فایلیا | دانلود فایل | دانلود تحقیق و مقاله

نانو تكنولوژي،  فناوري نوين

نانو تكنولوژي فناوري جديدي است كه تمام دنيا را فراگرفته است و به تعبير دقيقتر “نانو تكنولوژي بخشي از آينده نيست بلكه همه آينده است “.در اين مقاله بعد از تعريف نانو به بيان دلايل كاربرد ها و ضرورتهاي توجه به اين فناوري اشاره شده است .

تعريف نانو تكنولوژي

نانو تكنولوژي،توانمندي توليد مواد،ابزار ها و سيستمهاي جديد با در دست گرفتن كنترل در سطح مولكولي و اتمي و استفاده از خواص آنها درمقیاس نانو می باشد.

علم نانو، عبارت است از مطالعه و پژوهش  وسايل و ساختار هايي كه در كوچكترين واحد ديمانسيون ( ۲۰۰ )نانومتر يا كوچكتر وجود دارند . از تعاريف فوق بر مي آيد كه نانو تكنولوژي يك رشته نيست بلكه رويكرد جديدي در تمام رشته هاست .براي نانو تكنولوژي كاربرد هايي را در حوزه های مختلف از غذا، دارو تشخيص پزشكي و بيوتكنولوژي تا الكترونيك، كامپيوتر، ارتباطات، حمل ونقل، انرژي، محيط زيست، مواد هوا و فضا و امنيت ملي بر شمرده اند : كاربرد هاي وسيع اين عرصه و پيامد هاي اجتماعي سياسي و حقوقي آن،اين فناوري را به عنوان زمينه فرا رشته اي و فرا بخش مطرح نموده است .

هر چند آزمايش ها و تحقيقات پيرامون نانوتكنولوژي از ابتداي دهه قرن بيستم به طور جدي پيگيري شده اما اثرات تحول آفرين،معجزه آور و باور نكردني نانو تكنولوژي در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد كه نظر تمامي كشور هاي بزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناوري نانو را به عنوان يكي از مهمترين اولويتهاي تحقيقاتي خويش طي دهه اول قرن بيست و يكم محسوب نمايند .به طوریکه ژاپن درسال ۲۰۰۱، ۴۰۰ میلیون دلار و در سال۲۰۰۴، ۹۶۰ میلیون دلار هزینه کرده است و آمریکا برای این امر در سالهای ۲۰۰۵-۲۰۰۸ حدود ۷/۳ بیلیون دلار اختصاص داده است .

 استفاده از اين فناوري در كليه علوم باعث شده است كه تحقيقات در زمينه نانو به عنوان چالش اصلي علمي و صنعتي پيش روي جهانيان باشد . لذا محققين، اساتيد و صنعت گران ايراني نيز بايد در يك بسيج همگاني، جايگاه و موقعيت خويش را در خصوص اين موضوع مشخص نمايند و حضوري فعال و حتي رقابتي در اين جايگاه ايجاد نمايند . براي چنين كاري طراحي يك برنامه منسجم فراگير و همه جانبه اجتناب ناپذير است .

نانو تکنولوژی دارای سه شاخه نانو فناوری خشک، مرطوب،و محاسبه ای است که از نظر کاربردی در علوم مختلف به خصوص در ساخت و تولید مواد الکترونیکی-پزشکی و صنایع غذایی کاربرد دارد.

    تاريخچه نانو در جهان

 چهل سال پيش ريچارد فيمن متخصص كوانتوم نظري و دارنده جايزه نوبل در سخنراني معروف خود در سال ۱۹۵۹ با عنوان آن پايين فضاي بسياري هست به بررسي بعد رشد نيافته علم مواد پرداخت وي در آن زمان اظهار داشت اصول فيزيك، تا آنجايي كه من توانايي فهمش را دارم، بر خلاف امكان ساختن اتم به اتم چيزها حرفي نمي زند او فرض را بر اين قرار داد كه اگر دانشمندان فرا گرفته اند كه چگونه ترانزيستورها و ديگر سازه ها را با مقياس هاي كوچك بسازند، پس خواهيم توانست كه آنها را كوچك و كوچكتر نماييم . در  واقع آنها به مرزهاي حقيقي شان در لبه هاي نا معلوم كوانتوم نزديك خواهند بود به طوري كه يك اتم را در مقابل ديگري به گونه اي قرار دهيم كه بتوانيم كوچكترين محصول مصنوعي و ساختگي ممكن را ايجاد نماييم و جای این سوال باقی می ماند که  با استفاده از اين فرمهاي بسيار كوچك چه وسايلي مي توانيم ايجاد كنيم ؟

فيمن در ذهن خود يك دكتر مولكولي را تصور كرد كه صدها بار از يك سلول منحصر به فرد كوچكتر خواهد بود و مي تواند به بدن تزريق شود و درون بدن براي انجام كاري يا مطالعه و تاييد سلامتي سلولها،  انجام ترميمي و به طور كلي براي نگهداري بدن در سلامت كامل به سير بپردازد .واژه فناوری نانو اولین بار توسط نوریوتا ینگوچی استاد علوم دانشگاه توکیو مطرح شد .او این واژه را برای توصیف ساخت مواد (وسایل)دقیقی که تلورانس ابعادی آنها در حد نانومتر می باشد،به کاربرد . مينسكي توانست به تفكرات فيمن قوت ببخشد مينسكي پدر هوش مصنوعي و شاگردش  درکسلرگروهي از دانشجويان كامپيوتر را به صورت انجمني دور هم جمع كردند . او افكار جوانترها را با يكسري ايده ها كه خودش نانو تكنولوژي نامگذاري كرده بود مشغول مي داشت .

 درکسلر تنها درجه دكتري نانو تكنولوژي را در سال ۱۹۹۱ ازدانشگاه MIT دريافت داشت او يك پيشرو در طرح نانو تكنولوژي است .

شكوفايي بسيار از فناوريهاي مهم ازجمله فناوري اطلاعات و بيوتكنولوژي به عنوان دو دستاورد بسيار عظيم قرن بيستم بدون بهره گيري از نانو تكنولوژي دچار اختلال  خواهند شد .

معرفيIntroduction

امروزه رقابت بازارهاي تكنولوژيكي براي حفظ قدرت در صنعت غذا و فراوري غذا امري ضروري است . مصرف كننده ها متقاضي محصولات معتبر (مجاز) خوش طعم و سهل و ساده هستند . آينده متعلق به محصولات،  فرآوري و فرآورده هاي جديدي است كه اهداف زير را دنبال مي كند :

بهبود كارايي محصول و طولاني شدن عمر ماندگاري و،تازگي محصول،  بهبود كيفيت و ايمني غذا .

نانو تكنولوژي مي تواند براي توسعه مواد در اندازه هاي كوچك بهسازي، كنترل و انتقال محموله، شناسايي آلودگي و ابداع نانو ابزار هايي براي زيست شناسي سلولي و مولكولي استفاده  شود . نانو تكنولوژي شامل ابداع و استفاده از مواد آلي و غير آلي در مقياس نانو مي باشد.

نانو تكنولوژي نويد مهيا كردن شيوه اي براي طراحي نانو مواد داده است و مواد ساخته شده سازگار با ويژگي هاي فيزيكي، شيميايي و بيولوژي اند و توسط ساختارهاي مولكولي و ديناميكي مشخصي،كنترل مي گردند . در اين تكنيك هاي بيولوژيكي قبل از تشكيل فرآورده  ژن ها دچار تغيير مي شوند . نانو تكنولوژي مي تواند پيشرفت هاي آينده را  كامل تر و با روش هاي موثر تري و به انواع ديگري آماده كند .

 دست كاري پليمرهاي غذا و مجموعه هاي پليمري باعث بهبود كيفيت غذا و سلامتي مي گردد . نانو تكنولوژي نه تنها مواد با ويژگي جديد ايجاد مي كند بلكه مواد ديگري با ويژگي هاي خود جمع كن، خود التيام و نگهداري توليد مي كند.

ارتباط نانو تكنولوژي با مهندسي كشاورزي و سيستم هاي غذايي

نانو تكنولوژي به عنوان تكنولوژي قدرتمند قادر است كه سيستم غذايي و كشاورزي را متحول كند .امنيت سيستم غذايي و كشاورزي، درمان بيماري زایی با سيستم توزيع دارو و ابزارهاي جديد بيولوژيکی مولكولي و اتمي (سلولي)،ابزارهاي جديد براي شناسايي پاتوژن و حفاظت از محيط زيست مثالهاي مهمي در رابطه با نانو مي باشند.

برخي نمونه هاي اساسي نانو به عنوان تكنولوژي قدرتمند مدرن عبارتند از :

توليد،فرآيند و ارسال محصولات غذايي كه با امنيت بيشتري توليد شده اند زيرا نانو سنسورها براي شناسايي پاتوژن و آلودگي پيشرفت كرده است.

توسعه نانو ابزارهايي، كه امكان ثبت تاريخچه محيط،موقعيت و روشهاي ارسال كالا را ثبت مي كند .

سيستم هايي كه تركيبي از حسگرهاي هوشمند اند و موقعيت، گزارش، كنترل از راه دور را با امنيت بيشتر و موثرتري انجام مي دهند .

امنيت سيستم غذايي و كشاورزي بسيار حائز اهميت است، غذاهاي سنتي بايد با كنترل و امنيت بيشتري تهيه گردند.

نانو تكنولوژي پتانسيل هاي واقعي اين سيستم ها را حفظ مي كند :

راندمان توليد محصولات وفرآيند هاي غذايي، امنيت غذا، و پيامد هاي زيست محيطي توليد، انبار، توزيع بهتر غذا خواهند شد . با این فناوری در كشاورزي اگر يك گياه يا حيوان دچار بيماري شود . روزها، هفته ها و ماهها قبل از حضور بيماري توسط نشانه هاي ارگانيسم شناسايي شده و از شيوع آن جلوگيري مي كنيم.

نانو در اندازه اي مشابه ويروس يا ذرات بيماري زا عفونت را  شناسايي و ريشه كني سريع آنرا ممكن ميسازد . نانو امكان توزيع سريع دارو را قبل از ظهور علايم ماكرو فراهم مي كند . براي مثال اين مواد در بدن موجود زنده كاشته مي شوند و قبل از بروز تب هشدار داده و مي تواند حضور بيماري را شناسايي و اطلاع دهند و سيستم توزيع را فعال نمایند اين فناوری هوشمند براي سيستم بيولوژيكي و بيو اكتيوBioactive مثل دارو،آفت كش، مواد مغذي،مواد زيست شناسي، بيو راكتورهاي سلولي، nutraceutical ( هر ماده غذايي يا به کاررفته در اغذيه، که با خود مزاياي پزشکي و سلامتي- مثل جلوگيري يا درمان بيمار‌‌ي‌ها – را به همراه داشته باشد. انواع مختلف اين محصولات عبارتند از: غذاهاي جداشده، مکمل‌هاي رژيمي و افزودني‌هاي ويژه اغذيه مهندسي ژنتيکي‌شده، محصولات گياهي، و غذاهاي فرآوري‌شده همچون حبوبات، سوپ‌ها و نوشيدني‌ها )پيش بيني شده اند .

ابزارهاي جديد بيولوژيكي – مولكولي، سلولي نيازمند طراحي هاي ويژه براي جداسازي،شناسايي،سنجش خواص مولكولهاست و اين امكان پذير است كه با نانو پيشرفت وسيعي در تحقيقات كشاورزي، علوم وتكنولوژي توليد مثل، تبديل تفاله هاي غذا و كشاورزي به انرژي و ديگر محصولات                  By product از طريق نانوبيو پروسسهاي آنزيماتيكي، ممانعت و درمان بيماري در گياه و حيوان، نانو موادهایی با مشخصه هاي جديد به عنوان كشف مهمي در شناسايي پاتوژن و آلودگي، مواد خود ترميم و كاربردهاي متعدد آنها در كشاورزي امكان پذير است .

بسته بندي غذا در ظروف خود ترميم مي تواند غذا را از آلودگي ميكروبي حفظ كند و نگهداري، انبار،توزيع غذا را راحتر نمايد . حفاظت هاي زيست محيطي از طريق كاهش و تبديل مواد كشاورزي به محصولات ارزشمند از طريق نانو راحتر است .طراحي و توسعه نانو كاتاليست  كه روغن هاي نباتي را به سوختهاي با منشا زيستي Bio-based و حلالهاي صنعتي   Biodegradable (توسط ميكروبها متلاشي مي شوند) تبدیل می کنند بهبود یافته است . چنين روشهايي نانو را قدرتمند تر مي كند . حفاظت هاي زيست محيط از طريق مديريت مكان و محيط خارجي زمينه ايست كه نانو مي تواند مفيد باشد . قبل از مصرف كاهو براي سالاد، سيب زميني براي سرخ كردن،بروكلي و نان گندم داغ، بر محيط تاثير داشته و از محيط تاثير             مي پذيرند . اين تاثيرات بر روي زمان مطلوب رشد محصولات،آبياري، حاصل خيزي و برداشت موثر خواهند بود .