ما هي تقنية النانو
تقنية النانو تسمى تقنية الجزيئات متناهية الصغر، وهي فرع من العلوم يقوم بدراسة المادة وفق المقياس الذري والجزيئي، تخدم هذه التقنية كافة العلوم الحياتية وتساعد بابتكار تقنيات متناهية الصغر تقاس أبعادها بالنانومتر أو جزء من الألف من الميكروميتر، أعطت هذه التقنية أملًا كبيرًا لثورات علمية في المستقبل من شأنها أن تغير في تطبيقات التقنية في العديد من المجالات العلمية الفيزيائية والكيميائية والهندسية. نتعرف في مقالنا عن فوائد هذه التقنية وأهم تطبيقاتها في العلوم والصحة والعلاج.
لمحة عن تقنية النانو
هي تقنية الجزيئات المتناهية في الصغر، تقوم بدراسة التجمعات الذرية المؤلفة من عدة ذرات تتراوح بين 5 و1000 ذرة، وتتعامل هذه التقنية وتطبيقاتها مع أبعاد متناهية في الصغر تعد أقل بكثير من أبعاد الخلية، فمثلًا يقدر حجم كرية دم حمراء بما يقارب 2000 نانومتر، كما أن قطر شعرة الرأس يساوي 75000 نانومتر. تمكن دراسة هذه التقنية ومحاولة الاستفادة منها وتطويرها من تحقيق قفزات نوعية في العديد من المجالات التقانية المتعلقة بمعظم نواحي الحياة.
من هو مخترع تقنية النانو؟
يعود مصطلح تقنية النانو إلى العالم إيريك دوكسلر عام 1986، لكن فقرة هذه التقنية سبقت هذا التاريخ، حيث تحدث العالم الفيزيائي ريتشارد فيمان الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1965 عن مستويات النانو وتغير المفاهيم الفيزيائية للمادة وخصائصها عند مستويات النانو.
توالت الدراسات حول هذه التقنية من قبل العديد من العلماء حيث درس العالم الفيزيائي اهلير إمكانية الحصول على إشعاع مرئي من السيليكون الاسفنجي.
ويتفق البحثون في هذا المجال أن أول من أطلق تسمية مصطلح تقنية النانو هو البروفيسور نوريوتا نيكوشي عام 1974 في مؤتمر الجمعية اليابانية للهندسة الدقيقة.
بعد النتائج الواعدة التي حصل عليها العلماء في هذا المجال قامت بعض الدول بإطلاق مبادرات لتقديم الدعم الحكومي للباحثين في هذا المجال وكان على رأسها أمريكا واليابان.
فوائد تقنية النانو
لتقنية النانو وتطبيقاتها فوائد عديدة تشمل معظم نواحي الحياة في الصناعة الكيميائية والصحة والبيئة، ولها تطبيقات عديدة مفيدة للبشرية في الصحة والهندسة والاتصالات، وكذلك التطبيقات العسكرية، تقدم هذه التقنية حلولًا فعالة من مثال:
- تحسين طرق إنتاج الأغذية.
- تطوير أنظمة معالجة المياه.
- تحسين أساليب التصنيع.
- تعزيز أنظمة شبكات الطاقة.
- تحسين الإجراءات التشخيصية والعلاجية في الطب.
- خفض تكلفة الإنتاج لبعض الصناعات.
- بعض تطبيقات الأسلحة البيولوجية.
- تطوير نظم المراقبة والتجسس.
خواص المنتجات المصنعة بتقنية النانو
تسمى أيضًا المركبات النانوية، وهي مواد يضاف إليها جسيمات نانوية، تسبب تحسن وتغير في خصائصها الميكانيكية والكهربائية وغيرها، تتنوع المواد النانوية حسب مصدرها ونسب جزيئات النانو فيها، نذكر فيما يلي بعض خواص المواد النانوية:
النشاط الكيميائي:
تتميز المواد المصنعة بتقنية النانو بنشاط كيميائي عالي بسبب وجود أعداد كبيرة من الذرات على سطحها الخارجي، من أهم تطبيقاتها استخدامها كوقود لتحفيز إنتاج الطاقة، كما يزيد هذا النشاط من تفاعلها مع الغازات السامة مما يعطيها دوراً فعالًا في التوازن البيئي.
تغير الخواص المرئية:
تتغير ألوان المادة أو شفافيتها عند تصغيرها إلى أبعاد نانوية، مما يمكن من صناعات شاشات للحواسيب والتلفاز والجوال بدقة وتباين عاليين.
الخواص الميكانيكية:
تتغير خواص المواد عند إدخالها في صناعة النانو تكنولوجي، ومن الممكن أن تكتسب خصائص كيميائية تزيد في جودتها حيث تزيد صلابة المعادن ومقاومتها للقوى المطبقة عليها، كما تزداد قابلية بعض المواد للتشكيل وتزيد متانتها كالسيراميك.
الخواص الكهربائية والمغناطيسية:
تزيد هذه التقنية من زيادة توصيلها للكهرباء، وقوة الحقل المغناطيسي للمواد مما يخدم استخدامها في لفائف المولدات الكهربائية، ومحركات السفن والتصوير بالرنين المغناطيسي.
الخواص البيولوجية:
تزداد قدرة المواد المصنعة بتقنية النانو على اختراق الحواجز البيولوجية، والنفاذ إلى الأوعية الدموية والأعضاء المستهدفة مما يمكن من استغلالها في إيصال الأدوية للأماكن المصابة من الجسم.
ما هي أنواع تطبيقات النانو تكنولوجي؟
كما أسلفنا تغير تقنية النانو تكنولوجي من خواص ومواصفات المواد، وقد توالت الدراسات المطورة لتقنية النانو، وتم التوصل لاختراع تقنيات جديدة تابعة لهذا العلم لإنتاج المواد الأولية التي تعتمد عليها تطبيقاته المتنوعة في مجالات الحياة كافة.
تقنية النانو في الأحياء
لتقنية النانو تطبيقات مهمة في مجال علم الأحياء والبيولوجيا، كما تملك بصمة مهمة في علم الوراثة وتعديل البنى الوراثية لإنتاج أنماط جديدة أكثر فائدة.
تقنية النانو في الطب
- شكلت هذه التقنية ثورة في مجال هندسة الأنسجة مما ساهم في تطوير عمليات زراعة الأعضاء والجراحة التجميلية.
- ساعدت هذه التقنية على رفع كفاءة العقاقير الطبية، وسمحت لها الوصول إلى العضو المستهدف والاندماج مع محتوياته.
- ساهمت البلورات النانوية الدقيقة الحجم والمتمتعة بخواص بصرية مذهلة في التشخيص المبكر للسرطان بشكل أكثر فاعلية.
- تطور هذا العلم وتوصل لابتكار موصلات للأدوية السرطانية للمساعدة على إيصال الدواء لأماكن الورم الدقيقة والحساسة.
- تطوير علاجات جديدة وفعالة للعديد من الأنواع السرطانية أهمها الحبيبات الذهبية الموجهة والتي لا تؤثر على الخلايا السليمة، مما يسمح بتفادي أضرار العلاج الكيميائي والإشعاعي.
ساعد تطوير تقنية النانو على إنتاج مواد فعالة في القضاء على البكتيريا والفيروسات تشكل بديلًا للصادات الحيوية.
تقنية النانو في جسم الإنسان
لتقنية النانو تطبيقات متعددة متعلقة بالصحة العامة، ولها العديد من الاستخدامات الطبية لعلاج المشاكل الصحية والأمراض التي يتعرض لها الجسم البشري، فضلًا عن استخداماتها الوقائية.
من الممكن أن يحدث امتصاص جزئي للمواد النانوية في الأنسجة وقد يسبب ذلك تغيرات في بنيتها. وتتم الدراسات الحالية لمعرفة تأثيرات السلبية لهذه المواد على جسم الإنسان ومدى إمكانية التعامل مع أضرارها، وقدرة تدميرها أو طرحها من قبل الجسم.
كما تجري الدراسات لتحديد مخاطر المواد المصنعة بطريقة النانو والمستخدمة في الصناعات المختلفة وتحديد تأثيراتها على الصحة العامة.
تقنية النانو مستقبلًا
تعد تقنية النانو أملًا كبيرًا لمستقبل العلوم الميكانيكية والحيوية والطبية، وهي في تطور مستمر لدراسة إمكانية تطويرها بما يخدم كافة النواحي الحياتية.
من التحديات الكبيرة التي يواجهها العلماء والباحثون في هذا المجال هو تحديد المخاطر المحتملة لتقنية النانو، ودراسة الأخطار التي يمكن أن تسببها المواد المصنعة وفق هذه التقنية على الإنسان والبيئة.
في الختام نذكر أن تطبيقات تقنية النانو هي من أهم التطورات في مجال التكنولوجيا، وقد أثمرت دراستها عن آثار هامة في مختلف نواحي الحياة البشرية، ومكنت في المجال الطبي من رفع كفاءة العلاج، والمساهمة في إنقاذ حياة الفرد.
