علوم النانو تكنولوجي

علم النانو هو العلم الذي يهتم بدراسة خواص الجزيئات والمركبات التي لا يتجاوز مقاييسها ال100 نانو متر و تتعامل تقنية النانو مع قياسات بين 0.1 إلى 100 نانو متر أي تتعامل مع تجمعات ذرية تتراوح بين خمس ذرات إلى ألف ذرة. وهي أبعاد أقل كثيرا من أبعاد البكتيريا والخلية الحية.
وتكمن صعوبة تقنية النانو في مدى إمكانية السيطرة على الذرات بعد تجزئة المواد المتكونة منها. فهي تحتاج بالتالي إلى أجهزة دقيقة جدا من جهة حجمها ومقاييسها وطرق رؤية الجزيئات تحت الفحص. كما أن صعوبة التوصل إلى قياس دقيق عند الوصول إلى مستوى الذرة يعد صعوبة أخرى تواجه هذا العلم الجديد الناشئ. بالإضافة ما يزال هناك جدل ومخاوف من تأثيرات تقنية النانو، وضرورة ضبطها
ثورة النانو في العالم
انطلقت بعض الدول لعمل دراسات حول هذه التقنية, وقامت دول أخرى بعمل مراكز بحوث ودراسات وجامعات مخصصة لتقنية النانو, وكلفت مجموعة من الخبراء المميزين لدراسة هذه التقنية.
في مجال الصحة سوف يكون لدى الأطباء القدرة على السيطرة على بعض الأورام الصغير التي لايمكن التأثير عليها في السابق، وأيضا في مجالات أخرى...
تاريخ تقنية النانو
كشفت أبحاث ماريان ريبولد وزملائها في جامعة درسدن الألمانية الغطاء عن سر السيف الدمشقي المشهور بقدرته الكبيرة على القطع ومتانته المذهلة ومرونته الكبيرة، فقد تبين لها أنه مصنوع من مواد مركبة بمقياس النانومتر، فأنابيب الكربون النانوية التي تعتبر من أقوى المواد المعروفة وذات المرونة ومقاومة الشد المرتفعة، أحاطت بالأسلاك النانوية من السمنتيت (Fe3C) وهو مركب قاس وقصف.[1]
منذ آلاف السنين قصد البشر استخدام تقنية النانو. فعلى سبيل المثال أستخدم في صناعة الصلب والمطاط. كلها تمت اعتمادا على خصائص مجموعات ذرية نانوميترية في تشكيلات عشوائية.وتتميز عن الكيمياء في أنها لا تعتمد على الخواص الفردية للجزيئات.. الأولى إلى بعض المفاهيم المميزة في النانو تقنية(تسبيق لكن استخدام هذا الاسم) في عام 1867 كاتب جيمس ماكسويل عندما اقترحت فكرة تجربة صغيرة كيان يعرف ماكسويل للشيطان من معالجة الجزيئات الفردية. في عام 1920 أدخل ارفنغ لانجميور وكاثرين بلودغيت مفهوم نظام monolayer أي طبقة ذرية واحدة أو طبقة مادة يبلغ سمكها مقاييس الذرة. وحصل لانجميور على جائزة نوبل في الكيمياء لعمله
تطبيقات النانو
أنابيب النانو الكربونية لقد كان التطور التقني الهائل هو السمة الفريدة في القرن العشرين الذي ودعناه قبل بضع سنوات، وقد أجمع الخبراء على أن أهم تطور تقني في النصف الأخير من القرن الحالي هو اختراع إلكترونيات السيلكون أو الترانزيستور والمعامل الإلكتروني، فقد أدى تطويرها إلى ظهور ما يسمى بالشرائح الصغيرة والتي أدت إلى ثورة تقنية في جميع المجالات مثل الاتصالات والحاسوب والطب وغيرها. فحتى عام 1950 لم يوجد سوى التلفاز الأبيض والأسود، وكانت هناك فقط عشرة حواسيب في العالم أجمع. ولم تكن هناك هواتف نقالة أو ساعات رقمية أو الإنترنت، كل هذه الاختراعات يعود الفضل فيها إلى الشرائح الصغيرة والتي أدى ازدياد الطلب عليها إلى انخفاض أسعارها بشكل سهل دخولها في تصنيع جميع الإلكترونيات الاستهلاكية التي تحيط بنا اليوم. وخلال السنوات القليلة الفائتة، برز إلى الأضواء مصطلح جديد ألقى بثقله على العالم وأصبح محط الاهتمام بشكل كبير، هذا المصطلح هو "تقنية النانو".
التطبيقات الصناعية
دخلت صناعة النانو حيز التطبيق في مجموعه من السلع التي تستخدم نانو جزيئات الأكسيد على أنواعه "الألمنيوم والتيتانيوم وغيرها ". خصوصا في مواد التجميل والمراهم المضادة للأشعة. فهذه النانو جزيئات تحجب الأشعة فوق البنفسجية UVكلها ويبقى المرهم في الوقت نفسه شفافا وتستعمل في بعض الألبسة المضادة للتبقيع.
وقد تمكن باحثون في جامعة هانج يانج في سول من إدخال نانو الفضة إلى المضادات الحيوية.
وسينزل عملاق الكمبيوتر "هاولت باكارد " قريبا إلى السوق رقاقات يدخل في صنعها نانو اليكترونات قادرة على حفظ المعلومات أكثر بآلاف المرات من الذاكرة الموجودة حاليا. وقد تمكن باحثون في IBM وجامعة كولومبيا وجامعة نيو أورليانز من تملق وجمع جزيئين غير قابلين للاجتماع إلى بلور ثلاثي الأبعاد. وبذلك تم اختراع ماده غير موجودة في الطبيعة " ملغنسيوم مع خصائص مولده للضوء مصنوعة من نانو " و" أوكسيد الحديد محاطا برصاص السيلينايد ". وهذا هو نصف موصل للحرارة قادر على توليد الضوء. وهذه الميزة الخاصة لها استعمالات كثيرة في مجالات الطاقة والبطاريات. وقد أوردت مجله الايكونوميست مؤخرا أن الكلام بدأ عن ماده جديدة مصنوعة من نانو جزيئات تدعى قسم " Quasam " تضاف إلى البلاستيك والسيراميك والمعادن فتصبح قويه كالفولاذ خفيفة كالعظام وستكون لها استعمالات كثيرة خصوصا في هيكل الطائرات والأجنحة، فهي مضادة للجليد ومقاومه للحرارة حتى 900درجه مئوية وأنشأت شركة كرافت المتخصصة في الأغذية السنة الماضية اتحاد الأقسام البحوث العلمية لاختراع مشروبات مبرمجه.
التطبيقات الحربية للنانو تكنولوجي
جزيئات النانو: تغطي السطح لجعله أكثر صلابة و نعومة وأكثر خفة ومن الممكن أن يتآكل ويستنشقه الجنود أو المواطنين. ويمكن أن تستخدم مواد النانو كفلاتر لإزالة الشوائب من السوائل بثمن رخيص جدا ويوجد تخوف من إمكانية تسرب بعض الشوائب السامة إلى هذه السوائل. وسنوضح فيما يلي أهم الأخطار الصحية التي يمكن حدوثها بعد 2010 وحتى 2025 فممكن أن تؤدي خلايا الدم الصناعية -التي تعزز أداء الجسم- تضخم بالدم واستعمال الكميات الكبيرة من الأسلحة الذكية خصوصا المصغرة منها والأسلحة الآلية والذخيرة الموجهة عن بعد يمكن أن يؤدي لخسائر في صفوف المحاربين والمدنيين وتدمير البنيات التحتية وتلويث البيئة. وتسبب المستقبلات المعززة الصغيرة و المصممة لزيادة اليقظة ومدة رد الفعل الإدمان والتعب المزمن والأمراض العصبية وقد تصل إلى الموت.
التطبيقات الطبية
يمكن الاستفادة من تكنولوجيا النانو تحفيز التفاعلات الكيميائية والترشيح أو التصفية. حيث يمكن تصغير حجم المواد المستخدمة في التحفيز الى مستوى النانومتر وبذالك يزيد مساحة السطح الفعال ممن يزيد من سرعة كما يمكن تصنيع فلا تر لها مسام في نطاق النانومتر وهذه الفلاتر يمكن استخدامها في معالجة مياه الصرف الخارجة من عمليات التصنيع وبذلك نوفر في المواد الخام ونقلل من التلوث البيئي. كما يمكنها أيضا تنقية الهواء من اي عوالق. ويمكن ان يكون الفلتر على شكل مجموعة من الأنابيب صغيرة الحجم مجتمعه وتسمى الفلترة عالية الكفائه ويمكن ان تستخدم في عمليات الغسيل الكلوي فهي أكثر كفائه وارخص في التكلفة من الفلاتر التقليدية
مجال البصريات : تم صنع نظارات شمس مغطاة بطبقة من البوليمير المانع للانعكاس والخدش معتمدا على النانو تكنولوجي مجال أدوات التجميل : يمكن صنع مضادات لأشعة الشمس أفضل من الوجود في السوق معتمدا على استخدام الجسيمات صغيرة الحجم من ثاني أكسيد التيتانيوم الذي يعطي حماية تدوم أكثر من الكريمات العادية كما انه لا يعطي للجلد لون المادة حيث انه صغير الحجم جدا.
مجال الصيدلة والطب : تعتبر تطبيقات النانو تكنولوجي في المجال الطبي تصل 6.8 مليار دولار في عام2004 من أكثر من 200 شركه و38 منتج على مستوى العالم. ونذكر من هذه التطبيقات بقليل من التفصيل ما يلي :
1- توزيع الدواء بالجسم
الهدف من النانو هنا ان نعمل على زيادة التوافر البيولوجي للدواء داخل الجسم عن طريق إدخال الدواء داخل كبسولة الأجسام الدهنيه او كبسولة من أنواع أخرى من البوليمر, وهذه قادرة على تحسين الانتشار داخل الجسم و انحلال الكبسولة , كما انه يزيد من امتصاص الجسم للدواء. وكل ذلك بسبب صغر الحجم وزيادة السطح المعرض للذوبان ; وقد تم تجربتها علاج الخلايا العصبية داخل المخ كما يمكن استخدام هذه التكنولوجيا في استهداف خلايا معينه بدواء معين يمكن ان يؤثر بالضرر على بقية الخلايا وبذلك نكون قد استفدنا بدواء فعال وكان استخدامه محدود بسب أثاره الجانبية عن طريق وضع مجسات عليه معدله بحيث تستهدف خلايا معينه. وكمثال على هذا يمكن ان نطبقه على أدوية السرطان التي تكون في الغالب مستهدفه لخلاياه الجسم عامة السليم منها والمسرطنه
2- المساعدة في اكتشاف الادويه الجديدة
اكتشاف داء جديد يأخذ الكثير من الوقت الذي يصل الى عشرة سنوات في الغالب او أكثر وهذا بجانب الأموال التي تصرف على هذا الدواء حتى يخرج الى النور, ولكن بمساعدة النانو والميكرو تكنولوجي أصبحت هذه العملية بسيطة واقل تكلفه مثل المستكشفات عالية الحساسية التي تستخدم في الأبحاث المتعلقة بالدواء الحديث
3- عملية إصلاح الأنسجة التالفة
عملية إصلاح الأنسجة من العمليات الصعبة بل شديدة الصعوبة حيث يمكن ان تفشل العملية بسبب عدم قبول الجسم للجسم الغريب مما يتطلب الأخذ الكثير من الادويه التي تثبط الجهاز المناعي حتى يمكن ان يقبل الجسم بهذا الجزء الغريب. ولكن يمكن حل بعض هذه المشاكل عن طريق استخدام تكنولوجيا النانو وفيما يلي بعض الامثله على ذلك
يمكن تغطية السطح المزروع بمواد متطابقة حيويا لها قوة التصاق جيدا بالأنسجة وتزيد من عمر الزراعة إلى أطول فتره ممكنه
يمكن استخدام الجسيمات النانومتريه كدعامات يتم عليها وضع الخلايا التي تكون النسيج المطلوب لإصلاح العيب وكمثال يستخدم بوليمير(PVA) الموضوع بداخله خلايا الايندوثليم والفيبروبلاست في صمامات القلب الضعيفة لكي تولد نسيج الصمام وذلك بدون الحاجة الى وضع صمام صناعي. او استخدام نفس الطريقة في زراعة القرنية او استخدام البوليمر في استعادة شكل العين حيث انه يمتص حتى 20% من حجمه ماء لكي يكون جيل مائي
ان العظام معروف ان وظيفتها في الجسم هي حمل وزن الجسم بالاضافه الى إعطاء الجسم شكله المميز ولذلك فهي مهمة وعمليات زراعة العظام هذه الأيام تتم عن طريق اخذ جزء من عظام الحوض او عظام من شخص أخر او حيوان , مما يسبب الم في الحوض وهذا الألم شديد جدا او ان عملية التعقيم تجعل العظم رقيق للغاية ويسهل كسره. لذلك كان التفكير في حلول اخرى مثل (PMMA) وهي مادة تحقن على شكل سائل ثم تتصلب داخل الجسم على العظام وان كانت تفضل في العظام الغير حامله لوزن الجسم. او استخدام الجسيمات النانومتريه من (CPA) و(HAP) التي يمكن ان توضع على العظام وتندمج معها وهذه تصلح لكل من العظام الحاملة لوزن الجسم وهذه التي لا تحمل وزن الجسم
4- الاجهزه التعويضية والتشخيصية
يسعى بعض الباحثون إلى استخدام حبيبات متناهية الصغر من (polyethylene glycol) مغطاة بجزيئات مشعه (flurescent) داخل السائل البيني لخلايا الجلد يشع على شكل توهج في وشم في الذراع عندما يقل مستوى السكر في الدم عن مستوى معين.
استخدام الديندمير وهي عبارة عن جزيئات كروية الشكل مصممه لكي تحتوي على مواد فعاله في الفراغات الداخلية ويمكن ان تكون المادة الفعالة التي بالداخل هي عبارة عن مواد مشعه تتنبأ بالتفاعلات الكيميائية التي قد تسبب السرطان وذلك بقدرتها على الدخول الى خلايا الجهاز المناعي بسهولة بسبب صغر حجمها.
الاجهزه المنظمة لضربات القلب التي تزرع داخل الجسم بمعالج متناهي الصغر يقوم بحساب الكميه المطلوبة من الكهرباء لكي تنتظم حركة القلب.
شبكية العين الصناعية : بعض العلماء من جامعة بنسلفانيا اقترحوا شبكية من السليكون قادرة على إحداث إشارات الى العصب العيني التي بالتالي تكون روئيه عند الكفيف. و يمكن زرعها بسهولة داخل العين ويتم ربطها مع النهايات العصبية القبل والبعد التشابك العصبي. كما يمكنها فلترة معظم البيانات غير المرغوبة التي قد تؤثر على الصورة.
معالجة ضعاف السمع وهذا جهاز اخر صنع من اجل معالجة ضعاف السمع وهو عبارة عن جهاز يتم زرعه في قوقعة الإذن ويقوم بتحريك عظمة السندان مما يؤدي الى حس العصب السمعي مما يؤدي الى السمع وهذا الجهاز موصول بالخارج بميكروفون ومعالج ميكرو.
تحديد مكان الاورام وعلاجها
يمكن من استخدام مجسات نانومتريه تحتوي بداخلها على مادة يمكنها الظهور بسهوله على الرنين المغنطيسي، ثم يتم ربطها بالأجسام المضادة للورم بحيث تتوجه الى هذه الخلايا وتتمسك بها فقط دون الخلايا الأخرى وبذلك يحدد مكانها بسهوله ومن ثمة يمكن حقنها بنسبه قليله من المواد القاتلة للورم دون الحاجة الى تعريض باقي خلايا الجسم السليمة او تجهيز هذه المجسات بمعدن بحيث يدخل خلايا الورم وبشعاع ليزر او اي وسيله مناسبة نسخنه لدرجه تقتل هذه الخلايا.وهذه صوره توضح ما قيل:
مصطفي السيد : النانو تكنولوجي ..علم الفقراء
د.مصطفى السيد عالم كيمياء مصري يعتبر أول مصري وعربي يحصل على قلادة العلوم الوطنية الأمريكية التي تعتبر أعلى وسام أمريكي في العلوم لإنجازاته في مجال النانو تكنولوجي وتطبيقه لهذه التكنولوجيا باستخدام مركبات الذهب الدقيقة في علاج مرض السرطان وهو واحد من أفضل عشر علماء الكيمياء في العالم، وهو أستاذ الكيمياء بجامعة جورجيا الأمريكية للتكنولوجيا
(النانو تكنولوجي) هو علم الفقراء هذا م اذكره العالم الأستاذ والدكتور :مصطفى السيد ابن مصر البار من خلال إلقائه محاضرته بمكتبة الإسكندرية وقد قوبل د.مصطفى بترحيب عارم من رواد مكتبة الإسكندرية
وقد برع د.مصطفى في أبحاثه ومحاضرته حول العالم وما دفعه نحو النجاح فى مجاله هو وفاة زوجته بمرض سرطان الثدي وكان لهذا أبلغ الأسى لدى عالمنا الجليل وعلى الرغم من ابتسامته التي لا تكاد تفارق وجهه الا ان الدافع في شفاء مريض يشعره بالسعادة..وقد أضاف د. مصطفى لمحاولة الشفاء من المرض تقنية عن طريق حقن الأوردة الدموية برقائق نانوية من الذهب تذهب هذه الرقائق من الذهب إلى الجزء المسرطن من الخلية ثم تسليط الضوء على الذهب وتتولد حرارة لتحرق هذا الجزء دون تتدخل السموم إلى الجسم. وذلك يتم عن طريق تكسير الذهب إلى أجزاء صغيرة جداً تكون قادرة على التعرف على خلايا السرطان فقط‏،‏ وتخلص الجسم منها‏ دون الإضرار بالخلايا السليمة بنسبة نجاح بلغت 100%‏ دون أي مخاطر على الجسم

بعض من السيرة الذاتية للعالم الجليل
تخرج الدكتور مصطفى السيد من كلية العلوم جامعة عين شمس عام 1953 وكان ترتيبه الأول على الدفعة الأولى
انتخب عضواً بالأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة عام 1980، وتولى وعلى مدى 24 عاماً رئاسة تحرير "مجلة علوم الكيمياء الطبيعية،" وهي من أهم المجلات العلمية في العالم.
‏ ومن الجوائز الحاصل عليها قلادة العلوم الوطنية الأمريكية الذي ترشح له ثمانية من العلماء البارزين في الولايات المتحدة، وقد أقام البيت الأبيض يوم الاثنين 29 سبتمبر 2008 حفلاً كبيراً سلمه الرئيس الأمريكي جورج بوش خلاله قلادة العلوم الوطنية الأمريكية
جائزة الملك فيصل العالمية للعلوم عام 1990 - السعودية
زمالة أكاديمية علوم وفنون السينما الأمريكية - الولايات المتحدة الأمريكية
قلادة العلوم الوطنية الأمريكية 2007 - الولايات المتحدة الأمريكية
وسام الجمهورية من الطبقة الأولى في 28 يناير 2009م - مصر
دكتوراه فخرية من جامعه المنصورة في 28 يناير 2009م - مصر
الدكتوراه الفخرية من جامعة بني سويف (كلية العلوم) ديسمبر 2010 - مصر
جائزة أحمد زويل في العلوم الجزيئية 2009 - الولايات المتحدة الأميركية.