درخشش نانو ایرانی بر قله‌های افتخار
فناوری نانو به بهبود چشمگیر و حتی متحول کردن بسیاری از بخش‌های فناوری و صنعت کمک می‌کند. دانشی که دانشمندان ایران چند سالی است که بر قله افتخار آن ایستاده اند.
به گزارش مشرق، فناوری نانو به بهبود چشمگیر و حتی متحول کردن بسیاری از بخش‌های فناوری و صنعت کمک می‌کند. فناوری نانو سبب تحولات عظیمی در فناوری اطلاعات، امنیت داخلی، پزشکی، حمل‌ونقل، انرژی و بسیاری دیگر شده است. ایران پس از پیروزی انقلاب اسلامی در تولید علم نانو و استفاده از نانو در صنعت و محصولات مهم، پیشرفت‌های غرورآفرینی داشته است. همچنین ایران با وجود تحریم‌های آزاردهنده در صادرات و واردات دستاوردهای بسیار بزرگی در حوزه فناوری نانو به‌دست آورده است. همچنین فناوری نانو در حوزه سلامت به‌ویژه در زمان بیماری همه‌گیری کرونا بسیار پرکاربرد بوده است و در تولید ماسک و دستگاه تنفس مصنوعی از نقش بسیار پررنگی داشته است.
ایران همانند سایر کشورهای پیشگام به اهمیت فناوری نانو پی برده و در راستای توسعه این فناوری فعالیت خود را آغاز کرده است. در این راستا و به عنوان اولین گام، کمیته مطالعاتی فناوری نانو در ایران از سال 1380 فعالیت خود را آغاز کرد و در نهایت «شورای ابتکار فناوری نانو ایران» (INIC) در سال 1382 در کشور تأسیس شد.
به گفته سعید سرکار دبیر ستاد توسعه نانو، ایران در سال 2001 تنها 22 مقاله در زمینه فناوری نانو داشت، اما در سال 2019، تقریبا 12 هزار مقاله منتشر کرده است. همچنین ایران در حوزه فناوری نانو از رتبه 57 به رتبه 4 جهان صعود پیدا کرده است. دانشمندان ایرانی در سال 2001 تنها در این حوزه چند اختراع ثبت کرده‌اند، اما در سال 2019 تعداد اختراعات به 260 رسیده است و 24 درصد از تمام محصولات ثبت شده جهان را نیز تشکیل می‌دهد. فناوری نانو از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. فناوری نانو زمینه را برای تولید انواع جدید و سریع رایانه‌ها، منابع انرژی کارآمدتر ودرمان‌های پزشکی نجات‌بخش فراهم می‌کند. در ادامه به شاخص‌ترین فناوری‌های نانو اشاره می‌کنیم:
محصول ایرانی مانع از خودسوزی خودروها می‌شود
به گفته مجتبی باقری، مدیر توسعه کسب و کار حوزه کامپوزیت و پلیمر ستاد نانو «در این بخش مجموعه‌ای تحت عنوان مرکز توسعه نانوکامپوزیت، رنگ و رزین ایجاد شده و امور مربوط به حوزه پلیمر، رنگ و رزین در آن پیگیری می‌کنیم. به طور کلی کامپوزیت‌ها به سه بخش تقسیم می‌شون: کامپوزیت‌های پایه پلیمر، پایه فلز و پایه سرامیک. از آنجایی که صنعت پتروشیمی و پلیمر در کشور به صورت گسترده‌ای انجام می‌شود تمرکز اصلی این بخش روی پلیمرهاست و اکثر پروژه‌ها در این دو صنعت انجام می‌شود.»
جاذب بخار بنزین که یک شرکت دانش‌بنیان بومی‌سازی کرده درواقع نوعی نانوجذب کربنی است. این جاذب درون قطعه کنیستر قرار می‌گیرد و مانع از خروج بخار بنزین به فضای بیرونی می‌شود. این محصول دانش‌بنیان می‌توان کاربردهای دیگری نیز داشته باشد چرا که نوعی نانوجاذب کربنی است اما شرکت سازنده آن را برای جذب بخار بنزین توسعه داده است. در این جاذب نوعی ماده نانویی به کار رفته که به آن «CNT» می‌گویند. این محصول همچنین گواهی نانومقیاس ستاد نانو را اخذ کرده است.
دستگاه تولید نانوحامل دارویی بومی‌سازی شد
فناوری «میکروفلوئیدیک» یا ریزسیال‌شناسی به دانشمندان اجازه می‌دهد سیالات حاوی سلول را بررسی، کنترل و نگهداری کنند. میکروفلوئیدیک روش و ابزاری است که امکان مطالعه حرکت و بررسی مقادیر بسیار کوچکی از سیالات را فراهم می‌کند. یکی از کاربردهای این فناوری تولید نانوحامل‌هاست که در دارورسانی هوشمند استفاده می‌شوند.
میکروفلوئیدیک امکان بارگذاری دارو در نانوحامل های لیپیدی، لیپوزومی و پلیمری را فراهم می‌کند، بدین ترتیب دارو به صورت هدفمند به اندام یا عضو مورد نظر می‌رسد. حال یک شرکت دانش بنیان ایرانی موفق به ساخت دستگاه‌هایی شده‌اند که تولید انواع داروهای لیپیدی و پلیمری را به روش تک مرحله‌ای را ممکن می‌کند. این شرکت ایرانی تنها سازنده دستگاه نانوسنتز در آسیا به شمار می‌رود و تاکنون دو دستگاه مختلف را طراحی و تولید کرده است.
نانوداروی درمان سرطان سینه بومی‌سازی شد
واردات داروهای شیمی‌درمانی هزینه‌های سنگینی را به نظام سلامت کشور و بیماران تحمیل می‌کند بنابراین توانمندسازی صنعت دارویی در حوزه تولید داروهای ضدسرطان امری ضروری به شمار می‌رود. حال یک شرکت دانش بنیان نانودارویی برای سرطان سینه توسعه داده که نه‌تنها اثربخشی بالاتری در مقایسه با روش‌های مرسوم درمان سرطان دارد بلکه عوارض جانبی آن کمتر است. همچنین اثربخشی این دارو مشابه نمونه‌های خارجی است، در حالی که قیمت تمام شده آن برای مصرف‌کننده به طور قابل‌توجهی کمتر است.
این دارو ترکیبی زوج شده با آنتی‌بادی دارو است که در آن «تراستوزوماب» به عنوان آنتی‌بادی مونوکلونال انسانی از نوع «anti HER2 igG1» عمل می‌کند و با یک مولکول اتصال‌دهنده به DM1، مشتقی از میتانسین، متصل می‌شود که نوعی مهارکننده میکروتوبول است. وقتی دارو به گیرنده HER2 متصل می‌شود که گیرنده اختصاصی سلول‌های سرطانی است، گیرنده‌های درونی سلولی DM1 را درون سلول آزاد می‌کنند که درنتیجه این کار سلول سرطانی از بین می‌رود.
تأمین آب مناطق دورافتاده با فناوری نانو
در میان روش‌های تصفیه نوین فرایندهای مبتنی بر نانو به دلیل ملاحظات محیط‌زیستی توجهات بسیاری را به خود جلب کرده‌اند. حال یک محقق ایرانی به نام میترا بیات که دانش‌آموخته مقطع دکتری رشته مهندسی شیمی فناوری نانو دانشگاه صنعتی امیرکبیر است، موفق به اجرای طرح تولید نانوسلول‌های گالوانیک شده که در حوزه تصفیه آب و فاضلاب کاربرد دارد. در میان روش‌های مختلف تصفیه، نانوذرات آهن به دلیل ویژگی‌هایی مانند مساحت سطحی زیاد، ظرفیت جذب بالا، پایداری مناسب و واکنش‌پذیری بالا در برابر آلاینده‌ها راهکاری نوین و موثر به شمار می‌رود.
به گفته بیات «در این طرح از پتانسیل بالای نانوذرات آهن برای حذف آلاینده‌های خطرناک از منابع آبی استفاده کردیم. نانومواد، به‌خصوص نانوذرات آهن ابعاد بسیار کوچک، سطح مقطع بالا و واکنش‌پذیری بالایی دارند، بنابراین قادر به حذف آلاینده‌های مختلف با سرعت و بازدهی بالا از محیط‌های آبی هستند. با استفاده از روش‌های مختلف، عملکرد نانوذرات را بهبود دادیم تا بالاترین بازدهی و پایداری را نسبت به نمونه‌های مشابه خود داشته باشند. دلیل انتخاب این دسته از آلاینده‌ها برای مطالعه در این پروژه، وجود فلزات سنگین در فاضلاب‌های صنایع آبکاری فلزات است که یکی از دغدغه‌های مهم محیط زیستی کشور به شمار می‌رود. درواقع این پروژه جنبه کاربردی دارد.»
حباب‌ساز نانویی چاره‌ساز مشکلات آب می‌شود
در حال حاضر اختلاط گاز با مایع، مانند اکسیژن با آب یا اوزون با آب، در بسیاری از صنایع با استفاده از روش‌های مرسوم انجام می‌شود که هدررفت بسیار بالایی دارد. باتوجه به این که تولید اکسیژن و اوزون فرایندی هزینه‌بر است، این هدررفت صرفه اقتصادی ندارد. مهندسان برای رفع این مشکل دستگاه حباب‌ساز را طراحی و تولید کرده‌اند که حباب‌های اکسیژن و اوزون را در مقیاس میکرون وارد محیط مایع می‌کند. حال یک شرکت دانش بنیان ایرانی دستگاه حباب‌سازی ساخته که حباب‌هایی در مقیاس نانو تولید می‌کند. این نانوحباب‌ها نه‌تنها از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه‌تر هستند بلکه راندمان و کارایی فرایند اختلاط را نیز افزایش می‌دهد.
به گفته عارف دادگستر، مدیرعامل این شرکت دانش بنیان؛ «انحلال گاز در مایعات چالشی جهانی است و تنها فناوری نانوحباب توانسته این مشکل را برطرف کند. بیش از 10 سال در حوزه حباب‌های ریز تجربه داریم، در ابتدا به دانش فنی تولید میکروحباب‌ها دست پیدا کردیم اما با توجه به اهمیت حباب‌های ریزتر در صنایع مختلف وارد حوزه تولید نانوحباب شدیم و پس از مدتی به دانش فنی آن رسیدیم. معمولاً به حباب‌های زیرمیکرون نیز حباب ریز گفته می‌شود اما زمانی که قطر حباب‌ها به زیر 200 نانومتر برسد، نانوحباب به شمار می‌رود. دستگاه حباب‌ساز نانویی ایران‌ساخت براساس استانداردهای بین‌المللی ساخته شده و حباب‌های زیر 200 نانومتر تولید می‌کند.»
بومی‌سازی مولد میکرو نانو حباب
میکرو نانو حباب‌ها دارای ظرفیت اکسیزن رسانی بالا هستند و از سوی دیگر به دلیل اندازه بسیار کوچکشان، نسبت سطح به حجم زیادی دارند. این حباب‌ها همچنین ماندگاری بیشتر و نفوذ بالایی در آب دارند، بدین‌ترتیب بهترین گزینه برای فراهم کردن مقدار بالای اکسیژن و تراکم زیاد در حوضچه پرورش ماهی به شمار می‌روند. تمام دستگاه‌های مولد میکرو نانو حباب موجود در کشور وارداتی است و از کشورهایی چون کره و ژاپن وارد کشور می‌شود. این دستگاه‌ها قیمت بالایی دارند و به دلیل تحریم‌ها واردات آنها با مشکل مواجه شده است. از سوی دیگر این محصولات خدمات پس از فروش در کشور ارائه نمی‌دهند و در صورت خراب شدن یک قطعه، دستگاه به طور کامل از رده خارج می‌شود.
حال یک کسب و کار نو (استارت‌آپ) ایرانی موفق به طراحی و ساخت نمونه اولیه پکیج مولد میکرو نانو حباب شده است. پکیج مولد میکرو نانو حباب دستگاهی برای توزیع مناسب اکسیژن در سیالات است که در مجموعه‌های پرورش ماهی، کشاورزی، تصفیه آب و صنایع غذایی به کار گرفته می‌شود.
پکیج مولد میکرو نانو حباب با بهره‌گیری از فناوری نانوکویتاسیون هیدرودینامیکی امکان اختلاط مؤثر گاز و سیال مایع را به وجود می‌آورد. این پکیج دو ورودی و یک خروجی دارد، یکی از ورودی‌ها برای گاز و دیگری برای سیال است. بدین‌ترتیب گاز و سیال در راکتور مولد میکرو نانو حباب ترکیب می‌شوند و درنهایت سیال حاوی میکرو نانو حباب از خروجی، خارج می‌شود. این دستگاه علاوه بر اختلاط مناسب سیال و گاز، باعث رسیدن ترکیب به حالت فوق‌اشباع نیز می‌شود.
نفوذ نانو به استخوان ساختمان‌ها
فناوری نانو تقریبا در هر صنعتی نفوذ کرده و کیفیت و کارایی محصولات را در هر حوزه‌ای افزایش داده است. محققان ایرانی نیز از پیشرفت‌های جهانی عقب نمانده و با استفاده از این فناوری دست به ابتکارات بسیاری زده‌اند. حوزه ساختمان و عمران یکی از صنایع تحت نفوذ نانو است که پیشرفت‌های جالب و چشمگیری در این خصوص تجربه کرده است. 80 شرکت دانش بینان، صنعتی و استارت‌آپ در حوزه‌های مختلف از مصالح سازه‌ای تا مصالح غیرسازه‌ای فعالیت می‌کنند و تاکنون 150 محصول در این حوزه توسعه یافته و تولید شده است. ستاد ویژه توسعه فناوری نانو ابتدا نیازهای حوزه عمران را شناسایی کرده سپس تلاش می‌کند با جهت‌دهی فناوری‌های متناسب با این نیازها، تقاضاها و چالش‌ها به توسعه این حوزه کمک کند.
ایران کشوری زلزله‌خیز است، بنابراین ساختمان‌ها در کشور باید با مصالح و مواد مقاوم ساخته شوند، سبک‌سازی ساختمان‌ها نیز نقشی کلیدی در این حوزه دارد. درواقع مسئله سبک‌سازی ساختمان یکی از چالش‌های فعلی کشور است، بنابراین اگر بتوان مصالحی سبک ساخت که مقاومت بالایی در برابر زلزله داشته باشند این چالش رفع می‌شود. به گفته محمد یوسفی، مدیر کسب‌وکار حوزه عمران ستاد ویژه توسعه فناوری نانو «شرکت‌های دانش‌بنیان ایرانی محصولات بسیاری در این حوزه طراحی و تولید کرده‌اند. اتلاف انرژی یکی از چالش‌های صنعت برق، نیروگاهی و عمران به شمار می‌رود. از سوی دیگر عمر ساختمان‌ها در ایران کمتر از کشورهای دیگر است. بدین ترتیب ساخت مصالحی با دوام بالا باید در دستور کار قرار بگیرد.»
فناوری نانو دمای ماشین‌های تحقیقاتی فضایی را تنظیم می‌کند
فضا معمولاً شرایط خشن و غیرمتعارفی دارد و دمای موجود در فضا نیز بسیار متغییر است. بین خورشید و زمین، یک ماهواره می‌تواند تغییرات دمایی بیش از 400 درجه سانتی‌گراد را تجربه کند.
اثرات گرم یا سرد شدن بیش از حد ماهواره می‌تواند بسیار گسترده باشد، از قطع شدن برنامه‌هایی که هر روز استفاده می‌کنیم تا تأثیر چشمگیر بر خدمات ضروری، از جمله این اثرات است. در حال حاضر، گزینه‌های مدیریت حرارتی چندان بهینه نیستند. این راهکارها بزرگ، سنگین و مستلزم مصرف انرژی بالا هستند که می‌تواند به سرعت ذخایر برق ماهواره را کاهش دهد.
اکنون، یکی از استارت‌آپ‌های دانشگاه‌های منچستر، به نام اسمارت‌آی‌آر (SmartIR)، در حال ارائه یک راه‌حل مقرون به‌صرفه است که تضمین می‌کند ماهواره‌ها بتوانند تشعشعات حرارتی را در صورت نیاز کنترل کنند.
این فناوری گرافنی راه‌حل بهینه‌تری نسبت به فناوری‌های رایج بوده زیرا سبک وزن است، مصرف انرژی پایینی دارد، می‌تواند به سرعت به تغییرات دما پاسخ دهد، در سراسر طیف مادون قرمز عمل می‌کند و شامل قطعات متحرک نمی‌شود.
نانولوله‌های کربنی تک‌جداره تولید انبوه می‌شود
نانولوله‌های کربنی تک جداره به عنوان یک ماده کانال در تولید قطعات نیمه‌هادی توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. کانال‌ها عناصری هستند، که هنگام ساخت نیمه‌رساناها، به جریان اجازه عبور می‌دهند. سامسونگ در حال برنامه‌ریزی برای اعمال سیلیکون به عنوان مواد کانال دروازه همه جانبه (GAA) برای اجرای فرآیند سه نانومتری ظریف است.
شرکت‌های تولیدی تجهیزات نیمه‌هادی در حال ایجاد تغییرات روی مواد در فرآیندهای نانومقیاس برای افزایش بهره‌وری انرژی هستند. در حال حاضر نانولوله‌های کربنی به‌عنوان ماده‌ای برای جایگزینی سیلیکون، توجه‌ها را به خود جلب می‌کنند، اما تولید انبوه نانولوله‌های کربنی نیمه‌هادی دشوار است.
ویتامین‌ها نانویی می‌شوند
یکی از شرکت‌های دانش بنیان مستقر در پارک فناوری پردیس کپسول ویتامین D را با کمک فناوری نانو تولید می‌کند که حاوی 100 واحد بین‌المللی ویتامین D3 است که جذب و متابولیسم کلسیم و تثبیت کلسیم در بافت استخوانی را انجام می‌دهد. این قرص مکمل برای نخستین بار با استفاده از فناوری نوین میکروتبلت ساخته می‌شود. ویتامین D نقش مهمی در جذب کلسیم از دستگاه گوارش و عملکرد کلسیم در بدن ایفا می‌کند. مصرف ویتامین D3 نیز از ابتلا به پوکی استخوان جلوگیری می‌کند و سلامت پوست را فراهم می‌کند.
نانو؛ ناجی حوزه بهداشت و سلامت
نانو در سلامت به چهار گروه اصلی شامل دارو، مکمل‌ها، تجهیزات، ادوات و ملزومات پزشکی و محصولات آرایشی و بهداشتی تقسیم می‌شود. دارو پرکاربردترین و جذاب‌ترین حوزه نانو در سلامت به شمار می‌رود. به طور معمول برای این که دارو بهتر و بیشتر در دسترس بدن قرار بگیرد مجبور به استفاده از دزهای بیشتر هستیم. از سوی دیگر برخی داروها در محیط‌های آبی مانند محیط بدن به خوبی حل نمی‌شوند. برای مثال داروی «سیرولوموس» که برای بیماران پیوند عضو تجویز می‌شود و مانع از رد پیوند در فرد می‌شود. این ماده معدنی به دشواری در محیط آبی بدن حل می‌شود، بنابراین آن را به ذرات ریزتری تبدیل می‌کنند تا حلالیت آن بیشتر شود. در حال حاضر با استفاده از فناوری نانو سیرولوموس را به نانوبلورهای در مقیاس زیر 100 نانومتر تبدیل می‌کنند که این امر حلالیت آن در بدن را به طور قابل‌توجهی افزایش می‌دهد.
داروهایی که در درمان سرطان استفاده می‌شوند معمولاً سمی هستند. این سموم وارد بدن بیمار می‌شود تا سلول‌های سرطانی را از بین ببرد. وقتی این سم وارد بدن می‌شود در تمام آن پخش می‌شود و عوارض جانبی گسترده‌ای مانند ریزش مو و تخریب پوست دارد و حتی روی روده، قلب و اندام‌های دیگر نیز اثر می‌گذارد. متخصصان و پزشکان دوست دارند که این عوارض جانبی حذف شود و همچنین عمر داروها در بدن نیز بیشتر شود. وقتی دارویی وارد می‌شود، تحت فرایند متابولیسم قرار می‌گیرد و بعد از مدتی از بدن دفع می‌شود، به همین دلیل باید داروها را در بازه‌های مرتب زمانی مصرف کرد تا مقداری از دارو در بدن باقی بماند. با استفاده از فناوری نانو می‌توان از داروها در برابر سیستم بدن دفاع کرد و دفع آنها را به تعویق انداخت. بدین ترتیب به جای استفاده هر روزه از یک دارو می‌توان آن را یک بار در هفته مصرف کرد. این امر باعث صرفه‌جویی شده و اثرگذاری را نیز بالاتر می‌برد.
منبع: خبرگزاری صدا و سیما