نانو تكنولوژی از دیدگاه جامعه شناختی


امروزه واژه نانوتكنولوژی برای توضیح جامع تمامی فعالیت های انجام شده در سطح اتمی و مولوكولی كه كاربردی در دنیای حقیقی داشته باشند به كار می رود.از آنجا كه نانوتكنولوژی همواره در حال دگرگونی زندگی بشر است و نانوتكنولوژی جایی است كه تكنولوژی امروز ما به آن سمت حركت می كند بنابراین علم و تكنولوژی امروز ما در مقیاس نانو در بر گیرنده تحقیق و توسعه در نوك پیكان گستره وسیعی از رشته ها است.اصطلاح نانوتكنولوژی در هر جایی كه دانشمندان تكنولوژیست ما با عناصر سازنده مواد اتمها و مولوكولها سر و كله می زنند به كار می رود. در واقع علوم و تكنولوژی در مقیاس نانو مرزهای شیمی ،علم، مواد پزشكی و سخت افزارهای كامپیوتر تحقیقاتی كه ادامه انقلاب تكنولوژی را ممكن می سازد در نوردیده است.

نانوتكنولوژی پهنه ای از علم است كه در آن ابعاد و تلرانس هایی با دقت یك دهم تا صد نانومتر نقش حیاتی ایفا می كند.در واقع این تعریف از Albert Franks تمامی زمینه های نانو را در بر می گیرد.

با پیشرفت تكنولوژی های در مقیاس نانو توسعه تولید مولوكولی امكان پذیر می شود.

نانوتكنولوژیی كه به مراتب قدرتمندتر و نظام مندتر است و در آن ماشینهایی در مقیاس نانو برای تولید محصولاتی در مقیاس بزرگ با دقت اتمی و هزینه پایین به كار می روند.

مكان مهندسی در مقیاس مولكولی برای اولین بار توسط ریچارد فاینمن (R.Feynnman)، برنده جایزه نوبل فیزیك، مطرح شد. فین من طی یك سخنرانی در انستیتو تكنولوژی كالیفرنیا در سال 1959 اشاره كرد كه اصول و مبانی فیزیك امكان ساخت اتم به اتم چیز ها را رد نمی كند. وی اظهار داشت كه می توان با استفاده از ماشین های كوچك ماشین هایی به مراتب كوچك تر ساخت و سپس این كاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد. همین عبارت های افسانه وار فاینمن من راهگشای یكی از جذاب ترین زمینه های نانو تكنولوژی یعنی ساخت روبوت هایی در مقیاس نانو شد. در واقع تصور در اختیار داشتن لشكری از نانوماشین هایی در ابعاد میكروب كه هر كدام تحت فرمان یك پردازنده مركزی هستند ، هر دانشمندی را به وجد می آورد. در رویای دانشمندانی مثل جی استورس هال (J.Storrs Hall) و اریك دركسلر (E.Drexler) این روبوت ها یا ماشین های مونتاژكن كوچك تحت فرمان پردازنده مركزی به هر شكل دلخواهی درمی آیند. شاید در آینده ای نه چندان دور بتوانید به كمك اجرای برنامه ای در كامپیوتر، تختخوابتان را تبدیل به اتومبیل كنید و با آن به محل كارتان بروید.

ماجرای پیدایش دو عبارت (( رو- پایین )) ((زیر- بالا)) در تعریف نانوتكنولوژی به جدال بزرگ اسمالی- دركسلر برای تصاحب مقام پدر خواندگی این دنیا اسرارآمیز بر می گردد. عبارت اول بیانگر برداشت جدیدتری از نانوتكنولوژی است كه به سركردگی ریچارد اسمالی برنده جایزه نوبل شیمی سال 1996 به خاطر كشف ساختار جدیدی از كربن موسوم به باك میسترفولون-c60 در مخالفت با نانوتكنولوژی دركسلری رواج یافت .اما عبارت(( زیر بالا)) بر گرفته افكار رادیكال كیم اریك دركسلر نخستین پروفسور نانوتكنولوژی از دانشگاه MIT و بنیان گذار واژه نانوتكنولوژی در تبیین مفهوم تولید مولوكولی است .در میانه دهه 80دركسلر با تكیه بر نبوق خارق العاده و الهام از مقاله تاریخیrichard Feynman ((ان پایین ها یك عالمه جاهست ))، مفاهیم نوینی را از كنترل و تولید مواد در سطوح اتمی و مولكول ارائه كرد. سخنان دركسلر در ابتدا به قدری حیرت آور و پیچیده به نظر می رسید كه بیشتر دانشمندان و كارشناسان را تنها به تحسین واداشت. اما در اواخر دهه 90 و در اوایل هزاره سوم دو جریان متفاوت متشكل از صاحبان صنایع و عده ای از دانشمندان به سركردگی ریچارد اسمالی نانوتكنولوژی دركسلری را اساسا وهم و خیال ناممكن می دانست با استفاده از ضعف دركسلر در جلب افكار عمومی و روابط نه چندان مناسب وی با مجامع سیاسی تلاش كردند پرچم نانوتكنولوژی را از چنگ دركسلر در آورد.سرانجام این جریان نو در سال 2003 به كمك حمایتهای سیاسی و به راه انداختن جنجال ژورنالیستی سناریوی توده لزج خاكستری دركسلر را از میدان به در كنند.

به عنوان یكی از ویژگی های نانوتكنولوژی می توان گفت كه این مفهوم در بردارنده زمینه تحقیق و توسعه ای كاملا چند رشته ای است.در واقع تحقیقات در مقیاس نانو به بهره گیری همزمان از دانش ابزارها و تكنیكها و نیز اطلاعات درباره فیزیك واكنشهای مولوكولی و اتمی تبدیل شده است.امروزه دانشمندان علم مواد مهندسان مكانیك و الكترونیك و محققان علوم پزشكی به دنبال تشكیل تیمهای تحقیقاتی متشكل از زیست شناسان فیزیكدانان و شیمیدانان هستند.

چیزی حدود سی سال پیش كمپانی فاكس قرن بیستم مشتاقان سینما را به سفری خارق العاده برد.در این گشت و گذار سینمایی سیاستمداری به نام ریكوئل ولش بر اثر لخته شدن خون در آستانه مرگ قرار گرفت تا اینكه دانشمندان از طریق تكنولوژی های معجزه آسایی كشتی فلزی ده متری را تا اندازه سرسوزنی كوچك كرد.با شروع حركت این كشتی در جریان خون بدن ولش تماشاچیان با نفسهایی به شماره افتاده و چهره هایی لرزان گلوبول های شفیدی را مشاهده كردند كه به بزرگی غولهای عظیم الجثه در ماجراهای گالیور بودند.خدمه این كشتی پس از به پایان رساندن ماموریتشان به اندازه واقعی باز گشتند.در واقع اولین گام در راستای رویاهای بشر برای كوچك كردن پزشكی تا ابعاد میكروسكوپی بود.امروزه ما در سینما از داستانهای به مراتب مهیجتری لذت می بریم.داستان بچه هایی كه به اندازه مورچه در می آیند و ماشین های میكروسكوپی كه برای آلوده كردن جهان فرستاده شده اند.

این تكنولوژی جدید توانایی آن را دارد كه تاثیری اساسی بر كشورهای صنعتی در دهه های آینده بگذارد . در اینجا به برخی از نمونه های عملی در زمینه نانوتكنولوژی كه بر اساس تحقیقات و مشاهدات بخش خصوصی به دست آمده است ، اشاره می شود .

انتظار می رود كه مقیاس نانومتر به یك مقیاس با كارایی بالا و ویژگیهای منحصربفرد ، طوری ساخته خواهند شد كه روش شیمی سنتی پاسخگوی این امر نمی تواند باشد .

نانوتكنولوژی می تواند باعث گسترش فروش سالانه 300 میلیارد دلار برای صنعت نیمه هادیها و 900 میلیون دلار برای مدارهای مجتمع ، طی 10 تا 15 سال آینده شود .

نانوتكنولوژی ، مراقبتهای بهداشتی ، طول عمر ، كیفیت و تواناییهای جسمی بشر را افزایش خواهد داد .

تقریبا نیمی از محصولات دارویی در 10 تا 15 سال آینده متكی به نانوتكنولوژی خواهد بود كه این امر ، خود 180 میلیارد دلار نقدینگی را به گردش درخواهد آورد .

كاتالیستهای نانوساختاری در صنایع پتروشیمی دارای كاربردهای فراوانی هستند كه پیش بینی شده است این دانش ، سالانه 100 میلیارد دلار را طی 10 تا 15 سال آینده تحت تاثیر قرار دهد .

نانوتكنولوژی موجب توسعه محصولات كشاورزی برای یك جمعیت عظیم خواهد شد و راههای اقتصادی تری را برای تصویه و نمك زدایی آب و بهینه سازی راههای استفاده از منابع انرژیهای تجدید پذیر همچون انرژی خورشیدی ارائه نماید . بطور مثال استفاده از یك نوع انباره جریان گذرا با الكترودهای نانولوله كربنی كه اخیرا آزمایش گردید ، نشان داد كه این روش 10 بار كمتر از روش اسمز معكوس ، آب دریا را نمك زدایی می كند .

انتظار می رود كه نانوتكنولوژی نیاز بشر را به مواد كمیاب كمتر كرده و با كاستن آلاینده ها ، محیط زیستی سالمتر را فراهم كند . برای مثال مطالعات نشان می دهد در طی 10 تا 15 سال آینده ، روشنایی حاصل از پیشرفت نانوتكنولوژی ،مصرف جهانی انرژی را تا 10 درصد كاهش داده ، باعث صرفه جویی سالانه 100 میلیارد دلار و همچنین كاهش آلودگی هوا به میزان 200 میلیون تن كربن شود.

در چند سال گذشته بازارچند میلیارد دلاری برپایه نانوتكنولوژی كسترش یافته اند . برای مثال در ایالات متحده ، IBM برای هد دیسكهای سخت ، یك سری حسگرهای مغناطیسی را ابداع كرده است .

Eastern Kodak و 3M تكنولوژی ساخت فیلمهای نازك نانو ساختاری را به وجود آورده اند . شركت Mobil كاتالیستهای نانو ساختاری را برای دستگاههای شیمیایی تولید كرده است و شركت Merck ، داروهای نانوذره ای را عرضه كرده است . تویوتا در ژاپن مواد پلیمری تقویت شده نانوذره ای را برای خودروها و Samsung Electronics در كره ، در حال كار بر روی سطح صفحات نمایش توسط نانولوله های كربنی هستند . بشر درست در ابتدای مسیر قرار دارد و فقط چندین محصول تجاری از نانوساختارهای یك بعدی بهره می گیرند ( نانو ذرات ، نانو لوله ها ، نانو لایه و سوپر لاستیكها ) . نظزیات جدید و روشهای مقرون به صرفه تولید نانوساختارهای دو و سه بعدی از موضوعات مورد بررسی آینده می باشند.

نانو تكنولوژی یا كاربرد فناوری در مقیاس یك میلیونیم متر، جهان حیرت انگیزی را پیش روی دانشمندان قرار داده است كه در تاریخ بشریت نظیری برای آن نمی توان یافت. پیشرفتهای پرشتابی كه در این عرصه بوقوع می پیوندد، پیام مهمی را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستیابی به توانایی های بی بدیلی برای تغییر محیط پیرامون خویش قرار گرفته است و جهان و جامعه ای كه در آینده ای نه چندان دور به مدد این فناوری جدید پدیدار خواهد شد، تفاوت هایی بنیادین با جهان مالوف آدمی در گذشته خواهد داشت.

نانو تكنولوژی نظیر هر فناوری دیگری چونان یك تیغ دولبه است كه می توان از آن در مسیر خیر و صلاح و یا نابودی و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره گیری از این فناوری شناخت دقیق تر خصوصیات آن و آشنایی با قابلیت های بالقوه ای است كه در خود جای داده است. در خصوص نانو تكنولوژی یك نكته را می توان به روشنی و بدون ابهام مورد تاكید قرار داد: این فناوری جدید هنوز، حتی برای متخصصان، شناخته شده نیست و همین امر هاله ابهامی را كه آن را در برگرفته ضخیمتر می كند و راه را برای گمانزنی های متنوع هموار می سازد.

كسانی بر این باورند كه این فناوری نظیر هیولایی فرانكشتین در داستان مری شلی و یا همانند جعبه پاندورا در اسطوره های یونان باستان، مرگ و نابودی برای ابنای بشر درپی دارد. در مقابل گروهی نیز معتقدند كه به مدد توانایی های حاصل از این فناوری می توان عالم را گلستان كرد.

در حال حاضر 450 شركت تحقیقاتی- تجاری در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمریكا و ژاپن با بودجه ای كه در مجموع به 4 میلیارد دلار بالغ می شود سرگرم انجام تحقیقات در عرصه نانو تكنولوژی هستند. در این قلمرو اتمها و ذرات رفتاری غیرمتعارف از خود به نمایش می گذارند و از آنجا كه كل طبیعت از همین ذرات تشكیل شده، شناخت نحوه عمل آنها، به یك معنا شناخت بهتر نحوه شكل گیری عالم است. به این ترتیب دانشمندانی كه در این قلمرو به كاوش مشغولند، به یك اعتبار با ذهن و ضمیر خالق هستی و نقشه شگفت انگیز او در خلقت عالم آشنایی پیدا می كنند، اما از آنجا كه دانایی توانایی به همراه می آورد، شناسایی رازهای هستی می تواند توان فوق العاده ای را در اختیار كاشفان این رازها قرار دهد. تحقیق در قلمرو نانو تكنولوژی از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستین نتایج چشمگیر از رهگذر این تحقیقات عاید گردید.

از جمله آنكه یك گروه از محققان شركت آی بی ام موفق شدند35 اتم گزنون را بر روی یك صفحه از جنس نیكل جای دهند و با كمك این تك اتمها نامی را بر روی صفحه نیكلی درج كنند. محققان دیگر به بررسی درباره ساختارهای ریز موجود در طبیعت نظیر تار عنكبوت ها و رشته های ابریشم پرداختند تا بتوانند موادی نازك تر و مقاوم تر تولید كنند. در این میان ساخت یك نوع مولكول جدید كربن موسوم به باكمینسترفولرین یا كربن- 60 راه را برای پژوهشهای بعدی هموارتر كرد. محققان با كمك این مولكول كه خواص حیرت انگیز آن هنوز در درست بررسی است، لوله های موئینه ای در مقیاس نانو ساخته اند كه می تواند برای ایجاد ساختارهای مختلف در تراز یك میلیونیم متر مورد استفاده قرار گیرد. بررسی هایی كه در ابعاد نانو بر روی مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازه ای را آشكار كرده است. به عنوان مثال ذرات سیلیكن در این ابعاد از خود نور ساطع می كنند و لایه های فولاد در این مقیاس از استحكام بیشتری در قیاس با صفحات بزرگتر این فلز برخوردارند.

برخی شركتها از هم اكنون بهره برداری از برخی یافته های نانوتكنولوژی را آغاز كرده اند. به عنوان نمونه شركت آرایشی اورال از مواد نانو در محصولات آرایشی خود استفاده می كند تا بر میزان تاثیر آنها بیفزاید. ساخت دیودهای نوری با استفاده از مواد نانو موجب می شود تا 80درصد در هزینه برق صرفه جویی شود. توپهای تنیسی كه با كربن 60 ساخته شده و روانه بازار گردیده سبكتر و مستحكمتر از توپهای عادی است. شركتهای دیگر با استفاده از مواد نانو پارچه هایی تولید كرده اند كه با یك بار تكاندن آنها می توان حالت اتوی اولیه را به آنها بازگرداند و همه چین و چروكهایشان را زایل كرد. با همین یك بار تكان همه گردوخاكی كه به این پارچه ها جذب شده اند نیز پاك می شوند. نوارهای زخم بندی هوشمندی با این مواد درست شده كه به محض مشاهده نخستین علائم عفونت در مقیاس مولكولی، پزشكان را مطلع می سازند.

از همین نوع مواد همچنین لیوانهایی تولید شده كه قابلیت خود- تمیزكردن دارند. لنزها و عدسیهای عینك ساخته شده از جنس مواد نانو ضد خش هستند و یك گروه از محققان تا آنجا پیش رفته اند كه درصددند با مواد نانو پوششهای مناسبی تولید كنند كه سلولهای حاوی ویروسهای خطرناك نظیر ویروس ایدز را در خود می پوشاند و مانع خروج آنها می شود. مهمترین نكته درباره موقعیت كنونی فناوری نانو آن است كه اكنون دانشمندان این توانایی را پیدا كرده اند كه در تراز تك اتمها به بهره گیری از آنها بپردازند و این توانایی بالقوه می تواند زمینه ساز بسیاری از تحولات بعدی شود. یك گروه از برجسته ترین محققان در حوزه نانوتكنولوژی بر این اعتقادند كه می توان بدون آسیب رساندن به سلولهای حیاتی، در درون آنها به كاوش و تحقیق پرداخت. شیوه های كنونی برای بررسی سلولها بسیار خام و ابتدایی است و دانشمندان برای شناخت آنچه كه در درون سلول اتفاق می افتد ناگزیرند سلولها را از هم بشكافند و در این حال بسیاری از اطلاعات مهم مربوط به سیالهای درون سلول یا ارگانلهای موجود در آن از بین می رود.

یك گروه از محققان كه در گروهی موسوم به اتحاد سیستمهای زیستی گرد آمده اند، سرگرم تكمیل ابزارهای ظریفی هستند كه هدف آن بررسی اوضاع و احوال درون سلول در زمان واقعی و بدون آسیب رساندن به اجزای درونی سلول یا مداخله در فعالیت بخشهای داخلی آن است. ابزاری كه این گروه مشغول ساخت آن هستند ردیف هایی از لوله ها یا سیمهای بسیار ظریفند كه قادرند وظایف مختلفی را به انجام برسانند از جمله آنكه هزاران پروتئینی را كه به وسیله سلولها ترشح می شود شناسایی كند. گروههای دیگر از محققان نیز به نوبه خود سرگرم تولید دستگاهها و ابزارهای دیگر برای انجام مقاصد علمی دیگر هستند.

به عنوان نمونه یك گروه از محققان سرگرم تكمیل فیبرهای نوری در ابعاد نانو هستند كه قادر خواهند بود مولكولهای مورد نظر را شناسایی كنند. گروهی نیز دستگاهی را دردست ساخت دارند كه با استفاده از ذرات طلا می تواند پروتئین های معینی را فعال سازد یا از كار بیندازد. به اعتقاد پژوهشگران برای آنكه بتوان از سلولها در حین فعالیت واقعی آنها اطلاعات مناسب به دست آورد، باید شیوه تنظیم آزمایشها را مورد تجدیدنظر اساسی قرار داد. سلولها در فعالیت طبیعی خود امور مختلفی را به انجام می رسانند: از جمله انتقال اطلاعات و علائم و داده ها میان خود، ردوبدل كردن مواد غذایی و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حیاتی. یك گروه از روش تازه ای موسوم به الگوی انتقال ابر - شبكه استفاده كرده اند كه ساخت نیمه هادیهای نانومتری به قطر تنها 8 نانومتر را امكان پذیر می سازد. هریك از این لوله های بسیار ریز بالقوه می توانند یك پادتن خاص یا یك اولیگو نوكلئو اسید و یا یك بخش كوچك از رشته دی ان ای بر روی خود جای دهند.

با كمك هر تراشه می توان 1000 آزمایش متفاوت بر روی یك سلول انجام داد. برای دستیابی به موفقیت كامل باید بر برخی از محدودیتها غلبه شود، ازجمله آنكه درحال حاضر برای بررسی سلولها باید آنها را در درون مایعی قرار داد كه مصنوعاً محیط زیست طبیعی سلولها را بازسازی می كند، اما یون موجود در این مایع می تواند سنجنده های موئینه را از كار بیندازد. برای رفع مشكل، محققان سلولها را درون مایعی جای می دهند كه چگالی یون آن كمتر است. گروههای دیگری از محققان نیز در تلاشند تا ابزارهای مناسب در مقیاس نانو برای بررسی جهان سلولها ابداع كنند. یكی از این ابزارها چنانكه اشاره شد یك فیبر نوری است كه ضخامت نوك آن 40 نانومتر است و بر روی نوك نوعی پادتن جا داده شده كه قادر است خود را به مولكول مورد نظر در درون سلول متصل سازد. این فیبر نوری با استفاده از فیبرهای معمولی و تراش آنها ساخته شده و بر روی فیبر پوششی از نقره اندود شده تا از فرار نور جلوگیری به عمل آورد. نحوه عمل این فیبر نوری درخور توجه است.

از آنجاكه قطر نوك این فیبر نوری، از طول موج نوری كه برای روشن كردن سلول مورد استفاده قرار می گیرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهای نور نمی توانند خود را تا انتهای فیبر برسانند، درعوض در نزدیكی نوك فیبر مجتمع می شوند و یك میدان نوری بوجود می آورند كه تنها می تواند مولكولهایی را كه در تماس با نوك فیبر قرار می گیرند تحریك كند. به نوك این فیبر نوری یك پادتن متصل است و محققان به این پادتن یك مولكول فلورسان می چسبانند و آنگاه نوك فیبر را به درون یك سلول فرو می كنند. در درون سلول، نمونه مشابه مولكول فلورسان نوك فیبر، این مولكول را كنار می زند و خود جای آن را می گرد. به این ترتیب نوری كه از مولكول فلورسان ساطع می شد از بین می رود و فضای درون سلول تنها با نوری كه به وسیله میدان موجود در فیبر نوری بوجود می آید روشن می شود و درنتیجه محققان قادر می شوند یك تك مولكول را در درون سلول مشاهده كنند.

مزیت بزرگ این روش در آن است كه باعث مرگ سلول نمی شود و به دانشمندان اجازه می دهد درون سلول را در هنگام فعالیت آن مشاهده كنند. نانو تكنولوژی همچنین به محققان امكان می دهد كه بتوانند رویدادهای بسیار نادر یا مولكولهای با چگالی بسیار كم را مشاهده كنند. به عنوان مثال بلورهای مینیاتوری نیمه هادیهای فلزی در یك فركانس خاص از خود نور ساطع می كنند و از این نور می توان برای مشخص كردن مجموعه ای از مولكولهای زیستی و الصاق برچسب برای شناسایی آنها استفاده كرد. به نوشته هفته نامه علمی نیچر چاپ انگلستان یك گروه از محققان دانشگاه میشیگان نیز توانسته اند سنجنده خاصی را تكمیل كنند كه قادر است حركت اتمهای روی را در درون سلولها دنبال كند و به دانشمندان در تشخیص نقایص زیست عصبی مدد رساند.

از ابزارهای در مقیاس نانو همچنین می توان برای عرضه مؤثرتر داروها در نقاط موردنظر استفاده به عمل آورد. در آزمایشی كه بتازگی به انجام رسیده نشان داده شده است كه حمله به سلولهای سرطانی با استفاده از ذرات نانو 100برابر بازده عمل را افزایش می دهد. محققان امیدوارند در آینده ای نه چندان دور با استفاده از نانو تكنولوژی موفق شوند امور داخلی هر سلول را تحت كنترل خود درآورند. هم اكنون گامهای بلندی در این زمینه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان می توانند فعالیت پروتئینها و مولكول دی ان ای را در درون سلول كنترل كنند. به این ترتیب نانو تكنولوژی به محققان امكان می دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها یعنی اصلی ترین بخش سازنده بدن جانداران به بهترین وجه كامل سازند.

در پایان می توان گفت مفهوم جدید نانوتكنولوژی آنقدر گسترده و ناشناخته است كه ممكن است روی علم و تكنولوژی در مسیرهای غیرقابل پیش بینی تأثیر بگذارد.

نوشته شده در تاریخ دوشنبه 16 آبان 1390    | توسط: سیدمحمدامین شاهمرادی    |    | نظرات()