نانو پزشكي

بدن انسان از ساختارهاي مولكولي فعال و پيچيده اي ساخته شده است و زماني كه اين ساختارها دچار آسيب شوند، سلامتي انسان تهديد مي شود .روشهاي متفاوتي براي تشخيص بيماريها وجود دارند .به عنوان مثال يك پزشك  مي تواند از طريق سوالاتي كه از بيمار مي پرسد يا عكس گرفته شده با اشعه X و يا جراحي ، به علل  يك بيماري پي ببرد .پزشكان قادر به تشخيص بيماريهاي مختلفي هستند ولي تاكنون بيماريهاي بسياري نيز ناشناخته و مرموز باقي مانده اند .شناخت يك بيماري به معناي داشتن اطلاعاتي كامل راجع به آن نيست  .مثلا پزشكان مي توانند قبل از اينكه در مورد نوع ميكروب اطلاعاتي داشته باشند، عفونت را تشخيص دهند .بدون در نظر گرفتن درمانهايي از قبيل ماساژ دادن و پرتوافكني ، جراحي و مصرف داروها دو نوع اصلي درمان هستند .
جراحي روشي مستقيم براي برطرف كردن ناراحتيهاي بدن است كه امروزه توسط متخصصان مجرب و آموزش ديده انجام مي شود .جراحان به منظور درمان ، براي برداشتن غدد سرطاني ، برطرف كردن انسداد رگها و حتي جايگزين كردن اعضاي مختلف ، پوست و بافت بدن را برش مي دهند .اين روش مي تواند خطرات بسياري در برداشته باشد .به هوش نيامدن ، مقاومت بدن در برابر عضو جديد و از بين رفتن سلولها، نمونه اي از اين خطرات هستند .جراحان كنترل دقيق بر عمل جراحي ندارند .بدن  انسان توسط ماشينهاي مولكولي كه اكثرا داخل سلولها هستند، فعاليت مي كند .جراحان قادر به ديدن مولكولها و در نهايت ترميم آنها نيستند .بنابراين علم  كنوني قادر به درمان كامل بيماريها و يا حتي تشخيص بسياري از بيماريها نيست  .پزشكان همواره سعي كرده اند كه به بدن كمك كنند تا خود عمل درمان و التيام بخشي را انجام دهد .در ابتدا اين عمل روند كندي داشت ولي با به كارگيري متدها و تجهيزات جديدي كه امروزه وارد عرصه پزشكي شده اند، سرعت زيادي به خود گرفته است  .در آينده اي نه چندان دور، بيماريهاي مهلكي چون ايدز و سرطان ، قابل پيشگيري و درمان خواهند شد .اگر تصور چنين مساله اي برايتان غير ممكن است ، به پيشرفتهاي جهان پزشكي توجه كنيد .در زمان قديم تصور بريدن بدن انسان به وسيله كارد آن هم بدون احساس هيچ گونه دردي ، ناممكن بود .وجود بيماريهاي لاعلاج بسياري كه در دوران قديم وجود داشته اند و اكنون داروهايي براي درمان آنها كشف شده است ، اين اميد را براي ما زنده نگه مي دارد كه در آينده اي نزديك تمام بيماريها قابل پيشگيري و درمان خواهند بود .
قابليتها و توانمنديهاي نانوپزشكي اين نكته را گوشزد مي كند كه مي توان به زندگي و زنده بودن اميدوار بود .امروزه ممكن است در عنفوان جواني حمله قلبي يا سرطان ناگهاني و غير منتظره به سراغ مان بيايند .اما به راستي بيماران در حال مرگ چگونه مي توانند از فوايد تكنولوژيهاي آتي پزشكي بهره جويند‚ چگونه مي توان از ساختار فيزيكي بدن محافظت كرد تا پيشرفتهاي تكنولوژي پزشكي در آينده ، سلامتي را به بيماران باز گرداند .
موضوعي خارق العاده در علم پزشكي مطرح شده است مبني بر اينكه بيماران در حال مرگ را مي توان منجمد كرد و سپس به مدت چندين دهه يا حتي چندين قرن در نيتروژن مايع نگهداري كرد تا زماني كه تكنولوژي پزشكي به حدي پيشرفت كند كه قادر به بازگرداندن سلامتي آنها شود.
نانوتكنولوژي ، تكنولوژي برتر  قرن بيست و يكم است كه امكان ساخت ماشين هاي مولكولي پيچيده را در اختيار ما قرار مي دهد .نانوپزشكي فن به كارگيري تدابير نانوتكنولوژي است و راه حلي است براي پايان دادن به بحرانهاي جهاني مراقبتهاي پزشكي  .
نانوتكنولوژي قادر به پيشگيري و معالجه بيماريهاست  .البته اين مبحث هنوز در حال گذراندن مراحل اوليه خود است ولي توان متغير ساختن علم پزشكي قرن بيست و يكم را داراست  .ابتدايي ترين تجهيزات نانوپزشكي را مي توان در تشخيص بيماريها به كار گرفت  .
در كنار تمام داروها وتجهيزات پزشكي كه نانوتكنولوژي براي علم پزشكي به ارمغان آورده است ، نانوروباتهاي ساخته شده مي توانند تا بدانجا توسعه داده شوند كه بدون هيچ آسيب و ناراحتي وارد بدن شوند و به تشخيص بيماريها و درمان آنها بپردازند .نانوروباتها قادر به ترميم سلولها، بافتها و اعضاء هستند .بيماريهايي چون سرطان ، هموفيلي ، آرتروز، رماتيسم ، ايدز و برخي از بيماريهاي ذهني توسط آنها كنترل مي شود و در نهايت از بين مي رود .نانوروباتها به قدري كوچكند كه مي توانند به راحتي از ميان رگها عبور كنند .اين روباتها طور ي طراحي شده اند كه توسط سرنگ به بدن انسان تزريق مي شوند و سپس از طريق رگها و ديگر مسيرهاي سلولي در بدن انسان گردش مي كنند .نانوروباتها يا نانوماشين ها مي توانند اعضاي داخلي بدن و چگونگي كاركرد آنها را تنظيم كنند و به قدري پيشرفته اند كه در جراحي پلاستيك نيز به كار گرفته مي شوند .با وجود نانوروباتها، انسانها قادرند فرم بدن خود را از نو بسازند و حتي جنسيت خود را تغيير دهند .اين نانوروبات ها در زمينه هاي پزشكي همچون موارد زير نيز كاربردهاي فراوني دارند:
تغيير شكل  دادنDNA
مستحكم كردن استخوانهاي شكسته
 تغيير رنگ مو، چشم و پوست
با تزريق نانوماشين ها به ماهيچه مي توان توانايي انسان را افزايش داد .نانوماشين ها مي توانند جايگزين گلبولهاي خون نيز شوند و خوني بسازند كه قابليت نقل و انتقال  وترميم سلولهاي مختلف بدن را داشته باشد و موجب حيات ابدي شود .خون ساخته شده ارزان قيمت خواهد بود و از لحاظ كارآيي همانند خون معمولي است و بدون در نظر گرفتن گروه خوني قابل تزريق به همه انسانها نيز هست .
نانوماشين هاي نانوپزشكي به وجود آورنده مرحله جديدي از تكامل انساني هستندكه سبب  بقاء بشر مي شوند .نانو ماشين ها طوري طراحي شده اند كه قادر به ساخت اتم ها و در نتيجه درمان بسياري از بيماريهاي مزمن امروزي هستند .
تصلب شرائين يكي از اين بيماريهاست  .در اثر اين بيماري ، كلسترول در ديواره هاي داخلي رگها رسوب مي كند و سبب  تنگ شدن رگها مي شود .زماني كه شاهرگهاي قلب نيز بر اثر اين بيماري تنگ شدند، آن گاه خطر احساس مي شود .هنگامي كه جريان خون محدود مي شود، بافتهايي كه توسط رگها تغذيه مي شوند، خواهند مرد .اولين نشانه هاي گرفتن رگها در قلب ، بروز آنژين است  .اگر بيماري پيشرفته شود، ماهيچه هاي قلب مي ميرند و سبب حمله قلبي مي شود .بدين منظور نانوماشين هايي طراحي و برنامه ريزي شده اند كه قادر به جستجو، يافتن و برطرف كردن رسوبات كلسترول و در نتيجه باز كردن مجدد رگها هستند .با كمك نانو ماشين هاي ترميم كننده سلولها، مي توان مشكلات مربوط به سلولها و بافتها را برطرف كرد .بدين منظور ماشين هاي ترميم كننده سلولها به ابزارها و گيرنده هاي حسي در ابعاد مولكولي احتياج دارند .اندازه  اين ماشين ها با اندازه باكتريها و ويروسها برابر است  .ماشين هاي ترميم كننده سلولها مي توانند در مسير جريان خون حركت كنند و همان گونه كه ويروس ها داخل سلولها مي شوند، به سلولها وارد شوند .نانوماشين ها با تست كردن محتوا و فعاليت سلولها، مشكلات موجود را مشخص مي كنند .نانوماشين ها برحسب مشكل تشخيص داده شده ،  تعيين مي كنند كه آيا سلول بايد ترميم شود و يا اينكه از بين برود .براي درمان سرطان نيز از اين روش استفاده مي شود .در ضمن ، كنترل اين نانوماشين ها توسط نانوكامپيوتر صورت مي گيرد .
از آنجايي كه تمام ناراحتي ها و مشكلات فيزيكي انسان در اثر تغيير آرايش اتمها صورت مي پذيرد، ماشين هاي ترميم كننده سلولها، اتمها را به محل صحيح خود باز مي گردانند و مشكل را برطرف مي كنند .با وجود جالب بودن اين موضوع ، بايد در نظر داشت كه برطرف كردن ناراحتي هاي فيزيكي به تنهايي نمي تواند مشكل اصلي را رفع كند .به عنوان مثال اگر فردي دچار ضربه مغزي شود، بافتهاي آسيب ديده او ترميم مي شوند اما اطلاعاتي كه در سلولهاي مغز ذخيره شده بودند از بين مي رود .يكي از مواردي كه توسط نانوتكنولوژي قابل درمان نيست مربوط به سلامتي ذهن است  .با اين وجود برخي از تواناييهاي ذهني از طريق بازيابي سطوح هورموني و شيميايي مغز، درمان مي شوند .
مشكل كهولت نيزتوسط نانوماشين ها برطرف مي شود .ناتوان شدن استخوانها، چروك شدن پوست ، كاهش فعاليت آنزيمها، التيام كند و آهسته زخمها، ضعيف شدن حافظه و تمامي مشكلات ناشي از كهولت در اثر آسيب مولكولها، موجب عدم توازن شيميايي و تغيير ساختارهاي مولكولي مي شوند.اگر ماشين هاي ترميم كننده سلولها بتوانند سلولها و ساختارهاي آسيب ديده را ترميم  كنند، روند كهولت خيلي آرامتر طي خواهد شد .
درنتيجه پيشرفت نانوتكنولوژي و نانوپزشكي ، ممكن است ميانگين عمر انسان  زماني به صدها تا هزاران سال برسد.
 به نقل از نشرية وب شمارة 17

مثالهايي از كاربردهاي فناوري نانو در پزشكي امروزه از روش‌هاي داربست يا قالب در علم ارتوپدي و بعضاً در جراحي اعصاب استفاده مي‌شود. در اين روش قالب اوليه وجود دارد، اين قالب راهنمايي خواهد بود براي " هسته‌گزيني و رشد مواد نانو " بطوري‌كه بتدريج بافت مورد نظر حاصل مي‌گردد. در حال حاضر بهترين مثال كاربرد بيومينراليزاسيون در جهت رشد استخوان مصنوعي مي‌باشد. با استفاده از تيتانيوم كه بصورت مش يا سيلندرهاي سوراخ‌دار ساخته مي‌شوند و از نظر جراحي قابليت پيوند دارند، تشكيل ارگانوآپاتيت عملي شده است. فرض بر آن است كه كريستال‌هاي جنيني بسيار ظريف توسط سوراخ‌هاي ريز به‌دام افتاده و در پي آن هسته‌هايي از اين كريستال‌ها تشكيل شده و شاهد رشد آپاتيت بر روي فلز خواهيم بود. در روش پيشرفته‌تر نيازي به قرار‌گيري بر ساختمان‌هاي فلزي ابتدائي (داربست) نيست، بلكه نانوفيبرهاي مولكولي، خود مونتاژ و ساخته مي‌شوند و در بين رشته‌ها كريستال‌هاي هيدروكسي اپاتيت مينراليزه قرار خواهند گرفت و همانند ساختمان‌هاي كلاژن استخوان بوجود مي‌آيد. با راه‌اندازي اين نوع فناوري‌‌هاي بيولوژيك و تشكيل چنين مواد پيشرفته به نظر مي‌رسد نه فقط دسترسي به فراورده‌هاي مورد نظر ممكن است بلكه به اطلاعاتي دست خواهيم يافت كه مي‌توان از طريق آنها به نشانه‌هاي اثرات ضدالتهابي و حمايت‌هاي نوروتروپيك درون سلول پي برده و امروزه درصدد آن هستند كه علاوه بر ارتوپدي در جراحي اعصاب براي فيوژن مهره‌ها از اين فناوري بالفعل استفاده نمايند. بطور اعم با سيستم‌هاي ميكروالكترومكانيكال و ابزارهاي الكترونيك كه هم‌سازگاري بيولوژيك دارند و از اجزاء مهندسي بافتي مي‌باشند آشنا هستيم و مي‌دانيم امروزه در بدن انسان در درمان دستگاه‌هاي مختلف استفاده مي‌شوند. اين ابزار و وسائل در سطح مولكولي نبوده بلكه در مقياس ماكرومولكولي (اكثراً پلي‌مر) مي‌باشند و قادر به اعمالي در سطح نانو نيستند. گرچه در حال حاضر دانش نانوفناوري بسيار ابتدائي مي‌باشد و در سطح علوم پايه اين مطالعات و پژوهش‌ها پايه‌ريزي مي‌شود ولي چشم‌انداز آن بسيار اميدواركننده مي‌باشد و ديري نخواهد پائيد كه شاهد اين فناوري در كاربرد باليني باشيم. براي مثال ساخت داروهائي است كه با استفاده از نانوريزداروها بخصوص در عبور از سد خوني مغز در سال 2002 در مجلات علمي دارويي منتشر شده‌اند. همچنين از مولكول‌هايي كه شبيه درخت داراي شاخ و برگ بوده و براي ژن‌درماني يا استفاده در MRI بعنوان كنتراست استفاده مي‌شوند. كشف دندريمرها ( Dendrimers ) اكتشاف جالبي از فناوري مولكول‌ها مي‌باشد. در شروع Gene therapy (ژن‌درماني) براي رساندن ژن مورد نظر به سلول استفاده از ويروس بعنوان حامل مطرح بوده همان‌گونه كه از سرنگ براي تزريق دارو استفاده مي‌شود. امروزه با كشف دندريمرها كه مولكول‌هاي ساختگي مي‌باشند مي‌توان ژن مورد نظر را به سلول انتقال داد. همچنين از اين نانوريزذرات مي‌توان بعنوان مواد حاجب در MRI استفاده نمود و تصاوير بسيار شفاف دريافت نمود. علاوه بر موارد فوق امروزه از مامبران هاي (پرده هاي) اختصاصي براي جدانمودن تركيبات آلي با وزن بسيار كم از محلول‌هاي آبي استفاده مي‌شود. اين نانومامبران‌ها قادرند بطور خيلي اختصاصي الترافيلتراسيون، تركيبات سمي را جدا نمايند. سالهاست كه انديشه بهره‌وري از رايانه‌هايي كه براساس مولكول‌هاي پروتئيني ساخته خواهد شد مطرح شده است. بر پايه اين تفكر اطلاعات در نوكلئوتيدهاي DNA كدگذاري مي‌شود و در تعقيب آن راه‌هاي دسترسي به مواد مختلف بيوشيمي ظهور مي‌كند. گرچه دانش ما بصورت ميكرو بسياري از مسائل را ظاهراً از نظر بيماري‌ها مورد بحث و تجزيه و تحليل قرار داده است، ولي شكي نيست كه تقريباً پاية هر پروسة پاتوفيزيولوژيك بر اساس مولكولي است، مثلاً امروزه بيماري‌هاي ديابت قندي و ارتريواسكلروز تا حدي شناخته شده است ولي فقط نانوفناوري مي‌تواند در شناسائي اختصاصي تحليل چگونگي تغييرات ريزذرات در ايجاد بيماري‌ها كمك نمايد و با شناخت اين تحولات مكانيسم‌هاي پيشگيري را مي‌توان مورد بررسي و استفاده قرار داد. بطور خلاصه كاربرد نانوفناوري در پزشكي مسلماً در آينده بسيار نزديك در رسيدن به اهداف اساسي يعني شناخت پاية بيماري‌ها و راه‌هاي مقابله با آنها دنياي جديدي را پيش روي ما قرار خواهد داد.   /* /*]]>*/ منبع: سايت نانو

درمان بيماريها با ابزارهاي نانوتكنولوژي

17 سپتامبر 2001- جان‌راف نيز مانند مكانيك ، مهندس يا دانشمند براي كارش به ابزارهاي دقيقي نياز دارد. اما جائيكه ديگران به دنبال آچار، گيج يا پيچ‌گوشتي هستند، دكتر راف و تيم محققش در Starpharma در جستجوي لوله آزمايش هستند.
 از سال 1996 آنها در حال پيشرفت بوده‌اند و ابزارهايي مولكولي با ابعاد يك ميلياردم متر(نانومتر) ساخته‌اند. اين ابزارها دقيقترين ابزارها و وسايلي هستند كه تا به حال توسط بشر ساخته شده است.
اين گروه در شركت Starpharma واقع در ملبورن، با مجهز شدن به اين مولكولها، تركيبات و داروهايي را توسعه داده‌اند، كه اميدوارند بيماريهاي كشنده مانند ايدز، سرطان، هپاتيتها و قوباء را معالجه و يا از آنها جلوگيري كنند.
 هفته گذشته اين شركت گام مهمي براي رسيدن به اين هدف برداشت و  خبر داد كه شركت تشخيص طبي  Panbio Limited به DNL (Dendritic Nanotechnologies Ltd.) پيوسته است- شركتي كه قبلاً توسط Starpharma و دونالد توماليا (شيميدان دانشگاه مركزي ميشيگان) يكي از پيشگامان در اين زمينه تاسيس شده بود.
 دكتر راف مي‌گويد، همبستگي باعث تلفيق تخصص پيشگامان سه حوزه علمي در استفاده از درختسان‌ها (dendrimers)، كه مولكولهاي دست‌ساز بزرگي هستند، ميشود. او مي‌گويد، دكتر توماليا و تيم محققش در توسعه ساختارهاي درخشان پيشقدم بودند درحاليكه Starpharma دو يا سه سال است كه شروع به رقابت در استفاده از درختسان براي داروسازي كرده است.
 با كار در سطح اتمي، دانشمندان در DNL درختسان‌هايي مي‌سازند،كه نزديك به 1000 اتم دارند و تقريباً بزرگترين مولكولهاي جهان هستند. يكي از خصوصياتي كه درختسان‌ها را بي‌نظير مي‌سازد، اين است كه كاملاً يك شكل ساخته مي‌شوند. دكتر‌راف مي‌گويد، چيزي كه آنها را خيلي مفيد ساخته اين است كه مي‌توان رفتارشان را از لحاظ شيميايي دستكاري كرد. " آنها شبيه مولكولهاي معمولي رفتار نمي‌كنند. آنها تقريباً شبيه ساختارهاي مكانيكي رفتار مي‌كنند و مي‌توانيم آنها را وارد كنيم تا آنچه را كه ما مي‌خواهيم انجام دهند: به كبد بروند، روي سطح سلول بنشينند، يا به درون آن بروند."
   دكتر راف مي‌گويد، اين راهكارها در معالجه پزشكي متحول‌كننده هستند. درختسان‌ها مي‌توانند شبيه پروتئينها ساخته شوند و مانند داربست عمل نمايند و چندين عامل مختلف مقابله‌كننده با بيماري را بر روي خود به جاهاي مخصوص داراي عفونت حمل كنند.
دكتر را ف مي‌گويد شركت Panbio در مورد شناسايي كاربردهاي درختسان‌ها پيشرفت‌هايي كرده است. با تغيير دادن سطح يك درختسان، مواد مختلف را مي‌توانيم وادار كنيم به آن بچسبند، كه اين ميتواند باعث دقت خيلي بالايي در تشخيص بيماريها شود. او مي‌گويد ، DNL درختسان‌ها را در عرض چندماه خواهد فروخت و Starpharma پس از تصويب اداره مركزي غذا و داروي ايالات متحده (FDA) آزمايشهاي انساني را از نيمه اول سال بعد شروع خواهد كرد. او مي‌گويد :"درخت سان‌ها اولين نانوساختارهايي خواهند بودكه مانند دارو وارد بدن انسان خواهند شد."
 در ضمن در كنار تحقيقات آنها، يك مسير كليدي پژوهشي هم وجود دارد تا قيمت محصول درختسان را پايين بياورد.

نانوجسگر چيست؟

در اين گزارش هنگامي که به واژه نانوحسگر اشاره مي‌کنيم منظور ما يكي از حسگرهاي زير مي‌باشد.

حسگرهايي که در ساخت آنها از نانوذرات، نانوپوشش‌ها و يا از ساير مواد مصرفي نانومتري استفاده شده است ولي توليد آنها از طريق فناوري مرسوم مي‌باشد.

(2) حسگرهايي که از نانومواد براي سيستم حسي آنها استفاده شده و براي توليدشان نيز از بعضي فناوري‌هاي نانوالکتريکي مانند مولکترونيک (molectronics)، اسپينترونيک، پلاستيک‌ها يا پليمرهاي الکترونيکي، نانولوله‌ها و نانوسيم‌ها استفاده شده است.

پيش‌بيني نانومارکتز نشان مي‌دهد که نانوحسگرهاي نوع اول بازار نانوحسگرها را در طول دهه بعد به‌دست خواهند گرفت و سپس براي اولين بار در سال 2011 به ميزان 50% رشد منفي خواهند داشت. به هر حال پيشرفت نانوحسگرهاي نوع دوم واقع‌گرايانه‌تر است.

شرکت ان. وي.اي (NVE) از هم اکنون نانوحسگرهايي بر پايه فناوري اسپينترونيک را براي بازار سمعک‌ها و دستگاه‌هاي تنظيم‌کننده ضربان قلب خريداري کرده است؛ يعني در جاهايي که اندازه کوچک اين دستگاه‌ها مزاياي بسيار آشکاري دارد.

جذابيت‌هاي نانوحسگرها                           

به طور صريح اين قبيل مزاياي نانوحسگرها باعث شده است که به عنوان فرصتي وسوسه‌انگيز براي بازار تلقي شوند. نانوحسگرها به طور ذاتي کوچک‌تر و حساس‌تر از ساير حسگرها مي‌باشند. همچنين اين ظرفيت را دارند که قيمت تمام شدة آنها کمتر از قيمت تمام‌شده حسگرهاي موجود در بازار باشد.

در اين تحقيق نشان داده شده که اگر توليد انبوه نانوحسگرها توجيه اقتصادي پيدا کند هزينه توليد آنها مي‌تواند بسيار کمتر از حسگرهاي معمولي باشد. براي مثال اگر قيمت حسگرهاي صنعتي متداول امروزي، چند 10 هزار دلار باشند براي نانوحسگرهايي که بتوانند همان کار را انجام دهند به صورت نظري چند 10 دلار برآورد مي‌شود. نانوحسگرها همچنين هزينه جاري را نيز کاهش مي‌دهند؛ زيرا به طور ذاتي برق کمتري مصرف مي‌کنند.

درنهايت از آنجايي که نانوحسگرها هزينه‌هاي خريد و اجرا را کاهش مي‌دهند؛ ممکن است به‌کارگيري آنها به صورت آرايه‌ها و توده‌ها مقرون به صرفه باشد و همچنين بتوانند به شکل فراگير و حتي اضافي در قطعات کاربرد پيدا کنند؛ به طوري‌که اگر يک نانوحسگر از کار بيفتد و از مدار خارج شود بتوان از آن صرف نظر کرد و ضريب امنيت در حد مطلوبي باقي بماند، زيرا تعداد زيادي نانوحسگر ديگر در سيستم مي‌توانند کار آن را به عهده بگيرند.

با برداشتي که از کاربرد نانوحسگرها مي‌کنيم امکان دارد به سرعت به سمت اين نتيجه‌گيري سوق پيدا کنيم که فناوري نانوحسگرها، فناوري بسيار مطمئن و قابل قبولي است، اما هنگامي که به سمت معادله عرضه و تقاضا نگاه مي‌کنيم در مي‌يابيم که تجارت نانوحسگرها در ابتداي راه است و مشغول ديدن زواياي بيروني کار به مثابه يک روياي ثروت‌اندوزي است.

در بخش نظامي و امنيت ملي احتياج به حسگرهاي بسيار حساسي است که بتوانند به صورت گسترده توزيع شوند تا به کمک آنها بتوان تشعشعات و بيوسم‌هاي زيستي را مورد بررسي قرار داد. در زمينه پزشکي نياز به حسگرهاي بسيار حساسي به صورت آزمايشگاه‌هايي بر روي تراشه است كه بتوانند کوچک‌ترين علائم نشان‌دهندة سرطان را شناسايي کنند. در صنايع هوافضا احتياج به نانوحسگرهايي است که در بدنة هواپيماها به عنوان سيستم هشداردهنده ثابت قرار بگيرند و مشخص کنند که چه زماني هواپيما احتياج به تعميرات دارد.

در صنايع اتومبيل مي‌توان از نانوحسگرها براي مصرف بهينه سوخت استفاده کرد. همچنين در اتومبيل‌هاي گران‌قيمت مي‌توان براي بهبود وضعيت صندلي و وضعيت کنترل‌هاي موجود به تناسب حالت‌هاي مختلف بدن، اين نانوحسگرها را مورد استفاده قرار داد. در مرحله بعدي مي‌توان از آن در فناوري اطلاعات به منظور ترغيب در فراگيرشدن (اي.کا.اي فراگير) سيستم‌هاي محاسبه‌گر رايانه‌هاي همراه هميشه روشن استفاده کرد. همچنين مي‌توان آنرا به شکل توده حسگرها در تلفن‌هاي هوشمندي که براي ارتباطات ثابت بين ساير تلفن‌هاي هوشمند و رايانه‌هاي همراه از آنها استفاده مي‌شود، به کار برد!

موانع پيشرفت بازار نانوحسگرها

تعدادي از شرکت‌هاي بسيار بزرگ بازرگاني اکنون بازار نانوحسگرها را زير نظر گرفته‌اند. شرکت (Smiths detection) نانوحسگري را توليد کرده که باعث توسعه حسگرها در زمينه‌هايي چون امنيت ملي، کنترل کيفي خوراکي‌ها و شناسايي بيماري‌ها شده است. شرکت (Dow Corning) درخت‌سان‌هايي توليد کرده و قصد دارد با كمك  شرکت جننکر
(Genencor) قالب‌هاي سيليكوني را توليد نمايد كه با فناوري زيستي به دست آمده‌اند و در ساخت بيوحسگرها کاربرد دارند. آزمايشگاه تحقيقاتي مشهور IBM در زوريخ  (Zurich IBM) نيز تحقيقاتي بر روي نانوحسگرهاي زيستي و شيميايي انجام داده است. همچنين شرکت لاک هيد مارتين و بوئينگ بر روي اين ايده کار مي‌کنند که چگونه مي‌توان از نانوحسگرها در صنايع هوا فضا استفاده کرد. به طور دقيق 12 آزمايشگاه تحقيقاتي بر روي اهداف و انواع مختلف فناوري نانوحسگرهاي تجاري در سراسر جهان مشغول به کار هستند.

البته اين‌ها براي نانوحسگرها بيشتر استثناء هستند تا قاعده کلي. در واقع سياست تمام صنايع ساخت حسگر به گونه‌اي است که به نانوحسگرها اولويت و برتري خاصي داده نمي‌شود. يکي از دلايل اين امر آن است که شركت‌‌ها، مشکلات اقتصادي و تکنيکي نانوحسگرها را مهم‌تر از مزاياي آن مي‌دانند.

نانومارکتز اين قبيل مشکلات و موانع  پيشرفت بازار نانوحسگرها را در 5 فاکتور زير خلاصه کرده است.

قيمت بالاي مواد

در ساخت بسياري از نانوحسگرهايي که در آزمايشگاهها توليد مي‌شوند از مواد سمي (مانند نانوذرات طلا) استفاده مي‌گردد که براي کاربرد گسترده مي‌توانند بسيار گران قيمت باشند.

مشکلات توليد با پلاتفرم‌هاي مواد يا فناوري

اصول اوليه فناوري نانوپلاتفرم‌هايي که در ساخت نانوحسگرها کاربرد دارند هنوز جزء مشکلات ساخت به حساب مي‌آيند. براي مثال نيمه‌هادي يا ‌هادي‌بودن نانولوله‌هاي کربني هنوز مورد بحث است و مقالات زيادي وجود دارد که در همگي آنها روش‌هاي مختلفي را به عنوان بهترين روش براي اطمينان يافتن از نيمه‌هادي يا هادي‌بودن نانولوله‌هاي کربني معرفي کرده‌اند.

مشکلات ساخت مرتبط با نانوحسگرها

بسياري از کساني که براي تهيه اين گزارش با آنها مصاحبه شد بر اين نکته تأکيد کردند که راهي طولاني از تهيه مدل‌هاي نانوحسگرها در آزمايشگاه‌هاي صنعتي، تا رسيدن به محصولاتي که در همه جا يافت شده و به‌راحتي خريداري مي‌شوند، وجود دارد. در واقع امروزه بسياري از نانوحسگرها در ابتداي اين راه قرار دارند تا در انتهاي آن.

عدم وجود ارتباط با دنياي واقعي

يکي از زمينه‌هايي که هنوز به نظر مي‌آيد احتياج به تحقيق بسيار، به خصوص از لحاظ تجاري دارد، طريقه برقراري ارتباط بين ابزارهاي دنياي امروزي و نانوحسگرها است. نانومواد و نانوالکترونيک مزاياي زيادي ايجاد مي‌کند که در بالا به آن اشاره شد، اما آنها احتياج به ابزاري دارند که بتواند در اندازه‌هاي نانومتري با آنها ارتباط برقرار کرده و کار کند. اين بدان معني است که تأثيرات نانو مي‌بايست به دستگاه‌هاي با ابعاد بالاتر انتقال داده شود و اين خود به موارد زير احتياج دارد:

(1) سازگاري بسيار بالاي CMOS که در نتيجه مواد حساس در ابعاد نانو و قطعات نانوالکتريکي را بتوان با روش‌هاي معمول ميكروالكترونيك  به صورت يك مدار مجتمع مونتاژ کرد. (2) ايجاد نوعي نرم افزار يا نيمه افزار که توانايي تحليل داده‌هايي که از نانوحسگرها مي‌آيد را داشته باشد، لازم است.

مونتاژ نانوقطعات

 به نظر مي‌آيد مونتاژ نانوقطعات بيشتر از آن‌که به کوشش اقتصادي احتياج داشته باشد به يک برنامه تحقيقاتي نياز دارد. به منظور کاهش قيمت‌ها و گسترش استفاده از آرايه‌هاي بزرگ حسگرها يا توده حسگرها، مي‌بايست فناوري ساخت مدارهاي مجتمع نانومقياس  بهبود پيدا کند.

چرا مسأله زمان؟

مشکلات، بيش از آن‌كه ناشي از فيزيك قضيه باشند، ناشي از نبود فناوري هستند. اين معضلات دقيقاً همان مواردي هستند که تجاري‌شدن بعضي از فناوري‌هاي جديد پيچيده را با مشکل مواجه کرده‌اند. اما اين مسائل با گذشت زمان حل خواهد شد. در واقع فقط يک مشکل باقي مي‌ماند. شرکت نانومارکتز بر اين باور است که آنچه واقعاً مانع پيشرفت بازار نانوحسگرها شده است عدم وجود ايده مشخص و واضحي براي صنايع مي‌باشد که معلوم نمي‌کند به چه مقدار زمان احتياج است تا بازار اين وسايل رونق پيدا کند. اين امر به نوبه خود مشکل بزرگي را براي سرمايه‌دار‌هاي خطرپذير، بانک‌هاي سرمايه‌گذاري، کميته‌هاي شرکت‌هاي داخلي و سرمايه‌گذاران خصوصي ايجاد مي‌کند.

در مطالعات اخيري که انجام شد، ما موضوع زمان حصول نتيجه را در سطوح مختلفي مورد تحليل قرار داديم و به اين نتيجه رسيديم که به علت طبيعت خرد و متنوع بازار نانوحسگرها، پيداکردن جوابي براي مسأله زمان بسيار دشوار است.

البته براي هر بخش از بازار (و طبعاً براي هر دسته از مشتريان اين محصول) جوابي به دست آمده تا بتوان به کمک آن دورنماي کلي از قضيه پيدا کرد؛ هرچند که اين کار زياد خوشايند نيست.

در تحقيق نانومارکتز فرض شده است که نانوحسگرها در 10 بخش مختلف صنعت به کار گرفته شوند در هر بخش کاربرد شبيه به هم را پيدا خواهند کرد (و در اين صنايع از 7 نوع حسگر استفاده شود؛ حسگرهاي گاز، حسگرهاي زيستي و...) و نيز از 8 روش مختلف چه از جنبه موادي استفاده شود (مانند نانوذرات، پوشش‌هاي نانو، اسپينترونيک و...) در نتيجه 560= 8×7×10 نوع محصول و 560 مشتري براي اين بازار به‌دست مي‌آيند. در بررسي رابطة زمان، بر اين باور هستيم که مي‌بايست پتانسيل هر کدام از اين مشتري‌ها را به شکل زير تحليل کنيم.

اختلاف در پذيرش سناريوهاي نانوحسگرها در هر بخش از صنعت

ما تمام بخش‌هاي عمده صنايع مختلف را به منظور احتمال گسترش نانوحسگرها در آنجا مورد بررسي قرار داديم. فاکتورهايي که در نظر گرفته شد به قرار زير بودند: تمايل به پذيرش فناوري جديد، ميزان حساسيت به قيمت تمام‌شده، طول دوره توليد و مهمتر از همه توانايي منحصر به فرد نانوحسگرها که باعث مي‌شود واحد به خصوصي به آنها احتياج مبرم پيدا کند.

زمان انتظار براي پذيرش نانوحسگرها بسيار متفاوت است. براي مثال مدت زماني که طول مي‌کشد تا نانوحسگرها توسط بخش‌هاي اجرايي پزشکي و نظامي پذيرفته شوند بسيار کوتاه است زيرا به حسگرهاي بسيار کوچک و بسيار حساس در اينگونه صنايع احتياج فراوان است. همچنين به نظر مي‌رسد که نانوحسگرها بتوانند مناسب‌بودن قيمتشان را در مقايسه با فناوري‌هاي ديگر به اثبات برسانند. با اين حال پيش‌بيني مي‌شود در صنعت اتومبيل‌سازي پذيرش نانوحسگرها احتياج به زمان طولاني‌تري داشته باشد، زيرا کاربرد آنها در اين صنعت خيلي شفاف نيست و نيز شركت‌هاي اتومبيل‌سازي نسبت به قيمت تمام‌شده در مقايسه با صنايع ديگر حساس‌ترند.

وجود الگوي کاربرد براي حسگرها در هر بخش از صنعت

در بعضي از بخش‌هاي صنايع مثلاً صنعت اتومبيل، هم‌اکنون به صورت گسترده از حسگرها استفاده مي‌شود و احتمال دارد که نانوحسگرها بتوانند جايگزين حسگرهاي کنوني در اين صنعت شوند. اگر بتوان اين صنايع را قانع کرد که استفاده از نانوحسگرها توجيه اقتصادي دارد، ممکن است حسگرهاي خود را بفروشند و به جاي آنها از نانوحسگرها استفاده کنند.

در بخش‌هاي ديگر، ايدة استفاده از تعداد زيادي حسگر ممکن است ايدة تازه‌اي باشد. مثال خوبي که مي‌توان در اينجا ذکر کرد بخش فناوري اطلاعات است. در اينجا هم مشتريان و هم عرضه‌کنندگان به اهميت نقش حسگرها (نانوحسگرها يا حسگرهاي معمولي) در موفقيت اقتصادي گسترده رايانه‌ها پي مي‌برند. اين امر مي‌تواند پتانسيل کاهش نظم [گسترش] نانوحسگرها را در اين بخش ايجاد کند. همچنين الگوي استفاده از انواع حسگرها مي‌بايست در نظر گرفته شود. نانوحسگرهايي که به عنوان آشکارکننده گازها به کار مي‌روند ممکن است در بسياري از بخش‌هاي صنعت جايي براي خود باز کنند ولي نانوحسگرهاي تشعشعي بيشتر براي بخش‌هاي انرژي و نظامي مفيد هستند و نقش ضعيف‌تري را در فناوري اطلاعات بازي مي‌کنند.

تفاوت در توسة پلاتفرم‌هاي مختلف نانوتکنولوژي براي ساخت نانوحسگرها

همچنان که در بالا اشاره کرديم، در بسياري از نانوحسگرهاي امروزي، نانوذرات مختلف از انواع فلزهاي گرانقيمت گرفته تا خاك رس به کار مي‌روند. در اين ميان مي‌توان گفت نانوحسگرهايي که فناوري آنها بر پايه اسپينترونيک و الکترونيک نانولوله‌اي مي‌باشند، در مراحل اوليه تجاري‌شدن قرار دارند. حسگرهاي مبتني بر نقاط کوانتومي نيز در انتهاي مسير فرآيند تجاري‌شدن قرار گرفته‌اند.

برخي از افرادي که براي تهيه اين گزارش با آنها مصاحبه کرديم، اظهار داشتند که از اين نانوحسگرها مي‌توان به عنوان پايه حسگرهاي توده‌اي شکاري استفاده کرد، اما همگي موافق بودند که تجاري‌شدن آنها به دهه بعدي موکول مي‌شود.

با در نظر گرفتن فاکتورهاي فوق و جمع بندي آنها مي‌توان در هر بخش از صنعت، بازار خاصي را براي حسگرها به صورت تخميني در نظر گرفت و حتي اين امکان وجود دارد که بتوان پتانسيل‌هاي آينده نانوحسگرها را در هر بخش از صنعت با اعداد بيان کرد. نه تنها مي‌توان ميزان مصرف نانوحسگرها را در بخش‌هاي مختلف به‌دست آورد بلکه مي‌توان انواع حسگرهايي که بعدها توسط هر بخش به کار گرفته خواهند شد را تعيين کرد.

جدول ذيل بخش‌هايي را نشان مي‌دهد که بر اساس گزارش جديد نانومارکتز مورد تحليل قرار گرفته‌اند.

آناليز نهايي

اين نوع نمايش بازار هم واضح و هم واقع‌گرا است. وضوح آن به اين دليل است که  مواردي واقعي را نشان مي‌دهد که در آن فرصت‌هايي بر پايه معيار سرمايه‌گذاري وجود دارد. ساير معيارها ممکن است نتايج مختلفي بدهند اما در اين مثال خاص فرصت‌هاي چندين بخش کاربردي که در آنها از نانوحسگرها استفاده خواهد شد را نشان نداده‌اند. همچنين واقع گرايي آن به خاطر نشان دادن مقدار واقعي بازارهاي قابل دسترس و موقعيت‌هاي مدل‌هاي تجاري است که مي‌توانند بر پايه آن ايجاد شوند.

شرکت نانومارکتز بر اين باور است که نانوحسگرها، حسگرهاي معمولي را از گردونه رقابت در بازار خارج خواهند ساخت. هر چند پيش‌بيني مي‌کنيم که نانوحسگرها تا سال 2010 بيشتر از 10 درصد بازار حسگرها را به خود اختصاص نداده باشند، ولي اندازه بازار حسگرها به حدي وسيع است که حتي حداقل رشد نانوحسگرها در اين بازار به معني کسب درآمدي معادل چند ميليارد دلار خواهد بود و اين مقدار فقط ظرف مدت چند سال به دست خواهد آمد. در دست داشتن اين مقدار از بازار شانس خوبي را براي رسيدن به چنين هدفي ايجاد مي‌کند.

مقدمه
شركت‌هاي داروسازي و فناوري زيستي به منظور توليد مداوم داروهاي جديد و متفاوت با حداقل قيمت تمام‌شده، به شدت تحت فشار مي‌باشند. در حال حاضر حدود 7 تا 10 سال براي توسعه و ورود يك دارو به بازار، با هزينه‌اي بالغ بر 800 ميليون دلار لازم است. به عبارت ديگر اكتشاف دارويي نيازمند شناسايي بيماري‌ها، مكانيسم‌ آنها و شناسايي هدف مورد نظر (جهت مؤثربودن دارو) است.
انتظار مي‌رود پروژة ژنوم انساني منجر به شناسايي حدود 100،000 هدف جديد شود كه نيازمند بررسي منابع بيشمار اطلاعات تركيبات مختلف به منظور مقايسة توالي ژن‌ها و ساختارها است. اين مسئله نشان‌دهندة يك فرآيند بسيار وقت‌گير و مانع اساسي در زمينة اكتشافات دارويي است چرا كه ميليون‌ها تركيب براي هر هدف بايستي به طور مجزا غربال شوند. اكتشافات نو و فناوري‌هاي جدید ارزيابي به روند شناسايي، توسعه و ورود داروها به بازار سرعت مي‌بخشند.
ورود فناوري‌ ميكروآرايه‌ها و آزمايشگاه روي تراشه باعث تسريع روند اكتشافات دارويي شده است. در حالي كه دانشمندان در گذشته فقط قادر به مطالعه يك تا 12 ژن به طور هم‌زمان بودند، در حال حاضر در همان محدودة زماني فناوري ميكروآرايه‌ها امكان بررسي هزاران ژن را فراهم كرده است.
امروزه فناوري نانو به دليل داشتن عملكردي در اندازه‌هاي بسيار كوچك‌تر، به صورت تصاعدي قادر به ارائه عملكردي فراتر از ميكروآرايه‌های امروزی است. فناوري نانو قادر به تسريع و بهبود روندهاي اكتشافات دارويي از طريق كوچك‌سازي، خودكار‌سازي و افزايش سرعت و صحت ارزيابي‌ها مي‌باشد. در نگاه اول به نظر مي‌رسد که داروهاي مبتني بر نانو، مزاياي ويژه‌اي نیز براي افراد مريض به همراه خواهند آورد.
تأثیر فناوري‌نانو بر صنایع داروسازی
در سال 2000، شركت داروسازي Elan از طرف سازمان دارو و غذای آمریکا تأييديه فناوري توليد نانوبلور‌هاي خود را با انجام فرمولاسيون مجدد داروي Rampune® يا سيروليموس به دست آورد. اين فرمولاسيون جديد با كاهش اندازة ذر‌ات به زير 200 نانومتر توانست مشكل حلاليت خيلي پايين دارو را حل كند. شايد مهم‌ترين مزيت اين فرمولاسيون جديد افزايش زمان نگهداري آن نسبت به محصول قديمي می‌باشد. علاوه بر مثال فوق موارد ديگري را نيز جزء مزاياي استفاده از فناوري نانو در داروسازي ذكر كرده‌اند:
افزايش حلاليت: از مزاياي عمدة سيستم‌هاي دارورساني مبتني بر نانو، تاثیر سریع آنهاست. اين مسئله تاحدودي مربوط به فناوري‌هاي كپسوله‌‌كردن و به دنبال آن افزايش سرعت انحلال ماده در مايعات بدن است. در همين راستا مي‌توان به اين نكته اشاره كرد كه ذرات 10 ميكروني سطحي معادل 2 تا 5 مترمربع به ازاي هرگرم دارا مي‌باشند در حالي كه نانوذرات 3 تا 5نانومتري داراي سطحي معادل 400 تا 500 مترمربع به ازاي هرگرم مي‌باشند. شركت داروسازي Elan روش‌ روكش‌دهي پيشرفته‌اي را دارا مي‌باشد كه از كنترل گسترده‌اي بر روي اين نوع ذرات برخوردار است.
كاهش هزينه‌هاي توسعه: تحقيق و توسعه فناوري نانو نيازمند روش‌هاي جدید آناليز مي‌باشد. توسعة اين روش‌ها و تجاري‌شدن آنها باعث افزايش بازده و بهبود وضعیت صنعت دارورساني خواهد گرديد. از آن جمله شناساگرهاي زيستي مبتني بر نانوذرات مي‌باشند كه در تست‌هاي بررسي كارآيي و ميكروآرايه‌ها كاربرد دارند. برخي شركت‌ها از نانوبلور‌ها (معمولاً ژرمانيوم و سيليكون) براي نشان‌داركردن فلورسانت مواد استفاده مي‌كنند در حالي كه امروزه شركت‌هايي چون Evident technologies, Quantom dots و Kereos از مزاياي ويژة نقاط كوانتومي براي تحقيقات خود استفاده مي‌كنند.
هدفمندسازي بيشتر: افزايش كارآيي داروها نسبت به دوز در سيستم‌هاي دارورساني مبتني بر نانو نياز كلي مصرف دارو را كاهش مي‌دهد و احتمالاً باعث كاهش هزينه‌ها و عوارض ناخواسته در بدن می‌شود. به عنوان مثال شركت ALZA سيستم نانوذره‌اي ليپيدي ويژه‌ای با يك روكش پلي‌اتيلن گليكول موسوم به Stealth® ارائه كرده است. اين فناوري قادر است برخي از پاسخ‌هاي سيستم ايمني را رد كند. به این ترتیب انتقال دقيق داروها به اهداف مدنظر ممكن مي‌شود. Doxil® اولين محصول موجود در بازار است كه در ساخت آن از اين فناوري براي درمان سرطان تخمدان استفاده شده است. از ديگر روش‌ها مي‌توان به انتقال نانوذرات روكش‌ شده با مواد مغناطيسی به بافت مورد نظر با كمك يك ميدان مغناطيسي خارجي اشاره كرد.
سودمندي بيشتر براي بيماران: از ديگر مزاياي فناوري نانو كه باعث تقويت صنايع داروسازي مي‌شود، مشتري‌ها هستند. داروهاي مبتني بر فناوري نانو شايد پاسخي به نياز روزافزون به مصرف راحت‌تر داروها باشند. به عنوان مثال چندين داروي جديد براي انتقال به ريه فرمولاسيون مي‌شوند، كه الزاماً بافت ریه محل اثرگذاري آنها نيست. در همین زمینه شركت‌هاي داروسازي Nektar و Pfizer اخيراً فاز سه سيستم انتقال ريوي انسولين خود را به پايان رسانده‌اند.
   عوامل توسعة اكتشافات دارويي مبتني بر نانو
   همكاري شركت‌هاي داروسازي و شركت‌هاي توليد وسايل و شركت‌هاي ارائه‌دهندة خدمات فناوري نانو
   توسعة سريع شركت‌هاي نوپا در فناوري نانو
   انجام پروژه‌هاي بي‌شمار تحقيقاتي فناوري نانو در مراكز دانشگاهي
   افزايش سرمايه‌گذاري‌هاي دولتي در زمينة تحقيقات و فناوري نانو
   شرايط زندگي غيرسالم كه منجر به بروز بيماري و درنتيجه نيازمند درمان مي‌شود.
   علاقة صنعت و سرمايه‌گذاران
   نقش فعال بيماران در انتخاب درمان‌ها و بهبود فرمولاسيون‌ها براساس افزايش تقاضا
   افزايش تقاضاي پزشكان و بيماران براي درمان‌ها و تشخيص‌هاي جديد
   افزايش جمعيت افراد مسن و بهبود درمان‌هايي كه منجر به افزايش عمر اشخاص مي‌شوند.
   شناسايي ساختارهاي جديد واجد خواص جديد
   توسعة رايانه‌هاي قدرتمند و نرم‌افزارهاي پيشرفته كه براي شبيه‌سازي در زمينة طراحي داروهاي هدفمند كارآيي دارند.
    استفاده از فناوري‌ آرايه‌هاي ژني و پروتئيني در اكتشافات دارويي و نياز به شناسايي سريع اهداف مدنظر با استفاده از كمترين حجم‌ نمونه‌ها
يكي از عواملي كه باعث تقويت تحقيق و توسعه در زمينة داروهاي مبتني بر نانو شده است جمعيت افراد مسن و تمايل كلي موجود در زمينة درمان بيماري‌هايي مانند ايدز، پاركينسون و سرطان است. هرچه جامعه بيشتر از مزاياي پيشرفت‌هاي پزشكي بهره‌مند شود،‌ اميد به زندگي بيشتر مي‌شود. اين نكته ‌علاوه بر كاهش نرخ رشد جمعیت، باعث تقاضاهاي بیشتر در زمينة درمان‌هاي بهبوديافته شده‌ است. علاوه بر آن بيماري‌هاي مرتبط با افزايش سن مانند سرطان، ديابت و بيماري‌هاي عصبي نيز در حال ازدياد مي‌باشند. البته نيازمندي‌ها و تقاضاي بيماران تنها عامل اجتماعي مؤثر در رشد اكتشافات دارويي مبتني بر نانو نيست.

داروهاي نامحلول با جذب كم را به كمك فناوري نانوسوسپانسيون‌سازي مي‌توان به فرمولاسيون‌هاي دارويي كارآمد تبديل كرد. قسمت اعظم تركيبات شيميايي جديدي كه به منظور ساخت داروهاي جديد سنتز مي‌شوند، نامحلول و يا كم‌محلول در آب هستند و بنابراين جذب كمي نيز دارند و اين مسئله مانع بزرگي در برابر ساخت فرمولاسيون‌هاي كارآمد از اين تركيبات بشمار مي‌رود. استفاده از روشهاي كمپلكس‌سازي با استفاده از موادي مانند سيكلودكسترين‌ كه در این روشها مقدار زيادي از اين عوامل بكار مي‌رود در فرمولاسيون‌هایي مانند فرمولاسيون‌هاي تزريقي و چشمي که نياز به استفاده از مقادير زيادي دارو در ساخت فرمولاسيون می‌باشد، مناسب نيستند. در روشهاي مرسوم ديگر كه در آن‌ها از كمك‌حلال‌ها[1] استفاده مي‌شود نيز مسموميت بروز مي‌كند. نانوسوسپانسيون‌ها راه‌حل جديدي براي استفاده از اين داروها ارائه كرده‌اند. نانوسوسپانسيون‌ها نوعي توزيع كلوئيدي ذرات خالص داروها در اندازه‌هاي كوچكتر از ميكرون مي‌باشند كه با استفاده از سورفكتانت‌ها پايدار شده‌اند. با اين توضيح، اين سيستم‌هاي ذره‌اي از نانوذرات كه حاملهاي كلوئيدهاي پليمري حاوي دارو هستند و از نانوذرات روغني جامد كه حامل‌هاي روغني دارويي مي‌باشند، متفاوت هستند. از نانوسوسپانسيون‌ها براي فرمولاسيون داروهايي كه هم در آب و هم در روغن‌ها نامحلول هستند نيز مي‌توان استفاده كرد. داروهايي كه انرژي بلوري بالايي دارند، نقطه ذوب بالا داشته و حلاليت آن‌ها كاهش مي‌يابد. استفاده از فناوري نانوسوسپانسيون‌ها باعث فراهم آمدن امكان استفاده از اين داروها بدون نياز به استفاده از كمك‌‌حلالها مي‌گردد. به كمك اين فناوري دارو در حالت بلوری مدنظر نگهداري شده، در حالي كه اندازه ذرات آن كاهش يافته و اين نكته باعث افزايش سرعت انحلال و افزايش جذب دارو مي‌گردد. در حقيقت نانوسوسپانسيون‌ها باعث ايجاد فرآورده‌هاي پايدار از لحاظ شيميايي و فيزيكي مي‌گردند. اين فراورده‌ها را به دو روش كلي رسوب‌گذاري و آسياب‌كردن مي‌توان تهيه كرد. در هر دو مورد سطوح جدید تشکیل شده و انرژی آزاد سیستم افزايش يافته و امكان تجمع ذره‌اي و گلوله‌شدن ذرات فراهم مي‌شود كه براي جلوگيري از اين مسئله به آن سورفكتانت اضافه مي‌كنند. روشهاي ساخت نانوسوسپانسيون‌ها هموژناسيون: در اين روش سوسپانسيون تحت فشار از يك دريچه داراي منافذ نانو عبور داده مي‌شود. اين كار باعث تشكيل حبابهايي از آب شده كه هنگام خروج از دريچه‌ها متلاشي شده و باعث شكسته شدن ذرات مي‌گردند. آسياب‌كردن مرطوب (Wetmilling): در اين روش داروي مورد نظر در حضور يك سورفكتانت به‌كمك آسياب خرد مي‌شود. از روشهاي ديگر، اسپري کردن محلول دارويي حاوي حلال آلي فرار درون يك محلول آبي گرم می‌باشد. در روش تبخير سريع حلال، رسوب دارويي در حضور يك سورفكتانت ايجاد مي‌شود. روش تعیین مشخصات نانوسوسپانسيون‌ها: براي مطالعه ميزان رشد ذره‌اي در نانوسوسپانسيون‌ها از روش Field emission low voltage scanning electron استفاده مي‌شود. با اين روش امكان تصويربرداري از ذرات منفرد فراهم مي‌شود. روش تصويربرداري نيروي اتمي براي ارزيابي شكل ذره استفاده مي‌شود. ارزيابي سرعت رسوب‌گذاري نزديك مادون قرمز و كنترل همزمان اندازه ذره‌اي با استفاده از روشهاي Differential scanning calorimetry و X ray diffraction polymorph stability قابل انجام است. توزيع اندازه ذره‌اي به روش Thawcycling و تلاطم مكانيكي و سانتريفوژ قابل اندازه‌گيري است. علاوه بر آن، امكان تزريق و همچنين استريل بودن و پيروژن بودن (فاقد هرگونه عامل تب‌زا) نانوسوسپانسيون‌ها نیز بايستي مورد بررسي قرار گيرد. بررسي پايداري نانوسوسپانسيون‌ها: عدم تغيير ساختار بلوري بين ماده خام و ذرات سوسپانسيون شده قبل و بعد از هموژناسيون مويد عدم بروز هرگونه تغيير است. فرمولاسيون‌هاي ناپايدار را مي‌توان ليوفيليزه[2] كرد و مي‌توان نانوسوسپانسيون‌ها را بدون هيچگونه تغييري در اندازه ذره‌اي دوباره ساخت. هيچ‌گونه تغييراتي حتي بعد از استريليزاسيون با بخار و استفاده از گرما در اين فرمولاسيون‌ها بروز نمي‌كند. به اين ترتيب پايداري فرمولاسيون نانوسوسپانسيون‌ها را تا دو سال مي‌توان افزايش داد. كاربرد نانوسوسپانسيون‌ها: از نانوسوسپانسيون‌هاي خوراكي بطور اختصاصي براي افزايش سرعت و ميزان جذب داروها استفاده شده است. علاوه بر آن افزايش سرعت اثر داروها، كاهش دفع دارو، افزايش دوز موثر دارو و كاهش تحريك‌پذيري معده نيز گزارش شده است. براي دارورساني به ريه‌ها، افشانه‌ها داراي ذرات ريز دارويي مي‌باشند اما از مشكلات اين سيستمهاي دارورساني توزيع ناهمگون ذرات دارويي در قطرات حامل آن‌ها است. نانوسوسپانسيون‌ها اين مشكل را با افزايش تعداد ذرات در هر قطره برطرف ساخته‌اند و به اين شكل سرعت اثر داروها و ميزان جذب آن‌ها نيز افزايش يافته است. از نانوسوسپانسيون‌ها براي انتقال مقادير زيادي از داروهاي كم محلول در آب به مغز همراه با كاهش عوارض جانبي داروها نيز مي‌توان استفاده كرد. به اين ترتيب، نانوسوسپانسيون‌ها در انواع مختلف روشهاي تجويز داروها از جمله: روشهاي تزريقي، خوراكي، موضعي، ريوي و انتقال هدفمند دارويي كاربرد دارند. در مجموع، نانوسوسپانسيون‌ها نه‌تن‌ها مشكل حلاليت داروها را برطرف كرده‌اند بلكه با تغيير فارماكوكينتيك داروها، باعث بهبود كارايي و عوارض جانبي آن‌ها نيز گرديده‌اند.

1-Co-Solvent 2-Lyophilised منبع: سايت نانو

مقدمه امروزه استفاده از فناوري سيالات فوق بحراني جهت توليد محصول با اندازه هاي ميكرو و نانو رشد روز افزوني يافته است. با استفاده از اين روش مي توان محصولي با توزيع اندازه ذرات كنترل شده توليد نمود و همين امر موجب افزايش مطالعات در اين زمينه شده است. روشهاي توليد صنعتي جامدات ريز در حد ميكرو و نانو با كنترل توزيع اندازه ذرات اهميت فراواني در صنايع مختلف از جمله صنايع شيميايي و دارويي دارد . بعنوان مثال مي توان به توليد موادي نظير رنگها، پليمرها، نمكها، قرصها و مواد دارويي ديگر شامل پروتئين ها بوسيله اين فناوري اشاره داشت [1،2،3،4،5،6 .] در روشهاي قديمي استفاده از روشهاي مكانيكي جهت كاهش اندازه ذرات بيشتر مورد توجه بوده است. از جمله اين روشها آسياب كردن، خرد كردن ، تبلور مجدد ذرات مورد نظر بوسيله حلال ديگر و همچنين روشهايي نظير استفاده از خشك كردن پاششي ( Spray Drying ) مي باشد. هر كدام از روشهاي فوق الذكر داراي معايبي نظير تغيير كيفيت بعلت اثرات گرمايي و يا شيميايي، مصرف زياد حلال و همچنين مشكلات زدودن حلال همراه كريستال بخصوص در توليد قرصها و تغيير كيفيت مواد بعلت تغييرات دما مي باشد. بنابراين براي مرتفع ساختن مشكلات فوق نياز به استفاده از روشهاي نوين جهت توليد ذرات ريز در مقياس ميكرو يا نانو با توزيع اندازه ذرات كنترل شده و همچنين كيفيت كريستالهاي تشكيل شده از نظر خلوص و شكل هندسي آنها مي باشد.. فناوري استفاده از سيالات فوق بحراني تمهيدات متعددي را جهت دستيابي به اهداف ذكر شده مهيا مي سازد. يكي از سيالات رايج به منظور استفاده در فناوري سيال فوق بحراني، دي اكسيد كربن مي باشد. دي اكسيد كربن با داشتن فشار بحراني 8/73 بار و دماي بحراني 1/31 درجه سانتيگراد، داراي شرايط مناسب جهت استفاده در فرايندهاي مختلف مي باشد. بعلاوه دي اكسيد كربن، سيالي غير سمي، غير قابل احتراق و ارزان مي باشد [1،2،3،4،5،6،7،8،،9،37 .] توليد ذرات در اندازه هاي ميكرو و نانو با استفاده از فناوري سيالات فوق بحراني فرايند هاي فوق بحراني برحسب اهداف مختلف، داراي تنوع بسياري مي باشند ولي همگي بر پايه استفاده از برخي خواص گازگونه نظير نفوذپذيري و برخي خواص مايع گونه نظير دانسيته سيال فوق بحراني مورد استفاده، استوارند. برخي از روشهاي مورد استفاده در فناوري فوق بحراني به ترتيب زير مي باشند:
1. RESS ( Rapid Expansion of Supercritical Solutions ) [ 1،4،14،15،16،17 .] 2. PGSS ( Particle form Gas-Saturated Solution ) [1،2،3،4،5،6 .] 3. SAS ( Supercritical Antisolvent System ) [1،2،3،4،5،6 .] 4. GAS ( Gas Antisolvent System ) [1،2،3،4،5،6،25،26 .] 5. PCA ( Precipitation with Compressed Antisolvent ) [1،2،3،4،5،6 .]
هر يك از فرايندهاي فوق داراي ويژگيهاي خاصي بوده و در توليد ذرات با اندازه ريز و بسيار ريز مورد استفاده قرار مي گيرد. فرايند RESS روش RESS شامل دو مرحله بوده بطوريكه در مرحله اول جزء حل شونده دلخواه در سيال فوق بحراني در محفظه اشباع كننده حل مي شود، سپس انبساط ناگهاني محلول فوق بحراني از طريق نازلي كه در خروجي محفظه اشباع كننده، تعبيه شده است، انجام مي گيرد.
هنگاميكه سيال منبسط مي شود، بعلت كاهش قدرت حلاليت در اثر انبساط، جزء حل شونده در قسمت خروجي با اندازه ذرات مناسب رسوب زايي نموده و جمع آوري مي شود. كاهش فشار در اين سيستمها بطور سريع مي باشد . بنابراين حالت فوق اشباع در اين سيستمها براحتي و در مقادير بالا قابل تشكيل ميباشد و ذراتي با كيفيت مناسب توليد مي شوند. در بيشتر كارهاي انجام شده به علت شرايط مناسب ذكرشده، اين روش بيشتر مورد استفاده قرار گرفته و براي توليد مواد دارويي ، پروتئين ها و مواد انرژي زا مورد توجه قرار گرفته است [‍1‍‍‍،14‍،15،16‍،17]. از ديگر مزاياي اين روش مي توان به خلوص بالاي مواد توليد شده اشاره داشت. نمايي از فرايند فوق درشكل (1) نشان داده شده است.
شكل (1) : نمايي از فرايند RESS
توانايي سيال فوق بحراني جهت انحلال مواد جامد اولين بار توسط Houng وHogarth در حدود يك قرن پيش صورت پذيرفته است [ 13.] تا سال 1984 در هيچ مرجعي كاربرد سيالات فوق بحراني جهت توليد ريزذرات ارائه نشده است، تا اينكه Krukonis و همكارانش نتايج خوبي جهت هسته زايي و ساير مواد ثبت نموده اند [14،15]. از جمله مطالعات انجام شده ميتوان به كاهش اندازه ذرات مواد دارويي و موادي كه نسبت به فرايند هاي دماي بالا حساسيت دارند، اشاره داشت [16،17]. Smith و همكارانش فرايند RESS را جهت توليد مواد مختلف نظير اكسيد فلزات، پليمرها با هندسه و اندازه مناسب بكار برده و تاثير انبساط اوليه را بر روي شكل و هندسه ذرات را مورد مطالعه قرار دادند [18،19،20،21،22.] همچنين فرايند RESS در توليد ريزذرات پليمري اهميت فراواني داشته ومي توان به توليد ريزذرات پليمري نظير PolyMethylMethacrylate ،Polycaprolactone و PolyEthylMethacrylate توسط Lele و Shine اشاره نمود[23،24].
شكل (2) : تصاوير SEM ذرات Griseofulvin و β_Sitosterol توليد شده بوسيله روش RESS ]39]
شكل (2) تصاوير نمونه هايي از محصولات توليد شده در اندازه هاي ريز را بوسيله روش RESS نشان مي دهد. همانطور كه مشاهده مي شود اندازه ذرات و توزيع اندازه آنها در شكلها مشخص ميباشند. اندازه ذرات توليد شده Griseofulvin و β_Sitosterol در مقياس 200 نانومتر ميباشد[39]. فرايند PGSS در روش PGSS با افزايش فشار، ميزان حلاليت سيال فوق بحراني در فاز مايع افزايش يافته در نتيجه نقطه ذوب جزء حل شدني كاهش مي يابد و با اين روش مي توان نقطه ذوب مواد با جرم مولكولي بالا را كاهش داد. گاز تزريق شده كه معمولا دي اكسيد كربن مي باشد موجب كاهش نقطه ذوب جامدات مي گردد و به اين ترتيب محلول اشباع تشكيل مي گردد. پس از تشكيل محلول اشباع، اجازه داده مي شود محلول منبسط گردد. در اثر انبساط، گاز سبك تبخير شده و دماي سيستم بدليل پديده ژول – تامسون كاهش مي يابد وبدليل كاهش همزمان دما و فشار حالت فوق اشباع بوجود مي آيد و به اين ترتيب ذرات ريز تشكيل مي گردد [1،2،3،4،5،6،7،8،9.] نماي كلي از اين فرايند در شكل ( 3 ) نشان داده شده است.
شكل (3) : نمايي از فرايند PGSS
فرايند PGSS در مقايسه با فرايند RESS در فشار پايينتري انجام مي شود و محدوده ذرات توليد شده، بخصوص مواد دارويي، بطور متوسط در حدود 10 تا 20 ميكرومتر مي باشد. فرايندهاي SAS ، GAS و PCA روشهاي SAS ، GAS و PCA با استفاده از يك حلال آلي از جمله روشهاي مهم در توليد مواد در اندازه هاي ميكرو و نانو مي باشند . لازم به ذكر است كه در اين روشها جزء دلخواه داخل حلال آلي بصورت فوق اشباع حل شده وسپس در شرايط فوق بحراني يا نزديك بحراني با سيالي نظير دي اكسيد كربن در تماس قرار مي گيرد. البته نحوه تماس محلول اشباع و سيال فوق بحراني و همچنين نوع دستگاههاي مورد استفاده موجب ايجاد تفاوتهايي بين روشهاي فوق الذكر گرديده است ولي در همه روشها از يك نكته در توليد ذرات ميكرو بهره مي گيرند. نكته مهم اين است كه دي اكسيد كربن بخوبي در اكثر حلال هاي آلي حل مي شود، لذا با حل شدن دي اكسيد كربن در حلال آلي، حالت فوق اشباع براي جزء حل شدني پديد مي آيد و موجب تبلور(Salting-Out ) جزء مورد نظر مي گردد [1،2،3،4،5،6،7،8،9.] نمايي از فرايندهاي SAS ، PCA وGAS در شكلهاي (4) و (5) نشان داده شده است. همانطور كه ازشكلها مشخص است تفاوت اين فرايندها در نوع سيستم پيوسته ( Continoues )‍‍، ( Semi Batch )‍‍ و غير پيوسته (Batch )‍‍ مي باشد. بصورت ويژه در فرايند GAS حلاليت گاز دي اكسيد كربن در فشارهاي بالا موجب انبساط حجمي ( Volumetric Expansion ) محلول اشباع مي گردد و در نتيجه دانسيته و قدرت حلاليت آن كاهش مي يابد و اين عمل موجب تبلور جزء حل شونده بصورت ذرات ريز با توزيع اندازه مناسب مي گردد.
شكل (4) : نمايي از فرايند PCA/SAS	شكل (5) : نمايي از فرايند GAS
لازم به ذكر است روشهاي ديگري نيز جهت نيل به اهداف ذكر شده وجود دارند كه همگي بر همان اصول ذكر شده استوارند و تنها اختلاف آنها نحوه تماس دو جريان و نوع دستگاه مورد استفاده ميباشد. اندازه ذرات توليد شده بوسيله روشهاي فوق الذكر تابع شرايط عملياتي و بخصوص هندسه دستگاه است. بعنوان مثال مي توان به توليد نانو ذرات Tetracycline در مقياس كمتر از 125 نانومتر بوسيله فرايند SASاشاره داشت[40]. فرايند GAS اولين بار جهت كريستاليزاسيون مجدد مواد منفجره نظير Nitroguanidine و Cyclotrimethylenetrinitramine توسط Krukonis و همكارانش صورت گرفت[25،26.] همچنين فرايند GAS بصورت ويژه جهت كاهش اندازه ذرات با مقادير كنترل شده و دلخواه از اهميت فراواني برخوردار مي باشد. نمونه هايي از مواد توليد شده با اندازه ميكرو در جدول(1 ) آورده شده است.
جدول (1 ) : نمونه هايي از مواد منفجره توليد شده بوسيله فرايند GAS مرجع اندازه ذرات فرايند ضد حلال حلال جزء حل شدني [ 26 ] Gallagher et al.  100 تا 1 GAS CO2 NMP NQ [ 25 ] Gallagher et al.     200 تا 1 GAS CO2 C3H6O RDX [ 27 ] Jiango et al.  25 تا 2 GAS CO2 C3H6O
كه در جدول ( 1 ) حلال و جزء حل شونده به ترتيب زير مي باشند:
NQ:Nitroguanidine NM :N-Methylpyrrolidone RDX:Cyclotrimethylenetrinitramine :Cycloetetramethyleneeteranitramine
همچنين فرايندهاي SAS ، GAS و PCA در كاهش اندازه ذرات مواد جامد اعم از مواد دارويي، شيميايي و پليمري مورد استفاده قرار گرفته و بر حسب ميزان راندمان و نوع ماده مورد نظر از يكي فرايندهاي مذكور استفاده گرديده است. بعنوان نمونه كاربردهايي از فرايندهاي فوق الذكر بطور خلاصه در جداول زير آورده شده است. در جدول (2 ) نمونه هايي از مواد پليمري توليد شده در اندازه هاي ميكرو بوسيله فرايندهاي ذكر شده ارائه گرديده است.
جدول (2 ) : نمونه هايي از مواد پليمري توليد شده بوسيله فرايندهاي فوق بحراني مرجع اندازه ذرات فرايند ضد حلال حلال جزء حل شدني [ 28 ] Mawson et al.  5/0 تا 1/0 PCA CO2 Toluene Polystyrene [ 28 ] Gallagher et al.  3/0 تا 1/0 PCA CO2 DMF Polyacrylonitrile [ 29 ] Tan et al.  25 تا 2 PCA HFC-134a Toluene Polystyrene
جدول (3 ) نمونه هايي از مواد دارويي توليد شده بوسيله حلالهاي مختلف در اندازهاي ميكرو بوسيله فرايندهاي فوق بحراني ارائه مي دهد.
جدول (3 ) : نمونه هايي از مواد دارويي توليد شده بوسيله فرايندهاي فوق بحراني مرجع اندازه ذرات فرايند ضد حلال حلال جزء حل شدني [ 31 ] Reverchon et al.  2/1 تا 25/0 SAS CO2 NMP Amoxicillin [ 30 ] Tschernjaew et al.  100> GAS CO2 EtOH Ascorbic Acid [ 32 ] Steckel et al.  5 ~ ASES CO2 DCM Budesonide-butyronide [33 ] Wubbolts et al.  5 تا 1 PCA CO2 EtOH Ascorbic Acid
DCM : Dichloromethane EtOH : Ethanol
در جدول (4) نمونه هايي از مواد معدني و آلي توليد شده بوسيله حلالهاي مختلف در اندازهاي ميكرو بوسيله فرايندهاي فوق بحراني ارائه گرديده است.
جدول (4 ) : نمونه هايي از مواد معدني و آلي  توليد شده بوسيله فرايندهاي فوق بحراني مرجع اندازه ذرات فرايند ضد حلال حلال جزء حل شدني [ 34 ] Gallagher et al  300> GAS CO2 Acetone Cobalt Chloride [ 35 ] Reverchon et al.  10 تا 05/0 SAS CO2 NMP Zinc Oxide [ 36 ] Krober et al.  60 تا 10 PCA CO2 EtOH Tartaric Acid [ 38 ] Griffith et al.  5 تا 1 PCA CO2 Formic Acid Nylon 6/6
بعنوان نمونه تصوير ذرات توليد شده نايلون به روش SAS در شكل ( 6 ) نشان داده شده است.
شكل (6) : تصوير SEM نايلون توليد شده بوسيله روش SAS با استفاده از اسيد فرميك بعنوان حلال [40]
نتيجه گيري روشهاي توليد صنعتي جامدات ريز در حد ميكرو و نانو با كنترل توزيع اندازه ذرات اهميت فراواني در صنايع مختلف از جمله صنايع شيميايي و دارويي دارد. در روشهاي قديمي استفاده از روشهاي مكانيكي جهت كاهش اندازه ذرات بيشتر مورد توجه بوده است. هر كدام از روشهاي ذكر شده قديمي داراي معايبي نظير تغيير كيفيت بعلت اثرات گرمايي و يا شيميايي، مصرف زياد حلال و همچنين مشكلات زدودن حلال همراه كريستال بخصوص در توليد قرصها و تغيير كيفيت مواد بعلت تغييرات دما مي باشد. بنابراين براي مرتفع ساختن مشكلات فوق نياز به استفاده از روشهاي نوين جهت توليد ذرات ريز در مقياس ميكرو يا نانو با توزيع اندازه ذرات كنترل شده وهمچنين كيفيت كريستالهاي تشكيل شده از نظر خلوص و شكل هندسي آنها مي باشد.بعلاوه امروزه رعايت قوانين زيست محيطي و بهبود كيفيت توليد مواد مختلف موجب استفاده روز افزون از فناوريهاي نوين شده است. بنابراين شناخت صحيح فرايندهاي فوق بحراني و پارامترهاي موثر در فرايندهاي ذكر شده جهت توليد ذرات در مقياس ميكرو يا نانو با هندسه مناسب و ترخ كنترل شده ضروري مي باشد.
مراجع
[1] P.G. Debenedetti, J.W. Tom, S.D. Yeo, and G.B. Lim. Journal of Controlled Release, 24:27–44, 1993. [2] D. W. Matson, J. L. Fulton, R. C. Petersen, R. D. Smith. Industrial & Engineering Chemistry Research, 26, 2298, 1987. [3] J.W. Tom and P.G. Debenedetti. Journal of Aerosol Science, 22:555–584, 1991. [4] C.A. Eckert, B.L. Knutson, and P.G. Debenedetti. Nature, 383:313317,1996. [5] B. Subramaniam, R. Rajewski, and K. Snavely. Journal of Pharmaceutical Sciences, 86:885–890, 1997. [6] B. Bungert, G. Sadowski, and W. Arlt. Industrial & Engineering Chemistry Research, 37:3208–3220, 1998. [7] E. Reverchon. Journal of Supercritical Fluids, 15:1–21, 1999. [8] J. Jung and M. Perrut. Journal of Supercritical Fluids, 20:179–219, 2001. [9] P. Subra and P. Jestin. Powder Technology, 103:2–9, 1999. [10] S. P. Hong, K. D. Luks. Fluid Phase Equilib. 74:133, 1982. [11] A. Ben-Amotz. Ternds Biochem. 11:411, 1992. [12] M. J. Cocero, S. Perez, S. Gonzalez, E. Alonso. Journal of Supercritical Fluids, 19: 39, 2000. [13] J. Hannay and J. Hogarth., On the solubility of solids in gases. Proceedings of the Royal Society London A, 29:324–326, 1879. [14] V.J. Krukonis, In AIChE annual meeting, San Francisco, Nov 25-30, 1984. Paper140. [15] M.A. McHugh and V.J. Krukonis. Supercritical fluid extraction.Butterworth-Heinemann, Newton, MA, 2nd edition, 1994. [16] H. Loth and E. Hemgesberg., International Journal of Pharmaceutics, 32:265–267, 1986. [17] K.A. Larson and M.L. King., Biotechnology Progress, 2:73–82, 1986. [18] D.W. Matson, R.C. Petersen, and R.D. Smith., Advanced Ceramic Materials, 21:242–246, 1986. [19] D.W. Matson, R.C. Petersen, and R.D. Smith. Advances in Ceramics, 21:109–120, 1987. [20] D.W. Matson, J.L. Fulto, R.C. Petersen, and R.D. Smith. Industrial & Engineering Chemistry Research, 26:2298–2306, 1987. [21] D.W. Matson, R.C. Petersen, and R.D. Smith. Journal of Materials Science, 22:1919–1928, 1987. [22] R.C. Peterson, D.W. Matson, and R.D. Smith. Polymer Engineering & Science, 27:1693–1697, 1987. [23] A.K. Lele and A.D. Shine. AIChE Journal, 38:742–752, 1992. [24] A.K. Lele and A.D. Shine. Industrial & Engineering Chemistry Research, 33:1476–1485,1994. [25] P. M. Gallagher., M. P. Coffey, V.J. Krukonis, and H.H. Hillstrom. Journal of Supercritical Fluids, 5:130–142, 1992. [26] P.M. Gallagher, M. P. Coffey, V.J. Krukonis, and N. Klasutis., ACS Symposium Series 406, pages 334–354. American Chemical Society, Washington, 1989. [27] C. Jianguo, X. Deng, and Z. Zhanyun. Chinese Journal of Chemical Engineering, 9:258–261, 2001. [28] S. Mawson, S.K. Kanakia, and K.P. Johnston. Journal of Applied Polymer Science, 64:2105–2118, 1997. [29] C.S. Tan and H.Y. Lin. Industrial & Engineering Chemistry Research, 38:3898–3902, 1999. [30] J. Tschernjaew, T. Berger, A. Weber, and R. K¨ummel. Chemie Ingenieur Technik, 69:670–674, 1997. [31] E. Reverchon, G. Della Porta, and M.G. Falivene. Journal of Supercritical Fluids, 17:239–248, 2000. [32] H. Steckel and B.W. Muller.. International Journal of Pharmaceutics, 152:99–110, 1997. [33] F.E.Wubbolts, O.S.L. Bruinsma, and G.M. van Rosmalen. Journal of Crystal Growth, 198/199:767–772, 1999. [34] P.M. Gallagher, V.J. Krukonis, and G.D. Botsaris. volume 87 of AIChE Symposium Series 284, pages 96–103. American Institute of Chemical Engineers, New York, 1991. [35] E. Reverchon, G. Della Porta, D. Sannino, and P. Ciambelli. Powder Technology, 102:127–134, 1999. [36] H. Krober and U. Teipel. Journal of Supercritical Fluids, 22:229-235, 2002. [37] E. Nemati and H. Bahmanyar. The 7th Iranian Chem. Eng. Cong., 1:213-221, 2002. [38] A.T. Griffth, Y. Park, and C.B. Roberts. Polymer - Plastics Technology and Engineering, 38:411–431, 1999. [39] P. Alessi, A. Cortesi, I. Kikic and N. R. Foster, Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 35, 1996, pp. 4718-4726. [40] P. Chattopodhyay and R. B. Gupta, Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 39, 2000, pp. 2281-2289.

علوم و فناوري‌نانو موجب تحول در علم مواد شده و توسعة گستره‌اي از مواد جديد و بهبود يافته به‌وسيله نانوساختارها را به دنبال دارد. اين پيشرفت‌ها براي صنعت كاغذ مي‌تواند از اهميت حياتي برخوردار باشد.
با كاهش ابعاد نانومواد به پايين‌تر از طول بحراني، رفتارهاي كاملاً متفاوتي از آنها مشاهده مي‌شود.
استفاده از خواص مواد در مقياس نانو، امكان ساخت مواد و ابزار با كارآيي و خواصي كه دسترسي به آنها قبلاً ممكن نبوده است را فراهم مي‌سازد.
نانوساختارها در اشكال مختلفي از جمله پوشش، پودر، كامپوزيت و ديگر شكل‌ها باعث ايجاد تحول در شماري از بخش‌هاي صنعتي از جمله موارد زير مي‌شوند:
  پوشش‌ها و رنگ؛
  حفاظت در برابر خوردگي؛
  حفاظت زيست‌محيطي؛
  چسب و پليمرهاي رسانا؛
  دارورساني؛
  مواد زيست‌سازگار؛
  حفاظ‌هاي كاركردي؛
  سطوح هوشمند خود تميزكننده؛
  چاپ كاركردي؛
  مخابرات نوري؛
  جوهر و كاغذهاي الكترونيكي؛
  منابع انرژي قابل حمل؛
  تصفيه آب؛
نانو مواد شامل موارد زير هستند:
  خوشه‌هاي اتمي (نقاط كوانتومي، ماكرومولكول‌هاي معدني، نقاط نانومتري)؛
  گلوله‌هايي با ابعاد كمتر از 100 نانومتر (مواد نانوبلوري، نانوفازي و نانوساختاري)؛
  اليافي با قطر كمتر از 100 نانومتر (نانوميله‌ها، نانوصفحه‌ها، نانولوله‌ها، نانوالياف و سيم‌هاي كوانتومي)؛
  فيلم‌هايي با ضخامت كمتر از 100 نانومتر؛
  نانوحفره‌ها؛
  نانوكامپوزيت‌ها
تركيب نانومواد مي‌تواند شامل هر عنصر طبيعي باشد كه مهمترين آن عبارتند از:
  سيليكات‌ها، ‌ كاربيدها، ‌ نيتريدها، اكسيدها، بوريدها، ‌ سلنيدها، تلوريدها، ‌ سولفيدها، ‌ هاليدها، آلياژها، ‌ فلزها و پليمرهاي آلي
هم‌اكنون فناوري نانوذرات در حال تأثيرگذاري بر تعدادي از محصولات و خدمات، ‌ از جمله صنعت كاغذ است. پيشرفت‌هاي اخير موجب كاهش نياز به مواد براي ساخت محصولات و افزايش كارآيي سوخت در خودروها و هواپيماها شده است. همچنين كنترل ساختار مواد در مقياس نانو در بهبود كارآيي مواد مغناطيسي مورد استفاده قرار مي‌گيرد و اين روند موجب افزايش كارآيي موتورها و ژنراتورهاي الكتريكي خواهد شد. ديگر انواع مواد، ‌ به خصوص آنهايي كه در باتري‌ها و پيل‌هاي سوختي به كار مي‌روند نيز به روش‌هاي مشابهي در حال بهبود و ترقي هستند و نتيجة اين‌تلاش‌ها به صورت منابع توليد نيروي سبك و قابل حمل در تلفن‌هاي همراه، رايانه‌هاي كيفي و موارد ديگر ديده مي‌شود. در زمينة‌ كنترل خواص سطحي مواد در منسوجات، رنگ‌ها و پوشش‌ها نيز‌ خواصي همچون قابليت نفوذ هوا در مواد، ضدآب و ضد لك بودن لباس‌ها و فرش‌ها ديده مي‌شود.
نانوذرات، به علت سطح ويژة بسيار بالا كاتاليست‌هاي بسيار فعالي هستند و به منظور بهبود خواص و تنوع پلاستيك‌ها، مورد استفاده قرار گرفته‌اند. نيز در كلوئيدها و در صفحات خورشيدي، جوهر چاپگرها و رنگ‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
رنگدانه براي جوهر
پيشرفت‌هاي اخير در فناوري‌نانو، ‌ در حال ايجاد فرصت‌هاي جديدي است كه از سوي سازندگان و مصرف‌كنندگان جوهر مورد توجه قرار گرفته است تا خواص و كارآيي جوهرها را افزايش دهد.
به عنوان مثال BASF تخمين مي‌زند كه اين دسته از محصولات فناوري‌نانو ده درصد از فروش اخيرشان را شامل ‌شود. يكي از محصولات فناوري‌نانو در اين عرصه، رنگدانه‌هاي نانومتري است كه شامل دي‌اكسيد تيتانيوم است و ظرفيت بالايي در جذب نور دارد.
هم‌اكنون محققان در تلاشند تا با استفاده از نانومواد و بدون استفاده از رنگدانه‌هاي متعارف، ‌ به رنگ‌هاي متفاوت دست يابند.
اين رنگ‌ها كه با توزيع نانوذرات هم اندازه ايجاد مي‌شوند، ‌ درست به همان شكلي كه رنگ بخش‌هاي مختلف بال پروانه‌ها با هم تفاوت مي‌كند، مي‌باشند.
همچنين محققان در حال توسعة پليمرهاي چندشاخه (hyperbranched) از پلي‌يورتان‌ها هستند تا از اين طريق مشكلات چاپگرهاي استفاده‌كننده از سيستم‌هاي جوهر متفاوت براي چاپ بر روي پليمرهاي قطبي مثل پلي‌استر و پلي‌آميد، نيز پلاستيك‌هاي غيرقطبي مثل پلي‌اتيلن و پلي پروپيلن را حل نمايند. تعداد بسيار فراوان گروه‌هاي عاملي بر روي پليمرهاي چند شاخه، گروه‌هاي پيوندي كافي براي اتصال جوهر به نقاط چسبنده بر سطح پليمر را ايجاد مي‌كند.
چاپگرهاي جوهرافشان، ‌ زمينة‌ديگري براي كاربرد فناوري نانوذرات هستند. براي مثال، ‌ شركت ديگوسا (Degussa) از فناوري نانوذرات خود به منظور توسعة محدوده‌اي از رنگدانه‌هاي كوچك استفاده كرده است تا پايداري رنگ بر روي سطوح را افزايش دهد. چندي پيش شركت بزرگ Nano Products در آمريكا نيز خبر از راه‌اندازي خطوط توليد جديد با استفاده از نانوذرات ™PureNano به عنوان جوهر را داده است. تركيبات، ‌ رنگدانه‌ها و پوشش‌هاي دي‌الكتريك، هادي و مغناطيسي، نمونه‌هايي از جوهر و فازهاي پراكندة نانومتري هستند.
سيستم‌هاي نگهداري
صنعت كاغذ، سال‌هاي زيادي است كه از اصول علوم و فناوري‌نانو به‌ويژه در زمينة شيمي‌ تَر، براي توسعة سيستم‌هاي نگهداري بهره گرفته است. يك سيستم نانوذرة اوليه -كه هنوز هم مورد استفاده قرار مي‌گيرد- يك نانوذرة آنيوني (سيليكاي كلوئيدي) و نشاستة كاتيوني را با هم تركيب مي‌كرد. نسل بعدي اين سيستم كه در سال 1992 به‌وجود آمد شامل ذرات سيليكاي ساختاري با طراحي خاص است كه به منظور تركيب با پلي‌اكريلاميد كاتيوني (C-PAM) سنتزي به‌وجود آمده‌اند و مشخص شده است كه ساختار بسيار مرتب اين نانوذرات موجب واكنش بسيار بهتر آنها با C-PAM مي‌شود. كره‌هاي سيليكا در نانوذرة ساختاري، ‌ پيوندهاي كوالانسي بسيار قوي سيلوكسان را به وجود مي‌آورند كه تنش‌هاي‌ ماشين نمي‌توانند به‌راحتي آنها را بشكنند.
در سال 2000 شركت Eka Chemicals سيستم Compozil Select را ارائه كرد، كه يك سيستم نانوذره‌اي مبتني بر مولكول‌هاي كلوئيدي سيليكاي آنيوني و تركيبات پليمري كاتيوني مثل صمغ، گوار، پلي‌اكريلاميدها، ‌ نشاسته كاتيوني و آشغال‌گيرهاي آنيوني است. مولكول‌هاي بسيار كوچك، سطح ويژه و دانستية بار بسيار بالايي ايجاد مي‌كنند. اين خواص كليدي موجب بهبود لخته‌شدن و بهبود سيستم نگهدارنده مي‌شوند.
پوشش‌ها
پوشش‌‌ها يكي از نانومواد بسيار مهم هستند، که در موارد بسياري، ‌ از پوشش‌هاي مقاوم نسبت به خش در شيشه‌ها گرفته تا وسايل خود تميز كن كاربرد دارند. يك نمونه از اين موارد، پوشش كامپوزيت نانوسراميكي از جنس آلومينا و تيتانيا با نام تجاري Nanox2613 است كه شركت Inframat آن‌را ساخته است.
دوام اين نانوسراميك آلومينا/تيتانيا در مقايسه با مشابه سراميكي، بين چهار تا شش برابر است و در عين حال، فاكتور سختي آن نيز دو برابر بيشتر از نوع غير نانومتري است. علي‌رغم قيمت بالاي اين محصول (30 تا50 دلار به ازاي هر پوند) استفاده از آن از نظر اقتصادي به صرفه است.
به عنوان مثال، نيروي دريايي آمريكا اكنون با استفاده از پوشش نانوساختاري در موارد زيادي از جمله شيرهاي ورود و خروج هوا در زيردريايي‌ها حدود 400 هزار دلار در هر كشتي و به طور تقريبي 20 ميليون دلار در ده سال آينده صرفه‌جويي خواهد كرد.
Nanox به عنوان يكي از پوشش‌هاي مناسب براي تانك‌هاي شني، شفت‌هاي پريسكوپ، شيرها و بسياري از ادوات مورد استفاده در محيط‌هاي دريايي ارزيابي مي‌شود. يكي از شركت‌هاي معدني كه نيكل و كبالت را از سنگ‌هاي معدني به دست مي‌آورد، از پوشش Nanox در شيرهاي موسوم به ball valve استفاده كرده است. چنين شيرهايي بايد در مقابل عبور دوغابي از سنگ‌ريزه در محيط بسيار اسيدي و فشار بالا مقاومت كنند. شيرهاي معمولي در چنين شرايطي فقط چند ساعت پس از جلادهي دوام مي‌آورند، ‌ در حالي كه دورة كار شيرهاي پوشش‌دار به دو روز مي‌رسد.
Nanox در صنعت خودروسازي نيز در مواردي همچون سيستم اگزوز مورد آزمايش قرار گرفته است. شركت‌هاي نفت و گاز نيز در حال ارزيابي اين پوشش براي پمپ‌هاي چرخشي هستند.
ديگر كاربردهاي پيشنهاد شده براي Nanox صنايع چاپ و كاغذسازي مي‌باشد.

اين مقاله در خبرنامه شماره 81 به چاپ رسيده است

منبع: سايت نانو