مقاله آيا بيونانوتكنولوژي با نانوبيوتكنولوژي متفاوت است؟

[*mishi* 11,920]

مقدمه

با پيشرفت علم و تکنولوژي در جهان، مرتباّ بر تعداد واژه‌هاي تخصصي افزوده مي‌شود. در اين ميان، گسترش علوم و تکنولوژي نانو و تعامل آن با بيوتکنولوژي، منجر به توليد و کاربرد واژه‌هايي چون بيونانوتکنولوژي و نانوبيوتکنولوژي در گفته‌ها و نوشته‌هاي محققان مختلف در سطح جهان شده است. آشنايي محققان و سياستگذاران علمي کشور با اين واژه‌ها، مي‌تواند آنها را در مطالعات و تصميم‌گيري‌ها ياري کند. در اين مطلب، سعي شده است با استفاده از منابع اينترنتي، مقالات و کتب موجود و همچنين استفاده از نظرات برخي متخصصين امر، تعاريف ساده‌اي از دو واژة بيونانوتکنولوژي و نانوبيوتکنولوژي ارايه شود.

 

مفهوم و زمينة کاربرد بيونانوتکنولوژي

تلفيق بيوتکنولوژي با فناوري نوظهور نانوتکنولوژي، مباحث جديدي را بين محققان، هم در سطح دانشگاهي و هم در حوزه صنعت به ‌وجود آورده است. نتيجة اين تلفيق، ظهور " بيونانوتکنولوژي " به‌عنوان يک زمينة تحقيقاتي بين‌رشته‌اي است که به ‌سرعت در حال رشد و توسعه است و با مقوله علم و مهندسي در سطح مولکول ارتباط دارد.

 

برخي از صاحب ‌نظران، بيونانوتکنولوژي را به‌عنوان زيرمجموعه‌اي از نانوتکنولوژي، به اين صورت تعريف کرده‌اند: " مطالعه و ايجاد ارتباط بين بيولوژي مولکولي ساختاري و نانوتکنولوژي مولکولي ". برخي ديگر، آن ‌را به‌عنوان زير مجموعه‌اي از بيوتکنولوژي بدين شکل تعريف کرده‌اند: " به‌کارگيري پتانسيل بالقوة بيولوژي در ساخت و سازماندهي ساختارهاي پيچيده با استفاده از مواد ساده و با دقت در حد اتم ". در اين زمينه، تنها تفاوتي که بين بيونانوتکنولوژي و بيوتکنولوژي وجود دارد اين است که طراحي و ساخت در مقياس نانو جزء لاينفک پروژه‌هاي بيونانوتکنولوژي است در حالي‌که در پروژه‌هاي بيوتکنولوژي، نيازي به فهم و طراحي در حد نانو نيست.

 

چنان‌که ملاحظه مي‌گردد، برخلاف تعريف " بيوتکنولوژي" که به معني فناوري استفاده از موجودات زنده و اجزاي موجودات زنده در راستاي نيازهاي صنايع مختلف است و همچنين برخلاف تعاريف واژه‌هايي چون "بيومتريال" و "بيومکانيک" که معمولا به‌معني استفاده از قابليت‌هاي فناوري‌هاي "مواد" و يا "مکانيک" در کاربردهاي زيستي است، در تعريف بيونانوتکنولوژي، هم کاربرد ابزارهاي بيولوژيکي به‌عنوان سازمان‌دهنده و ماده اوليه جهت ساخت محصولات و مواد نانويي، مورد توجه است و هم کاربرد محصولات توليدي تکنولوژي نانو، جهت مطالعة وقايع درون سلول‌هاي زنده و تشخيص و معالجة بيماري‌ها.

 

آنچه مسلم است ظهور اين زمينة تحقيقاتي، حاصل تغيير عقيدة بسياري از محققان در استفاده از راهکارهاي پايين به بالا ( Bottom-Up approach ) به جاي استفاده از راهکار بالا به پايين ( Top-Down approach ) جهت ساخت وسايل و مواد بسيار ريز است. در راهکارهاي بالا به پايين نانوتکنولوژي، سعي بر اين است که وسايل موجود مرتبا کوچکتر شوند؛ به اين راهکار، نانوتکنولوژي مکانيکي نيز گفته مي‌شود. اما در راهکار پايين به بالا، هدف ايجاد ساختارهاي ريز از طريق اتصال اتم‌ها و مولکول‌ها به‌يکديگر است؛ در اين راهکار از الگوهاي بيولوژيکي بهره ‌گيري مي‌شود.

 

محصولات و زمينه‌هاي فعاليت بيونانوتکنولوژي

برخي از محصولات و زمينه‌هاي فعاليت بيونانوتکنولوژي عبارتند از:

 

1- بيونانوماشين‌ها

مهمترين زمينة کاربرد بيونانوتکنولوژي، ساخت بيونانوماشين‌ها (ماشين‌هاي مولکولي با ابعادي در حد نانومتر) است. در يک باکتري هزاران بيونانوماشين مختلف وجود دارد. نمونه آنها، ريبوزوم‌ (دستگاه بسته ‌بندي پروتئين) است که محصولات نانومتري (پروتئين‌ها) را توليد مي‌کند. از خصوصيات خوب بيونانوماشين‌ها (به‌عنوان مثال حسگرهاي نوري يا آنتي‌بادي‌ها)، امکان هيبريدکردن آنها با وسايل سيليکوني با استفاده از فرآيند ميکروليتوگرافي است. به اين ترتيب با ايجاد پيوند بين دنياي نانويي بيونانوماشين و دنياي ماکروي کامپيوتر، امکان حسگري مستقيم و بررسي وقايع نانويي را مي‌توان به‌وجود آورد. نمونه کاربردي اين سيستم، ساخت شبکية مصنوعي با استفاده از پروتئين باکتريورودوپسين است.

 

2- مواد زيستي ( Biomaterial )

کاربرد ديگر بيونانوتکنولوژي، ساخت مواد زيستي مستحکم و زيست ‌تخريب‌پذير است. از جملة اين مواد مي‌توان به DNA و پروتئين‌ها اشاره نمود. موارد کاربرد اين مواد، به‌خصوص در زمينة پزشکي متعدد است. از ‌جمله موارد کاربرد اين مواد، استفاده از آنها به‌عنوان بلوک‌هاي سازنده نانومدارها و در نهايت ساخت وسايل نانويي ( Nano-Device ) است. همچنين به‌ دليل خصوصيات مناسب اين مواد از آنها در ترميم ضايعات پوستي استفاده مي‌شود.

 

3- موتورهاي بيومولکولي

موتورهاي بيومولکولي، موتورهاي محرکه سلول هستند که معمولا از دو يا چند پروتئين تشکيل شده‌اند و انرژي شيميايي (عموماً به شکل ATP ) را به حرکت (مکانيکي) تبديل مي‌کنند. از جمله اين موتورها، مي‌توان به پروتئين ميوزين (باعث حرکت فيلامنت‌ها مي‌شود)، پروتئين‌هاي درگير در تعمير DNA يا ويرايش RNA (به‌عنوان مثال، آنزيم‌هاي برشي) و ATPase اشاره کرد. از اين موتورها در ساخت نانوروبات‌ها و شبکة هادي‌ها و ترانزيستورهاي مولکولي (قابل استفاده در مدارهاي الکترونيکي) استفاده مي‌شود. از جمله زمينه‌هاي ديگري که از بيونانوتکنولوژي استفاده مي‌شود، مي‌توان به تکنولوژي دستکاري تک مولکول ( Single Molecule )، تکنولوژي Biochip و Drug Delivery ( ساخت نانوکپسول و نانوحفره)، تکنولوژي Microfluidics (به‌عنوان مثال، ساخت lab on a chip )، BioNEMS (ساخت پمپ‌ها، حسگرها و اهرم‌هاي نانويي)، Nucleic Acid Bioengineering (ساخت نانوسيم DNA و يا کاربرد در همسانه‌ سازي و ترانسفرميشن)، Nanobioprocessing (خودساماندهي، دستکاري سلولي و توليد فرآورده‌هاي زيستي)، حسگرهاي زيستي (ارزيابي ايمني غذا و محيط ‌زيست) و Bioselective surface (مورد استفاده در تکنولوژي‌هاي جداسازي زيستي)، اشاره نمود.

 

نانوبيوتکنولوژي و رابطة آن با بيونانوتکنولوژي

اما نانوبيوتکنولوژي نيز واژه ديگري است که در سال‌هاي اخير، محققان و صاحب‌نظران در کتب، مقالات و کنفرانس‌ها به‌ کار مي‌برند. طبق تعريف برخي از اين محققان، نانوبيوتکنولوژي، زيرمجموعه‌اي از نانوتکنولوژي است که در آن از ابزارها و فرآيندهاي نانويي و ميکروني براي ساخت و تهيه محصولاتي استفاده مي‌شود که در مطالعه سيستم‌هاي زنده استفاده مي‌شوند . برخي ديگر از محققان، نانوبيوتکنولوژي را زمينه‌اي از نانوتکنولوژي مي‌دانند که در آن از سيستم‌هاي بيولوژيکي موجود، همچون سلول، اجزاي سلولي، اسيدهاي نوکلئيک و پروتئين‌ها براي ايجاد ساختارهاي نانويي تلفيقي (مرکب از مواد آلي و معدني) استفاده مي‌شود.

اگر به مفهوم و هدف دو زيرشاخة نانوتکنولوژي يعني بيونانوتکنولوژي و نانوبيوتکنولوژي نگاه شود، مي‌توان فهميد که اهداف هر دو شاخه (يعني توليد محصولاتي که جهت مطالعة سيستم‌هاي زنده به ‌کار مي‌روند) و همچنين فرآيندها و مقياس فعاليت هر دو شاخه (يعني مقياس‌هاي در سطح نانو)، تقريبا يکسان است. بنابراين مي‌توان اين دو شاخه را به ‌صورت کلي با نام نانوبيوتکنولوژي ناميد. منتهي زماني که به‌طور صرف، از الگوها و مواد زيستي جهت ساخت وسايل در ابعاد نانو استفاده مي‌شود، بهتر است پيشوند "بيو" مقدم بر پيشوند "نانو" بيايد. در اين حالت، کاربرد واژه بيونانوتکنولوژي تخصصي‌تر از واژه نانوبيوتکنولوژي خواهد بود. مي‌توان بيونانوتکنولوژي را شکلي خاص از نانوبيوتکنولوژي دانست که مبناي آن، استفاده از موادزيستي (براي مثال پروتئين‌ها يا DNA ) جهت ساخت وسايل نانويي است؛ اما در هنگام استعمال واژة نانوبيوتکنولوژي، استفاده از ابزارهاي نانويي در کاربردهاي بيولوژيک نيز مورد نظر خواهد بود. بار ديگر تأکيد مي‌شود که کاربرد هر کدام از اين دو واژه، تا حد زيادي سليقه‌اي است و به زمينة تخصصي محققان مختلف، بستگي دارد

 

نتيجه‌گيري و چشم‌انداز

از مجموع مباحث فوق نتيجه گرفته شد که " بيونانوتکنولوژي " يک حوزة نوين ناشي از تلفيق علوم زيستي و مهندسي در حوزة نانو است که افق‌هاي جديدي را در زمينة ساخت و توسعة سيستم‌هاي تلفيقي به‌وجود آورده و محققان را اميدوار کرده‌است که بتوانند از اين تلفيق، در ساخت نانوساختارهايي استفاده کنند که در آنها از مولکول‌هاي بيولوژيکي به‌عنوان اجزاي سيستم مورد نظر استفاده شود؛ به‌عنوان مثال، از استراتژي‌ طراحي بيولوژيک (مثلاٌ، حالت زيپ ‌مانند مولکول دورشته‌اي DNA ) بتوانند در ساخت چارچوب‌هاي جداشدني و الگويي براي چينش ( Assembly ) پايين به بالاي (فرآيندي که طي آن، سازماندهي مولکولي، بدون دخالت نيروي خارجي صورت مي‌گيرد) مواد معمول‌تر، استفاده کنند. اين توانمندي نه ‌تنها در حل مسائل مهمي در علوم زيستي چون کاوش و شناسايي دقيق ساختار موجودات زنده کاربرد خواهد داشت، بلکه مي‌تواند محققان را در رفع چالش‌هاي عمده مهندسي همچون نياز به تکنيک‌هاي نوين جهت سنتز مواد و دستکاري آنها ياري دهد و به اين ترتيب دنياي نانو را به دنياي ماکرو وصل کند. به‌عبارت ديگر اين شاخة مهم علمي (يعني بيونانوتکنولوژي)، به زودي قابليت کاربرد در حوزه‌هاي مختلف غيرزيستي و حوزه‌هاي کاربردي ماکرو را خواهد داشت؛ کاربردهايي که هرچند در حوزه زيستي نيستند ولي الهام گرفته از فرآيندهاي زيستي ( Bio-inspired ) هستند.

 

» منبع: شبكه تحليگران تكنولوژي ايران

[*mishi* 11,920]

این تکنولوﮋی جدید توانایی آن را دارد که تاثیری اساسی بر کشورهای صنعتی در دهه های آینده بگذارد. در اینجا به برخی از نمونه های عملی در زمینه نانوتکنولوﮋی که بر اساس تحقیقات و مشاهدات بخش خصوصی به دست آمده است، اشاره می شود .

 

انتظار می رود که مقیاس نانومتر به یک مقیاس با کارایی بالا و ویژگیهای منحصربفرد ، طوری ساخته خواهند شد که روش شیمی سنتی ﭘاسخگوی این امر نمی تواند باشد .

 

• نانوتکنولوﮋی می تواند 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 .

 

• نانوتکنولوﮋی ، 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 نانوتکنولوﮋی خواهد بود که این امر ، خود 180 میلیارد دلار نقدینگی را به گردش درخواهد آورد .

 

• کاتالیستهای نانوساختاری در صنایع ﭘتروشیمی دارای کاربردهای فراوانی هستند که ﭘیش بینی شده است این دانش ، سالانه 100 میلیارد دلار را طی 10 تا 15 سال آینده تحت تاثیر قرار دهد .

 

• نانوتکنولوﮋی موجب توسعه محصولات کشاورزی برای یک جمعیت عظیم خواهد شد و راههای اقتصادی تری را برای تصویه و نمک زدایی آب و بهینه سازی راههای استفاده از منابع انرﮋیهای تجدید پذیر 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 نمک زدایی می کند .

 

• انتظار می رود که نانوتکنولوﮋی نیاز بشر را به مواد کمیاب کمتر کرده و با کاستن آلاینده ها، محیط زیستی سالمتر را فراهم کند . برای مثال مطالعات نشان می دهد در طی 10 تا 15 سال آینده ، روشنایی حاصل از ﭘیشرفت نانوتکنولوﮋی ،مصرف جهانی انرﮋی را تا 10 درصد کاهش داده ، باعث صرفه جویی سالانه 100 میلیارد دلار و همچنین کاهش آلودگی هوا به میزان 200 میلیون تن کربن شود.

 

در چند سال گذشته بازار چند میلیارد دلاری بر ﭘایه نانوتکنولوﮋی گسترش یافته اند. برای مثال در ایالات متحده، IBM برای هد دیسکهای سخت، یک سری حسگرهای مغناطیسی را ابداع کرده است. Eastern Kodak و 3M تکنولوﮋی ساخت فیلمهای نازک نانو ساختاری را به وجود آورده اند . شرکت Mobil کاتالیستهای نانو ساختاری را برای دستگاههای شیمیایی تولید کرده است و شرکت Merck ، داروهای نانوذره ای را عرضه کرده است. تویوتا در ژاپن مواد ﭘلیمری تقویت شده نانوذره ای را برای خودروها و Samsung Electronics در کره ، در حال کار بر روی سطح صفحات نمایش توسط نانولوله های کربنی هستند . بشر درست در ابتدای مسیر قرار دارد و فقط چندین محصول تجاری از نانوساختارهای یک بعدی بهره می گیرند ( نانو ذرات، نانو لوله ها، نانو لایه و سوﭘر لاستیکها ). نظریات جدید و روشهای مقرون به صرفه تولید نانوساختارهای دو و سه بعدی از موضوعات مورد بررسی آینده می باشند.

» منبع: Physicsir.com