به وبلاگ من خوش آمدید

 4-5-1مقدمه

آب يكي از ضروري ترين عناصر حيات بر روي زمين است و اگر چه بيش از 70 درصد از سطح كره زمين با آب پوشيده شده است اما كمتر از 3 درصد از آن آب شيرين مي‌باشد. از اين مقدار 79 درصد به قله‌هاي يخي تعلق دارد، 20 درصد آن آبهاي زير زميني است كه به راحتي قابل دسترسي نمي باشد و فقط 1 درصد آن شامل درياچه ها و رودخانه ها و چاهها مي‌باشد كه به راحتي به دست مي آيد. در مجموع در هر زمان تنها يك ده هزارم از كل آبهاي كره زمين به سادگي در دسترس انسان قرار دارد.

در دسترس بودن آب سالم و پاك يكي از مهمترين مسائل پيش روي بشر مي‌باشد و به تدريج كه مقدار مصرف آب بيشتر مي‌شود مواد آلاينده نيز به طرق مختلف باعث آلوده كردن منابع آبي مي‌گردند و اين مسأله در آينده بحراني تر خواهد شد. مجمع عمومي سازمان ملل متحد به منظور افزايش آگاهي و ترغيب، جهت اداره بهتر امور مربوط به آب و حراست بهتر از اين منبع حياتي، سال 2003 را سال بين المللي آب شيرين اعلام نمود. پذيرش حق برخورداري از آب بعنوان يك حق براي بشر ممكن است مهمترين گام در بر طرف كردن دشواري تأمين اين بنيادي ترين عنصر زندگي مردم باشد.

4-5-2اهميت كاربرد فناوري نانو در صنعت آب

فناوري نانو طي مدت كوتاهي كه از ظهور آن مي گذرد كاربردهاي مختلفي در صنايع گوناگون يافته است. در نتيجه صنعت آب، بعنوان يكي از پايه‌هاي حيات از اين مسئله مستثني نيست و در بخشهاي مختلف آن، شامل ساخت سدها، حفاظت خطوط لوله انتقال آب، تصفيه آب و پساب، شيرين سازي آب و غيره، فناوري نانو كاربرد يافته است.

امروزه در جهان بسياري از مردم به دلايل بلاهاي طبيعي، جنگ و زير ساختهاي ضعيف خالص سازي آب، به آب بهداشتي دسترسي ندارند. حدود يك ميليارد نفر به منابع آبي دسترسي ندارند. روزانه‌5000 كودك به علت مبتلا شدن به امراض ناشي از مصرف آب غير بهداشتي مي‌ميرند.
تمام تلاش محققين اين است كه با كمك روشها و فناوريهاي جديد بتوانند اين مشكلات را كاهش دهند. يكي از اين فناوريها، فناوري نانو است.

در مجموع كاربردهاي متعددي را مي‌توان در زمينه استفاده از فناوري نانو متصور بود كه اهم آنها در ذيل آمده است:

1-استفاده از ذرات نانو ساختار در تصفيه آلاينده ها
2-رنگ زدايي از آب آشاميدني
3-نمك زدايي از آب
4-نانو پوشش ها
5-نانو لوله‌هاي جاذب گازهاي سمي
6-نانو پليمرهاي متخلخل
7-استفاده از نانو ذرات در تصفيه پسابها
8-نانو فيلترها
9-حذف آرسنيك موجود در آب با استفاده از فناوري نانو.

4-5-3برخي كابردهاي فناوري نانو درعرصه صنعت آب

فناوري نانو با روشهاي زير مي‌تواند در تهيه آب تميز كمك كند :

غشاهاي فيلتر اسيون نانو متري به منظور افزايش بازيابي آب
2. روشهاي سازگار با محيط زيست جهت تصفيه آبهاي زير زميني به وسيله اجزاي معدني و آلي
3. نانو مواد براي بهبود كارايي فرايندهاي فتو كاتاليستي و شيميايي
4. نانو حسگرهاي زيستي جهت تشخيص سريع آلودگي آب

نانوفيلتراسيون

روش نانوفيلتراسيون طي چند سال گذشته رونق گرفته است. در نانو فيلتراسيون جدا سازي براساس اندازه مولكول صورت مي‌گيرد و فرآيندي فشاري است. اساساً اين روش جهت حذف اجزاي آلي نظير آلوده كننده‌هاي ميكروني و يونهاي چند ظرفيتي مي‌باشد. از ديگر كاربردهاي نانو فيلتراسيون مي‌توان به حذف مواد شيميايي كه به منظور كشتن موجودات مضر به آب اضافه شده اند، حذف فلزات سنگين، تصفيه آبهاي مصرفي، رنگ زدايي و حذف آلوده كننده ها و حذف نيترات ها اشاره كرد.

نانو فيلتراسيون مي‌تواند تقريباً از هر منبع آبي، آب پاك به وجود آورد و تمام باكتري‌هاي موجود در آب را حذف كند. در ضمن امكان استفاده آسان از روشهاي تصفيه را براي عموم فراهم مي كند و بدون عمل شيميايي تصفيه را انجام مي‌دهد.

نانو حسگرها

اگر چه حسگرهاي مختلفي براي آشكار نمودن آلودگي‌ها و مواد آلوده وجود دارند ولي فناوري نانو امكان ايجاد نسل‌هاي جديدي از حسگرهاي با توانايي بالا را فراهم مي‌نمايد كه مواد آلاينده در مقادير و غلظت‌هاي كم را آشكار مي‌نمايند.

فناوری نانو در فضا 6-4

مقدمه 1-6-4

پیشرفت بشر در انواع فناوریها موجب گردیده که بسیاری از مسائل پیچیده حتی مسائلی که آنها برای بشر یک آرزو به حساب می‌آیند، با فناوریهای جدید قابل گردد. ریز فناوری ، فناوری جدیدی است که کاربردهای گسترده‌ای در تمامی حیطه‌های زندگی خواهد داشت. اکثر دانشمندان معتقدند که پیشرفت و سهولت در زندگی از نتایج بکار گیری ریز فناوری خواهد بود. صنعت هوا - فضا نیز با تأثیر پذیری از ریز فناوری به پیشرفتهای فراوانی رسیده است. بیشتر کسانیکه به هوا - فضا علاقه دارند، به ریز فناوری نیز علاقمند هستند و برای آنها جذابیتهای خاص خود را دارد.

ریز فناوری چیست؟2-6-4

ریز فناوری از فناوریهای جدید است که از آن به عنوان عامل تغییر در روش تولید مواد یاد می‌شود. تولید سبکتر ، قوی‌تر که دارای عمر مفید طولانی نیز هستند حاصل این فناوری است. دانش عظیم ریز فناوری روز به روز در حال پیشرفت است و چند وقت یکبار پدیده‌ای جدید با ویژگیهای منحصر به فردی را به جهان فناوری تقدیم می‌کند. ریز فناوری یکی از مؤثرترین عوامل پیشرفت صنعت هوا - فضا در سالهای اخیر است. ریز فناوری نیز یکی از مؤثرترین عوامل پیشرفت صنعت هوا - فضا در سالهای اخیر است؛ از این رو کشورهای پیشرفته و برخی از کشورهای در حال توسعه ، سرمایه گذاریهای زیادی در استفاده از ریز فناوری در صنعت هوا - فضا انجام داده‌اند.

ریچادر فاینمن اولین کسی بود که اعتقاد داشت روزی مواد و اشیاء با ویژگیهای اتمی ساخته خواهند شد. او می‌گفت قوانین فیزیکی هیچگاه بر غیر ممکن بودن ساخت اشیاء با مدل اتمی و با دقت زیاد دلالت نمی‌کنند. ریز فناوری از فناوریهای جدیدی است که از آن به عنوان عامل تغییر در روش تولید مواد یاد می‌شود. این فناوری ، مواد را در مقیاس یک میلیونیم متر (یعین مساوی 109-) کنترل و تولید می‌کند. توانمندی ساخت اجزای با مقیاسهای کنترل شده و ترکیب آنها برای تولید ساختارهای بزرگتر با خواص بسیار عجیب و البته مفید از ویژگیهایی است که این فناوری را در سطح اول بیشتر مباحث به روز علمی جهان قرار داده است.

مواد جدید و اشیای پیشرفته ساخته شده بوسیله این فناوری ، دارای ویژگیهای منحصر به فردی هستند که قابلیت حل بسیاری از مشکلات و مباحث جهان فناوری را دارند. تولید مواد سبکتر ، قوی‌تر ، که دارای عمر مفید طولانی‌تر ستند حاصل این فناوری است. با وجود ریز فناوری ، می‌توان پیش بینی کرد مسائل غیر قابل حل بیشتری بزودی حل شود. این دانش عظیم روز به رز در حال پیشرفت است و هر چند وقت یکبار پدیده‌ای جدید با ویگیهای منحصر به فردی را به جهان فناوری تقدیم می‌کند. برخی معتقد هستند ریز فناوری علم فهم و کنترل مواد در ابعاد تقریبی 11 تا 100 نانومتر است، ولی برخی دیگر به ابعاد کوچکتر نیز فکر می‌کنند یک نانومتر در حدود یک صد هزارم ضخامت یک برگ کاغذ معمولی است و این معادل 10 برابر طول یک اتم هیدروژن است.

استفاده از ریزفناوری در صنعت هوا - فضا 3-6-4

ریزفناوری توان زیادی برای افزایش اعتبار و کارایی سخت افزارهای هوا - فضایی دارد. نیروی زیاد ، وزن کم ، عمر طولانی و موادی با کاربردهای بیشتر و هزینه کمتر ، ویژگیهایی هستند که عامل پیشرفت هر چه سریعتر علم هوا - فضا و رفع مشکلات موجود در این صنعت خواهد شد. دانش هوا - فضا یکی از دانشهایی است که از سامانه‌های سریعتر و فشرده‌تر و سامانه‌های خودکار استقبال می‌کند. وسیله‌های نقلیه هوایی و فضایی ، وسیله‌های اکتشاف فضایی و هواپیماهای جاسوسی ، نمونه‌هایی هستند که به چنین سامانه‌هایی نیاز دارند. با جا دادن سامانه‌های الکترومغناطیسی در ساختاری به ابعاد نانو ، برای ماهواره‌هایی که در اطراف زمین در حال گردش هستند و با جستجوگران سیاره‌ها در فضا با هزینه‌های کمتر کاربرد بیشتر از نتایج بکار گیری این فناوری است.

بسیاری از کشورهای پیشرفته و برخی از کشورهای در حال توسعه ، سرمایه گذاریهای زیادی در کاربرد ریز فناوری در صنعت هوا - فضا انجام داده‌اند. در آمریکا در سالهای گذشته ، سرمایه‌های چند صد میلیون دلاری تحت عنوان ابتکار ملی ریز فناوری انجام شده است. البته ریز فناوری اهمیت بسیار زیادی نیز برای کشورهای اروپایی داشته است. ریز فناوری کاربردهای بیشتری نیز دارد. می‌دانیم که محیط فضا به دلیل فعل و انفعالات خاصی که در آن صورت می‌پذیرد، شرایط ویژه‌ای را ایجاد می‌کند که نگرانیهایی نیز بوجود می‌آورد. فعالیتهایی که در سطح خورشید و ار سیاره‌ها و ستاره‌ها انجام می‌پذیرد موجب آن می‌شود که سطح بالایی از تشعشعها در فضا تولید شوند. این تشعشعها در مخابره امواج رادیویی و شبکه‌های برق کره زمین اختلال بوجود می‌آورند. حتی در برخی موارد موجب واپاشی مدار ماهواره‌ها می‌گردد.

این تشعشعها برای فضانوردان و تجهیزات فضایی نیز مشکلاتی بوجود می‌آورد. به ویژه آن دسته از فضانوردانی که مدتهای طولانی در فضا می‌مانند، در معرض بیماری گوناگون قرار می‌گیرند. با استفاده از ریز فناوری امکاناتی بوجود آمده که قادر است اکثر این مشکلات را حل کند. ریز فناوری پزشکی و درمانی نیز برای فضانوردان تسهیلات ویژه‌ای فراهم نموده است. شناسایی منظومه شمسی به کمک ریز فناوری بسیاری از مجهولهای جهان علم را کشف خواهد کرد و این در صورتی قابل اجراست که تعداد بیشتری فضاپیمای کم هزینه ، با وزن سبک و امکانات بیشتر تولید و به فضا پرتاب شوند.

در آینده نه چندان دور ، حسگرهایی به اندازه مولکول ساخته مشاهده خواهند شد کوچکترین علائم بیماری ، حتی قبل از بروز علائم ظاهری ، سلولهای بدن فضانوردان توسط همین ریز حسگرها برانگیخته خواهند شد. ریز فناوری پزشکی و درمانی نیز برای فضانوردان تسهیلات ویژه‌ای فراهم نموده است. یکی از هدفهای مهم و اصلی ، افزایش امکانات فضا هواپیماها و کاهش وزن سامانه‌های فضایی است. ساخت فضاپیماهای سبک قوی و مقاوم در برابر تشعشعات فضایی با چنین موادی امکان پذیر شده است.

پژوهش ریز فناوری در ناسا 4-6-4

در سالهای اخیر مرکزهای پژوهشی فراوانی در موضوع بکار گیری ریز فناوری در صنعت هوا - فضا به ویژه در ناسا بوجود آمده است. بخشهای پژوهشی ریز ناوری ناسا و سرمایه‌های مربوط به آن شامل موارد زیر است:

تحقیقات در زمینه ی مواد توسط آزمایشگاهی لانگلی با سرمایه گذاری 11 میلیون دلار تحقیقات ر زمینه ی الکترونیکو داده پردازی توسط آزمایشگاه ایمز با سرمایه گذاری 15 میلیون دلار تحقیقات در زمینه ی حسگرها و اجزا توسط آزمایشگاه رانش جت با سرمایه گذاری 10 میلیون دلار بسیاری از مطالعات ریز فناوری ناسا دارای هدف بلند مدت می‌باشد. یکی از هدفهای مهم و اصلی ، افزایش امکانات فضاپیما و کاهش وزن سامانه‌های فضایی است. در صورتی که کارآیی این دستگاهها با کاربرد ریزفناوری بالاتر رود، مشکلات بیشتری در زمینه فضا حل خواهد شد. دسترسی بلند مدت پژوهشهای ریز فناوری ناسا حتی بیشتر از این است. ناسا سعی کرده است که با راهبردی موسوم به پایین به بالا روی این پایه‌ای سرمایه گذاری کند. به پژوهش در زمینه ساختارها و سازه‌هایی با ابعاد مولکولی پژوهشهای ریز فناوری مولکولی گفته می‌شود که ناسا سرمایه گذاری زیاد بر روی آن کرده است. پژوهش در زمینه ریز فناوری در ناسا -که آزمایشگاههای گوناگونی برای آن ایجاد شده- دارای بخشهای ویژه‌ای است که مهمترین آنها عبارتند از:

ریز مواد: موادی با قدرت بسیار بالا و قابل برنامه ریزی ریز الکترونیکها ، داده پردازی ، سامانه‌های ارتباطی با مصرف انرژی کم ریز ابزارها برای کوچک سازی سامانه‌های فضایی و

ریز فناوری زیست مولکولی ، سامانه‌های لب آن چیپ ، برای زیست درمانی و درمان فضانوردان به صورت خود درمانی و از فعالیت سایر کشورها نیز می‌توان کشورهای اروپایی و ژاپن را نام برد که به عنوان مال پروژه ریز ماهواره قرص سیلسیومی از پروژه‌های کشور ژاپن است

نمونه‌های بکار گیری ریز فناوری در هوا - فضا 5-6-4

با کمک ریز فناوری ، سامانه‌های ویژه ای ایجاد شده و دستگاههای جدیدی ساخته شده‌اند که هر کدام به عنوان راه حلی یا چند مشکل دیرینه موجود در صنعت هوافضا به حساب می‌آیند. برای شناخت بیشتر دستگاهها و فناوریهای بکار رفته در آنها به بررسی چند مورد می‌پردازیم:

پیلهای سوختی

پیلهای سوختی سامانه‌هایی هستند که به علت دارا بودن توانایی ذاتی خاص و فشردگی و کم حجم به عنوان یکی از روشهای کار آمد برای تبادلهای انرژی شیمیایی در فضا مطرح می‌باشند. به علت عملکرد پاک این پیلها ، سرمایه گذاریهای زیاد برای تولید آنها انجام شده است. البته این پیلها کاربردهای دیگری نیز در وسایل نقلیه فضایی مثل تولید الکتروشیمیایی اکسیژن در ایستگاههای فضایی دارند.

ریزماهواره‌ها

محیط فضا به گونه‌ای است که تشعشعهای صادر شده از آن ، به ویژه برای دستگاهها و انسانهایی که برای مدت طولانی در فضا می‌مانند زیان بار است. حتی مشکلات بیش تری هم وجود دارد که ریزفناوری ماهواره در حل این مشکلات نقشم مهمی بازی می‌کند. ماهواره ژنست-1 یک ریز ماهوره است که وزنی حدود 10 کیلوگرم دارد و از سه ماهواره مکعبی کوچکتر متصل به هم ساخته شده است. این ماهواره بسیار کوچک ، سریع و ارزان کارش مقابله با اثرات زیستی فضا است. ریزماهوره ژنست-1 در حال ساخت است و به زودی پرتاب خواهد شد. ناسا برای تولید این ریز ماهواره در 2.5 سال گذشته حدود 6 میلیون دلار هزینه کرده است.

ریز حسگرها

در آینده نه چندان دور ، حسگرهایی به اندازه مولکول ساخته خواهند شد. این ریز حسگرها داخل سلولهای بدن فضانوردان قرار می‌گیرند تا به محض احساس ضربات تشعشعهای فضایی ، هشدارهای لازم را جهت حفظ سلامت فضانوردان ارسال کنند. البته این فناوری هنوز هم جای پبشرفت دارد و دانشمندان و محققان ناسا برای پیشرفت آن در حال کوشش هستند. وجود چنین حسگرهایی موجب افزایش ایمنی بدن فضانوردان خواهد شد، به گونه‌ای که به محض مشاهده کوچکترین علایم بیماری زا ، حتی قبل از بروز علائم ظاهری ، سلولهای بدن فضانوردان توسط همین ریز حسگرها برانگیخته خواهند شد.

برای مثال وقتی که یک موتور بسیار کوچک ، ولی زیان بار ، در حال رشد در بدن فضانورد باشد، بلافاصله شناسایی و علائم لازم توسط ریز حسگرها ارسال خواهد شد. توانایی یافتن تغییرات میکروسکوپی داخل سلولها یک لطف بزرگ و پزشکی فضایی است. دانشمندان می خواهند هنگامی که بدن یک فضانورد در وضعیت بدی قرار گرفته، یا وقتی که فعالیت ویروس مهاجم در مراحل اولیه فعالیت است ریز حسگرها علایم لازم را ارسال کنند تا پیشگیریهای لازم صورت پذیرد. شاید وجود چنین امکاناتی گره گشای بسیاری از مشکلات فضانوردانی باشد که برای مدتهای طولانی در مریخ ، ماه و یا سایر ماندگار خواهند بود. سیارات

ریز لوله‌های کربنی

ریز لوله‌های کربنی نیز از دستاوردهای ریز فناوری هستند. این مواد بسیار سبک ، دارای قابلیتهای زیادی از جمله ذخیره انرژی زیاد و مقاوم به تشعشعات گوناگون هستند. یکی از محققان موفق به تولید ورقه‌های شفافی از ریز لوله کربنی شده‌اند که از ورقه‌های فولادی هم وزن بسیار مستحکم‌تر می‌باشند. ریز لوله‌های کربنی ذرات بسیار کوچکی هم مانند رشته‌های نامرئی هستند. میلیونها قطعه از این رشته‌های نامرئی باهم ترکیب می‌شوند و مواد مفید و قابل مشاهده‌ای بوجود می‌آورند. خواص مفید مکانیکی و الکتریی زیادی در این مواد نهفته است که در صنعت فضا بسیار کاربرد دارند. به عنوان مثال ساخت فضاپیمای سبک ، قوی و مقاوم در برابر تشعشعهای فضایی با چنین موادی امکان پذیر شده است.

پرنده‌های جاسوسی کوچک ریز پرنده‌ها:

برای تولید پرنده‌های جاسوسی ، سرمایه گذاریهای زیادی انجام شده است. دانشمندان با الگو برداری از حرکات انواع پرندگان و حشرات در صدد تولید پرنده‌های جاسوسی کوچک موسوم به ریز پرنده هستند. ریز فناوری در تولید چنین موجودات ریز بسیار کاربرد دارد. محققان دانشگاه فلوریدا در پژوهشی که انجام داده‌اند، موفق به ساخت یک هواپیمای جاسوسی شده‌اند که از حرکات یک نوع پرنده دریایی تقلید می‌کند. این هواپیمای جاسوسی بدون سرنشین ، فقط 50 گرم وزن دارد و سازندگان این پرنده ترجیح می‌دهند برای کامل کردن آن از تجهیزاتی متشکل از ریز مواد ، ریز حسگرها و دیگر محصولات ریز فناوری استفاده کنند. این ریزپرنده قابلیت پرواز در مناطق تنگ را داشته و می‌تواند با توجه به وضعیتهای گوناگون ، حالت بالهایش را تغییر دهد. برای اعزام این پرنده چابک به مأموریتهای داخل شهر ، مجموعه کاملی از دوربینهای مجهز و کوچک نیز روی آن کار گذاشته خواهد شد.

4-8فناوری نانو در پزشکی

در سال 1966 فيلمی تخيلی با عنوان «سفر دريايی شگفت انگيز» اهالی سينما را به ديدن نمايشی جسورانه از كاربرد نانوتكنولوژی در پزشكی ميهمان كرد. گروهی از پزشكان جسور و زيردريايی پيشرفته شان با شيوه ای اسرارآميز به قدری كوچك شدند كه می توانستند در جريان خون بيمار سير كنند و لخته خونی را در مغزش از بين ببرند كه زندگی او را تهديد می كرد. با گذشت 36 سال از آن زمان، برای ساختن وسايل پيچيده حتی در مقياس های كوچك تر گام های بلندی برداشته شده است. اين امر باعث شده برخی افراد باور كنند كه چنين دخالت هايی در پزشكی امكان پذير است و روبات های بسيار ريز قادر خواهند بود در رگ های هر كسی سفر كنند.
همه جانداران از سلول های ريزی تشكيل شده اند كه خود آنها نيز از واحدهای ساختمانی كوچك تر در حد نانومتر (يك ميلياردم متر) نظير پروتئين ها، ليپيدها و اسيدهای نوكلئيك تشكيل شده اند. از اين رو، شايد بتوان گفت كه نانوتكنولوژی به نحوی در عرصه های مختلف زيست شناسی حضور دارد. اما اصطلاح قراردادی «نانوتكنولوژی» به طور معمول برای تركيبات مصنوعی استفاده می شود كه از نيمه رساناها، فلزات، پلاستيك ها يا شيشه ساخته شده اند. نانوتكنولوژی از ساختارهايی غيرآلی بهره می گيرد كه از بلورهای بسيار ريزی در حد نانومتر تشكيل شده اند و كاربردهای وسيعی در زمينه تحقيقات پزشكی، رساندن داروها به سلول ها، تشخيص بيماری ها و شايد هم درمان آنها پيدا كرده اند.
در برخی محافل نگرانی های شديدی در مورد جنبه منفی اين فناوری به وجود آمده است؛ آيا اين نانوماشين ها نمی توانند از كنترل خارج شده و كل جهان زنده را نابود كنند؟
با وجود اين به نظر می رسد فوايد اين فناوری بيش از آن چيزی باشد كه تصور می رود. برای مثال، می توان با بهره گيری از نانوتكنولوژی وسايل آزمايشگاهی جديدی ساخت و از آنها در كشف داروهای جديد و تشخيص ژن های فعال تحت شرايط گوناگون در سلول ها، استفاده كرد. به علاوه، نانوابزارها می توانند در تشخيص سريع بيماری ها و نقص های ژنتيكی نقش ايفا كنند.
طبيعت نمونه زيبايی از سودمندی بلورهای غيرآلی را در دنيای جانداران ارائه می كند. باكتری های مغناطيسی، جاندارانی هستند كه تحت تاثير ميدان مغناطيسی زمين قرار می گيرند. اين باكتری ها فقط در عمق خاصی از آب يا گل ولای كف آن رشد می كنند. اكسيژن در بالای اين عمق بيش از حد مورد نياز و در پايين آن بيش از حد كم است. باكتری ای كه از اين سطح خارج می شود بايد توانايی شنا كردن و برگشت به اين سطح را داشته باشد. از اين رو، اين باكتری ها مانند بسياری از خويشاوندان خود برای جابه جا شدن از يك دم شلاق مانند استفاده می كنند. درون اين باكتری ها زنجيره ای با حدود 20 بلور مغناطيسی وجود دارد كه هر كدام بين 35 تا 120 نانومتر قطر دارند. اين بلورها در مجموع يك قطب نمای كوچك را تشكيل می دهند. يك باكتری مغناطيسی می تواند در امتداد ميدان مغناطيسی زمين قرار گيرد و مطابق با آن بالا يا پايين برود تا مقصد مورد نظرش را پيدا كند .
اين قطب نما اعجاز مهندسی طبيعت در مقياس نانو است . اندازه بلورها نيز مهم است. هر چه ذره مغناطيسی بزرگ تر باشد، خاصيت مغناطيسی اش مدت بيشتری حفظ می شود. اما اگر اين ذره بيش از حد بزرگ شود خود به خود به دو بخش مغناطيسی مجزا تقسيم می شود كه خاصيت مغناطيسی آنها در جهت عكس يكديگرند. چنين بلوری خاصيت مغناطيسی كمی دارد و نمی تواند عقربه كارآمدی برای قطب نما باشد . باكتری های مغناطيسی قطب نماهای خود را فقط از بلورهايی با اندازه مناسب می سازند تا از آنها برای بقای خود استفاده كنند. جالب است كه وقتی انسان برای ذخيره اطلاعات روی ديسك سخت محيط هايی را طراحی می كند دقيقا از اين راهكار باكتری ها پيروی می كند و از بلورهای مغناطيسی در حد نانو و با اندازه ای مناسب استفاده می كند تا هم پايدار باشند و هم كارآمد .
محققان در تلاش هستند تا از ذرات مغناطيسی در مقياس نانو برای تشخيص عوامل بيماری زا استفاده كنند. روش اين محققان نيز مانند بسياری از مهارت هايی كه امروزه به كار می رود به آنتی بادی های مناسبی نياز دارد كه به اين عوامل متصل می شوند. ذرات مغناطيسی مانند برچسب به مولكول های آنتی بادی متصل می شوند. اگر در يك نمونه، عامل بيماری زای خاصی مانند ويروس مولد ايدز مد نظر باشد، آنتی بادی های ويژه اين ويروس كه خود به ذرات مغناطيسی متصل هستند به آنها می چسبند. برای جدا كردن آنتی بادی های متصل نشده، نمونه را شست وشو می دهند. اگر ويروس ايدز در نمونه وجود داشته باشد، ذرات مغناطيسی آنتی بادی های متصل شده به ويروس، ميدان های مغناطيسی توليد می كنند كه توسط دستگاه حساسی تشخيص داده می شود . حساسيت اين مهارت آزمايشگاهی از روش های استاندارد موجود بهتر است و به زودی اصلاحات پيش بينی شده، حساسيت را تا چند صد برابر تقويت خواهد كرد .
دنيای پيشرفته الكترونيك پر از مواد پخش كننده نور است. برای نمونه هر CDخوان، CD را با استفاده از نوری می خواند كه از يك ديود ليزری می آيد. اين ديود از يك نيمه رسانای غيرآلی ساخته شده است. هر تصوير، قسمت كوچكی از يك CD به اندازه يك مولكول پروتئين (در حد نانومتر) را می كند. در نتيجه اين عمل يك نانو بلور نيمه رسانا يا به اصطلاح تجاری يك «نقطه كوانتومی» ايجاد می شود .
فيزيكدانانی كه برای اولين بار در دهه 1970 نقاط كوانتومی را مطالعه می كردند معتقد بودند كه اين نقاط در ساخت وسايل الكترونيكی جديد و وسايل ديد استفاده خواهند شد. تعداد انگشت شماری از اين محققان ابراز می كردند كه از اين يافته ها می توان برای تشخيص بيماری يا كشف داروهای جديد كمك گرفت و هيچ كدام از آنان حتی در خواب هم نمی ديدند كه اولين كاربردهای نقاط كوانتومی در زيست شناسی و پزشكی باشد .
نقاط كوانتومی قابليت های زيادی دارند و در موارد مختلفی مورد استفاده قرار می گيرند. يكی از كاربردهای اين نقاط نيمه رسانا در تشخيص تركيبات ژنتيكی نمونه های زيستی است. اخيرا برخی محققان روش مبتكرانه ای را به كار بردند تا وجود يك توالی ژنتيكی خاص را در يك نمونه تشخيص دهند. آنان در طرح خود از ذرات طلای 13 نانومتری استفاده كردند كه با DNA تزئين شده بود. اين محققان در روش ابتكاری خود از دو دسته ذره طلا استفاده كردند. يك دسته، حامل DNA بود كه به نصف توالی هدف متصل می شد و DNA متصل به دسته ديگر به نصف ديگر آن متصل می شد . DNA هدفی كه توالی آن كامل باشد به راحتی به هر دو نوع ذره متصل می شود و به اين ترتيب دو ذره به يكديگر مربوط می شوند. از آنجا كه به هر ذره چندين DNA متصل است، ذرات حامل DNA هدف می توانند چندين ذره را به يكديگر بچسبانند. وقتی اين ذرات طلا تجمع می يابند خصوصياتی كه باعث تشخيص آنها می شود به مقدار چشم گيری تغيير می كند و رنگ نمونه از قرمز به آبی تبديل می شود. چون كه نتيجه اين آزمايش بدون هيچ وسيله ای قابل مشاهده است می توان آن را برای آزمايش DNA در خانه نيز به كار برد .
هيچ بحثی از نانوتكنولوژی بدون توجه به يكی از ظريف ترين وسايل در علوم امروزی يعنی ميكروسكوپ اتمی كامل نمی شود. روش اين وسيله برای جست وجوی مواد مانند گرامافون است. گرامافون، سوزن نوك تيزی دارد كه با كشيده شدن آن روی يك صفحه، شيارهای روی آن خوانده می شود. سوزن ميكروسكوپ اتمی بسيار ظريف تر از سوزن گرامافون است به نحوی كه می تواند ساختارهای بسيار كوچك تر را حس كند . متاسفانه، ساختن سوزن هايی كه هم ظريف باشند و هم محكم، بسيار مشكل است. محققان با استفاده از نانو لوله های باريك از جنس كربن كه به نوك ميكروسكوپ متصل می شود اين مشكل را حل كردند. با اين كار امكان رديابی نمونه هايی با اندازه فقط چند نانومتر فراهم شد. به اين ترتيب، برای كشف مولكول های زنده پيچيده و برهم كنش هايشان وسيله ای با قدرت تفكيك بسيار بالا در اختيار محققان قرار گرفت.
اين مثال و مثال های قبل نشان می دهند كه ارتباط بين نانوتكنولوژی و پزشكی اغلب غيرمستقيم است به نحوی كه بسياری از كارهای انجام شده، در زمينه ساخت يا بهبود ابزارهای تحقيقاتی يا كمك به كارهای تشخيصی است. اما در برخی موارد، نانوتكنولوژی می تواند در درمان بيماری ها نيز مفيد باشد. برای مثال می توان داروها را درون بسته هايی در حد نانومتر قرار داد و آزاد شدن آنها را با روش های پيچيده تحت كنترل در آورد. يكی از نانوساختارهايی كه برای ارسال دارو يا مولكول هايی مانند DNA به بافت های هدف ساخته شده، «دندريمر»ها هستند. اين مولكول های آلی مصنوعی با ساختارهای پيچيده برای اولين بار توسط «دونالد توماليا» ساخته شدند. اگر شاخه های درختی را در يك توپ اسفنجی فرو ببريد به نحوی كه در جهت های مختلف قرار گيرند می توان شكلی شبيه يك مولكول دندريمر را ايجاد كرد. دندريمرها مولكول هايی كروی و شاخه شاخه هستند كه اندازه ای در حدود يك مولكول پروتئين دارند . دندريمرها مانند درخــتان پرشــاخه و برگ دارای فضــاهای خالی هستند، يعنی تعــداد زيادی حفــرات سطحی دارند .
دندريمرها را می توان طوری ساخت كه فضاهايی با اندازه های مختلف داشته باشند. اين فضاها فقط برای نگه داشتن عوامل درمانی هستند . دندريمرها بسيار انعطاف پذير و قابل تنظيم اند. همچنين آنها را می توان طوری ساخت كه فقط در حضور مولكول های محرك مناسب، خود به خود باد كنند و محتويات خود را بيرون بريزند. اين قابليت اجازه می دهد تا دندريمرهای اختصاصی بسازيم تا بار دارويی خود را فقط در بافت ها يا اندام هايی آزاد كنند كه نياز به درمان دارند. دندريمرها می توانند برای انتقال DNA به سلول ها جهت ژن درمانی نيز ساخته شوند. اين شيوه نسبت به روش اصلی ژن درمانی يعنی استفاده از ويروس های تغيير ژنتيكی يافته بسيار ايمن تر هستند .
همچنين محققان ذراتی به نام نانوپوسته ساخته اند كه از جنس شيشه پوشيده شده با طلا هستند. اين نانوپوسته ها می توانند به صورتی ساخته شوند تا طول موج خاصی را جذب كنند. اما از آنجا كه طول موج های مادون قرمز به راحتی تا چند سانتی متر از بافت نفوذ می كنند، نانوپوسته هايی كه انرژی نورانی را در نزديكی اين طول موج جذب می كنند بسيار مورد توجه قرار گرفته اند. بنابراين، نانوپوسته هايی كه به بدن تزريق می شوند می توانند از بيرون با استفاده از منبع مادون قرمز قوی گرما داده شوند. چنين نانوپوسته هايی را می توان به كپسول هايی از جنس پليمر حساس به گرما متصل كرد. اين كپسول ها محتويات خود را فقط زمانی آزاد می كنند كه گرمای نانوپوسته متصل به آن باعث تغيير شكلش شود .
يكی از كاربردهای شگرف اين نانوپوسته ها در درمان سرطان است. می توان نانوپوسته های پوشيده شده با طلا را به آنتی بادی هايی متصل كرد كه به طور اختصاصی به سلول های سرطانی متصل می شوند. از لحاظ نظری اگر نانوپوسته ها به مقدار كافی گرم شوند می توانند فقط سلول های سرطانی را از بين ببرند و به بافت های سالم آسيب نرسانند. البته مشكل است بدانيم آيا نانوپوسته ها در نهايت به تعهد خود عمل می كنند يا نه. اين موضوع برای هزاران وسيله ريز ديگری نيز مطرح است كه برای كاربرد در پزشكی ساخته شده اند. محققان از نانوتكنولوژی در ساخت پايه های مصنوعی برای ايجاد بافت ها و اندام های مختلف نيز استفاده كرده اند. محققی به نام «ساموئل استوپ» روش نوينی ابداع كرده است كه در آن سلول های استخوانی را روی يك پايه مصنوعی رشد می دهد. اين محقق از مولكول های مصنوعی استفاده كرده است كه با رشته هايی تركيب می شوند كه اين رشته ها برای چسباندن به سلول های استخوانی تمايل بالايی دارند. اين پايه های مصنوعی می توانند فعاليت سلول ها را هدايت كنند و حتی می توانند رشد آنها را كنترل كنند. محققان اميدوارند سرانجام بتوانند روش هايی بيابند تا نه فقط استخوان، غضروف و پوست بلكه اندام های پيچيده تر را با استفاده از پايه های مصنوعی بازسازی كنند .
به نظر می رسد برخی از اهدافی كه امروزه در حال تحقق هستند در آينده ای نزديك توسط پزشكان به كار گرفته شوند. جايگزينی قلب، كليه يا كبد با استفاده از پايه های مصنوعی شايد با فناوری كه در فيلم سفر دريايی شگفت انگيز نشان داده شد، متناسب نباشد اما اين تصور كه چنين درمان هايی در آينده ای نه چندان دور به واقعيت بپيوندند بسيار هيجان انگيز است. حتی هيجان انگيزتر اينكه اميد است محققان بتوانند با تقليد از فرآيندهای طبيعی زيست شناختی، واحدهايی در مقياس نانو توليد كنند و از آنها در ساخت ساختارهای بزرگ تر بهره گيرند.