فوائد تقنيات النانو

ماهي تقنية النانو؟

يطلق على تقنيات النانو عدة مصطلحات منها "تقنية الجزيئات الدقيقة" أو "تقنية الجزيئات متناهية الصغر" أو "تقنية الصغائر". وتعرف تقنية النانو بأنها فرع من فروع العلم الحديث الذي يعنى بدراسة إمكانية معالجة وتغيير المادة لجعلها على مقياس صغير جدا أي مقياس "جزيئي" أو "ذري"، وتقدر أبعاد الابتكارات والوسائل الحديثة التي تهتم بها تقنيات النانو بواحدة "النانومتر" وهي تساوي مقدار جزء واحد من المليون للمليمتر أي واحد بالألف من الميكرومتر.

تتغير القياسات التي تتعامل معها تقنيات النانو، حيث تتراوح بين (1- 100) نانومتر، أيضا تتعامل تقنيات النانو مع تجمعات ذرية مكونة من (5- 1000) ذرة. وهذه الأبعاد الذرية تعتبر ضئيلة ودقيقة جدا مقارنة بالخلايا الحية أو خلايا البكتيريا. لا يهتم علم النانو بالعلوم الحية والكائنات، بل تتركز اهتمامات تقنيي النانو على علوم المادة وخواصها. ويرتبط علم النانو بعدة فروع أخرى من الأمور المتعلقة بالمادة والبحوث الخاصة بها على المستوى الدقيق والصغير، ومن هذه الفروع العلوم الفيزيائية والميكانيكية بالإضافة للهندسة الكيميائية والحيوية.

ماهي فوائد تقنية النانو؟

لتقنية النانو تأثيرات إيجابية لا حصر لها، حيث كان لها أثرها على التطبيقات الطبية والبشرية وحتى العسكرية بالإضافة للمجالات البيئية والنفسية والقانونية والعديد من فروع الهندسة والبرمجة وعلوم الأحياء والكيمياء والكثير من المجالات الأخرى التي لا تعد ولا تحصى. تتمثل فوائد تقنية النانو وتأثيراتها في تحسين أساليب الصناعة والإنتاج، وخاصة الإنتاج الغذائي، بالإضافة لانتشار "الطب النانوي" وتعزيز الصحة الجسمية، ولا يجب نسيان تأثيراتها على تطور البنى التحتية لتصنيع السيارات وتطويرها. إن تقنية النانو تهدف لجعل كل المنتجات والأساليب المتعلقة بها عالية الجودة وذات إنتاجية كبيرة مع تكلفة أقل وحاجة لمصادر طاقة أقل.

تطبيقات تقنية النانو

تطبيقات تقنية النانو في الطب

طوّرت تقنية النانو من مجالات الطب بشكل كبير، حيث أصبح يطلق على تطبيقات الطب المتعلقة بتقنيات النانو "التقنية النانوية البيوطبية" أو "التقنيات النانوية الحيوية" أو "طب النانو". ومن أشهر التطبيقات الطبية للنانو:

توصيل الدواء

استطاع بعض باحثي جامعة "هارفارد" ومعهد "ماساتشوستس" من إيجاد بدائل لبعض العلاجات التي يكون لها تأثيرات ضارة على الجسم بسبب طريقتها غير الدقيقة في إيصال الدواء للخلايا المريضة المستهدفة مثل العلاج الكيميائي للسرطان. حيث قام الباحثون باستخدام تقنية النانو بربط الحمض النووي الريبي الخاص ذا القطر الصغير أي حوالي 10 نانومتر بجسيمات نانوية حيث تم ملء تلك الجسيمات بالعلاج الكيميائي وذلك من أجل تجنب الألم والآثار الضارة للعلاج الكيميائي.

تشخيص أمراض السرطان

وذلك يحدث بسبب انجذاب الحمض النووي الريبي للخلية السرطانية والتصاق الجسيمات النانوية بالخلايا السرطانية التي تصادفها وتقوم بإطلاق دواء داخلها.

هندسة الأنسجة

ساعدت تقنية النانو المتطورة في هندسة الأنسجة على إصلاح الأنسجة التالفة وإعادة إنتاج أنسجة جديدة، حيث تعتمد هذه التقنية على استخدام بعض المادة النانوية التي تحتوي على عوامل نمو ومواد أخرى تحفز صناعيا عملية انتشار الخلايا التي تساعد في تقانة هندسة الأنسجة. ومن المتوقع أن تقنيات النانو الطبية في هذا المجال ستحل مكان الأساليب التقليدية في عدة علاجات مثل زراعة الأعضاء أو تركيب الطرف الصناعي.

تطبيقات النانو في الكيمياء

التحفيز

شكلت تقنية النانو فائدة كبيرة في التحفيز الكيميائي وذلك بسبب ضخامة سطح الجزيئات النانوية إلى نسبة الكم. تنقسم التطبيقات التي تعتبر محتملة للجزيئات النانوية في مجال التحفيز الكيميائي بين محولات محفزة وأجهزة ضوئية تحفيزية بالإضافة لخلايا الوقود وإنتاج بعض المواد الكيميائية. ومن الأمثلة على التحفيز باستخدام النانو هو سيارات الجيل الجديد التي تعمل بواسطة جزيئات بلاتينيوم ولكن ما زالت قيد الدراسة بسبب خطر احتراقها في حال اختلاط الميثان بالهواء.

الترشيح

تعد عملية الترشيح النانوي من التطبيقات المهمة للكيمياء الضوئية ذات التأثير الكبير على العمليات التنقية والمعالجة للمياه الملوثة بالإضافة لعمليات خزن الطاقة وتنقية الهواء. تعتبر عملية الترشيح النانوي عملية ترشيحية غشائية حيث تستخدم أغشية من نوع خاص مثقوبة بمسامات قطرها لا يتجاوز 2 نانومتر، ويتغير قطر المسام تبعا لنوع الترشيح فهناك "الترشيح المستدق" و"مرشح ميكرون".

يستخدم المرشح النانوي لعدة استخدامات أهمها تنقية الماء العذب والينابيع الجوفية وحتى المياه السطحية حيث تقوم بفصل أيونات بعض العناصر الثقيلة الزائدة كالحديد أو تخليصها من المواد العضوية الطبيعية أو الاصطناعية العالقة بها.

تقنية النانو في الطعام

لتقنية النانو أثر واضح على الطعام والصناعات والعلوم الغذائية، فهي تؤثر على عدة مناحي مثل زراعة الأغذية وطريقة التعبئة والتخزين وأيضا تسعى شركات الأغذية لتطوير مواد نانوية دقيقة جدا بحيث تستطيع إحداث فرق في المذاق بل وأيضا في المواصفات السليمة والصحية المتوفرة في الغذاء.

تقنية النانو لتحسين جودة الهواء

يأتي دور تقنية النانو بقدرتها على تطوير وتحسين المواد المحفزة التي تعمل على تحويل الغازات السامة المتصاعدة من المصانع والسيارات إلى مواد وغازات أقل ضررا، حيث أن المحفزات الداخل في تركيبها جسيمات نانوية تستطيع التفاعل بشكل أكبر مع المواد الكيميائية بسبب مساحة سطح الجزيئات النانوية الكبيرة والتي تتيح أيضا للمحفز التفاعل مع أكثر من مادة كيميائية في الوقت ذاته.

تقنية النانو في الطاقة

تقليص استهلاك الطاقة

إن تطبيق أساليب متطورة للعزل يساعد على توفير الطاقة وتقليل استهلاكها. ويمكننا تطبيق تلك الأساليب بعدة طرق مثل استعمال مواد قوية من الناحية الضوئية في قطاع النقل بالإضافة لأساليب الإحراق التي تتيح وجود إضاءة كافية. أيضا من أبرز الأمثلة على التقنية النانوية في الطاقة الضوئية هو المصباح ثنائي الضوء LED حيث يعتبر من التطبيقات النانوية المثلى لتوفير استهلاك الطاقة بغرض الإضاءة.

زيادة كفاءة إنتاج الطاقة

يبلغ معدل الكفاءة لمحركات الاحتراق الداخلية الحالية نسبة 30-40%، ولكن إدخال تقنية النانو قد يساعد على تطوير أجهزة محفزة بمساحة سطح كبيرة تمكن من زيادة نسبة الاحتراق في المحركات. أحد التجارب النانوية في مجال تطوير الطاقة كان عندما ابتكر بعض الباحثين في جامعة تورنتو في كندا مادة نانوية جزيئية تصلح للرش تصبح مصدر لتجميع الطاقة الشمسية بمجرد رشها على السطح.