بخشی از مقاله
كاربردهاي نانوتكنولوژي در كشاورزي و علوم دامي
خلاصه:
نانوتكنولوژي به عنوان يك فناوري قدرتمند، توانايي ايجاد تحول در سيستم كشاورزي و صنايع غذايي آمريكا و سر تاسر دنيا را دارد. نمونه هايي از كاربردها و پتانسيلهاي بالقوه نانوتكنولوژي در كشاورزي و صنايع غذايي، شامل سيستم هاي جديد آزاد كننده دارو براي درمان بيماريها، ابزارهاي جديد بيولوژي سلولي و مولكولي، امنيت زيستي و تضمين سلامتي محصولات كشاورزي و غذايي و توليد مواد جديد مورد استفاده براي شناسايي عوامل بيماريزا و حمايت از محيط زيست مي باشد.
تحقيقات اخير، امكان استفاده از نانوشلها و نانوتيوپها را در سيستمهاي جانوري براي تخريب سلولهاي هدف، به روشني ثابت نموده است. امروزه از نانوپارتيكل ها كه اجرام بسيار كوچكتر از حد ميكرون هستند، براي رها سازي داروها و يا ژنها به داخل سلولها استفاده مي كنند و مورد انتظار است كه اين تكنولوژيها در 10 الي 15 سال آتي مورد بهره برداري كامل قرار گيرد. با روند رو به رشد تحقيقات اخير، اين پيش بيني منطقي است كه در دهه آينده، صنعت نانوتكنولوژي با توسعه بي نظير خود، منجر به ايجاد انقلاب عظيم در بخش پزشكي و بهداشت و همچنين توليدات دارويي دام و آبزيان گردد.
كلمات كليدي: سيستمهاي آزاد كننده دارو، نانوپارتيكل، نانوتكنولوژي، شناسايي اجرام بيمار
ي زا
مقدمه:
نانوتكنولوژي به عنوان يك فناوري قدرتمند نوين، توانايي ايجاد انقلاب و تحولات عظيم را در سيستم تامين مواد غذايي و كشاورزي ايالت متحده آمريكا و در گستره جهاني دارد. نانوتكنولوژي قادر است كه ابزارهاي جديدي را براي استفاده در بيولوژي مولكولي و سلولي و همچنين توليد مواد جديدي، براي شناسايي اجرام بيماري زا معرفي نمايد و بنابراين چندين ديدگاه مختلف در نانوتكنولوژي وجود دارد كه مي تواند در علوم كشاورزي و صنايع غذايي، كاربرد داشته باشد. به عنوان مثال امنيت زيستي توليدات كشاورزي و مواد غذايي، سيستمهاي آزاد كننده دارو بر عليه بيماريهاي شايع، حفظ سلامتي و حمايت از محيط زيست از جمله كاربردهاي اين علم مي باشد.
علم نانوتكنولوژي چيست؟ انجمن ملي نوبنياد نانوتكنولوژي كه يك نهاد دولتي در كشور امريكا مي باشد ، واژه نانوتكنولوژي را چنين توصيف مي كند: "تحقيق و توسعه هدفمند، براي درك و دستكاري و اندازه گيريها مورد نياز در سطح موادي با ابعاد در حد اتم"، مولكول و سوپرمولكولها را نانوتكنولوژي مي گويند. اين مفهوم با واحدهايي از يك تا صد نانومتر، همبستگي دارد. دراين مقياس خصوصيات فيزيكي، بيولوژيكي و شيميايي مواد تفاوت اساسي با يكديگر دارند و غالبا اعمال غير قابل انتظار از آنها مشاهده مي شود. در سيستم كشاورزي امروزي، اگردامي مبتلا به يك بيماري خاص شود، مي توان چند روز و حتي چند هفته يا چند ماه قبل علائم نامحسوس بيماري را شناسايي كنند و قبل از انتشار و مرگ و مير كل گله، دامدار را براي اخذ تصميمات مديريتي و پيشگيري كننده آگاه كند و بنابراين مي توان نسبت به مقابله با آن بيماري اقدام نمايد. نانوتكنولوژي به موضوعاتي در مقياس هم اندازه با ويروسها و ساير عوامل بيماري زا مي پردازد و بنابراين پتانسيل بالايي را براي شناسايي و ريشه كني عوامل بيماري زا دارد. نانوتكنولوژي امكان استفاده از سيستمهاي آزاد كننده داروئي را كه بتواند به طور طولاني مدت فعال باقي بماند، فراهم مي كند. به عنوان مثال استفاده از سيستمهاي آزاد كننده دارو، مي توان به ايمپلنتهاي ابداع شده مينياتوري در حيوان
اشاره كرد كه نمونه هاي بزاقي را به طور مستمر كنترل مي كنند و قبل از بروز علائم باليني و تب، از طريق سيستمهاي هشدار دهنده وسنسورهاي ويژه، مي تواند احتمال وقوع بيماري را مشخص و سيستم خاص ازاد كننده دارو معيني را براي درمان موثر توصيه كنند. طراحي سيستمهاي آزاد كننده مواد دارويي، يك آرزوي و روياي هميشگي محققان براي سيستمهاي رها كننده داروها، مواد مغذي و پروبيوتيكها بوده و مي باشد.
نانوتكنولوژي به عنوان يك فناوري قدرتمند به ما اجازه مي دهد كه نگرشي در سطح مولكولي و اتمي داشته و قادر باشيم كه ساختارهايي در ابعاد نانومتر را بيافرينيم.
براي تعيين و شناسايي بسيار جزئي آلودگيهاي شيميايي، ويروسي يا باكتريايي در كشاورزي و صنايع غذايي معمولا از روشهاي بيولوژيكي، فيزيكي و شيميايي استفاده مي گيرد. در روشهاي اخير نانوتكنولوژي براي استفاده توام اين روشها، يك سنسور در مقياس نانو طراحي كرده اند در اين سيستم جديد، مواد حاصل از متابوليسم و رشد باكتريها با اين سنسورها تعيين مي گردد.
سطوح انتخابي بيولوژيكي، محيطي هايي هستند كه عمده واكنشهاي و فعل و انفعالات بيولوژيكي و شيميايي در آن محيط انجام مي شود. چنين سطوحي همچنين توانايي افزايش يا كاهش قدرت اتصال ارگانيزمها و ملكولهاي ويژه را دارد. از جنبه هاي كاريردي استفاده از اين سطوح، طراحي سنسورها، كاتاليستها، و توانايي جداسازي يا خالص سازي مخلوطهاي بيومولكولها مي باشد. نانومولكولها موادي هستند كه اخيرا از طريق نانوتكنولوژي به دست آمده اند و يا در طبيعت موجودند و بوسيله اين ساختارها، امكان دستكاريهاي درسطح نانو و تنظيم و كاتاليز واكنشهاي شيميايي وجود دارد. نانو مواد از اجزاي با سايز بسيار ريز تشكيل شده اند و اجزا تشكيل دهنده چنين ساختارهايي بر خواص مواد حاصل در سطح ماكرو تاثير مي گذارد. ساختارهاي كروي توخالي (buckey balls ) كه با نام ديگر فلورن هم شناخته شده اند، مجموعه از اتمهاي كربن متحدالشكل به صورت كروي هستند كه در چنين ساختاري هر اتم كربن به سه اتم كربن مجاورش متصل شده. دانشمندان اكنون به خوبي مي دانند كه چگونه يك چنين ساختاري را به وجود آورند و كاربردهاي بيولوژيكي آن امروزه كاملا شناخته شده است. از جمله كاربردهاي چنين ساختارهايي براي رها سازي دارو يا مواد راديواكتيو در محلهاي مبتلا به عوامل بيماريزا مي باشد. ايده استفاده از60 اتم كربن به جاي 80 اتم، ساختارهاي توخالي را براي آزاد سازي دارو فراهم مي كند. هدف از اين كار در نهايت رسيدن به گروهاي قابل انحلال پپتيدها در آب مي باشد كه نتيجتا اين مولكولها به جريان خون راه پيدا مي كنند. نانوتيوپها ساختارهاي توخالي ديگري هستند كه از دو طرف باز شده اند و گروههاي اتمي ديگري به آنها اضافه شده اند و يك ساختار شش گوشه را تشكيل مي دهند. نانوتيوپها مي توانند به عنوان يك ورقه گرافيت در نظر گرفته شوند كه به دور يك لوله پيچيده شده اند.
كاربرد پلي مرهاي سنتزي در داروسازي پيشرفتهاي چشمگيري داشته است. سبكي، نداشتن آثار جانبي و امكان شكل دهي پلي مرها، كاربرد آنها را در زمينه پزشكي و دامپزشكي افزايش داده است. در روشهاي دارورساني مدرن، فرآورده شكل دارويي موثر خود را با يك روند مشخص شده قبلي براي مدت زمان معلوم بطور سيستماتيك به عضو هدف آزاد مي كند. پليمرها نه تنها به عنوان منابع ذخيره دارو و غشا و ماتريكس هاي نگهدارنده عمل مي كنند بلكه مي توانند سرعت انحلال آزاد سازي و تعادل دفع و جذب آزاد را در بدن كنترل كنند.
دندريمر(پلي مر) يك طبقه جديد از مولكولهاي سه بعدي مصنوعي هستند كه از مسير و راه نانوسنتزي به دست آمده اند كه اين دندريمرها از تواليها و شاخه اي تكراري حاصل آمده اند. ساختار چنين تركبيباتي از يك درجه بالاي تقارن برخوردار است
نقاط كوانتومي، كريستالهايي در مقياس نانومتري هستند كه اساسا در اواسط 1980 براي كاربردهاي اپتوالكترونيك به كاربرده شدند. آنها در طي سنتز شيميايي در مقياس نانو ايجاد مي شوند و از صدها يا هزاران اتم در نهايت يك ماده نيمه هادي معدني تشكيل شده اند كه اين
ماده به اتمها خاصيت فلورنس مي دهد. وقتي يك نقطه كوانتومي با يك پرتو نور برانگيخته مي شود آنها دوباره نور را منتشر مي كنند. ميزان يك طيف نشري متقارن باريك مستقيم به اندازه كريستال بستگي دارد. اين بدان معني است كه اجرام كوانتومي مي توانند به خوبي براي انتشار نور در طول موجهاي مختلف طراحي شوند. نانوشلها يك نوع جديد از نانوذرات كه از هسته دي الكتريك مانند سيليكا تشكيل شده اند كه با يك لايه فلزي فوق العاده نازك(به عنوان مثال طلا) پوشش داده شده اند. نانوشلهاي طلا، داراي خواص فيزيكي مشابه به آنهايي هستند كه از كلوئيدها طلا
ساخته شده اند. پاسخهاي نوري نانوشلهاي طلا به طور قابل توجهي به اندازه نسبي هسته نانوذرات و ضخامت لايه طلا بستگي دارد. دانشمندان قادرند نانوشلهايي را بسازند كه ملكولهاي آنتي ژنها بر روي آنها سوار شوند و در مجموع سلولهاي سرطاني و تومورهاي موجود را تحت تاثير قرار دهند. اين ويژگي مخصوصا در رابط با نانوشلها مي باشد كه اين ساختارها قادرند فقط تومورهاي موجود را تحت تاثير قرار دهند و سلولهاي مجاور تومور دست نخورده باقي مي ماند. از طريق حرارتي كه به طور انتخابي در سلولهاي توموري ايجاد مي كند منجر به از بين بردن اين سلولها مي شود.
كاربردهاي نانوتكنولوژي در علوم دامي
سلامتي دامهاي اهلي از جمله مسائلي است كه با اقتصاد دامداريها در ارتباط مي باشد. يك دامپزشك مي نويسد كه "علم نانوتكنولوژي توانايي و پتانسيل بالقوه اي بر روي رهيافتهاي آتي دامپزشكي و درمان دامهاي اهلي خواهد داشت". تامين اقلام غذايي براي دامهاي اهلي همواره با افزايش هزينه و نياز به مراقبتهاي خاص دامپزشكي و تجويز دارو و واكسن همراه بوده است و نانوتكنولوژي توانايي ارائه راهكارهاي مناسب براي حل اين معضلات را دارد.
سيستمهاي سنتيتيك آزاد كننده مواد داروئي
امروزه مصرف آنتي بيوتيكها، واكسنها، پروبيوتيكها و عمده داروها از طريق وارد كردن آنها از راه غذا يا آب دامها و يا از راه تزريق عضلاني صورت مي گيرد. رها سازي يك مرحله اي دارو در برابر يك ميكروارگانيزم علارغم تاثيرات درماني و اثرات بازدارنده پيشرفت يك بيماري معمولا با بازگشت مجدد علائم بيماري وتخفيف اثرات دارويي مصرفي همراه است. روشهاي موجود در سطح نانو، قابليت تشخيص و درمان عفونت،اختلالات تغذيه اي و متابوليكي را دارا مي باشد. سيستمهاي سنتتيك رها سازي دارو مي تواند خواص چند جانبه براي حذف موانع بيولوژيكي در افزايش بازده درماني داروي مورد استفاده و رسيدن آن به بافت هدف داشته باشد كه از جمله اين خواص مي توان به موارد ذيل اشاره كرد.
1-تنظيم زماني مناسب براي آزاد سازي دارو
2- قابليت خود تنظيمي
3-توانايي برنامه ريزي قبلي
بنابراين در آينده نزديك پيشرفتهاي بيشتر تكنولوژي امكانات زير را فراهم مي كند:
1. توسعه سيستمهاي سنتيتيك رها سازي داروها،پروبيوتيكها، مواد مغذي
2. افزايش سرعت شناسايي علائم بيماري و كاربرد روشهاي درماني سريع
3. توسعه سيستمهاي رها سازي اسيدهاي نوكلئيك و مولكولهاي DNA
4. كاربرد نانومولكولها در توليد واكسنهاي دامي
5. تشخيص بيماري و درمان دامها
تصور امكان تزريق نانوپارتيكها به دامها و فعال شدن تدريجي ماده موثر همراه با اين نانوذرات در بدن حيوان براي از بين بردن و تخريب سلولهاي سرطاني، افق تحقيقاتي جديدي را به روي محققان بازكرده است. محققان دانشگاه رايس مراحل مقدماتي كاربرد نانوشلها را براي تزريق به جريان خون ارزيابي كردند. اين ذرات نانو به گيرنده هاي غشاسلولهاي سرطاني متصل مي شوند و با ايجاد امواج مادون قرمز باعث بالا رفتن دماي سلولهاي مذكور به 55 درجه و تركيدن و از بين رفتن تومورهاي موجود مي گردند. همچنين نانوپارتيكهايي كه از اكسيدهاي آهن ساخته مي شوند، با ايجاد امواج مگنتيك در محل استقرار سلولهاي سرطاني باعث از بين بردن اين سلولها مي شوند. يكي از اساسي ترين محورهاي تحقيقاتي كنوني، توسعه سيستمهاي رها سازي DNA غيرزنده، با بازدهي مناسب و با حداقل هزينه و عوارض جانبي و سمي مي باشد، كه در ژن درماني مورد استفاده قرار مي گيرند.
اصلاح نژاد دام
مديريت تلاقي و زمان مناسب جفتگيري دامها، از جمله مواردي است كه در مزارع پرورش گاوشيرده به هزينه و زمان طولاني نياز دارد. از راهكارهايي كه اخير مورد استفاده قرار گرفته است، استفاده از نانوتيوپها خاص در داخل پوست مي باشد كه زمان واقعي پيك هورمون استروژن و وقوع فحلي را دار دامها نشان مي دهد و لذا با علائمي كه سنسورهاي موجود به دستگاه مونيتور مي فرستد، زمان دقيق و واقعي تلقيح را به دامدار نشان مي دهد.
انو تكنولوژي و كشاورزي
نانوتكنولوژی به عنوان یك فناوری قدرتمند، توانایی ایجاد تحول در سیستم كشاورزی و صنایع غذایی آمریكا و سر تاسر دنیا را دارد. نمونه هایی از كاربردها و پتانسیلهای بالقوه نانوتكنولوژی در كشاورزی و صنایع غذایی، شامل سیستم های جدید آزاد كننده دارو برای درمان بیماریها، ابزارهای جدید بیولوژی سلولی و مولكولی، امنیت زیستی و تضمین سلامتی محصولات كشاورزی و غذایی و تولید مواد جدید مورد استفاده برای شناسایی عوامل بیماریزا و حمایت از محیط زیست می باشد.
تحقیقات اخیر، امكان استفاده از نانوشلها و نانوتیوپها را در سیستمهای جانوری برای تخریب سلولهای هدف، به روشنی ثابت نموده است. امروزه از نانوپارتیكل ها كه اجرام بسیار كوچكتر از حد میكرون هستند، برای رها سازی داروها و یا ژنها به داخل سلولها استفاده می كنند و مورد انتظار است كه این تكنولوژیها در ۱۰ الی ۱۵ سال آتی مورد بهره برداری كامل قرار گیرد. با روند رو به رشد تحقیقات اخیر، این پیش بینی منطقی است كه در دهه آینده، صنعت نانوتكنولوژی با توسعه بی نظیر خود، منجر به ایجاد انقلاب عظیم در بخش پزشكی و بهداشت و همچنین تولیدات دارویی دام و آبزیان گردد.
تصور امكان تزریق نانوپارتیكها به دامها و فعال شدن تدریجی ماده موثر همراه با این نانوذرات در بدن حیوان برای از بین بردن و تخریب سلولهای سرطانی، افق تحقیقاتی جدیدی را به روی محققان بازكرده است.
● مقدمه:
نانوتكنولوژی به عنوان یك فناوری قدرتمند نوین، توانایی ایجاد انقلاب و تحولات عظیم را در سیستم تامین مواد غذایی و كشاورزی ایالت متحده آمریكا و در گستره جهانی دارد. نانوتكنولوژی قادر است كه ابزارهای جدیدی را برای استفاده در بیولوژی مولكولی و سلولی و همچنین تولید مواد جدیدی، برای شناسایی اجرام بیماری زا معرفی نماید و بنابراین چندین دیدگاه مختلف در نانوتكنولوژی
وجود دارد كه می تواند در علوم كشاورزی و صنایع غذایی، كاربرد داشته باشد.
به عنوان مثال امنیت زیستی تولیدات كشاورزی و مواد غذایی، سیستمهای آزاد كننده دارو بر علیه بیماریهای شایع، حفظ سلامتی و حمایت از محیط زیست از جمله كاربردهای این علم می باشد.
● علم نانوتكنولوژی چیست؟
انجمن ملی نوبنیاد نانوتكنولوژی كه یك نهاد دولتی در كشور امریكا می باشد ، واژه نانوتكنولوژی را چنین توصیف می كند: "تحقیق و توسعه هدفمند، برای درك و دستكاری و اندازه گیریها مورد نیاز در سطح موادی با ابعاد در حد اتم"، مولكول و سوپرمولكولها را نانوتكنولوژی می گویند. این مفهوم با واحدهایی از یك تا صد نانومتر، همبستگی دارد. دراین مقیاس خصوصیات فیزیكی، بیولوژیكی و شیمیایی مواد تفاوت اساسی با یكدیگر دارند و غالبا اعمال غیر قابل انتظار از آنها مشاهده می شود. در سیستم كشاورزی امروزی، اگردامی مبتلا به یك بیماری خاص شود، می توان چند روز و حتی چند هفته یا چند ماه قبل علائم نامحسوس بیماری را شناسایی كنند و قبل از انتشار و مرگ و میر كل گله، دامدار را برای اخذ تصمیمات مدیریتی و پیشگیری كننده آگاه كند و بنابراین می توان نسبت به مقابله با آن بیماری اقدام نماید.
نانوتكنولوژی به موضوعاتی در مقیاس هم اندازه با ویروسها و سایر عوامل بیماری زا می پردازد و بنابراین پتانسیل بالایی را برای شناسایی و ریشه كنی عوامل بیماری زا دارد. نانوتكنولوژی امكان استفاده از سیستمهای آزاد كننده داروئی را كه بتواند به طور طولانی مدت فعال باقی بماند، فراهم می كند.
به عنوان مثال استفاده از سیستمهای آزاد كننده دارو، می توان به ایمپلنتهای ابداع شده مینیاتوری در حیوان اشاره كرد كه نمونه های بزاقی را به طور مستمر كنترل می كنند و قبل از بروز علائم بالینی و تب، از طریق سیستمهای هشدار دهنده وسنسورهای ویژه، می تواند احتمال وقوع بیماری را مشخص و سیستم خاص ازاد كننده دارو معینی را برای درمان موثر توصیه كنند. طراحی سیستمهای آزاد كننده مواد دارویی، یك آرزوی و رویای همیشگی محققان برای سیستمهای رها كننده داروها، مواد مغذی و پروبیوتیكها بوده و می باشد.
نانوتكنولوژی به عنوان یك فناوری قدرتمند به ما اجازه می دهد كه نگرشی در سطح مولكولی و اتمی داشته و قادر باشیم كه ساختارهایی در ابعاد نانومتر را بیافرینیم.
برای تعیین و شناسایی بسیار جزئی آلودگیهای شیمیایی، ویروسی یا باكتریایی در كشاورزی و صنایع غذایی معمولا از روشهای بیولوژیكی، فیزیكی و شیمیایی استفاده می گیرد. در روشهای اخیر نانوتكنولوژی برای استفاده توام این روشها، یك سنسور در مقیاس نانو طراحی كرده اند در این سیستم جدید، مواد حاصل از متابولیسم و رشد باكتریها با این سنسورها تعیین می گردد.
سطوح انتخابی بیولوژیكی، محیطی هایی هستند كه عمده واكنشهای و فعل و انفعالات بیولوژیكی و شیمیایی در آن محیط انجام می شود.
چنین سطوحی همچنین توانایی افزایش یا كاهش قدرت اتصال ارگانیزمها و ملكولهای ویژه را دارد. از جنبه های كاریردی استفاده از این سطوح، طراحی سنسورها، كاتالیستها، و توانایی جداسازی یا خالص سازی مخلوطهای بیومولكولها می باشد. نانومولكولها موادی هستند كه اخیرا از طریق نانوتكنولوژی به دست آمده اند و یا در طبیعت موجودند و بوسیله این ساختارها، امكان دستكاریهای درسطح نانو و تنظیم و كاتالیز واكنشهای شیمیایی وجود دارد. نانو مواد از اجزای با سایز بسیار ریز تشكیل شده اند و اجزا تشكیل دهنده چنین ساختارهایی بر خواص مواد حاصل در سطح ماكرو تاثیر می گذارد.
ساختارهای كروی توخالی (buckey balls ) كه با نام دیگر فلورن هم شناخته شده اند، مجموعه از اتمهای كربن متحدالشكل به صورت كروی هستند كه در چنین ساختاری هر اتم كربن به سه اتم كربن مجاورش متصل شده. دانشمندان اكنون به خوبی می دانند كه چگونه یك چنین ساختاری را به وجود آورند و كاربردهای بیولوژیكی آن امروزه كاملا شناخته شده است. از جمله كاربردهای چنین ساختارهایی برای رها سازی دارو یا مواد رادیواكتیو در محلهای مبتلا به عوامل بیماریزا می باشد.
ایده استفاده از۶۰ اتم كربن به جای ۸۰ اتم، ساختارهای توخالی را برای آزاد سازی دارو فراهم می كند. هدف از این كار در نهایت رسیدن به گروهای قابل انحلال پپتیدها در آب می باشد كه نتیجتا این مولكولها به جریان خون راه پیدا می كنند. نانوتیوپها ساختارهای توخالی دیگری هستند كه از دو طرف باز شده اند و گروههای اتمی دیگری به آنها اضافه شده اند و یك ساختار شش گوشه را تشكیل می دهند. نانوتیوپها می توانند به عنوان یك ورقه گرافیت در نظر گرفته شوند كه به دور یك لوله پیچیده شده اند.
كاربرد پلی مرهای سنتزی در داروسازی پیشرفتهای چشمگیری داشته است. سبكی، نداشتن آثار جانبی و امكان شكل دهی پلی مرها، كاربرد آنها را در زمینه پزشكی و دامپزشكی افزایش داده است. در روشهای دارورسانی مدرن، فرآورده شكل دارویی موثر خود را با یك روند مشخص شده قبلی برای مدت زمان معلوم بطور سیستماتیك به عضو هدف آزاد می كند. پلیمرها نه تنها به عنوان منابع ذخیره دارو و غشا و ماتریكس های نگهدارنده عمل می كنند بلكه می توانند سرعت انحلال آزاد سازی و تعادل دفع و جذب آزاد را در بدن كنترل كنند.
دندریمر(پلی مر) یك طبقه جدید از مولكولهای سه بعدی مصنوعی هستند كه از مسیر و راه نانوسنتزی به دست آمده اند كه این دندریمرها از توالیها و شاخه ای تكراری حاصل آمده اند. ساختار چنین تركبیباتی از یك درجه بالای تقارن برخوردار است.
نقاط كوانتومی، كریستالهایی در مقیاس نانومتری هستند كه اساسا در اواسط ۱۹۸۰ برای كاربردهای اپتوالكترونیك به كاربرده شدند. آنها در طی سنتز شیمیایی در مقیاس نانو ایجاد می شوند و از صدها یا هزاران اتم در نهایت یك ماده نیمه هادی معدنی تشكیل شده اند كه این ماده به اتمها خاصیت فلورنس می دهد. وقتی یك نقطه كوانتومی با یك پرتو نور برانگیخته می شود آنها دوباره نور را منتشر می كنند. میزان یك طیف نشری متقارن باریك مستقیم به اندازه كریستال بستگی دارد.
این بدان معنی است كه اجرام كوانتومی می توانند به خوبی برای انتشار نور در طول موجهای مختلف طراحی شوند. نانوشلها یك نوع جدید از نانوذرات كه از هسته دی الكتریك مانند سیلیكا تشكیل شده اند كه با یك لایه فلزی فوق العاده نازك(به عنوان مثال طلا) پوشش داده شده اند. نانوشلهای طلا، دارای خواص فیزیكی مشابه به آنهایی هستند كه از كلوئیدها طلا ساخته شده اند. پاسخهای نوری نانوشلهای طلا به طور قابل توجهی به اندازه نسبی هسته نانوذرات و ضخامت لایه طلا بستگی دارد.
دانشمندان قادرند نانوشلهایی را بسازند كه ملكولهای آنتی ژنها بر روی آنها سوار شوند و در مجموع سلولهای سرطانی و تومورهای موجود را تحت تاثیر قرار دهند. این ویژگی مخصوصا در رابط با نانوشلها می باشد كه این ساختارها قادرند فقط تومورهای موجود را تحت تاثیر قرار دهند و سلولهای مجاور تومور دست نخورده باقی می ماند. از طریق حرارتی كه به طور انتخابی در سلولهای توموری ایجاد می كند منجر به از بین بردن این سلولها می شود.
● كاربردهای نانوتكنولوژی در علوم دامی
سلامتی دامهای اهلی از جمله مسائلی است كه با اقتصاد دامداریها در ارتباط می باشد. یك دامپزشك می نویسد كه "علم نانوتكنولوژی توانایی و پتانسیل بالقوه ای بر روی رهیافتهای آتی دامپزشكی و درمان دامهای اهلی خواهد داشت". تامین اقلام غذایی برای دامهای اهلی همواره با افزایش هزینه و نیاز به مراقبتهای خاص دامپزشكی و تجویز دارو و واكسن همراه بوده است و نانوتكنولوژی توانایی ارائه راهكارهای مناسب برای حل این معضلات را دارد.
● سیستمهای سنتیتیك آزاد كننده مواد داروئی
امروزه مصرف آنتی بیوتیكها، واكسنها، پروبیوتیكها و عمده داروها از طریق وارد كردن آنها از راه غذا یا آب دامها و یا از راه تزریق عضلانی صورت می گیرد. رها سازی یك مرحله ای دارو در برابر یك میكروارگانیزم علارغم تاثیرات درمانی و اثرات بازدارنده پیشرفت یك بیماری معمولا با بازگشت مجدد علائم بیماری وتخفیف اثرات دارویی مصرفی همراه است. روشهای موجود در سطح نانو، قابلیت تشخیص و درمان عفونت،اختلالات تغذیه ای و متابولیكی را دارا می باشد. سیستمهای سنتتیك رها سازی دارو می تواند خواص چند جانبه برای حذف موانع بیولوژیكی در افزایش بازده درمانی داروی مورد استفاده و رسیدن آن به بافت هدف داشته باشد كه از جمله این خواص می توان به موارد ذیل اشاره كرد.
1)تنظیم زمانی مناسب برای آزاد سازی دارو
2) قابلیت خود تنظیمی
3) توانایی برنامه ریزی قبلی
بنابراین در آینده نزدیك پیشرفتهای بیشتر تكنولوژی امكانات زیر را فراهم می كند:
▪ توسعه سیستمهای سنتیتیك رها سازی داروها،پروبیوتیكها، مواد مغذی
▪ افزایش سرعت شناسایی علائم بیماری و كاربرد روشهای درمانی سریع
▪ توسعه سیستمهای رها سازی اسیدهای نوكلئیك و مولكولهای DNA
▪ كاربرد نانومولكولها در تولید واكسنهای دامی
● تشخیص بیماری و درمان دامها
تصور امكان تزریق نانوپارتیكها به دامها و فعال شدن تدریجی ماده موثر همراه با این نانوذرات در بدن حیوان برای از بین بردن و تخریب سلولهای سرطانی، افق تحقیقاتی جدیدی را به روی محققان بازكرده است. محققان دانشگاه رایس مراحل مقدماتی كاربرد نانوشلها را برای تزریق به جری
ان خون ارزیابی كردند.
این ذرات نانو به گیرنده های غشاسلولهای سرطانی متصل می شوند و با ایجاد امواج مادون قرمز باعث بالا رفتن دمای سلولهای مذكور به ۵۵ درجه و تركیدن و از بین رفتن تومورهای موجود می گردند. همچنین نانوپارتیكهایی كه از اكسیدهای آهن ساخته می شوند، با ایجاد امواج مگنتیك در محل استقرار سلولهای سرطانی باعث از بین بردن این سلولها می شوند. یكی از اسا
سی ترین محورهای تحقیقاتی كنونی، توسعه سیستمهای رها سازی DNA غیرزنده، با بازدهی مناسب و با حداقل هزینه و عوارض جانبی و سمی می باشد، كه در ژن درمانی مورد استفاده قرار می گیرند.
● اصلاح نژاد دام
مدیریت تلاقی و زمان مناسب جفتگیری دامها، از جمله مواردی است كه در مزارع پرورش گاوشیرده به هزینه و زمان طولانی نیاز دارد. از راهكارهایی كه اخیر مورد استفاده قرار گرفته است، استفاده از نانوتیوپها خاص در داخل پوست می باشد كه زمان واقعی پیك هورمون استروژن و وقوع فحلی را دار دامها نشان می دهد و لذا با علائمی كه سنسورهای موجود به دستگاه مونیتور می فرستد، زمان دقیق و واقعی تلقیح را به دامدار نشان می دهد.
انقلاب نانوتكنولوژی در زمینه تولید غذا
نانوتكنولوژی یاهنر ساخت مواد از اتم ها ، توانایی كپی كردن دقیق اتم ها بصورت منحصربه فرد وقراردادن آنها در جای دلخواه می باشد.
نوید نانوتكنولوژی در خصوص كشاورزی وتولید غذا ، بازگشت 90 % اززمین های كشاورزی به وضعیت طبیعی ، ایجادگلخانه های دارای عملكرد بالا كه تقریباً 10% از زمین های كشاورزی فعلی را در برمی گیرد و جمعیت جهان را تغذیه می كند واز انقراض ونابودی بیشتر جانوران وگونه های گیاهی جلوگیری میكند ودخالت آگاهانه وعالمانه انسان در جهت تسریع روندتكامل گیاهان می باشد
نانوتكنولوژی علمی جدیداست كه می خواهد مضراتی راكه علوم مصنوعی به عالم فعلی گذاشته از بین برده واز راه طبیعی جهان را به بهشت تبدیل كند بطوری كه زندگی را برای تمامی مردم از كوچك تا بزرگ لذت بخش وراحت سازد.
مادرآستانه ورود به جهانی آرمانی هستیم، تولید محصولات كشاورزی برمبنای نانوتكنولوژی مثل سیب زمینی كه فقط پروتئین های موجود درآن بانفوذ براتم های گرد وغبار، هوا وآب نمونه هایی مشابه خودرا ایجاد می كند ، تاسیب زمینی شكل گیرد. یا تولید غذا برمبنای نانوتكنولوژی مانند استیك جوجه یا بره نیم پزشده به كمك ملكول هاواتم ها توسط خودمان بدون اینكه حیوانی ذبح شود ، همه نمونه هایی از رسیدن به جهان آرمانی است . در نتیجه می توان یك طرح زیبا از پایان دادن به قحطی وگرسنگی ارائه داد كه درآن سیاره ای با درختان مو سبزرنگ وزیبا ومیوه های كشاورزی كه خاك طبیعی وكاملی ندارند ، ترسیم می شود .
مقدمه:
به پیوند اجباری شیمی و مهندسی ، نانوتكنولوژی یا دومین انقلاب صنعتی گفته می شود. نانوتكنولوژی یا هنر ساخت مواد از اتم ها ،با تولید جدید از محصولاتی كه پاكیزه تر،نیرومندتر ،سبك وزنتر و سالمتر از مواد قبلی است ، همراه می باشد. نانوتكنولوژی سعی در یكی كردن اكتشافات و پروژه ها از بیوتكنولوژی و مهندسی ژنتیك با شیمی،فیزیك ، الكترونیك و علم مواد دارد. (1)
با استفاده از نانوتكنولوژی هر چیزی می تواند به شكل هر شی قابل تصور دیگری متصور شود و 92 عنصر جدول تناوبی می توانند بی نهایت با هم تركیب شوند تا ملكول های متفاوتی از ابعاد نانوگرفته تا یك سیاره را بسازد . (1)
در سال 1959 ریچارد فینمن تئوری تكنولوژی برتر را ارایه داد در سالهای آتی با ذكر جزئیات بیشتر این تئوری،مطالبی توسط اریك دركسلر تحت عنوان موتورهای آفرینش در سال 1986 و نامحدود ساختن آینده در سال 1991 ارایه گردید ، وی تنها درجه دكتـری در نانونوتكنولوژی را در همین سال از دانشگاه MIT دریافت نمود . (3)
هدف از انتخاب این موضوع آگاهی دادن به افراد جامعه در مورد پیشرفت علم در زمینه تولید غذا در عصر نانوتكنولوژی می باشد،زیرا در آن برهه از زمان به طور نمایی همراه با دقت اتمی، در همان نانو عمومی غذا می تواند از اتم های خام سنتز شود تا به اهداف آلودگی كمتر و پاك كردن اتوماتیك آلودگی موجود دست یابیم و پایانی برای قحطی و گرسنگی داشته باشیم.
تاریخچه پیدایش كشاورزی و انقلاب صنعتی
درحقیقت اگر هر 100 میلیون سال را یك سال در نظر بگیریم كره زمین سیاره ای 46 ساله است كه هیچ اطلاعاتی راجع به 7 سال اول آن وجود ندارد ودر مورد سالهای میانی آن اطلاعات كم و بیش پراكنده و نامطمئنی وجود دارد. درسن 42 سالگی گیاهان و جنگل ها پدیدار شده و شروع به رشد كرده اند،انسان جدید حدود 4 ساعت روی زمین است كه طی همین یك ساعت گذشته كشاورزی را كشف كرده و انقلاب صنعتی فقط یك دقیقه پیش اتفاق افتاد. حال ببینیم كه در این یك دقیقه انسان چه بلایی بر سر این كره 46 ساله آورده است.
نانوتكنولوژی چیست؟
نانوتكنولوژی یا هنر ساخت مواد از اتم ها،توانایی كپی كرده دقیق اتم به صورت منحصر به فرد و قرار دادن آنها در جای دلخواه می باشد. در حقیقت به پیوند اجباری شیمی و مهندسی شیمی نانوتكنولوژی گفته می شود. نانوتكنولوژی یا دومین انقلاب صنعتی جهان،رقیب سایر تكنولوژی ها نیست ، بلكه مكمل و پایه آنهاست.این علم در واقع مهمترین كلید پتانسیل اقتصادی در قرن بیست و یكم به حساب می آید. نانوتكنولوژی علمی جدید است ،كه می خواهد مضراتی راكه علوم
مصنوعی در عالم كنونی گذاشته از بین ببرد و از راه طبیعی جهان را تبدیل به بهشت كند،به طوری كه زندگی را برای تمام مردم از كوچك تا بزرگ لذت بخش و راحت سازد،با این علم گرسنگان سیر می شوند و دیگر قحطی از بین می رود و ما شاهد اتفاقات بسیاری كه هم اكنون قادر به تصور آن نیستیم،می باشیم. نانوتكنولوژی یك رشته جدید نیست،بلكه رویكردی جدید در تمام رشته هاست. اطلاعات ما از طبیعت آن را آخرین مقیاس تولید می داند. (1)
