مقاله در مورد نانوتكنولوژي چيست

 nx دارای 120 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است فایل ورد nx  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد. این پروژه توسط مرکز nx2 آماده و تنظیم شده است توجه : در صورت  مشاهده  بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي nx،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد بخشی از متن nx : نانوتكنولوژی چیست نانوتكنولوژی مولكولی ، نامی است كه به یك نوع فن‌آوری تولیدی اطلاق می‌شود. همانطور كه از نامش پیداست ، نانوتكنولوژی مولكولی، هنگامی محقق می‌شود كه ما توانایی ساختن چیزها را از اتمها داشته باشیم و در این صورت ما توانایی آرایش دوباره مواد را با دقت اتمی خواهیم داشت.هدف نانوتكنولوژی ساختن مولكول به مولكول آینده است . همانطور كه وسایل مكانیكی به ما اجازه می‌دهند كه چیزی فراتر از نیروی فیزیكی خود به دست آوریم، علم نانویی و تولید در مقیاس نانو هم، سبب می‌شود تا ما بتوانیم پارا بفراتر از محدودیتهای اندازه‌ای كه به طور طبیعی موجود است، بگذاریم و درست روی واحدهای ساختاری مواد كار كنیم, جایی كه خاصیت مواد مشخص می‌شود و با تغییر در آن واحدها می‌توان تغییرات خواص را ایجادكرد. برای كنترل ساختار مواد، باید یك سیستم كامل و ارزان قیمت در اختیار داشته باشیم. فرض اصلی در نانوتكنولوژی این است كه تقریباً همه ساختارهای با ثبات شیمیایی كه از نظر قوانین فیزیك رد نمی‌شوند را می‌توان ساخت. ماهیت نانوتكنولوژی، عبارت است از توانایی كار كردن در تراز اتمی، مولكولی و فراتر از مولكولی، در ابعاد بین 1 تا 100 نانومتر، با هدف ساخت و دخل و تصرف در چگونگی آرایش اتمها یا مولكولها و با استفاده از موا‌د, وسایل و سیستم‌هایی با تواناییهای جدید و اعمال تازه كه ناشی از ابعاد كوچك ساختارشان می‌باشد. همه مواد و سیستم‌ها زیربنای ساختاری خود را در مقیاس نانو ترتیب می‌دهند. در اینجا مثالهایی را ذكر می‌كنیم. یك مولكول آب دارای قطر حدود 1 نانومتر است. قطر یك نانوتیوب تك لایه 2/1 نانومتر می‌باشد. كوچكترین ترانزیستورها به اندازه 2 نانومتر می‌باشند. مولكول DNA ، 5/2 نانومتر پهنا دارد و پروتئینها بین 1 تا 20 نانومتر هستند. قطر ATP ، 10 نانومتر بوده و یك وسیله مولكولی نیز ممكن است در حدود چند نانومتر باشد. كنترل مواد در مقیاس نانویی به معنای ساختن ساختارهای بنیانی در مقیاسی است كه خواص اساسی معین می‌شود. تا آنجایی كه ما از طبیعت اطلاعات در دست داریم، این آخرین مقیاس تولید است. نانوتكنولوژی ، اتحاد ساختارهای نانویی در جهت ایجاد ساختارهای بزرگتر را كه می‌توانند در صنعت، پزشكی و حفاظت محیط‌زیست استفاده شوند، شامل می‌شود.دانشمندان اخیراً این توانایی را پیدا كرده‌اند كه بتوانند اتمها را به طور مستقیم مشاهده كرده و دستكاری كنند ولی این تنها بخش كوچكی از تكنیكهایی است كه در علم نانویی و همچنین فن‌آوری، به دست آمده است. هنوز چند دهه به توانایی تولید محصولات تجاری باقی است ولی مدلهای تئوری كامپیوتری و محاسباتی، نشان می‌دهند كه دستیابی به سیستم‌های تولید مولكولی امكانپذیر است. چرا كه این مدلها، قوانی فیزیكی كنونی را نقض نمی‌كنند. امروزه دانشمندان وسایل و تكنیكهای زیادی را كه برای تبدیل نانوتكنولوژی از مدلهای كامپیوتری به واقعیت لازم است ، اختراع و تدبیر می‌كنند. دقت به عنوان منفعت ماشینهای مولكولی مدنظر می‌باشد و همچنین یكی از كلیدهای مهم برای درك لزوم پیشرفت در زمینه این فن‌آوری است. دقت در اینجا به این معناست كه برای هر اتم جایی وجود دارد و هر اتم در جایگاه خودش است. ما از ماشینهای دقیق برای تولید محصولات با دقت مساوی، استفاده خواهیم كرد. فن‌آوری تا به حال هرگز چنین كنترل دقیقی نداشته است و هم ه‌ فن‌آوریهای كنونی ما، فن آوریهای بزرگ هستند. امروزه ما تكه یا توده‌ای از چیزی را در مقابل خود قرار می‌دهیم و به آن چیزی اضافه كرده و یا از آن تكه‌هایی را كم می‌كنیم و در نهایت وسیله مورد نظرمان را با این اعمال ایجاد می‌كنیم. در واقع ما وسایلمان را از سر هم كردن قسمتهای مختلف تولید می‌كنیم بدون آنكه نسبت به ساختمان مولكولی آنها توجهی داشته باشیم. در گذشته ساخت با دقت اتمی، تنها در محصولات كریستالها یا در سازمان‌های زنده‌ی زیستی مانند ریبوزومها كه پروتئین مورد نیاز موجود زنده را فراهم می‌كنند و یا DNA كه اطلاعات مورد نیاز برای ایجاد موجود زنده را حمل می‌كند، دیده شده است. ما در جریان پیشرفت نانوتكنولوژی روندی به سوی دستیابی به درجه‌ای از كنترل سیستمها كه قبلاً تنها در طبیعت موجود بوده، در پیش رو داریم.منفعتهای دیگر وقتی نمایان می‌شوند كه اندازه‌ی وسایل قابل ساخت را مورد توجه قرار می‌دهیم. وقتی ما در مقیاس اتمی كار كنیم، می‌توانیم دستگاههایی بسازیم كه می‌توانند به جاهای غیرقابل تصور از نظر كوچكی بروند. دو وسیله‌ی بسیار حساس كه هنوز ساخته نشده‌اند در نانوتكنولوژی عبارتند از : 1- نانوكامپیوتر 2- نانواسمبلر. نانو كامپیوتر ماشینی مولكولی است كه قادر است یك رشته اعمالی را به اجرا در آورد و آنها را اداره كند و در نهایت نتیجه‌ای را تولید نماید. در عمل این وسیله تا حدی با میكروپردازش‌گرهای امروزی متفاوت است، اگر چه شباهتهای نادری با كامپیوترهای قدیمی و مكانیكی كه توسط Charles Babbage در دوره‌ی ویكتوریا طراحی شده بود، دارد. همچنین دارای دستگاه ثبت‌كننده‌ای است كه چیزی شبیه ماشینهای جمع‌كننده ( Adding Machine) به وجود می‌آورد. البته ماشین جمع‌كننده‌ای كه میلیون‌ها بار كوچكتر و بیلیونها بار سریعتر از میكروپردازش‌گرهایی كه تاكنون طراحی شده است. وقتی یك نانوكامپیوتر وجود داشته باشد در این صورت به وجود آوردن نانواسمبلر نیز امكان‌پذیر خواهد بود. نانواسمبلر وسیله‌ای ساخته شده در تراز اتمی است كه می‌تواند اتمها را برای بیشتر شكلهایی كه مورد نظر می‌باشد، دقیقاً نظم‌دهی و آرایش كند. امروزه كاركردن در تراز اتمی به نیروی اتمی میكروسكوپی گران قیمت (AFM) نیاز دارد كه از میدان الكتریكی برای هل دادن اتمها به سمت جایگاهشان استفاده می‌كند. ولی نانواسمبلر می‌تواند به سادگی اتمها را از جایگاهشان خارج كرده و آنها را همانند دستگاه بافندگی صنعتی، در محل مورد نظر به یكدیگر پیوند دهد. در سلولهای ما، ریبوزومها كاری شبیه به این را انجام می‌دهند؛ DNA را به صورت RNA كپی كرده و سپس آمینواسید صحیح را جهت ساخت پروتئینها جمع‌آوری می‌كنند. نانواسمبلری كه یك نانو كامپیوتر را در هسته‌ی خود در بردارد ، تقریباً همین كار را انجام می‌دهد . نانواسمبلر در واقع یك هدف نهایی و مهم در نانوتكنولوژی است. وقتی یك نانواسمبلر كامل در دسترس باشد، تقریباً همه چیز ممكن می‌شود و این مهمترین و بزرگترین خواسته‌ی انجمن نانوتكنولوژی است. شصت سال پیش John Von Neumann ( كسی كه همراه Alan Turing، زمینه علم كامپیوتر را پایه‌گذاری كرد.) حدس زد كه روزی ساختن ماشین‌هایی كه بتوانند خودشان را كپی كنند، ممكن خواهد شد. یك نوع تكراركننده‌ی خودبه خودی كه می‌تواند ما را از یك مثال ساده‌ی ذهنی به سمت اجتماعی از كپی‌های كامل هدایت كند. اگر چه ماشین مورد نظر Von Neumann در تئوری ساده به نظر می‌رد ولی هرگز ساخته نشده است. در مقیاس ماكرومولكولی ساختن یك كپی از ماشین بسیار ساده‌تر از تهیه كردن ماشینی است كه بتواند خود را كپی كند ولی در تراز مولكول ی ، این موازنه برعكس است یعنی تهیه كردن ماشینی كه بتواند خود را كپی كند بارها ساده‌تر از ساختن ماشین دیگری با استفاده از تراشه‌هاست. این مزیت بزرگی است كه وقتی تنها یك اسمبلر داریم، می‌توانیم هر تعداد كه بخواهیم ، ایجاد كنیم. همچنین این بدان معناست كه نانواسمبلر یك آفت كامل است. اگر به طور عمدی یا تصادفی یك نانواسمبلر در محیط آزاد شود، تنها با راهنمای چگونگی تكثیر شدن ، تمام سطح سیاره یعنی گیاهان، حیوانات و سنگها و صخره‌ها در عرض مدتی كمتر از هفتاد و دوساعت (72) به ماده‌ی لزج و چسبناك خاكستری رنگ (gray goo) از naniteها (nano unite) مبدل خواهد شد. Drexler معتقد است مشكل gray goo تا حد زیادی خیالی است ولی امكان سناریوی غبار خاكستری را تصدیق می‌كند كه باعث برگشت یا تكرار naniteها می‌گردد و زمین را در روكشی كه مادون میكروسكوپی است، خفه می‌كند و در اینجا ما با یك خطر فن‌آوری كه در تاریخ بی‌سابقه است ، مواجهیم. علیرغم این مسائل، كسانی كه روی نانوتكنولوژی مولكولی كار می‌كنند، در حال مطالعه برای ساختن دستگاهی در مقیاس اتمی هستند و به نظر می‌رسد به زودی اطلاعات كافی برای ساخت نانوكامپیوتر و نانواسمبلر را به دست می‌آوریم . این مسائل اجتناب‌ناپذیر و مطرح شده در نانوتكنولوژی باعث شد تا Drexler، یك زیربنای علمی و آموزشی ایجاد كند و آن انستیو Foresight است كه به عنوان یك محل شناخته شده و یك مركز تفكر در مورد نانوتكنولوژی عمل می‌كند. در طی 14 سال برپایی Foresight ، این انستیتو به صورت تحقیقات نانوتكنولوژی درآمده است. در اواسط اكتبر 2000، انستیتو Foresight ، كنفرانس سالانه‌ی خود را در هتلی در Santa Clara برگزار كرد. در آنجا زمزمه‌ای جدید به گوش می‌رسید؛ پیشرفتهای اخیر در سازه‌های با مقیاس مولكولی كه حاصل ابتكار در برخی تركیبات اصلی و بنیانی كه Drexler در نانوسیستم توصیف كرده است، می‌باشد. همانند تركیباتی كه در ساختمان نانو كامپیوترها و نانواسمبلرها ضروری است. چیز دیگری كه در كنفرانس به دست آمدن یك كپی ا ز داروی نانویی Robert Freitas بود. طب نانویی بیش از پیش در تلاش برای جامه‌ی عمل پوشاندن به وعده‌های Feynman (دارنده‌ی جایزه نوبل برای طرح فن‌آوری در مقیاس كوچك) در مورد ” دكتر بسیار كوچك” است و قدم به قدم موانع فن‌آوری را از سر راه برمی‌دارد. موانعی كه برای رسیدن به وسایل نانوپزشكی باید بر آنها فائق آمد. هم‌اكنون كنگره‌ی آمریكا نسبت به سرمایه‌گذاری در هر نوع تحقیق و توسعه (R & D) بدون سوددهی زودرس در پزشكی و ارتش مخالفت دارد ولی دولت آمریكا سرمایه‌گذاری برای تحقیقات نانوتكنولوژی را دوبرابر كرده است. قسمتی از این سرمایه برای اهداف مركز تحقیقات ناسا در Mountain View كالیفرنیا صرف خواهد شد؛ جایی كه تیم كوچكی روی طرح نانوكامپیوترها كار می‌كنند. حال این سئوال در ذهن نقش می‌بندد كه چرا ناسا توجه خود را معطوف به نانوتكنولوژی كرده است؟ در پاسخ می‌توان گفت كه ” اندازه” ، مهمترین دلیل می‌باشد. كامپیوترهای رایج مثل آنجه كه در Mars Pathfinder پایه‌گذاری شده، هم بزرگند و هم به اندازه كافی قدرتمند نیستند و دیگر اینكه مستعد انجام خطا هستند. با استفاده از وسیله‌ی نانویی به اندازه یك حشره‌ كه به اصطلاح حشره‌ی نانویی( nanobat) خوانده می‌شود، ناسا می‌تواند 100 میلیون چشم و گوش را در بسته‌ای به وزن چند گرم، به سطح مریخ بفرستد. حتی اگر نیمی از آن حشره‌های نانویی دچار اشكال شوند و یا كار نكنند، باز هم كسی چیزی از دست نمی‌دهد. چرا كه هنوز 50 میلیون دیگر باقی مانده است. برای ساختن یك عدد از این حشره‌های نانویی ، محققان باید مشكلات بر سر راه نانوكامپیوترها را حل كنند و این همان نكته‌ای است كه گروه تحقیق ناسا بر روی آن متمركز شده است. بررسی‌های انجام شده حاكی از آن است كه نانوتكنولوژی تمام جنبه‌های زندگی ما را تحت تاثیر قرار خواهد داد. یك سری اتفاقات جالب در علم پزشكی و دارویی مورد انتظار است. نانوتكنولوژی حتی بر روی هوایی كه تنفس می‌كنیم و آبی كه می‌نوشیم نیز موثر است. با مطالعه بر روی پیامدهای نانوتكنولوژی می‌توان دریافت كه این نوع فن‌آوری ما را به سمت پیشرفت در راه رسیدن به سیستمهایی بهتر، سریعتر ، مستحكمتر، كوچكتر و ارزان‌تر سوق می‌دهد. Foresight FAQ Nanotechnology Information MECHANICAL ENGINEERING: Janrary 2001Nano Technology magazine : Institute of Molcular Manrfacturing. پیشگامان نانوتكنولوژیچهل سال پیش Richard Feynman ، متخصص كوانتوم نظری و دارنده‌ی جایزه‌ی نوبل، درسخنرانی معروف خود در سال 1959 با عنوان ” آن پایین فضای بسیاری هست” به بررسی بعد رشد نیافته علم مواد پرداخت. وی در آن زمان اظهار داشت، ” اصول فیزیكن تا آنجایی كه من توانایی فهمش را دارم، بر خلاف امكان ساختن اتم به اتم چیزها حرفی نمی‌زنند”. او فرض را بر این قرار داد كه اگر دانشمندان فراگرفته‌اند كه چگونه ترانزیستورها و دیگر سازه‌ها را با مقیاسهای كوچك، بسازند پس ما خواهیم توانست كا آنها را كوچك و كوچك‌تر كنیم. در واقع آنها به مرزهای حقیقی‌شان در لبه‌های نامعلوم كانتوم نزدیك خواهند شد و فقط هنگامی این كوچك شدن متوقف می‌شود كه خود اتمها تا حد زیادی ناپایدار شده و غیر قابل فهم گردند. Feynman فرض كرد وقتی زبان یا سبك خاص اتمها كشف گردد، طراحی دقیق مولكولها امكان‌پذیر خواهد بود و به طوری كه یك اتم را در مقابل دیگری به گونه‌ای قرار دهیم كه بتوانیم كوچكترین محصول مصنوعی و ساختگی ممكن را ایجاد كنیم. با استفاده از این فرمهای بسیار كوچك چه وسایلی می‌توانیم ایجاد كنیم؟ . Feynmanدر ذهن خود یك ” دكتر مولكولی” تصور كرد كه صدها بار از یك سلول منحصر به فرد كوچكتر است و می‌تواند به بدن انسان تزریق شود و درون بدن برای انجام كاری یا مطالعه و تایید سلامتی سلولها و یا انجام اعمال ترمیمی و به طور كلی برای نگهداری بدن در سلامت كامل به سیر بپردازد.در بحبوحه‌ی سالهای صنعتی كلمه‌ی ” بزرگ” از اهمیت ویژه‌ای برخوردار بود. مثل علوم بزرگ، پروژه‌های مهندسی بزرگ و … حتی كامپیوترها در دهه 1950 تمام طبقات ساختمان را اشغال می‌كردند. ولی از وقتی Feynman نظرات و منطق خود را بازگو كرد، جهان روندی به سوق كوچك شدن در پیش گرفت. Marvin Minsky تفكرات بسیار باروری داشت كه می‌توانست به اندیشه‌های Feynman قوت ببخشد. Minsky – پدر یابنده‌ی هوشهای مصنوعی – دهه 70-1960 جهان را در تفكراتی كه مربوط به آینده می‌شد، رهبری می‌كرد. در اواسط دهه‌ی 70، Eric Drexler كه یك دانشجوی فارغ‌التحصیل بود، Minsky را به عنوان استاد راهنما جهت تكمیل پایان نامه‌اش انتخاب كرد و او نیز این مسئولیت را برعهده گرفت. Drexler نسبت به وسایل بسیار كوچك Feynman علاقه‌مند شده بود و قصد داشت تا در مورد تواناییهای آنها به كاوش بپردازد. Minsky نیز با وی موافقت كرد. Drexler در اوایل دهه 80 ، درجه استادی خود را در رشته‌ی علوم كامپیوتر دریافت كرده بود و گروهی از دانشجویان را به صورت انجمنی به دور خود جمع نموده بود. او افكار جوانترها را با یك سری ایده‌ها كه خودش ” نانوتكنولوژی” نامگذاری كرده، مشغول می‌داشت. Drexler اولین مقاله علمی خود را در مورد نانوتكنولوژی مولكولی ( MNT) در سال 1981 ارائه داد. او كتاب ” Engines of Creation : The Coming Era of Nanotechnology” را در سال 1986 به چاپ رساند. Drexler تنها درجه‌ی دكتری در نانوتكنولوژی را در سال 1991 از دانشگاه MIT دریافت داشت. او یك پیشرو در طرح نانوتكنولوژی است و هم اكنون رئیس انستیتو Foresight و Risearch Fellow می‌باشد. Nano Technology magazine : Institute of Molecrlar Manufacturing نانوتكنولوژی و همگرایی علمینانوتكنولوژی به سه شاخه جدا و در عین حال مرتبط با یكدیگر تقسیم می‌شود كه بر اساس ساختارهای زیر تعریف می‌شوند: 1- نانوتكنولوژی مرطوب: این شاخه به مطالعه سیستم‌های زیست محیطی كه اساساً در محیطهای آبی پیرامون وجود دارند، می‌پردازد و چگونگی مقیاس نانومتری ساختمان مواد ژنتیكی ، غشاءها و سایر تركیبات سلولی را مورد مطالعه قرار می‌دهد. موفقیت این رشته بوسیله ساختمانهای حیاتی فراوانی كه تشكیل شده‌اند و نحوه عملكرد ساختمانشان در مقیاس نانویی نظارت می‌شود، به اثبات رسیده است. این شاخه دربرگیرنده علوم پزشكی ، دارویی، زیست‌محیطی و كلاً علوم مرتبط به Bio می‌باشد. 2- نانوتكنولوژی خشك: از علوم پایه شیمی و فیزیك مشتق می‌شود و به تمركز روی تشكیل ساختمانهای كربنی، سیلیكون و دیگر مواد غیرآلی می‌پردازد. قابل تامل است كه فن‌آوری خشك- مرطوب استفاده از مواد و نیمه هادیها را نیز می‌پذیرد. الكترونهای آزاد و انتقال‌دهنده در این مواد آنها را برای محیط مرطوب سودمند می‌سازد. اما همین الكترونها خصوصیات فیزیك فراهم می‌كنند كه ساختارهای خشك از آنها در الكترونیك، مغناطیس و ابزارهای نوری استفاده می‌كنند. اثر دیگر كه باعث پیشرفت ساختارهای خشك می‌شود این است كه قسمتهای خود تكثیر مشابه ساختارهای مرطوب را دارا هستند. 3- نانوتكنولوژی تخمینی (محاسبه‌ای): به مطالعه‌ی مدلسازی و ساختن ظاهر ساختمانهای پیچیده در مقیاس نانویی توجه دارد. توانایی پیش‌بینی و تجزیه و تحلیل محاسبه‌ای در موفقیت نانوتكنولوژی بحرانی است زیرا طبیعت میلیونها سال وقت لازم دارد كه نانوتكنولوژی مرطوب را بصورت كاربردی در آورد. شناختی كه بوسیله محاسبه بدست می‌آید به ما اجازه می‌دهد كه زمان پیشرفت نانوتكنولوژی خشك را به چند دهه كاهش دهیم كه این تاثیر مهمی در نانوتكنولوژی مرطوب نیز دارد. نانوتكنولوژی تخمینی، پلی است برای ارتباط بین علوم مهندسی ، محاسباتی ، كامپیوتر و فن‌آوری جدید. با توجه به ساختارهای عنوان شده برای نانوتكنولوژی، تاثیر متقابل آنها بر یكدیگر و لزوم مشاركت هر سه ساختار برای خلق و توسعه اكثر محصولات نانویی، واضح است كه فن‌آوری برتر آینده نقطه تلاقی تفكر و عمل تمامی دانشمندان و محققان علوم مختلف است. Interview: Nano Technology Magazine نانوتكنولوژی مرطوب: الف) نانوتكنولوژی و فراپزشكی: نانوتكنولوژی به عنوان یك دانش پایه در تولیدات صنعتی بشر، زمینه‌های مختلف دنیای ‌فن‌آوری را تحت تاثیر قرار خواهد داد. پزشكی و درمان یكی از موارد مهم است كه انسان در طول تاریخ برای حفظ بقا به عنوان مسئله‌ای اساسی به آن نظر داشته است، تا آنجا كه طبیبان همواره جدای از دستمزد اقتصادی ، از اعتبار اجتماعی و گاه از تقدیس هم برخوردار بوده‌اند. در پی تلاشهایی كه در تاریخ حیات بشر صورت گرفته، امروزه پیشرفتهای شگرفی در غلبه بر ب یماریها و حفظ سلامتی به دست آمده است كه مناسب است برای روشن‌تر شدن اوضاع پزشكی عصر خود مواردی را یادآوری كنیم. متخصان امروزه موفق شده‌اند بسیاری از بیماریهای واگیردار نظیر وبا، طاعون و موارد متعدد دیگر را كه در گذشته دسته دسته قربانی می‌گرفتند، درمان كنند. با شناخت سلول ، DNA و سپس ویروسها امروزه بسیاری از بیماریهایی كه ویژگی تكامل دارند هم درمان می‌شوند. بعضی بیماریهای مسری كه شاید ساده‌ترین آنها سرماخوردگی باشد قادرند متناسب با دارویی كه آنها را از بین می‌برد، تكامل پیدا كنند و برای بار دوم از یك دارو صدمه نبینند؛ اكنون به جایی رسیده‌ایم كه چنین بیماریهایی را هم با داروی تكامل یافته از بین می‌بریم!در كنار شناخت بیماریها و روشهای درمان امروزه چنان آگاهی و دسترسی دقیقی نسبت به اجزای بدن حاصل شده كه می‌توانیم اندامهایی را به بدن پیوند بزنیم و یا عضوهای مصنوعی را جایگزین قضوهای از كار افتاده نماییم. این به معنای پایان راه حفظ سلامتی نبوده و نیست. با اندكی تعمق خطارت نه چندان كوچكی را در كنار خود و در حیطه‌ی پزشكی امروز مشاهده خواهیم كرد. داروهایی كه برای درمان بیماریها ساخته‌ایم، خود آسیبهای دیگری به سلامت بدن وارد می‌سازد و بدین دلیل كه محیط و هدف خود را به طور دقیق نمی‌شناسند و قدرت حركت به سوی هدف خود _ خلاف حركت طبیعی مواد در بدن- را ندارند ناگزیر از درمان حدودی می‌باشند و این یعنی نجات به بهای یك ضرر كوچكتر؛ كه البته این ضرر كوچكتر می‌تواند مولد زیانهایی حتی بزرگتر از مشكلات اولیه باشد. علاوه بر این ، ظهور بیماریهایی نظیر ایدز با ویروس مرموز HIV كه داروهای كنونی از شناسایی و نابود كردن آن عاجزند به همراه گسترش روزافزون آن در میان مردم جهان ، مشكل بسیار بزرگی محسوب می‌شود. دیگر آنكه اعضای پیوندی و اندامهای مصنوعی هنوز كارایی بافتهای طبیعی و اولیه را پیدا نكرده‌اند. برای مثال باید گفت اگر اكنون دست یك كارگر زیر تیغ دستگاههای صنعتی قطع شود خوشبختانه می‌توانیم دست را به بدن متصل كنیم و به حیات بازگردانیم، اما متاسفانه همه قابلیتهای اولیه را نخواهد داشت، زیرا هنوز دقت لازم برای اتصال اعصاب و بافتهای جدا شده را مطابق حالت طبیعی به دست نیاورده‌ایم. توجه به موارد فوق احتمالاً شما را برای شیندن یك پیش‌بینی قریب‌الوقوع در دنیای ” فراپزشكی” آینده برانگیخته است.” انقلاب صنعتی آینده” در پزشكی هم دگرگونی عظیمی به همراه خواهد داشت. پژوهش‌های انجام شده ساختاری را ارائه می‌كند كه می‌تواند پیشرفت حیرت‌انگیزی را در صنعت دارو و درمان بیماریها و آسیبهای زیستی ایجاد كند. ” ماشینهای مولكولی هوشمند” نمونه‌ی بسیار كوچك یك سیستم شناساگر ، ترمیم كننده و متحرك بسیار دقیقند كه می‌توانند تمام مشكلات مذكور در پزشكی امروز را برطرف سازند. این ماشینها با اطلاعات كامل از ساختار بدن و حتی اجزای سلولهای بدن به راحتی قادر به حفاظت جسم در برابر باكتریها، میكروبها و ویروسهای بیماری‌زا خواهند بود. مثلاً با داشتن اطلاعات دقیق از DNA ، سلولهای بدن می‌توانند مهاجمین را قبل از آسیب زدن به سلولها سالم شناسایی كرده و از بین ببرند. ماشینهای مولكولی هوشمند ( مجموعه‌ای از مولكولهای متصل و برنامه‌ریزی شده كه به وسیله موتورهای مولكولی حركت می‌كنند و قابلیت انجام اعمال سودمند و دقیق در مقیاس درون سلولی دارند) می‌توانند مواد دارویی لازم برای بیماریهای خاص را دریافت و تا محل سلولهای بیمار حمل كنند و پس از شناسایی تك‌تك آنها دارو در اثر داده و با حداقل ماده مورد نیاز و آسیب جانبی بیماری را درمان نمایند. در عین حال این ماشینها با ابعاد كوچك خود می‌توانند از دیواره‌ی سلولها عبور كرده و حتی اجزای سلولها را هم ترمیم نمایند. با چنین قابلیتهایی نانو ماشینهای مولكولی به راحتی می‌توانند حتی ویروس HIV را از مقایسه اطلاعات آن با DNA بدن انسان شناسایی كرده و از بین ببرند. اضاف بر روشهای درمانی خارق‌العاده ، نانوتكنولوژی امكان ایجاد ساختارهای زیستی عجیبی را فراهم می‌سازد. مثلاً می‌توانیم بافتهای آن چنان مقاومی در بدن بسازیم كه با افتادن از یك ساختمان بلند كوچترین خدشه‌ای در عملكردشان وارد نشود و سلامت خود را حفظ كنند و این یعنی ….! چه زمانی به چنین ابزارهایی دست می‌یابیم؟ زمان آن نزدیك است ؛ اما در جواب این سئوال كه شاید از بیم سر آمدن عمر قبل از دستیابی به نانوتكنولوژی در پزشكی به ذهنها خطور می‌كند بهتر است مفهوم جدید ” Cryonics” یا ” انجماد بدن در هنگام مرگ” را بیان كنیم تا انگیزه این پرسش فروكش كند: وقتی قلب شخص از تپش می‌ایستد( معنای قدیمی مرگ) ولی قبل از انكه نابودی ساختار مغز آغاز شود، او را به دستگاه قلب مصنوعی متصل كرده و مرحله به مرحله بدن را با یك مایع ضد انجماد و برخی متعادل كننده‌های سلولی پر می‌كنند. سپس دمای بدن فرد را تا دمای نیتروژن مایع پایین می‌آورند. در این نقطه همه‌ی تغییرات مولكولی برای دوره‌ی نامحدودی متوقف می‌شود و بدن شخص را در محیط بسته‌ای نگهداری می‌كنند. در آینده ، وقتی دستگاههای تعمیر سلولی نانوتكنولوژی به بهره‌برداری می‌رسد، بیماریهای مهلكی كه سبب مرگ شده‌اند به همرا ه سموم ماده‌ی ضد انجماد از بین می‌روند و فرد دوباره گرم می‌شود و به صورت زنده و سالم در می‌آید. Engines of Creation : Dr.K.Eric DlexlerEngines of HealingNanotechnology Magazine ب) نانوتكنولوژی و علم بیوتكنولوژی مقدمه: مولكولها و سیستم‌های بیولوژیكی صفاتی دارند كه آنها را برای كاربردهای نانوتكنولوژی بسیار مناست می‌سازد. علیرغم و عده‌ها Nano structureها، Nano Particleها با اندازه نانوبیولوژیكی توسعه نیافته‌اند. بلوكهای ساختمانی نانوتكنولوژی: سنتز: با وجود آنكه در نگاه اول بنظر می‌رسد كه در طبیعت، تعداد محدودی بلوكهای سازنده‌ی اصلی (آمینواسیدها، چربیها و نوكلئیك‌اسیدها) وجود دارند، اختلاف شیمیایی این مولكولهای و راههای مختلف پلیمرشدن آنها، گستره وسیعی از ساختمانهای ممكن را ایجاد می‌كند. علاوه بر این، پیشرفتهایی كه در سنتز شیمیایی و كلاً بیوتكنولوژی صورت پذیرفته، انسان را قادر می‌كند كه این بلوكهای سازنده را در كنار هم قرار دهد و تركیب كند و از این طریق مواد و ساختارهای جدیدی كه تاكنون در طبیعت ساخته نشده‌اند را بسازد. این ساختارها غالباً كاربردهای بی‌نظیر و منحصر بفردی دارند. بیوپلیمرهای تهیه شده از طریق بیوتكنولوژی ، تك پراكند ( mono disperse) هستند. آنها طول زنجیر را كنترل می‌كنند و تعریف شده هستند. از طرف دیگر ، تولید یك پلیمر سنتزی تك پراكند عملاً غیر ممكن است. اخیراً نشان داده شده است كه پلیمرهایی كه طول زنجیر آنها درست تعریف شده باشد، داری قابلیتهای كریستال مایع غیر عادی می‌باشند. بعنوان مثال : Yu-et-al در سال 1997 نشان داده است كه روشهای باكتریایی برای سنتز پلیمر، می‌توانند برای تولید موادی از این دست ، استفاده شوند. توزیع در طول زنجیری كه معمولاً برای پلیمرهای سنتزی وجود دارد، امكان اینكه بتوان آنها را در مرحله‌ی هم شكلی اتمها ( هم شكل شدن اتمها) مشاهده كرد را كم می‌كند. این كار از این جهت مهم است كه نشان می‌دهد ما هم‌اكنون راهی داریم برای شكل‌های جدیدی ( در مرحله هم شكل شدن اتمها) كه فضا دهی لایه‌هایشان می‌تواند در مقیاس دهها نانومتر كنترل شود. در بیوتكنولوژی می‌توان از كنار هم قرار گرفتن اسیدآمینه‌های مصنوعی مانند - alanine یا Dehydro poline یا Fluortyrosine یا پروتئین‌های دیگری كه در ساختارشان آلكن یا آلكین وجود دارد، استفاده كرد. تحقیقات در این زمینه، راههای جدیدی در مورد پلیمرهای با طول و مشخصات كنترل شده مثل بیوپلیمرهایی كه حاوی خواص الكتریكی مانند هدایت هستند را بدست می‌دهد. پدیده‌ی دیگر، همكاری همه‌ی وسایل شیمیایی در تركیبات پروتئین‌هاست كه آنها را قادر می‌سازد كه برای مثال، پروتئین‌هایی با تصویر آینه‌ای بسازند. این پروتئین‌ها با استفاده از خاصیت تركیب D-Amino Acidها در مقابل كنترل زیستی مقاومت می‌كنند و می‌توانند كاربردهای دارویی مهمی داشته باشند. كالبدشناسی اجزاء زیستی: كالبدشناسی پلیمرهای محافظت شده به منظور جداسازی مولكولهای كم وزن آلی از محلول به كار برده می‌شوند. آنها از طریق پر كردن منفذها ( Ultra filtration , Micor filtration) عمل می‌كنند. این فرضیه و عملكرد را می‌توان در خصوص مایكروامولسیون و همچنین اجزاء دارای مولكولهای هموگلوبین ، به كاربرد. این اعمال جداسازی سایر مواد معدنی را نوید می‌دهد. لایه‌های سطحی باكتریایی به عنوان اجزاء هادی : لایه‌های سطحی باكتریایی كه به صورت كریستالی هستند، از واحدهای تكرار شونده‌ پروتئین تشكیل یافته‌اند. این لایه‌ها به صورت خود چیده ( Self-Assemble) هستند و قابلیت چسبندگی بالایی دارند. آنها به عنوان اجزاء هادی برای نانوتكنولوژی در نظر گرفته شده‌اند. برای مثال آنها برای شكل دادن سوپرلاتكس سولفید كادمیم استفاده شده‌اند. بیوسرامیكها:اثرات مولكولهای زیستی و آلی، بر روی همدیگر می‌تواند در س اختن سرامیك، با افزایش سختی مورد استفاده قرار گیرد. مطالعات پایه‌ای زیستی-معدنی كه در آنها یك ماده معدنی ( معمولاً پروتئین : پپتید یا لیپید) به وسیله‌ یك فاز آلی ( مثل كربنات كلسیم یا هیدروكسی) تحت تاثیر قرار می‌گیرد، منجر به سنتز زیستی مواد مركب شده‌اند. سنتزهای Micelle-templated می‌تواند سرامیكهایی با ابعاد nm 100-20 تولید كند. Poreها، این مواد متخلخل می‌توانند به عنوان كاتالیزور یا جذب‌كننده استفاده شوند و برای جداسازی‌های گاز و مایع و همینطور به عنوان عایقهای گرمایی و صدایی به كار روند. خصوصیت جدا كردن انتخابی ، آنها را برای جداسازی بیوشیمیایی و دارویی قابل استفاده می‌كند. یك مثال جالب در مورد تركیبات معدنی و آلی، مواد بسته‌بندی جدیدی است كه برای گرفتن جای پلیداستیرن بعنوان پوشش غذاییِ غذاهای حاضری بكار برده می‌شود. آهنرباهای میله‌ای زیستی: دقیقاً نشان داده شده است كه بسیاری از تركیبات آلی قادر به ته‌نشین كردن مواد مغناطیسی مانند fe3o4 و یا fe3s4 هستند. بعلاوه در تركیبات آلی میكربی در بدن ماهیها زنجیره‌های خطی از كریستالهای غشاءدار مغناطیسی كه به Magnetosome معروفند، یافت شده است( كرشفنیك و سایرین در سال 1992). گردآورنده‌های یا شكل‌دهی ( Assemblers or Templating):خودسازی متوالی زیست مولكولها معمولاً بعنوان یكی از كلیدهای حیاتی كاربردهای نانوتكنولوژی شناخته می‌شود. اما آنچه باید بیشتر مورد تحقیق قرار گیرد، چگونه ساختن آرایه‌های متناوب، گردهم‌آوریهای زیست‌مولكولی ، چگونگی استفاده از شكل‌دهیهای زیست مولكولی به طریق موثر، چگونگی تقلید خاصیت خودسازی زیست مولكولها برای استفاده در مولكولهای غیرزیستی و بالاخره چگونگی بهره‌گیری از اختلافات بین خود سازی زیستی و غیرزیستی است. نانوتكنولوژی و DNA (DNA Nanotechnology)بادرنظر گرفتن مطالب گفته شده ، DNA یك ساختار بسیار مناس ب برای كاربردهای نانوتكنولوژی است. رشته‌های مارپیچی دوتایی DNA كه ساختارشان بسیار مشهور است در نتیجه‌ی اتصال سخت مولكولهای DNA در شرایط ویژه حادث شده اند استفاده از مولکول های ANA شاخه دار پایدار سبب ایجاد اشكال پیوندی می‌شود. در شكل A چهار مولكول با اتمهای پیوندی كه در یك چهار ضلعی گرد آمده‌اند، نشان داده شده است. ما این روش را برای ساختن یك مولكول DNA بسته‌ی كووالانسی كه یالهای مارپیچی آن یك اتصال مكعبی دارند, استفاده كرده‌ایم. این مكعبها در محلولی ساخته شده‌اند كه بی‌اثر است. بنابراین ما روش تركیبی Solid-support را كه موثرتر است بكار می‌گیریم و از آن برای ایجاد مولكولی كه در آن محورهای مارپیچی ، اتصالات هشت‌وجهی ناقص باشند، استفاده می‌كنیم. به هر حال ساخت یك جسم بسته از قبیل یك چند وجهی، حالت خاصی از ساختار نانوذره‌ای است زیرا همه یالها می‌توانند بوسیله لیگاندپوشی یك رشته‌ی متناهی از پایانه‌های پیوندی ایجاد شوند. بنابراین برنامه‌پذیری پایانه‌های پیوندی و پیش‌بینی محصول لیگاند پوشیده، برای تعیین پیوند جسم كافی می‌باشد. اجتماع چهار تركیب پیوندی در یك ساختار چهار ضلعی باعث ایجاد توانایی در حفظ ساختار صلبی آنها می‌شود. اگر زوایای بین رشته‌های مارپیچی دوتایی متغیر باشد، ساختار هشت وجهی یكی از ساختارهایی خواهد بود كه این مولكولها می‌توانند تشكیل دهند و در حقیقت پیوندهای شاخه‌دار، انعطاف‌پذیر می‌باشند. در صورتیكه شكل Periodicmatter بگونه‌ای باشد كه اتصالات سلول به سلول یكسانی را ایجاد كند انعطاف‌پذیری می‌تواند مجموعه‌ای از حجم‌های متغیر به وجود آورد. شكل Aواحدهایی از DNA كه استحكام بیشتری نسبت به تركیبات شاخه‌دار دارند با تركیب مجدد Intermediates بوجود می‌آیند كه اجزاء سختی را ایجاد می‌كنند. این ساختار، مولكولOVER Double cross است. پنج ساختار ایزومری برای این سیستم در نظر گرفته می‌شود اما فقط دو ساختار نشان داده شده در شكل B در سیستم‌های كوچك ثابتند. شكـل Bمعیار سنجش ما برای استحكام این است كه وقتی یك مولكول را كه دارای دو انتهای پیوندی و مكمل است Oligomerize كنیم تمایل كمتری به حلقه‌ای شدن داشته باشد ( تركیبات شاخه‌دار بصورت دیمر و یاتریمر حلقه‌ای می‌شوند). بعنوان مثال مولكول DAE را در نظر می‌گیریم. این مولكولهای به اطراف مثلث‌های DNAو Deltahedra متصل می‌شوند و بنابراین ما می‌توانیم از استحكام این اشكال استفاده كنیم. شكل C نشان می‌دهد كه یك 2-Dlattil از این مثلثها و هشت‌وجهی كه سه لبه‌ی آن را سه مولكول Double cross over اشغال كرده‌اند، تشكیل شده است. یكی از ویژگیهای جالب محصولاتی كه شامل DNA می‌باشند این است كه تولید مولكولها با دستگاههای بیولوژیكی با cloning و با دستگاه PCR ( Ploymer chain reaction) ممكن است. متاسفانه ایجاد فضاهای شاخه‌دار بدین طریق امكان‌پذیر نیست. با این حال روش دیگری كه ممكن است در این زمینه استفاده شود وجود دارد. شكل D یك دوازده وجهی كه هر وجه آن 5 ضلعی می‌باشد را بطور نمونه نشان می‌دهد كه بعنوان Schlegel diagram شناخته شده است. هر لبه كاملاً با دو رشته DNA پوشانده شده و یك رشته exocyclic به هر پنج ضلعی اضافه شده است. رشته‌های exocyclic برای ایجاد یك رشته گره‌دار طولانی به هم متصل می‌شوند. بنابراین ما سعی می‌كنیم كه ببینیم چگونه به طور موثر با ادامه دادن پیچاندن رشته‌ها به DNA می‌رسیم. به این ترتیب گره‌های سه برگی با رشته‌های منفی DNA و RNA و نیز گره‌هایی 3 برگی با رشته‌های مثبت ایجاد كرده‌ایم. شكـل D ج) محیط زیست نانوتكنولوژی از آغاز قرن 19 با پیشرفت جهشی و سریع علم و در پی آن رشد عظیم صنایع دست‌ساز بشر و پس از آن با وبوجود آمدن انقلاب صنعتی (Industrial Revolution) جهان ما وارد عرصه‌ی جدیدی از زندگی خود شد. فن‌آوری با گامهای بلند به پیش آمد و در محیط زندگی انسان اثرات و تبعات غیرقابل انكاری بجای گذاشت. این آثار تا بدان جایی رسید كه امروز در قرن 21 برخی متفكرین زیست‌محیطی واژه ” فن‌آوری” ( Technology) را با ” دشمن محیط‌زیست” ( environment’s enemy) همسان و همسنگ می‌دانند. بواقع سوراخ شدن لایه‌ی اوزون ، پدیده‌ی گلخانه‌ای ، ایجاد بیماریهای جدید تنفسی و پوستی، ذوب شدن یخهای قطبی و انقراض نسل بسیاری از جانداران آبزی و هوازی همه و همه مشكلاتی هستند كه فن‌آوری دو قرن اخیر برای ما بوجود آورده‌اند و ثمره‌ی فعالیت تصفیه خانه‌ها، كارخانه‌ها، كمپانیهای هسته‌ای و شركتهای چند ملیتی هستند. در ابتدای بحث به آثار فن‌آوری اشاره كردیم. اما آیا آثار فن‌آوری فقط محدود به مشكلات زیستی آن می‌شود؟ مسلماً خیر. هیچ انسان منصفی نمی‌تواند منكر رفاه باورنكردنی حال حاضر خود در مقایسه با انسان قرون وسطی شود. به عبارت بهتر صحبت كردن راجع به منافع و مزایای نیكوی فن‌آوری نوین كاری غیرضروری بحساب می‌آید واثرات مثبت آن بر همگان بدیهی و روشن است. پس چه باید كرد؟ آیا فن‌آوری واقعاً دشمن محیط زیست است؟ آیا تصور دنیای پیشرفته‌ای كه به محیط زیست صدمه‌ای نرساند تصور جمع نقیضین است؟ شاید پاسخ همه‌ی این سئوالات در دست محققان و پیشروندگان نانوتكنولوژی باشد. نانوتكنولوژی بارقه‌های امیدی را برای دنیای صنعتی دور از آلودگی و تخریب محیط ریست در دل دانشمندان بوجود آورده است. برای در نظر گرفتن تفاوتهای نانوتكنولوژی با فن‌آوری‌های دیگر در برخورد با محیط زیست می‌توان پارامترهای متعددی را منظور كرد كه در ادامه به بررسی محورهای اساسی آن می‌پردازیم. ساخت نوین سبز: با پیشرفت صنعت ساخت در جهان و ایجاد حجم عظیم محصولات مصنوعی، محصولات جانبی بسیاری در كنار محصول اصلی تولید بوجود آمدند. این محصولات جانبی ( By-products) بی‌فایده و اجتناب‌ناپذیر، معمولاً به زندگی ما صدمه می‌زنند و برای خنثی كردن ضرر آنها هزینه زیادی مصرف می‌شود. این محصولات جنبی تولید، گاهی در هوای اطراف ما بصورت گاز پراكنده شدند. سپس در دریا ها و رودخانه‌ها ریخته شدند و گاه در زیرزمین مدفون گردیدند و در نتیجه همه‌ی اینها نهایتاً در مسیرشان به محیط زندگی ما بازگشتند. متاسفانه با رشد جمعیت نوع زندگی ما به اندوختن و انباشتن همه چیز ( اعم از وسایل، كالاها و محصولات و شبه محصولات ) و آنگاه تدفین خودمان در پسمانده‌های سمی، محدود شده است. تصور سبز كدامست؟ با این همه، تخیلی كه در جهت حمایت از محیط‌زیست به بازیافت ارزان پس‌مانده‌ها منتهی شود چه می‌تواند شد؟ این مهم به سادگی و با فن‌آوری سمتی امكان‌پذیر نیست. به عقیده ما ایده‌آل آنست كه بتوان پروسه‌ی تولید را در دنیا طوری مجهز كرد كه شبه محصولات (اقلام جانبی) و تمام مواد اضافی تولید، خودشان بازیافت شوند بدون اینكه عملاً انرژی انسان در كار باشد. اگر شما نیز با ما هم‌عقیده‌اید، وارد شوید. صنعت ساخت نانوتكنولوژی، بدون اتلاف، بدون محصول جانبی، بدون تفاله ؛ بواقع هیچ چیز اعم از پس‌مانده و آلوده كننده برای دفن كردن وجود ندارد. در فن‌آوری سنتی واكنش‌دهنده‌ها به ندرت ، 100% به محصول تبدیل می‌شوند و باقی مانده چیزی كثیف ولی معمولاً قابل بازیافت است كه گران‌قیمت نیز می‌باشد. بعنوان مثال برای ساختن یك قطعه پلاستیك واكنش‌دهنده‌های شیمیایی در جزءهای واكنش بصورت كمپلكسهای مختلف و در شرایط خاص برای بوجود آمدن محصول مطلوب تركیب می‌شوند. پس از طی مراحل میانی واكنش و بوجود آمدن محصول اولیه باید آنرا دوباره به عمل آورد و در نهایت تزریق و قالبگیری كرد. در مقایسه اگر شما بخواهید پلاستیكی را با نانوتكنولوژی تولید كنید می‌توانید از موجودیهای غنی شده عناصر خالص مثل C ، H،O و نیروی ذاتی اتمها برای بوجود آوردن پیوندهای شیمیایی بدون طی مراحل گذار ( میانی Intermediate) استفاده كنید. همچنین می‌توانید پلاستیكی در فرم نهایی آن بدون تزریق و قالبگیری با همان طرحی كه میل دارید بسازید. یا اگر بخواهید چیزی از فولاد بسازید، می‌توانید نانو ماشینها را در یك محل بدنمای ماشینهای اوراقی و اسقاطی رها كنید تا آهن‌های را تمیز كنند و با ساختاری مطلوب شما اتم به اتم ، آن را به فرم نهایی بدون سوزاندن زغال سنگ برای ذوب كردن و باقی گذاشتن یك توده آشغال پر از فلزات سنگین دوباره سازی نمایید. و از ه مه اینها شگفت‌انگیزتر اینكه در آینده‌ی ذهنی ما دستگاههای Feed stokeای وجود دارند كه با فعال كردن نرم‌افزار نانو و فشار كلید Go می‌توانند مشغول ساختن اتم‌به اتم ماده‌ای مثل چوب شوند. انرژی دوستانه ( دوستدار انسان و محیط زیست)ما می‌خواهیم بیش از این با سوزاندن سوخت‌های فسیلی و پس‌مانده‌های آنها زندگی نكنیم. نانوتكنولوژی برنامه‌ی جالبی را برای تامین منابع انرژی سیاره‌ی ما با منشاء الكتریكی و بدون آلودگی ، فراروی ما قرار می‌دهد. این تامین انرژی دو مزیت دارد: 1- فوق‌العاده پاكیزه‌تر از آن چیزی است كه هم‌اكنون مورد استفاده قرار می‌دهیم. 2- محدودیتی برای جمعیت عظیم دنیای امروز و حتی افزایش بی‌رویه آن در آینده ندارد. برای درك بهتر انرژی دوستانه به یك مثال اكتفا می‌كنیم. در آینده نه چندان دور واكنش دهنده‌های نانو سایز برای روكش كردن جاده‌ها با لایه‌ای از سلولهای مخروطی شكل خورشیدی ( كه بازده فوق‌العاده بالایی دارند) بوسیله یك روكش سخت الماسی با اندازه‌گیریهای دقیق معرفی خواهند شد. با 300 وات انرژی خورشیدی تابشی به صورت خام هر متر مربع از زمین، روزانه فقط یك قسمت كوچك از روكش موجود جاده برای مجموعه انرژی نیاز خواهد داشت و فقط سنگفرش مجدد خیابانهای افزایش انرژی الكتریكی ( بدست آمده از فتوسلولهای خورشیدی) را می‌طلبد. به این ترتیب دیگر نیازی به سوزاندن سوختهای فسیلی و ایجاد مونوكسیدكربن، دی‌اكسیدكربن، اكسیدنیتروژن و اكسیدگوگرد نخواهد بود و ما بسیار ارزان به انرژی گرانبهای الكتریكی دسترسی پیدا خواهیم كرد. اثر مثبت در كشاورزی دكتر Eric Drexler طرحی جامع در رابطه با كشاورزی به كمك ساختارهای نانویی دارد. در این برنامه كشتزارهای كنونی به حالت اولیه آن – جای كه گاومیشهای وحشی ( بوفالوها كه اكنون در حال انقراضند) در ان سكنی گزیده بودند- بازخواهند گشت. وی پیشنهاد می‌كند كه ساختهای نانویی با اجرایی عالی می‌توانند گلخانه‌هایی در حجم كم اما انبوه پدید آورند كه تقریباً به اندزه 10% از مزارع زیر كشت فعلی دنیا می‌باشند و می‌توانند جمعیت كنونی جهان را تغذیه نمایند. در اینصورت میلیونها مایل مربع از سرزمین ما می‌توانند به محلهای مسكونی طبیعی در سراسر جهان بازگردانده شوند و قسمت بزرگی از استعداها و مكانهای متوقف شده و بلااستفاده به كارگرفته شوند. متخصص تشریح محلولها: گروهی از دانشمندان علوم زیستی وجود دارند كه معتقد به اخلاق در روند كاری خود هستند و به ضد تشریحها ( Antivivisection) معروفند. آنها معمولاً گیاهخوار هستند و استفاده از جانداران را در آزمایشهای پزشكی ، تغذیه كردن به حالتهای مختلف از دامها، ساختن كتهای چرمی از پوست حیوانات و مسایل دیگر شبیه به این را محكوم می‌كنند. حتی خود ما هم مثلاً از اینكه ببینیم خوشبو كننده‌ای در چشم یك میمون اسپری می‌شود تا مقدار حساسیت‌زدایی خاصیتهای آن چك شودن احسای ناراحتی می‌كنیم. نانوتكنولوژی برای ما و همه ضدتشریحها مژده‌ای زیبا دارد و آن مژده این است كه دیگر نیازی به آزار هیچ موجود زنده برای كار تحقیقاتی نیست. نانوداروها، سلولهای نانوسایز، مدلهای كامپیوتری متابولیك و قدرت جسورانه نانوكامپیوترها همگی دست به دست هم خواهند داد تا موقعیت عدم استفاده از حیوانات را برای آزمایشهای منسوخ پزشكی و آرایشی فراهم آورند، كتهای چرمی با یك دانه اتم پایه و با روش اتم به اتم ( one atom at a time) در زمانی كوتاه ساخته می‌شوند و حتی استیك جوجه و یا بره‌ی نیم‌پخته را خود ما به كمك مولكولها و اتمها بوجود می‌آوریم بدون آنكه حیوانی را ذبح كنیم. همه اینها قابل اجراست و ضد تشریحها در طول زمان به طرفداران نانو تبدیل خواهند شد. انهدام محلهای جمع‌آوری زباله‌های شیمیایی و هسته‌ای همانطور كه می‌دانیم كانالهای ارتباطی آبهای زیرزمینی در سراسر جهان بخاطر مدلهای مختلف تخلیه زباله، آلوده شده‌اند. هدف نانوتكنولوژی آن است كه این آلودگی‌ها را متوقف كند و در جهت پاكیزه‌سازی آبهای سطحی و زیرزمینی گامهایی بردارد. امروزه نمونه‌های بسیاری از خاكهای آلوده شده و سرطانزا در دنیا وجود دارد. عناصر شیمیایی به خودی خود مضر نیستند، لیكن در متن زندگی انسانی این عناصر بی‌خطر و بعضاً مفید به خاطر عملكرد بد ما كشنده و مهلك شده‌اند. این تفاوت به سادگی قابل تشخیص است، زیرا كه تركیبات روزمره و مورد استفاده ما بصورت شیمیایی چیده شده‌اند. راه‌حل، شكستن پیوندهای شیمیایی و ایجاد تولیدات نهایی بی‌خطر و كم‌اثر است. اما در مورد پس‌مانده‌های هسته‌ای همانطور كه مشخص است این زباله‌ها می‌توانند امنیت پایدار جهانی را مخدوش كنند و از این جهت فوق‌العاده مورد توجه هستند. یك راه كه در حیطه نانوتكنولوژی پیشنهاد می‌شود آن است كه یك نانیت را مامور درو كردن همه مواد رادیواكتیو در یك منطقه بكنیم. اما این راه، خشن و غیرعاقلانه به نظر می‌رسد. راه بهتر، ارزان‌تر و مطمئن‌تر آن است كه با كمك نانو فضاپیماهای در حال ساخت، حداكثر بهره‌برداری از عملیات هسته‌ای خورشید را مد نظر قرار دهیم. البته توضیح نحوه‌ی عملكرد و ذخیره انرژی نانو فضاپیماها و طبقه‌بندی جرمی اتمهای باقی‌مانده از عملیات شكافت هسته‌ای درون خورشید از حوصله این بحث خارج است اما می‌توان به بزرگترین مزیت این طرح اشاره كرد و آن یك مرحله‌ای بودن تبدیل انرژی به انرژی است. یك هسته بصورت بالقوه رادیواكتیو است زیرا مقدار زیادی نوترون دارد. برای اینكه بتواند مقدا ر زیادی پروتون در خود جای دهد و یا برای داشتن ثبات لازم، باید مقدار كمی نوترون داشته باشد. برای حل مشكل هسته‌های نافرم تنها این مهم است كه هسته‌ها را همراه مقدار كافی انرژی برای شكستن آنها به عناصر كوچكتر و سبكتر شتاب دهیم و در آخر بشكافیم. بعد این عناصر سبكتر می‌توانند عناصر با ثباتی شوند و یا اگر این طور نباشد فرآیند ادامه پیدا می‌كند تا هنگامی كه ثبات كامل بدست آید. به این ترتیب نانوتكنولوژی مشكل زباله هسته‌ای را تماماً مرتفع می‌كند، یعنی باقی مانده‌های واكنش‌های شكافت هسته‌ای، خود موادی عادی، كاربردی و از همه مهمتر غیررادیواكتیو هستند. Nano Technology Magazine نانوتكنولوژی خشكالف) یك مثال: نانوتكنولوژی ، مادر شیمی تكاملی تجربی علم شیمی شامل مراحلی است كه در طول روزها و ماهها انجام می‌گیرد و شامل تجزیه و تقطیر و … تركیبات است كه بوسیله یك شیمی‌دان معمولی و تجربی انجام می‌شود. شیمیدانان تركیبات موجود را گرفته و به آن گروههای دیگری اضافه می‌كنند و به بررسی ویژگی‌های آن می‌پردازند. این تركیبات با روشهای متفاوت و با توجه به گروه جدیدی كه در برابر آنها قرار گرفته، تركیب جدیدی را بوجود می‌آورند كه زمان بسیاری برای انجام این كار لازم است. در حال حاضر برای رسیدن به نتایج مطلوب و بهینه‌سازی زمان، بحث شیمی تكاملی تجربی مطرح می‌شود كه عبارت است از توانایی كنترل مكانی شیمی بوسیله نانو عملگرها و بازوهای مكانیكی كوچك و ساختن تركیبات جدید و واكنش آنها با سرعت میلیونها عمل در ثانیه . نانوتكنولوژی از جمله اصولی می‌باشد كه درشیمی تكاملی مطرح بوده و می‌تواند موجب انجام میلیونها آزمایش همزمان در مدت كوتاهی باشد. برای توضیح بیشتر، اگر روباتی را در نظر بگیریم كه با سرعت یك متر در ثانیه حركت می‌كند، برای انتقال 10 نانومتری یك تركیب به منظور واكنش دادن با تركیب دیگر، فقط 10 نانو ثانیه در زمان نیاز دارد. پس یك واكنش شیمیایی با سرعت یك متر در ثانیه فقط 10 نانوثانیه زمان می‌برد تا انجام گیرد بنابراین هزار آزمایش مختلف در یك لحظه انجام می‌شود و بر این اساس هر یك از روباتها باید قادر باشند در یك هزارم ثانیه تركیبات جدیدی را بوجود آورند. یه طور كلی ما بدنبال فعالیتهای زیستی یا فعالیتهای كاتالیزوری می‌باشیم. ب ه منظور دستیابی به برخی ویژگی‌های نوین، ما به این تركیب جدید نیاز داریم و باید آن را از میان یك میلیون تركیب تازه بوجود آمده، گزینش كنیم. بهتر است بگوییم این كار یك واكنش كاتالیزوری است. برای انجام بهتر این واكنش توسط تركیب مورد نظر بعد از انتخاب این تركیب كه بر اساس میزان عملكرد آن انتخاب می‌شود ، اطلاعات را به نرم‌افزاری كه بازوهای مكانیكی را كنترل می‌كند، می‌دهیم. این نرم‌افزار كنترلی، كنترل هر قسمت و همچنین كنترل خود نرم‌افزار را برعهده دارد زیرا هر بخش باید سیستم‌های كنترلی‌ای داشته باشد تا جای هر قسمت را تعیین كدره و تغییرات ایجاد شده در آن را بداند. بعبارت دیگر نرم‌افزار، شرح تركیبات شیمیایی است كه ما آنها را تولید می‌كنیم و چون نرم‌افزار روبات را كنترل می‌كند با تغییر آن ، تركیبات تولیدی را تغییر می‌دهیم و واضح است كه این عمل مزیت فراوانی در برابر مدلسازی مولكولی دارد زیرا مراحل زیادی را مختصر می‌نماید. بنابراین نظریه شیمی تكاملی از یك نرم‌افزار بسیار قوی برای تغذیه سیستمها و شكل دادن چگونگی تكمیل تركبیات شیمی جدید استفاده می‌كند و در آن نیازی به مدلسازی مولكولی نیست. این نظریه در حال حاضر بصورت مقدماتی مورد بررسی است كه ویژگی آن ، توسعه تركیبات با پارامترهای مورد نظر است. Nano Technology Magazine نانوتكنولوژی محاسباتی الف- الكترونیك و كامپیوتر هر 18 ماه یك بار یا چیزی در این حدود ، اندازه سیمها و ترانزیستورها نصف می‌شود. د رحالی كه سرعت چیپها دو برابر میشود. سیمها در حال حاضر ضخامتی در حدود كسری از میكرون دارند. با توجه به اینكه پیچیدگیهای مدارات مجتمع هنگامی افزایش می یابد كه بخواهیم به وسیله فشرده و كوچك كردن اندازه‌ها قدرت و سرعت را حفظ نماییم، انتظار می‌رود در سال 2002 به ابعاد بسیار كوچك ( nm 50) نیازمند باشیم. تا چه زمانی می‌شود اندازه اجزا را نصف كرد و انتظار داشت كه درست عمل كنند؟ بزودی سیمها آنقدر نازك شدره و تا حدی به هم محكم پیچیده می‌شوند كه اثر مكانیك كوانتومی در مورد آنها ظاهر خواهد شد ( این اتفاق( tunneling) تونل زدن نامیده می‌شود). به این معنی كه الكترونها به سمت دیواره‌های عایقی تونل می‌زنند كه بسیار نازك‌تر از آن هستند كه به الكترون ها اجازه انتشار بدهند. اگر كسی یك chip با سیمهای بسیار نازك و عایق‌های خیلی باریك بسازد، الكتورنها به طور یكجا شروع به تونل زدن یا اتصال كوتاه می‌كنند و دستگاه را به صورت كاملاً غیرقابل استفاده‌ای در می‌آورند. بزودی طراحان چیپها مجبور می‌شوند كه مسیر خود را به سمت مفهوم ماشین حساب مكانیكی قدیمی تعویض كنند. ادامه خواندن مقاله در مورد نانوتكنولوژي چيست

نوشته مقاله در مورد نانوتكنولوژي چيست اولین بار در دانلود رایگان پدیدار شد.