نانو تکنولوژی و کاربرد‌های آن در زندگی امروزی

روزنامه شهروند – راضیه زرگری: امروز حتی در زندگی مردم عادی هم نام تکنولوژی و فناوری نانو (Nanotechnology) به دفعات شنیده و دیده می‌شود. همین‌طور محصولات مختلفی که با کمک این تکنولوژی ساخته یا بهبود داده می‌شود. اما شاید خیلی از مردم به خوبی با نانو تکنولوژی و کاربرد‌های آن در بهبود سبک زندگی آشنا نیستند و این اسم برایشان عجیب است.

از نانو می‌توان در بیشتر زمینه‌ها مانند شیمی، زیست‌شناسی، فیزیک، علوم مواد و مهندسی و.. استفاده کرد که هر کدام به نوعی با زندگی روزمره انسان‌ها سر و کار دارند. اگر بخواهیم فناوری نانو را به زبان ساده تعریف کنیم باید بگوییم نانو یک واحد اندازه‌گیری بسیار ریز است؛ مثلا واحد اندازه‌گیری متر را در‌نظربگیرید، اگر اندازه یا طول چیزی از یک متر کمتر باشد، مقیاس آن براساس سانتی‌متر عنوان می‌شود. هر یک متر می‌شود صد سانتی‌متر. این اندازه‌ها وقتی خیلی کوچک‌تر شوند به میلی‌متر می‌رسیم به‌طوری که هر یک سانتی‌متر ١٠ میلی‌متر است. برای تقسیم میلی‌متر می‌توانید نوک مدادنوکی را تصور کنید؛ پهنای این نوک‌ها نیم میلی‌متر یا مثلا هفت‌دهم میلی‌متر است. باز هم این اندازه‌ها را کوچک‌تر کنید؛ مثلا تار موی انسان را در نظربگیرید که ابعاد کوچک‌تر از دهم میلی‌متر دارد.

واحد ریزتر از میلی‌متر، میکرون است و ریزتر از میکرون می‌شود. بعد مولکول‌ها و اتم‌ها. وقتی میکرون را به‌هزار قسمت تقسیم کنیم به واحد نانو تبدیل می‌شود. پس نانومتر و صحبت از فناوری نانو یعنی فناوری‌هایی که در ابعاد بسیار ریز کاربرد دارد؛ اصطلاحا به نانو یک میلیاردم متر هم گفته می‌شود. ابعاد مطلوب در نانومتر، بین یک تا صد نانومتر است؛ ابعادی که اگر مواد در آن‌دسته قرار بگیرند قابلیت‌های ویژه‌ای پیدا می‌کنند. محمد باقری، کارشناس فناوری نانو و مدیر ترویج فناوری نانو در سطوح دانشگاهی در ستاد توسعه فناوری نانو یکی از زیرمجموعه‌های معاونت علمی و فناوری ریاست‌جمهوری است. او در گفتگو با «شهروند» برای اینکه تفاوت خواص و واکنش مواد در ابعاد بزرگ در مقایسه با نانومتر را توضیح دهد یک مثال می‌زند: مثلا نقره یا مس را در نظر بگیرید که برای ساخت ظروف و وسایل تزیینی؛ اگر این فلزات را به قدری تجزیه و ریز کنیم که به ابعاد نانومتری برسیم، خواص بسیار شگفت‌انگیزی پیدا می‌کنند. به طوری که نانو‌ذره مس ماده‌ای بسیار خطرناک می‌شود. یعنی واکنش پذیری‌اش در این ابعاد آن‌قدر زیاد است که می‌تواند بافت پوست را تخریب و وارد بافت زنده بدن و موجب رشد سلول‌های سرطانی شود. در حالی که همین مس یا نقره بدون ریز شدن، نه‌تن‌ها آسیبی به پوست نمی‌رساند بلکه مفید هم است.

واکنش‌پذیری شدید در ابعاد نانومتریک

تا اینجای کار متوجه شدیم که نانومتر چه ابعادی دارد؛ اما چرا واکنش‌پذیری مواد در ابعاد نانو‌متر بسیار شدیدتر و متفاوت‌تر است؟ باقری می‌گوید: مجددا برای درک بهتر موضوع یک مثال می‌زنم. آهن در هوای مرطوب زنگ می‌زند که این فرآیند کاملا آهسته رخ می‌دهد. شاید در مدت زمان یک‌ماه یا بیشتر شاهد تغییرات جزئی در لایه‌رویی فلز می‌شویم. به بیان دیگر واکنش‌ها و فعل‌و انفعالات شیمیایی همه در سطح مواد رخ می‌دهد نه در عمق آن. همین آهن در قطعات درشت‌تر مثل تیر‌آهن، تغییرات زنگ آهن خیلی دیرتر اتفاق می‌افتد، اما تکه‌های ریزتر سریع‌تر نسبت به محیط واکنش نشان می‌دهند. همین آهن را وقتی به اندازه‌های نانومتری دربیاوریم بسیار سریع واکنش پذیر می‌شود و به محض درمعرض رطوبت قرار گرفتن اکسید می‌شود. همین اتفاق در آلومینیوم هم می‌افتد؛ فلزی که در ابعاد بزرگ بسیار مقاوم در برابر تغییرات محیطی است، اما وقتی به نانومتر تبدیل می‌شود، به قدری واکنش‌پذیر است که به‌عنوان سوخت موشک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

از لباس ضدآب تا چاقوی همیشه تیز

مواد در ابعاد نانومتری یک‌سری خاصیت پیدا می‌کند که برای متخصصان این حوزه بسیار جذاب است به‌طوری که مهندسان نانوفناوری از این تغییرات در حوزه‌های مختلف سبک زندگی استفاده می‌کنند. بهبود تجهیزات موجود در حوزه‌های مختلف یکی از این تغییرات است. به گفته باقری مثلا در حوزه الکترونیک، متخصصان توانسته‌اند به‌واسطه فناوری نانو، ترانزیستور‌هایی را تولید کنند که ظرفیت پردازش بسیار بالاتری دارند. اگر نانوفناوری نبود الان کامپیوتر‌ها و گوشی‌های هوشمندی با این توان پردازش نداشتیم.

این تحولات در هر حوزه‌ای می‌تواند اتفاق بیفتد. ما در اینجا بیشتر به مباحثی که در زندگی روزمره افراد قابل لمس است، می‌پردازیم. صنایع نساجی و پوشاک از نانوفناوری بسیار بهره می‌برد. تولید لباس‌های ضدلک و ضدآب یکی از خاصیت‌هایی است که صنایع نساجی از فناوری نانو به آن می‌رسد. سطح لباس‌های مجلسی و ارزشمند را می‌توان با استفاده از ترکیبات فلور‌دار پوشش داد که همین پوشش نانویی خاصیت ضدآب به لباس می‌دهد؛ بنابراین نانوفناوری دنیای بسیار گسترده‌ای دارد و استفاده از این فناوری برای بهتر کردن زندگی آدم‌ها می‌تواند کاربرد‌های قابل لمس زیادی داشته باشد. باقری در همین راستا توضیح می‌دهد: ما همیشه می‌دیدیم که برند‌های خارجی چاقو‌هایی تولید می‌کنند که خیلی دیر کُند می‌شود. این چاقو‌ها از نوعی آبکاری یا نانو پوشش برخوردار بودند که از کندی و لک شدن و آسیب به آن جلوگیری می‌کرد. محققان داخلی ما توانستند با ترکیبات ساخت داخل به این پوشش نانویی برسند؛ پوششی بسیار نازک از اتم‌های به‌هم چسبیده. همین فناوری‌ها را مهندسان حوزه نفت و پتروشیمی برای شیرآلات صنعت پتروشیمی استفاده کرده و نتایج خیلی خوبی گرفتند. سیالی مثل نفت بسیار خورنده است و شیرآلات بدون پوشش محافط نانویی خیلی زود از بین می‌رفتند. اما با این فناوری عمر شیرآلات صنعت نفت دو تا سه برابر افزایش یافت.

دارورسانی هدفمند با استفاده از فناوری نانو بدون آسیب به بافت سالم بدن

حوزه دیگر و بسیار مهم کاربرد فناوری نانو در تولید دارو‌های هوشمند است. داروی هوشمند دارورسانی را هدفمند می‌کند. به گفته این کارشناس حوزه نانوفناوری داروی هوشمند قابلیت تشخیص بافت آسیب دیده را خیلی سریع دارد. در اصطلاح عامیانه گفته می‌شود گلو چرک یا ریه عفونت کرده است؛ فناوری نانو دارویی تولید کرده است که هدفمند عمل می‌کند و به محض ورود به بدن وارد ریه‌ای می‌شود که آسیب دیده است. این دارو‌ها به عامل‌هایی که شناساگر نامیده و در ابعاد نانو ساخته می‌شوند، تجهیز و بعد از ورود به واکنش بدن نسبت به ویروس و میکروب حساس می‌شوند و خیلی سریع به بافت آسیب‌دیده می‌رسند و خود را رها می‌کنند. این فرایند چند فایده دارد؛ نخست دارو در کل بدن پخش نمی‌شود و به بافت‌های سالم آسیب نمی‌رساند، دوم دوز مورد نیاز داروی مصرفی برای بهبود بیمار کمتر می‌شود، برای مثال برای یک آنفلوآنزا مصرف سه هفته آنتی‌بیوتیک تجویزمی‌شود تا دارو در این مدت بالاخره ویروس را از بین ببرد، به همین دلیل است که در شیمی‌درمانی‌ها بیمار سرطان کبد یا معده، دچار ریزش مو و آسیب پوست هم می‌شود، زیرا میزان بیشتر از نیاز از بین بردن عامل بیماری، دارو وارد بدنش می‌شود و به بافت‌های سالم هم آسیب می‌رساند.

در کشور ما چند شرکت داروسازی هستند که در حوزه فناوری نانو فعال شده و دارورسانی هدفمند را پیش‌گرفته‌اند. یکی از این محصولات ساخته‌شده به واسطه فناوری نانو، دارویی ضدسرطان است که برای درمان سرطان سینه، کبد و پانکراس استفاده شده و نتایج خوبی هم داشته است. باقری می‌گوید: «پیش از اینکه ما در کشور به فناوری ساخت این دارو دست پیدا کنیم، انحصار تولید آن متعلق به کشور‌های آمریکا و بلژیک بود، همین شرکت‌های فعال در حوزه نانو توانستند یک داروی موضعی پوستی برای درمان سالک بسازند. دارو‌های سالک عمدتا تزریقی بودند. با این حال، با استفاده از فناوری نانو اثربخشی دارو با تغییر طریق مصرف آن بیشتر و سریع‌تر شده است.»

مردم چقدر با فناوری نانو آشنایی دارند؟

نانوتکنولوژی مرز و مانعی برای ورود به حوزه‌های مختلف ندارد؛ از باقری می‌پرسیم تأثیرگذارترین حوزه استفاده‌کننده از این فناوری که بر زندگی روزمره آدم‌ها تأثیر بگذارد، کدام است؟ او در پاسخ به اولویت حوزه‌ها در هر جامعه‌ای اشاره می‌کند و می‌گوید: «بهداشت حوزه‌ای است که در همه کشور‌ها اولویت دارد. درواقع نمی‌توانیم بین حوزه‌ها انتخاب کنیم که کدام تأثیرپذیری بیشتری از فناوری نانو داشته، چراکه ماهیت فناوری نانو بین‌رشته‌ای است؛ یعنی به واسطه این فناوری در همه صنایع شاهد تغییرات بوده‌ایم. هر صنعت به یک میزان. برای مثال محصولات آنتی‌باکتریال و خودتمیزشونده در صنعت نساجی بسیار حائز اهمیت است. ما با فناوری نانو جوراب‌هایی تولید کرده‌ایم که بو نمی‌گیرند، همین خاصیت برای بیماران دیابتی کاملا مفید و موثر است، چراکه زخم‌های دیابتی‌ها معمولا دیرتر خوب می‌شود، ولی این جوراب‌ها باعث تسریع روند بهبود زخم‌هایشان می‌شود، بنابراین می‌توان گفت نانوفناوری کیفیت زندگی را در صنایع نساجی بهتر کرده است. به همین نسبت در حوزه عمران و ساختمان‌سازی مواد مجهز به فناوری نانو باعث بهبود کیفیت ساخت و طول عمر بیشتر ساختمان‌ها می‌شود. برای مثال شیشه‌های مخصوص ساخته‌شده با این فناوری از اتلاف انرژی به میزان بسیار زیادی جلوگیری می‌کند، یعنی در نگاه کلان به نفع منافع ملی کشور است.»

مردم چقدر فناوری نانو و کاربردهایش را در زندگی روزمره می‌شناسند و در سبک زندگی‌شان به این فناوری نوین توجه می‌کنند؟ شاید تصور کلی جامعه از این فناوری نوین در حد تبلیغاتی باشد که صرفا از عنوان نانوتکنولوژی برای نشان دادن کیفیت محصولات و فروش بیشتر آن‌ها استفاده می‌کنند. باقری معتقد است: «تن‌ها چیزی که برای مصرف‌کننده اولویت دارد، کیفیت محصول است. مثلا ترجیح می‌دهند ظروفی داشته باشند که آبکاری و رنگش ثابت است، دیگر تفاوتی ندارد که تولید‌کننده براساس چه فناوری به این قابلیت دست یافته است. به نظر من مردم اگر در این حد بدانند که ما در فناوری نانو حرف‌های خیلی خوبی برای گفتن در سطح جهان داریم و متخصصان این حوزه با دستاوردهایشان حس غرور ملی را در آن‌ها بیشتر کنند، همین کافی است.»

محصولات نانویی را از کجا می‌توانیم پیدا کنیم

باقری درحالی‌که قبول دارد در شناساندن فناوری نانو به زبان ساده برای مردم خیلی خوب کار نشده است، می‌گوید: «ما باید محتوای نرم و دلنشین در شبکه‌های اجتماعی تولید کنیم و در اختیار مردم قراردهیم تا آحاد جامعه از آن تأثیر بپذیرند. این محتوا می‌تواند به صوت ویدیو‌هایی برای نشان‌دادن تأثیر محصولات نانویی در سبک زندگی مردم باشد. مرحله بعدی این است که مردم بدانند محصولات نانویی را کجا می‌توانند پیدا کنند. ما توانستیم نمادی در سازمان استاندارد به اسم نانونماد تعریف کنیم. هر محصولی که این نماد را داشته باشد، مورد تأیید ستاد ویژه توسعه فناوری نانو است. با این استاندارد می‌توانیم جلوی سوءاستفاده‌های احتمالی در بازار را هم بگیریم.» به گفته این مسئول ستاد فناوری نانو مردم می‌توانند این محصولات را به صورت دسته‌بندی‌شده و کامل در سایت nanoproduct.ir مشاهده کنند. محصولات نهایی، موادی در مرحله آزمایشگاهی است و مواد اولیه نانویی هم به صورت دسته‌بندی شده در این سایت قرار گرفته است.

‏ نانو در لباسی که می‌پوشیم، غذایی که می‌خوریم و خودرویی که سوار می‌شویم. اگر قهوه روی لباس سفیدتان ریخت دستپاچه نشوید.

دنیای نانو سراسر شگفتی است؛ متخصصان این علم می‌گویند مردم با شناختن کاربرد نانوفناوری ‏در زندگی روزانه‌شان، ارزش این فناوری در آسان‌تر کردن زندگی را بیشتر درک می‌کنند. ‏

نانو در غذایی که می‌خوریم؛ نگهداری، بسته‌بندی و جلوگیری از فاسد شدن مواد غذایی در مقابل ‏انواع باکتری‌ها و قارچ‌ها و محافظت از آن‌ها در برابر نور و رطوبت، ازجمله معضلات اصلی و ‏همیشگی مواد غذایی بوده که امروزه ظروفی که با استفاده از فناوری نانو ساخته می‌شوند و خواص ‏ضدمیکروبی بالایی در مقابل انواع باکتری‌ها و قارچ‌ها دارند، این مشکل را تا حد زیادی حل کرده ‏است. نگهداری مواد غذایی در ظروفی که با نانوذرات نقره ساخته می‌شود، از رشد باکتری‌ها ‏جلوگیری کرده و غذا را بدون تغییر رنگ و مزه به مدت طولانی‌تری در مقایسه با ظروف معمولی ‏نگهداری می‌کند. ‏

نانو در لباسی که می‌پوشیم؛ اکثر مردم از عرق کردن به‌ویژه در قسمت پا گله دارند و نمى‌توانند آن ‏را تحمل کنند. به‌طور طبیعى هر پا ۲۵۰هزار غدد عرقى دارد که قادرند حدود ۵۰۰ میلى‌لیتر عرق ‏در روز تولید کنند. لک شدن پی‌در پی لباس‌ها هم از آن دست دردسر‌هایی است که همه ما در زندگی ‏روزمره با آن مواجه می‌شویم. پارچه‌های ضدلک، ضدآب، ضدچروک، ضدحریق و… همه این ‏رویا‌ها با فناوری نانو محقق شده است. بنابراین اگر قهوه برروى شلوار سفیدرنگى ریخته شود به ‏طرز شگفت‌آورى روى آن حرکت کرده و جذب نمى‌شود. این پارچه‌ها که با تقلید از طبیعت (برگ ‏لوتوس، پوست سوسک و بال حشرات) بافته می‌شود، در روی سطح خود ناهمواری‌های بسیار ‏کوچکی در مقیاس نانو دارد که مانع از چسبیدن گرد و غبار و دیگر آلاینده‌ها به روی پارچه ‏می‌شوند. ‏

عرضه جوراب‌هایی که حاوی نانوذرات نقره است، با جلوگیری از رشد انواع باکتری‌ها و ‏قارچ‌ها، بوی بد پا را از بین می‌برد. همچنین پخش کردن نانوذرات سیلیکا در پارچه‌ها خاصیت ‏ضدحریقی به آن می‌دهد که می‌توان با خیالی آسوده از این پارچه‌ها برای پرده و سرویس‌های اتاق ‏خواب خانه استفاده کرد. ‏

نانو در خودرویی که سوار می‌شویم؛ در کشور ما مانند دیگر نقاط جهان، بحث کاهش مصرف ‏سوخت و بهینه‌سازی مصرف انرژی مطرح است. یکی از راه‌های بهینه‌سازی مصرف سوخت، ‏ساخت ماشین‌های سبک‌تر است. کاهش وزن بدنه و تجهیزات خودرو به وسیله نانوکامپوزیت‌هایی ‏که وزن کمتر و استحکام بیشتری دارند، شکل می‌گیرد. ماشین‌های سبک سوخت مصرفی کمتری ‏هم نیاز دارند. بارش باران و برف، آثار آلودگی بر شیشه‌ها و آینه‌های خودرو دید راننده را دچار ‏مشکل می‌کند و همین موضوع عامل اصلی تصادفات در فصول سرد‌سال است. به‌کارگیری سطوح ‏خودتمیزشونده نانویی در شیشه‌ها و آینه‌های خودرو می‌تواند این مشکل را به‌راحتی حل کند. ‏

مواردی که گفته شد تنها موارد کوچکی از حضور نانو در زندگی روزانه‌مان است. نانوفناوری ‏کشور‌ها را به ساخت سازه‌های سبک و مقاوم در برابر زلزله، شیشه‌های خودتمیزشونده، پنجره‌های ‏بدون نیاز به پرده، عایق‌های حرارتی و کاهش اتلاف انرژی پیش برده است. در لوازم آرایشی و ‏بهداشتی ما امروزه کرم‌های ضد آفتاب حاوی نانوذرات را در دسترس داریم که محافظی مطمئن در ‏برابر آفتاب‌سوختگی و پیری پوست هستند. نانو در فناوری اطلاعات مهندسان را به سمت ساخت ‏حافظه‌های کوچک‌تر با قابلیت پردازش و ذخیره بیشتر برده و در هر جای دیگری که انسان ‏حضور دارد، نانو هم برای تسهیل زندگی و بهتر کردن کیفیت زندگی خودنمایی می‌کند. ‏