کارآموزی زراعت نانوتكنولوژي و كاربرد آن دركشاورزي

فناوری نانوچیست ؟
نانوتکنولوژی فناوری است که از کنش ها و واکنش هایی که در سطح اتم اتفاق می افتد منشا گرفته و فناوری جدیدیست که تمام علوم را در خواهد نوردید ، به تعبیر دقیق تر نانوتکنولوژی انقلابی جدید برای همه علوم در آینده است . این تکنولوژی قادر به بهبود روش های ارزیابی ، مدیریت و کاهش خطرات برای محیط زیست بوده و فرصت های را برای تولید محصولات جدید فراهم خواهد ساخت . نانوتکنولوژی در واقع مهندسی در سطح اتم و یا گرو.هی از اتم ها می باشد . از همین تعریف ساده بر می آید که نانوتکنولوژی یک رشته جدید نیست ، بلکه رویکرد جدیدی در تمام رشته هاست .

بنابراین علم نانوتکنولوژی توانمندی تولید مواد ، ابزارها و سیستم های جدید برای در دست گرفتن کنترل در سطح مولکولی و اتمی ، با استفاده از خواصی که در آن سطوح ظاهر می شوند را دارد .
البته باید در نظر داشت که ممکن است اصول و قواعد معمولی علم شیمی و فیزیک در سطوح فوق به دو دلیل قابل اعتماد نباشد .
۱- خواص ذرات کوچک یک ماده با خواص توده های بزرگ تر آن می تواند متفاوت باشد .
۲- نسبت سطح به حجم در ذرات بسیار بالا می رود ، و از آنجا که خصوصیات در سطوح اتمی بسیار متفاوت می باشد این امر باعث تغییر خصوصیات مواد به شکل غیر قابل پیش بینی می شود .
بعنوان مثال وقتی نقره به ذرات بسیار کوچکتر تبدیل می شود ، به صورت ماده ضد میکروب عمل می کند در حالیکه در این شرایط ذرات طلا رنگ های متنوعی را از خود منعکس می کنند .

در آینده نه چندان دور علم نانوتکنولوژی بشر را قادر خواهد کرد تا ماشین هایی را بسازد که توانایی محاسبه ،حرکت ، احساس محیط اطراف و حتی بازسازی خود را داشته باشند . از این رو برای نانوتکنولوژی کاربردهایی را در حوزه های مختلف از غذا ، دارو ، تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک ، کامپیوتر ، ارتباطات ، حمل و نقل ، انرژی محیط زیست ، مواد ، هوا فضا و امنیت ملی بر شمرده اند . سازه های نانو می توانند باعث انقلابی در علوم و در تمام سطوح، بخصوص در علم کامپیوتر ، پزشکی و بهداشت ، بیوتکنولوژی و کشاورزی گردند . بنابراین کاربردهای وسیع این عرصه به همراه پیامدهای اجتماعی ، سیاسی و حقوقی آن ، این فن آوری را به عنوان یک زمینه فرا رشته ای و فرابخشی مطرح نموده است . با این وجود چالش های در پیش روی این علم عبارت است از توانایی تولید ، بکار گیری و اندازه گیری موادی که در حد یک الی ۱۰۰ نانومتر می باشند . باید در نظر داشت که هر نانو برابر است با یک هشت هزارم قطر موی انسان که تقریبا معادل قطر یک اتم اکسیژن می باشد .
هدف ازتهیه و ارائه این مجموعه آشنایی دانش آموختگان رشته های علوم کشاورزی با مبانی علم نانوتکنولوژی می باشد . در این راستا ابتدا نانوذرات ، برخی از کاربردهای آنها و خطرات احتمالی کاربرد آنها در طبیعت مورد بحث قرار میگیرد . سپس نانو ماشین ها به همراه انقباض هایی که می توان از طبیعت برای ساختن و بکارگیری آنها صورت گیرد ارائه می شود . در پایان ضمن آوردن مثال های از کابرد نانوتکنولوژی در کشاورزی، ایده های برای استفاده از این علم در جهت بهبود بکارگیری نهاده های کشاورزی برای تولید محصولات سالم تر مورد اشاره قرار گرفته است .
نانوذرات

 

همانگونه که گفته شد نانوذرات می توانند از مواد مختلف و به اشکال متفاوتی باشند که در اینجا ما انها را به چهار دسته تقسیم می کنیم.
۱- نانوذرات تولید شده از اتم کربن ، اتم های کربن بدلیل ساختمان اتمی خاص می توانند ساختمان های متفاوت ملکولی را ایجاد کنند . مثلا ملکولهای bcckyball، مانند ملکولهای الماس و کرافیت ، فقط از اتم های کربن تشکیل شده اند . این ملکولها دارای ساختمانی توخالی و بیضی شکل بوده و از به هم پیوستن تعداد معینی اتم کربن ( مثلا ۶۰،۷۰،۱۲۰،۱۸۰) ایجاد می گردند . البته نوع شصت کربنه آنها که دارای ساختمان ملکولی مستحکم تر و بیشتر به شکل بیضی بوده در حالیکه انواع دیگر کشیده تر هستند .
۲- نانو لوله ها (nano tubes) دسته دیگری از ملکولها کربنی می باشند که بسیار شبیه به گروه قبلی بوده ولی با این تفاوت که طول آنها بیشتر و انتهای آنها باز می باشند . نانولوله ها می توانند در کنار هم شبکه های مشبکی را ایجاد کنند . از این لوله ها می توان برای انتقال ملکولها به درون سلول و همینطور بعنوان یک خط کش برای اندازه گیری در حد نانو بهر چیست . این مواد در عرصه تجاری نیز قابلیت های بسیاری دارند که از جمله بهبود کیفیت پوشش ها و طلق ها را می توان بیان کرد .
۳- نانوذراتی که اساس آنها اتم های فلزات می باشد: نانوذرات طلا، نانوذرات نقره ، و ذرات کوانتوم، نانوکوانتوم های فوق خاصیت نیمه هادی داشته و از کادیوم سلنیوم ، سولفید کادیوم یا تلورید کادیوم با یک پوشش عایق از جنس پلیمر ساخته شده است . اندازه نانو کوانتوم ها را می توان طوری تغییر داد که خصوصیات فیزیکی و بخصوص خصوصیات ظاهری متفاوتی را ارائه نماید . ( اندازه کوچک به این معنا می باشد که حدود ۷۰% از اتم ها در سطح ذره قرار می گیرند ) پوشش پلیمری و عایق نه تنها از تاثیر سمیت کادیوم در محیط جلوگیری می کند بلکه نوع آن می تواند بنحوی طراحی شود که خصوصیت ترکیبی با ملکولهای معینی را داشته باشد در این شرایط از این نانو ذرات می توان بعنوان نشانگر استفاده نمود . یکی از کاربردهای نانوکوانتوم ها استفاده از انها در مدل های جدید دستگاه های DVD ها می باشد . در واقع این نوع دستگاهها از یک نوع نور لیزر، که در سال های اخیر کشف شده غیر ممکن بود . ولی با ساخت لیزر کوانتمی آبی این امکان بوجود آمد.
برای ردیابی آزمایشات بیولوژی استفاده از رنگ های طبیعی کاربرد فراوان دارد.با این حال به پیشرفت بشر نیاز به رنگ های متنوع تری برای درک و تشخیص دقیق تر و سریع تر نتایح احساس

می گردد که از عهده رنگ های معمولی خارج است . اما بکار گیری نانو کوانتوم ها توانسته این خلع را پر کند . بعنوان مثال آزمایش حاملگی با استفاده از نانوکوانتوم ها سریع تر و با دقت بیشتر قابل تشخیص است . استفاده دیگر از نانوکوانتوم ها در سلول های خورشیدی می باشد چرا که در روش قدیمی هر فوتون از نور خورشید می تواند یک الکترون را در جریان قرار دهید حال آنکه با استفاده از نانوکوانتوم ها سه الکترون وارد مدار می گردد که باعث افزایش بازده سلول های خورشیدی می شود .
۴- نانوذرات چند شاخه ای Dendrimers
نوعی نانوپلیمر به شکل چند شاخه ای که با اضافه کردن تک اتم ها به ملکول اصلی و در انتهای

هر شاخه ساخته می شوند ، به طوریکه شاخه های متعددی در مجموع تولید می شود . بنابراین هر ملکول شامل تعداد زیادی شاخه ، که هر کدام ممکن است به یک بخش انتهایی با خاصیت شیمیایی خاص منتهی گردد می شود . این خصوصیات می تواند در انجام عمل کاتالیزوری و یا انجام هر مرحله ای واکنش ها شیمیایی کاربرد داشته باشند . علاوه بر این بخاطر داشتن فضای خالی در بین این رشته ها ، ملکول های دیگری نیز می توانند در این فضاها جای گیرند که به عنوان مثال می تواند برای انتقال دارو در بدن مناسب باشند . در این راستا از نانوذرات فوق برای انتقال دارو و کنترل سرطان استفاده زیادی می شود .
۵-نانوذرات ترکیبی(composites): در این حالت یک نانو ذرات با سایر نانو ذرات و یا ترکیبات درشت تر ترکیب می شوند . به عنوان مثال نانوذراتی مانند نانورس ها با همدیگر ممزوج شده تا قابلیت مکانیکی ، گرمایی ، مقاومت و خاصیت کششی خاصی را ایجاد کنند . این خصوصیات باعث تولید موادی با قابلیت جدید الکتریکی ، شیمیایی ، مکانیکی ، کاتالیزوری و مغناطیسی شده به نحوی که از لحاظ پزشکی ، اقتصادی ، نظامی ، محیط زیست بسیار حائز اهمیت می باشد . یکی از موارد استفاده از این نانو ذرات بکارگیری انها در حس گرهای بویایی می باشد . این نانوحسگرها در واقع بینی های الکتریکی (E-nose) هستند که نقش بینی های انسان را ایفا می کند .
بخش اصلی بین الکتریکی قسمت حس گرهای گازی می باشد که بوها را درک می کند این سیستم از تجزیه و تحلیل عکس العمل ها در یک سری از نانوذرات برای تشخیص و متمایز ساختن بوی های موجود در هوا استفاده می کند . این حس گرها در واقع از نانوذرات ( بعنوان مثال اکسید روی ) که در مقابل عبور برخی از گازها مقاومتشان تغییر می کند ، تشکیل شده اند .مزیت های استفاده از نانوذرات در واقع این است که سطح تماس را برای این نوع ارزیابی بیشتر می نماید . تغییر مقاومت الکتریکی در واقع باعث ایجاد تغییر جریان الکتریکی به طور اختصاصی برای هر بو شده که برای شناختن نوع کمیت ، و کیفت بوها استفاده می شود . هدف اصلی از استفاده از بینی های الکتریکی تشخیص عطرها ، براورد غلظت و یافتن خصوصیات و ویژگیهایی از بوها است که برای بینی انسان قابل درک نمی باشد .
از انجا که هر روزه خصوصیات و ترکیبات جدیدی از نانوذرات یافت می شود به همان نسبت کاربرد آنها نیز نیز بیشتر می شود . بطوریکه پیش بینی می گرد که در آند فروش نانو ذرات در سال ۲۱۵ به حدود یک تریلون دلار برسد .
اثرات نامطلوب نانوذرات
هنوز اطلاعات کمی در خصوص اثرات نامطلوب نانوذرات بر روی محیط زیست وجود دارد . اینکه نانوذرات چگونه در هوا ، آب و خاک پراکنده می شوند و چه اثرات نامطلوبی بر روی چرخه غذایی می تواند داشته باشند هنوز کاملا روشن نیست . بنابراین یکی از نیازهای تحقیقاتی این جنبه از اثرات نانوذرات و نانوتیوپ ها می باشد . با این حال می توان گفت که بدلیل اندازه کوچک نانوذرا

ت احتمال پراکندگی و نیز نفوذ در درون بافت ها بیشتر است لذا نانوذرات می توانند به مراتب خطرات آلودگی بیشتر و گسترده تری را برای محیط زیست به همراه داشته باشند . در سال ۲۰۰۳ محققین دریافتند که بدلیل اندازه کوچک نانوسموم ، قدرت نفوذ آنها به درون بافت های محافظت کننده پوست ، خون و مغز زیاد بوده و در نتیجه سمیت آنها بالاتر می باشد . تحقیقات نشان داد ه اثر نانوکربن بر روی ماهی های سبب تخریب مغز و مرگ زود هنگام می گردد . علاوه بر این تحقیقات نشان داده که حرکت نانو ذرات در درون خاک می تواند به طور غیرمنتظره بوده و مواد دیگری را نیز با خود حمل کند .
نانوذرات اکسید آلومینیوم که اغلب در همه جا از کاتالیستهای زیست محیطی تا کرم های ضد آفتاب یافت می شوند میتواند اثر محدود کننده را بر روی رشد ریشه گیاهان داشته باشد . اگر چه نتایج اولیه لزوم وجود غلظت های بسیار بالا را برای بروز اثرات این چنینی نشان می دهد . این تحقیق از جمله تحقیقات اولیه در زمینه اثرات نامطلوب نانوذرات بر روی محیط زیست و گیاهان می باشد . نانوذرات ممکن است به درون آب وارد شده و یا در فضا بصورت ذرات ناخواسته منتشر گردند . همچنین محققین در خصوص اثرات غلظت های مختلف نانوذرات فوق بر روی پنج گیاه کلم ، هویج ، ذرت ، خیار و سویا آزمایشاتی را انجام داده اند . ذرات فوق که هر کدام در حدود ۱۳ نانومتر قطر داشتند تقریبا به اندازه نانو ذراتی بودند که به طور تجاری در بازار وجود دارد . غلظت دو میلیگرم بر لیتر سبب کاهش معنی دار رشد ریشه شده است . در حالیکه در غلظت های پایین تر اثر نامطلوبی مشاهده نگردید . آنها همچنین اثرات اکسید تدیوم ، اکسید سیلکون با ابعاد مشابه را نیز مورد بررسی قرار داده و مشاهده کردند که اکسید سیلیکون اثر نامطلوب ندارد در حالیکه اکسید تیتانیوم هیچ گونه اثر سوئی را نشان نداد .
مجموعه این اطلاعات می باید منجر به دقت بیشتر در امر تهیه و استفاده از نانوذرات در محیط زیست شود ، بطوریکه امروزه استفاده از نانوذرات منوط به عدم داشتن ضرر برای محیط زیست و بشر شده است .
نانوماشين ها
اگر چه دانشمندان وسايل و ابزار لازم براي ساختن ماشين هاي بزرگ را دارند ولي اطلاعات و ابزار كمي براي ساختن ماشين هايي در مقياس نانو رادر اختيار دارند . با اين حال مي توان گفت كه بشر هم اكنون در آستانه يادگرفتن توليد و بكار گيري نانوماشين قرار داشته واين توانايي بالق

وه ممكن است نقطه آغاز يك انقلاب صنعتي ديگر گردد .
اختلافات بسياري بين نانوماشين ها و ماشين هاي بزرگ وجود دارد . اما قوانين پايه كه اغلب در ديناميك وجود دارد در مورد آنها صدق مي كند . با اين حال ماشين هاي بزرگ در چهار چوب قوانين نيوتن فعاليت مي كند . در حاليكه براي نانوماشين ها قانون كوانتومي صادق است . البته در هر

حال مفهوم موتور تبديل انرژي براي انجام كار براي هرد و گروه يكسان است . علاوه بر اين ناپايداري حاصله از قانون كوانتومي ، قوانين استاتيك و قوانين تبادل انرژي بر روي سيستم هاي نانويي اثر مستقيمي دارد . بعنوان مثال برخي از سيستم هاي نانويي در دماهاي خاص غيرپايداري خاصي را نشان مي دهند كه كاهش اين ناپايداري بسيار مشكل مي باشد .
نانوماشين ها شامل هر سازه فعال در مقايس نانو مي باشند كه توانايي انجام كار ، احساس محيط ، توليدعلامت ، پزدازش اطلاعات هوشمند و رفتارهاي در حد نانو رادارند . اين خصوصيات ممكن است بصورت انفرادي و يا بصورت الحاقي با يك نانوماشين ديگر اعمال گردد . بنابراين ممكن است تمامي حالات فعاليت ؛ احساس ، پردازش اطلاعات ، توانايي واكنش و تاثير مواد در مقياس نانو در اين مقوله قرار گيرد .
نانو ماشين ها بايد قابل كنترل نيز باشند ، اين كار به وسيله ابزاري كه خود در حد نانو بوده و بصورت برنامه ريزي شده به اطلاعات وارده عكسا لعمل نشان دهد صورت مي گيرد . به هر حال نانو ماشين ها را نمي توان به آساني رديابي كرد بنابراين كنترل و كار با آنها مشكل است . از اين رو گسترش نانو ماشين ها مشكلات توليد و كنترل آنها را نيز به ارمغان آورده است . بنابراين علم نانوماشين ها مي بايد نه تنها در زمينه طراحي و ساختن ، بلكه در زمينه كنترل ابزار فوق نيز فعاليت كند . در اين راستا تكنيك هايي مانند ميكروسكوپ الكتروني (SEM) و ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM) براي فايل درك كردن نوع كنش ها در سطح نانو مورد استفاده قرار مي گيرد .
نانوبيوتكنولوژي
طبيعت تعداد بيشماري از كنش ها را در مقياس زانو رادر خود جاي داده و به كمك انها توانسته در مصرف انرژي و مواد بسيار صرفه جويي كند . بنابراين علاقه خاصي به مهندسي شناخت ماشين هايي كه در طبيعت مورد استفاده بوده است ايجاد شده است . از اين رو فعاليت تحقيقاتي در زمينه نانو ماشين ها طبيعي و قابليت انجام كارهاي مختلف در حد نانو به وسيله اين ماشين ها متمركز شده است . اين موتورها بدليل بازده بسيار زياد و توانايي مشابه سازي و وفور در طبيعت كه سبب كاهش هزينه توليد انبوه آنها مي شود مورد اقبال واقع شده اند . بنابراين مي توان گفت كه در علوم زيستي ، نانوتكنولوژي و بيوتكنولوژي پيوستگي زيادي دارند ، بطوريكه درمجموع نانوبيوتكنولوژي نام گرفته اند . در اين راستا متخصصان بيولوژي به متخصصان نانوتكنولوژي در خصوص درك و فهم ساختمان ملكول هاي كوچك و طراحي ماشين هاي كوچك كمك مي كنند . كاري كه حدود چهار ميليون سال در طبيعت ودر درون فضاي كوچكي به نام سلول كه مملو از نانو ماشين ها است اتفاق مي افتد . متخصصان نانوتكنولوژي با استفاده از قدرت خارق العاده ملكول هاي بيولوژي و فعاليت هاي سلولي مي توانند با اهداف خود دست يابند ، كاري كه با روش هاي ديگر بسيار مشكل و يا ناممكن است . بنابراين نانوتكنولوژي نيز با موفقيت هاي نانوتكنولوژي و در راستاي

استفاده از ملكول هاي بيولوژي پيشرفت خواهد كرد .
در طبيعت نانو ماشين ها به طور طبيعي برنامه هاي از پيش تعيين شده را به صورت يك عمل بيولوژي در اثر تغييرات فيزيكي وشيميايي اعمال مي كند . اما در علم نانوبيوتكتولوژي سعي در ايجاد اين شرايط بصورت مصنوعي به همراه كشفيات مهم در زمينه بيولوژي ملكولي باعث باز شدن افق جديدي در گسترده ماشين هاي بيوملكولي و نانو ماشين ها شده است . هدف اصلي در زمينه تحقيقات ماشين هاي بيوملكولي بهره گيري از مواد مختلف بيولوژي كه عمل انها درسطح سلولي باعث جهش ، ايجاد نيرو و يا توليد يك علامت خاص شوند. براي انجام كارهاي مورد نظر مي با

شد . البته براي دستيابي به نانوبيوتكنولوژي بايد درك درستي از تركيبات بيولوژي د اشت تا بتوان به موازات آن طراحي در سطح كلان را انجام داد . بنابراين با گردآوري اقدام به ساختن يك نانوبيوماشين نمود. بر اين اساس مي توان گفت كه در آينده نه چندان دور تلفيق نانوتكنولوژي و بيوتكنولوژي به همراه فن آوري ممكن است دگرگوني عظيم فن آوري رادر توليد محصولات ايجاد كند .

مزيت هاي توسعه نانوبيوتكنولوژي عبارت است از :
۱-بازده بالاي انرژي بدليل انجام كنش ها و واكنش هاي در حد ملكولي و اتمي
۲- سرعت بالا و پايداري مناسب كنش ها و واكنش هاي بدليل نبود پوشش و نيز طبيعت همسان مكانيسم نيروهاي موجود
۳- هزنيه توليد نسبتا كم به دليل اندازه كوچك و موجود بودن در طبيعت
ساختن يا به عبارت ديگر مشابه سازي در علم نانوبيوتكنولوژي به دو بخش قابل تقسيم است .
۱- ماشين هاي كه در سطح نانو ساخته شده به اين مفهوم كه ساخت آنهاهمانند ماشين هاي بزرگ ولي در مقياس نانو مي باشد.
۲- ساختن ماشين هاي نانويي كه در واقع ازموادي با منشاء آلي مانند پروتئين ها و DNA براي توليدآنها استفاده مي گردد.
براي اين منظور بهترين راه مطالعه ماشين هاي موجود در طبيعت و سعي در بهره جستن از انها براي انجام اهداف مورد نظر مي باشد .
تمام سلول هاي زنده از نانو ماشين هاي فراواني از جنس RNA,DNA و پروتئين تشكيل شده كه فعاليت هاي حياتي را امكان پذير مي سازند . در مقايسه با پروتئين ها ، ساختمان DNA ساده ،كوچك و همگون تر بوده و ساختار شناخته شده تري دارد. البته طبيعت قابل پيش بيني و دو رشته اي DNA باعث جذابيت بسياري براي مطالعه در حد نانو شده است . اين خصوصيات باعث شكل پذيري ساختاري مولكول DNA مي گردد. از طرف ديگر پروتيئن ها نيز به نوبه خود در ساختن بافت سلولي ، مانند بافت نگه دارنده و آنزيم ها در سوخت و ساز سلولي نقش اساسي را دارند و مي توانند به صورت يك موتور محرك عامل پيوستگي و يا عامل حس گر عمل كنند.
يكي ديگر از نانو ماشين هاي طبيعي ؛ ريبوزوم ها مي باشند كه بر اساس كد ژنتيكي موجود هر فرد آمينواسيدها را در كنار هم بصورت رشته اي منظم قرار داده و پروتئين ها و آنزيم ها را ايجاد مي كنند . پروتئين ها براي انجام فعاليت هاي سلولي از حمل مواد گرفته تا سوخت و ساز و در نتي

جه تامين انرژي مورد استفاده قرار مي گيرند .
در حاليكه ملكول هاي RNA,DNA بيشتر نقش ذخيره و انتقال اطلاعات را انجام ميدهند. اسيدهاي نوكلوتيك بر اساس تعداد و تربيت قرار گرفت در رشته هاي DNA اطلاعات ژنتيكي بسيار متغير را ثبت مي كنند .آنها توانايي خود ساماندهي را داشته و از لحاظ فيزيكي و شيميايي بسيار با ثبات هستند . هر DNAي تك رشته با استفاده از قدرت هيبريد شدن با رشته اي متشابه خود دو رشته اي مي شود . اين خاصيت توانايي ساختمان يك الي سه بعدي را به DNA مي دهد و خود

ساماندهي بودن آن سبب چسبندگي و يكپارچگي انتهايي رشته مي شود . استفاده از اسيدهاي نوكلوتيك به عنوان يك واحد و توانايي بالقوه اساس ساختمان يك مكعب در اندازه هاي ميكرومتر و نانو متر را فراهم مي سازد .
اگر تمام اجزاي ماشين هاي نانويي بصورت مناسب در كنار هم بكار گرفته شوند و بخوبي جهت داده شوند در مجموع مانند يك نانو ماشين با قدرت انعطاف فراوان قابل استفاده خواهند بود .

مثال هايي از نانو ماشين ها در طبيعت
شنوايي از طريق بال در پروانهها ، ظرافت پوست دلفين ها ، يا كرك هاي ظريفي كه امكان حركت عمودي را به مارمولك ميدهد. ( پنجه هاي مارمولك از دسته كرك هاي پوشيده شده كه در مجموع حالت چسبندگي را به پاها مي دهد) از جمله نانو ماشين ها مي باشد كه از ساختار آنها مي توان الگو برداري كرد .
در خصوص سوسك Stenocara كه در گرمترين نقطه روي كره زمين يعني صحراي ناميب(namib) آفريقا يافت مي شود . به راز تهيه آسان آب از رطوبت هوا پي بردند. اين سوسك در هنگام پگاه صبحگاهي خود رادر جهت باد به سمت جلو خم كرده و قطرات ريز آب موجود در هوا را در پشت خود جمع آوري مي كند . اين كار باعث تامين آب تازه براي فعاليت حشره مي شود . دانشمندان قبلا وجود نقاط ريز جاذب آب را در سطح پشتي اين سوسك يافته بودند كه در واقع نقش يك پمپ را بازي مي كند .ذرات آب در اين قسمت ها جمع آوري شده و بتدريج با افزايش حجم قطرات بزرگتر تشكيل شده و در اثر وزن به روي سطح دافع آب كه در زير اين قسمت قرار دارد هدايت مي شود . دانشمندان از اين سيتسم جمع آوري ايده گرفته و حتي با سيستم پيشرفته تري با قرار دادن دو صفحه بسيار جاذب رطوبت و دافع رطوبت اندام به جمع آوري آب موجود در هوا كرده اند .
مرور مختصر بر ماشين هاي بيومولكولي
با در اختيار قرار داشتن ميكروسكوپ هاي پيشرفته نگرش به يك سلول از محيط ساكن به يك محيط فعال كه نقل و انتقال بسياري در آن انجام مي شود مطعوف گرديدهاست . در اينجا به تعدادي از نانو موتورهايي كه در طبيعت و در درون محيط سلولي مورد استفاده قرار مي گيرند اشاره مي شود .
برخي از اين ماشين ها شامل آنزيم كينس ،آنزيم RNA ، ميوسين ، دينين ، سازنده آدونزين

تري فسفات ،كه به صورت نانو ابزار خطي ، ابزار بينايي و موتور چرخنده بيولوژي مي شوند . علاوه براين ماشين هاي ديگري همانند موتور فلاژلايي كه كاملا شيميايي مي باشد را نيز مي توان نام برد .در ذيل تعدادي از اين نانو ماشين هاي طبيعي مورد بررسي قرار مي گيرد .
موتور سازنده ATP
يكي از موتورهاي كه به طور گسترده در طبيعت يافت مي شود F0F1 سازنده ATP مي باشد كه به طور كلي به موتور ATPase معروف است . ساختن ATP توسط آنزيم سازنده ATP كه در دوران ميتوكندري وجود داشته و در واقع از تركيب دو نوع موتور شامل بخش F0 و قسمت كاتاليزور يا F1 مي باشد صورت مي گيرد .

خصوصيت مهم در اين روند قابل تبديل شدن ADP به ATP در چرخه توليد ATP مي باشد . بر اين اساس دو جهت در سيستم ساختن ATP وجود دارد و هر كدام از اين دو جهت براي انجام عملي خاص مورد استفاده قرار مي گيرد . براي مشخص شدن بهتر است كه چرخه رفت را در حالتي كه قسمت F0 سبب چرخش بخش Y از قسمت F شده و در نتيجه باعث ساختن ATP مي شود .
شكل (۱)

در اين حالت چرخه برگشت زمانيكه قسمت Y برگشته و باعث فشار بر روي F0 شده قسمت پايه را به عقب بر مي گرداند . بر اين اساس چرخه رفت با نيروي وارده توسط پايه ايجاد شده و چرخه برگشت در اثر هيدروليز ATP و توليد ADP صورت مي گيرد . بنابراين روند چرخه ها بسته به شرايط محيط دارد . در مجموع اين فعاليت ها انرژي غذاهاي مصرف شده براي انجام فعاليت هاي حياتي قابل استفاده مي گردد .
مثال هاي زيادي را در مورد كاربرد نانو بيوموتور ATP مي توان بر شمرد . از جمله استفاده از آن براي مخلوط كردن مواد در سطح ملكولي و كنترل جريان مايعات در سطح ملكولي كه به نوبه خود مي تواند در كنترل سرعت واكنش هاي و يا در منظم كردن غلظت هاي مختلف مايعات كاربرد داشته باشد . علاوه بر اين اطلاعات دقيقي در خصوص فعل و انفعالات درون مايعات را در اختيار قرار مي دهد .
موتورهاي ملكولي كه درجهت هاي مختلفي در طول رشته هاي پروتئيني حركت كرده و مواد را منتقل مي سازند ، دسته ديگر را شامل مي شود. اين رشته هاي در واقع مانند ماشين هاي كوچك ملكول ها را جابجا كنند .البته اين تحركات نيز به انرژي ATP نيازمند است . اين نوع ماشين ها را مي توان درسه دسته قرار داد :
۱- كينسين ها Kinesins
2- ميوسين ها myosins
3- دينتين ها dyneins
در حدود ۳۵۰ نوع پروتئين به شكل كينسين وجود دارد كه در تقسيم سلولي و در ساختمان ديواره سلولي نقش بسزايي دارند . در حاليكه تنها قسمت مشابه همه آنها بخش كاتاليزوري پروتئيني انها مي باشد . محل قرار گرفتن آنها در درون سلول نظم ساختاري آنها و توليد حركت در آنها متفاوت مي باشد .
درون يك سلول زنده از لوله هاي بسيار ريزي پر شده كه از هسته سلول شروع شده و به تمام نقاط سلول امتداد يافته است . كينسين حمل مواد از سمت هسته به ساير قسمت ها را انجام مي دهد در حاليكه دينئين ها نقش انتقال مواد از ساير نقاط به طرف هسته را بر عهده دارند . علاوه بر اين كينسين ها داراي ساختمان ميكروتيوپي مي باشند ، در حاليكه ميوسين ها ساختمان Actin دارند . اندازه ماشين هاي كينسين حدود يك سوم ماشين هاي ميوسيني بوده و حدود يك دهم ماشين هاي دينين هاي وزن دارند .

Kinesins و myosins فعاليت خود را به دو روش متفاوت انجام مي دهند . در myosin فعاليت به صورت قطعه قطعه انجام مي شود بدين صورت كه با تمام شدن يك رشته ميوسين اول غير فعال شده و ميوسين دوم وارد عمل مي گردد و محموله را به ميوسين دوم تحويل مي گيرد. اما Kinesins قادر است تا تمام مراحل انتقال را به تنهايي انجام دهند .
در سيستمي كه توسط دانشگاه دلف ارائه شده اين عمل بر عكس شده بنحوي كه ملكول ها كينسين بر روي سطح ثابت بوده و ميكروتيوپ ها با اتصال به آنها جابجا مي گردند . در اين سيستم كانالهاي بسيار ريزي به عمق ۸۰۰ نانومتر بر روي بستر از سيليكات ايجاد مي شود . اين كانالها به نحوي طراحي شده كه با هدايت جريان الكتريكي مواد را بطور دلخواه در مسير مورد هدايت مي كند . با اين روش مي توان ملكول هاي مورد نظر را به دلخواه جابجا نمود .

باكتري Escherichia coli و ميكرو و ارگانيسم هاي مشابه به يك نوع موتور چرخشي مجهزند كه در حدود ۴۵ نانو متر قطر دارد .هر موتور داراي يك رشته طولاني ، باريك و حلزون مانند مي باشد كه چندين برابر بدن طول داشته ودر درون بستر گسترده شده است .
علاوه بر اين موتور متحرك فوق و عامل جلو برنده يك سلول E.coli واحد شمارنده ذرات ، نسبت طول و gearboxes بوده و بر اين اساس به عنوان يك ايده آل و آرزوي نانوتكنولوژيست ها محسوب مي گردد .