نانوتكنولوژي چيست

نانوتكنولوژي مولكولي ، نامي است كه به يك نوع فن‌آوري توليدي اطلاق مي‌شود. همانطور كه از نامش پيداست ، نانوتكنولوژي مولكولي، هنگامي محقق مي‌شود كه ما توانايي ساختن چيزها را از اتمها داشته باشيم و در اين صورت ما توانايي آرايش دوباره مواد را با دقت اتمي خواهيم داشت.
هدف نانوتكنولوژي ساختن مولكول به مولكول آينده است . همانطور كه وسايل مكانيكي به ما اجازه مي‌دهند كه چيزي فراتر از نيروي فيزيكي خود به دست آوريم، علم نانويي و توليد در مقياس نانو

هم، سبب مي‌شود تا ما بتوانيم پارا بفراتر از محدوديتهاي اندازه‌اي كه به طور طبيعي موجود است، بگذاريم و درست روي واحدهاي ساختاري مواد كار كنيم, جايي كه خاصيت مواد مشخص مي‌شود و با تغيير در آن واحدها مي‌توان تغييرات خواص را ايجادكرد. براي كنترل ساختار مواد، بايد يك سيستم كامل و ارزان قيمت در اختيار داشته باشيم. فرض اصلي در نانوتكنولوژي اين است كه

تقريباً همه ساختارهاي با ثبات شيميايي كه از نظر قوانين فيزيك رد نمي‌شوند را مي‌توان ساخت.
ماهيت نانوتكنولوژي، عبارت است از توانايي كار كردن در تراز اتمي، مولكولي و فراتر از مولكولي، در ابعاد بين ۱ تا ۱۰۰ نانومتر، با هدف ساخت و دخل و تصرف در چگونگي آرايش اتمها يا مولكولها و با استفاده از موا‌د, وسايل و سيستم‌هايي با تواناييهاي جديد و اعمال تازه كه ناشي از ابعاد كوچك ساختارشان مي‌باشد. همه مواد و سيستم‌ها زيربناي ساختاري خود را در مقياس نانو ترتيب مي‌دهند. در اينجا مثالهايي را ذكر مي‌كنيم. يك مولكول آب داراي قطر حدود ۱ نانومتر است. قطر يك نانوتيوب تك لايه ۲/۱ نانومتر مي‌باشد. كوچكترين ترانزيستورها به اندازه ۲ نانومتر مي‌باشند. مولكول DNA ، ۵/۲ نانومتر پهنا دارد و پروتئينها بين ۱ تا ۲۰ نانومتر هستند. قطر ATP ، ۱۰ نانومتر بوده و يك وسيله مولكولي نيز ممكن است در حدود چند نانومتر باشد.
كنترل مواد در مقياس نانويي به معناي ساختن ساختارهاي بنياني در مقياسي است كه خواص اساسي معين مي‌شود. تا آنجايي كه ما از طبيعت اطلاعات در دست داريم، اين آخرين مقياس توليد است. نانوتكنولوژي ، اتحاد ساختارهاي نانويي در جهت ايجاد ساختارهاي بزرگتر را كه مي‌توانند در صنعت، پزشكي و حفاظت محيط‌زيست استفاده شوند، شامل مي‌شود.
دانشمندان اخيراً اين توانايي را پيدا كرده‌اند كه بتوانند اتمها را به طور مستقيم مشاهده كرده و دستكاري كنند ولي اين تنها بخش كوچكي از تكنيكهايي است كه در علم نانويي و همچنين

فن‌آوري، به دست آمده است. هنوز چند دهه به توانايي توليد محصولات تجاري باقي است ولي مدلهاي تئوري كامپيوتري و محاسباتي، نشان مي‌دهند كه دستيابي به سيستم‌هاي توليد مولكولي امكانپذير است. چرا كه اين مدلها، قواني فيزيكي كنوني را نقض نمي‌كنند. امروزه دانشمندان وسايل و تكنيكهاي زيادي را كه براي تبديل نانوتكنولوژي از مدلهاي كامپيوتري به واقعيت لازم است ، اختراع و تدبير مي‌كنند.
دقت به عنوان منفعت ماشينهاي مولكولي مدنظر مي‌باشد و همچنين يكي از كليدهاي مهم براي درك لزوم پيشرفت در زمينه اين فن‌آوري است. دقت در اينجا به اين معناست كه براي هر اتم جايي وجود دارد و هر اتم در جايگاه خودش است. ما از ماشينهاي دقيق براي توليد محصولات با دقت مساوي، استفاده خواهيم كرد. فن‌آوري تا به حال هرگز چنين كنترل دقيقي نداشته است و هم

ه‌ فن‌آوريهاي كنوني ما، فن آوريهاي بزرگ هستند. امروزه ما تكه يا توده‌اي از چيزي را در مقابل خود قرار مي‌دهيم و به آن چيزي اضافه كرده و يا از آن تكه‌هايي را كم مي‌كنيم و در نهايت وسيله مورد نظرمان را با اين اعمال ايجاد مي‌كنيم. در واقع ما وسايلمان را از سر هم كردن قسمتهاي مختلف توليد مي‌كنيم بدون آنكه نسبت به ساختمان مولكولي آنها توجهي داشته باشيم. در گذشته ساخت با دقت اتمي، تنها در محصولات كريستالها يا در سازمان‌هاي زنده‌ي زيستي مانند ريبوزومها كه پروتئين مورد نياز موجود زنده را فراهم مي‌كنند و يا DNA كه اطلاعات مورد نياز براي ايجاد موجود زنده را حمل مي‌كند، ديده شده است. ما در جريان پيشرفت نانوتكنولوژي روندي به سوي دستيابي به درجه‌اي از كنترل سيستمها كه قبلاً تنها در طبيعت موجود بوده، در پيش رو داريم.
منفعتهاي ديگر وقتي نمايان مي‌شوند كه اندازه‌ي وسايل قابل ساخت را مورد توجه قرار مي‌دهيم. وقتي ما در مقياس اتمي كار كنيم، مي‌توانيم دستگاههايي بسازيم كه مي‌توانند به جاهاي غيرقابل تصور از نظر كوچكي بروند.
دو وسيله‌ي بسيار حساس كه هنوز ساخته نشده‌اند در نانوتكنولوژي عبارتند از :
۱- نانوكامپيوتر ۲- نانواسمبلر.

نانو كامپيوتر ماشيني مولكولي است كه قادر است يك رشته اعمالي را به اجرا در آورد و آنها را اداره كند و در نهايت نتيجه‌اي را توليد نمايد. در عمل اين وسيله تا حدي با ميكروپردازش‌گرهاي امروزي متفاوت است، اگر چه شباهتهاي نادري با كامپيوترهاي قديمي و مكانيكي كه توسط Charles Babbage در دوره‌ي ويكتوريا طراحي شده بود، دارد. همچنين داراي دستگاه ثبت‌كننده‌اي است كه چيزي شبيه ماشينهاي جمع‌كننده ( Adding Machine) به وجود مي‌آورد. البته

ماشين جمع‌كننده‌اي كه ميليون‌ها بار كوچكتر و بيليونها بار سريعتر از ميكروپردازش‌گرهايي كه تاكنون طراحي شده است. وقتي يك نانوكامپيوتر وجود داشته باشد در اين صورت به وجود آوردن نانواسمبلر نيز امكان‌پذير خواهد بود. نانواسمبلر وسيله‌اي ساخته شده در تراز اتمي است كه مي‌تواند اتمها را براي بيشتر شكلهايي كه مورد نظر مي‌باشد، دقيقاً نظم‌دهي و آرايش كند. امروزه كاركردن در تراز اتمي به نيروي اتمي ميكروسكوپي گران قيمت (AFM) نياز دارد كه از ميدان الكتريكي براي هل دادن اتمها به سمت جايگاهشان استفاده مي‌كند. ولي نانواسمبلر مي‌تواند به سادگي اتمها را از جايگاهشان خارج كرده و آنها را همانند دستگاه بافندگي صنعتي، در محل مورد نظر به يكديگر پيوند دهد. در سلولهاي ما، ريبوزومها كاري شبيه به اين را انجام مي‌دهند؛ DNA را به صورت RNA كپي كرده و سپس آمينواسيد صحيح را جهت ساخت پروتئينها جمع‌آوري مي‌كنند. نانواسمبلري كه يك نانو كامپيوتر را در هسته‌ي خود در بردارد ، تقريباً همين كار را انجام مي‌دهد . نانواسمبلر در واقع يك هدف نهايي و مهم در نانوتكنولوژي است. وقتي يك نانواسمبلر كامل در دسترس باشد، تقريباً همه چيز ممكن مي‌شود و اين مهمترين و بزرگترين خواسته‌ي انجمن نانوتكنولوژي است.

شصت سال پيش John Von Neumann ( كسي كه همراه Alan Turing، زمينه علم كامپيوتر را پايه‌گذاري كرد.) حدس زد كه روزي ساختن ماشين‌هايي كه بتوانند خودشان را كپي كنند، ممكن خواهد شد. يك نوع تكراركننده‌ي خودبه خودي كه مي‌تواند ما را از يك مثال ساده‌ي ذهني به سمت اجتماعي از كپي‌هاي كامل هدايت كند. اگر چه ماشين مورد نظر Von Neumann در تئوري ساده به نظر مي‌رد ولي هرگز ساخته نشده است. در مقياس ماكرومولكولي ساختن يك كپي از ماشين بسيار ساده‌تر از تهيه كردن ماشيني است كه بتواند خود را كپي كند ولي در تراز مولكول

ي ، اين موازنه برعكس است يعني تهيه كردن ماشيني كه بتواند خود را كپي كند بارها ساده‌تر از ساختن ماشين ديگري با استفاده از تراشه‌هاست.
اين مزيت بزرگي است كه وقتي تنها يك اسمبلر داريم، مي‌توانيم هر تعداد كه بخواهيم ، ايجاد كنيم. همچنين اين بدان معناست كه نانواسمبلر يك آفت كامل است. اگر به طور عمدي يا تصادفي يك نانواسمبلر در محيط آزاد شود، تنها با راهنماي چگونگي تكثير شدن ، تمام سطح سياره يعني گياهان، حيوانات و سنگها و صخره‌ها در عرض مدتي كمتر از هفتاد و دوساعت (۷۲) به ماده‌ي لزج و چسبناك خاكستري رنگ (gray goo) از naniteها (nano unite) مبدل خواهد شد. Drexler معتقد است مشكل gray goo تا حد زيادي خيالي است ولي امكان سناريوي غبار خاكستري را تصديق مي‌كند كه باعث برگشت يا تكرار naniteها مي‌گردد و زمين را در روكشي كه مادون ميكروسكوپي است، خفه مي‌كند و در اينجا ما با يك خطر فن‌آوري كه در تاريخ بي‌سابقه است ، مواجهيم. عليرغم اين مسائل، كساني كه روي نانوتكنولوژي مولكولي كار مي‌كنند، در حال مطالعه براي ساختن دستگاهي در مقياس اتمي هستند و به نظر مي‌رسد به زودي اطلاعات كافي براي ساخت نانوكامپيوتر و نانواسمبلر را به دست مي‌آوريم .
اين مسائل اجتناب‌ناپذير و مطرح شده در نانوتكنولوژي باعث شد تا Drexler، يك زيربناي علمي و آموزشي ايجاد كند و آن انستیو Foresight است كه به عنوان يك محل شناخته شده و يك مركز تفكر در مورد نانوتكنولوژي عمل مي‌كند. در طي ۱۴ سال برپايي Foresight ، اين انستيتو به صورت تحقيقات نانوتكنولوژي درآمده است. در اواسط اكتبر ۲۰۰۰، انستيتو Foresight ، كنفرانس سالانه‌ي خود را در هتلي در Santa Clara برگزار كرد. در آنجا زمزمه‌اي جديد به گوش مي‌رسيد؛ پيشرفتهاي اخير در سازه‌هاي با مقياس مولكولي كه حاصل ابتكار در برخي تركيبات اصلي و بنياني كه Drexler در نانوسيستم توصيف كرده است، مي‌باشد. همانند تركيباتي كه در ساختمان نانو كامپيوترها و نانواسمبلرها ضروري است. چيز ديگري كه در كنفرانس به دست آمدن يك كپي ا ز داروي نانويي

Robert Freitas بود. طب نانويي بيش از پيش در تلاش براي جامه‌ي عمل پوشاندن به وعده‌هاي Feynman (دارنده‌ي جايزه نوبل براي طرح فن‌آوري در مقياس كوچك) در مورد ” دكتر بسيار كوچك” است و قدم به قدم موانع فن‌آوري را از سر راه برمي‌دارد. موانعي كه براي رسيدن به وسايل نانوپزشكي بايد بر آنها فائق آمد.

هم‌اكنون كنگره‌ي آمريكا نسبت به سرمايه‌گذاري در هر نوع تحقيق و توسعه (R & D) بدون سوددهي زودرس در پزشكي و ارتش مخالفت دارد ولي دولت آمريكا سرمايه‌گذاري براي تحقيقات نانوتكنولوژي را دوبرابر كرده است. قسمتي از اين سرمايه براي اهداف مركز تحقيقات ناسا در Mountain View كاليفرنيا صرف خواهد شد؛ جايي كه تيم كوچكي روي طرح نانوكامپيوترها كار

مي‌كنند. حال اين سئوال در ذهن نقش مي‌بندد كه چرا ناسا توجه خود را معطوف به نانوتكنولوژي كرده است؟ در پاسخ مي‌توان گفت كه ” اندازه” ، مهمترين دليل مي‌باشد. كامپيوترهاي رايج مثل آنجه كه در Mars Pathfinder پايه‌گذاري شده، هم بزرگند و هم به اندازه كافي قدرتمند نيستند و ديگر اينكه مستعد انجام خطا هستند. با استفاده از وسيله‌ي نانويي به اندازه يك حشره‌ كه به اصطلاح حشره‌ي نانويي( nanobat) خوانده مي‌شود، ناسا مي‌تواند ۱۰۰ ميليون چشم و گوش را در بسته‌اي به وزن چند گرم، به سطح مريخ بفرستد. حتي اگر نيمي از آن حشره‌هاي نانويي دچار اشكال شوند و يا كار نكنند، باز هم كسي چيزي از دست نمي‌دهد. چرا كه هنوز ۵۰ ميليون ديگر باقي مانده است. براي ساختن يك عدد از اين حشره‌هاي نانويي ، محققان بايد مشكلات بر سر راه نانوكامپيوترها را حل كنند و اين همان نكته‌اي است كه گروه تحقيق ناسا بر روي آن متمركز شده است.
بررسي‌هاي انجام شده حاكي از آن است كه نانوتكنولوژي تمام جنبه‌هاي زندگي ما را تحت تاثير قرار خواهد داد. يك سري اتفاقات جالب در علم پزشكي و دارويي مورد انتظار است. نانوتكنولوژي حتي بر روي هوايي كه تنفس مي‌كنيم و آبي كه مي‌نوشيم نيز موثر است. با مطالعه بر روي پيامدهاي نانوتكنولوژي مي‌توان دريافت كه اين نوع فن‌آوري ما را به سمت پيشرفت در راه رسيدن به سيستمهايي بهتر، سريعتر ، مستحكمتر، كوچكتر و ارزان‌تر سوق مي‌دهد.
Foresight FAQ Nanotechnology Information
MECHANICAL ENGINEERING: Janrary 2001
Nano Technology magazine : Institute of Molcular Manrfacturing.

پيشگامان نانوتكنولوژي
چهل سال پيش Richard Feynman ، متخصص كوانتوم نظري و دارنده‌ي جايزه‌ي نوبل، درسخنراني معروف خود در سال ۱۹۵۹ با عنوان ” آن پايين فضاي بسياري هست” به بررسي بعد رشد نيافته علم مواد پرداخت. وي در آن زمان اظهار داشت، ” اصول فيزيكن تا آنجايي كه من توانايي فهمش را دارم، بر خلاف امكان ساختن اتم به اتم چيزها حرفي نمي‌زنند”. او فرض را بر اين قرار داد كه اگر

دانشمندان فراگرفته‌اند كه چگونه ترانزيستورها و ديگر سازه‌ها را با مقياسهاي كوچك، بسازند پس ما خواهيم توانست كا آنها را كوچك و كوچك‌تر كنيم. در واقع آنها به مرزهاي حقيقي‌شان در لبه‌هاي نامعلوم كانتوم نزديك خواهند شد و فقط هنگامي اين كوچك شدن متوقف مي‌شود كه خود اتمها تا حد زيادي ناپايدار شده و غير قابل فهم گردند. Feynman فرض كرد وقتي زبان يا سبك خاص اتمها كشف گردد، طراحي دقيق مولكولها امكان‌پذير خواهد بود و به طوري كه يك اتم را در مقابل ديگري به گونه‌اي قرار دهيم كه بتوانيم كوچكترين محصول مصنوعي و ساختگي ممكن را ايجاد كنيم.
با استفاده از اين فرمهاي بسيار كوچك چه وسايلي مي‌توانيم ايجاد كنيم؟
. Feynmanدر ذهن خود يك ” دكتر مولكولي” تصور كرد كه صدها بار از يك سلول منحصر به فرد

كوچكتر است و مي‌تواند به بدن انسان تزريق شود و درون بدن براي انجام كاري يا مطالعه و تاييد سلامتي سلولها و يا انجام اعمال ترميمي و به طور كلي براي نگهداري بدن در سلامت كامل به سير بپردازد.
در بحبوحه‌ي سالهاي صنعتي كلمه‌ي ” بزرگ” از اهميت ويژه‌اي برخوردار بود. مثل علوم بزرگ، پروژه‌هاي مهندسي بزرگ و … حتي كامپيوترها در دهه ۱۹۵۰ تمام طبقات ساختمان را اشغال مي‌كردند. ولي از وقتي Feynman نظرات و منطق خود را بازگو كرد، جهان روندي به سوق كوچك شدن در پيش گرفت.
Marvin Minsky تفكرات بسيار باروري داشت كه مي‌توانست به انديشه‌هاي Feynman قوت ببخشد. Minsky – پدر يابنده‌ي هوشهاي مصنوعي – دهه ۷۰-۱۹۶۰ جهان را در تفكراتي كه مربوط به آينده مي‌شد، رهبري مي‌كرد. در اواسط دهه‌ي ۷۰، Eric Drexler كه يك دانشجوي فارغ‌التحصيل بود، Minsky را به عنوان استاد راهنما جهت تكميل پايان نامه‌اش انتخاب كرد و او نيز اين مسئوليت را برعهده گرفت. Drexler نسبت به وسايل بسيار كوچك Feynman علاقه‌مند شده بود و قصد داشت تا در مورد تواناييهاي آنها به كاوش بپردازد. Minsky نيز با وي موافقت كرد. Drexler در اوايل دهه ۸۰ ، درجه استادي خود را در رشته‌ي علوم كامپيوتر دريافت كرده بود و گروهي از دانشجويان را به صورت انجمني به دور خود جمع نموده بود. او افكار جوانترها را با يك سري ايده‌ها كه خودش ” نانوتكنولوژي” نامگذاري كرده، مشغول مي‌داشت.
Drexler اولين مقاله علمي خود را در مورد نانوتكنولوژي مولكولي ( MNT) در سال ۱۹۸۱ ارائه داد.
او كتاب ” Engines of Creation : The Coming Era of Nanotechnology” را در سال ۱۹۸۶ به چاپ رساند. Drexler تنها درجه‌ي دكتري در نانوتكنولوژي را در سال ۱۹۹۱ از دانشگاه MIT دريافت داشت. او يك پيشرو در طرح نانوتكنولوژي است و هم اكنون رئيس انستيتو Foresight و Risearch Fellow مي‌باشد.

Nano Technology magazine : Institute of Molecrlar Manufacturing

نانوتكنولوژي و همگرايي علمي
نانوتكنولوژي به سه شاخه جدا و در عين حال مرتبط با يكديگر تقسيم مي‌شود كه بر اساس ساختارهاي زير تعريف مي‌شوند:
۱- نانوتكنولوژي مرطوب: اين شاخه به مطالعه سيستم‌هاي زيست محيطي كه اساساً در محيطهاي آبي پيرامون وجود دارند، مي‌پردازد و چگونگي مقياس نانومتري ساختمان مواد ژنتيكي

، غشاءها و ساير تركيبات سلولي را مورد مطالعه قرار مي‌دهد. موفقيت اين رشته بوسيله ساختمانهاي حياتي فراواني كه تشكيل شده‌اند و نحوه عملكرد ساختمانشان در مقياس نانويي نظارت مي‌شود، به اثبات رسيده است. اين شاخه دربرگيرنده علوم پزشكي ، دارويي، زيست‌محيطي و كلاً علوم مرتبط به Bio مي‌باشد.
۲- نانوتكنولوژي خشك: از علوم پايه شيمي و فيزيك مشتق مي‌شود و به تمركز روي تشكيل ساختمانهاي كربني، سيليكون و ديگر مواد غيرآلي مي‌پردازد. قابل تامل است كه فن‌آوري خشك- مرطوب استفاده از مواد و نيمه هاديها را نيز مي‌پذيرد. الكترونهاي آزاد و انتقال‌دهنده در اين مواد آنها را براي محيط مرطوب سودمند مي‌سازد. اما همين الكترونها خصوصيات فيزيك فراهم مي‌كنند كه ساختارهاي خشك از آنها در الكترونيك، مغناطيس و ابزارهاي نوري استفاده مي‌كنند. اثر ديگر كه باعث پيشرفت ساختارهاي خشك مي‌شود اين است كه قسمتهاي خود تكثير مشابه ساختارهاي مرطوب را دارا هستند.
۳- نانوتكنولوژي تخميني (محاسبه‌اي): به مطالعه‌ي مدلسازي و ساختن ظاهر ساختمانهاي پيچيده در مقياس نانويي توجه دارد. توانايي پيش‌بيني و تجزيه و تحليل محاسبه‌اي در موفقيت نانوتكنولوژي بحراني است زيرا طبيعت ميليونها سال وقت لازم دارد كه نانوتكنولوژي مرطوب را بصورت كاربردي در آورد. شناختي كه بوسيله محاسبه بدست مي‌آيد به ما اجازه مي‌دهد كه زمان پيشرفت نانوتكنولوژي خشك را به چند دهه كاهش دهيم كه اين تاثير مهمي در نانوتكنولوژي مرطوب نيز دارد. نانوتكنولوژي تخميني، پلي است براي ارتباط بين علوم مهندسي ، محاسباتي ، كامپيوتر و فن‌آوري جديد.
با توجه به ساختارهاي عنوان شده براي نانوتكنولوژي، تاثير متقابل آنها بر يكديگر و لزوم مشاركت هر سه ساختار براي خلق و توسعه اكثر محصولات نانويي، واضح است كه فن‌آوري برتر آينده نقطه تلاقي تفكر و عمل تمامي دانشمندان و محققان علوم مختلف است.

Interview: Nano Technology Magazine

نانوتكنولوژي مرطوب:
الف) نانوتكنولوژي و فراپزشكي:
نانوتكنولوژي به عنوان يك دانش پايه در توليدات صنعتي بشر، زمينه‌هاي مختلف دنياي ‌فن‌آوري را تحت تاثير قرار خواهد داد. پزشكي و درمان يكي از موارد مهم است كه انسان در طول تاريخ براي حفظ بقا به عنوان مسئله‌اي اساسي به آن نظر داشته است، تا آنجا كه طبيبان همواره جداي از دستمزد اقتصادي ، از اعتبار اجتماعي و گاه از تقديس هم برخوردار بوده‌اند. در پي تلاشهايي كه در تاريخ حيات بشر صورت گرفته، امروزه پيشرفتهاي شگرفي در غلبه بر ب

يماريها و حفظ سلامتي به دست آمده است كه مناسب است براي روشن‌تر شدن اوضاع پزشكي عصر خود مواردي را يادآوري كنيم.
متخصان امروزه موفق شده‌اند بسياري از بيماريهاي واگيردار نظير وبا، طاعون و موارد متعدد ديگر را كه در گذشته دسته دسته قرباني مي‌گرفتند، درمان كنند. با شناخت سلول ، DNA و سپس ويروسها امروزه بسياري از بيماريهايي كه ويژگي تكامل دارند هم درمان مي‌شوند. بعضي بيماريهاي مسري كه شايد ساده‌ترين آنها سرماخوردگي باشد قادرند متناسب با دارويي كه آنها را از بين مي‌برد، تكامل پيدا كنند و براي بار دوم از يك دارو صدمه نبينند؛ اكنون به جايي رسيده‌ايم كه چنين بيماريهايي را هم با داروي تكامل يافته از بين مي‌بريم!
در كنار شناخت بيماريها و روشهاي درمان امروزه چنان آگاهي و دسترسي دقيقي نسبت به اجزاي بدن حاصل شده كه مي‌توانيم اندامهايي را به بدن پيوند بزنيم و يا عضوهاي مصنوعي را جايگزين قضوهاي از كار افتاده نماييم. اين به معناي پايان راه حفظ سلامتي نبوده و نيست. با اندكي تعمق خطارت نه چندان كوچكي را در كنار خود و در حيطه‌ي پزشكي امروز مشاهده خواهيم كرد. داروهايي كه براي درمان بيماريها ساخته‌ايم، خود آسيبهاي ديگري به سلامت بدن وارد مي‌سازد و بدين دليل كه محيط و هدف خود را به طور دقيق نمي‌شناسند و قدرت حركت به سوي هدف خود _ خلاف حركت طبيعي مواد در بدن- را ندارند ناگزير از درمان حدودي مي‌باشند و اين يعني نجات به بهاي يك ضرر كوچكتر؛ كه البته اين ضرر كوچكتر مي‌تواند مولد زيانهايي حتي بزرگتر از مشكلات اوليه باشد. علاوه بر اين ، ظهور بيماريهايي نظير ايدز با ويروس مرموز HIV كه داروهاي كنوني از شناسايي و نابود كردن آن عاجزند به همراه گسترش روزافزون آن در ميان مردم جهان ، مشكل بسيار بزرگي محسوب مي‌شود. ديگر آنكه اعضاي پيوندي و اندامهاي مصنوعي هنوز كارايي بافتهاي طبيعي و اوليه را پيدا نكرده‌اند. براي مثال بايد گفت اگر اكنون دست يك كارگر زير تيغ دستگاههاي صنعتي قطع شود خوشبختانه مي‌توانيم دست را به بدن متصل كنيم و به حيات بازگردانيم، اما متاسفانه همه قابليتهاي اوليه را نخواهد داشت، زيرا هنوز دقت لازم براي اتصال اعصاب و بافتهاي جدا شده را مطابق حالت طبيعي به دست نياورده‌ايم.

توجه به موارد فوق احتمالاً شما را براي شيندن يك پيش‌بيني قريب‌الوقوع در دنياي ” فراپزشكي” آينده برانگيخته است.” انقلاب صنعتي آينده” در پزشكي هم دگرگوني عظيمي به همراه خواهد داشت. پژوهش‌هاي انجام شده ساختاري را ارائه مي‌كند كه مي‌تواند پيشرفت حيرت‌انگيزي را در صنعت دارو و درمان بيماريها و آسيبهاي زيستي ايجاد كند. ” ماشينهاي مولكولي هوشمند” نمونه‌ي بسيار كوچك يك سيستم شناساگر ، ترميم كننده و متحرك بسيار دقيقند كه مي‌توانند تمام مشكلات مذكور در پزشكي امروز را برطرف سازند. اين ماشينها با اطلاعات كامل از ساختار بدن و حتي اجزاي سلولهاي بدن به راحتي قادر به حفاظت جسم در برابر باكتريها، ميكروبها و ويروسهاي بيماري‌زا خواهند بود. مثلاً با داشتن اطلاعات دقيق از DNA ، سلولهاي بدن مي‌توانند مهاجمين را قبل از آسيب زدن به سلولها سالم شناسايي كرده و از بين ببرند.

ماشينهاي مولكولي هوشمند ( مجموعه‌اي از مولكولهاي متصل و برنامه‌ريزي شده كه به وسيله موتورهاي مولكولي حركت مي‌كنند و قابليت انجام اعمال سودمند و دقيق در مقياس درون سلولي دارند) مي‌توانند مواد دارويي لازم براي بيماريهاي خاص را دريافت و تا محل سلولهاي بيمار حمل كنند و پس از شناسايي تك‌تك آنها دارو در اثر داده و با حداقل ماده مورد نياز و آسيب جانبي بيماري را درمان نمايند. در عين حال اين ماشينها با ابعاد كوچك خود مي‌توانند از ديواره‌ي سلولها عبور كرده و حتي اجزاي سلولها را هم ترميم نمايند. با چنين قابليتهايي نانو ماشينهاي مولكولي به راحتي مي‌توانند حتي ويروس HIV را از مقايسه اطلاعات آن با DNA بدن انسان شناسايي كرده و از بين ببرند.
اضاف بر روشهاي درماني خارق‌العاده ، نانوتكنولوژي امكان ايجاد ساختارهاي زيستي عجيبي را فراهم مي‌سازد. مثلاً مي‌توانيم بافتهاي آن چنان مقاومي در بدن بسازيم كه با افتادن از يك ساختمان بلند كوچترين خدشه‌اي در عملكردشان وارد نشود و سلامت خود را حفظ كنند و اين يعني ….!

چه زماني به چنين ابزارهايي دست مي‌يابيم؟
زمان آن نزديك است ؛ اما در جواب اين سئوال كه شايد از بيم سر آمدن عمر قبل از دستيابي به نانوتكنولوژي در پزشكي به ذهنها خطور مي‌كند بهتر است مفهوم جديد ” Cryonics” يا ” انجماد بدن در هنگام مرگ” را بيان كنيم تا انگيزه اين پرسش فروكش كند:
وقتي قلب شخص از تپش مي‌ايستد( معناي قديمي مرگ) ولي قبل از انكه نابودي ساختار مغز آغاز شود، او را به دستگاه قلب مصنوعي متصل كرده و مرحله به مرحله بدن را با يك مايع ضد انجماد و برخي متعادل كننده‌هاي سلولي پر مي‌كنند. سپس دماي بدن فرد را تا دماي نيتروژن مايع پايين مي‌آورند. در اين نقطه همه‌ي تغييرات مولكولي براي دوره‌ي نامحدودي متوقف مي‌شود و بدن شخص را در محيط بسته‌اي نگهداري مي‌كنند. در آينده ، وقتي دستگاههاي تعمير سلولي نانوتكنولوژي به بهره‌برداري مي‌رسد، بيماريهاي مهلكي كه سبب مرگ شده‌اند به همرا

ه سموم ماده‌ي ضد انجماد از بين مي‌روند و فرد دوباره گرم مي‌شود و به صورت زنده و سالم در مي‌آيد.
Engines of Creation : Dr.K.Eric Dlexler
Engines of Healing
Nanotechnology Magazine

ب) نانوتكنولوژي و علم بيوتكنولوژي
مقدمه:
مولكولها و سيستم‌هاي بيولوژيكي صفاتي دارند كه آنها را براي كاربردهاي نانوتكنولوژي بسيار مناست مي‌سازد. عليرغم و عده‌ها Nano structureها، Nano Particleها با اندازه نانوبيولوژيكي توسعه نيافته‌اند.

بلوكهاي ساختماني نانوتكنولوژي:
سنتز: با وجود آنكه در نگاه اول بنظر مي‌رسد كه در طبيعت، تعداد محدودي بلوكهاي سازنده‌ي اصلي (آمينواسيدها، چربيها و نوكلئيك‌اسيدها) وجود دارند، اختلاف شيميايي اين مولكولهاي و راههاي مختلف پليمرشدن آنها، گستره وسيعي از ساختمانهاي ممكن را ايجاد مي‌كند. علاوه بر اين، پيشرفتهايي كه در سنتز شيميايي و كلاً بيوتكنولوژي صورت پذيرفته، انسان را قادر مي‌كند كه اين بلوكهاي سازنده را در كنار هم قرار دهد و تركيب كند و از اين طريق مواد و ساختارهاي جديدي كه تاكنون در طبيعت

ساخته نشده‌اند را بسازد. اين ساختارها غالباً كاربردهاي بي‌نظير و منحصر بفردي دارند.
بيوپليمرهاي تهيه شده از طريق بيوتكنولوژي ، تك پراكند ( mono disperse) هستند. آنها طول زنجير را كنترل مي‌كنند و تعريف شده هستند. از طرف ديگر ، توليد يك پليمر سنتزي تك پراكند عملاً غیر ممكن است. اخيراً نشان داده شده است كه پليمرهايي كه طول زنجير آنها درست تعريف شده باشد، داري قابليتهاي كريستال مايع غير عادي مي‌باشند. بعنوان مثال : Yu-et-al در سال ۱۹۹۷ نشان داده است كه روشهاي باكتريايي براي سنتز پليمر، مي‌توانند براي توليد موادي از اين دست ، استفاده شوند.
توزيع در طول زنجيري كه معمولاً براي پليمرهاي سنتزي وجود دارد، امكان اينكه بتوان آنها را در مرحله‌ي هم شكلي اتمها ( هم شكل شدن اتمها) مشاهده كرد را كم مي‌كند. اين كار از اين جهت مهم است كه نشان مي‌دهد ما هم‌اكنون راهي داريم براي شكل‌هاي جديدي ( در مرحله هم شكل شدن اتمها) كه فضا دهي لايه‌هايشان مي‌تواند در مقياس دهها نانومتر كنترل شود. در بيوتكنولوژي مي‌توان از كنار هم قرار گرفتن اسيدآمينه‌هاي مصنوعي مانند - alanine يا Dehydro poline يا Fluortyrosine يا پروتئين‌هاي ديگري كه در ساختارشان آلكن يا آلكين وجود دارد، استفاده كرد. تحقيقات در اين زمينه، راههاي جديدي در مورد پليمرهاي با طول و مشخصات كنترل شده مثل بيوپليمرهايي كه حاوي خواص الكتريكي مانند هدايت هستند را بدست مي‌دهد. پديده‌ي ديگر، همكاري همه‌ي وسايل شيميايي در تركيبات پروتئين‌هاست كه آنها را قادر مي‌سازد كه براي مثال، پروتئين‌هايي با تصوير آينه‌اي بسازند. اين پروتئين‌ها با استفاده از خاصيت تركيب D-Amino Acidها در مقابل كنترل زيستي مقاومت مي‌كنند و مي‌توانند كاربردهاي دارويي مهمي داشته باشند.

كالبدشناسي اجزاء زيستي:
كالبدشناسي پليمرهاي محافظت شده به منظور جداسازي مولكولهاي كم وزن آلي از محلول به كار برده مي‌شوند. آنها از طريق پر كردن منفذها
( Ultra filtration , Micor filtration) عمل مي‌كنند. اين فرضيه و عملكرد را مي‌توان در خصوص مايكروامولسيون و همچنين اجزاء داراي مولكولهاي هموگلوبين ، به كاربرد. اين اعمال جداسازي ساير مواد معدني را نويد مي‌دهد.

لايه‌هاي سطحي باكتريايي به عنوان اجزاء هادي :
لايه‌هاي سطحي باكتريايي كه به صورت كريستالي هستند، از واحدهاي تكرار شونده‌ پروتئين تشكيل يافته‌اند. اين لايه‌ها به صورت خود چيده

( Self-Assemble) هستند و قابليت چسبندگي بالايي دارند. آنها به عنوان اجزاء هادي براي نانوتكنولوژي در نظر گرفته شده‌اند. براي مثال آنها براي شكل دادن سوپرلاتكس سولفيد كادميم استفاده شده‌اند.

بيوسراميكها:
اثرات مولكولهاي زيستي و آلي، بر روي همديگر مي‌تواند در س

اختن سراميك، با افزايش سختي مورد استفاده قرار گيرد. مطالعات پايه‌اي زيستي-معدني كه در آنها يك ماده معدني ( معمولاً پروتئين : پپتيد يا ليپيد) به وسيله‌ يك فاز آلي ( مثل كربنات كلسيم يا هيدروكسي) تحت تاثير قرار مي‌گيرد، منجر به سنتز زيستي مواد مركب شده‌اند. سنتزهاي Micelle-templated مي‌تواند سراميكهايي با ابعاد nm 100-20 توليد كند. Poreها، اين مواد متخلخل مي‌توانند به عنوان كاتاليزور يا جذب‌كننده استفاده شوند و براي جداسازي‌هاي گاز و مايع و همينطور به عنوان عايقهاي گرمايي و صدايي به كار روند. خصوصيت جدا كردن انتخابي ، آنها را براي جداسازي بيوشيميايي و دارويي قابل استفاده مي‌كند. يك مثال جالب در مورد تركيبات معدني و آلي، مواد بسته‌بندي جديدي است كه براي گرفتن جاي پليداستيرن بعنوان پوشش غذاييِ غذاهاي حاضري بكار برده مي‌شود.

آهنرباهاي ميله‌اي زيستي:
دقيقاً نشان داده شده است كه بسياري از تركيبات آلي قادر به ته‌نشين كردن مواد مغناطيسي مانند fe3o4 و يا fe3s4 هستند. بعلاوه در تركيبات آلي ميكربي در بدن ماهيها زنجيره‌هاي خطي از كريستالهاي غشاءدار مغناطيسي كه به Magnetosome معروفند، يافت شده است( كرشفنيك و سايرين در سال ۱۹۹۲).

 

گردآورنده‌هاي يا شكل‌دهي ( Assemblers or Templating):
خودسازي متوالي زيست مولكولها معمولاً بعنوان يكي از كليدهاي حياتي كاربردهاي نانوتكنولوژي شناخته مي‌شود. اما آنچه بايد بيشتر مورد تحقيق قرار گيرد، چگونه ساختن آرايه‌هاي متناوب، گردهم‌آوريهاي زيست‌مولكولي ، چگونگي استفاده از شكل‌دهيهاي زيست مولكولي به طريق موثر، چگونگي تقليد خاصيت خودسازي زيست مولكولها براي استفاده در مولكولهاي غيرزيستي و بالاخره چگونگي بهره‌گيري از اختلافات بين خود سازي زيستي و غيرزيستي است.

نانوتكنولوژي و DNA (DNA Nanotechnology)
بادرنظر گرفتن مطالب گفته شده ، DNA يك ساختار بسيار مناس

ب براي كاربردهاي نانوتكنولوژي است. رشته‌هاي مارپيچي دوتايي DNA كه ساختارشان بسيار مشهور است در نتيجه‌ي اتصال سخت مولكولهاي DNA در شرایط ویژه حادث شده اند استفاده از مولکول های ANA شاخه دار پایدار سبب ايجاد اشكال پيوندي مي‌شود. در شكل A چهار مولكول با اتمهاي پيوندي كه در يك چهار ضلعي گرد آمده‌اند، نشان داده شده است. ما اين روش را براي ساختن يك مولكول DNA بسته‌ي كووالانسي كه يالهاي مارپيچي آن يك اتصال مكعبي دارند, استفاده كرده‌ايم. اين مكعبها در محلولي ساخته شده‌اند كه بي‌اثر است.
بنابراين ما روش تركيبي Solid-support را كه موثرتر است بكار مي‌گيريم و از آن براي ايجاد مولكولي كه در آن محورهاي مارپيچي ، اتصالات هشت‌وجهي ناقص باشند، استفاده مي‌كنيم. به هر حال ساخت يك جسم بسته از قبيل يك چند وجهي، حالت خاصي از ساختار نانوذره‌اي است زيرا همه يالها مي‌توانند بوسيله ليگاندپوشي يك رشته‌ي متناهي از پايانه‌هاي پيوندي ايجاد شوند. بنابراين برنامه‌پذيري پايانه‌هاي پيوندي و پيش‌بيني محصول ليگاند پوشيده، براي تعيين پيوند جسم كافي مي‌باشد. اجتماع چهار تركيب پيوندي در يك ساختار چهار ضلعي باعث ايجاد توانايي در حفظ ساختار صلبي آنها مي‌شود. اگر زواياي بين رشته‌هاي مارپيچي دوتايي متغير باشد، ساختار

هشت وجهي يكي از ساختارهايي خواهد بود كه اين مولكولها مي‌توانند تشكيل دهند و در حقيقت پيوندهاي شاخه‌دار، انعطاف‌پذير مي‌باشند. در صورتيكه شكل Periodicmatter بگونه‌اي باشد كه اتصالات سلول به سلول يكساني را ايجاد كند انعطاف‌پذيري مي‌تواند مجموعه‌اي از حجم‌هاي متغير به وجود آورد.

 

شكل A
واحدهايي از DNA كه استحكام بيشتري نسبت به تركيبات شاخه‌دار دارند با تركيب مجدد Intermediates بوجود مي‌آيند كه اجزاء سختي را ايجاد مي‌كنند. اين ساختار، مولكولOVER Double cross است. پنج ساختار ايزومري براي اين سيستم در نظر گرفته مي‌شود اما فقط دو ساختار نشان داده شده در شكل B در سيستم‌هاي كوچك ثابتند.

شكـل B
معيار سنجش ما براي استحكام اين است كه وقتي يك مولكول را كه داراي دو انتهاي پيوندي و مكمل است Oligomerize كنيم تمايل كمتري به حلقه‌اي شدن داشته باشد ( تركيبات شاخه‌دار بصورت ديمر و ياتريمر حلقه‌اي مي‌شوند). بعنوان مثال مولكول DAE را در نظر مي‌گيريم. اين مولكولهاي به اطراف مثلث‌هاي DNAو Deltahedra متصل مي‌شوند و بنابراين ما مي‌توانيم از استحكام اين اشكال استفاده كنيم. شكل C نشان مي‌دهد كه يك ۲-Dlattil از اين مثلثها و هشت‌وجهي كه سه لبه‌ي آن را سه مولكول Double cross over اشغال كرده‌اند، تشكيل شده است. يكي از ويژگيهاي جالب محصولاتي كه شامل DNA مي‌باشند اين است كه توليد مولكولها با دستگاههاي بيولوژيكي با cloning و با دستگاه PCR ( Ploymer chain reaction) ممكن است.

متاسفانه ايجاد فضاهاي شاخه‌دار بدين طريق امكان‌پذير نيست. با اين حال روش ديگري كه ممكن است در اين زمينه استفاده شود وجود دارد. شكل D يك دوازده وجهي كه هر وجه آن ۵ ضلعي مي‌باشد را بطور نمونه نشان مي‌دهد كه بعنوان Schlegel diagram شناخته شده است. هر لبه كاملاً با دو رشته DNA پوشانده شده و يك رشته exocyclic به هر پنج ضلعي اضافه شده است. رشته‌هاي exocyclic براي ايجاد يك رشته گره‌دار طولاني به هم متصل مي‌شوند. بنابراين ما سعي مي‌كنيم كه ببينيم چگونه به طور موثر با ادامه دادن پيچاندن رشته‌ها به DNA مي‌رسيم. به اين ترتيب گره‌هاي سه برگي با رشته‌هاي منفي DNA و RNA و نيز گره‌هايي ۳ برگي با رشته‌هاي مثبت ايجاد كرده‌ايم.

شكـل D

ج) محيط زيست نانوتكنولوژي
از آغاز قرن ۱۹ با پيشرفت جهشي و سريع علم و در پي آن رشد عظيم صنايع دست‌ساز بشر و پس از آن با وبوجود آمدن انقلاب صنعتي (Industrial Revolution) جهان ما وارد عرصه‌ي جديدي از زندگي خود شد.
فن‌آوري با گامهاي بلند به پيش آمد و در محيط زندگي انسان اثرات و تبعات غيرقابل انكاري بجاي گذاشت. اين آثار تا بدان جايي رسيد كه امروز در قرن ۲۱ برخي متفكرين زيست‌محيطي واژه ” فن‌آوري” ( Technology) را با ” دشمن محيط‌زيست” ( environment’s enemy) همسان و همسنگ مي‌دانند.
بواقع سوراخ شدن لايه‌ي اوزون ، پديده‌ي گلخانه‌اي ، ايجاد بيماريهاي جديد تنفسي و پوستي، ذوب شدن يخهاي قطبي و انقراض نسل بسياري از جانداران آبزي و هوازي همه و همه مشكلاتي هستند كه فن‌آوري دو قرن اخير براي ما بوجود آورده‌اند و ثمره‌ي فعاليت تصفيه خانه‌ها، كارخانه‌ها، كمپانيهاي هسته‌اي و شركتهاي چند مليتي هستند.

در ابتداي بحث به آثار فن‌آوري اشاره كرديم. اما آيا آثار فن‌آوري فقط محدود به مشكلات زيستي آن مي‌شود؟ مسلماً خير. هيچ انسان منصفي نمي‌تواند منكر رفاه باورنكردني حال حاضر خود در مقايسه با انسان قرون وسطي شود. به عبارت بهتر صحبت كردن راجع به منافع و مزاياي نيكوي فن‌آوري نوين كاري غيرضروري بحساب مي‌آيد واثرات مثبت آن بر همگان بديهي و روشن است. پس چه بايد كرد؟ آيا فن‌آوري واقعاً دشمن محيط زيست است؟ آيا تصور دنياي پيشرفته‌اي كه به محيط زيست صدمه‌اي نرساند تصور جمع نقيضين است؟ شايد پاسخ همه‌ي اين سئوالات در دست

محققان و پيشروندگان نانوتكنولوژي باشد. نانوتكنولوژي بارقه‌هاي اميدي را براي دنياي صنعتي دور از آلودگي و تخريب محيط ريست در دل دانشمندان بوجود آورده است. براي در نظر گرفتن تفاوتهاي نانوتكنولوژي با فن‌آوري‌هاي ديگر در برخورد با محيط زيست مي‌توان پارامترهاي متعددي را منظور كرد كه در ادامه به بررسي محورهاي اساسي آن مي‌پردازيم.

ساخت نوين سبز:

با پيشرفت صنعت ساخت در جهان و ايجاد حجم عظيم محصولات مصنوعي، محصولات جانبي بسياري در كنار محصول اصلي توليد بوجود آمدند. اين محصولات جانبي ( By-products) بي‌فايده و اجتناب‌ناپذير، معمولاً به زندگي ما صدمه مي‌زنند و براي خنثي كردن ضرر آنها هزينه زيادي مصرف مي‌شود. اين محصولات جنبي توليد، گاهي در هواي اطراف ما بصورت گاز پراكنده شدند. سپس در دریا ها و رودخانه‌ها ريخته شدند و گاه در زيرزمين مدفون گرديدند و در نتيجه همه‌ي اينها نهايتاً در مسيرشان به محيط زندگي ما بازگشتند. متاسفانه با رشد جمعيت نوع زندگي ما به اندوختن و انباشتن همه چيز ( اعم از وسايل، كالاها و محصولات و شبه محصولات ) و آنگاه تدفين خودمان در پسمانده‌هاي سمي، محدود شده است.
تصور سبز كدامست؟ با اين همه، تخيلي كه در جهت حمايت از محيط‌زيست به بازيافت ارزان پس‌مانده‌ها منتهي شود چه مي‌تواند شد؟ اين مهم به سادگي و با فن‌آوري سمتي امكان‌پذير نيست. به عقيده ما ايده‌آل آنست كه بتوان پروسه‌ي توليد را در دنيا طوری مجهز كرد كه شبه محصولات (اقلام جانبي) و تمام مواد اضافي توليد، خودشان بازيافت شوند بدون اينكه عملاً انرژي انسان در كار باشد.
اگر شما نيز با ما هم‌عقيده‌ايد، وارد شويد. صنعت ساخت نانوتكنولوژي، بدون اتلاف، بدون محصول جانبي، بدون تفاله ؛ بواقع هيچ چيز اعم از پس‌مانده و آلوده كننده براي دفن كردن وجود ندارد. در فن‌آوري سنتي واكنش‌دهنده‌ها به ندرت ، ۱۰۰% به محصول تبديل مي‌شوند و باقي مانده چيزي كثيف ولي معمولاً قابل بازيافت است كه گران‌قيمت نيز مي‌باشد. بعنوان مثال براي ساختن يك قطعه پلاستيك واكنش‌دهنده‌هاي شيميايي در جزءهاي واكنش بصورت كمپلكسهاي مختلف و در شرايط خاص براي بوجود آمدن محصول مطلوب تركيب مي‌شوند. پس از طي مراحل مياني واكنش و بوجود آمدن محصول اوليه بايد آنرا دوباره به عمل آورد و در نهايت تزريق و قالبگيري كرد. در مقايسه اگر شما بخواهيد پلاستيكي را با نانوتكنولوژي توليد كنيد مي‌توانيد از موجوديهاي غني شده عناصر خالص مثل C ، H،O و نيروي ذاتي اتمها براي بوجود آوردن پيوندهاي شيميايي بدون طي مراحل

گذار ( مياني Intermediate) استفاده كنيد. همچنين مي‌توانيد پلاستيكي در فرم نهايي آن بدون تزريق و قالبگيري با همان طرحي كه ميل داريد بسازيد. يا اگر بخواهيد چيزي از فولاد بسازيد، مي‌توانيد نانو ماشينها را در يك محل بدنماي ماشينهاي اوراقي و اسقاطي رها كنيد تا آهن‌هاي را تميز كنند و با ساختاري مطلوب شما اتم به اتم ، آن را به فرم نهايي بدون سوزاندن زغال سنگ براي ذوب كردن و باقي گذاشتن يك توده آشغال پر از فلزات سنگين دوباره سازي نماييد. و از ه

مه اينها شگفت‌انگيزتر اينكه در آينده‌ي ذهني ما دستگاههاي Feed stokeاي وجود دارند كه با فعال كردن نرم‌افزار نانو و فشار كليد Go مي‌توانند مشغول ساختن اتم‌به اتم ماده‌اي مثل چوب شوند.

انرژي دوستانه ( دوستدار انسان و محيط زيست)
ما مي‌خواهيم بيش از اين با سوزاندن سوخت‌هاي فسيلي و پس‌مانده‌هاي آنها زندگي نكنيم. نانوتكنولوژي برنامه‌ي جالبي را براي تامين منابع انرژي سياره‌ي ما با منشاء الكتريكي و بدون آلودگي ، فراروي ما قرار مي‌دهد. اين تامين انرژي دو مزيت دارد: ۱- فوق‌العاده پاكيزه‌تر از آن چيزي است كه هم‌اكنون مورد استفاده قرار مي‌دهيم. ۲- محدوديتي براي جمعيت عظيم دنياي امروز و حتي

افزايش بي‌رويه آن در آينده ندارد.
براي درك بهتر انرژي دوستانه به يك مثال اكتفا مي‌كنيم. در آينده نه چندان دور واكنش دهنده‌هاي نانو سايز براي روكش كردن جاده‌ها با لايه‌اي از سلولهاي مخروطي شكل خورشيدي ( كه بازده فوق‌العاده بالايي دارند) بوسيله يك روكش سخت الماسي با اندازه‌گيريهاي دقيق معرفي خواهند شد. با ۳۰۰ وات انرژي خورشيدي تابشي به صورت خام هر متر مربع از زمين، روزانه فقط يك قسمت كوچك از روكش موجود جاده براي مجموعه انرژي نياز خواهد داشت و فقط سنگفرش مجدد خيابانهاي افزايش انرژي الكتريكي ( بدست آمده از فتوسلولهاي خورشيدي) را مي‌طلبد. به اين ترتيب ديگر نيازي به سوزاندن سوختهاي فسيلي و ايجاد مونوكسيدكربن، دي‌اكسيدكربن، اكسيدنيتروژن و اكسيدگوگرد نخواهد بود و ما بسيار ارزان به انرژي گرانبهاي الكتريكي دسترسي پيدا خواهيم كرد.

اثر مثبت در كشاورزي
دكتر Eric Drexler طرحي جامع در رابطه با كشاورزي به كمك ساختارهاي نانويي دارد. در اين برنامه كشتزارهاي كنوني به حالت اوليه آن – جاي كه گاوميشهاي وحشي ( بوفالوها كه اكنون در حال انقراضند) در ان سكني گزيده بودند- بازخواهند گشت. وي پيشنهاد مي‌كند كه ساختهاي نانويي با اجرايي عالي مي‌توانند گلخانه‌هايي در حجم كم اما انبوه پديد آورند كه تقريباً به اندزه ۱۰% از مزارع زير كشت فعلي دنيا مي‌باشند و مي‌توانند جمعيت كنوني جهان را تغذيه نمايند. در اينصورت ميليونها مايل مربع از سرزمين ما مي‌توانند به محلهاي مسكوني طبيعي در سراسر جهان بازگردانده شوند و قسمت بزرگي از استعداها و مكانهاي متوقف شده و بلااستفاده به كارگرفته شوند.

متخصص تشريح محلولها:

گروهي از دانشمندان علوم زيستي وجود دارند كه معتقد به اخلاق در روند كاري خود هستند و به ضد تشريحها ( Antivivisection) معروفند. آنها معمولاً گياهخوار هستند و استفاده از جانداران را در آزمايشهاي پزشكي ، تغذيه كردن به حالتهاي مختلف از دامها، ساختن كتهاي چرمي از پوست حيوانات و مسايل ديگر شبيه به اين را محكوم مي‌كنند. حتي خود ما هم مثلاً از اينكه ببينيم خوشبو كننده‌اي در چشم يك ميمون اسپري مي‌شود تا مقدار حساسيت‌زدايي خاصيتهاي آن چك شودن احساي ناراحتي مي‌كنيم. نانوتكنولوژي براي ما و همه ضدتشريحها مژده‌اي زيبا دارد و آن مژده اين است كه ديگر نيازي به آزار هيچ موجود زنده براي كار تحقيقاتي نيست. نانوداروها، سلولهاي نانوسايز، مدلهاي كامپيوتري متابوليك و قدرت جسورانه نانوكامپيوترها همگي دست به دست هم خواهند داد تا موقعيت عدم استفاده از حيوانات را براي آزمايشهاي منسوخ پزشكي و آرايشي فراهم آورند، كتهاي چرمي با يك دانه اتم پايه و با روش اتم به اتم ( one atom at a time) در زماني كوتاه ساخته مي‌شوند و حتي استيك جوجه و یا بره‌ي نيم‌پخته را خود ما به كمك مولكولها و اتمها بوجود مي‌آوريم بدون آنكه حيواني را ذبح كنيم. همه اينها قابل اجراست و ضد تشريحها در طول زمان به طرفداران نانو تبديل خواهند شد.
انهدام محلهاي جمع‌آوري زباله‌هاي شيميايي و هسته‌اي
همانطور كه مي‌دانيم كانالهاي ارتباطي آبهاي زيرزميني در سراسر جهان بخاطر مدلهاي مختلف تخليه زباله، آلوده شده‌اند. هدف نانوتكنولوژي آن است كه اين آلودگي‌ها را متوقف كند و در جهت پاكيزه‌سازي آبهاي سطحي و زيرزميني گامهايي بردارد. امروزه نمونه‌هاي بسياري از خاكهاي آلوده شده و سرطانزا در دنيا وجود دارد. عناصر شيميايي به خودي خود مضر نيستند، ليكن در متن زندگي انساني اين عناصر بي‌خطر و بعضاً مفيد به خاطر عملكرد بد ما كشنده و مهلك شده‌اند. اين تفاوت به سادگي قابل تشخيص است، زيرا كه تركيبات روزمره و مورد استفاده ما بصورت شيميايي چيده شده‌اند. راه‌حل، شكستن پيوندهاي شيميايي و ايجاد توليدات نهايي بي‌خطر و كم‌اثر است.
اما در مورد پس‌مانده‌هاي هسته‌اي همانطور كه مشخص است اين زباله‌ها مي‌توانند امنيت پايدار جهاني را مخدوش كنند و از اين جهت فوق‌العاده مورد توجه هستند. يك راه كه در حيطه

نانوتكنولوژي پيشنهاد مي‌شود آن است كه يك نانيت را مامور درو كردن همه مواد راديواكتيو در يك منطقه بكنيم. اما اين راه، خشن و غيرعاقلانه به نظر مي‌رسد. راه بهتر، ارزان‌تر و مطمئن‌تر آن است كه با كمك نانو فضاپيماهاي در حال ساخت، حداكثر بهره‌برداري از عمليات هسته‌اي خورشيد را مد نظر قرار دهيم. البته توضيح نحوه‌ي عملكرد و ذخيره انرژي نانو فضاپيماها و طبقه‌بندي جرمي اتمهاي باقي‌مانده از عمليات شكافت هسته‌اي درون خورشيد از حوصله اين بحث خارج است اما مي‌توان به بزرگترين مزيت اين طرح اشاره كرد و آن يك مرحله‌اي بودن تبديل انرژي به انرژي است.
يك هسته بصورت بالقوه راديواكتيو است زيرا مقدار زيادي نوترون دارد. براي اينكه بتواند مقدا

ر زيادي پروتون در خود جاي دهد و يا براي داشتن ثبات لازم، بايد مقدار كمي نوترون داشته باشد. براي حل مشكل هسته‌هاي نافرم تنها اين مهم است كه هسته‌ها را همراه مقدار كافي انرژي براي شكستن آنها به عناصر كوچكتر و سبكتر شتاب دهيم و در آخر بشكافيم. بعد اين عناصر سبكتر مي‌توانند عناصر با ثباتي شوند و يا اگر اين طور نباشد فرآيند ادامه پيدا مي‌كند تا هنگامي كه ثبات كامل بدست آيد. به اين ترتيب نانوتكنولوژي مشكل زباله هسته‌اي را تماماً مرتفع مي‌كند، يعني باقي مانده‌هاي واكنش‌هاي شكافت هسته‌اي، خود موادي عادي، كاربردي و از همه مهمتر غيرراديواكتيو هستند.
Nano Technology Magazine

نانوتكنولوژي خشك
الف) يك مثال: نانوتكنولوژي ، مادر شيمي تكاملي تجربي
علم شيمي شامل مراحلي است كه در طول روزها و ماهها انجام مي‌گيرد و شامل تجزيه و تقطير و … تركيبات است كه بوسيله يك شيمي‌دان معمولي و تجربي انجام مي‌شود.
شيميدانان تركيبات موجود را گرفته و به آن گروههاي ديگري اضافه مي‌كنند و به بررسي ويژگي‌هاي آن مي‌پردازند. اين تركيبات با روشهاي متفاوت و با توجه به گروه جديدي كه در برابر آنها قرار گرفته، تركيب جديدي را بوجود مي‌آورند كه زمان بسياري براي انجام اين كار لازم است.
در حال حاضر براي رسيدن به نتايج مطلوب و بهينه‌سازي زمان، بحث شيمي تكاملي تجربي مطرح مي‌شود كه عبارت است از توانايي كنترل مكاني شيمي بوسيله نانو عملگرها و بازوهاي مكانيكي كوچك و ساختن تركيبات جديد و واكنش آنها با سرعت ميليونها عمل در ثانيه . نانوتكنولوژي از جمله اصولي مي‌باشد كه درشيمي تكاملي مطرح بوده و مي‌تواند موجب انجام ميليونها آزمايش همزمان در مدت كوتاهي باشد. براي توضيح بيشتر، اگر روباتي را در نظر بگيريم كه با

سرعت يك متر در ثانيه حركت مي‌كند، براي انتقال ۱۰ نانومتري يك تركيب به منظور واكنش دادن با تركيب ديگر، فقط ۱۰ نانو ثانيه در زمان نياز دارد. پس يك واكنش شيميايي با سرعت يك متر در ثانيه فقط ۱۰ نانوثانيه زمان مي‌برد تا انجام گيرد بنابراين هزار آزمايش مختلف در يك لحظه انجام مي‌شود و بر اين اساس هر يك از روباتها بايد قادر باشند در يك هزارم ثانيه تركيبات جديدي را بوجود آورند.
يه طور كلي ما بدنبال فعاليتهاي زيستي يا فعاليتهاي كاتاليزوري مي‌باشيم. ب

ه منظور دستيابي به برخي ويژگي‌هاي نوين، ما به اين تركيب جديد نياز داريم و بايد آن را از ميان يك ميليون تركيب تازه بوجود آمده، گزينش كنيم. بهتر است بگوييم اين كار يك واكنش كاتاليزوري است. براي انجام بهتر اين واكنش توسط تركيب مورد نظر بعد از انتخاب اين تركيب كه بر اساس ميزان عملكرد آن انتخاب مي‌شود ، اطلاعات را به نرم‌افزاري كه بازوهاي مكانيكي را كنترل مي‌كند، مي‌دهيم.
اين نرم‌افزار كنترلي، كنترل هر قسمت و همچنين كنترل خود نرم‌افزار را برعهده دارد زيرا هر بخش بايد سيستم‌هاي كنترلي‌اي داشته باشد تا جاي هر قسمت را تعيين كدره و تغييرات ايجاد شده در آن را بداند. بعبارت ديگر نرم‌افزار، شرح تركيبات شيميايي است كه ما آنها را توليد مي‌كنيم و چون نرم‌افزار روبات را كنترل مي‌كند با تغيير آن ، تركيبات توليدي را تغيير مي‌دهيم و واضح است كه اين عمل مزيت فراواني در برابر مدلسازي مولكولي دارد زيرا مراحل زيادي را مختصر مي‌نمايد.
بنابراين نظريه شيمي تكاملي از يك نرم‌افزار بسيار قوي براي تغذيه سيستمها و شكل دادن چگونگي تكميل تركبيات شيمي جديد استفاده مي‌كند و در آن نيازي به مدلسازي مولكولي نيست. اين نظريه در حال حاضر بصورت مقدماتي مورد بررسي است كه ويژگي آن ، توسعه تركيبات با پارامترهاي مورد نظر است.
Nano Technology Magazine

نانوتكنولوژي محاسباتي
الف- الكترونيك و كامپيوتر
هر ۱۸ ماه يك بار يا چيزي در اين حدود ، اندازه سيمها و ترانزيستورها نصف مي‌شود. د رحالي كه سرعت چيپها دو برابر ميشود. سيمها در حال حاضر ضخامتي در حدود كسري از ميكرون دارند. با توجه به اينكه پيچيدگيهاي مدارات مجتمع هنگامي افزايش مي يابد كه بخواهيم به وسيله فشرده و كوچك كردن اندازه‌ها قدرت و سرعت را حفظ نماييم، انتظار مي‌رود در سال ۲۰۰۲ به ابعاد بسيار كوچك ( nm 50) نيازمند باشيم.
تا چه زماني مي‌شود اندازه اجزا را نصف كرد و انتظار داشت كه درست عمل كنند؟ بزودي سيمها آنقدر نازك شدره و تا حدي به هم محكم پيچيده مي‌شوند كه اثر مكانيك كوانتومي در مورد آنها

ظاهر خواهد شد ( اين اتفاق( tunneling) تونل زدن ناميده مي‌شود). به اين معني كه الكترونها به سمت ديواره‌هاي عايقي تونل مي‌زنند كه بسيار نازك‌تر از آن هستند كه به الكترون ها اجازه انتشار بدهند. اگر كسي يك chip با سيمهاي بسيار نازك و عايق‌هاي خيلي باريك بسازد، الكتورنها به طور يكجا شروع به تونل زدن يا اتصال كوتاه مي‌كنند و دستگاه را به صورت كاملاً غيرقابل استفاده‌اي در مي‌آورند. بزودي طراحان چيپها مجبور مي‌شوند كه مسير خود را به سمت مفهوم ماشين حساب مكانيكي قديمي تعويض كنند.