نانوبیوتكنولوژی

[v.m 2020]

شاید تو مدرسه دیده باشيد که بین آنهایی که فیزیک را بيشتر دوست دارند و آنهایی که به شيمی علاقه بيشتری دارند همیشه يک بگو مگوی دوستانه (کل کل) وجود دارد که مثلاً شيمی زير مجموعه فیزیک است یا فيزيک بخشی از رياضی است. من خودم استادی را می‌‌‌‌شناختم که به شوخی می‌‌‌‌گفت شيمی الکترون مدار آخر فیزیک است. بهرحال اين بحث ها هميشه وجود دارد و دانشمندان و عالمان، خیلی ساده از کنار آن می‌‌‌‌گذرند و کار خودشان را انجام می‌‌‌‌دهند و اينگونه است که علم و فناوری پيشرفت می‌‌‌‌کند بدون آنکه اين باورهای کوچک تاثيری بر مسير پيشرفت آن داشته باشد. در اين ميان برخی براين باور هستند که سرجشمه تفاوتهای بين نانوبيو و بيونانو از اين ناشی می‌‌‌‌شود که نانو را زير مجموعه فناوری زيستی تلقی کنيم یا در اين تلفيق فناوری نانو را زير مجموعه فناوری زيستی درنظر بگيريم. ما قضاوت بر سر اين موضوع را به عهده خود شما می‌‌‌‌گذاريم البته قبل از آن توجه شما را به نظر محققين اين حوزه ها جلب می‌‌‌‌کنيم؛

بيونانوفناوری
برخی از صاحب نظران، بیونانوتكنولوژی را به عنوان زیرمجموعه ای از نانوتكنولوژی، به این صورت تعریف كرده اند: «مطالعه و ایجاد ارتباط بین زيست‌شناسی مولكولی و نانوتكنولوژی مولكولی». برخی دیگر نيز آن را به عنوان زیرمجموعه ای از بیوتكنولوژی بدین شكل تعریف كرده اند: «به كارگیری پتانسیل بالقوه زيست‌شناسی در ساخت و سازماندهی ساختارهای پیچیده با استفاده از مواد ساده و با دقت در حد اتم». در این زمینه، تنها تفاوتی كه بین بیونانوتكنولوژی و بیوتكنولوژی وجود دارد این است كه طراحی و ساخت در مقیاس نانو جزء لاینفك پروژه های بیونانوتكنولوژی است در حالی كه در پروژه های بیوتكنولوژی، نیازی به فهم و طراحی در حد نانو نیست.
چنان كه ملاحظه می شود برخلاف تعریف «بیوتكنولوژی» كه به معنی فناوری استفاده از موجودات و اجزای موجودات زنده در راستای نیازهای صنایع مختلف است بیونانوتكنولوژی، هم كاربرد ابزارهای بیولوژیكی به عنوان سازمان دهنده و ماده اولیه جهت ساخت محصولات و مواد نانویی، مورد توجه است و هم كاربرد محصولات تولیدی تكنولوژی نانو، جهت مطالعه وقایع درون سلول های زنده و تشخیص و معالجه بیماری ها. آنچه مسلم است این است که ظهور این زمینه تحقیقاتی، حاصل تغییر عقیده بسیاری از محققان در استفاده از راهكارهای پایین به بالا به جای استفاده از راهكار بالا به پایین جهت ساخت وسایل و مواد بسیار ریز است.





رويکرد ساختن از بالا به پايين و ساختن از پايين به بالا در فناوری نانو
از اهداف مهم فناوري نانو ــ و شايد مهم‌ترين آنها ــ به وجود آوردن ساختارهايي از مواد است که در آنها آرايش مولکول‌ها از پيش طراحي شده باشد. روش‌هاي مرسوم توليد، مثل روش ذوب فلزات و سرد کردن آنها در قالب، چنين امکاني را فراهم نمي‌کنند. پس چگونه مي‌توان چنين ساختارهايي را به وجود آورد؟ برای توليد چنين ساختارهايي معمولاً دو رويکرد متفاوت ساختن از بالا به پايين و ساختن از پايين به بالا وجود دارد. در سايت مقاله‌ای در توضيح آن نوشته شده که برای مطالعه آن کافی است روی اين لينک کليک کنيد (http://www.nanoclub.ir/index.php/articles/show/25) .






محصولات و زمینه های فعالیت بیونانوتكنولوژی

برخی از محصولات و زمینه های فعالیت بیونانوتكنولوژی عبارتند از:
۱ بیونانوماشین ها: مهم ترین زمینه كاربرد بیونانوتكنولوژی، ساخت بیونانوماشین ها ماشین های مولكولی با ابعادی در حد نانومتر است. در یك باكتری هزاران بیونانوماشین مختلف وجود دارد. نمونه آنها، ریبوزوم دستگاه بسته بندی پروتئین است كه محصولات نانومتری پروتئین ها را تولید می كند. از خصوصیات خوب بیونانوماشین ها به عنوان مثال حسگرهای نوری یا آنتی بادی ها، امكان هیبریدكردن آنها با وسایل سیلیكونی با استفاده از فرآیند میكرولیتوگرافی است. به این ترتیب با ایجاد پیوند بین دنیای نانویی بیونانوماشین و دنیای ماكروی كامپیوتر، امكان حسگری مستقیم و بررسی وقایع نانویی را می توان به وجود آورد. نمونه كاربردی این سیستم، ساخت شبكیه مصنوعی با استفاده از پروتئین باكتریورودوپسین است.
۲ مواد زیستی: كاربرد دیگر بیونانوتكنولوژی، ساخت مواد زیستی مستحكم و زیست تخریب پذیر است. از جمله این مواد می توان به DNA و پروتئین ها اشاره كرد. موارد كاربرد این مواد و به خصوص در زمینه پزشكی متعدد است. از جمله موارد كاربرد این مواد، استفاده از آنها به عنوان بلوك های سازنده نانومدارها و در نهایت ساخت وسایل نانویی Nano-Device است.
۳ موتورهای بیومولكولی: موتورهای بیومولكولی، موتورهای محركه سلول هستند كه معمولا از دو یا چند پروتئین تشكیل شده اند و انرژی شیمیایی عموما به شكل ATP را به حركت مكانیكی تبدیل می كنند. از جمله این موتورها، می توان به پروتئین میوزین اشاره کرد که باعث حركت فیلامنت ها می شود،( پروتئین های درگیر در تعمیر DNA یا ویرایش RNA به عنوان مثال، آنزیم های برشی و ATPase). از این موتورها در ساخت نانوروبات ها و شبكه هادی ها و ترانزیستورهای مولكولی قابل استفاده در مدارهای الكترونیكی استفاده می شود.

نانوبیوتكنولوژی و رابطه آن با بیونانوتكنولوژی

اما نانوبیوتكنولوژی نیز واژه دیگری است كه در سال های اخیر، محققان و صاحب نظران در كتب، مقالات و كنفرانس ها به كار می برند. طبق تعریف برخی از این محققان، نانوبیوتكنولوژی، زیرمجموعه ای از نانوتكنولوژی است كه در آن از ابزارها و فرآیندهای نانویی و میكرونی برای ساخت و تهیه محصولاتی استفاده می شود كه در مطالعه سیستم های زنده استفاده می شوند. برخی دیگر از محققان، نانوبیوتكنولوژی را زمینه ای از نانوتكنولوژی می دانند كه در آن از سیستم های بیولوژیكی موجود، همچون سلول، اجزای سلولی، اسیدهای نوكلئیك و پروتئین ها برای ایجاد ساختارهای نانویی تلفیقی مركب از مواد آلی و معدنی استفاده می شود.

بيونانو يا نانوبيو؟
اگر به مفهوم و هدف دو زیرشاخه نانوتكنولوژی یعنی بیونانوتكنولوژی و نانوبیوتكنولوژی نگاه شود، می‌‌‌‌توان فهمید كه اهداف هر دو شاخه یعنی تولید محصولاتی كه جهت مطالعه سیستم های زنده به كار می روند و همچنین فرآیندها و مقیاس فعالیت هر دو شاخه یعنی مقیاس های در سطح نانو، تقریبا یكسان است. بنابراین می توان این دو شاخه را به صورت كلی با نام نانوبیوتكنولوژی نامید. منتها زمانی كه به طور صرف، از الگوها و مواد زیستی جهت ساخت وسایل در ابعاد نانو استفاده می شود، بهتر است پیشوند «بیو» مقدم بر پیشوند «نانو» بیاید. در این حالت، كاربرد واژه بیونانوتكنولوژی تخصصی تر از واژه نانوبیوتكنولوژی خواهد بود.
درواقع می‌‌‌‌توان بیونانوتكنولوژی را شكلی خاص از نانوبیوتكنولوژی دانست كه مبنای آن، استفاده از موادزیستی برای مثال پروتئین ها یا DNA جهت ساخت وسایل نانویی است.
اما در هنگام استعمال واژه نانوبیوتكنولوژی، استفاده از ابزارهای نانویی در كاربردهای بیولوژیك نیز مورد نظر خواهد بود.

کلام آخر

شايد بتوان اينگونه جمع بندی کرد که اگر از روشهای فناوری نانو در ساخت اجزا و سيستمهای زيستی استفاده شود با نانوبيوفناوری مواجه هستیم و اگر فناوری زيستی و موجودات زنده اجزا و سيستمهای نانویی را بوجود بياورند ما با بيونانوفناوری مواجه شده‌‌‌‌ايم. باز با اين حال باید توجه داشت که كاربرد هر كدام از این دو واژه، تا حد زیادی سلیقه ای است و به زمینه تخصصی محققان مختلف بستگی دارد.
منبع : سایت نانوکلاب