دانلود مقاله نانو تکنولوژی و الکترونیک بیومولکولی

Word 1 MB 4913 35
مشخص نشده مشخص نشده فیزیک - نجوم
قیمت: ۳,۵۰۰ تومان
دانلود فایل
  • بخشی از محتوا
  • وضعیت فهرست و منابع
  • واژه‌های کلیدی:

    نانوتکنولوژی, نانوالکترونیک, الکترونیک بیومولکولی, الکترونیک مولکولی

     

    چکیده

    تجربه پیشرفت‌های سریع در دو دهه اخیردر بیو تکنولوژی, الکترونیک و سیستم‌های کامپیوتری فرصت‌های جدیدی را در اختیار بشر قرار داده است تا با به اشتراک گذاشتن آنها پیشرفت‌های تکنولوژیکی جدیدی را فراهم سازد. نانوتکنولوژی از تلاقی این حرکت‌ها حاصل آمده است یکی از موضوعات اصلی در نانوتکنولوژی نانوالکترونیک است که به دو بخش الکترونیک مولکولی والکترونیک بیومولکولی تقسیم می‌شود. در الکترونیک بیومولکولی هدف بر این اصل استوار است که امکان ایجاد سیستم‌ها و کامپیوترهای مختلف در اثر اختلاف مبانی فیزیک و ریاضی با دانستنی‌های زیست شناسی به‌وجود آید.

     

    مقدمه

    هرچیزی که درپیرامون ما قرار دارد از اتم‌ ها ساخته شده است یعنی می‌توانیم اتم‌ها را به نوعی کوچکترین واحد سازنده مواد بنامیم.ازعصر حجر گرفته تا اعصار بعد از آن(مس، برنزوآهن)که پشت سرهم در زمانهای مختلف پدید آمده‌اند و در حال حاضر هم که عصر سیلیکون‌ها در جریان است بشر را همواره متوجه این مسأله کرده است که چگونه و با چه اصولی میلیاردها اتم در کنارهمدیگر قرارمی‌گیرند و بطورهم زمان‌‌‌، یک شکل ومدل خاصی را ایجاد می‌کنند تا شی‌ ماکروسکوپیک به‌وجود آید.حتی در حال حاضر در دنیای پیشرفته میکروالکترونیک یک تراشه کامپیوتر با بالاترین تکنولوژی وکوچکترین حجم وقتی با یک اتم مقایسه می‌شود مثل یک کوهستان در مقابل یک خرده سنگ است. تکنولوژی حاصل از قرن بیستم شاید درحال حاضر خیالی باشد ولی حالت واقعی به خود می‌گیرد وقتی که تصور کنیم در قرن بیست ویکم بشر قادر خواهد بود اجسامی در بالاترین سطح از نظر کیفیت کنترلی تولید کند که حدحسایست آنها هم اتمی باشد. طبیعت برای میلیون‌ها سال است که این نقش را با ظرافت کامل انجام می‌دهد ومصالح ساختمانی را با دقت اتمی در کنار هم قرار می‌دهد. هر موجود زنده‌ای از سلول‌هایی ساخته شده است که مملو از نانو ماشین‌هایی[1] همچون پروتئین‌ها، DNA، RNAوغیره می‌باشند. و هر کدام از این نانوماشین‌ها مجموعه‌ای از مولکولها و اتم‌ها هستند که تغییر در جایگاه هر کدام از آنها می‌تواند باعث خسارت واختلال در عملکردشان شوند. نانوتکنولوژی، علم ساختن مجموعه‌هایی همانند ماشینها، غذاها، خانه‌ها وسفینه‌های فضایی می‌باشد که با تجمع وجای گیری مناسب اتم‌ها ومولکولها به وجود می‌آیند. با اتحاد فرآورده‌ها و معلومات شیمی وتوانایی‌های مهندسی و ماشین‌های خود سامان ده خودساز،امکان تولید کالاهای مورد نیاز در زندگی روزمره از مواد خام ارزان قیمت فراهم می‌شود.

     

     
     . شماتیک از نحوه قراردادن اتم‌ها در کنار همدیگر

    نانوتکنولوژی، علم دستکاری مولکولی واتمی می‌باشد. به عبارت‌ساده‌تر، اجزای ساختاری یک مجموعه را از حد اتم یا مولکول برنامه‌ریزی می‌کند.یک نانو متر 9-10 متر است (عرض 3 یا 4 اتم) واگر بخواهیم آ‎ن را خوب تجسم کنیم می‌توانیم یک توپ فوتبال را در اندازه جهان تصور کنیم. در این صورت، اتم‌های آن قابل رویت خواهند بود و هر کدام از اتم‌ها در اندازه یک حبه انگور مشخص و نمایان خواهند شد.

    نانو‌تکنولوژی را می‌توان یک اتقلاب بزرگ در ساختن مجموعه‌ها نامید که بشر را می‌تواند در نیمه اول قرن بیست و یک به خود مشغول سازد. نانو‌تکنولوژی با به کارگیری اطلاعات فیزیک،شیمی ومهندسی، اشیا را اتم به اتم ومولکول به مولکول خواهد ساخت وفراگیری فوت‌وفن آن باعث خواهد شد که شما با مهارت و بدون نقض هیچ کدام از قوانین جاری در فیزیک، مکانیک مولکولی و مکانیک کوانتوم اتم‌ها را هر جا که نیاز دارید قرار بدهید.نانوتکنولوژی به خوبی خصوصیات فیزیکی شناخته شده اتم‌ها و مولکولها را برای ساختن دستگاههای جدید با خصوصیات خارق‌العاده به‌کار می‌برد.

    همانطور که اشاره شد، زمینه‌‌های فعالیتی نانوتکنولوژی وسیع بوده و می‌تواند حوزه‌های مختلف عملی را زیر پوشش قرار دهد و اگر بخواهیم یک جمع بندی کلی از حوزه فعالیتهای نانوتکنولوژی داشته باشیم می‌توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:

    1. نانوالکترونیک[2] و تکنولوژی اطلاعات.

    2. مدیریت وسرپرستی مدل‌سازی[3] وشبیه‌سازی[4] ساختارها و فرایندهایی در اندازه نانو.

    3. توسعه روش‌ها ودستگاههای آزمایشگاهی برای اندازه‌گیری خصوصیات کمّی‌ و کیفی در حد نانومتری.

    4. ارتباط بازیست‌شناسی (ساختارهای زیستی‌وسیستمهایی با الگوهای زیستی) –نانوبیوتکنولوژی[5] -

    5. سنتز، سامان دهی و توسعه مواد نانوساختاری[6] با طراحی.

    6. معماری وطراحی دستگاه ها وسیستم ها.

    نانوالکترونیک [16]

    تقریباً از 40سال پیش یک رشد بسیار زیادی در کامپیوترهای الکترونیکی شروع شده است که باگذشت زمان قدرت آنها نسبت به حالت های اولیه آن بسیار زیادتر می‌شود و در همین حین نیز از حجم ترانزیستورها[7] کاسته می‌شود. با وجود این قوانین مکانیک کوانتوم، محدودیت تکنیک‌های‌ ساخت وساز ممکن است به زودی ازکاهش بیش از این، از لحاظ اندازه در ترانزیستورهای FET [8] معمولی جلوگیری شود. بیشتر تحقیقات در پروژه‌های الکترونیکی نسل آینده در مدت 10 تا15 سال حول ‌وحوش این مسأله خواهد بود که کوچک‌ترین اندازه ممکن  ترانزیستور را تولید‌کنند که حجم آن از250 نانومتربه 100 نانومتر کاهش پیداکند، دستگاه‌هایی که تولید آنها پرهزینه وبسیار مشکل خواهد بود.

    به این ترتیب، کوچک‌سازی[9] عناصر مدارها و جریانات تا به حد نانومتری حتی در اندازه مولکولی،محققان را به سمتی سوق می‌دهد که در جهت افزایش قدرت وکارآیی ترانزیستورها، خیلی خیلی بیشتر از حالت معمول فعالیت و تحقیق کنند. این دستگاه‌های الکترونیکی نانومتری جدید (نانوالکترونیک) می‌توانند در دو حالت سویچ[10] وآمپلی‌فایر[11] ایفای نقش کنند (همانند ترانزیستورهای امروزی). با وجود این، برعکس FETهای امروزی که عمل آنها براساس جابه‌جایی اجرام الکترون‌ها در حجم ماده می‌باشد دستگاه‌های جدید براساس پدیده مکانیک کوانتومی عمل می‌کنند و در اندازه نانومتری ظاهر می‌شوند.

    با توجه به سیر حرکتی نانوالکترونیک که شیب خطی مثبتی را در جهت کوچک سازی دستگاه‌های الکترونیکی طی می‌کند زمینه‌های مختلف تحقیقاتی نیز برحسب نیاز در آن ایجاد شده و یا ایجاد خواهد شد. برهمین اصل، به دو حیطه فعالیتی نانوالکترونیک که مرتبط با زمینه‌های تحقیق در بیوفیزیک می‌باشد اشاره می‌کنیم:

    الکترونیک مولکولی[12]

    واژه الکترونیک مولکولی شاید برای اولین بار در سال 1980 به‌طور جدی به‌کار گرفته شد. درست است که سال‌های قبل از آن نیز دانشمندان زیادی در فرآیندهای الکترونیکی در سطوح مولکولی این واژه را به کار برده بودند با وجود این تازمانی که نانوتکنولوژی ظهورنکرده بود وساختمان مولکولی و دستگاه‌هایی با قدرت تفکیک اتمی شناخته‌نشده بودند نیازی به الکترونیک مولکولی احساس نمی‌شد. اما با ظهور اینها، الکترونیک مولکولی به عنوان یکی از شاخه‌های جدید علم شناخته شد. این واژه بعضی وقت‌ها برای تعریف یک کلاس جدید از دستگاه‌هایی با تفکیک مولکولی به‌کار برده می‌شود (مانند STMیا یک روش مانند Langmuir-Blodgett).

     

     
    پیشرفت الکترونیک مولکولی بسیارمحسوس است. اگر یک نمودار در نظر بگیرید که مؤلفه اندازه بر حسب زمان باشد یک حالت پیوسته‌ای از کوچک سازی را مشاهده می‌کنیم برحسب اینکه محور اندازه لگاریتمی می‌باشد. ]17[

    نمودار1. کاهش اندازه با زمان

    اگر بخواهید همان مسیر حرکتی را به سمت کوچک‌سازی ادامه دهید در این صورت به ترکیباتی خواهید رسید که اندازه‌ای در حدود1nm دارند با این شرط که اندازه هر اتم حدود 2/. یا 3/. نانومتر است پس چنین ترکیباتی دارای کمترین تعداد اتم می‌باشند واگر این توانایی در دسترسی به اتم‌ها را به‌دست آوریم به‌طور حتم شیمیدانها می‌توانند با توجه به نوع عملکردی که از یک سیستم انتظار دارندآن را طراحی کنند. در این مسیر ما به یک فاز جدیدی از الکترونیک و شیمی می‌رسیم که اصطلاحاً الکترونیک مولکولی نامیده می‌شود. ]17[

    برای اینکه قادر باشیم مولکول‌ها را در الکترونیک آینده به‌کار ببریم بایستی هرچیزی از الکترونیک نیمه‌‌هادی حالت - جامد موجود به اندازه مناسب کوچک شود.این شامل همه اجزا همچون اتصال سیم‌ها نیز می‌باشد بنابراین ضرورت دارد سیم‌های مولکولی نیز از همان نوع ساخته شوند.

    یکی از جالب‌ترین گروه مولکول‌ها برای این منظور، زنجیره‌های حلقوی بنزن‌آروماتیک مانند پلی‌فنیلین‌ها،[13] پلی‌پورفیرین‌ها[14] و پلی‌تیوفن‌ها[15] می‌باشند [18 و 19]. در اینجا مناسب است یک جمع‌بندی کلی از رویکردهای دانش الکترونیک مولکولی ارایه دهیم[25]:

    1. به‌کارگیری روش‌های شیمیایی سنتز جهت ساخت سیستم‌های شبه‌زیستی.

    2. الگوگیری از ساختار و فعالیتهای سیستم‌های حیاتی.

    3. به‌کارگیری مولکول‌های زیستی به عنوان عناصر یک سیستم الکترونیکی.

    4. یافتن راهکارهایی که عدم تطابق زیستی و غیرزیستی راحل و فصل نماید.

    5. بهره‌گیری از مهندسی ژنتیک به جهت طراحی و ساخت پروتئین‌هایی که در حالت طبیعی وجود ندارند.

  • فهرست:

    ندارد.


    منبع:

    :

    David S Goodsell, Biomolecules and Nanotechnology, American Scientist, Nay/ Jun (2000), 230-237.

    James K. Gimzewski, Nanoscale Science of Single Molecules Using Local Probes, Science, Vol 283,12 March (1999), 1683-1689.

    Metals Park, Nanotechnology Overveiw, Advanced Materials and Processes, May (2000), 157, 48.

    Gregory Timp, Nonotechnology (1998), NewYork, U.S.A, Chap 1, 8.

    Gary Stix, Waiting for Breakkthroughs, Scientific American, April (1996), 94-100.

    Service RF., Is nanotechnology dangerous?, Science, Nov 24 (2000); 290(5469): 1526-7

    Ball P. Nanotechnology, Molecular movers and shakers; Nature, Dec 21-28 (2000); 408 (6815); 904.

    May M., Nanotechnology: thinking Small, Environ Health Perspect, Sep (1999); 107 (9): A450-1.

    Nanotechnology: basic concepts and definitions, Clin Chem, Sep (1994); 40(9): 1797-9.

    Freedam DH., Exploiting the nanotechnology of life, Science, Nov 29 (1991); 254 (5036): 1308-10.

    Christopher R Lowe, Nanobiotechnology, Current Opinion in Structural Biology, 10 (2000): 425-434.

    Jennifer L Ewst, Applications of nanotechnology to biotechnology, Current Opinion in Structural Biology 11 (2000), 215-217.

    Jean- Marc Laval, Nanobiotechnology and its role in the development of new analytical devices, Analyst (2000); 125, 29-33.

    Martin U Kopp, Development in technology and application of microsystems, Current Opinion in Structural Biology (1997): 1: 410-419.

    Allen J. Bard, Integrated Chemical Systems (1994), Chap.1

    Ralph C. Merkle, Biotechnology as a route to nanotechnology, Trends in Biotechnology, July (1991), Vol 17 No 7, 271-274.

    David Goldhaber-Gordon, Overview of Nanoelectronics Devices, Proceedings of the IEEE, April (1997), Vol 85, No.4.

    Nina Hall, (2000), The New Chemistry, Cambridge, United Kingdom, Chap. 12.

    Reed, M.A, Molecular- Scale Electronics, Proceedings of the IEEE. (1999), 87,4, 277-283.

    Tour, J. et al., Are Molecular Wires Conducting?, Science (1996), 271, 1705-1707.

    Nikolai Vsevolodov, Biomolecular Electronic, (1998), Birkhauser, Boston, Chap.1.

    Wolf gang Gopel, Bioelectronics and Nanotechnologies, Biosensors and Bioelectronics, 13 (1998), 723-728.

    Tien HT, Salamon Z, Lipid bilayer based sensors and biomolecular electronics, Crit Rev Biomed Eng. (1991): 18(5): 232-40.

    Zieglerc, Gopel W, Biosensor development, Curr Opin Chem Biol. Oct (1998): 2(5): 585-91.

    Perham RN., Structural aspects of biomolecular recognition and self-assembly, Biosens Bioelectron. (1994)., 9(9-10): 753-60.

    Lodish, Molecular Cell Biology, (2000) U.S.A, PP: 635, 637, 632.

    P.VOET, Biochemistry (1995), John Wiley & Sons, U.S.A, PP: 563-593.

    P. Graber, Bioenergetics, Brik hauser, Boston, PP: 212-274.

    J. David Rown, Biochemistry, (1989), Neil Patterson Pub., U.S.A, PP: 359-383

    Sadeghi. S.J. et al. Engineering non-physiological electrontransfer, Biochemical Society Transactions, (1999), Vol 27,P.A58.

    Meharenna Y.T., et al, Re-designing a catalitically self – sufficient cytochrome P 450, Italian Biochemical Society Transactions (1998), Vol 10, P. 146.

    Faver, O, et al, Structure function Correlation of intramolecular electron Transfer in wild type and Single. Site mutated azoarins, Chemical Physics, Vol: 204, PP: 271-277.

    Kurth DG,A route to hierachical materials based on complexes of metallosuperamolecular Polyelectrolytes and amphiphiles, Proc Natl Acad Sci, USA, May (2000) 23: 97 (11): 5704-7.

    Hubbard JB., Self assembly driven by hydrophobic interactions at alkanethiol monolayers: mechanisms of formation of hybrid bilayer membranes, Biophys Chem, Dec 14 (1998), 75 (3): 163-76.

    Rudolph AS., Biomaterial biotechnology Using self-assembled Lipid micro structures, J Cell Biochem, Oct (1994): 56 (2): 183-7.

    R. R. Brige, Protein-Based Computers, Scientific American 272, Marck (1995): 90-95.

    J.S. Schultz, Biosensors, Scientific American: 265 August (1991): 64-69.

    L. H. Dubois and R.G. Nuzzo: Synthesis, Structure, and Properties of Model Organic Surfaces: Annu. Rev. Phys. Chem 60: 437(1992).

    Mc Murry, Organic Chemistry (1998), Brooks/ Cole Pub. PP: 746, 992.

    Seyhaan Ege, Organic Chemistry (1994), PP. 615, 983, 1222.

چکیده تجربه پیشرفت‌های سریع در دو دهه اخیردر بیو تکنولوژی, الکترونیک و سیستم‌های کامپیوتری فرصت‌های جدیدی را در اختیار بشر قرار داده است تا با به اشتراک گذاشتن آنها پیشرفت‌های تکنولوژیکی جدیدی را فراهم سازد. نانوتکنولوژی از تلاقی این حرکت‌ها حاصل آمده است یکی از موضوعات اصلی در نانوتکنولوژی نانوالکترونیک است که به دو بخش الکترونیک مولکولی والکترونیک بیومولکولی تقسیم می‌شود. در ...

1-مقدمه نانوتکنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم‌های جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح مولکولی و اتمی و استفاده از خواصی است که در آن سطوح ظاهر می‌شود. از همین تعریف ساده بر می‌آید که نانوتکنولوژی یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته‌هاست. از زمانی که فاینمن، فیزیکدان برجسته آمریکایی، ایده کار با اتمها و مولکولها را مطرح کرد [10] محققان جهان به کار در این ...

مقدمه : درک ماهیت مواد و چگونگی ساختارهای آنها همیشه از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده است . مواد علاوه بر اینکه جزء مواهب طبیعت به شمار می آیند ، در ساخت وسایل و تامین احتیجات انسان نقش عمده ای دارند . علم هم به تناسب پیشرفتی که در چند سال اخیر داشته ،توانسته است دیدگاه درستی از ماده و توانایی های آن پیدا کند به گونه ایکه اکنون با بررسی زمینه های اتمی و زیر اتمی مواد و عناصر، ...

پروژه کارشناسي مقدمه نانوتکنولوژي يا به عبارتي فناوري مادون ريز در دو دهه اخير پيشرفتهايي را در تکنولوژي وسايل و مواد با ابعاد بسيار کوچک به دست آورده است و به سوي تحولي فوق العاده که تمدن بشري را تا پايان اين قرن دگرگون خواه

از اهداف مهم فناوری نانو و شاید مهم‌ترین آنها به وجود آوردن ساختارهایی از مواد است که در آنها آرایش مولکول‌ها از پیش طراحی شده باشد. روش‌های مرسوم تولید، مثل روش ذوب فلزات و سرد کردن آنها در قالب، چنین امکانی را فراهم نمی‌کنند. پس چگونه می‌توان چنین ساختارهایی را به وجود آورد؟ این مقاله می‌خواهد به همین سؤال پاسخ بگوید. فرض کنید تعدادی آجر خانه‌سازی دارید و می‌خواهید با آن چیزی ...

نانوتکنولوژی چیست؟ کامپیوتر ها اطلاعات را تقریبا" بدون صرف هیچ هزینهأی باز تولید مینمایند. اقداماتی در دست اجراست تا دستگاههایی ساخته شوند که تقریبا" بدون هزینه - شبیه عمل بیتها در کامپیوتر - اتمها را به صورت مجزا بهم اضافه کنند ( کنار هم قرار دهند). این امر ساختن اتوماتیک محصولات را بدون نیروی کار سنتی همانند عمل کپی در ماشینهای زیراکس میسر میکند. صنعت الکترونیک با روند کوچک ...

مجلس آمریکا و نانوتکنولوژی 18 اکتبر 2002- در تاریخ 17 اکتبر در مجلس نمایندگان آمریکا قانونی تصویب شد که بر اساس آن یک گروه مشاوره صنعتی با همکاری دولت به ارائه راهبردی برای سرمایه­گذاری در نانوتکنولوژی بپردازند. مایک هوندا، یکی از این نمایندگان، گفت: "لازم است متخصصین صنعتی و دانشگاهی در کمیته مشاوره نانوتکنولوژی شرکت کنند. این گروه به تعیین سرمایه­گذاریها و اهداف برنامه پیشگامی ...

هدف فناوري نانو يا نانوتکنولوژي توليد مولکولي يا ساخت اتم به اتم و مولکول به مولکول مواد و ماشين‌ها توسط بازوهاي روبات برنامه‌ريزي شده در مقياس نانومتريک است (نانومتر يک ميلياردم متر است يعني پهناي معادل با 3 تا 4 اتم.) مواد جديدي شامل فولرين و يا

نانوتکنولوژی، فناوری جدید است که تمام دنیا را فرا گرفته است و به تعبیر دقیقتر "نانوتکنولوژی بخشی از آینده نیست بکله همه آینده است" . در این نوشتار بعد از تعریف نانوتکنولوژی و بیان کاربردهای آن دلایل و ضرورتهای توجه به این فناوری آورده شده است: تعریف نانوتکنولوژی و آشنایی با آن نانوتکنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستمهای جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی و اتمی ...

نانو، دلالت بر یک واحد بسیار کوچک در علم اندازه گیری دارد. یک نانومتر معادل 9-10 متر یا به عبارتی یک میلیاردم متر است. اخیراً با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند. کاربردهای فناوری نانو در این خصوص عبارتند از : نانو فیلترها، نانو فتوکاتالیست ها، مواد نانو حفره ...

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول