نا نوتکنولوژى، فرصت‌ها و تهديدها

مريم مولوى

از زمانى که جان دالتون وجود اتمها را در سال۱۸۰۳ به جهانيان اثبات کرد، دانشمندان در تلاش بوده‌اند اين ذرات کوچک را تحت کنترل خود درآورند. اکنون محققان نانوتکنولوژى توانسته‌اند با در اختيار گرفتن اتمها تحولات عظيمى را رقم بزنند.
تحقيق در قلمرو نانو تکنولوژى از اواخر دهه ۱۹۵۰ آغاز شد و در دهه ۱۹۹۰ نخستين نتايج چشمگير از رهگذر اين تحقيقات بدست آمد. دانشمندان با تحقيق در مقياسى کوچک که يک ميليون بار کوچکتر از سر سوزن است می‌‌توانند خواص ماده را تغيير دهند به گونه‌اى که متفاوت با اجسام بزرگ و معمولى رفتار کند. در اين قلمرو، اتمها و ذرات رفتارى غيرمتعارف را از خود به نمايش می‌‌گذارند.
قابليتهاى اين علم فقط توانايى کوچک کردن اجسام نيست. دانشمندان با استفاده از اين مواد در تلاشند دستگاه‌‌ها و ابزارهايى بسازند که از قابليت‌‌هاى بسيار شگفت انگيز و غيرمتعارف برخوردار باشد که فهرست بىشمارى از محصولات را دربرمى‌گيرد.
متخصصان نانو می‌‌کوشند با کار بر روى چگونگى حرکت اتم‌‌ها و نوع قرار گرفتن آنها در کنار يکديگر و نيز با تغييرات خاص به ترکيبات مقاوم‌ترى از مواد دست يابند و کيفيت مواد توليدى را بهبود بخشيده و درنهايت توليد مواد مختلف را اقتصادى‌تر کنند.
طبيعت خود از ديرباز از نانوتکنولوژى بهره گرفته و در اين زمينه مهارت يافته است. بطور مثال موهاى بسيار نازک را در کف پاى مارمولک بينيد که با کمک آنها می‌‌تواند به ديوار بچسبد و حتى از يک صفحه شيشه‌اى خود را آويزان کند.
نانوتکنولوژى با الهام از طبيعت نويدبخش ابداع روشهايى در ساخت سامانه‌‌هاى کوچکتر، سبکتر، مقاومتر، کارآمدتر و ارزانتر است. پروفسور مارک ولاند رييس آزمايشگاه علوم نيوکاسل در دانشگاه کمبريج می‌‌گويد نانوتکنولوژى، خود يک فن آورى نيست ، بلکه يک فن آورى توانمندسازى است بطورى که می‌‌تواند در محصولات بسيار متنوعى نمود پيدا کند.
نانوتکنولوژى اکنون در حافظه فلاش ، تراشه رايانه ، ساخت روکش‌‌ها، انواع جديد سنجنده‌‌ها و بخصوص در حوزه پزشکى کاربرد يافته است. انتظار است نانوتکنولوژى عملکرد موادى مانند پليمرها، الکترونيک ، رنگ‌‌ها، باترى‌ها، سنجنده‌‌ها، سلولهاى سوختى، سلولهاى خورشيدى، روکش‌‌ها، رايانه‌‌ها، و سامانه‌‌هاى نمايشگر را تغيير دهد. تا پنج سال آينده ، استفاده از باترى‌‌هايى که عمر کوتاهى دارند منسوخ خواهد شد و تا ۱۰ سال آينده نحوه انجام آزمايشهاى پزشکى متحول می‌‌شود. همچنين پيش بينى شده است که پنج سال آينده دستگاه پخش موسيقى ‌اى پاد ipod با ۱۰ برابر ظرفيت کنونى جزو وسايل معمولى و عادى خواهد بود. در آينده‌اى نه چندان دور، يک ترابيت داده‌‌ها که معادل ۱۰ ساعت تصاوير ويديويى غيرفشرده با کيفيت بالا است در فضايى به اندازه يک تمبر پستى قابل ذخيره خواهد بود.
نانوتکنولوژى نقش خود را در کوچک کردن اجزا ايفا می‌‌کند که نتيجه آن افزايش کارايى يک مجموعه است.
پروفسور جان ريان رييس مرکز بيونانوتکنولوژى در دانشگاه آکسفورد می‌‌گويد اگرچه می‌‌توان با اتمها ابزارهاى نانو ساخت ، اما به خاطر پرهزينه و کند بودن فرايند ساخت ، روش مناسبى براى توليد نيست.
يکى از مهمترين چالشهاى عملى در سالهاى آينده درک اصول اساسى زيست شناسى و استفاده از آنها در ابداع انواع جديد نانوتکنولوژى خواهد بود. دانشمندان با بهره گيرى از اين دانش می‌‌توانند با استفاده از موادى که از مواد طبيعى مقاومترند، انواع جديدى از ابزارهاى نانو بسازند. مواد نانو بخاطر نحوه خاص آرايش اتمها، از خواص الکتريکى و نورى غير متعارفى برخوردارند. بطور مثال محققان پارچه‌اى ساخته‌اند که از طريق الکترونيکى تغيير رنگ می‌‌دهد يا يونيفورم ارتشى در معرض نور فرابنفش تغيير شکل پيدا می‌‌کند.
اما مهمترين پيشرفتهاى نانوتکنولوى در حوزه پزشکى بدست آمده است. نانوپزشکى امکان تشخيص زودتر و بهتر بيمارى و دارو درمانى هدفمند و دقيق تر را ميسر می‌‌سازد. امکان درمان سفارشى يعنى درمان مناسب براى هر شخص نيز با اين شيوه وجود دارد.
اميد است نانوتکنولوژى به شکل ورقه‌‌هاى انعطاف پذير حاوى الکترودهاى مينياتورى نتيجه عمل ايمپلنت‌‌هاى عصبى، حلزون گوش و شبکيه چشم را بهبود بخشد.
نانوتکنولوژى به کوچک شدن ابزارهاى تشخيص پزشکى و سنجنده‌‌ها خواهد انجاميد و با اين کار هزينه تهيه کيت‌‌هاى تشخيص بيمارى در کشورهاى در حال توسعه بسيار پايين می‌‌آيد. از اين لحاظ نانوتکنولوژى امکان رشد فناوريهاى قديمى را براى کشورهاى درحال توسعه فراهم آورد.
تروى کرکپاتريک از تحقيقات جهانىGE می‌‌گويد بزرگترين دستاورد نانوتکنولوژى، ساخت مواد جديد است. اين مواد شامل روکشهاى ضدزنگ براى ساخت توربين‌‌هاى هيدروالکتريک با کارايى بيشتر در آبهاى پرازگل و لاى، و فيلترهاى نانو براى تصفيه سريعتر آب است.
تحقيقات جهانى GE همچنين در حال مطالعه در مورد خواص نانوسراميک‌‌هايى است که علاوه بر سبکى قدرت مقاومت بسيار زيادى داشته باشد. ساختار مولکولى اين مواد باعث می‌‌شود کارايى روکشهاى نانوسراميک مورد استفاده در ساخت هواپيماها ۱۰ درصد افزايش يابد، انرژى کمترى مصرف و آلاينده‌‌هاى کمترى توليد شود.
تحقيقات جهانىGE همچنين تحقيق در زمينه صنعت الکترونيک را نيز مد نظر دارد. در حال حاضر مهمترين مشکل سازندگان تراشه‌‌ها بالا بردن سرعت نيست. زمانى که تراشه‌‌ها با سرعت زيادى کار می‌‌کنند گرماى بسيارى زيادى توليد می‌‌شود که باعث ذوب شدن تراشه می‌‌شود. به همين خاطر براى کنترل گرما به مواد بهترى نياز است. GE با استفاده از موادى که از خواص نانوذرات بهره گرفته است ، نوعى چسب تراشه ساخته است که می‌‌تواند گرما را از درون پردازشگر رايانه به بيرون منتقل کند.

کاربردهاى فن آورى نانو:

برخى از نمونه محصولات و دستگاه‌‌هايى که با کمک اين فناورى در دست توليد است يا هم اکنون تحقيق درباره آنها در مراحل بسيار پيشرفته قرار دارد، شامل ديودهاى ارگانيک (آلى ) افشاننده نور براى استفاده در نمايشگر رايانه‌‌ها، ورقه‌‌هاى نازکى که نور را به الکتريسيته تبديل می‌‌کنند، لايه‌‌هاى نازک و شفاف محافظ پنجره‌‌ها که در برابر خش و خراش مقاومند و به صورت خودکار با دريافت پرتو ماورابنفش خورشيد، خود را تميز می‌‌کند، می‌‌باشد.
همچنين پارچه‌‌هايى که لکه‌‌ها و چربيها را بخود نمی‌‌گيرند و به صورت خودکار حرارت خود را تنظيم می‌‌کنند، حاصل بکارگيرى نانوتکنولوژى است. لباسهاى هوشمندى که ضربان قلب و درجه حرارت بدن افراد را اندازه گيرى می‌‌کنند، لوله‌‌هاى بسيار سبک و مقاوم براى کاربردهاى مختلف ، مفاصل مخصوص لگن خاصره ساخته شده از مواد سازگار با بدن ، رنگ‌‌هاى ضدخوردگى و مقاوم در برابر پوسته پوسته شدن ، شيشه‌‌هايى که به صورت خودکار رنگ خود را با تغيير حرارت تغيير می‌‌دهند و نور محيط را تنظيم می‌‌کنند جزو اين دسته هستند.
حافظه‌‌هاى مغناطيسى با ظرفيت بسيار بالا، باتريهاى ساخته شده از لوله‌‌هاى کربنى براى وسايل الکترونيک و اتومبيلهاى برقى، دستگاههاى کوچک قابل کارگذارى در بدن (ايمپلنت) هم از جمله توليدات فناورى نانو محسوب می‌‌شود.
از آنجا که از شمارى از مواد نانو در ساخت محصولات آرايشى و يا محصولات ترکيبى همچون تراشه‌‌هاى الکترونيک ، تلفنهاى همراه و لوحهاى فشرده "دى‌وى‌دى" استفاده می‌‌شود، اين نگرانى بوجود آمده است که با توجه به عدم وجود معيارها و موازين نظارتى دقيق ، حضور اين مواد در محيط زيست مخاطراتى را براى سلامتى افراد ايجاد می‌‌کنند.
شرکتهاى ديگر با استفاده از فناورى نانو پارچه‌‌هايى توليد کردند که با يک بار تکاندن آنها می‌‌توان حالت اتوى اوليه را به آنها بازگرداند و چين و چروک آنها را از بين برد. با همين يک بار تکان همه گرد و خاکى که به اين پارچه‌‌ها جذب شده‌اند نيز برطرف می‌‌شود.
با استفاده از اين مواد نوارهاى زخم بندى هوشمندى تهيه شده است که به محض مشاهده نخستين علايم عفونت در مقياس مولکولى، پزشکان را آگاه می‌‌سازد. از همين نوع مواد همچنين ليوانهايى توليد شده که خودبخود تميز می‌‌شوند.
لنزها و عدسى‌هاى عينک ساخته شده از جنس مواد نانو ضدخش هستند و يک گروه از محققان تا آنجا پيش رفته‌اند که می‌‌خواهند با مواد نانو پوششهاى مناسبى توليد کنند که سلولهاى حاوى ويروسهاى خطرناک نظير ويروس ايدز را دربرگرفته و مانع از خروج آنها می‌‌شود. گروهى از محققان نانوتکنولوژى بر اين باورند که می‌‌توان بدون آسيب رساندن به سلولهاى حياتى، به کاوش و تحقيق در درون آنها پرداخت.
شيوه‌‌هاى کنونى براى بررسى سلولها بسيار ابتدايى است و دانشمندان براى شناخت آنچه که در درون سلول اتفاق می‌‌افتد مجبورند سلولها را از هم بشکافند و در اين حال بسيارى از اطلاعات مهم آن از بين می‌‌رود.
گروه ديگرى از دانشمندان نيز دستگاهى را در دست ساخت دارند که با استفاده از ذرات طلا می‌‌تواند پروتيين‌‌هاى معينى را فعال يا غيرفعال کند.
نانوتکنولوژى همچنين امکان مشاهده رويدادهاى بسيار نادر يا مولکولهايى باچگالى بسيار کم را براى محققان فراهم آورده است. به عنوان مثال بلورهاى مينياتورى نيمه‌‌هاديهاى فلزى در يک فرکانس خاص از خود نور ساطع می‌‌کنند و از اين نور می‌‌توان براى مشخص کردن مجموعه‌اى از مولکولهاى زيستى و برچسبگذارى براى شناسايى آنها استفاده کرد.
يک گروه از محققان در دانشگاه ميشيگان نيز توانسته‌اند سنجنده خاصى را تکميل کنند که قادر است حرکت اتمهاى روى را در درون سلولها دنبال کند و به دانشمندان در تشخيص نقايص زيست -عصبى کمک نمايد.
از ابزارهاى نانو همچنين می‌‌توان براى عرضه موثرتر داروها به بدن استفاده کرد. محققان با انجام آزمايشى دريافتند کارايى حمله به سلولهاى سرطانى با استفاده از ذرت نانو، ۱۰۰ برابر افزايش می‌‌يابد. محققان اميدوارند در آينده‌اى نه چندان دور با استفاده از فناورى نانو بتوانند فعاليتهاى درون سلولها را تحت کنترل خود درآورند. هم اکنون گامهاى بلندى در اين زمينه برداشته شده است. بطور مثال دانشمندان اکنون می‌‌توانند فعاليت پروتيين‌‌ها و مولکول دى ان آ را درون سلول کنترل کنند.
به اين ترتيب نانو تکنولوژى به محققان امکان می‌‌دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها که اصلى‌ترين بخش سازنده بدن جانداران است تکميل نمايند.

خطرات فن آورى نانو:

مخالفان نانوتکنولوژى می‌‌گويند درک و تصوير غلط از قابليتهاى نانوتکنولوژى، نگرانى‌‌هاى زيادى را بوجود آورده است. ساخت سنجنده‌‌هاى پزشکى براى همه بسيار جالب است ، اما نقاط ضعفى هم وجود دارد. با رواج سنجنده‌‌هاى پزشکى، سلامت جسمى افراد بطور شبانه روزى قابل کنترل خواهد بود. حال اگر کسى به اين داده‌‌ها نفوذ کند چه اتفاقى خواهد افتاد؟ به همين خاطر قوانينى بايد وضع شود، اما اين قوانين نبايد دست وپاگير باشد.

* ماشين تکثير خودکار

درباره خطرات احتمالى نانو تکنولوژى نظرات افراطى نيز بيان شده است. از جمله محققى به نام "اريک درکسلر" که از او با عنوان "پدر نانو تکنولوژى" ياد می‌‌شود چند سال قبل درکتابى مدعى شده بود که نانو تکنولوژى به ظهور روبات‌‌هاى بسيار کوچکى خواهد انجاميد که می‌‌توانند خودبخود تکثير يافته و درنهايت موجودات کره زمين را به تسخير درآورند.
پروفسور ولاند می‌‌گويد اگر کسى به فکر ماشين تکثير خودکار بيافتد، از نانوتکنولوژى استفاده نمی‌‌کند. طراحى يک ماشين مولکولى بسيار پيچيده است حال چگونه ممکن است کسى به فکر ساخت ماشين مولکولى تکثير خودکار هم بيافتد؟
درکسلر اخيرا احتمال گسترش ماشينهاى نانو تکثير خودکار را رد کرده است. وى ترس از راه يابى ذرات زيستى نانو که خودبخود تکثير می‌‌کنند به درون بدن انسان و پيامدهاى غيرقابل پيش بينى حاصل از آن را بى‌مورد می‌‌داند.
پروفسور ريان می‌‌گويد اين ترسهاى غيرواقعى مانع از توجه به مزايا و نگرانيهاى واقعى نانوتکنولوژى شده است. وى می‌‌گويد کشف ذرات نانو استنشاقى در جريان خون که در سراسر مغز منتشر شده يکى از اين نگرانيهاست. هرچند خطرات آن هنوز شناخته نشده است.
درحال حاضر در شهرهاى بزرگ قسمت اعظم هوايى که ما به درون ريه‌‌هاى خود می‌‌فرستيم ذرات ريزى است که اندازه برخى از آنها همانند دود گازوئيل، به اندازه نانو می‌‌باشد.
درحال حاضر پيامدها و تاثيرات منفى و خطرناک نانوتکنولوژى بر سلامت انسان و محيط زيست توجه گسترده مراکز تحقيقات علمى را در اروپا و آمريکا به خود جلب کرده است. چاپ دهها تحقيق و مطالعه در رسانه‌‌هاى آلمانى و آمريکايى نشان می‌‌دهد "نانو ذرات" می‌‌توانند براى همه جانداران از باکترى‌ها تا پستانداران خطرناک باشند.
اين در حالى است که دولتمردان نيز با پيوستن به جمع پژوهشگران و سازمان‌‌هاى زيست محيطى بيش از پيش سعى می‌‌کنند تا تاثير "نانو ذرات " بر روى سلامتى و محيط زيست را به افکار عمومى جهان معرفى و اعلام کنند. نتيجه يک تحقيق نشانگر آن است که نانو ذرات براى برخى جانداران از مرگ آور است. برپايه اين تحقيق ، چنانچه "نانوذرات کربنى" به شش‌‌هاى يک موش برسند به گلوله‌اى تبديل می‌‌شوند که می‌‌تواند به اندامهاى داخلى حيوان آسيب رسانده و باعث بروز مشکلات تنفسى و حتى منجر به مرگ موش شود.
"افا اوبردورستر" از دانشگاه دالاس می‌‌گويد مطالعات نشان می‌‌دهد نانو ذرات متشکل از ۶۰ مولکول کربن می‌‌توانند به لايه‌‌هاى سلولى مغز ماهى‌ها آسيب وارد کنند.
در حال حاضر اطلاعات در مورد پيامدها و آثار نانوتکنولوژى بر سلامتى و محيط زيست و تاثيرات متقابل نانو ذرات مختلف بر روى يکديگر بسيار ناچيز است و همچنان ترديدهاى بسيار زيادى در حوزه نوظهور نانوتکنولوژى باقى می‌‌ماند. اين در حالى است که بيش از۱۳۰ فرآورده نانو در حال حاضر در بازار آمريکا وجود دارد و ارزش صنعت نانو در سال ۲۰۱۲ ميلادى (يعنى هشت سال ديگر ) حدود يک بيليون دلار پيش بينى شده است.
با آنکه نانوذرات براى تحقيق و صنعت ، جالب و با اهميت است ، اما پيش بينى تاثير اين ذرات بر روى جانداران و طبيعت بسيار دشوار است ، چون نانوذرات همواره خواص شيميايى، الکتريکى و ظاهرى خود را نسبت به اندازه خود تغيير می‌‌دهند. به عنوان نمونه ، نانو ذرات طلا که يک عنصر شيميايى است از خاصيت بسيار راديوآکتيو برخوردار است.
در حال حاضر پژوهشگران تلاش دارند از انتشار نانوذرات در محيط زيست جلوگيرى کنند تا اين ذرات نيز به سرنوشت خطرناک پنبه نسوز دچار نشوند. پنبه نسوز که در ابتداى کشف کاربرد بسيار زيادى يافته بود هم اکنون به خاطر خطرات آن براى سلامتى و محيط زيست به عنوان ماده‌اى مرگ آور محسوب می‌‌شود.
به گفته پروفسور "کن دانلدسن" از مرکز پزشکى ريه و سينه در دانشگاه ادينبورو مواد در ابعاد نانو می‌‌توانند به بخشهايى از بدن وارد شوند که براى ذرات عادى پراکنده در محيط امکان ورود وجود ندارد و هنوز مشخص نيست که ورود اين ذرات ريز به بدن از نظر سم شناسى چه تاثيرات نامطلوبى بر عملکرد اندامها خواهد گذاشت.
توجه به اين نکته حائز اهميت است که می‌‌توان محصولاتى مفيد و مناسب توليد کرد اما گاهى خطر اين محصولات بيش از فايده آنها خواهد بود. "جيم تامس" از گروه فعالان "ئى.تى.سى"ETC می‌‌گويد درحالى مواد نانو مورد استفاده قرار می‌‌گيرند که کسى از عوارض آنها براى سلامتى مطلع نيست.

رشد صنعت نانو

درحال حاضر غولهاى صنعتى همانندGE فعاليت زيادى در زمينه تحقيقات نانوتکنولوژى دارند. حمايت مالى از ابتکار ملى نانوفناورى (ان.ان.آى.) در آمريکا بين سالهاى۲۰۰۰ تا۲۰۰۵ تقريبا چهار برابر افزايش يافته و به يک ميليارد دلار رسيده است. کشورهاى جهان براى پژوهش و تحقيق بر روى نانوذرات در سال جارى بالغ بر ۴ ميليارد دلار بودجه هزينه کردند. در حال حاضر بيش از ۴۵۰ شرکت تحقيقاتى-تجارى در سراسر جهان و ۲۷۰ دانشگاه در اروپا، آمريکا و ژاپن سرگرم انجام تحقيقات در عرصه نانو تکنولوژى هستند.