آثار و كاربردهاي نانوفناوري

چکیده

تا مدت های مدیدی ، محققین و دانشمندان چنین فکر می کردند که فنانوری نانو ، هیچ اثر زیست - محیطی سوئی نخواهد داشت ؛ تا جاییکه اسمالی رییس هیئت تحقیقاتی دانشگاه رایس می گوید :
« فناوری نانو ، روند زیست محیطی حاصل از انقلاب صنعتی را معکوس خواهد کرد » .
اما در سال های اخیر ، آثار زیست - محیطی این فناوری ، به یکی از معضلات اساسی در جهت پیشرفت آن گردیده است .
در این فصل ابتدا به بررسی آثار زیست - محیطی نانو پرداخته ، سپس برخی از مهمترین کاربردهای آن را تشریح خواهیم کرد ؛ کاربردهایی که عمدتاً موجبات تحول و انقلاب تکنولوژیک را در سالهای آتی فراهم خواهند نمود .
مفاهیم کلیدی : محیط زیست ، نانومواد ، حسگرها ، سمیت ، تشخیص ، درمان ، نانوالکترونیک ، فناوری CMOS ، گیت ، نانوکامپیوتر ، DNA ، مکانیک کوانتومی ، اَبَرحالت .

آثار زیست محیطی

آثار مثبت نانوفناوری بر محیط زیست

فناوری نانو امکان ساخت مواد جدیدی را به ما می دهد که می توانند به طور بالقوه آثار مثبتی روی محیط زیست داشته باشند . این فناوری موجب کاهش مصرف مواد خام شده و از محیط زیست و منابع طبیعی محافظت می نماید . به عبارتی دیگر ، نانوفناوری از حداقل مواد حداکثر استفاده را می برد . «اسمالی[1]» ، رییس هیئت تحقیقاتی دانشگاه رایس می گوید : « فناوری نانو ، روند زیست محیطی حاصل از انقلاب صنعتی را معکوس خواهد کرد» .
نانوحسگرها یکی از مهمترین محصولات این فناوری در جهت حفظ محیط زیست است . با ورود علوم و فناوری نانو و فراهم شدن امکان ساخت الکترودهایی در مقیاس های بسیار ریز ، ساخت حسگرهای نانومتری نیز میسر شد . این حسگرها به لحاظ دارا بودن ابعادی در حدود نانو ، نانوحسگرهای زیستی نام گذاری شده اند . نانوحسگرها ، الکترودهای بسیار کوچکی دارند که از طریق تثبیت آنزیم های خاصی روی سطح آنها ، نسبت به تشخیص گونه های شیمیایی و یا بیولوژیکِ مورد نظر در سلول ها حساس شده اند . از آنها برای آشکارسازی و تعیین مقدار گونه ها در سیستم های بیولوژیک استفاده می شود . این تکنیک روشی است بسیار مفید در تشخیص عبور مولکول ها از دیواره یا غشای سلولی .
نانوحسگرها را می توان با استفاده از فناوری فیبر نوری نیز ساخت . این روش از نظر تکنیک ، سرعتی بالاتر ( حدود سه ثانیه ) دارد و از نظر روند تولید ساده تر است .
از حسگرها برای آشکارسازی سموم و آلودگی های محیط و برطرف کردن آنها استفاده می شود . این دستگاه ها نسبت به حضور و غلظت آنالیست واکنش داده و پاسخی قابل اندازه گیری تولید می نمایند . مواد مورد استفاده در نانوحسگرها می توانند نانومواد و نانوساختارهای جدیدی مثل نانوذرات ، نانوکریستال ها ، نقاط کوانتومی ، نانولوله های کربنی ، نانوالیاف و فیلم نازک باشند . مشخص شده که با بکاگیری نانوکریستال ها و نقاط کوانتومی در نانوحسگرها ، می توان همزمان چهار نوع سم را آشکار نمود.
نانوحسگرهارا می توان برای آشکارسازی همزمان چند آلاینده در نمونه های آب و خاک با ظرفیت آشکارسازی بالا بکار برد ؛ بطوری که حتی هیدروکربن های آروماتیک چندحلقه ای که به سختی از آب یا خاک آلوده برطرف می شوند ، با این حسگرها قابل شناسایی و حذف می باشند .

آثار سوء زیست محیطی نانوفناوری

همانطور که در بخش های قبلی نیز ذکر گردید ، مواد در حالت نانو خاصیت هایی را از خود نشان می دهند که در اشکال رایج قابل مشاهده نیست و مزیتی که فناوری نانو در اختیار ما می گذارد ، کنترل ماده در این ابعاد می باشد . ولی در عین حال آثار منفی نانوفناوری نیز از این ویژگی نشأت می گیرند . اندازه بسیار ریز نانومواد مشکلات منحصر به فردی را در مورد انتشار آنها ایجاد می کند که از جمله آنها می توان به سمی بودن ، افزایش قدرت آلایندگی ، ایجاد التهاب های پوستی و ریوی ، افزایش روند جهش باکتری ها و . . . اشاره نمود .
مشکل اصلی ما در شناخت آثار منفی زیست محیطی فناوری نانو ، اطلاعات بسیار کمی است که در این حوزه وجود دارد و نتایج به دست آمده در این باب در حد مقدمات می باشد . ولی حتی این دانش محدود و پراکنده ، به طور واضح نشان می دهد که چنین آثاری ارزش نگرانی را دارند .
سمی بودن نانومواد به تازگی مورد توجه دانشمندان و محققین قرار گرفته است . میزان مسمومیت زایی این مواد بیشتر به شکل و اندازه آنها بستگی دارد تا به وزن آنها . آزمایش ها نشان می دهند که نفوذ نانولوله های کربنی به ریه ، خطرناک تر از موادی مثل کوارتز است که سمیت آن قبلاً به اثبات رسیده است . همچنین نانوذراتی مثل کربن سیاه و دی اکسید تیتانیوم علاوه بر قدرت آلایندگی چشمگیر ، موجب ایجاد التهاب و جراحت های پوستی می شوند .
این آثار چنان جدی هستند که حتی مؤسساتی در زمینه توقف تحقیقات نانو در کشورهایی مثل ایالات متحده ي آمريكا تأسیس شده و در حال فعالیت هستند . البته این مؤسسات با واکنش بسیار شدید محققین و دانشمندان در این زمینه روبرو شدند . ولی فشار این سازمان ها تا حدی بود که به اختصاص بودجه ای چهار میلیون دلاری به تحقیقات در رابطه با آثار زیست محیطی نانو در سال 2003 توسط سازمان حمایت از محیط زیست آمریکا گردید . به عقیده بسیاری از دانشمندان مشکلات زیست محیطی این فناوری بایست به طور همزمان با تحقیقات نانو بررسی شوند .
چندي پيش کنگره ي آمریکا قانونی را به تصویب رسانده که طبق آن دولت آمریکا موظف به بررسی آثار احتمالی این فناوری بر محیط زیست و سلامتی است . همچنین دولت انگلیس شورایی مشورتی برای بررسی مشکلات اخلاقی مربوط به فناوری نانو ایجاد کرده و احتمالاً به بررسی کاربردهای غیر قانونی و نادرست آن ( مثلاً تولید سلاح های بیولوژیکی ) خواهد پرداخت .

[1] همانطور که در بخش های قبلی ذکر شد ، اسماالی یکی از کاشفین باکی باال هاست .