نانو تکنولوژی از دیدگاه جامعه شناختی
امروزه واژه نانو تکنولوژی برای توضیح جامع تمامی فعالیتهای انجام شده در سطح اتمی و مولوکولی که کاربردی در دنیای حقیقی داشته باشند به کار میرود. از آنجا که نانو تکنولوژی همواره در حال دگرگونی زندگی بشر است و نانو تکنولوژی جایی است که تکنولوژی امروز ما به آن سمت حرکت میکند بنابراین علم و تکنولوژی امروز ما در مقیاس نانو در برگیرنده تحقیق و توسعه در نوک پیکان گستره وسیعی از رشتهها است. اصطلاح نانو تکنولوژی در هر جایی که دانشمندان تکنولوژیست ما با عناصر سازنده مواد اتمها و مولوکولها سر و کله میزنند به کار میرود. در واقع علوم و تکنولوژی در مقیاس نانو مرزهای شیمی، علم، مواد پزشکی و سختافزارهای کامپیوتر تحقیقاتی که ادامه انقلاب تکنولوژی را ممکن میسازد در نور دیده است.
نانو تکنولوژی پهنهای از علم است که در آن ابعاد و تلرانسهایی با دقت یک دهم تا صد نانومتر نقش حیاتی ایفا میکند. در واقع این تعریف از Franks Albert تمامی زمینههای نانو را در بر میگیرد. با پیشرفت تکنولوژیهای در مقیاس نانو توسعه تولید مولکولی امکانپذیر میشود.
نانو تکنولوژیی که به مراتب قدرتمندتر و نظاممندتر است و در آن ماشینهایی در مقیاس نانو برای تولید محصولاتی در مقیاس بزرگ با دقت اتمی و هزینه پایین به کار میروند.
مکان مهندسی در مقیاس مولکولی برای اولین بار توسط ریچارد فاینمن (R.Feynnman)، برنده جایزه نوبل فیزیک، مطرح شد. فین من طی یک سخنرانی در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا در سال 1959 اشاره کرد که اصول و مبانی فیزیک امان ساخت اتم به اتم چیزها را رد نمیکند. وی اظهار داشت که میتوان با استفاده از ماشینهای کوچک ماشینهایی به مراتب کوچکتر ساخت و سپس این کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد. همین عبارتهای افسانهوار فاینمن من راهگشای یکی از جذابترین زمینههای نانو تکنولوژی یعنی ساخت روبوتهایی در مقیاس نانو شد. در واقع تصور در اختیار داشتن لشکری از نانو ماشینهایی در ابعاد میکروب که هر کدام تحت فرمان یک پردازنده مرکزی هستند، هر دانشمندی را به وجد میآورد. در رویای دانشمندانی مثل جی استورس هال (J.Storrs Hall) و اریک درکسلر (E.Drexler) این روبوتها یا ماشینهای مونتاژکن کوچک تحت فرمان پردازنده مرکزی به هر شکل دلخواهی درمیآیند. شاید در آیندهای نه چندان دور بتوانید به کمک اجرای برنامهای در کامپیوتر، تختخوابتان را تبدیل به اتومبیل کنید و با آن به محل کارتان بروید.
ماجرای پیدایش دو عبارت «رو ـ پایین» «زیر ـ بالا» در تعریف نانو تکنولوژی به جدال بزرگ اسمالی ـ درکسلر برای تصاحب مقام پدرخواندگی این دنیا اسرارآمیز برمیگردد. عبارت اول بیانگر برداشت جدیدتری از نانو تکنولوژی است که به سرکردگی ریچارد اسمالی برنده جایزه نوبل شیمی سال 1996 به خاطر کشف ساختار جدیدی از کربن موسوم به باک میسترفولون ـ 60 C در مخالفت با نانو تکنولوژی درکسلری رواج یافت. اما عبارت «زیربالا» برگرفته افکار رادیکال کیم اریک درکسلر نخستین پروفسور نانو تکنولوژی از دانشگاه MIT و بنیانگذار واژه نانو تکنولوژی در تبیین مفهوم تولید مولکولی است. در میانه دهه 80 درکسلر با تکیه بر نبوق خارقالعاده و الهام از مقاله تاریخی richard Feynman «ان پایینها یک عالمه جاهست»، مفاهیم نوینی را از کنترل و تولید مواد در سطوح اتمی و مولکول ارائه کرد. سخنان درکسلر در ابتدا به قدری حیرتآور و پیچیده به نظر میرسید که بیشتر دانشمندان و کارشناسان را تنها به تحسین واداشت. اما در اواخر دهه 90 و در اوایل هزاره سوم دو جریان متفاوت متشکل از صاحبان صنایع و عدهای از دانشمندان به سرکردگی ریچارد اسمالی نانو تکنولوژی درکسلری را اساسا وهم و خیال ناممکن میدانست با استفاده از ضعف درکسلر در جلب ناممکن میدانست با استفاده از ضعف درکسلر در جلب افکار عمومی و روابط نه چندان مناسب وی با مجامع سیاسی تلاش کردند پرچم نانو تکنولوژی را از چنگ درکسلر در آورد. سرانجام این جریان نو در سال 2003 به کمک حمایتهای سیاسی و به راه انداختن جنجال ژورنالیستی سناریوی توده لزج خاکستری درکسلر را از میدان به در کنند. به عنوان یکی از ویژگیهای نانوتکنولوژی میتوان گفت که این مفهوم در بردارنده زمینه تحقیق و توسعهای کاملا چند رشتهای است. در واقع تحقیقات در مقیاس نانو به بهرهگیری همزمان از دانش ابزارها و تکنیکها و نیز اطلاعات درباره فیزیک واکنشهای مولکولی و اتمی تبدیل شده است. امروزه دانشمندان علم مواد مهندسان مکانیک و الکترونیک و محققان علوم پزشکی به دنبال تشکیل تیمهای تحقیقاتی متشکل از زیستشناسان فیزیکدانان و شیمیدانان هستند. چیزی حدود سی سال پیش کمپانی فاکس قرن بیستم مشتاقان سینما را به سفری خارقالعاده برد. در این گشت و گذار سینمایی سیاستمداری به نام ریکوئل ولش بر اثر لخته شدن خود در آستانه مرگ قرار گرفت تا اینکه دانشمندان از طریق تکنولوژیهای معجزهآسایی کشتی فلزی ده متری را تا اندازه سرسوزنی کوچک کرد. با شروع حرکت این کشتی در جریان خون بدن ولش تماشاچیان با نفسهایی به شماره افتاده و چهرههایی لرزان گلوبولهای سفیدی را مشاهده کردند که به بزرگی غولهای عظیمالجثه در ماجراهای گالیور بودند. خدمه این کشتی پس از به پایان رساندن ماموریتشان به اندازه واقعی بازگشتند. در واقع اولین گام در راستای رویاهای بشر برای کوچک کردن پزشکی تا ابعاد میکروسکوپی بود. امروزه ما در سینما از داستانهای به مراتب مهیجتری لذت میبریم. داستان بچههایی که به اندازه مورچه در میآیند و ماشین میکروسکوپی که برای آلوده کردن جهان فرستاده شدهاند. این تکنولوژی جدید توانایی آن را دارد که تاثیری اساسی بر کشورهای صنعتی در دهههای آینده بگذارد. در اینجا به برخی از نمونههای عملی در زمینه نانو تکنولوژی که براساس تحقیقات و مشاهدات بخش خصوصی به دست آمده است، اشاره میشود. انتظار میرود که مقیاس نانومتر به یک مقیاس با کارایی بالا و ویژگیهای منحصر بفرد، طوری ساخته خواهند شد که روش شیمی سنتی پاسخگوی این امر نمیتواند باشد. نانو تکنولوژی میتواند باعث گسترش فروش سالانه 300 میلیارد دلار برای صنعت نیمه هادیها و 900 میلیون دلار برای مدارهای مجتمع، طی 10 تا 15 سال آینده شود. نانو تکنولوژی، مراقبتهای بهداشتی، طول عمر، کیفیت و تواناییهای جسمی بشر را افزایش خواهد داد. تقریبا نیمی از محصولات دارویی در 10 تا 15 سال آینده متکی به نانو تکنولوژی خواهد بود که این امر، خود 180 میلیارد دلار نقدینگی را به گردش در خواهد آورد. کاتالیستهای نانو ساختاری در صنایع پتروشیمی دارای کاربردهای فراوانی هستند که پیشبینی شده است این دانش، سالانه 100 میلیارد دلار را طی 10 تا 15 سال آینده تحت تاثیر قرار دهد. نانو تکنولوژی موجب توسعه محصولات کشاورزی برای یک جمعیت عظیم خواهد شد و راههای اقتصادیتری را برای تصویه و نمکزدایی آب و بهینهسازی راههای استفاده از منابع انرژیهای تجدیدپذیر همچون انرژی خورشیدی ارائه نماید. بطور مثال استفاده از یک نوع انباره جریان گذرا با الکترودهای نانولوله کربنی که اخیرا آزمایش گردید، نشان داد که این روش 10 بار کمتر از روش اسمز معکوس، آب دریا را نمکزدایی میکند. انتظار میرود که نانو تکنولوژی نیاز بشر را به مواد کمیاب کمتر کرده و با کاستن آلایندهها، محیط زیستی سالمتر را فراهم کند. برای مثال مطالعات نشان میدهد در طی 10 تا 15 سال آینده، روشنایی حاصل از پیشرفت نانو تکنولوژی، مصرف جهانی انرژی را تا 10 درصد کاهش داده، باعث صرفهجویی سالانه 100 میلیارد دلار و همچنین کاهش آلودگی هوا به میزان 200 میلیون تن کربن شود. در چند سال گذشته بازار چند میلیارد دلاری برپایه نانو تکنولوژی گسترش یافتهاند. برای مثال در ایالات متحده، IBM برای هد دیسکهای سخت، یک سری حسگرهای مغناطیسی را ابداع کرده است.
Eastern Kodak و M3 تکنولوژی ساخت فیلمهای نازک نانو ساختاری را به وجود آوردهاند. شرکت Mobil کاتالیستهای نانو ساختاری را برای دستگاههای شیمیایی تولید کرده است و شرکت Merck، داروهای نانو ذرهای را عرضه کرده است. تویوتا در ژاپن مواد پلیمری تقویت شده نانو ذرهای را برای خودروها و Samsung Electronics در کره، در حال کار بر روی سطح صفحات نمایش توسط نانو لولههای کربنی هستند. بشر درست در ابتدای مسیر قرار دارد و فقط چندین محصول تجاری از نانو ساختارهای یک بعدی بهره میگیرند (نانو ذرات، نان لولهها، نانو لایه و سوپر لاستیکها). نظزیات جدید و روشهای مقرون به صرفه تولید نانو ساختارهای دو و سه بعدی از موضوعات مورد بررسی آینده میباشند. نانو تکنولوژی یا کاربرد فناوری در مقیاس یک میلیونیم متر، جهان حیرتانگیزی را پیشروی دانشمندان قرار داده است که در تاریخ بشریت نظیری برای آن نمیتوان یافت. پیشرفتهای پرشتابی که در این عرصه بوقوع میپیوندد، پیام مهمی را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستیابی به تواناییهای بدیلی برای تغییر محیط پیرامون خویش قرار گرفته است و جهان و جامعهای که در آیندهای نه چندان دور به مدد این فناوری جدید پدیدار خواهد شد، تفاوتهایی بنیادین با جهان مالوف آدمی در گذشته خواهد داشت. نانو تکنولوژی نظیر هر فناوری دیگری چونان یک تیغ دولبه است که میتوان از آن مسیر خیر و صلاح و یا نابودی و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهرهگیری از این فناوری شناخت دقیقتر خصوصیات آن و آشنایی با قابلیتهای بالقوهای است که در خود جای داده است. در خصوص نانو تکنولوژی یک نکته را میتوان به روشنی و بدون ابهام مورد تاکید قرار داد: این فناوری جدید هنوز، حتی برای متخصصان، شناخته شده نیست و همین امر هاله ابهامی را که آن را در برگرفته ضخیمتر میکند و راه را برای گمانزنیهای متنوع هموار میسازد.
کسانی بر این باورند که این فناوری نظیر هیولایی فرانکشتین در داستان مری شلی و یا همانند جعبه پاندورا در اسطورههای یونان باستان، مرگ و نابودی برای اینان بشر در پی دارد. در مقابل گروهی نیز معتقدند که به مدد تواناییهای حاصل از این فناوری میتوان عالم را گلستان کرد. در حال حاضر 450 شرکت تحقیقاتی ـ تجاری در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمریکا و ژاپن با بودجهای که در مجموع به 4 میلیارد دلار بالغ میشود سرگرم انجام تحقیقات در عرصه نانو تکنولوژی هستند. در این قلمرو اتمها و ذرات رفتاری غیرمتعارف از خود به نمایش میگذارند و از آنجا که کل طبیعت از همین ذرات تشکیل شده، شناخت نحوه عمل آنها، به یک معنا شناخت بهتر نحوه شکلگیری عالم است. به این ترتیب دانشمندانی که در این قلمرو به کاوش مشغولند، به یک اعتبار با ذهن و ضمیر خالق هستی و نقشه شگفتانگیز او در خلقت عالم آشنایی پیدا میکنند، اما از آنجا که دانایی توانایی به همراه میآورد، شناسایی رازهای هستی میتواند توان فوقالعادهای را در اختیار کاشفان این رازها قرار دهد. تحقیق در قلمرو نانو تکنولوژی از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستین نتایج چشمگیر از رهگذر این تحقیقات عاید گردید.
از جمله آنکه یک گروه از محققان شرکت آیبیام موفق شدند 35 اتم گزنون را بر روی یک صفحه از جنس نیکل جای دهند و با کمک این تک اتمها نامی را بر روی صفحه نیکلی درج کنند. محققان دیگر به بررسی درباره ساختارهای ریز موجود در طبیعت نظیر تار عنکبوتها و رشتههای ابریشم پرداختند تا بتوانند موادی نازکتر و مقاومتر تولید کنند. در این میان ساخت یک نوع مولکول جدید کربن موسوم به باکمینسترفولرین یا کربن ـ 60 راه را برای پژوهشهای بعدی هموارتر کرد. محققان با کمک این مولکول که خواص حیرتانگیز آن هنوز در درست بررسی است، لولههای موئینهای در مقیاس نانو ساختهاند که میتواند برای ایجاد ساختارهای مختلف در تراز یک میلیونیم متر مورد استفاده قرار گیرد. بررسیهایی که در ابعاد نانو بر روی مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازهای را آشکار کرده است. به عنوان مثال ذرات سیلیکن در این ابعاد از خود نور ساطع میکنند و لایههای فولاد در این مقیاس از استحکام بیشتری در قیاس با صفحات بزرگتر این فلز برخوردارند.
برخی شرکتها از هماکنون بهرهبرداری از برخی یافتههای نانو تکنولوژی را آغاز کردهاند. به عنوان نمونه شرکت آرایشی اورال از مواد نانو در محصولات آرایشی خود استفاده میکند تا بر میزان تاثیر آنها بیفزاید. ساخت دیودهای نوری با استفاده از مواد نانو موجب میشود تا 80 درصد در هزینه برق صرفهجویی شود. توپهای تنیسی که با کربن 60 ساخته شده و روانه بازار گردیده سبکتر و مستحکمتر از توپهای عادی است. شرکتهای دیگر با استفاده از مواد نانو پارچههایی تولید کردهاند که با یک بار تکاندن آنها میتوان حالت اتوی اولیه را به آنها بازگرداند و همه چین و چروکهایشان را زایل کرد. با همین یک بار تکان همه گرد و خاکی که به این پارچهها جذب شدهاند نیز پاک میشوند. نوارهای زخمبندی هوشمندی با این مواد درست شده که به محض مشاهده نخستین علائم عفونت در مقیاس مولکولی، پزشکان را مطلع میسازند. از همین نوع مواد همچنین لیوانهایی تولید شده که قابلیت خود ـ تمیز کردن دارند. لنزها و عدسیهای عینک ساخته شده از جنس مواد نانو ضدخش هستند و یک گروه از محققان تا آنجا پیش رفتهاند که درصددند با مواد نانو پوششهای مناسبی تولید کنند که سلولهای حاوی ویروسهای خطرناک نظیر ویروس ایدز را در خود میپوشاند و مانع خروج آنها میشود. مهمترین نکته درباره موقعیت کنونی فناوری نانو آن است که اکنون دانشمندان این توانایی را پیدا کردهاند که در تراز تک اتمها به بهرهگیری از آنها بپردازند و این توانایی بالقوه میتواند زمینهساز بسیاری از تحولات بعدی شود. یک گروه از برجستهترین محققان در حوزه نانو تکنولوژی بر این اعتقادند که میتوان بدون آسیب رساندن به سلولهای حیاتی، در درون آنها به کاوش و تحقیق پرداخت. شیوههای کنونی برای بررسی سلولها بسیار خام و ابتدایی است و دانشمندان برای شناخت آنچه که در درون سلول اتفاق میافتد ناگزیرند سلولها را از هم بشکافند و در این حال بسیاری از اطلاعات مهم مربوط به سیالهای درون سلول یا ارگانلهای موجود در آن از بین میرود.
یک گروه از محققان که در گروهی موسوم به اتحاد سیستمهای زیستی گردآمدهاند، سرگرم تکمیل ابزارهای ظریفی هستند که هدف آن بررسی اوضاع و احوال درون سلول در زمان واقعی و بدون آسیب رساندن به اجزای درونی سلول یا مداخله در فعالیت بخشهای داخلی آن است. ابزاری که این گروه مشغول ساخت آن هستند ردیفهایی از لولهها یا سیمهای بسیار ظریفند که قادرند وظایف مختلفی را به انجام برسانند از جمله آنکه هزاران پروتئینی را که به وسیله سلولها ترشح میشود شناسایی کند. گروههای دیگر از محققان نیز به نوبه خود سرگرم تولید دستگاهها و ابزارهای دیگر برای انجام مقاصد علمی دیگر هستند.
به عنوان نمونه یک گروه از محققان سرگرم تکمیل فیبرهای نوری در ابعاد نانو هستند که قادر خواهند بود مولکولهای موردنظر را شناسایی کنند. گروهی نیز دستگاهی را در دست ساخت دارند که با استفاده از ذرات طلا میتواند پروتئینهای معینی را فعلا سازد یا از کار بیندازد. به اعتقاد پژوهشگران برای آنکه بتوان از سلولها در حین فعالیت واقعی آنها اطلاعات مناسب به دست آورد، باید شیوه تنظیم آزمایشها را مورد تجدیدنظر اساسی قرار داد. سلولها در فعالیت طبیعی خود امور مختلفی را به انجام میرسانند: از جمله انتقال اطلاعات و علائم و دادهها میان خود، رد و بدل کردن مواد غذایی و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حیاتی. یک گروه از روش تازهای موسوم به الگوی انتقال ابر ـ شبکه استفاده کردهاند که ساخت نیمه هادیهای نانومتری به قطر تنها 8 نانومتر را امکانپذیر میسازد. هر یک از این لولههای بسیار ریز بالقوه میتوانند یک پادتن خاص یا یک اولیگو نوکلئو اسید و یا یک بخش کوچک از رشته دیانای بر روی خود جای دهند.
با کمک هر تراشه میتوان 1000 آزمایش متفاوت بر روی یک سلول انجام داد. برای دستیابی به موفقیت کامل باید بر برخی از محدودیتها غلبه شود، از جمله آنکه در حال حاضر برای بررسی سلولها باید آنها را در درون مایعی قرار داد که مصنوعاً محیط زیست طبیعی سلولها را بازسازی میکند، اما یون موجود در این مایع میتواند سنجندههای موئینه را از کار بیندازد. برای رفع مشکل، محققان سلولها را درون مایعی جای میدهند که چگالی یون آن کمتر است. گروههای دیگری از محققان نیز در تلاشند تا ابزارهای مناسب در مقیاس نان برای بررسی جهان سلولها ابداع کنند. یکی از این ابزارها چنانکه اشاره شد یک فیبر نوری است که ضخامت نوک آن 40 نانومتر است و بر روی نوک نوعی پادتن جا داده شده که قادر است خود را به مولکول موردنظر در درون سلول متصل سازد. این فیبر نوری با استفاده از فیبرهای معمولی و تراش آنها ساخته شده و بر روی فیبر پوششی از نقره اندود شده تا از فرار نور جلوگیری به عمل آورد. نحوه عمل این فیبر نوری در خور توجه است.
از آنجا که قطر نوک این فیبر نوری، از طول موج نوری که برای روشن کردن سلول مورد استفاده قرار میگیرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهای نور نمیتوانند خود را تا انتهای فیبر برسانند، در عوض در نزدیکی نوک فیبر مجتمع میشوند و یک میدان نوری بوجود میآورند که تنها میتواند مولکولهایی را که در تماس با نوک فیبر قرار میگیرند تحریک کند. به نوک این فیبر نوری یک پادتن متصل است و محققان به این پادتن یک مولکول فلورسان میچسبانند و آنگاه نوک فیبر را به درون یک سلول فرو میکنند. در درون سلول، نمونه مشابه مولکول فلورسان نوک فیبر، این مولکول را کنار میزند و خود جای آن را میگرد. به این ترتیب نوری که از مولکول فلورسان ساطع میشد از بین میرود و فضای درون سلول تنها با نوری که به وسیله میدان موجود در فیبر نوری بوجود میآید روشن میشود و در نتیجه محققان قادر میشوند یک تک مولکول را در درون سلول مشاهده کنند.
مزیت بزرگ این روش در آن است که باعث مرگ سلول نمیشود و به دانشمندان اجازه میدهد درون سلول را در هنگام فعالیت آن مشاهده کنند. نانو تکنولوژی همچنین به محققان امکان میدهد که بتوانند رویدادهای بسیار نادر یا مولکولهای با چگالی بسیار کم را مشاهده کنند. به عنوان مثال بلورهای مینیاتوری نیمه هادیهای فلزی در یک فرکانس خاص از خود نور ساطع میکنند و از این نور میتوان برای مشخص کردن مجموعهای از مولکولهای زیستی و الصاق برچسب برای شناسایی آنها استفاده کرد. به نوشته هفتهنامه علمی نیچر چاپ انگلستان یک گروه از محققان دانشگاه میشیگان نیز توانستهاند سنجنده خاصی را تکمیل کنند که قادر است حرکت اتمهای روی را در درون سلولها دنبال کند و به دانشمندان در تشخیص نقایص زیست عصبی مدد رساند.
از ابزارهای در مقیاس نانو همچنین میتوان برای عرضه موثرتر داروها در نقاط موردنظر استفاده به عمل آورد. در آزمایشی که بتازگی به انجام رسیده نشان داده شده است که حمله به سلولهای سرطانی با استفاده از ذرات نانو 100 برابر بازده عمل را افزایش میدهد. محققان امیدوارند در آیندهای نه چندان دور با استفاده از نانو تکنولوژی موفق شوند امور داخلی هر سلول را تحت کنترل خود درآورند. هماکنون گامهای بلندی در این زمینه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان میتوانند فعالیت پروتئینها و مولکول دیانای را در درون سلول کنترل کنند. به این ترتیب نانو تکنولوژی به محققان امکان میدهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها یعنی اصلیترین بخش سازنده بدن جانداران به بهترین وجه کامل سازند.
در پایان میتوان گفت مفهوم جدید نانو تکنولوژی آنقدر گسترده و ناشناخته است که ممکن است روی علم و تکنولوژی در مسیرهای غیرقابل پیشبینی تاثیر بگذارد.
نظرات بینندگان
پربیننده ترین
ارسال خبرنامه
برای عضویت در خبرنامه سایت ایمیل خود را وارد نمایید.
