مرکز انجمنهای تخصصی

1- فناوري نانو

فناوري نانو واژه‌اي است كلي كه به تمام فناوري هاي پيشرفته در عرصه كار با مقياس نانو اطلاق مي‌شود. معمولاً منظور از مقياس نانو ابعادي در حدود 1 تا nm100 است. (1 نانومتر يک ميليارديم متر است).

1-1- تاريخچه:

اگرچه عموما نانو ذرات يک اختراع از علوم جديد فرض کرده مي شوند اما در حقيقت آنها داراي يک تاريخ بسيار درازي هستند.
در طول تاريخ بشر از زمان يونان باستان، مردم و به خصوص دانشمندان آن دوره بر اين باور بودند كه مواد را مي‌توان آنقدر به اجزاء كوچك تقسيم كرد تا به ذراتي رسيد كه خردناشدني هستند و اين ذرات بنيان مواد را تشكيل مي‌دهند، شايد بتوان دموكريتوس فيلسوف يوناني را پدر فناوري و علوم نانو دانست چرا که در حدود 400 سال قبل از ميلاد مسيح او اولين كسي بود كه واژه اتم را كه به معني تقسيم نشدني در زبان يوناني است براي توصيف ذرات سازنده مواد به كار برد.
مخصوصا استفاده از نانوذرات توسط صنعتگران به قرن 9 در بين النهرين برمي گردد که براي ساختن اثر درخشندگي بر روي سطوح ظروف سفالي استفاده مي شد؛ همچنين شيشه‌گران قرون وسطايي از قالب‌هاي قديمي (Medieal forges) براي شكل دادن شيشه هايشان استفاده مي‌كرده‌اند. البته اين شيشه‌گران نمي‌دانستند كه چرا با اضافه كردن طلا به شيشه رنگ آن تغيير مي‌كند. در آن زمان براي ساخت شيشه هاي كليساهاي قرون وسطايي از ذرات نانومتري طلا استفاده مي‌‌شده است و با اين كار شيشه هاي رنگي بسيار جذابي بدست مي آمده است. اين قبيل شيشه ها هم اكنون در بين شيشه هاي بسيار قديمي يافت مي‌شوند. رنگ به وجود آمده در اين شيشه ها برپايه اين حقيقت استوار است كه مواد با ابعاد نانو داراي همان خواص مواد با ابعاد ميكرو نمي‌باشند.
رنگدانه هاي تزييني جام مشهور ليکرگوس در روم باستان ( قرن چهارم بعد از ميلاد) نمونه‌اي ازنانو ذرات فلزي است. اين جام هنوز در موزه بريتانيا قرار دارد و بسته به جهت نور تابيده به آن رنگهاي متفاوتي دارد. نور انعکاس يافته از آن سبز است ولي اگر نوري از درون آن بتابد، به رنگ قرمز ديده مي‌شود. آناليز اين شيشه حکايت از وجود مقادير بسيار اندکي از بلورهاي فلزي ريز (nm 700) دارد، که حاوي نقره و طلا با نسبت مولي تقريبا 14 به 1 است حضور اين نانوبلورها باعث رنگ ويژه جام ليکرگوس گشته است.
اولين جرقه فناوري نانو (البته در آن زمان هنوز به اين نام شناخته نشده بود) در سال 1959 زده شد. در اين سال ريچارد فاينمن طي يك سخنراني با عنوان«فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد» ايده فناوري نانو را مطرح ساخت. وي اين نظريه را ارائه داد كه در آينده‌اي نزديك مي‌توانيم مولكول‌ها و اتم ها را به صورت مسقيم دستكاري كنيم.
واژه فناوري نانو اولين بار توسط نوريوتاينگوچي استاد دانشگاه علوم توكيو در سال 1974 بر زبانها جاري شد. او اين واژه را براي توصيف ساخت مواد (وسايل) دقيقي كه تلورانس ابعادي آنها در حد نانومتر مي‌باشد، به كار برد. در سال 1986 اين واژه توسط كي اريك دركسلر در کتابي تحت عنوان: «موتور آفرينش: آغاز دوران فناوري نانو» بازآفريني و تعريف مجدد شد. وي اين واژه را به شكل عميق‌تري در رساله دكتراي خود مورد بررسي قرار داده و بعدها آن را در کتابي تحت عنوان «نانوسيستم ها ماشين هاي مولكولي چگونگي ساخت و محاسبات آنها» توسعه داد.

...

yasermym,

از این تعریف ساده و زیر دیپلمی که برای نانو کردی و غیر مستقیم به سوال من در تاپیک کابینه سنترال پاسخ دادی خیلی ممنون.راستش من همین الان متوجه جزییات این تکنولوژی شدم.

حالا یک سوال...در اخبار کلمه سلول های بنیادی را زیاد می شنویم.اگر ارتباطی بین این دومقوله وجود دارد.مختصرا به ما بگویید.واین ایران در چه مرحلیه ای از این تکنولوژی است و آیا در رتبه های اول است؟

یا علی

میلاد جان باید خدمت شما عرض کنم که مقوله سلول های بنیادی بیشتر مربوط به علوم پزشکی می باشد و بنده در این زمینه تخصصی ندارم اما ارتباط مستقیمی بین این دو وجود ندارد. همانطور که در تعریف بیان کردم در هر کاری که ما با مقیاس نانومتری سروکار داشته باشیم می توان آنرا حوزه ای از فناوری نانو دانست.

سلول‌های بنیادی (stem cells) سلول‌های اولیه‌ای هستند که توانائی تبدیل و تمایز به انواع مختلف سلول‌های انسانی را دارند و از آنها می‌توان در تولید سلول‌ها و نهایتا بافت‌های مختلف در بدن انسان استفاده کرد .
منابع اصلی سلول‌های بنیادی شامل : مغز استخوان، بند ناف و جفت می‌باشد .

ایران در زمینه نانو فناوری در جایگاه نسبتا خوبی قرار دارد و در منطقه خاورمیانه اول می باشد (بالاتر از ترکیه و رژیم صهیونیستی) و در جهان نیز تا جایی که اطلاع دارم در رده های حدود 20 می باشد.

اما تحقیقات و پیشرفت ایران در این زمینه بسیار سریع است و تقریبا در مرز دانش در حال حرکت هستیم ، تنها بخاطر مقداری کمبود ها تولیدات علمی ما به پای کشورهای پیشرو نمی رسد و امکان انجام بعضی امور نیست.
امید است با تلاشهایی که از سوی ستاد ویژه توسعه فناوری نانو صورت می گیرد در آینده ای نزدیک جزو 10 کشور برتر در این دانش باشیم.

در زمینه سلول های بنیادی و بیوتکنولوژی نیز تا آنجایی که اطلاع دارم در موقعیت مناسب و خوبی قرار داریم.

یک نکته قابل ذکر است که بعضی از کارهای انجام گرفته در این دو حوزه (نانو و بیو تکنولوژی) به دلیل کارایی بالا و محرمانه بودن زیاد در بوق و کرنا نمی شوند.

منتظر ادامه توضیحات در حوزه فناوری نانو باشید

2- مهمترين عناصر پايه در فناوري نانو
تفاوت اصلي فناوري نانو با فناوري‌هاي ديگر در مقياس مواد و ساختارهايي است كه در اين فناوري مورد استفاده قرار مي‌گيرند. البته تنها كوچك بودن اندازه مد نظر نيست؛ بلكه زماني كه اندازه مواد دراين مقياس قرار مي‌گيرد، خصوصيات ذاتي آنها از جمله رنگ، استحكام، مقاومت خوردگي و ... تغيير مي‌يابد. در حقيقت اگر بخواهيم تفاوت اين فناوري را با فناوري هاي ديگر به صورت قابل ارزيابي بيان نماييم، مي‌توانيم وجود "عناصر پايه" را به عنوان يك معيار ذكر كنيم. عناصر پايه در حقيقت همان عناصر نانومقياسي هستند كه خواص آنها در حالت نانومقياس با خواص شان در مقياس بزرگتر فرق مي‌كند.

2-1- اولين و مهمترين عنصر پايه، نانوذره است.
يک نانو ذره يا نانو پودر يک ذره ميکروسکوپي است که حداقل در يک بعد کمتر از 100 نانومتر است. تحقيق نانوذرات در حال حاضر بخاطر انواع نامحدود از کاربردهاي گسترده آن در زمينه هاي بيوپزشکي، اپتيک و الکترونيک زمينه اي از تحقيقات وسيع علمي است.

2-1-1- خواص نانو ذرات :
نانو ذرات توجه زياد دانشمندان را به اين دليل به خود جلب کرده است زيرا آنها پلي ميان مواد بزرگ و ساختارهاي اتمي و مولکولي ايجاد مي کنند. ماده بزرگ (توده اي) بايد خواص فيزيکي ثابتي داشته باشد بدون توجه به اندازه آن اما در سطح نانو چنين چيزي صحت ندارد. خواص وابسته به اندازه مانند محصورشدگي کوانتمي در ذرات نيمه هادي، رزونانس پلاسمون سطحي در بعضي ذرات فلزي و ابرپارامغناطيسي در مواد مغناطيسي مشاهده مي شوند.
خواص مواد هنگامي که اندازه آنها به سطح نانو نزديک مي شود تغيير مي کند و درصد اتم هايي که در سطح يک ماده است اهميت پيدا مي کند. براي مواد بزرگ، بزرگ تر از يک ميکرومتر درصد اتم هايي که در سطح است نسبت به تعداد کل اتم هاي ماده ناچيز مي باشد. خواص جالب و گاهي غيرمنتظره نانوذرات تا حدودي بخاطر ابعاد سطحي ماده است که اين خواص را تحت تاثير دارد.
نانو ذرات نسبت به مواد بزرگ خواص بخصوصي را از خود نشان مي دهند، براي مثال خم شدن مس توده اي بصورت سيم يا نوار و غيره با حرکت اتم هاي مس در اندازه حدود 50 نانومتر رخ مي دهد. نانو ذره مس در اندازه کوچکتر از 50 نانومتر جزء مواد فوق سخت است که انعطاف پذيري و چکش خواري مثل مس حجيم ندارد. اين تغيير در خواص هميشه هم مطلوب نيست. مواد فروالکتريک کوچکتر از 10 نانومتر مي توانند جهت مغناطيس شدن خود را با استفاده از انرژي گرمايي اطاق تغيير دهند و بنابراين از آنها نمي توان بعنوان حافظه جهت ذخيره سازي اطلاعات استفاده کرد.
نانوذرات نسبت سطح به حجم بسيار بالايي دارند. به اين ترتيب نفوذپذيري بسيار بالايي مخصوصا در دماهاي بالا دارند. کلوخه شدن ممکن است در دماهاي پايين تر در زمان کوتاهتري نسبت به ذرات بزرگتر رخ دهد. اين حقيقت بصورت نظري چگالي محصول نهايي را تغيير نمي دهد در حالي که دشواري جريان و تمايل نانوذرات به کلوخه شدن قضايا را پيچيده مي کند. اثرات سطح نانو ذرات همچنين نخستين دماي ذوب را کاهش مي دهد [1].

2-1-2- انواع نانو ذرات:
با توجه به ترکيب شيميايي، اين ذرات به انواع فلزي، سراميکي، پليمري و نيمه‌هادي تقسيم مي‌شوند.
علاوه بر اين نانوذرات ترکيبي نظير ساختارهاي هسته ‌لايه را نيز در بر مي‌گيرند. همچنين نانوكره‌ها، نانوميله‌ها، و نانوفنجان‌‌ها تنها اشكالي از نانو ذرات در نظر گرفته مي شوند. نانوذرات در اندازه‌هاي پايين نانوخوشه به حساب مي‌آيند. نانوبلور‌ها و نقاط ‌كوانتومي نيمه هادي نيز زيرمجموعه نانوذرات هستند.

2-1-3- کاربردها :
1) در كاربردهاي بيودارويي به عنوان حامل دارو و عوامل تصوير‌برداري استفاده مي‌شوند.
2) بانداژهاي بي‌نياز از تجديد
3) شناسايي زود هنگام و بي‌ضرر سلول‌هاي سرطاني
4) مواد كامپوزيت
5) كامپوزيت‌هاي ساختاري
6) كاتاليزور
7) بسته‌بندي
8) روكش‌ها
9) افزودني‌هاي سوخت و مواد منفجره
10) ساينده‌ها
11) کاربرد نانوذرات در باتري‌ها وپيل‌هاي سوختي
12) روان‌كننده‌ها
13) پزشكي و داروسازي
14) دارو رساني
15) محافظت‌كننده‌ها
16) آناليز زيستي و تشخيص پزشكي
17) لوازم آرايشي
18) و تجزيه آلاينده‌هاي محيط زيست

2-2- دومين عنصر پايه، نانوكپسول است.
كپسول هاي هستند كه قطر نانومتري دارند و مي‌توان مواد مورد نظر را درون آنها قرار داد و كپسوله كرد. سال هاست كه نانوكپسول ها در طبيعت توليد مي‌شوند؛ مولكول هاي موسوم به فسفوليپيدها كه يك سر آنها آبگريز و سر ديگر آنها آبدوست است، وقتي در محيط آبي قرار مي‌گيرند، خود به خود كپسول هايي را تشكيل مي‌دهند كه قسمت هاي آبگريز مولكول در درون آنها واقع مي‌شود و از تماس با آب محافظت مي‌شود. حالت برعكس نيز قابل تصور است.

2-3- عنصر پايه بعدي نانولوله است.
نانولوله به نانو ساختارهايي اطلاق مي شود که قطر آنها تا حدود 100 نانومتر مي باشد. صرفنظر از استحکام کششي بالا نانولوله ها خواص الکتريکي مختلفي از خود نشان مي دهند که به ساختار آنها وابسته است.
• نانو لوله هاي کربني CNTs ))
• نانو لوله هاي نيتريد بور
• نانو لوله هاي آلي

کاربردها :
• تصوير برداري زيستي دقيق
• حسگرهاي شيميايي و زيستي قابل اطمينان و داراي عمر طولاني
• شناسايي و جداسازي كاملاً اختصاصي DNA
• ژن درماني كه از طريق انتقال ژن به درون سلول توسط نانولوله‌ها صورت مي‌پذيرد
• از بين بردن باكتري ها
• مواد ساختماني
• صنايع الکترونيک
• قطعات نشر ميداني
• پيل هاي سوختي و باتري ها

منابع

 [1] Ostiguy, C., Lapointe, G., Ménard, L., Cloutier, Y., Trottier, M., Boutin, M., Antoun, M., Normand, C., 2006, Studies and Research projects, Nanoparticles - Current Knowledge about Occupational Health and Safety Risks and Prevention Measures. 

ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

3- روش هاي ساخت:
با توسعه فناوري نانو نياز به روش هاي نانوساخت که بتواند دقت در ابعاد نانومتري و حتي کمتر از آن را فراهم کند، بيشتر احساس مي شود. هم اکنون روش هاي نانوساخت گوناگوني در فناوري نانو مطرح است که اکثرشان فاقد دقت و کارايي لازم براي توليد ساختارهايي با دقت نانومتر و کمتر هستند. در سال هاي اخير توجه محققان بيشتر به سمت تقليد از طبيعت در زمينه تهيه ساختارهاي بسيار کوچک بوده است؛ به نحوي که آنها سعي کرده اند تا با الهام گرفتن از طبيعت راهي براي غلبه بر مشکلات روش هاي نانوساخت کنوني پيدا کنند. در اين ‏بين خودآرايي از جايگاه ويژه اي برخوردار است؛ به علت ويژگي هاي ممتازش، ‏هم اکنون يکي از روش هاي آينده دار نانوساخت، به شمار مي رود. خودآرايي به عنوان روشي براي چينش ذرات براي به دست آوردن ساختاري از پيش تعيين شده، مزاياي کاربردي ويژه اي مانند موازي بودن و در نتيجه سرعت بالاي توليد، بالا بودن دقت، امکان ايجاد ساختارهاي سه بعدي و امکان کنترل فرايند به سمت مورد نظر با استفاده از نيروهاي خارجي را دارد. ‏به عبارت ساده تر، خودآرايي فرايندي است که در آن اجزا و ترکيبات نامنظم يک سيستم ‏به صورت خود به خود، ساختار و الگويي منظم به خود مي گيرند [2].

براي توليد مواد نانو روش هاي بسيار متنوعي وجود دارد. اين روش‌ها اساساً به سه گروه تقسيم مي‌شوند كه در ذيل به شرح هر يك مي پردازيم.


3-1- چگالش از يک بخار
روش چگالش از يک بخار شامل تبخير يك فلز جامد و سپس چگالش سريع آن براي تشكيل خوشه هاي نانومتري است كه به صورت پودر ته نشين مي‌شوند. مهمترين مزيت اين روش ميزان كم آلودگي است. در نهايت اندازه ذره با تغيير پارامترهايي نظير دما و محيط گاز و سرعت تبخير كنترل مي‌شود. روش تبخير در خلاء بر روي مايعات روان (VERL) و روش سيم انفجاري جزء روش هاي چگالش از يک بخار محسوب مي شود.


3-2- سنتز شيميايي
استفاده از روش سنتز شيميايي شامل رشد نانوذرات در يك محيط مايع حاوي انواع واكنشگرها است. روش سل ژل نمونه چنين روشي است، در روش هاي شيميايي اندازه نهايي ذره را مي‌توان با توقف فرآيند هنگامي كه اندازه مطلوب به دست آمد يا با انتخاب مواد شيميايي تشكيل دهنده ذرات پايدار و توقف رشد در يك اندازه ‌خاص كنترل نمود. اين روش‌ها معمولاً‌ كم هزينه و پر حجم هستند، اما آلودگي حاصل از مواد شيميايي مي‌تواند يك مشكل باشد.

3-2-1- سل ژل
سل‌ها ذرات كلوئيدي پراكنده در محلول به ابعاد nm"100-1" هستند كه به علت كوچكي بيش از حد بوسيله حركت براوني در محلول به حالت معلق باقي مي‌مانند و ژل نيز عبارتست از يك شبكه جامد و به هم پيوسته‌اي با منافذي به ابعاد زير ميكرومتر و زنجيرهاي پليمري كه طول متوسط آنها بزرگتر از يك ميكرومتر است. در حقيقت فرايند سل- ژل سنتز شبكه معدني توسط واكنش‌هاي شيميائي در محلول و در دماي پائين است كه به دليل تشكيل شبكه بي‌شكل (در مراحل اوليه) در مقابل فرايند كريستاله شدن در محلول قرار دارد. با مخلوط کردن نمک هاي اوليه مورد استفاده همچنين مي توان سيستم هاي دوتائي و يا سيستم هاي سه تائي توليد نمود .هرمولکول از نمک هاي اوليه داراي سرعت واکنش مربوط به خودش است که اين سرعت واکنش بستگي به شرايطي چونPH ، غلظت ، حلال و دما دارد. ژل پليمري به صورت يک اسکلت سه بعدي ايجاد شده که اين امر باعث پيوستن حفرات به هم شده و پس از خشک کردن با جمع شدن و انقباض ايجاد يک جامد صلب محکم مي کنند. محصولات نهايي را مي توان طوري طراحي کرد که باعث به هم پيوستن تخلخل هاي نانوسايز شده و در نتيجه سطح ويژه بالايي را خواهيم داشت .هدف نهايي در اين فرايند توليد محصولي با خلوص بالا و دست يافتن به نانوساختارهايي در دماي پايين است [3و4].


منابع
---------------

[2] غرآباديان، محمد علي؛ مروج فرشي، محمد کاظم؛ 1386 ، ماهنامه فناوري نانو، 123، 609. [3] Brinker.,C.,J, 1990, "Sol-GelScience. The Phsics and Chemistry of Sol-Gel Processing" AcademicPress.
[4] Klein,L.C., 1988, "Sol-Gel Technology for thin Films, Fibers, performs and Electronics and Speciality Shapes."Noyes Publication. 

3-2-2- سونوشيمي

در شيمي مطالعه سونوشيمي (sonochemistry) به درک اثرات امواج صوتي (sonic waves) و خواص موج بر سيستمهاي شيميايي مربوط مي شود. اثرات شيميايي فراصوت (ultrasound) از اثر مستقيم با گونه هاي مولکولي بدست نمي آيد. مطالعات نشان داده است که هيچ برهمکنش مستقيمي بين ميدان صوتي و گونه هاي شيميايي در سطح مولکولي براي سونوشيمي [5] يا سونولومينسانس [6] گزارش نشده است. در عوض سونوشيمي از حفره سازي صوتي: تشکيل، رشد و فروپاشي انفجاري حباب ها در محلول استفاده مي کند. اين مساله در پديده هايي مثل فراصوت، اعمال امواج صوتي، سونولومينسانس و حفره سازي صوتي مشاهده مي شود.
تاثير امواج صوتي که از طريق مايعات منتقل مي شوند، اولين بار توسط ويليام وود و آلفرد لي لوميس در سال 1927 گزارش شد اما آن مقاله بي توجه رها شد [7]. در دهه 1980 با ظهور توليد کننده هاي با شدت بالاي فراصوت که هم ارزان و هم قابل اطمينان بودند سونوشيمي دستخوش يک تحول اساسي شد.
بر اثر پرتودهي با موج صوتي با شدت بالا يا فراصوت (محدوده MHz 10-KHz 20)، معمولا حفره سازي صوتي صورت مي گيرد. حفره سازي (شکل گيري، رشد و فروپاشي انفجاري حباب هاي تابش داده شده با موج صوتي) نيروي محرک براي سونوشيمي و سونولومينسانس مي باشد [8]. تخريب حباب در مايعات مقدار عظيمي انرژي از تبديل انرژي جنبشي حرکتي مايع به گرمايش محتويات حباب توليد مي کند. به هم فشرده شدن حباب ها در طول حفره سازي که نقطه داغ محلي کوتاه مدتي را توليد مي کند سريع تر از انتقال حرارتي است. نتايج آزمايشگاهي نشان داده اند که اين حباب ها دمايي حدود ˚K 5000، فشاري تقريبا برابر با atm 1000-500 و سرعت گرم و سرد شدني بالاتر از K/s 10[SUP]10[/SUP] دارند [9،10]. اين حفره سازي مي تواند يک شرايط فيزيکي و شيميايي بينهايت را در مايعات سرد توليد کند.
در مايعاتي که حاوي مواد جامد هستند ممکن است يک چنين پديده اي با پرتودهي فراصوت رخ دهد. هنگام وقع حفره سازي نزديک سطح جامد، فروپاشي حفره غير کروي است و با سرعت بالا مانند فواره مايع را به سطح مي برد [8]. اين فوران ها و موجهاي شوکي که همراه آنها هستند مي توانند سطحي که هم اکنون بسيار گرم شده است را تخريب کنند. تعليق جامد-مايع سبب به هم خوردن ذرات با سرعت زياد مي شود که اين برخوردها مي توانند مورفولوژي سطح، نسبت اجزاء تشکيل دهنده و فعاليت را تغيير دهند [11].
سه نوع واکنش سونوشيمي وجود دارد:
1) سونوشيمي همگن مايعات
2) سونوشيمي ناهمگن سيستمهاي مايع-مايع يا جامد-مايع
3) سونوکاتاليست که همپوشاني با موارد قبلي است [12-14].
سونولومينسانس نوعا به عنوان يک مورد خاص از سونوشيمي همگن به حساب مي آيد [15،16].

پيش بردن واکنشهاي شيميايي توسط فراصوت مورد بررسي قرار گرفته است و کاربردهاي سودمندي در سنتز فاز مرکب، شيمي مواد و استفاده هاي بيوپزشکي دارد. بخاطر اينکه حفره سازي تنها مي تواند در مايعات صورت گيرد، واکنشهاي شيميايي با تابش دهي فراصوت در سيستمهاي جامدات يا جامد-گاز ديده نشده است. سونوشيمي مي تواند با استفاده از حمام آب (bath) يا ميله با توان بالا (probe)صورت گيرد.
 
[External Link Removed for Guests]

نمونه ای از حمام فراصوت  
نمونه ای از دستگاه با میله با توان بالا (Sonicator) 
-----------------
منابع
---------------
[5] Suslick, K. S., 1990, Science, 247, 1439.
[6] Suslick, K. S., Flannigan, D. J., 2008, Annual Rev. Phys. Chem. 59, 659.
[7] Wood, R.W., Loomis, A.L., 1927, Philos. Mag. 4, 414.
[8] Leighton, T.G., 1994, The Acoustic Bubble; Academic Press: London, 531.
[9] Suslick, K.S., Hammerton, D.A.; Cline, R.E., Jr., 1986, J. Am. Chem. Soc. 108, 5641.
[10] Flint, E.B., Suslick, K.S., 1991, Science., 253, 1397.
[11] Suslick, K.S.; Doktycz, S.J. 1990, Adv. Sonochem. 1, 197.
[12] Einhorn, C., Einhorn, J. Luche, J.L., 1989, Synthesis 787.
[13] Luche, J.L., 1996, Compets. Rendus. Serie. IIB, 323, 203, 307.
[14] Pestman, J.M., Engberts, J.B.F.N., de Jong, F. Jong. 1994, Recl. Trav. Chim. Pays- Bas. 113, 533.
[15] Crum, L.A., 1994, Physics Today, 47, 22.
[16] Putterman, S.J., 1995, Sci. Am., 46.

3-2-3- هيدروترمال
هيدروترمال اساساً ريشه ژئوفيزيکي دارد. اين عبارت براي اولين بار توسط زمين‌شناس انگليسي به نام مورچيسن (Sir Roderick Impey Murchison (1792-1871)) براي شرح عملکرد آب در فشار و دماي بالا در اعمال تغييرات روي پوسته زمين و تشکيل صخره ها و مينرال هاي مختلف بکار رفته ‌است.‎ با وجود تمامي پيشرفتهايي که در اثر گسترش اين شاخه از علم سنتز بوجود آمده‌است، هنوز تعريف مشخص و استانداردي براي اين فرآيند وجود ندارد. کلمه هيدروترمال عمدتا به هر نوع واکنش ناهمگن در حضور حلال آبي در دماهايي بالاتر از دماي بحراني و در نتيجه در فشارهاي بالا اطلاق مي‌شود. به عبارت ديگر هيدروترمال به واکنش‌هاي حلال آبي که در دماهايي بالاتر ازºC ۱۰۰ و فشارهايي بالاتر از ۱ اتمسفر اطلاق مي‌شود. به صورت عمومي واژه هيدرو ترمال از دو بخش هيدرو و ترمال تشکيل شده‌است که پيشوند هيدرو نوع محلول را نشان مي‌دهد. بر اساس آنچه که در بالا اشاره شد، بطور کلي در علم شيمي به سنتز در هر محلول غير آبي که بتواند در دماهاي فوق بحراني و در نتيجه در فشارهاي بالا براي سنتز بکاررود به اصطلاح سالووترمال مي‌گويند.

به صورت کلي فرآيندهاي هيدروترمال را مي‌توان بر اساس نحوه عمليات شيميايي در آن‌ها به صورت زير طبقه بندي کرد:
• سنتز فازهاي جديد و يا پايدارسازي کمپلکس هاي جديد.
• رشد کريستال هاي مواد غير آلي.
• تهيه مواد با ابعاد بسيار ريز و دقيق با مورفولوژي خاص.
• تشويه سنگهاي معدني در فرآيند استخراج فلزات.
• اچ کردن، خوردگي، تجزيه مواد.

متغيرهاي اين فرآيندعبارتند از:
• نوع آب: اين مورد شامل آب مقطر، آب ديونيزه و بررسي سختي آب در مقياس صنعتي است.
• زمان: تغييرات زمان بر ميزان رشد و در نتيجه اندازه نهايي ذرات تاثير مي‌گذارد.
• سورفکتانت
• دما: دماي بالا باعث تغيير در سرعت جوانه زني و حتي سرعت رشد ماده مي‌شود.
• pH محلول: بر اساس نوع اسيدي يا بازي بودن عمدتا بر روي روند آزمايش اثر مي‌گذارد.

روش هاي آزمايشگاهي
براي سنتز به روش هيدروترمال در مقياس آزمايشگاهي عمدتا از اتوکلاو استفاده مي‌شود که بسته به نوع فرآيند انواع مختلفي دارد. در اين نوع فرآيند واکنش دهنده ها در داخل حلال در دو ظرف جداگانه با غلظت خاصي که وابسته به ضرايب استوکيومتري واکنش مد نظر است، کاملا حل مي‌شوند. براي اين کار معمولا از همزن هاي مغناطيسي ، اجيتيتورها و يا از سونيکيتورها استفاده مي‌شود. بهترين نوع همگني مربوط به سونيکيتورهاست که اختلاط محلول را توسط امواج ماوراي صوت انجام مي‌دهند. پس از تهيه پيش ماده‌ها آنها در يک بشر جداگانه ريخته و سپس بعد از يک سونيکيشن اوليه و با زماني نسبتا کم، در داخل محفظه اتوکلاو قرار مي‌گيرند. پس از استفاده از اتوکلاو در فشار و دماي معين، نمونه حاصل از داخل محفظه اتوکلاو خارج شده و خشک مي‌شود. در برخي از موارد بالاخص در مورد سنتز نيمه‌هادي ها، کاتاليست ها و اميتورها کلسيناسيون و خشک کردن را در اتمسفر کنترل شده شامل گازهاي خنثي، اکسيژن و نيتروژن انجام مي‌دهند.


انواع روش هاي سنتزي سولوترمال يا هيدرو ترمال
1) روش هم دمايي (Isothermal Method)
2) روش تفاضل دمايي (Temperature-Difference Method)
3) روش شيب دمايي (Temperature-Reduction Technique)
4) روش فاز شبه پايدار (Metastable-Phase Technique)
 
نمونه ای از یک راکتور جهت استفاده در فرایند هیدروترمال 

3-3- فرآيندهاي حالت جامد
از روش فرايندهاي جامد (آسياب يا پودر كردن) مي‌توان براي ايجاد نانوذرات استفاده نمود. خواص نانوذرات حاصل تحت تأثير نوع ماده آسياب‌كننده، زمان آسياب و محيط اتمسفري آن قرار مي‌گيرد. از اين روش مي‌توان براي توليد نانوذرات از موادي استفاده نمود كه در دو روش قبلي به آساني توليد نمي‌شوند.


------------------

4- تعيين مشخصات

تعيين مشخصات مواد در اندازه نانو براي كنترل سنتز و كاربرد آنها ضروري است. خواص اين تركيبات با استفاده از روش هاي گوناگوني نظير: ميكروسكوپ‌هاي الكتروني SEM و TEM، AFM، طيف‌سنجي فوتوالكترون، X-ray و FT-IR و همچنين‌ روش هاي تعيين اندازه و سطح ويژه ذرات سنجيده مي‌شود.

5- بحث ايمني

مواد در اندازه نانو خطرات احتمالي را چه از نظر پزشکي و اثر بر سلامت و چه از نظر محيطي در پي دارند. بيشتر اين موارد بخاطر نسبت زياد سطح به حجم است که مي تواند ذرات را بسيار انفعالي و واکنش پذير گرداند. مواد در اندازه نانو همچنين توانايي گذشتن از ديواره سلول هاي ارگانيسم ها را دارند و برهمکنش آنها با بدن نسبتا ناشناخته است. به هر حال نانو ذرات آزاد در محيط به سرعت گرايش به تجمع دارند و بنابراين دسته نانو را رها مي کنند. طبيعت خود نيز نانو ذرات زيادي دارد (مثل ذرات نمک معلق در اقيانوس ها يا ترپن هاي گياهي و غبار حاصل از فوران هاي آتشفشاني) که ارگانيسمهاي زنده نسبت به آنها ايمني يافته اند [17].


 [17] Ostiguy, C., Lapointe, G., Trottier, M., Ménard, L., Cloutier, Y., Boutin, M., Antoun, M., Normand, C., 2006, Studies and Research Projects, Health Effects of Nanoparticles. 
-----------------


مباحث مرتبط

کتابهاي مرتبط با نانوتکنولوژي

مشاهير نانو

نانو تکنولوژي (اخبار فناوری نانو)

تصاويري زيبا از نانوساختارها

 [FONT=Microsoft Sans Serif]نانوبیوفناوری/ بیونانوفناوری (nanobio/bionanotechnology) چیست؟   

  
 این علم در واقع کاربرد علم نانوفناوری در علوم مربوط به زیست بوده و شامل دو دستاورد مهم می‌باشد، یکی از آن‌ها کاربرد ابزار در مقیاس نانو است که می‌تواند در سیستم‌های زیستی به کار رود و دیگری به کارگیری سیستم‌های زیستی به عنوان الگوی گسترش محصولات در مقیاس نانو می باشد.  [COLOR=#0070c0]     از نانوبیوفناوری استفاده می‌کنیم؟  1. طبیعت اولین مخترع آن بوده و میلیون‌ها سال است که به تولید نانوماشین‌ها و ... می‌پردازد. همانطور که حیوانات، گیاهان و دیگر موجودات زنده را از یک تک سلول بیلوژیکی به وجود می‌آورد.
2. علم زیست فناوری (بیوتکنولوژی) می تواند دنیای فیزیکی علومی چون الکترونیک، کامپیوتر، مواد و طریقه ساخت آن ها را تحت تاثیر قرار دهد در نتیجه می‌تواند با فناوری نانو مشترکاتی داشته باشد.  [COLOR=#002060]محصولات و زمینه های فعالیت بیونانوتكنولوژی       [COLOR=#0070c0]برخی از محصولات و زمینه های فعالیت بیونانوتكنولوژی عبارتند از:   1. بیونانوماشین ها: مهم ترین زمینه كاربرد بیونانوتكنولوژی، ساخت بیونانوماشین ها ماشین های مولكولی با ابعادی در حد نانومتر است. در یك باكتری هزاران بیونانوماشین مختلف وجود دارد. نمونه آنها، ریبوزوم دستگاه بسته بندی پروتئین است كه محصولات نانومتری پروتئین ها را تولید می كند. از خصوصیات خوب بیونانوماشین ها به عنوان مثال حسگرهای نوری یا آنتی بادی ها، امكان هیبریدكردن آنها با وسایل سیلیكونی با استفاده از فرآیند میكرولیتوگرافی است. به این ترتیب با ایجاد پیوند بین دنیای نانویی بیونانوماشین و دنیای ماكروی كامپیوتر، امكان حسگری مستقیم و بررسی وقایع نانویی را می توان به وجود آورد. نمونه كاربردی این سیستم، ساخت شبكیه مصنوعی با استفاده از پروتئین باكتریورودوپسین است.
  
 
2. مواد زیستی: كاربرد دیگر بیونانوتكنولوژی، ساخت مواد زیستی مستحكم و زیست تخریب پذیر است. از جمله این مواد می توان به DNA و پروتئین ها اشاره كرد. موارد كاربرد این مواد و به خصوص در زمینه پزشكی متعدد است. از جمله موارد كاربرد این مواد، استفاده از آنها به عنوان بلوك های سازنده نانومدارها و در نهایت ساخت وسایل نانویی Nano-Device است. [COLOR=#a0a0a0]       3. موتورهای بیومولكولی: موتورهای بیومولكولی، موتورهای محركه سلول هستند كه معمولا از دو یا چند پروتئین تشكیل شده اند و انرژی شیمیایی عموما به شكل ATP را به حركت مكانیكی تبدیل می كنند. از جمله این موتورها، می توان به پروتئین میوزین اشاره کرد که باعث حركت فیلامنت ها می شود،( پروتئین های درگیر در تعمیر DNA یا ویرایش RNA به عنوان مثال، آنزیم های برشی و ATPase). از این موتورها در ساخت نانوروبات ها و شبكه هادی ها و ترانزیستورهای مولكولی قابل استفاده در مدارهای الكترونیكی استفاده می شود.           4. پزشکی: بحث مربوط به کاربرد این علم در پزشکی بسیار مهم است همچنانکه بسیاری از کشورهای پیشرفته بودجه‌های کلانی را به این بخش اختصاص داده¬اند، همچنین این زمینه به زیر موضوعاتی که در زیر شرح داده شده تقسیم می‌گردد:
• چگونگی کاربرد نانوبیوفناوری را در پزشکی:
نانوبیوفناوری می تواند کلیدی برای روشهای تشخیصی سریع ترو آسان تر بیماری ها در آزمایشات گوناگونی باشد که برای تشخیص پارامترها، ساخت بیو چیپ ها و... انجام می شوند.
این علم همچنین می تواند تولید محصولات بافتی مهندسی شده و مصنوعی را گسترش دهد. جالب آنست بافت های مصنوعی ذکر شده می توانند از بافت خود شخص بدست آیند.
• دیگر کاربردهای روش های نانوبیوفناوری در پزشکی:
این علم علاوه بر بدست دادن روش های مختلف، مطابقت ارگان های حیوانات و انسان را برای کشف راه هایی برای ساخت موادی که بتوانند جایگزین دندان و استخوان شوند تست می کند.
نانوبیوفناوری همچنین راه هایی برای تولید اندام هایی همچون شبکیه، حلزونی گوش و زیر لایه هایی که الگوی نانویی دارند و برای سرعت بخشیدن به رشد این اندام موثرند ارائه داده و بازسازی بافت ها را احیا می کند. کاربردهایی که پیشرفت آنها مهم تر می نماید عبارتند از: پیوند بافت های خارجی، جایگزینی استخوان و دندان، آنالیز پروتئین و ژن، پیوندهای بافتی داخلی و کاربردهای نانوفناوری در آزمودن دستگاه ها و دیگر انواع دستگاه های پزشکی.     نانوبیوتكنولوژی و رابطه آن با بیونانوتكنولوژی  اما نانوبیوتكنولوژی نیز واژه دیگری است كه در سال های اخیر، محققان و صاحب نظران در كتب، مقالات و كنفرانس ها به كار می برند. طبق تعریف برخی از این محققان، نانوبیوتكنولوژی، زیرمجموعه ای از نانوتكنولوژی است كه در آن از ابزارها و فرآیندهای نانویی و میكرونی برای ساخت و تهیه محصولاتی استفاده می شود كه در مطالعه سیستم های زنده استفاده می شوند. برخی دیگر از محققان، نانوبیوتكنولوژی را زمینه ای از نانوتكنولوژی می دانند كه در آن از سیستم های بیولوژیكی موجود، همچون سلول، اجزای سلولی، اسیدهای نوكلئیك و پروتئین ها برای ایجاد ساختارهای نانویی تلفیقی مركب از مواد آلی و معدنی استفاده می شود.  بیونانو یا نانوبیو؟   اگر به مفهوم و هدف دو زیرشاخه نانوفناوری یعنی بیونانوفناوری و نانوبیوفناوری نگاه شود، می‌‌‌‌توان فهمید كه اهداف هر دو شاخه یعنی تولید محصولاتی كه جهت مطالعه سیستم های زنده به كار می روند و همچنین فرآیندها و مقیاس فعالیت هر دو شاخه یعنی مقیاس های در سطح نانو، تقریبا یكسان است. بنابراین می توان این دو شاخه را به صورت كلی با نام نانوبیوفناوری نامید. منتها زمانی كه به طور صرف، از الگوها و مواد زیستی جهت ساخت وسایل در ابعاد نانو استفاده می شود، بهتر است پیشوند «بیو» مقدم بر پیشوند «نانو» بیاید. در این حالت، كاربرد واژه بیونانوفناوری تخصصی تر از واژه نانوبیوفناوری خواهد بود.
درواقع می‌‌‌‌توان بیونانوفناوری را شكلی خاص از نانوبیوفناوری دانست كه مبنای آن، استفاده از موادزیستی برای مثال پروتئین ها یا DNA جهت ساخت وسایل نانویی است.
اما در هنگام استعمال واژه نانوبیوفناوری، استفاده از ابزارهای نانویی در كاربردهای بیولوژیك نیز مورد نظر خواهد بود.   [COLOR=#002060]   نتیجه‌گیری و چشم‌انداز    از مجموع مباحث فوق نتیجه گرفته شد که " بیونانوفناوری " یک حوزه نوین ناشی از تلفیق علوم زیستی و مهندسی در حوزه نانو است که افق‌های جدیدی را در زمینة ساخت و توسعه سیستم‌های تلفیقی به‌وجود آورده و محققان را امیدوار کرده‌است که بتوانند از این تلفیق، در ساخت نانوساختارهایی استفاده کنند که در آنها از مولکول‌های بیولوژیکی به‌عنوان اجزای سیستم مورد نظر استفاده شود؛ به‌عنوان مثال، از استراتژی‌ طراحی بیولوژیک بتوانند در ساخت چارچوب‌های جداشدنی و الگویی برای چینش ( Assembly ) پایین به بالای (فرآیندی که طی آن، سازماندهی مولکولی، بدون دخالت نیروی خارجی صورت می‌گیرد) مواد معمول‌تر، استفاده کنند. این توانمندی نه‌تنها در حل مسائل مهمی در علوم زیستی چون کاوش و شناسایی دقیق ساختار موجودات زنده کابرد خواهد داشت، بلکه می‌تواند محققان را در رفع چالش‌های عمده مهندسی همچون نیاز به تکنیک‌های نوین جهت سنتز مواد و دستکاری آنها یاری دهد و به این ترتیب دنیای نانو را به دنیای ماکرو وصل کند. به‌عبارت دیگر این شاخه مهم علمی (یعنی بیونانوفناوری)، به زودی قابلیت کاربرد در حوزه‌های مختلف غیرزیستی و حوزه‌های کاربردی ماکرو را خواهد داشت؛ کاربردهایی که هرچند در حوزه زیستی نیستند ولی الهام گرفته از فرآیندهای زیستی ( Bio-inspired ) هستند.
         : [External Link Removed for Guests] 





 [COLOR=#666666][External Link Removed for Guests]   

[COLOR=#666666]   [COLOR=#666666] [COLOR=#666666][External Link Removed for Guests]     


  [COLOR=#666666][External Link Removed for Guests]  
 
[COLOR=#666666]   [COLOR=#666666] [COLOR=#666666][External Link Removed for Guests]    
 
[COLOR=#666666] [COLOR=#666666]     [COLOR=#666666] [COLOR=#666666] [COLOR=#666666][External Link Removed for Guests]