معلومات عن علوم وتقنيات النانو تكنولوجى,
NANO-Technology Report
مقدمة لعلوم و تقنيات النانو
النانو
النانو أصغر من أى شىء قد مرعليك من قبل تحت المجهر ، فهو تقريبا فى حجم الذرات و الجزيئات.
النانو كلمة مشتقة من أصل لاتينى Nanos و هى تعنى قزم , ومنها جاء المصطلح Nanotechnology.
1 نانومتر يعنى جزء من مليار من المتر ؛ أى 9- 10 من المتر. إنه من الصعب على أى إنسان أن يتخيل حجم النانومتر لذلك سنذكر لكم بعض الأمثلة التى ستمكنكم من تخيل الأمر:
إذا أفترضنا أن قطر البلية 1 نانومتر فيمكننا فى هذا الحين إعتبار قطر الكرة الأرضية يساوى 1 متر.
سُمك الورقة التى نكتب عليها يقدر بحوالى 100,000 نانومتر.
سُمك شعرة رأس الإنسان يتراوح بين 50,000 و 180,000 نانومتر.
قطر شريط الدنا DNA يقدر بـ 2.5 نانومتر ، و إذا كبرناها 1000 مرة سنصل إلى قطر الخلية البكتيرية (2.5 ميكرومتر) ، و إذا كبرناها 1000 مرة سنصل إلى قطر قطرة المطر (2.5 ملليمتر) . . . معنى هذا أن قطرة المطر تحوى مليار نانو متر.
قطر أنبوبة كربونية نانوية - أنبوبة مصنوعة من الكربون فى مستوى النانو - يقدر بحوالى 1 نانومتر ، و إذا قمنا بالتكبير 100,000 مرة سنصل لقطر شعرة فى رأس إنسان ، و إذا قمنا بالتكبير 100,000 مرة - مرة أخرى - سنصل إلى منزل بإتساع 10 أمتار.
الفيديو التالى يمكنه توضيح هذا الأمر بشكل أفضل
الفيديو التالى يمكنه توضيح هذا الأمر بشكل أفضل
خلفية تاريخية فى عام 1959م صرح العالم الأمريكى ريتشارد فاينمان "Richard Feynman" فى محاضرة له بعنوان "هناك متسع كبير فى القاع" "There Is Plenty Of The Room At The Bottom" أنه يمكننا تسجيل كل محتويات العالم من المعارف و العلوم الموجودة بدائرة المعارف البريطانية المكونة من 24 مجلد ضخم على رأس دبوس. و قد أوضح أنه يمكننا تحقيق ذلك إذا وصلنا لتقنية تمكننا من كتابة كل كلمة بإستخدام 300 أو 400 ذرة من خلال ترتيب الذرات بجوار بعضها. و بهذا يكون فاينمان هو أول من فكر بتقنية فى مستوى صغير جداً جداً جداً لهذه الدرجة. و بالفعل بعد 40 عاما من هذا التاريخ تمكن العلماء من تحقيق المعجزة و كتابة محتويات دائرة المعارف البريطانية على رأس دبوس. وهذا الفيديو يوضح لنا هذه القصة الشيقة
على الرغم من أن فاينمان هو أول من فكر فى هذا المستوى الدقيق إلا أنه لم يستخدم مصطلح "تقنية النانو" "Nanotechnology" ، بل إن الكلمة لم تستعمل فى هذا العصر إطلاقاً. ظهر مصطلح "تقنية النانو" "Nanotechnology" بعد محاضرة فاينمان بـ15 عاماً ؛ أى عام 1974م و ذلك على يد العالم اليابانى نوريو تانيجوتشى "Norio Taniguchi" ، وبهذا يكون تانيجوتشى صاحب هذا المصطلح و أول من أستخدمه. ما هو المميز فى مستوى النانو ؟؟ أكتشف العلماء أن كل المواد فى حجم النانو يكون لها خواص مختلفة تمام الإختلاف عن خصائصها وهى فى حجمها الطبيعى ، و هذا ينطبق على أى مادة فى الطبيعة ؛ فبعض المواد تكون أقوى ، بعضها الأخر يستطيع توصيل الحرارة بشكل أفضل ، أخرى تستطيع توصيل الكهرباء بصورة أفضل ، هناك مواد أخرى تختلف خواصها المغناطيسية و هى فى حجم النانو و غيرها الكثير. على سبيل المثال إذا تحدثنا عن مادة الكربون فى مستوى النانو ، فقد قمنا بتصنيع أنابيب كاربونية نانوية "Carbon Nanotubes" و التى لها العديد من الخواص الجديدة المدهشة فهى أقوى من الصلب بـ50 مرة بالإضافة لكونها خفبفة جدا. كيف يمكننا الحصول على المواد فى مستوى النانو ؟ هناك طريقتان يمكننا من خلالهما تحضير المواد فى مستوى النانو :
فى هذه الطريقة - كما يتضح من إسمها - نقوم بتجميع الذرات و الجزيئات الصغيرة جداً بجوار بعضها البعض لنحصل على المواد فى مستوى النانو.
و فى هذه الطريقة - على النقيض من الطريقة السابقة - يتم تحضير المواد فى مستوى النانو من مواد أكبر منها حجماً بكثير ، ثم نقوم بتكسير هذه المواد الكبيرة حتى نصل بها لمستوى النانو. هناك مصطلحان هامان ينبغى لنا أنا نفرق بينهما :
اولا : - الطب :
قرأنا فى قصص الخيال العلمى عن روبوتات صغيرة جدا تسبح فى الدم داخل جسم الإنسان تعالج الأنسجة التالفة ، تقتل و تحارب الجراثيم ، تعالج الأمراض ، و تقوم بتنظيف الجسم و تخليصه من المواد الضارة . بإستخدام تقنيات النانو تحول هذا الخيال إلى حقيقة ؛ ففى القريب العاجل سيتمكن العلماء من إبتكار إنسان آلى فى مستوى النانو يفعل كل هذا و أكثر داخل جسم الإنسان . . . بالطبع هناك عقبات تواجه العلماء للوصول لهذا الإنجاز ، لكنهم سيتمكنون من إيجاد الحلول و تحويل الخيال إلى واقع. فيديو تخيلى يوضح النانوبوت و هو يستبدل خلية عصبية
أنظمة توصيل الدواء الذكية Smart Drug Delivery Systems عندما نتناول دواءاً ما فإنه لا يصل للعضو المريض مباشرة ، بل ينتشر فى جميع أجزاء الجسم أولاً ، ثم يتجه للعضو المراد علاجه مما يؤثر فى فاعلية الدواء و يقلل من فائدته ، كما أنه يسبب أعراض جانبية فى بقية أجزاء الجسم . . . و قد تمكن علم النانو من تصنيع أنظمة ذكية لتوصيل الدواء ؛ و ذلك عن طريق تصنيع جزيئات فى حجم النانو تحمل جزيئات الدواء و تنقلها إلى العضو المصاب مباشرة ً مما يزيد من فاعليته و يقلل من الأعراض الجانبية فى بقية أجزاء الجسم. نانو الذهبGold Nano Particles أكتشف العلماء بعض الخواص الجديدة للذهب فى مستوى النانو أفادت كثيراً فى مجال الطب خاصة فى عمليتى التشخيص و العلاج. من هذه الخواص أن جزيئات الذهب فى حجم النانو يكون لها ألوان مختلفة تختلف بإختلاف حجم الجزيئات و مدى إقترابها من بعضها البعض . فمثلا , يمكننا إعتبار أن أكبر حجم لجزيئات الذهب فى مستوى النانو يعطى لوناً أحمراً ، و الجزيئات الأقل حجماً تعطى لوناً أصفراً ، أما الجزيئات الصغيرة فتعطى لوناً أخضراً. وقد أستفدنا من هذه الخاصية فى عملية التشخيص ، فعند وضع هذه الجزيئات فى محلول به خلايا نجد أن الجزيئات الحمراء تلتصق بسطح الخلية من الخارج لأن حجمها الكبير يجعلها عاجزة عن المرور إلى داخل الخلية ، أما الجزيئات الصفراء فتعبر الغشاء الخلوى و تبقى فى السيتوبلازم ، بينما الجزيئات الخضراء الأصغر حجما ستدخل عضيات الخلية ، و بهذا نتمكن من صبغ الخلية بألوان مختلفة كما يتضح لنا فى الصورة التالية و قد وجد العلماء أيضا أن الذهب فى مستوى النانو له القدرة على إمتصاص الضوء و تحويله إلى طاقة حرارية. و قد تم الإستفادة من هذه الخاصية فى علاج السرطان ؛ من خلال حقن الورم بجزيئات نانو الذهب و التى نضعها داخل جزيئات خاصة تمكنه من دخول الخلايا السرطانية فقط دون الخلايا السليمة ، وبعد ذلك نسلط على الورم كمية معينة من الضوء ، فتمتصه جزيئات الذهب و تحوله إلى حرارة تكون كافية لقتل و تدمير الخلايا السرطانية دون الإضرار بالخلايا السليمة. و تعرف هذه التقنية بإسم "العلاج الإختيارى الضوء-حرارى" "Selective Photo-thermal Therapy" . و توضح الصورة التالية فأر تجارب لديه ورمان أحدهما تم علاجه بهذه التقنية و الأخر لم يتم علاجه ، و كما نلاحظ أن الورم المعالج قد ضمر و شفى .
| ||||||||||||||||||||||||