ما هي تطبيقات النانو تكنولوجي ؟ (دليل شامل)

ما هي أهمية النانو ؟ وما هي تطبيقات النانو تكنولوجي في الحياة اليومية ؟ ولم لاقى استحسان الكثير من العلماء وكيف يمكن أن يغير من شكل الحياة في المستقبل؛ مع هذا فإني أحب أن أنوه أنه مثلما الحياة غير كاملة فلهذا المجال أيضا عيوب ومع كل مميزاته قد ينقلب السحر على الساحر وقد يتسبب في اضرار جسيمة. من خلال هذا المقال سوف نتطرق معاً إلى تطبيقات النانو تكنولوجي وأثرها في مختلف الصناعات.
 

لا تنحصر أهمية علم النانو في مجال واحد فقط ولكن في الحقيقة فإن تطبيقات النانو تكنولوجي منتشرة في العديد من المجالات كالطب ومجال الخلايا الشمسية وتصنيع بطاريات الهيدروجين بالإضافة الى المرشحات النانوية التي تستخدم في تنقية المياه واستخدامه في GPS وتحديد المكان وكذلك في صنع الأنابيب النانوية التي تكاد تضاهي قوة الفولاذ بل ربما تفوقه في القوة والمرونة أيضا.
 

1- تطبيقات النانو تكنولوجي في الطب

حيث يُمكن استخدام تقنية النانو في علاج العديد من الأمراض كالسرطان والكوليرا والسل فيما يُعرف بـ طب النانو، فقد ابتكر العلماء الحاملات النانوية (Nano Biodevices) والتي يمكنها إيصال الدواء للعضو المستهدف وتصوير الخلايا، في عام 2015 قام العلماء في جامعة كاليفورنيا بالولايات المتحدة بايصال الدواء الي أمعاء فأرة باستخدام روبوتات نانوية لا يتعدي طولها 20 ميكرومتر دون أي أضرار جانبية، واُعتمد علي التفاعل ما بين مادة الزنك التي تغلف الروبوت مع بعض الأحماض في الجهاز الهضمي لتزويد الروبوت بالطاقة اللازمة لأداء مهمته.

وحالياً تستخدم الحاملات النانوية المصنوعة من الليبوزوم (Liposomes) بجانبها لتوصيل العقاقير واللقاحات في حالات مرضى السرطان. ويُمكن استخدام النانو روبوت (Nanorobotics) كواحدة من أشهر تطبيقات النانو تكنولوجي في مهاجمة الخلايا السرطانية حيث يمكنه تحديد مكان الورم بدقة ثم مهاجمة هذه الخلايا دون مهاجمة الخلايا السليمة.

ما هي خصائص الروبوتات النانوية؟

• صغر حجمها لقدرتها على اختراق الأوعية الدموية
• حساسة جداً للأكسجين حيث أن الخلايا السرطانية تستهلك الكثير منه
• قادرة على حمل الدواء
• قادرة على تزويد نفسها بالطاقة حتى تستطيع السير خلال الجسم والوصول للعضو المستهدف وتزويده بالدواء.

 
ليس هذا فحسب بل اتجه العلماء إلى استخدام البكتيريا حيث أنها في حجم النانو وحساسة للأكسجين فتعتبر نانو بوت طبيعياً ويمكن توجيهها لمهاجمة الخلايا السرطانية وذلك بتحميل الدواء عليها ووضع الجسم في مجال مغناطيسي و أن سطح البكتيريا يحتوي على جزيئات نانوية مغناطيسية فيمكن توجيه البكتيريا من خلال المجال المغناطيسي للعضو المستهدف وقد أبدت تلك التجارب نجاحا هائلاً على الفئران دون وجود أي أعراض جانبية.

وأيضا من ضمن التجارب استخدام الأغلفة النانوية المطلية بالذهب لتدمير الخلايا السرطانية حيث يبلغ طولها 120 نانومتر فبذلك هي أصغر ب 170 مرة من حجم الخلايا السرطانية فعند حقنها داخل الجسم فإنها تلتصق بالخلايا السرطانية مباشرة ثم تعرضها للأشعة تحت الحمراء فترتفع درجة حرارة الذهب وتدمر الخلايا السرطانية مع عدم إيذاء الطبيعية.

2- معالجة المياه

هناك طرق عديدة لترشيح المياه مثل التحفيز الضوئي، الامتزاز (Reverse Osmosis)، التحفيز النانوي واستخدام أنابيب الكربون النانوي أو جسيمات النانو المغناطيسية أو أغشية الأسلاك النانوية. حيث يمكن استخدام الألياف المطلية بأكاسيد الألومنيوم والحديد كفلتر ثانوي في إزالة الملوثات والفيروسات من مياه الشرب مع إمكانية تغيير حجم المسام في تلك الأنابيب.

ويمكن معالجة المياه الجوفية باستخدام المواد المحفزة النانوية مثل أنابيب الكربون النانوية والتي تتميز بمساحة سطح كبيرة و التخلص من الشوائب الكثيرة ويمكن إضافة مواد مغناطيسية لزيادة التخلص من الشوائب.

فضلاً عن أن هذه التقنية تستخدم في تحلية المياه حيث أن هذه الأغشية النانوية المستخدمة تتكون من طبقة من الجرافين في الحجم النانوي والتي تعمل كغشاء يفصل بين الماء المالح والماء العذب بحيث لا يسمح بجزيئات الصوديوم والكلور بالمرور خلاله فهذه الاغشية متفوقة على أحدث اغشية الترشيح.

3- تطبيقات النانو تكنولوجي في الطاقة

• الطاقة الشمسية

حيث يمكن استخدام تقنية النانو في توليد الكهرباء وذلك عن طريق دمج جزيئات النانو من السيلكون مع طبقة رقيقة من الخلايا الشمسية وتستخدم في ذلك أسطوانات مجوفة من فلورينات الفضة وكلوريد الكالسيوم وثاني أكسيد التيتانيوم وذلك لزيادة كفاءة الألواح الشمسية وقدرتها على امتصاص موجات مختلفة من الضوء وهذا ما يميزها عن الخلايا الشمسية الإعتيادية.

• طاقة الرياح

حيث يمكن تحويل الطاقة الحركية لطاقة كهربائية عن طريق تحريك التوربينات الهوائية، فالتوربينات المُصنعة بتقنية النانو من أسلاك الزنك والكربون أكثر قوة من العادية المصنعة من الزجاج، بالإضافة إلى قدرتها على ملائمة الظروف المناخية كالجليد إضافة الى أن المجسات النانوية في التوربين تعطي إشارة بتلف هذا التوربين.

• تخزين الهيدروجين للحصول على الطاقة

حيث فكر العلماء في استخدام عنصر الهيدروجين مصدراً للوقود حيث يعطي ثلاثة أضعاف مما يعطيه الجازولين وبإعتباره أكثر العناصر وفرة على سطح الأرض ويمكن الحصول عليه من الماء أيضا، فيمكن تخزين الهيدروجين باستخدام تقنية النانو عن طريق المحفز المكون من بعض الغازات النبيلة والكربون في حجم من 1:5 نانومتر غير أن هناك تحدٍ يواجهه العلماء وهو كيفية تخزينه بطريقة آمنة وذلك بسبب قابليته للاشتعال وشغله حيز كبير عند التخزين.

4- مجال البناء

حيث تستهلك عملية صناعة الأسمنت كمية كبيرة من الطاقة ولها تأثير ضار على البيئة، ففكر العلماء في إضافة السيلكا النانوية عند صناعة الخرسانة وبديلاً للأسمنت حيث أظهرت كفاءة عالية وقوة وديمومة أكثر في التجارب، ومن الممكن أن تحل مكان الاسمنت بنسبة 20-30%.

فضلاً عن أن روسيا واليابان أصبحتا تستخدما أنابيب الكربون النانوية في البناء وفي خرسانة التسليح لتضفي المزيد من القوة والمرونة.

واصبح العلماء يفكرون في البولي كربوكسيلات النانوي (Nano Polycarboxylate) كبديل في المستقبل حيث يستخدم في إنشاء الهياكل البحرية حيث يقلل من تأثير مياه البحر المحتوية علي الكبريتات بالإضافة لقدرته علي تقليل المسامات في الخرسانة وتقليل النفاذية فيعطي السيولة العالية للخرسانة دون الحاجة إلى صب الماء ولا يحدث لها انفصال ولها ديمومة اعلى.

ليس هذا فحسب بل أن أكسيد التيتانيوم النانوي ينتج خرسانة صديقة للبيئة وسهلة التنظيف حيث أنه يتحد مع الاسمنت لتغليف المباني من الخارج ويكون طبقة خارجية يسهل تنظيفها ذاتياً من الأتربة والملوثات الخارجية.

5- استخدام النانو في الزجاج

يمكن رفع كفاءة الزجاج باستخدام تقنية النانو عن طريق التلون الحراري باستخدام الطلاء النانوي و يتم صنع جزيئات نانوية (Nanoparticles) من خامس أكسيد الفانديوم (VO5) ووضع طبقة رقيقة منه على الزجاج خارج المبنى فيتغير لونها تبعاً للتغير في درجة الحرارة حيث عندما تكون درجة الحرارة منخفضة تسمح بنفاذ الحرارة للمبنى للتدفئة وعند درجات الحرارة العالية تعمل على عكس الأشعة دون التأثير على كمية الإضاءة.

• تغير اللون بالكهرباء

يمكن معالجة الزجاج بطبقة رقيقة من بعض المواد النانوية التي يتغير لونها عند توصليها بالكهرباء للتحكم في درجة تعتيم الزجاج والسماح بنفاذية الحرارة مثل أكسيد التنجستون عند توصيله بالكهرباء.

6- أضرار ومخاطر النانو تكنولوجي

رغم تطبيقات النانو تكنولوجي العديدة إلا أن استخدامها محفوف بالمخاطر مما قد يسبب أضرار جسيمة لا حصر لها!

• لها القدرة على اختراق مسام الانسان مما قد يؤثر على صحته بشكل بالغ وخاصة اذا فقدت السيطرة على هذه الروبوتات النانوية.
• يمكنها الدخول الى نواة الخلية والتفاعل معها لتغير من خصائص الخلية وموتها.
• قد تتجمع في المخ والأعصاب.
• هناك بعض الأبحاث التي تشير الى ان انابيب الكربون النانوية قد تسبب السرطان.
• يتنبأ البعض بأن لها آثار بيئية عكسية ويجب أن تتواجد السلامة والصحة المهنية.
• قد تؤدي الى نقص العمالة والعديد من الوظائف.

• المصدر: مساق مقدمة في علم النانو تكنولوجي
• رابط المساق: https://www.edraak.org/course/course-v1:JUST+NanoTech+T1_2018
• كتابة وإعداد: Aya Ma’moun
• مراجعة وتدقيق: Areej Abu Hanieh & Osama Mustafa