بخشی از مقاله
چکیده
نانوتکنولوژي یک تکنولوژي فوقالعاده قدرتمند و نوپاست که انتظار میرود تاثیر قابل توجهی بر تکنولوژي پزشکی در زمان حال و آینده داشته باشد. این تحقیق جدیدترین تکنولوژي در حوزه دستاوردهاي نوید بخش نانوتکنولوژي در پزشکی را نشان میدهد. بویژه کاربردهاي نانوتکنولوژي در جراحی، تشخیص و درمان سرطان، ردیابی بیولوژیکی علائم بیماري، تصویربرداري مولکولی، تکنولوژي کاشت - ایمپلنت - ، مهندسی بافت، ابزارهایی براي انتقال دارو، پروتئین، ژن و رادیوداروها - هسته هاي نا پایدار ایزوتوپهاي ناپایدار - از جمله پیشرفتهاي اخیر میباشند.
مقدمه
کاربرد در تحقیقات علوم حیات، بویژه در سطح سلولی باعث شده که نانوتکنولوژي نقش محرکی در مراقبتهاي پزشکی داشته باشد. حوزه هاي پزشکی مرتبط عبارتند از: جراحی، درمان، تشخیص، عکسبرداري، تکنولوژي ایمپلنت ، علم فرایندهاي زیستی، سطوح فعال زنده، مهندسی بافت، منسوجات، محرکها، و سیستمهاي انتقال - تحویل - . پیشبینی میشود نانو مواد جدید تاثیر زیادي بر هر یک از این حوزهها داشته باشند.
نانو لولههاي کربنی و نانو سیمهاي غیر آلی، خواص شگفتآور مکانیکی، الکتریکی، گرمایی و اپتیکی از خود نشان میدهند.به دلیل ارزان بودن نسبی و ساخت آسان نقاط کوانتوم این مواد قبلا براي عکسبرداري پزشکی وارد بازار شدهاند. درشت مولکولهاي کروي پیچیده Dendrimers - - نسبت به پلیمرهاي معمولی داراي خواص اصلاح شده فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی هستند.
برخی خواص منحصر بفرد آنها مربوط به شکل کروي آنهاست . وجود حفرههاي داخلی باعث شده آنها بعنوان نانوحاملهاي پزشکی در نظر گرفتهشوند. به طور اساسی افزایش مساحت سطح و ویژگیهاي ناهمواري باعث افزایش ویژگیهاي درآشامی، جذب و کاتالیزوري شده است. کنترل ویژگیهاي سطح در مقیاس نانو باعث افزایش سازگاري زیستی این مواد شده است.در آینده نزدیک کاربرد نانومواد و ساختارهایی براساس نانوتکنولوژي نقش عمدهاي در تکنولوژي پزشکی ایفا خواهدکرد. دستیاران جراحی از نانوموادها سود زیادي بردهاند. از قبیل تیغهاي جراحی با پوششی از الماس با ضخامت نانو و زبري سطح در مقیاس نانو، و سوزنهاي بخیه که با نانوذرات فولاد ضد زنگ بهم پیوسته است.
دیگر دستاوردهاي نانوتکنولوژي ممکن است به نانو جراحی اجازه دهد که کم کم به جراحی سنتی غالب شود. این تکنولوژي بر پایه تکنولوژي نانوسوزنها و لیزر از قبیل انبرکهاي نوري و نانوقیچی ها می باشد.تحولات نانوتکنولوژي در زیست پزشکی باعث شده که انسان به جنگ بسیاري از بیماریها برود. یکی از زمینه هاي این تحولات این است که مولکولهاي وابسته به بیماریهایی مثل سرطان، مرض قند، بیماریهاي انحطاط دستگاه عصبی را بخوبی میکرو ارگانیسم ها و ویروسهاي همراه با عفونت از قبیل باکتریهاي بیماريزا، قارچ، و ویروسهاي HIV آشکارسازي میکند.
دستگاههاي با مقیاس بزرگ که از ترکیبات نانومقیاس ها با حساسیت بالا ساخته شدهاند از قبیل میکرو - نانو - کانتیلیورها، نانو لولهها و نانوسیمها میتوانند سیگنالهاي بیومولکولی را در مراحل آغازین بیماري آشکار سازي کنند. گرچه دستاورد متفاوتی از دریافتهاي ملکولی بافت زنده مستلزم استفاده از سنسورهایی است که بتوان آنها را در بدن وارد کرد که در حال حاضر در اثر ایجاد رسوب در خون پایداري دراز مدت سنسورها دچار اختلال میشود.
نانوتکنولوژي میتواند به سطوح نانو ساختاري دست یابد که از جذب این پروتئینهاي غیر معمول جلوگیريکند. تصویربرداري مولکول امکان مطالعه مدلهاي حیوانی بیماریها و استفاده از این روشها در تحقیقات بالینی بعنوان ابزارهاي غیرتهاجمی جهت بازبینی فرایند بیماري و پاسخ به درمان را افزایش میدهد. همچنین امکان تشخیص بیماري در مراحل ابتدایی و قابل درمان تر را فراهم میدهد. ترکیب هدف گیري دقیق با استفاده از آنتیبادیهاي ویژه و ویژگیهاي بالاي تصویربرداري نانوذرات ، کلید افزایش قدرت عکسبرداري رزونانس مغناطیسی، عکسبرداري اپتیکی، عکسبرداري هستهاي و مافوق صوت است.
یکی از اهداف بزرگی که پیشبینی میشود این تکنولوژي داشته باشد، توانایی تشخیص تومورهاي سرطانی در مراحل آغازین است .در این مرحله این تومورها با تکنولوژي امروزي قابل تشخیص نیستند. این شیوهها بخصوص در درمان سرطان کاربردهاي نوید بخشی دارد.
نانو ذرات جدید با شیوه درمانی مناسب به محرکهاي فیزیکی خارجی پاسخ میدهند بعنوان مثال نانوذرات اکسیدآهن مغناطیسی ، نانولایه سیلیکا که با طلا لایه نشانی شده، و نانولولههاي کربنی میتوانند انرژي الکترومغناطیسی را به انرژي گرمایی تبدیل کنند که این انرژي گرمایی فقط براي سلولهاي سرطانی تولید حرارت مرگاوري میکند - با افزایش میدان مغتاطیسی یا با تابش از منابع خارجی لیزر از طریق نور مادون قرمر نزدیک - این نانوذرات محدود به محل موتورها یا درون آنها میشوند علاوهبراین با شیمی درمانی و حساس کردن تومورها بوسیله نور نیز امکان پذیر است.
در حوزه هاي دیگر، انتقال دارو یکی از زمینههاي کاربردي اصلی نانوتکنولوژي است. انتقال غیرمستقیم نانوذرات از خون به مغز درمان موثري براي تومورهاي مغزي فراهم نمیکند همچنین براي دیگر سیستمهاي عصبی مرکزي که وابسته به بیماریهایی از قبیل آلزایمر و پارکینسون هستند.علاوهبراین انتقال ژنهاي غیر ویروسی براي ژندرمانی، نانو سوزنها براي جراحی سلولی و انتقال مولکولها به هسته سلولها، ذرات نانوبلور نقره با قابلیت ضدمیکروبی یا عامل بندآمدن خون در محصولات مراقبت زخم، سیستمهاي اتقال دارو بر مبناي میکروچیپها براي رها کردن برنامه ریزي شده داروها،نانوداروهاي متخلخل.
لایه نشانی استنتها - - Stent نمونه هایی از مواد و وسایل نانوتکنولوژي هستند که در انتقال دارو استفاده می شوند .زمینه دیگري از کاربردهاي نانوتکنولوژي استفاده از بیو مواد بعنوان مثال د رارتوپدي یا کاشت دندان یا بعنوان مواد پایه براي مهندسی بافت می باشد.
اگر مثلا طرح ایمپلنت مفصل ران در سطوح نانو انجام شود ، امکان اینکه این ایمپلنت با ویژگیهاي مکانیکی استخوان انسان سازگار باشد ، فراهم میگردد.علاوه بر این اصلاح سطوح بیو مواد در سطح نانو و یا لایه نشانی آنها سازگاري آنها در واکنش با سلولهاي زنده را افزایش می دهد.
باقی ماندن مواد نانومتري به صورت ذرات جداگانه مشکل است. یکی از دلایل این است که آنها تمایل دارند که بهم دیگر بچسبند زیرا چسبیدن به هم دیگر سطح بزرگ آنها را کاهش میدهد که از لحاظ انرژي نامطلوب است. استفاده از روش پایین به بالا و کاربرد آن در مهندسی سطح باعث غلبه بر چسبندگی میشود.نانوتکنولوژي در حوزههاي مختلف پیشرفت کردهاست.
احتمالا تاثیر زیادي بر مواجهه بافتهاي زنده و بیومواد وهمچنین موا جهه سلول و مواد غیر بیولوژیکی خواهد داشت. براي مثال دستگاههاي انسانی - مثل اندام مصنوعی شبکیه - . آیا این اندام مصنوعی پس زده می شود یا پذیرفته می شود،آیا این داروها موثراست و یا آیا بافت زنده دوباره احیا می شود. اینها سوالاتی هستند که با رسیدن به مقیاس نانومی توان به آنها پاسخ داد.مواجهه مواد با بیولوژي / فیزیولوژي انسان یکی از مرزهاي جدید و هیجان انگیز در زمینه کاربردهاي نانوتکنولوژي در پزشکی است. حوزههاي پزشکی مربوطه عباتند از: جراحی،درمان، تشخیص،عکسبرداري، تکنولوژي کاشت، سطوح زیست فعال، مهندسی بافت، منسوجات، محرکها و مواد و سیستمهاي انتقال ژن و دارو.
نانوتیوبهاي کربنی تکدیواره نیمه رسانا نسبت به آشکارسازي ترکیبات شیمیایی اتمسفر محیط در دماي اتاق حساسند. سنسورهاي گازي شیمیایی برمبناي نانوتیوب کربنی توانایی بهکارگیري در محدوده وسیعی را دارند، از کاربردهاي پزشکی، مشاهدات محیطی، کاربردهاي کشاورزي تا صنایع شیمیایی و فراتر از آن. سنسوري براي CAPNOGRAPHY پزشکی تولید شدهاست.
یک بیوسنسور به عنوان یک سیستم اندازهگیري تعریف میشود که شامل یک کاوشگر با عنصر تشخیص بیولوژیکی حساس یا یک گیرنده زیستی، یک مؤلفه آشکارساز شیمی فیزیکی و یک مبدل است. یک نانوبیوسنسور یا نانوسنسور، بیوسنسوري است که داراي ابعادي با مقیاس نانومتر است. نانوسنسورها میتوانند ابزارهایی براري تحقیق و جستجوي فرایندهاي بیولوژیکی مهم در سطوح سلولی در بافت زنده تامین کنند.
دو نوع از نانوسنسورها که داراي کاربردهاي پزشکی هستند عبارتند از: سنسورهاي شبکهاي خطی و سنسورهاي نانولولهاي/ نانوسیم.
سنسورهاي شبکهاي خطی
سنسورهاي شبکهاي ریزساخته شده بعنوان سنسورهاي مکانیکی فوق حساسی استفاده میشود که فرایندهاي بیوشیمیایی یا بیوفیزیکی را به سیگنالهاي الکتریکی قابل ثبت در سیستمهاي میکروالکترومکانیکی - MEMS - یا سیستمهاي نانوالکترومکانیکی - NEMS - تبدیل میکند. سنسورهاي شبکهاي خطی نوعا میلههاي سیلیکونی مستطیل شکل هستند. ویژگی منحصربفرد میکروکانتیلورها عبارتست از توانایی خم شدن آنها در اثر جذب سطحی مولکولی یا پیوندهایی که باعث تغییرات در کشش سطحی می شود. مزیت اصلی چنین سنسورهاي کوچک شدهاي ، اندازه کوچک آنها، زمان واکنش سریع ،حساسیت بالا و تبدیل سریع فرایند به سیگنال بدون نیاز به نشانگذاري است.
