بخشی از مقاله
چکیده
فناوری هسته ای در پزشکی، امنیت مواد غذایی، کشاورزی، نانوبیوتکنولوژی و برآورد فرسایش یا رسوب گذاری خاک نمونه هایی از کاربرد علوم هسته ای در زیست شناسی و زیست فناوری هستند. در دهه های اخیر فناوری هسته ای توانسته است تا کاربردهای صلح آمیزی را در سایر علوم پیدا کند. این کاربردها نه تنها در حوزه ی مهندسی و فیزیک، بلکه در حیطه ی علوم طبیعی و زیستی نیز بوده اند.
لذا با توجه به گستردگی این مطلب سعی نموده ایم تا در این مقاله تعدادی از مهم ترین و رایج ترین کاربردهای فناوری هسته ای در علوم زیستی و زیست فناوری را معرفی کنیم؛ چراکه امروزه تمایل جهان به سمت استفاده و بهره گیری از کاربردهای بی نظیر و سودمند علوم هسته ای در سلامت و زندگی انسان است. هرچند استفاده ی گسترده و تجاری سازی تولیدات این دو رشته نیازمند آگاه سازی عمومی و جلب اعتماد و اطمینان مردم نسبت به محصولات تولید شده با مواد رادیواکتیو است اما ادغام این دو رشته کاربردهای زیادی را در زمینه ی درمان بیماری ها، کاهش مرگ و میر، بهبود محصولات زراعی و نیز کاربردهای تحقیقاتی نوین پیدا کرده است.
.1 مقدمه
در عصر کنونی افزایش دانش بشری و پیدایش زمینه های مختلفی از علم و تکنولوژی موجب ادغام رشته های مختلفی از علوم نوین و قدیمی گشته است. در این جا کاربردها و زمینه های علمی حاصل از ترکیب شدن فناوری هسته ای و علوم زیستی را بررسی می کنیم. از جمله ی این زمینه ها عبارتند از:
فناوری هسته ای و علوم پزشکی که شامل استفاده از رادیوداروها و چشمه های پرتوزا در درمان بیماری هایی چون سرطان می باشد؛ فناوری هسته ای و علوم تغذیه که شامل پاک سازی موادغذایی از آلودگی های میکروبی است؛ فناوری هسته ای و علوم کشاورزی که در زمینه های ایجاد موتاسیون در گیاهان و تولید انواع محصولات مقاوم به آفات و متناسب با شرایط جغرافیایی مختلف فعالیت می کند و نیز فناوری هسته ای در برآورد فرسایش خاک که از برخی رادیونوکلئیدها برای تخمین فرسایش یا رسوب گذاری خاک بهره می گیرد.
جذب بیولوژیکی فلزات سنگینی چون اورانیوم نمونه ای از جایگزینی علوم زیستی به جای علوم شیمیایی است. در آخر این نکته حائز اهمیت است که مردم به خصوص در جوامع در حال توسعه نسبت به محصولات حاصل از این فناوری ها مانند: غذاهای میکروب زدایی شده توسط پرتوهای هسته ای، محصولات زراعی مقاوم به تنش های محیطی تولید شده از طریق موتاسیون با پرتو، به کار بردن هسته های رادیواکتیو درون بدن و... خوشبین نیستند؛ لذا اطمینان دادن به مردم برای استفاده از اینگونه محصولات، با توجه به کیفیت و فوائد اثبات شده حاصل از آن ها، باید مورد توجه مسئولین قرار گیرد.
.1-2 کاربرد فناوری هسته ای در پزشکی
پرتوپزشکی شاخه ای از پزشکی است که در آن تشعشع هسته ای نوکلئیدهای رادیواکتیو و نوکلئیدهای پایدار هم برای تشخیص و هم برای درمان امراض به کار می روند. این امر می تواند یا با پرتودهی مستقیم مریض با یک چشمه تشعشع خارجی یا با تزریق داروهای نشان دار با رادیواکتیویته به مریض تحقق یابد. داروهای نشان دار رادیواکتیو که به مریض تزریق یا خورانده می شوند به رادیوداروها معروف هستند.
دارویی هسته ای یا رادیوفارماکولوژی روش دارویی خاصی است که با ترکیبات، آزمایش یا تزریق مناسب رادیودارو به مریض ارتباط دارد. روش های تشخیص زنده آن روش هایی هستند که در آن ها یک رادیودارو در سیستم یک مریض زنده به طریق خوراندن، تزریق یا یا استنشاق وارد می گردد. اشعه گامای نشر شده به وسیله ی رادیوداروها برای تأمین اطلاعات مورد نیاز بر روی صفحه کامپیوتر قابل مشاهده هستند. روش های غیر زنده آن هایی هستند که روی نمونه های برداشته شده از یک مریض انجام می گیرد. کاربردهای درمانی تشعشع و رادیوداروها نسبت به کاربردهای تشخیص محدودترند
برای درمان انواع سرطان ها می توان از روش های درمانی مختلف مثل جراحی، شیمی درمانی و پرتودرمانی استفاده نمود. پرتودرمانی خارجی و پرتودرمانی داخلی - براکی تراپی - 1 دو روش اصلی پرتودرمانی را تشکیل می دهند. مبنای پرتودرمانی قرار دادن سلول های بدخیم در معرض پرتوهای یونیزان می باشد که می تواند منجر به مرگ و از بین رفتن این سلول ها گردد.
هدف ایده آل در پرتودرمانی این است که تومور مورد نظر بیشترین دوز پرتو را دریافت کند و در همان حال بافت های سالم اطراف کم ترین مقدار پرتوگیری را داشته باشند. پرتودرمانی خارجی: اساس این روش بر مبنای استفاده از انواع مختلف منابع پرتوهای یونیزان است که در خارج از بدن بیمار قرار گرفته و به انواع برخورد پرتو یونیزان با ماده بستگی دارد. طراحی درمان دقیق نقش مهمی در درمان موفق دارد. این طراحی درمان شامل 3 مرحله است: -1طراحی -2شبیه سازی -3درمان
پرتودرمانی داخلی: براکی تراپی - درمان از نزدیک - یکی از روش های درمان به کمک پرتوهای یون ساز است که در آن چشمه های رادیواکتیو در درون تومور یا در کوتاه ترین فاصله از آن کاشته می شوند. دو هدف عمده در برنامه ریزی جهت اعمال براکی تراپی باید مدنظر باشد: هدف اول ایجاد توزیع دوز یکنواخت در داخل تومور با به کار گیری تعداد زیادی کاتتر و هدف دوم به حداقل رساندن تعداد کاتترها در عین حالی که یکنواختی توزیع اشعه در سطح تومور حفظ شود. نتایج اولیه در مورد کاشت استریوتاکتیک مواد رادیواکتیو در داخل تومورها مطابق آمارهای متعددی که برخی از آن ها در سری های بزرگ - مانند سری آقای موندنیگر با 1883 مورد - بدست آمده، نشان می دهند که نتایج بدست آمده کاملاً رضایت بخش است.
در برخی سری ها اثرات آن به قدری ایده آل است که براکی تراپی را گاهی درمان کننده می دانند. کاشت مواد رادیواکتیو در داخل تومورها با کاشت R236 شروع شد که به سال 1901 بر می گردد. در حال حاضر در اکثر مراکز برای تومورهای جامد از I125و Ir192 و برای تومورهای کیستیک از Au192، P32، Y90و اخیراً Re186 استفاده می شود. I125 در بین سایر عناصر این مزیت را دارد که متخصص فیزیک پرتودرمانی، انکولوژیست، جراح اعصاب، پرستاران و فامیل بیمار در معرض کمترین میزان اشعه قرار می گیرند. بیماران جوان در براکی تراپی با I125 نتیجه بهتری دارند و عامل مرگ در بزرگسالان را تبدیل LGG به تومور بدخیم دانسته اند
P32 یکی از داروهای رادیواکتیو است که دارای تابش 100درصد بتا با انرژی ماکزیمم 1710کیلوالکترون ولت - متوسط 694/7 کیلوالکترون ولت - و نیمه عمر 14/3 روز و عمق نفوذ 8 میلی متر می باشد. ذرات این رادیودارو 600 تا 1300 نانومتر است. جذب بالای فسفر در بافت های استخوانی، رادیوداروهای P32 را به گزینه ای بسیار مناسب در تسکین و درمان مبتلایان به سرطان استخوان تبدیل کرده است. از جمله علل استفاده این رادیودارو انتشار کم آن به بافت های مجاور تومور و همچنین به سایر اندام های بدن است که مربوط به اندازه ذرات آن می باشد.
معرفی گامانایف به عنوان یکی از ابزارهای پرتودرمانی:
اولین نمونه ی سیستم گامانایف توسط لکسل در سال 1967 طراحی و ساخته شده است .[11] سیستم گامانایف دستگاهی است با هندسه خاص با 201 چشمه Co60 رادیواکتیو که هر یک دارای کولیماتور جداگانه ای بوده و به گونه ای طراحی شده است که پرتو خروجی حاصل از چشمه ها در یک نقطه متمرکز می گردد. با قرار دادن نقطه ی تحت درمان در نقطه ی ایزوسنتر دستگاه، بیشترین دوز در ناحیه ی مورد نظر دریافت می شود درحالیکه کمترین دوز به بافت های سالم اطراف می رسد. وجود برخی محدودیت ها همانند محدود بودن فضای کاری، نیاز به دقت مکانی بالا، نزدیک بودن مراکز تصمیم گیری و حواس در مغز، همچنین حجیم بودن وسایل اندازه گیری و آشکارسازها برای ارزیابی میزان دوز ناحیه کوچکی همانند تومورها همگی عواملی هستند که ارزیابی ها و اندازه گیری های دزیمتری را با محدودیت همراه می کند. به همین دلیل داشتن ابزاری مناسب برای اندازه گیری کمیت های پرتویی همانند شار، دوز و... می تواند کمک شایان توجهی در درمان تومورهای مغزی به همراه داشته باشد
شکل : 1 نمایی از سیستم گامانایف به همراه بخش های مختلف آن
.2-2کاربرد فناوری هسته ای در مواد غذایی
در عصر کنونی افزایش جمعیت، تنوع و کثرت انواع غذاهای فرآوری شده خصوصاً آماده ی مصرف و نیز اهمیت بیماری های ناشی از غذا و عوامل مولد فساد در مواد غذایی استفاده از روش های نوین نگهداری مواد غذایی نظیر پرتودهی را الزامی کرده است. پرتودهی در مواد غذایی توانایی کنترل بیماری های غذازاد، کنترل عوامل مولد فساد در غذا، دفع حشرات و آفات، جلوگیری از جوانه زنی، رسیدن میوه و سبزیجات را دارد. فناوری هسته ای در مواد غذایی شاخه ی جدیدی از تکنولوژی هسته ای است که با استفاده از پرتوهای یون ساز به دنبال یکسری تغییرات مطلوب بیولوژیکی، فیزیکی و شیمیایی در غذا می باشد. دو روش بسیار متداول آن استفاده از پرتو گاما به کمک Co60 و Cs137 و همچنین استفاده از امواج الکترونی به کمک شتاب دهنده ها است که از طریق صدمه به DNA باکتری و سایر قسمت های حساس و مهم آن ها سبب مرگ یا غیر فعال شدن میکروارگانیسم می شود
