ما هي تقنية النانو و استخداماتها
محتوى المقال
ما هي تقنية النانو؟ تقنية النانو هي عبارة عن علم وهندسة وتكنولوجيا يتم إجراؤها باعتماد المقياس النانوي، والذي يبلغ حوالي 100 نانومتر.
علم النانو وتكنولوجيا النانو هي دراسة وتطبيق أشياء صغيرة ودقيقة جدا ويمكن استخدامها في جميع مجالات العلوم، مثل الفيزياء، والكيمياء، والبيولوجيا، والهندسة وعلوم المواد، وقد تكون أهمها تقنية النانو في الطب
متى بدأت تقنية النانو
الأفكار والمفاهيم وراء علم النانو وتكنولوجيا النانو بدأت ببحث بعنوان “هناك مساحة كبيرة في القاع” للفيزيائي ريتشارد فاينمان (Richard Feynman) قدمه في اجتماع الجمعية الفيزيائية الأمريكية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (CalTech) في 29 ديسمبر 1959، قبل وقت طويل من استخدام مصطلح تكنولوجيا النانو.
وضح فاينمان في بحثه عملية من خلالها يمكن للعلماء التحكم في الذرات والجزيئات الفردية والتحكم فيها. بعد عقدين من الزمان تقريبا، في استكشافاته للآلات فائقة الدقة، صاغ البروفيسور نوريو تانيجوتشي (Norio Taniguchi) مصطلح تكنولوجيا النانو في عام 1981 بعد تطوير مجهر المسح النفقي الذي يمكنه “رؤية” الذرات الفردية.
المفاهيم الأساسية في علم النانو
وأفضل مثال على كيفية استخدام تقنية النانو هو وجود نوافذ الزجاج الملون في العصور الوسطى في عصر ما قبل العصر الحديث.
من الصعب تخيل مدى صغر حجم تقنية النانو. حيث أن النانومتر الواحد هو جزء من المليار من واحد متر أو 10-9 من المتر. وفيما يلي بعض الأمثلة التوضيحية لحجم النانو:
- هناك 25,400,000 نانومتر في البوصة أو الإنش الواحد.
- يبلغ سمك ورقة الجريدة حوالي 100,000 نانومتر.
- على نطاق مقارن، إذا كانت قطعة الرخام نانومترًا، فسيكون المتر الواحد حجم الأرض.
يمتلك علم النانو وتكنولوجيا النانو القدرة على رؤية الذرات والجزيئات الفردية والتحكم فيها. كل شيء على الأرض يتكون من الذرات مثل الطعام الذي نأكله، والمباني والمنازل التي نعيش فيها، والملابس التي نرتديها وحتى أجسامنا.
الأشياء الصغيرة جدا مثل الذرة التي من المستحيل رؤيتها بالعين المجردة. في الواقع، من المستحيل رؤيتها حتى باستخدام المجهر الاعتيادي المستخدمة عادةً في مختبرات فصل العلوم بالمدرسة الثانوية. حتى تم اختراع المجاهر اللازمة لرؤية الأشياء بالمقياس النانوي في بداية ثمانينيات من القرن الماضي.
بعد أن حصل العلماء على الأدوات المناسبة، مثل مجهر المسح النفقي (STM)، ومجهر القوة الذرية (AFM)، شهدنا ولادت عصر تقنية النانو.
علم النانو وتكنولوجيا النانو يعتبر من العلوم الحديثة تمامًا، إلا أن المواد النانوية قد كانت تستخدم لعدة قرون سابقة. حيث كونت جزيئات الذهب والفضة ذات الحجم المتفاوت ألوانًا في نوافذ الزجاج الملون في كنائس العصور الوسطى منذ مئات السنين. لم يكن الفنانون يدركون في ذلك الوقت أن العملية التي استخدموها لإنشاء هذه الأعمال الفنية الجميلة قد أدت إلى تغييرات في تكوين المواد التي يعملون بها.
بإمكان العلماء والمهندسون اليوم إيجاد مجموعة متنوعة من الطرق لصنع المواد بالمقياس النانوي للاستفادة من خصائصها المعززة مثل القوة العالية، والوزن الخفيف، والتحكم المتزايد في طيف الضوء، والتفاعل الكيميائي الأكبر من نظرائهم على نطاق واسع.
استخدامات النانو تكنولوجي
استخدامات النانو في الطب
من أهم استخدامات النانو هو في المجال الطبي، والتي ستعمل نقلة كبيرة في تقنيات تشخيص ومكافحة الأمراض التي يصعب الوصول لها داخل الجسم؛ حيث تمكن العلماء باستخدام تقنية النانو من تطوير طرق جديد لحمل الدواء (حاملات نانوية). تستطيع هذه الآلات النانوية من حمل العقارات المضادة للسرطان واللقاحات إلى داخل الجسم واستهداف خلايا محددة، كما بإمكانها تصوير وتشكيل بعض الخلايا في داخل الجسم، ومكافحة الانسداد الحاصل في داخل الشرايين بدون تدخل جراحي.
تستعمل تقنيات النانو الطبية في تشخيص الأمراض من خلال الهواء الخارج من الجسم في عملية التنفس، باستعمال أسلاك نانوية مطلية بأجسام مضادة تلتصق فيها فقط الجسميات الدقيقة داخل جسم الإنسان، و DNA، و البروتينات، والعمل على تحليلها وتشخيص الأمراض.
تحديد موقع الخلايا الخبيثة وإزالتها بدقة عالية باستخدام حقن جسيمات نانوية (سلينيد الكادميوم)، والتي تتجمع بشكل انتقائي داخل الخلايا الخبيثة وتضيء بعد تعريضها للأشعة البنفسجية.
استخدامات النانو في الطب كثيرة ومتعددة، ولا يمكن إدراجها جميعها في هذا المقال، كما أن هناك تقنيات نانوية كثيرة تحت التطوير سيتم استخداما في الفترات القادمة مثل صناعة الأعضاء البشرية بتقنيات النانو، وهذا سيحل كثير من المشاكل الطبية وقد تقضي على أساليب العلاج التقليدية من خلال تبديل العضو المتضرر بدل قضاء فترة زمنية طويلة في العلاج، واهم ما في ذلك أن جميع استخدامات النانو في الطب تتم دون تدخل جراحي تقريباً.
استخدامات النانو في الصناعة
الألبسة الذكية ليس غريبة في وقتنا الحاضر ومنتشرة بكثرة، وتقوم بأداء بعض المهام المحدد والمساعدة في مراقبة النشاطات الحيوية للجسم مثل، بعض الستر، والساعات، والأحزمة. لكن باستخدام تقنية النانو سيتم نقل الألبسة الذكية إلى مستوى ابعد من ذلك سواء في زيادة كفاءة الألبسة الذكية الحالية أو في إنتاج تقنيات جديدة مثل، صنع بعض الألبسة الذكية المنتجة للطاقة، وتبريد وتدفئة الجسم، كذلك إنتاج بعض الألبسة الذكية التي تقوم بإزالة الأوساخ والروائح بشكل ذاتي.
من استخدامات النانو الصناعية المنتشرة والتي يتم تطويرها بشكل متسارع هي زيادة مقاومة وصلابة المواد باستخدام الطلاء النانوية، وقد توصلت بعض الاختبارات النانوية إلى مواد أكثر صلابة من الفولاذ تتميز بوزنها الخفيف.
تدخل تقنية النانو في إنتاج زجاج مقاوم للأتربة والأوساخ ولا يوصل الحرارة، وصناعة بعض الشاشات النقية والشفافة والقابلة للثني، كما فعلت شركة سامسونج الكورية التي طورت شاشات تستخدم أنابيب الكربون النانوية.
تستخدم المواد البلورية النانوية ذات الخصائص المغناطيسية في مبدلات السيارات، ومحركات السفن، والغواصات، ومولدات القدرة الكهربائية، وأجهزة الرنين المغناطيسية.
استخدامات النانو في صناعة مرشحات الهواء للقضاء على الكثير من الفيروسات، وطلاء الثلاجات بطلاء الفضة النانوية للقضاء على الجراثيم، وتصنيع مواد من البلاستك مقاومة للصدمات تستخدم في تصنيع السيارات. وهناك الكثير من استخدام النانو في المجال الصناعية، بل أصبح تقريبا كل الصناعات تدخل فيها تكنولوجيا النانو.
استخدامات النانو في المجالات العسكرية
الكثير من الأبحاث العسكرية تعمل على استخدام طلاء يحتوي على جسيمات نانوية ذكية تساعد في تحديد موقع بعض الأهداف العسكرية بدقة.
تدخل تكنولوجيا النانو حتى في مجال الأمن العسكري؛ حيث هناك أبحاث عسكرية نانوية مستمرة لإنتاج كمبيوترات بقدرة تشفير واتصال عالية.
قد يكون استخدامات النانو الأكثر انتشار (المعلن عنها) في المجال العسكري هو في تقنيات حماية الجنود، وتم إنتاج الكثير من الملابس المصنوعة من مواد نانوية تساعد الجنود في الوقاية من ظروف المناخ، والحماية من المواد الكيميائية، والإشعاعية، التي يواجها بعض العسكريين في الحروب.
لم تقتصر الأبحاث النانوية العسكرية في وضع جسيمات النانو على الأدوات التي تحيط بجسم الجندي فقط بل توصلت الأبحاث إلى إنتاج جسيمات نانوية يتم حقنها في جسم الجنود تعمل على مراقبة الحالة الصحية للجنود، وهذه التقنية نفسها تستخدمها وكالة ناسا لمراقبة الحالة الصحية لرواد الفضاء.
استخدامات النانو في الطاقة والاتصالات
استخدم تكنولوجيا النانو في إنتاج بطاريات تعتمد على الأنابيب الكربونية النانوية، لها قدرة العالية في تخزين الطاقة بكميات كبيرة، ولفترة زمنية طويلة، وهذا سيساعد في تقليل الحاجة إلى النفط والتوجه استخدام الطاقة النظيفة.
استخدامات النانو في مجال تطوير قطاع الاتصالات بلغ مراحل متقدمة جداً، وتم إنتاج ألياف بصرية نانوية سرعتها في الاتصال، ونقل المعلومات تصل إلى 100 ضعف، ومن دون الحاجة إلى عملية تحويل الضوء إشارات كهربائية. كذلك جعلت تقنية النانو أجهزة الاتصال أصغر حجما بعد صنع الليزرات النانوية.
