برخی اهداف فناوری نانو :

1-      توسعه فناوری و تحقیقات در سطوح اتمی ، مولکولی و یا ماکرو مولکولی در مقیاس اندازه های 1 تا 100 نانومتر.

2-      خلق و استفاده از ساختارها ، ابزار و سیستمهایی که به خاطر اندازه کوچک آنها ، خواص و عملکرد جدیدی دارند.

3-      توانایی کنترل یا دستکاری درسطوح اتمی .

اهمیت نانو ابعاد:  

دلایل زیادی برای اهمیت نانو ابعاد وجود دارد ، که بعضی از آنها به شرح زیر است :

1-   خصوصیات مواد در اندازه های نانو متری دچار تغییراتی می شود و با طراحی مواد نانو متری تغییر در خصوصیات ماکروسکوپیک و میکروسکوپیک ماده مانند رنگ ، خواص مغناطیسی، دمای ذوب و ... بدون تغییر ترکیبات شیمیایی آن ممکن می شود .

2-    از جمله خصوصیت مواد بیولوژیکی و زنده، سازماندهی منظم آنها در ابعاد نانومتری است و توسعه در زمینه نانو فناوری به ما اجازه خواهد داد که چیزهای نانو ابعادی ساخت بشر را در داخل سلولهای زنده قرار دهیم . همچنین این کار باعث خواهد شد که با استفاده از خود چینی طبیعت بتوانیم مواد جدیدی بسازیم . مطمئناً این کار باعث ایجاد ترکیبات بیولوژی با علم مواد خواهد شد .

3-   ترکیبات نانو متری دارای نسبت سطح به حجم بسیار زیادی هستند ( حجم کمی دارند اما سطح زیادی را پوشش می دهند ) و لذا استفاده از آنها در مواد کامپوزیتی دارو رسانی در بدن و ذخیره انرژی به شکل شیمیایی ( مانند گاز طبیعی و هیدروژن ) بسیار ایده آل خواهد بود .

4-   سیستم های ماکروسکوپیک ساخته شده ازنانو ساختارها می توانند چگالی بسیار بیشتری نسبت به مواد ساخته شده از میکروساختارها داشته باشند و همچنین هدایت الکتریکی بهتری دارند . با استفاده ازبرهمکنش نانو ساختارها مفاهیم جدیدی در ابزارهای الکترونیکی، مانند مدارهای کوچکتر و سریعتر، کارایی بسیار پیشرفته تر و مصرف برق بسیار کمتر پدید می آید .

تفاوت فناوری نانو با فناوری دیگر

در فناوری نانو تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نیست بلکه زمانی که اندازه مواد در این مقیاس قرار می گیرد، خصوصیات ذاتی آنها از جمله رنگ ، استحکام، مقاومت  در برابر خوردگی و ... تغییر می یابد .

در واقع اگر بخواهیم تفاوت این فناوری را با فناوری های دیگر بیان نماییم ، می توانیم وجود " عناصر پایه " را به عنوان یک معیار ذکر کنیم .

عناصر پایه در حقیقت همان عناصر نانو مقیاسی هستند که خواص آنها در حالت نانو مقیاس با خواص شان در مقیاس بزرگتر فرق می کند .

عناصر پایه:

1-      نانو ذرات

اولین و مهمترین عنصر پایه، نانو ذره است . منظور از نانو ذره، ذراتی با ابعادی درحدود 1 تا 100 نانو متر و در هر سه بعد می باشد . نانو ذرات می توانند از مواد مختلفی تشکیل شوند، مانند نانو ذرات فلزی، سرامیکی و ...

2-      نانو لوله های کربنی

این عنصر پایه در سال 1991 توسط دانشمندان ژاپنی کشف شد و در حقیقت لوله هایی از جنس گرافیت می باشند . این نانو لوله ها دارای اشکال و اندازه های مختلفی هستند ومی توانند تک دیواره یا چند دیواره باشند . این لوله خواص بسیار جالبی دارند که منجر با ایجاد کاربردهای قابل توجهی از آنها می شوند .

3-      نانو کپسولها

1-   سومین عنصر پایه، نانوکپسول است . همان طوری که از اسم آن مشخص است ،کپسول هایی هستند که قطر نانومتری دارند و می توان مواد مورد نظر را درون آنها قرار داد و کپسوله کرد .

شاخه های فناوری نانو :

فناوری نانو منحصر به یک رشته خاص نیست، بلکه رشته ای میان رشته ای است یعنی به علوم مختلف وابسته است و با استفاده از پیشرفتهای علوم مختلف می توان به پیشرفتهای فناوری نانو دست یافت. بنابراین کاربردهای متفاوتـی را می توان برای این فناوری متصور شد. مانند کاربردهای الکترونیکی پزشکی، زیستی و ... که از نظر رشته ای ارتباط خاصی با یکدیگر ندارند . لذا ممکن است فناوری نانو رشته ای کاملاً گسسته به نظر آید که موضوعات آن هیچ ارتباطی با هم ندارند.

برخی محققین فناوری نانو، این حوزه را به سه رشته تقسیم بندی می کنند که عبارتند از :

·         نانو فناوری مرطوب

·         نانو فناوری خشک

·         نانو فناوری  محاسباتی                                                                                       

نانو فناوری مرطوب :

این شاخه به مطالعه سیستم های زنده ای می پردازد که اساساً در محیط های آبی وجود دارند . دراین شاخه ساختمان مواد ژنتیکی، غشاء ها و سایر ترکیبات سلولی در مقیاس نانو متر مورد مطالعه قرار می گیرند . پژوهشـگران موفـق شده اند ساختارهای زیستی فراوانی تولید کنند که بتوان نحوه عملکرد آنها را در مقیاس نانویی کنترل کرد . این شاخه در برگیرنده علوم پزشکی، دارویی و به طور کلی علوم و روشهای مرتبط با زیست فناوری است .

نانو فناوری خشک:

این شاخه ، از علوم پایه مانند شیمی و فیزیک مشتق می شود و به مطالعه ساختارهای مواد از قبیل کربن ، سیلیکون و مواد غیر آلی و فلزی می پردازد . نکته قابل توجه این است که الکترونهای آزاد که در فناوری مرطوب موجب انتقال مواد و انجام واکنشها می شوند ،در فناوری خشک خصوصیات فیزیکی ماده را پدید می آورند . در نانو فناوری خشک کاربرد مواد نانویی در الکترونیک، مغناطیس و ابزارهای نوری مورد مطالعه قرار می گیرد. برای مثال طراحی و ساختن میکروسکوپ هایی که بتوان با استفاده از آنها مواد را در ابعاد نانو متر مورد مطالعه قرار داد .

نانوفناوری محاسباتی:

در بسیاری ازمواقع ابزار آزمایشگاهی موجود برای انجام برخی از آزمایشهای نانومتریک مناسب نیستند و لذا در مواردی چنین، از رایانه ها برای شبیه سازی فرآیندها و واکنش های اتم ها و مولکول ها استفاده می شود . شناختی که به وسیله محاسبه به دست می آید، باعث می شود که زمان لازم برای پیشرفت نانو فناوری خشک بطور محسوسی کاهش یابد والبته تاثیر مهمی در نانو فناوری مرطوب نیز خواهد داشت .

روش های ساخت در فناوری نانو:

اصولا در فناوری نانو دو روش برای ساخت محصولات نانویی وجود دارد :

الف : روش پایین به بالا:

منظور از پایین به بالا ،چینش اتم به اتم، مولکول به مولکول از یک ماده کنار هم بطور دلخواه جهت ایجاد و ساخت مواد جدید نانومتری است . در این روش که خود شامل شیوه های مختلف تولید است، مواد جدید با چینش اتمی خاص و منحصر بفرد می توانند ساخته شوند .

ب : روش بالا به پایین:

در این روش برای رسیدن به نانو مواد، باید ذرات وترکیبات بزرگتر ماده را با استفاده از روش های متداول مانند خرد کردن در چند مرحله به مواد در مقیاس نانومتری تبدیل کنیم .

دانشمندان برای ساخت انبوه محصولات نانویی به دنبال یافتن روش هایی هستند که بتوانند بصورت خود به خودی یا خود تکثیری، خود چینی و غیره مواد نانو متری را تولید کند .

خود چینی:  

خود چینی عبارتست ازجذب اتم ها و مولکولهای مواد بطور هوشمندانه توسط خود آنها و بصورت خود به خودی به منظور ایجاد ساختار به هم پیوسته و منظم .

فناوری نانو چیست؟

از اهداف مهم فناوری نانو ــ و شاید مهم‌ترین آنها ــ به وجود آوردن ساختارهایی از مواد است که در آنها آرایش مولکول‌ها از پیش طراحی شده باشد. روش‌های مرسوم تولید، مثل روش ذوب فلزات و سرد کردن آنها در قالب، چنین امکانی را فراهم نمی‌کنند. پس چگونه می‌توان چنین ساختارهایی را به وجود آورد؟ این مقاله می‌خواهد به همین سؤال پاسخ بگوید.

فرض کنید تعدادی آجر خانه‌سازی دارید و می‌خواهید با آن چیزی ــ بهتر است بگوییم «ساختاری» ــ مانند شکل 1 بسازید.

شکل 1

چگونه این کار را انجام می‌دهید؟ احتمالاً روش شما هم با ما یکی است: چهار آجر دو در دو را کنار هم می‌گذارید و بعد چهار آجر دو در دوی دیگر را به صورت عمودی به آنها متصل می‌کنیدتا ساختار مورد نظر شکل بگیرد.

بسیار خوب، حالا فرض کنید که وقتی آجرهای خانه‌سازی را از فروشگاه می‌خرید، آنها به شکل یک مکعب بزرگِ پیش‌ساخته مثل شکل دو باشند.

شکل 2

حالا اگر بخواهیم به شکل یک برسیم چه کنیم؟ اجازه دهید جواب را ما به روش خودمان بدهیم: آجرهای اضافیِ مکعب بزرگ را حذف کنید تا شکل یک کم‌کم خودش را نشان بدهد. (مثل شکل 3)

شکل 3

در روش اول با استفاده از قطعات کوچک یک قطعة بزرگتر ساختیم. به این روش، «ساختن از پایین به بالا» می‌گوییم. در روش دوم قطعات زائدِ یک قطعة بزرگ را حذف کردیم تا به ساختار مورد نظر برسیم. به این روش، «ساختن از بالا به پایین» می‌گوییم.

حالا فرض کنید یک ساختار جدید برای ساختن پیشنهاد شود، مثل شکل 4.

شکل 4

سؤال: از کدام روش برای ساختن این ساختار استفاده کنیم؟ نظر شما چیست؟

اوضاع کمی پیچیده شد، اما غم به خود راه ندهید! این مقاله برای ساده کردن همین پیچدگی نوشته شده است. یکی از عوامل تعیین‌کنندة جواب، این است که ماده‌ی اولیه‌ی ما به چه شکل است؟ اگر مادة دمِ دست ما تعدادی قطعه‌ی کوچک و ریز باشد، از روش پایین به بالا استفاده می‌کنیم؛ اگر مادة اولیه یک قطعه‌ی بزرگ باشد، از روش بالا به پایین استفاده می‌کنیم. در عین حال، ممکن است هر دو روش هم به کار رود. مثلاً اگر ماده‌ی اولیه برای ساختن شکل پنج به صورت مکعب بزرگی با آجرهای دو در چهار، یعنی همان شکل دو باشد، نمی‌توان با حذف بعضی آجرها مستقیماً به ساختار نهایی رسید. در این حالت، می‌توانیم آجرهای بالا و پایین ساختار شکل چهار را برداریم (ساختن از بالا به پایین) و بعد دو آجر دودردوی مورد نیاز را به جای آنها متصل کنیم. ( ساختن از پایین به بالا)

شکل 5

در صنعت هم از هر دو روش با هم استفاده می‌شود. به مثال‌های زیر توجه کنید:

o یک نجار می‌خواهد مجسمه‌ای چوبی بسازد. او یک قطعه‌ی بزرگ چوب را برمی‌دارد و با رنده و سوهان آن را می‌تراشد و پرداخت می‌کند تا مجسمه ساخته شود. این کدام روش است؟

o نجار می‌خواهد یک صندلی بسازد. او پایه‌های میز و قطعات مربوط به تکیه‌گاه صندلی را جداگانه می‌سازد و بعد آنها را به هم متصل می‌کند. این کدام روش است؟

حالا به نانوفناوری فکر کنید: به نظر شما کدام روش ساختن در نانوفناوری کاربرد دارد؟

تا چند سال پیش، راه دست‌کاری و جابه‌جا کردن تک‌مولکول‌ها و ساختارهای نانویی یک‌طرفه بود. یعنی برای ساختن چیزها در مقیاس کوچک، می‌بایست یک قطعه‌ی بزرگ‌تر را با تراشیدن و خرد کردن یا حل کردن بخش‌های اضافی با اسید و… آن‌قدر کوچک می‌کردیم تا به قطعه‌ی نهایی برسیم. به عیارت دیگر، روش‌ تولید ساختارهای کوچک، از نوع بالا به پایین بود.

در چند سال اخیر فنونی ابداع شده‌اند که اجازه می‌دهند مولکول‌ها یا ذرات نانویی را جابه‌جا و آنها را به هم متصل کنیم. مثل جابه‌جا کردن ذرات نانویی با میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) یا فنون ساختن نانولوله‌های کربنی. این فوت و فن‌ها در مجموع روش ساختن از پایین به بالا هستند.

فنون گفته‌شده در بالا، برای ساختن محصولاتی که بسیار کوچک‌اند مناسب به نظر می‌رسند، اما اگر بخواهیم یک دیوار چندسانتی‌متریِ یکدست را به این روش بسازیم، چند ده سال طول می‌کشد تا مولکول‌ها را تک‌تک کنار هم بچینیم و دیوار مورد نظر را بسازیم. در عین حال، اگر بخواهیم دیوار را با استفاده از مواد موجود، مانند فلزات و سنگ‌های ساختمانی، بسازییم، دیوار یکدست و منظم نخواهد بود. (مقاله‌ی نانوفناوری چیست؟، ساختار مواد و عیوب کریستالی را ببینید.) پس چه کار کنیم؟

پیدا کردن فنون تولید مناسب در نانوفناوری موضوعی است که در چند سال اخیر به‌شدت مورد توجه محققان و دانشمندان بوده است. در واقع، در نانوفناوری هم از روش‌ ساختن از بالا به پایین استفاده می‌شود (به کمک فنونی مانند لیتوگرافی و آسیاب کردن ذرات) و هم از روش ساختن از پایین به بالا (به کمک فنونی مانند خودآرایی یا رسوب‌دهی بخار). منتظر مقاله‌های بعدی باشگاه نانو در این موضوع باشید.

منبع : www.nanoclub.ir

یک گروه تحقیقاتی در موسسه فناوری ماساچوست (MIT) به سرپرستی پروفسور پولا هاموند، استاد مهندسی شیمی، پوشش نازکی را طراحی کرده اند که می تواند در صورت کاشته شدن در داخل بدن انسان (implant) دوزهای معینی از دارو را به محل اثر آن برساند و همانند یک میکرودارو عمل نماید. ویژگی جدید این سیستم آن است که می توان این پوشش را با امواج حاصل از فعالیت یک میدان الکتریکی باز نمود و دارو را آزاد کرد.

این پوشش معمولا در حدود nm 150 ضخامت دارد و می تواند در مناطق ویژه ای از بدن کاشته شود. این پوشش ها از لایه هایی تکرار شونده از جنس دو ماده ساخته شده اند: یک رنگدانه با بار منفی و یک مولکول دارویی با بار مثبت و یا یک مولکول دارویی خنثی که در پوششی از یک مولکول با بار مثبت قرار گرفته است.

مولکول رنگدانه مورد استفاده که در این مورد Prussian Blue می باشد (مولکولی مشتق از فریک فروسیانید با رنگ آبی تیره که مورد تایید FDA است)، مولکول دارویی را در بر می گیرد و دارو را در محل اثرش به موقع آزاد می کند. این فرآیند زمانی رخ می دهد که یک پتانسیل الکتریکی با این پوشش نازک برخورد می کند و موجب می شود که مولکول رنگدانه ی Prussian Blue بار منفی خود را از دست بدهد و پوشش نازک باز گردد و در نتیجه دارو آزاد شود. پس بنا بر این میزان داروی فرستاده شده و زمان رسیدن آن به محل اثر در این روش به وسیله برقراری ولتاژ الکتریکی و یا قطع آن دقیقاً قابل کنترل می باشد.

این پوشش ها می توانند بسته های مجزایی از داروها را با خود حمل نمایند و به صورت جداگانه آزاد کنند که این ویژگی می تواند در شیمی درمانی بیماران سرطانی سودمند باشد و به همین جهت اکنون مورد مطالعه این گروه تحقیقاتی قرار گرفته است.

از آن جایی که این پوشش ها لایه لایه ساخته می شوند، می توان به آسانی ساختار آنها را مشخص کرد . هم چنین این پوشش ها می توانند بر روی هر سطحی با هر اندازه و شکلی قرار بگیرند و انعطاف پذیری بیشتری را نسبت به سیستم های قبلی که تاکنون با این اندازه طراحی شده اند، نشان می دهند. یک مزیت دیگر این پوشش ها آن است که به راحتی می توان آنها را با استفاده از انواع تکنیک ها در مقیاس انبوه (صنعتی) تولید نمود.

این پوشش های نازک احتمالاً می توانند برای انتقال داروها در بیماری های سرطان، دیابت، صرع و غیره به کار گرفته شوند و نیز امکان دارد بتوان به کمک این پوشش های نازک، سیستم هایی را طراحی کرد که دارو را به صورت خودکار در مکان و زمان مورد نیاز آزاد نماید. نتایج کار این گروه تحقیقاتی در قالب مقاله ای، در شماره ی 11 فوریه نشریه پیشرفت های علمی آکادمی ملی علوم، به چاپ رسیده است.

منبع:http://nano.ir/news-home.php