به کارگیری آن موکول به آینده شده، نوید بخش حل این مشکل است.
در نگاه اول، مفهوم یک "آسانسور فضایی" بیشتر از علم، به علم تخیلی شباهت دارد – وسیله ای که قادر است عملا ً بار سوخت فضاپیما را از طریق کابلی که از سطح زمین تا ماهواره ای در جو امتداد دارد، بالا ببرد. موانع فنی در ساخت چنین آسانسور فضایی موانع کوچکی نیستند، و مهمترین آن ها ساختن یک کابل بسیار قوی با چنین طول واستحکام است.
امکان دارد نانوتکنولوژی راه حل عملی ساختن این طرح باشد. برای ساختن این کابل، پژوهش کنندگان مشغول تحقیق درمورد امکان استفاده از لوله های نانو از جنس کربن هستند – یعنی ساختار هایی با چند نانومتر قطر و چندهزار نانو متر طول. از آن جا که اتم های کربن که در ساخت این لولۀ نانو به کار می رود، قدرت اتصال سختی به یکدیگر دارند، استحکام این لولۀ نانو صد برابر استحکام فولاد است. طبیعتا ً در ساخت چنین کابلی، چالش های مهندسی و علمی کم نیستند، اما پیشرفت ادامه دارد.
پزشکی
کاربرد های نانوتکنولوژی در زیست پزشکی، هم اکنون در حال گسترش است و رویکردی تازه به تشخیص و درمان بیماری ها را نوید می دهد. راه حل، در کوچک بودن ذرات نانو خلاصه می شود – این ذرات تا حدی ریز هستند که می توانند به درون باکتری ها و ویروس ها نفوذ کرده و این موجودات ریز را از درون، مورد حمله قرار دهند.
در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور در نزدیکی سانفرانسیسکو، دانشمندان در حال مطالعه جهت ساختن مولکول هایی در مقیاس نانو موسوم به "شال" ( گروه مولکول های مصنوعی با شباهت زیاد)(1) هستند. این مولکول ها، مخصوص اتصال به مکانی معین درروی سطح سلول های انسانی ساخته می شوند. هر چند "شال" در آغاز به عنوان وسیله مبارزه با تروریسم بیولوژیکی و جهت ردیابی و خنثی کردن پاتوژن هایی مانند سیاه زخم ساخته شد، اما دانشمندان بیوشیمی در مرکز سرطان شناسی لارنس لیورمور و دانشگاه دیویس کالیفرنیا، استفاده های پزشکی گسترده تری برای آن پیش بینی کرده اند.
با ساخت "شال" هایی که مخصوص اتصال به محل گیرنده سطح یک سلول سرطانی ساخته شده ، دانشمندان امیدوارند به سلاح تازه ای برای مبارزه با سرطان دست یافته باشند. شال ها در هنگام ترکیب با ایزوتوپ های رادیواکتیو و یا دارو های ضد سرطان، به دنبال سلول های سرطانی گشته و با آزاد کردن دارو به طور مستقیم درون این سلول ها، آن ها را از بین می برند. تجربیات آزمایشگاهی برای استفاده از شال به عنوان راه معالجه سرطان پروستات و سرطان غدد لنفاوی غیر هاجکینز، در جریان است.
علوم زیست محیطی
سودمندی نانوتکنولوژی معمولا ً از این جا ناشی می شود که مواد، در مقیاس نانو، خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی نسبت به مقیاس عادی خود دارند. نانوتکنولوژی، که درابعادی برابر با ابعاد اتم ها مورد استفاده قرار می گیرد، امکانات منحصر به فردی در اختیار دانشمندان قرار می دهد. دانشمندان مشغول مطالعه بر امکان بهره گیری از این مزایا در ایجاد محیط زیستی سالم تر هستند.
در بسیاری از نقاط جهان، آب آشامیدنی، آلوده به مواد سمی، مانند فلزات، و منجمله آرسنیک است. تصفیه کردن آب از این سموم، علاوه بر نیاز به دستگاه های پیچیده ، برای راه اندازی و استفاده از این دستگاه ها، محتاج به انرژی زیادی هم مب یاشد – و کشور های رو به توسعه، درست با کمبود تجهیزات و انرژی مواجه هستند. محققان دانشگاه رایس درصدد ایجاد تکنولوژی کم هزینه ای برای حل این مشکل هستند؛ آن ها با استفاده از نانوکریستال های مغناطیس، یعنی ترکیبی از آهن و اکسیژن، می توانند ذرات آرسنیک موجود در آب را جذب کنند.
هنگامی که این نانوکریستال های مغناطیسی به آبی که آلوده به آرسنیک است اضافه می شود، آن ها با آرسنیک موجود در آب ترکیب شده، و با استفاده از یک آهنربای ساده، می توان نانوکریستال های پوشیده از آرسنیک را که در ته محلول جمع شده، از آن جدا کرد. یکی از محاسن این تکنیک، امکان استفاده از آهنربا های معمولی است، اما در صورت به کارگیری مغناطیس عادی باید از آهنربا های قوی استفاده کرد. این پژوهش، رهیافت ساده ای برای تصفیۀ آب آشامیدنی مردمانی است که در مناطق دورافتاده زندگی می کنند.
انرژی
توأم شدن چند فاکتور با یک دیگر، ایجاد انرژی جایگزین را با مشکل روبرو می کند، مانند کمبود منابع سنتی سوخت فسیلی به دلیل ازدیاد جمعیت و وضع اقتصادی، گرم شدن کرۀ زمین، و افزایش ناگهانی قیمت نفت. تحقیقات فعلی آمریکا در زمینه نانوتکنولوژی، راه حل های جالب توجهی برای استخراج انرژی از منابع پاکیزه و قابل جایگزین، مانند انرژی خورشیدی، ارائه می دهد.
برای مثال، دانشمندان در دانشگاه هاروارد موفق به تولید سلول های خورشیدی با استفاده از "نانو سیم" هایی شده اند که قطر آن برابرفقط 300 نانومتر است. همان طور که در نشریۀ تکنولوژی MIT توضیح داده شده، این سلول های خورشیدی دارای مرکزی از سیلیکون متبلور، و چندین لایه سیلیکون متحدالمرکز با خواص الکترونیک متفاوت هستند. عملکرد هر لایه مشابه لایه های نیمه هادی در سلول های خورشیدی سنتی است که باجذب نور و ربایش الکترون ها، برق ایجاد می کنند.
استفادۀ اصلی ازاین سلول های میکروسکوپیک، تأمین انرژی برای دستگاه های نانو است، اما با روی هم انباشتن تعداد زیادی از آن ها می توان آن را جایگزینی برای صفحات خورشیدی که امروزه متداول هستند، به حساب آورد. با این حال، هنوز موانعی در راه تجاری کردن این تکنولوژی وجود دارد؛ محققان می بایست راه هایی برای آرایش متراکم تر این نانوسیم ها یافته و برای تبدیل نور خورشید به نیروی برق، سطح نازل کارایی آن ها را (کمتر از یک پنجم صفحات خورشیدی فعلی) ارتقا دهند.
1. Synthetic High-Affinity Ligands
پايان متن
اين تارنما توسط دفتر برنامه های اطلاعات بين المللی وابسته به وزارت امور خارجه ايالات متحده منتشر می شود.
پيوند با ساير تارنماها نبايد به منزله تاييد نظرات ذکر شده در آنها تعبير گردد.
