بیل‌ گیتس‌ و وعده‌ نواوری‌ های‌ گوناگون‌(چهارشنبه 85 دی 20 ساعت 2:1 عصر )

نانو و کشاورزی(یکشنبه 85 دی 17 ساعت 9:11 عصر )

نانو فناوری نیاز حال و آینده

مقوله نانوفناوری علیرغم نوپا بودن آن توجه بسیاری از پزوهشگران ، برنامه ریزان و حتی سیاست گزاران کشورهای پیشرفته و در حال توسعه را بخود جلب کرده است. تاسیس مراکز متعدد پژوهشی ، اقبال انبوه و فزاینده پژوهشگران به این عرصه و تخصیص اعتبارات قابل توجه همگی موید این مدعاست. رقابتی که امروزه کشورهای گوناگون جهت دستیابی به این دانش نو و پویا و ارتقاء به سکوی "هدایت و پیشروی" در این عرصه دارند تا بدان حد فشرده است که بالاترین مقامات این کشورها نیز حساسیت موضوع را از نظر دور نمی­دارند. تخصیص بودجه یک میلیارد دلاری رئیس جمهور آمریکا به موسسه ملی نانوفناوری آن کشور برای سال 2005 میلادی تنها نمونه ای از این توجه ویژه دولتمردان است. این بودجه دوبرابر مبلغی است که در سال اول تاسیس این مرکز یعنی 2001 به آن اختصاص یافته است.

نانوفناوری چیست ؟

گرچه تعریفهای گوناگونی برای این واژه ارایه شده است لیکن وجوه اشتراک تمامی آنها را می­توان بصورت زیر خلاصه کرد :

" نانو فناوری در بر گیرنده پژوهش ها و فناوری هایی است که در گروه 100-1 نانو متر یعنی مقیاس اتمی ، مولکولی و ابر مولکولی انجام می­شود. این فعالیتها مشتمل بر شناسایی و کشف خواص بدیع و انحصاری این مواد بدلیل ابعاد کوچک آنها و نیز ساخت ابزارو دستگاههایی است که قابل بکارگیری در این محدوده باشند. بنابراین دستکاری هوشمندانه و کنترل هدفمند مواد در مقیاس اتمی هدف عمده نانوفناوری تلقی می­شود. "

اهمیت ویژه نانو فناوری بدلیل نقش آفرینی و اثر گذاری گسترده آن در پهنه وسیعی از زندگی بشر است که شامل پزشکی ، داروسازی ، محیط زیست ، کشاورزی ، صنعت ، حمل و نقل ، علوم فضایی و بسیاری زمینه های دیگر می­شود.

برای آنکه کاربردهای متعدد و گسترده نانوفناوری آشکارتر شود به ذکر چند نمونه می­پردازیم :

*       ابعاد DNA  که عامل بروز صفات ژنتیکی موجودات زنده است در حدود 2.5 نانو متر است حال آنکه ابعاد گلوبولهای قرمز خون حدود 2.5 میکرومتر( 1000 برابر بزرگتر ) است. بنابراین بکمک نانوفناوری می­توان روشهای سنتی انتقال دارو به بدن  (drug delivery) و مداوا را از مقیاس متعارف میکرومتری به رده نانومتری ارتقاء داد و از این رهگذر به دست آوردهای ژنتیکی گسترده ای دست یافت. تخصیص اعتباری در حدود 150 میلیون دلار جهت درمان سرطان با بکارگیری فناوری نانو در موسسه ملی سرطان آمریکا تنها نمونه ای از این توانمندی است.

*       خواص میکرو الکترونیک سیلیکون طی 30 سال گذشته نقش محوری را در افزایش حافظه و سرعت کامپیوترها بر عهده داشته اند ، لیکن با پیدایش نانوفناوری و استفاده از تک مولکول بعنوان قطعات الکترونیکی جدید بنظر می­رسد دوران افول این شاخه پر اهمیت علمی فرا رسیده باشد. ساخت اولین نمونه های " الکترونیک مولکولی " در دانشگاه نورث وسترن آمریکا نوید دستیابی به قطعاتی با ابعاد ده هزار مرتبه کوچکتر از اندازه های متعارف در میکرو الکترونیک را می­دهد.

*       گروهی از محققین اخیرا توانسته اند با افزودن لوله های نانوکربنی به پلیمرهای تجاری موجود از شکل گیری الیاف بی نظم جلوگیری کرده ولذا ضایعات این محصولات را بشدت کاهش دهند.

 اینها تنها نمونه های اندکی از هزاران کاربرد گوناگون و فزاینده نانوفناوری است. نکته مهم دیگری که لازم است مورد عنایت برنامه ریزان نظام جمهوری اسلامی قرار گیرد نوپا بودن این شاخه علمی و در نتیجه امکان رقابت با دیگر کشورها در این عرصه مهم علمی است. از آنجا که فعالیتهای علمی در زمینه نانوفناوری حتی در کشورهای پیشرفته نیز تنها در سالهای اخیر آغاز شده است لذا آنها نیز از دانش انباشته فراوانی برخوردار نیستند و بهمین دلیل تدوین یک برنامه جامع ، سریع و همه جانبه با تخصیص اعتبارات مناسب می­تواند حتی امکان " هدایتگری و نقش آفرینی " نیز در این عرصه را بما بدهد.

استان اصفهان بدلیل برخورداری از انبوه نیروهای متخصص و کارآمد بهمراه صنایع عظیم و پیشرفته موجود در آن قطعا می­تواند در عرصه نانو فناوری نیز در سطح ملی و حتی در بین کشورهای منطقه پیشتاز باشد. پروژه های متعددی که هم اکنون در دانشگاه صننعتی اصفهان در زمینه نانوفناوری بصورت تجربی ، نظری و بویژه محاسباتی در حال اجراست و پایان نامه های متعدد دانشجویان تحصیلات تکمیلی همگی گواه آن است که این دانشگاه از هم اکنون در حال ایفای رسالت خود در این عرصه بعنوان یک قطب علمی است. بدیهی است که تدوین یک برنامه جامع و هدفمند در سطح استان و تخصیص اعتبارات ممکن موجب خواهد شد تا فعالیتهای جاری از شتاب و انسجام بیشتری برخوردار گردد و مشعل داری شایسته اصفهان در این عرصه علمی نیز بیش از پیش تثبیت گردد.

با توجه به توانمندیهای بالفعل موجود در دانشگاه صنعتی اصفهان قطب علمی نانوفناوری می­تواند در زمینه های زیر فعالیت نماید :

 نانوفناوری محاسباتی

گسترش چشمگیر توانمندیهای رایانه ای در سالهای اخیر باعث شده است که روشهای محاسباتی در سطح گسترده ای برای پژوهشهای نانوفناوری بکار گرفته شوند. سرعت و حافظه بالای کامپیوترهای موجود در مقایسه با ده سال گذشته و نیز امکان بکارگیری همزمان انبوهی از رایانه ها در شبکه های موازی پژوهشگران این حوزه را قادر ساخته است که خواص میکروسکوپیک انواع مواد را در مقیاس نانومتری با روشهای کلاسیکی و حتی کوانتومی بررسی نمایند.

گروه نانو فناوری محاسباتی ( ماده چگال محاسباتی ) موجود در دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی اصفهان توانسته است در چند سال گذشته از جایگاه ویژه ای در سطح ملی و حتی منطقه ای برخوردار گردد. این گروه از سال 1382 بعنوان تنها شعبه وابسته به مرکز بین المللی فیزیک نظری عبدالسلام (ICTP) در بین کشورهای همجوار پذیرفته شده است و بهمین جهت هر سال میزبان پژوهشگرانی از کشورهای منطقه نظیر الجزایر ، ازبکستان ، پاکستان ، لبنان و روسیه می­باشد که هر یک از ایشان برای مدت 3-2 ماه به انجام پژوهشهای مشترک در این دانشکده می­پردازند. این گروه در طی پنج سال گذشته دو کارگاه بین المللی و چند کارگاه و کنفرانس داخلی در زمینه نانوفناوری محاسباتی برگزار کرده است. فارغ التحصیل نمودن چند دانشجوی مقطع دکتری و کارشناسی ارشد در پنج سال گذشته و نیز چاپ چندین مقاله در مجلات معتبر بین المللی از دیگر دستاوردهای این گروه است

 نانو تکنولوژی وبیو تکنولوژی

در ارتباط با نانو تکنولوژی می‌توان از موضوعات مرتبط با کشاورزی و صنایع غذایی ایده‌های بسیار خوب گرفت و ضرورت دارد دستاوردهای نانوتکنولوژی همراه با بیو تکنولوژی در امور مختلف کشاورزی به کار گرفته شود. برای ارایه این دو مطلب به نکاتی اشاره می‌شود.

1-5-1- مثال برای ایده‌های بسیار با ارزش از موضوعات مرتبط با کشاورزی

الف) برگ، یک کارخانه کوچک ولی بسیار پیچیده تولید مواد غذایی برای موجودات زنده، تولید اکسیژن برای تنفس موجودات زنده و منشاء جذب انرژی خورشید و ذخیره بصورت انرژی شیمیایی است. تقریبا همه انرژیهای ذخیره شده مورد استفاده در روی زمین از همین کارخانه کوچک منشاء می‌گیرد. مهمتر آنکه ورودی این کارخانه آب، گاز دی‌اکسید کربن و انرژی خورشید است و خروجی آن گلوکز است که می‌تواند به ترکیبات دیگر تبدیل شود. ضمنا این کارخانه به جای اینکه محیط را آلوده کند آلودگی محیط را کم کرده و اکسیژن تولید می‌کند که مایه حیات است و بر زیباییهای طبیعت اثر بسیار چشمگیر دارد. درصورتیکه به دقت توجه کنیم نکات تکنولوژیکی بسیار زیادی در این کارخانه نهفته است که از هر کدام از آنها باید ایده گرفت. باید کشف کرد و استفاده کرد.

ب) جذب ریشه انتخابی است (در برخی از موارد) آیا می‌شود از این فناوری در فیلتراسیون استفاده کرد؟

ج) DNA ملکولی است که از یک کامپیوتر بیشتر اطلاعات در خود ذخیره می‌کند و با یک مکانیزم ساده ملکول مثل خود را می‌سازد. برای انتقال به گیاه جدید، چگونگی ذخیره اطلاعات، چگونگی انتقال اطلاعات از نکات قابل توجه است. چگونه یک سلول تمام اطلاعات ریشه، ساقه، برگ، رنگ، گل و میوه و هماهنگی با طبیعت و ریزه‌کاریهای تولید مواد در گل و میوه و هزاران اطلاعات دیگر را ذخیره می‌کند و عینا منتقل می‌کند و در موارد لازم ترکیب کرده و خصوصیات جدید را بوجود می‌آورد. این نکات مهمی است. این ایده‌ها که میلیاردها از آن در حشرات ناچیز و موجودات مختلف وجود دارد را باید کشف کرد و استفاده نمود.

1-5-2- مثالهایی برای استفاده از نانو تکنولوژی در امور مختلف مرتبط با کشاورزی

الف) یکی از مشکلات بخش کشاورزی استفاده بی‌حد و حساب از ترکیبات شیمیایی برای رشد و تولید محصولات و یا کنترل آفات و بیماریها و برای نگهداری محصولات غذایی است. این ترکیبات نه تنها اثر نامطلوب بر انسان دارند که محیط زیست را نیز آلوده می‌کنند. مطمئنا می‌توان از روشهای نانو تکنولوژی استفاده کرد و نحوه اثر مواد مختلف و چگونگی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی ملکولهای موثر بر آفات و بیماریها را تعیین کرد که با مقدار بسیار کم مواد موثر بتوانیم اثر فعلی را تامین کنیم.

ب) برای برخی از ترکیبات غذایی ضرورت ایجاد پوششهای ملکولی درون بافت غذاست تا سالم باقی بماند و در موقع خود اثرگذار باشد. نوع ملکولها و چگونگی ایجاد پوشش موثر مورد دیگری است که در سطح ایجاد لایه‌های پوششی نانو مطرح است. این نوع پوششها می‌تواند برای نگهداری برخی از محصولات کشاورزی نیز کاربرد داشته باشد.

ج) تولید فیلمهای پلیمری از جنسهای پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن با نفوذپذیری خاصی برای اکسیژن و دی‌اکسید کربن به نحوی که بشود غلظت این دو گاز را در محیط بسته کنترل کرد برای بسته‌بندیهای با آتمسفر کنترل شده اهمیت دارد. چون میوه‌‌ها و سبزیها در بسته اکسیژن مصرف می‌کنند و CO₂ تولید می‌کنند و ضرورت دارد غلظت این دو گاز برای هر نوع محصول در حد مشخص باشد. فیلمهای پلیمری نانو که مقدار نفوذپذیری O₂ و CO₂ در آنها از قبل تعیین و طراحی شده باشد برای این نوع کاربرد حائز اهمیت است.

1-5-3- یکی از نکات مهم استفاده از محصولات نانو تکنولوژی، چگونگی استفاده از این محصولات و اطمینان از سلامت آنها و اثرات جانبی آنهاست. در صورتیکه اطلاع کافی از کیفیت و سلامت محصولات نانو تکنولوژی وجود نداشته باشد استفاده از آنها خطرپذیر است. لذا ضرورت دارد جامعه علمی از کم و کیف، خصوصیات تغذیه‌ای و سلامت ترکیبات تولید شده با تکنولوژی نانو آشنا باشند تا بتوانند توصیه لازم نسبت به کیفیتها، انتخابها، خریدها و... به جامعه ارایه کنند. 

 نویسنده: علیرضا جواهری