ماذا يعنى افتتاح جامعة القاهرة اليوم أول كلية للنانو تكنولوجى فى مصر؟

مجال علمى جديد يمكن الإفادة من تطبيقاته فى مجالات عديدة من صناعة المنسوجات والإلكترونيات إلى مكافحة تلوث البيئة والطب: مقاومة فيروس كورونا والسرطان وزراعة الأنسجة
فتح مجالات جديدة للاستثمار وتوفير فرص عمل لمتخصصين فى مجالات بينية تشمل الصناعة، الطاقة، البيئة، الطب، الغذاء،علوم المواد، زراعة الأنسجة
اللحاق بسوق تكنولوجيا النانو العالمية الذى ينمو بمعدل نمو سنوى 14.3% ومن المتوقع أن يصل إلى 121.8 مليار دولار أمريكى بحلول عام 2025
يفتتح اليوم بجامعة القاهرة أول كلية للنانو التكنولوجى فى مصر
ويثير هذا الحدث تساؤلات عن العوامل التى دفعت مجلس جامعة القاهرة برئاسة الدكتور محمد عثمان الخشت رئيس الجامعة فى يناير 2019 إلى اتخاذ قرار بإنشاء كلية الدراسات العليا للنانو تكنولوجي؟ وما الذى يمكن أن يتحقق لمصر من هذه الكلية التى يشكل تخصصها، وهو النانو تكنولوجى أحد العلوم والتكنولوجيات الواعدة ورمزا من رموز الثورة الصناعية الرابعة؟
الإجابة نحصل عليها من خلال التقرير التالى الذى يستهدف التعرف على واقع مجال النانو تكنولوجى كتخصص علمى وتكنولوجى والآفاق المستقبلية له فى كافة مجالات الحياة
مدخل:
النانو تكنولوجى أو تقنية النانو هو مجال علمى سريع التطور، وتعد تقنية النانو من بين أكثر المجالات العلمية الواعدة فى هذا القرن. مع تطور تكنولوجيا النانو، سيتم تطوير وتطبيق المزيد والمزيد من المواد النانوية الجديدة فى العديد من المجالات.
إن أصل كلمة «Nano مشتق من الكلمة الإغريقية «Nanos»، وهى تعنى القزم ويقصد بها كل شيء صغير وهنا تعنى المواد المتناهية فى الصغر أو التكنولوجيا المجهرية الدقيقة أو تكنولوجيا المنمنمات ويعَّرف النانومتر بأنه جزء من المليار من المتر، أو جزء من رأس يساوى تقريبا 75000 نانومتر، كما أن حجم خلية الدم الحمراء يصل إلى 2000 من الميكرومتر. ولتقريب هذا التعريف إلى الواقع فإن قطر شعرة الرأس يصل إلى 2000 نانومتر ويعتبر عالم النانو الحد الفاصل بين عالم الذرات والجزيئات وبين عالم الماكرو ويستخدم فى القياسات الذرية من أجل تحديد أبعاد جزيئات المادة فيها.
وعلم النانو أو النانو تكنولوجى وفقا للدكتور خالد قاسم هو دراسة المبادئ الأساسية للجزيئات والمركبات التى لا يتجاوز قياسه ال100 نانو متر، فالنانو هو أدق وحدة قياس مترية معروفة حتى الآن.
علم النانو تكنولوجى هو علم تعديل الذرات أو الجزيئات لصنع منتجات جديدة ويطلق هذا التعبير على أى تقنية تعمل على مستوى المقاسات فائقة الصغر، وهذا يعكس حجم القفزة التى تقوم بها هذه التقنية قياسا إلى التقنية الدقيقة المجهرية Microtechnology التى أنتجت الحواسيب والترانزستورات وكل المعدات الإلكترونية المعروفة الآن، تقلل تقنية النانو الأبعاد بنحو ألف مرة، وبذلك تقلل المساحة بنحو مليون ضعف ويؤدى هذا إلى زيادة السرعة وتقليل استهلاك الطاقة لهذه المعدات.
كما يمكن تعريف تقنية النانو Nanotechnology)) على أنها العلم الذى يدرس إمكانية تغيير المادة على مستوى النانو أى تحويلها إلى جزيئات متناهية الصغر من شأنها أن تعزز خصائص الأشياء، وذلك لإنتاج مواد جديدة وأجهزة متطورة، وتكمن جاذبية الجزيئات النانوية فى أنه يمكن أن تتم هندستها للعمل، فأى أساليب لا يمكن للمواد المتواجدة فى الطبيعة أن تقوم بها، وكذلك قدرتها على التفاعل الكيميائى فى تطبيقات غير مألوفة، وجدير بالذكر أن هذه التقنيات تستخدم فى العديد من المجالات الزراعية والبيئية والصناعية والعسكرية، والتى لعبت دورًا فى إحداث الثورة التكنولوجية.
والنانو تكنولوجى هو مجال واعد للصناعة والاستثمار، فمن المتوقع أن يصل السوق العالمى لتقنية النانو إلى 70.7 مليار دولار بحلول عام 2026 تشمل استخدامات تقنية النانو كل شيء بدءًا من معالجة الطعام الأكثر أمانًا إلى أنظمة توصيل الأدوية الأكثر كفاءة إلى الترانزستورات الصغيرة التى تسمح بشرائح كمبيوتر أصغر وأكثر قوة.
لذلك فمن غير المستغرب أن تنمو تطبيقات تكنولوجيا النانو بشكل ملحوظ فى السنوات القادمة. وفقًا لIndustryARC، من المتوقع أن يصل سوق تكنولوجيا النانو العالمية إلى 121.8 مليار دولار أمريكى بحلول عام 2025، بمعدل نمو سنوى مركب يبلغ 14.3 فى المائة بين عامى 2020 و2025.
++++++++++
وتقنية النانو وفقا لموقع نقطة العلمى هى مجال للبحث والابتكار يهتم ببناء «الأشياء» – بشكل عام، المواد والأجهزة – على نطاق الذرات والجزيئات. النانومتر هو واحد من المليار من المتر: عشرة أضعاف قطر ذرة الهيدروجين. يبلغ قطر شعرة الإنسان، فى المتوسط 80000 نانومتر. فى مثل هذه المقاييس، لم تعد القواعد العادية للفيزياء والكيمياء سارية. على سبيل المثال، يمكن أن تختلف خصائص المواد، مثل اللون والقوة والتوصيل والتفاعل، اختلافًا كبيرًا بين المقياس النانوى والماكرو. تعتبر «الأنابيب النانوية» الكربونية أقوى 100 مرة من الفولاذ ولكنها أخف وزنًا بست مرات.
تقنية النانو هى التقنية التى تستخدم فى دراسة أصغر وحدة فى قياس الجزيئات ومعالجة المادة لتحديد قدرات المادة وتوجيهها لإنتاج مواد جديدة لخدمة المجتمع، فالنانو صغير جدًا ويعد من أصغر وحدات القياس لجزيئات المادة وتسمى النانومتر، وهى واحد من المليون ملم أو واحد من الألف ميكرومتر، ويستحيل رؤيتها بالعين المجردة، النانو مقياس صغير، حيث يبلغ مقياس كرات الدم الحمراء 7000 نانومتر، وقطر الشعرة 10000 نانومتر.
++++++++.
تقدم تقنيات النانو فوائد كبيرة محتملة للمجتمع والصناعة والبيئة والصحة. يمكنهم مساعدتنا فى تحسين نوعية حياتنا والاستجابة لبعض القضايا الرئيسية فى اليوم، مثل تغير المناخ عن طريق خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحرارى. وتشمل الفوائد المحتملة الأخرى المساهمة فى تحسين تخزين الطاقة وكفاءتها، وتحسين التشخيص والعلاج للأمراض، ونظم الكمبيوتر بشكل أسرع، وعلاج تلوث الهواء والتربة والمياه.
تقنية النانو فى الزراعة
فى السنوات الأخيرة وجهت تقنية النانو اهتمامًها للتغلب على العديد من المشكلات المرتبطة بقطاع الزراعة والغذاء، من خلال العمل على زيادة جودة الأغذية والمنتجات القائمة على الزراعة والموارد الطبيعية وذلك بتوظيف تقنيات مساعدة لتقنيات النانو المساعدة لتحسين نمو النبات وإنتاج المحاصيل مثل ناقلات النانو، والأنابيب النانوية، وأجهزة الاستشعار النانوية، والمركبات النانوية، والألياف النانوية، والشرائح النانوية، والكبسولات النانوية. أ وتعزيز التأثيرات على معدل إنبات البذور، نمو النبات، وتحديد أمراض النبات، ومكافحة الأعشاب الضارة، ومكافحة مسببات الأمراض، والزراعة الذكية، والزراعة الدقيقة. لذلك، تعد هذه الممارسات الزراعية القائمة على النانو ضرورية للأمن الغذائى وتوازن النظام البيئى والزراعة المستدامة لأنها لا تؤثر على بيئتنا.
النانو تكنولوجى
وتحسين التصنيع
يركز التصنيع النانوى على تطوير عمليات قابلة للتطوير وذات إنتاجية عالية للإنتاج التجارى للمواد والهياكل والأجهزة والأنظمة على المستوى النانوى. فى الآونة الأخيرة، كانت منطقة متنامية للبحث والتطوير (R&D) لتطبيقات التصنيع.
يمكن للمهندسين تصنيع المواد النانوية بطريقتين، الأولى هى باستخدام طريقة من أعلى إلى أسفل، وهى عملية نحت المواد النانوية من شيء أكبر. هذه هى الطريقة الأكثر شيوعًا، وغالبًا ما تستخدم لصنع شرائح الكمبيوتر وغيرها من العناصر اليومية.
البديل هو الطريقة التصاعدية، وهى عملية تجميع بنية على المستوى الجزيئى، ذرة واحدة فى كل مرة. لا تزال هذه الطريقة فى المرحلة التجريبية من التطوير وتستغرق وقتًا طويلًا ومعقدة.
أدى البحث والتطوير المكثف إلى تطورات كبيرة فى تكنولوجيا النانو، والتى يمكن أن يحدث بعضها ثورة فى عمليات التصنيع. شجع الاستكشاف فيما يمكن تحقيقه باستخدام الطريقة من أسفل إلى أسفل على البحث فى إنشاء مكونات جزيئية يمكن أن تتجمع ذاتيًا فى بنية محددة دون الحاجة إلى تفاعل خارجى.
تكشف ثلاثة تطبيقات، على وجه الخصوص، عن دليل ملموس على الشكل الذى سيبدو عليه مستقبل التصنيع. من خلال إحراز تقدم كبير فى أنظمة السلامة وتصنيع الملابس وأصبح شائعًا بشكل متزايد فى المنسوجات الحيوية، تطوير المواد اللاصقة ومانعات التسرب والطلاء ومركبات التعبئة والتغليف. إن دمج حشوات الجسيمات النانوية فى هذه التطبيقات لديه القدرة على تطوير خصائص الاستقرار الحرارى، ومقاومة الماء والمواد الكيميائية، وقوة شد أعلى وحتى مقاومة اللهب، أصبحت مركبات البوليمر النانوية إضافة مهمة لصناعة السيارات، لتصنيع الإطارات. توفر الجزيئات المقاومة للمواد الكيميائية واللهب أداءً أفضل مع وزن أخف للإطارات التقليدية، مما يوفر بالتالى
كفاءة أعلى فى استهلاك الوقود.
كما أدى إدخال تقنية النانو فى إنتاج مواد التشحيم إلى إطلاق العنان لإمكانيات حلول أكثر تنوعًا فى التصنيع. فى الحالات التى تُستخدم فيها الزيوت عادةً لتقليل الاحتكاك بين جسمين، يمكن استخدام الجسيمات النانوية بدلًا من ذلك.
استخدامات فى
صناعة النسيج
أحدثت تقنية النانو مؤخرًا تحسنًا هائلًا فى صناعة النسيج. يتم تطبيق الخصائص الفريدة للمواد النانوية بطريقة فعالة من قبل مهندسى النسيج والعلماء، وقد اكتسبت اهتمامًا كبيرًا فى السوق التجارى لفوائدها الاقتصادية الضخمة.
أثبتت المواد النانوية فى المنسوجات أنها ذات قيمة كبيرة لتصنيع الملابس الواقية للعاملين فى بعض الخدمات مثل الأفراد العسكريين ورجال الإطفاء والعاملين فى المجال الطبى.
هناك طرق مختلفة لإنتاج المنسوجات ذات الهندسة النانوية. على سبيل المثال، فى بعض الأحيان يتم دمج الجسيمات النانوية المركبة فى الألياف أو المنسوجات.
يتم أيضًا استخدام الجسيمات النانوية كطلاء على سطح المنتج النهائى. هناك أيضًا تقنيات طلاء مختلفة مثل سول-جل وبلمرة البلازما وطبقة تلو طبقة تُستخدم فى تطبيق الجسيمات النانوية على ألياف النسيج.
يمكن أن تعزز هذه التقنيات المتانة، وهى أيضًا قادرة على جعل القماش مقاومًا لظروف الطقس القاسية. يمكن أن يؤدى تكوين مواد طلاء النانو، مثل المواد الخافضة للتوتر السطحى والوسيط الحامل، إلى تغيير نسيج سطح الأقمشة.
يتم إنتاج ألياف النانو بواسطة طريقة الغزل الكهربائى وعملية الغزل المنفصل. تمتلك الألياف النانوية خصائص متعددة الوظائف مثل الترشيح الجيد، ومساحة السطح العالية، والنفاذية العالية، وقطر الألياف الصغير، والطبقات الرقيقة. هذه الأقمشة قادرة على تصفية الغازات السامة ومسببات الأمراض (البكتيريا والفيروسات) والمواد الضارة الموجودة فى الهواء.
يتم توزيع الجسيمات النانوية بالتساوى فى مصفوفات البوليمر تضفى على الأقمشة المتانة ومقاومة التآكل. يمكن أن تعزز الألياف النانوية أيضًا قوة الشد للألياف المركبة.
تتيح هذه التقنية إنتاج المنسوجات المتصلة، والمنسوجات اللونية، والمنسوجات الموصلة، والمنسوجات الدافئة والتبريد، وأجهزة استشعار النسيج، والأزياء الرقمية. تلعب أيونات المعادن والكهرباء الساكنة دورًا مهمًا فى نقل خصائص التعقيم إلى الأقمشة.
تطبيقات الأقمشة النانوية
الاستخدامات الطبية: تم تصميم الأقمشة بحيث يمكن استخدامها فى توصيل الأدوية والتئام الجروح. تمتلك جزيئات الفضة النانوية خصائص مضادة للميكروبات. لذلك، تُستخدم جسيمات الفضة النانوية على نطاق واسع فى المنتجات المتعلقة بضمادات الحروق والحروق. تُستخدم الأقمشة المصممة بتقنية النانو أيضًا لفحص معدل ضربات القلب ودرجة حرارة الجسم وإيقاع التنفس.
الاستخدامات العسكرية: إنتاج أقمشة خفيفة الوزن ولكنها تُظهر درجة عالية من المقاومة لدرجات الحرارة القصوى، ونشاطا متينا ومضادا للبكتيريا، وتمويها محسنا، ومقاوما للماء، ومدمجا مع مستشعرات نانوية متعددة الأغراض. تتميز المنسوجات أيضًا بخصائص مقاومة اللهب المضادة للصواريخ الباليستية وخصائص الحماية من الترددات اللاسلكية. هذه الخصائص مثالية للاستخدام العسكرى.
الاستخدامات العامة:
نسيج قطنى مضاد للتجاعيد: بالنسبة للأقمشة القطنية، يمكن تطوير مقاومة التجاعيد باستخدام عوامل الربط المتقاطعة المصممة بتقنية النانو أثناء عملية تشطيب القماش. إلى جانب مقاومة التجعد، فإن هذا التشطيب قادر أيضًا على التخلص من الغازات السامة، مع الحفاظ على خصائص الراحة المفضلة للقطن.
نسيج خالٍ من الرائحة: تطبيق جزيئات الفضة النانوية على الأقمشة يمنع الرائحة الكريهة الناتجة عن النشاط الميكروبى. تستخدم العديد من الشركات الأقمشة المطلية بجسيمات الفضة النانوية لتطوير ملابس خالية من الرائحة، مثل الجوارب والجوارب والملابس الداخلية. تقوم شركة Hyosung الكورية بتطوير ألياف النايلون التى تحتوى على جزيئات الفضة النانوية التى تقلل من نمو العديد من البكتيريا الضارة بنسبة 99.9٪.
نسيج مقاوم للماء: تخلق جزيئات السيليكا النانوية طبقة مقاومة للماء عند إدخالها فى القماش أو رشها على سطح القماش.
النسيج الواقى من الأشعة فوق البنفسجية: عند إدخاله فى الأقمشة، تحمى الجسيمات النانوية من أكسيد الزنك أو ثانى أكسيد التيتانيوم الجلد من أضرار أشعة الشمس. تتمتع هذه الجسيمات النانوية بالقدرة على تشتيت الأشعة فوق البنفسجية الموجودة فى أشعة الشمس، مما يقلل من خطر الإصابة بأمراض الجلد المرتبطة بالتعرض للأشعة فوق البنفسجية.
تقنية النانو فى
مجال الإلكترونيات
لا شك أن أى شخص يشاهد الفضاء التكنولوجى على دراية بمعدل التقدم الذى تنبأ به قانون مور، والذى يتوقع مضاعفة كثافة الترانزستور كل عام. أصبحت الدوائر الكهربائية أصغر من أى وقت مضى، وتقنية النانو هى التى تجعل مثل هذه التطورات ممكنة.
فى عام 2015، أعلنت شركة IBM (NYSE: IBM) أنها تعمل على شريحة كمبيوتر تستخدم ترانزستورات 7 نانومتر. بعد عامين فقط ابتكرت شريحة 5 نانومتر. تحتوى الرقاقة الجديدة على 30 مليار 5 نانومتر تتحول إلى رقاقة «بحجم ظفر الإصبع».
الآن، سامسونج (KRX: 005930) وقد وضعت الخاصة بعملية 5 نانومتر لها التى يمكن أن تجعل رقائق حتى أصغر حجما وأكثر كفاءة فى استخدام الطاقة. فى يوليو 2020، ذكرت وكالة رويترز أن قسم تصنيع أشباه الموصلات بالشركة قد حصل على عقد لتصنيع شرائح مودم X60 من Qualcomm (NASDAQ: QCOM) جديدة، والتى ستربط أجهزة مثل الهواتف الذكية بشبكات البيانات اللاسلكية 5G.
تشير إلكترونيات النانو إلى أن تطبيق تقنية النانو على المكونات الإلكترونية Nanoelectronics
تهدف إلى تحسين أداء الأجهزة الإلكترونية على شاشات العرض واستهلاك الطاقة مع تقليصها. لذلك، يمكن أن تساعد الإلكترونيات النانوية فى الوصول إلى الهدف المحدد في قانون مور، والذى يتنبأ بالاتجاه المستمر لتقليص حجم الدوائر المتكاملة.
تقنية النانو: طاقة
تشمل تطبيقات تقنية النانو فى قطاع الطاقة استخدامات فى تخزين الطاقة واستخراج النفط والغاز. وتستخدم تقنية النانو أيضًا فى قطاع الطاقة المتجددة، والذى يتضمن تعزيز الخلايا الشمسية. أنشأ مختبر أوك ريدج الوطني مخاريط أكسيد الزنك المجهرية، والمعروفة باسم nanocones، والتى يمكن أن تزيد من كفاءة الطاقة فى كل خلية شمسية.
تتعلق تطبيقات الطاقة لتقنية النانو باستخدام صغر حجم الجسيمات النانوية لتخزين الطاقة بشكل أكثر كفاءة. يعزز هذا استخدام الطاقة المتجددة من خلال تقنية النانو الخضراء من خلال توليد الطاقة وتخزينها واستخدامها دون انبعاث غازات دفيئة ضارة مثل ثانى أكسيد الكربون.
وتتيح تقنية النانو استخدام طاقة الهيدروجين بسعة أعلى بكثير. خلايا وقود الهيدروجين، رغم أنها ليست مصدرًا للطاقة فى حد ذاتها، إلا أنها تسمح بتخزين الطاقة من ضوء الشمس والمصادر المتجددة الأخرى بطريقة صديقة للبيئة دون أى انبعاثات لثانى أكسيد الكربون، وبعض العوائق الرئيسية لخلايا وقود الهيدروجين التقليدية هى أنها باهظة الثمن وليست متينة بما يكفى للاستخدامات التجارية، ولكن باستخدام الجسيمات النانوية تتحسن المتانة والسعر الإضافى بشكل ملحوظ علاوة على ذلك، فإن خلايا الوقود التقليدية كبيرة جدًا بحيث لا يمكن تخزينها فى الحجم، ولكن اكتشف الباحثون أن الشفرات النانوية يمكنها تخزين كميات أكبر من الهيدروجين يمكن حفظها فى الداخل. الأنابيب النانوية الكربونية للتخزين طويل الأمد.
كما أدت تقنية النانو إلى ظهور بطاريات نانوجرافين يمكنها تخزين الطاقة بشكل أكثر كفاءة ووزن أقل. كانت بطاريات الليثيوم أيون هى تقنية البطاريات الأساسية فى الإلكترونيات على مدار العقد الماضى، ولكن القيود الحالية فى التكنولوجيا تجعل من الصعب تكثيف البطاريات بسبب المخاطر المحتملة للحرارة والانفجار. بطاريات الجرافين التى يتم اختبارها فى سيارات كهربائية تجريبية وعدت بقدرات أكبر 4 مرات من البطاريات الحالية مع انخفاض التكلفة بنسبة 77٪. بالإضافة إلى ذلك، توفر بطاريات الجرافين دورات حياة مستقرة تصل إلى 250000 دورة، والتى من شأنها أن تسمح للسيارات الكهربائية والمنتجات
طويلة الأجل بمصدر طاقة موثوق به لعقود.
معالجة التلوث
وتحسين المياه والهواء
أخيرًا، بالإضافة إلى تعزيز الخلايا الشمسية، تعد تقنية النانو مهمة فى مجموعة من التطبيقات البيئية والصحية، بما فى ذلك معالجة الهواء والماء. على سبيل المثال، طور باحثون أمريكيون «كتابًا صالحًا للشرب» يستخدم صفحات مليئة بجسيمات الفضة النانوية لتصفية المياه الملوثة. وفقًا لمجلة Scientific American، يمكن للكتاب تصفية ما يصل إلى 100 لتر من مياه الشرب.
بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام تقنية النانو لتحسين جودة الهواء. وجد الباحثون فى معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا استخدامًا آخر للحرير واللييفات النانوية فى أنظمة الترشيح، بينما تستخدم ABB (NYSE: ABB) تقنية النانو لترشيح الهواء لمنع الغبار بكفاءة.
قد تكون تطبيقات تقنية النانو لمعالجة الهواء مفيدة أيضًا فى مكافحة COVID-19. فى إسرائيل، يقوم باحثون فى جامعة بن غوريون فى النقب بتطوير نوع جديد من مرشحات الهواء التى يمكنها التعقيم الذاتى أثناء تطهير الهواء. يعتمد نظام تنقية الهواء هذا على مرشحات الجرافين المستحثة بالليزر التى تزيل الفيروسات والبكتيريا فى الماء.
طور العلماء فى جامعة أكسفورد عملية جديدة تعتمد على تقنية النانو لتبسيط وتقليل تكلفة اختبار المياه للتلوث الكيميائى ومستويات السمية. وتُظهر التكنولوجيا التى طورتها جامعة أكسفورد نهجًا واعدًا للمساعدة فى حماية صحة الإنسان والبيئة من التلوث الكيميائى. بصفتها الشركة المنبثقة عن الجامعة، تأخذ Nanolyse Technologies زمام المبادرة للمضى قدمًا إلى المستوى التالى من التطوير.
استخدامات فى مجال الطب
تطوير صناعة الأدوية:
يمكن استهداف العقاقير النانوية لنقل الأدوية وتقليل الآثار الجانبية للأدوية أو تجنبها. فى الوقت نفسه، لديهم خاصية الإطلاق المستدام، والتى يمكن أن تطيل وقت عمل الأدوية، وتحسن استقرار عمل الدواء، وتسهل تخزين الأدوية، وإنشاء بعض طرق توصيل الأدوية الجديدة. تعزز هذه التأثيرات تطوير الأدوية فى اتجاه الجرعة المنخفضة والآثار الجانبية المنخفضة والبساطة والملاءمة. تتميز العقاقير النانوية بخصائص الحجم الصغير ووظيفة تحميل الأدوية العالية.
من السهل اختراق الأوعية الدموية بشكل لا يسبب تلف الأوعية الدموية البطانية. يمكن حماية الأدوية من تحلل الإنزيمات فى المستقبلات وجعل تركيز الدواء المحلى أعلى من طرق الإعطاء الأخرى، لذلك يمكن أن يحسن فاعلية الأدوية ويقلل أو حتى يتجنب الآثار الجانبية بالمقارنة مع نظام توصيل الأدوية التقليدى، فقد تم استخدام تقنية النانو على نطاق واسع فى تحضير الأدوية الجديدة، الأشكال الرئيسية هى الجسيمات النانوية (NP)، والمستحلب النانوى، والمواد النانوية، وتبلور الأدوية النانوية.
طب النانو
تطوير أنظمة العلاج
تلعب تقنية النانو دورًا مهمًا فى مجال طب النانو، وخاصة فى نظام توصيل الأدوية. فى العديد من طرق توصيل العقاقير بتقنية النانو، الطريقة الأكثر ملاءمة هى الإعطاء عن طريق الفم، لكن العوائق الفسيولوجية فى الجسم، مثل تغير درجة الحموضة فى بيئة الجهاز الهضمى وعملية تدهور الإنزيم فى الجسم، تحد من اللعب بهذه الطريقة. بالمقارنة مع توصيل الأدوية التقليدى، تتمتع هذه الهياكل النانوية بالعديد من المزايا. بالإضافة إلى التغلب على قيود الحرائك الدوائية والديناميكية الدوائية للعديد من الجزيئات العلاجية المحتملة، يمكن أيضًا استخدامها لأغراض توصيل الأدوية المتقدمة، مثل توصيل الدواء المستهدف، والإفراج الخاضع للرقابة، وتعزيز تأثيرات النفاذية والاحتفاظ وتتجلى تحديات التكنولوجيا النانوية فى التطبيقات الطبية بشكل رئيسى فى عملية إعداد غير مستقرة ونقص فى نظام تقييم السلامة الحيوية. نظرًا لحجم الجسيمات النانوية على المقياس النانوى، يمكن استخدام الجسيمات النانوية بنجاح كناقلات لعوامل علاجية مهمة. سيساعد البحث المتعلق بالتعديل الهيكلى لهذه الناقلات النانوية فى تجنب هذه المشكلات. يمكن أن يؤدى تناول الأدوية النانوية المختلفة عن طريق الفم إلى تقليل التفاعلات العكسية للأمراض المختلفة بشكل فعال. البنى النانوية الفموية لها تطبيقات ليس فقط فى توصيل الأدوية ولكن أيضًا فى العلاج الجينى والتحصين. من الضرورى إجراء بحث مكثف لتحسين وتعديل المستحضرات النانوية الفموية لجعلها أكثر فاعلية فى التطبيق.
يتمثل أحد التطبيقات الشائعة لطب النانو فى توصيل الأدوية العلاجية، حيث يتم إدخال الجسيمات النانوية التى تحتوى على أدوية للعلاج العلاجى للمرض فى الجسم وتعمل كأوعية توصل الأدوية إلى المنطقة المستهدفة. يمكن أيضًا استخدام أوعية الجسيمات النانوية، التى يمكن تصنيعها من مكونات عضوية أو تركيبية، عن طريق ضبط حجمها وشكلها وشحنها السطحى وملحقاتها السطحية (البروتينات والطلاء والبوليمرات وما إلى ذلك).
يعتبر التصوير فى الجسم الحي أيضًا جزءًا رئيسيًا فى الطب النانوى، حيث يمكن استخدام الجسيمات النانوية كعوامل تباين لتقنيات التصوير الشائعة مثل التصوير المقطعى (CT)، والتصوير بالرنين المغناطيسى (MRI)، والتصوير المقطعى بالإصدار إمكانات هائلة فى مكافحة فيروس كورونا.
تمثل المواد النانوية أداة قوية ضد COVID-19 حيث يمكن تصميمها للعمل مباشرة تجاه العدوى، أو زيادة فاعلية الأدوية المضادة للفيروسات التقليدية، أو حتى لتحفيز الاستجابة المناعية للمريض. تتيح لنا التطورات فى تكنولوجيا النانو على مدى العقود الماضية تطوير مواد نانوية جديدة والخطوة إلى الأمام فى تطبيق الأدوات التكنولوجية الجديدة. تتناول هذه المراجعة الجوانب المتعلقة بالخصائص الهيكلية للفيروس، والآليات المشاركة فى العدوى، والعلاجات المستخدمة حاليًا
ثبت أن تكنولوجيا النانو تعزز التشخيص والحماية والعلاج فى حالات العدوى الفيروسية الأخرى،، هناك فرص متاحة مع المزيد من البحث والتطوير، أنه يمكن أن يحدث ثورة فى الحرب ضد COVID-19 (وأى حالات تفشى أخرى فى المستقبل، ويقدم العمليات والمواد والأدوات لتعزيز حساسية وسرعة وموثوقية التشخيص، بالإضافة إلى توفير خيارات أكثر فاعلية للعلاجات.
فعلى سبيل المثال تعتبر الأسطح الملوثة فى الأماكن العامة، مثل المستشفيات والمتنزهات ووسائل النقل العام والمدارس، مصدرًا شائعًا معروفًا لتفشى العدوى، أظهرت بعض الدراسات إمكانات طلاء الأسطح القائمة على النانو للوقاية من العدوى، أيضًا، تعد حماية العاملين فى مجال الرعاية الصحية مهمة جدًا فى حالة تفشى الفيروس. هذا هو المكان الذى يمكن أن تدمج تقنيات مضادة للميكروبات القائم نانو إلى معدات الحماية الشخصية لزيادة حماية العاملين فى الرعاية الصحية.
تعد الأسطح المجال أو المكان الذى تقدم فيه تقنية النانو الكثير من الفرص لتطوير أنظمة تطهير واعدة وأكثر كفاءة. دراسات تعتمد على تقنية النانو لتطوير مواد جديدة، وفتح آفاق للأسطح ذات خصائص التنظيف الذاتى يمكن أن يكون لهذه الأنظمة نشاط مضاد للميكروبات أو تكون قادرة على إطلاق المطهرات الكيميائية ببطء، مما يزيد من وقت عملها. أيضًا، يمكن أن يساهم فى جلب خصائص إضافية، مثل الأنظمة المستجيبة، التى تنقل المواد الفعالة استجابةً لمحفزات مختلفة، مثل الطاقة الحرارية الكهروحرارية والحفّازات الضوئية وغيرها، هناك استراتيجية أخرى تستخدم أيضًا لزيادة الحماية الشخصية لأقنعة الوجه وهى تعديل سطح النسيج. يوفر استخدام الجسيمات النانوية، مثل النحاس والفضة، نشاطًا مضادًا للميكروبات ويمكن تضمينه فى أنواع مختلفة من الألياف أو المواد، مثل القطن والبولى ألكين والبوليستر والبولى أميد والبولى أميد والبوليمرات القائمة على السليلوز
يمكن أيضًا تصميم معدات الوقاية الشخصية القائمة على تكنولوجيا النانو لاستخدامات متعددة. للحماية من الفيروسات ومسببات الأمراض الميكروبية الأخرى.لإنتاج معدات الحماية الشخصية النانوية ضد الكائنات الحية الدقيقة (مثل الفيروسات والبكتيريا والفطريات).
استخدامات تعطى الأمل
فى علاج السرطان
يمكن أن تساعد الأنابيب النانوية فى علاج السرطان. حيث ثبت أنها فعالة فى القضاء على الأورام لدى المصابين بسرطان الكلى أو الثدى خيث يتم حقن الأنابيب النانوية متعددة الجدران فى الورم ويتم علاجها بنوع خاص من الليزر الذى يولد الأشعة تحت الحمراء القريبة لمدة نصف دقيقة تقريبًا. تهتز هذه الأنابيب النانوية استجابةً لليزر، وتتولد الحرارة. عندما يتم تسخين الورم بدرجة كافية، تبدأ خلايا الورم فى الموت. تمكنت عمليات مثل هذه من تقليص أورام الكلى بنسبة تصل إلى أربعة أخماس.
ساهمت المواد النانوية فى تحسين تشخيص السرطان وعلاجه. تسمح تقنية النانو بإيصال الأدوية المستهدفة إلى الأعضاء المصابة بأقل قدر من السمية الجهازية بسبب خصائصها. ومع ذلك، كما هو الحال مع الخيارات العلاجية الأخرى، وتتضمن تقنية النانو والتطورات المستقبلية المتوقعة لها إمكانات علاجية يمكن تطبيقها فى حالات مرضية أخرى. قد تشمل هذه السكتة الدماغية والتهاب المفاصل الروماتويدى، والتى تتطلب توصيل مستهدف لعامل دوائى مناسب فى الموقع المصاب.
تُظهر الأنابيب النانوية نتائج واعدة فى علاج أمراض القلب والأوعية الدموية. يمكن أن يلعبوا دورًا مهمًا فى تنظيف الأوعية الدموية. من الناحية النظرية، دون تدمير أى نسيج سليم. اختبر الباحثون هذا النوع من الأنابيب النانوية المعدلة فى الفئران التى تحتوى على كميات كبيرة من اللويحات المتراكمة، أظهرت الفئران التى تلقت العلاج بالأنابيب النانوية انخفاضًا مهمًا من الناحية الإحصائية فى تراكم اللويحات مقارنةً بالفئران فى مجموعة الدواء الوهمى. هناك حاجة إلى مزيد من البحث حتى يتم إعطاء هذا العلاج للبشر.
يمكن استخدام الأنابيب النانوية فى الدروع الواقية للبدن لجنود المستقبل. سيكون هذا النوع من الدروع قويًا جدًا وفعالًا للغاية فى حماية أجسام الجنود من المقذوفات والإشعاع الكهرومغناطيسى. من الممكن أيضًا أن تلعب الأنابيب النانوية فى الدرع دورًا فى مراقبة ظروف
تحسين نمو الأنسجة البشرية
طور باحثون من معهد الهندسة الحيوية فى كتالونيا (IBEC) سقالة مبتكرة تسمح بنمو أنسجة العضلات بمقياس ملليمتر فى المختبر.
تفتح هذه التكنولوجيا الباب أمام التطبيقات المحتملة فى مجالات مثل زراعة الأعضاء والهندسة وفحص الأدوية ونمذجة المرض.
سمحت هذه التقنية بتوليد أنسجة العضلات والهيكل العظمى عن طريق محاكاة بيئتها.
تعد هندسة الأنسجة من أكثر المجالات الواعدة لطب المستقبل، وتهدف إلى تصنيع الأنسجة والأعضاء وإصلاحها و/ أو استبدالها. فهى تخلق، على سبيل المثال، أنسجة بحجم الميكرومتر تنمو على سقالة، وهى واحدة من أهم الركائز فى هندسة الأنسجة.
تواجه تقنية النانو حاليًا مجموعة متنوعة من التحديات والفرص مع استمرار انتشار جائحة COVID-19 فى جميع أنحاء العالم. مع محاربة العالم لأكبر أزمة صحية عامة فى التاريخ، تتسلل تطبيقات الرعاية الصحية بتقنية النانو إلى دائرة الضوء بقيادة التركيز على التدخل النانوى من حيث تصميم طرق فعالة لتحديد وتشخيص وعلاج والقضاء على انتشار عدوى COVID-19. دورهم كناقلات نانوية لديه القدرة على تصميم استراتيجيات تحصين فعالة وخالية من المخاطر. فى فترة ما بعد COVID-19، سيستمر استخدام حلول تكنولوجيا النانو فى إنتاج العديد من الأجهزة والمنتجات فى النمو.