نانوفناوری: شگفتی‌های دنیای کوچک
نانو چیست و چرا کوچک بودن مهم است؟
برای درک نانوفناوری، اول باید بفهمیم "نانو" چقدر کوچک است. یک نانومتر یک میلیاردم متر است! برای مقایسه، ضخامت یک ورق کاغذ حدود 100,000 نانومتر است. در این مقیاس، مواد خواص کاملاً جدید و شگفت‌انگیزی از خود نشان می‌دهند. مثلاً طلا که در اندازه‌ی معمولی زرد رنگ است، در ابعاد نانو می‌تواند قرمز یا بنفش باشد! این تغییر خواص، کلید قدرت نانوفناوری است.
تصور کنید می‌خواهید با لگو یک ماشین بسازید. اگر فقط لگوهای خیلی بزرگ داشته باشید، نمی‌توانید جزئیات ریز آن را درست کنید. اما اگر لگوهای بسیار ریز و کوچک داشته باشید، می‌توانید هر قطعه‌ای را دقیقاً همانطور که می‌خواهید بسازید. نانوفناوری به دانشمندان این توانایی را می‌دهد که مانند آن لگوهای ریز، مواد را اتم به اتم و مولکول به مولکول کنار هم بچینند و چیزهای جدیدی خلق کنند.
ابزارهای دانشمندان برای دیدن و ساختن در دنیای نانو
ما نمی‌توانیم اتم‌ها را با چشم غیرمسلح ببینیم. چگونه دانشمندان با آن‌ها کار می‌کنند؟ آن‌ها از میکروسکوپ‌های بسیار قدرتمندی استفاده می‌کنند. مهم‌ترین این میکروسکوپ‌ها، میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی (STM)[1] است که حتی می‌تواند اتم‌های منفرد را جابه‌جا کند!
۱. رویکرد از پایین به بالا: مانند ساختن یک کاخ از آجرهای کوچک. در این روش، مواد از طریق خودآرایی مولکولی یا دستکاری اتم‌های منفرد ساخته می‌شوند.
۲. رویکرد از بالا به پایین: مانند تراشیدن یک مجسمه از یک سنگ بزرگ. در این روش، یک ماده‌ی بزرگ را تا رسیدن به ابعاد نانو می‌تراشند و کوچک می‌کنند.
کاربردهای شگفت‌انگیز نانوفناوری در پزشکی و زندگی روزمره
نانوفناوری فقط یک علم تئوری نیست؛ همین حالا هم در بسیاری از محصولات اطراف ما وجود دارد. در ادامه به برخی از این کاربردها نگاهی می‌اندازیم.
| حوزه | کاربرد | توضیح |
|---|---|---|
| پزشکی | دارورسانی هوشمند | نانوذرات دارو را مستقیماً به سلول‌های بیمار می‌رسانند و از آسیب به سلول‌های سالم جلوگیری می‌کنند. |
| الکترونیک | ترانزیستورها و پردازنده‌ها | ساخت تراشه‌های کامپیوتری کوچک‌تر، سریع‌تر و کم‌مصرف‌تر. |
| محیط زیست | تصفیه‌ی آب | فیلترهای نانویی آلودگی‌ها و باکتری‌های ریز را از آب حذف می‌کنند. |
| نساجی | لباس‌های ضدلک و ضدباکتری | پوشش‌های نانویی روی پارچه، آن را در برابر لکه و بو مقاوم می‌کنند. |
ساخت شبکیه مصنوعی؛ نمونه‌ای از معجزه‌ی نانوفناوری
یکی از هیجان‌انگیزترین کاربردهای نانوفناوری در پزشکی، ساخت شبکیه مصنوعی برای کمک به افراد نابینا است. شبکیه لایه‌ای در پشت چشم است که نور را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند تا مغز بتواند آن را به تصویر تبدیل کند.
دانشمندان با استفاده از نانومواد، یک ایمپلنت شبکیه ساخته‌اند. این ایمپلنت دارای سلول‌های حساس به نور بسیار ریز (نانوسلول) است که نقش سلول‌های آسیب‌دیده‌ی چشم را بازی می‌کنند. وقتی نور به این نانوسلول‌ها برخورد می‌کند، یک سیگنال الکتریکی ضعیف تولید می‌کنند. این سیگنال سپس به عصب بینایی فرستاده می‌شود و مغز می‌تواند آن را تفسیر کند. اگرچه این فناوری هنوز کامل نیست و نمی‌تواند بینایی 20/20 را بازگرداند، اما می‌تواند به افراد نابینا کمک کند تا نور، سایه‌ها وکانتور اجسام بزرگ را تشخیص دهند که این خود یک پیشرفت شگفت‌انگیز است.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
پاسخ: این یک نگرانی مهم و جدی است. از آنجایی که نانوذرات بسیار ریز هستند، ممکن است بتوانند از سدهای دفاعی بدن عبور کنند. به همین دلیل، دانشمندان در حال مطالعه‌ی دقیق اثرات بلندمدت نانوذرات بر سلامت انسان و محیط زیست هستند. تحقیقات و قوانین سخت‌گیرانه‌ای برای اطمینان از ایمنی محصولات نانویی قبل از عرضه به بازار وجود دارد.
پاسخ: در شیمی معمولی، ما با مقادیر بسیار زیادی از اتم‌ها و مولکول‌ها سروکار داریم و بر روی واکنش‌های بین آن‌ها تمرکز می‌کنیم. اما در نانوفناوری، ما بر کنترل و دستکاری دقیق مواد در مقیاس اتمی برای ساخت ساختارها و دستگاه‌های جدید با خواص از پیش تعیین شده تمرکز داریم. نانوفناوری مانند پلی بین شیمی و مهندسی مکانیک/الکترونیک عمل می‌کند.
پاسخ: این ایده در حال حاضر بیشتر در حوزه‌ی علمی-تخیلی قرار دارد. ساخت ربات‌هایی در آن مقیاس کوچک با قابلیت کنترل از بیرون بدن، بسیار پیچیده است. با این حال، محققان روی انواعی از نانوحامل‌های هوشمند (نانوذراتی که دارو حمل می‌کنند) کار می‌کنند که می‌توانند تا حدی هدایت شوند و این اولین گام به سوی آن رویای دوردست است.