مقدمه
فناوری نانو با ابعاد نانومتر () سر و کار دارد و مواردی که در فناوری نانو بکار می روند نانو ذره می نامند. فناوری نانو در سه سطح هوا ف ابزارها و سیستم ها قابل بررسی است . در سطح مواد پیشرفت های بیشتری نسبت به دو سطح دیگر پیدا کرده است.
چنانچه نانو ذره را با ابعاد سلول مقایسه کنیم (اندازه ی متوسط سلول یوکاریوتی 10 میکرومتر و اندازه متوسط پروتئین ها 5 نانومتر با ابعاد ریزترین جسم ساخت بیشتر قابل مقایسه است ، بنابراین می توان با بکارگیری نانو ذره ها نوعی مامور مخفی به درون سلول فرستاد و به کمک آن از بعضی رازهای نهفته در سلول پرده برداری کرد. این ذرات آن قدر ریز هستند که تداخل عمده ای در کار سلول بوجود نمی آورند.)
پیشرفت در زمینه "نانو فناوری" نیازمند درک وقایع زیستی در سطح نانو می باشد. از میان خواص فیزیکی وابسته به اندازه نانو ، خواص نوری optical و مغناطیسی این ذرات بیشترین کاربرد زیستی را دارند که موجب تولد گرایش جدیدی در علوم زیستی به نام نانو بیوتکنولوژی شده است. کاربردهای نانو ذره در زیست شناسی و پزشکی عبارتند از:
نشانگرهای زیستی (فلوئورسنت) – ترابری داروژن ها – تشخیص زیستی پاتوژن ها تشخیص پروتئین ها – جستجو در ساختار DNA – مهندسی بافت – تخریب تومور از طریق گرمادهی به آن و بهبود تباین (کنتراست)
قبل از توضیح مختصر درباره موارد فوق لازم به تذکر است که با در اختیار گذاشتن مفاهیم و ابزار برای بیوتکنولوژی آن را برای رسیدن به اهداف و پیشرفت های زیستی یاری می دهد.
1- نشانگرهای زیستی:
اتصال نانوذرات به مولکول های مورد نظر امکان تشخیص مقادیر بسیار اندک مواد را در حد مولکول های منفرد را فراهم می کند. زیرا اندازه ی نانو ذرات در محدوده ی اندازه ی پروتئین ها است. می توان از آن ها برای نشان دار کردن نمونه های زیستی استفاده کرد. برای این کار باید نانو ذره بتواند به نمونه زیستی هدف متصل شود ، نیز راهی برای دنبال کردن و شناسایی نانو ذره وجود داشته باشد. به منظور ایجاد میان کنش بین نانو و نمونه زیستی ، نانو ذره را با پوشش بیولوژیکی مانند آنتی بادی ها و بیو پلیمرهایی مانند کلاژن ها که نانو ذره را از نظر زیستی سازگار می کند ، می پوشانند. می توان نانوذره ها را فلورسنت کرده یا خواص نوری آن ها را تغییر داد حتی می توان سلولهای سرطانی را تشخیص و درمان زود هنگام آن را آغاز کرد .
2- ترابرداروژن توسط نانو کپسول :
نانو کپسول ابعاد بین 100 تا 600 نانو متر داشته و معمولاً از جنس لیپوزوم یا پلیمر می باشد که می توانند ماده شیمیایی دارو یا ژن را حمل یا نگهداری کند . موقعیت استفاده از این نانو کپسول در جلوگیری از پخش ناخواسته ماده شیمیایی در آب ، محیط زیست و بافت موجود زنده است و به علاوه به کمک آن ها می توانیم ماده شیمیایی یا دارو را در نقطه دلخواه به اندازه لازم آزاد کرد . در واقع با تقلید از فسفر لیپید های موجود در طبیعت و با توجه به خواص فیزیکی برخی مواد شیمیایی هنگامیکه در معرض آب قرار می گیرند ( اعم از آب گریز یا آب دوست ) انجام می شود ، حتی خاصیت فرار از دستگاه ایمنی بدن در رساندن عناصر دارویی به محل مورد نظر را دارد و بکارگیری آنها با حس گرها دسترسی به اجزای کاشتنی دارو سازی را به دنبال خواهد داشت . همچنین نانو ذرات دارویی به ابعاد 50 تا 100 نانو متر می توانند براحتی وارد تومور شده و در درمان سرطان بکار گرفته شوند .
3- تهیه لیگاندهای نانو ذره :
با طراحی دقیق لیگاند های نانو ذره ( گیرنده های ویژه ) و ارسال آن ها به بافت ها می توان صدمات وارده به بافت ما را تشخیص و داروی لازم را به بافت رساند.
4- داروخانه تراشه ای:
نانو داروهای توانایی تشخیص شرایط درونی بدن مانند مغز مصنوعی داشته و قادر به تنظیم هورمونهای بدن و به طور مثال می تواند در درمان دیابت رود.
5- دسته بندی مولکول های زیستی:
نانو حفره ها و غشاهای زیستی قابلیت دسته بندی مولکول های مختلف را بر حسب راست گرد و چپ گرد بودن فراهم می کند که می تواند در آنالیز و در تعیین توالی ژن بکار رود.
6- ابزارهای نانو سیالاتی:
یکی از فناورهایی که در حوزه ی علوم زیستی به خوبی جا افتاده و مورد استفاده است. میکرو (ریز) سیالات است که به کمک آن می توان ابزارهای نانو سیالاتی را در مواردی چون آمیختن در ابعاد میکرو ، پمپ (تلمبه) کردن ، پخش و هدایت سیالات بکار برد و دیگر محدود به مقیاس میکرو نخواهد بود. مجتمع سازی مویرگ ها و تغییرات کشش سطحی و ابعاد نانو برای تحت اختیار گرفتن شدت جریان سیالات، به معنای آن است که می توان با سیالات در حجم نانو لیتر کار کرد.
7- فناوری آزمایشگاهی روی تراشه:
کوچک سازی و تسریع فرآیندهای آنالیز (تجزیه و تحلیل برای استفاده در صنایع غذایی و دارویی و شیمیایی و مراقبت از مریض و نظارت بر محیط زیست استفاده می شود. فناوری نانو با امکان تهیه آزمایشگاهی بر روی تراشه، قابلیت اعمال فوق را فراهم می سازد.
8- پاک کننده های ضد باکتری (آنتی باکتریال) نانو امولیسیونی:
برای از بین بردن پاتوژن حلال استفاده می شود. این مواد چون قابل اشتغال نبوده و خاصیت خورندگی ندارند و سمی نیز نمی باشند می توانند بیماری سل و باکتریها را از بین ببرند. از آنجائیکه نانو کره های موجود در ذرات چربی در آب معلق می مانند ، لذا برای حمل موجودات ریز لازم است تا مقدار کمی افزودنی های فعال را به همراه آن بکار ببریم. در نتیجه با توجه به آنکه نانو کره ها دارای بار الکتریکی سطحی می باشند می توانند پیوند پوسته ی موجودات را شکسته و با از بین بردن قدرت دفاعی آنها را نابود کند.
9- تولید مجدد ، رشته و ترسیم بافت ها مهندسی بافت Tissue Engineering وسایل کاشتنی نانو مهندسی شده موجب کاهش کوچک سازی و مقاومت و کاهش وزن اعضای مصنوعی و در نتیجه بهبود سازگاری زیستی می شود. از جمله می توان وسایل کاشتنی در شبکیه چشم ، گوش ، ستون فقرات و جمجمه را نام برد.
به طور مثال : سطح استخوان از ترکیباتی تشکیل شده است که حدوداً 100 نانومتر عرضی دارند و اگر سطح یک عضو مصنوعی به استخوان پیوند بخورد بدن آن را پس می زند . حال اگر در سطح مفاصل و استخوان ها نانو ذرات از جنس مواد پلیمر ، سرامیک و فلز بکار رود ، احتمال دفع عضو جایگزین شده به دلیل تحرک سلول های استئو بلاست کمتر می شود و این مسئله چندی پیش توسط دانشمندان به اثبات رسید و به این ترتیب در ترمیم استخوان استفاده می شود، به این صورت که : تیتانیوم ماده شناخته شده ای برای ترمیم استخوان است و به دلیل ترکیبات خاص و وزن زیادش جهت افزایش میزان استحکام بطور وسیع در دندانپزشکی و ارتوپدی استفاده می شود. ولی متاسفانه به دلیل آن که بخش چسبنده ای که با آپاتیت Apatite (بخش فعال استخوان) پوشیده شده یا تیتانیوم سازگار نیست. فاقد فعالیت زیستی می باشد. استخوان واقعی نانو کامپوزیتی از موادی است که از ترکیب بلورهای هیدرو کسید آپاتیت در ماتریکسی آلی بوجود آمده است و به حالت منفرد یافت می شود. پس استخوان طبیعی از نظر مکانیکی ضخیم و در عین حال دارای الاستیسیته می باشد و در نتیجه قابل ترمیم است.