كاربردهاي بيومتريال

 

 

 

 

بيماري‌ها غرق در امواج الكترومغناطيس

‌

طي قرن گذشته، محيط زيست ما بشدت تحت تاثير ميدان‌هاي الكترومغناطيس داراي فركانس پايين ساخت بشر قرار گرفته است و با پيشرفت فناوري ، روند رو به رشدي در تابش‌هاي محيطي مشاهده مي‌شود. ميدان‌هاي الكترومغناطيس كم‌فركانس به ميدان‌هايي گفته مي‌شود كه امواج آن بين 3 تا 3000 هرتز فركانس دارند ، يعني در هر ثانيه بين3 تا 3 هزار موج در آن توليد و منتشر مي‌شود.

اين ميدان‌ها توسط منابع متعددي ازجمله خطوط انتقال نيرو و وسايل الكتريكي ايجاد مي‌شوند. تاثير اين ميدان‌ها بر سلامت انسان همواره مورد سوال بوده و در 25 سال گذشته تحقيقات بسيار زيادي براي بررسي اثرات زيستي اين ميدان‌ها انجام شده است.

به منظور ارزيابي اين اثرات مي‌توان از روش‌هاي مختلفي ازجمله آزمايش‌هاي حيواني، مطالعات سلولي، بررسي‌هاي كلينيكي، شبيه‌سازي‌هاي رايانه‌اي و روش‌هاي ديگر استفاده كرد. امروزه مطالعه اثرات زيستي اين ميدان‌ها از نظر كاربرد‌هاي درماني و نحوه اثر آنها بر سيستم‌هاي زنده، مورد توجه مجامع علمي قرار گرفته است.

ما حتما درد را تجربه كرده‌ايم و در مواجهه با آن، ‌افكار، احساسات و زندگي‌مان تحت تاثير قرار گرفته است. آنچه در تمامي انواع دردها به طور مشترك رخ مي‌دهد به دام افتادن پروتئين‌هاي خون است.

تجمع پروتئين‌ها سبب التهاب و بروز درد مي‌شود. در اين فرآيند، بعضي سلول‌ها از تغذيه محروم مي‌شوند و ممكن است به سلول‌هاي سالم نيز آسيب برسانند. اين شرايط نه‌تنها منجر به درد مي‌شود كه عفونت باكتريايي، آلرژي، بيماري‌هاي قلبي، فشار خون، آرتريت يا بيماري‌هاي كشنده‌اي مانند سرطان را نيز توليد مي‌كند.

انسداد مويرگ‌ها نيز ممكن است بر اثر فعاليت پروتئين‌هاي به دام افتاده باعث تحريك پايانه‌هاي عصبي و احساس درد شود. يكي از راه‌هاي كاهش درد، استفاده از ميدان‌هاي مغناطيسي است كه در مجاورت بدن قرار مي‌گيرند. مغناطيس‌درماني موضوع جديدي نيست.

يونانيان باستان عقيده داشتند سنگ‌هاي طبيعي آهن‌ربا، داراي قدرت شفابخشي هستند؛ البته امروز باورهاي قديمي به كناري گذاشته و الگوهاي علمي جايگزين آنها شده‌اند، ولي هنوز مي‌توان برخي از بقاياي آن باورها را مشاهده كرد، مثلا براي برخي درمان‌ها از ديسك‌هاي مغناطيسي كوچك با شدت ميدان مغناطيسي حدود 50 ‌ 35 ميلي تسلا و براي كاهش درد از تشك‌ها و يا بالشتك‌هاي مغناطيسي استفاده مي‌شود كه ميدان‌هاي قوي‌تري ايجاد مي‌كنند.

يكي از مكانيسم‌هايي كه در ارتباط با عملكرد ميدان‌هاي مغناطيسي مطرح مي‌شود، افزايش جريان خون است. اجزاي فلزي خون بر اثر مجاورت با ميدان مغناطيسي بر جريان خون اثر مي‌گذارند.

يكي ديگر از روش‌هاي استفاده از مغناطيس در پزشكي، عبور امواج مغناطيسي از بافت‌ها و القاي جريانات ثانويه است كه باعث ايجاد گرما مي‌شود و اين گرما در كاهش درد در عضلات متورم و مفاصل به ايفاي نقش مي‌پردازد. بر اثر اين گرما، حركت هموگلوبين در عروق خوني تسريع مي‌شود و مقدار كلسيم و كلسترول خون كاهش مي‌يابد.

مطالعات انجام شده درباره تحريكات مغناطيسي، وجود آثار مثبت غيرحرارتي تحريكات مغناطيسي بر بافت‌هاي بدن را در مواردي مانند بازسازي عصب، التيام زخم و بافت پيوندي و ديابت در برخي موارد تاييد كرده و بسياري از اين نتايج در مطالعات كلينيكي نيز مشاهده شده است. امروزه مطالعات‌ انجام شده در مورد استفاده از تحريك‌كننده مغناطيسي مغز‌ (Transcranial magnetic stimulation) در درمان بيماري‌هاي روان‌شناسي و عصب شناختي نشان مي‌دهد كه اين تحريكات مغناطيسي مي‌تواند وسيله تحقيقاتي و درماني براي برخي بيماري‌ها باشد.

ترميم استخوان و زخم‌

به گفته مهندس مهري كاوياني مقدم، دانشجوي دوره دكتري فيزيك پزشكي دانشگاه تربيت مدرس، كاربرد ميدان‌هاي مغناطيسي ضعيف و متغير بر حسب  زمان در كنترل انتخابي عملكرد سلول، عرصه مهيج و جديدي در زيست‌شناسي و پزشكي ايجاد كرده است. طي 2 قرن گذشته، اختلالات عضلاني و اسكلتي به طور موفقيت‌آميزي درمان شده‌اند و حدود 4/1 ميليون بيمار مبتلا به شكستگي مزمن استخواني در دنيا با اين روش غيرتهاجمي، بدون ريسك، راحت و كم‌هزينه تحت درمان قرار گرفته‌اند. 

بسياري از پاسخ‌ها در سطح سلولي و غيرسلولي مشخص شده و تغيير و تصحيح فرآيندهاي آسيب‌شناسي به وسيله ميدان‌هاي مغناطيسي پالسي امكان‌پذير شده است. اين ميدان‌ها مي‌توانند از كاهش محتواي استخواني جلوگيري كنند به طوري كه افزايش ميزان جريان خون مغز مي‌تواند منجر به افزايش حجم استخواني و افزايش فعاليت‌هاي تكثير سلول‌هاي استخواني شود.

ميدان‌هاي مغناطيسي باعث تسريع تجمع استخوان در پروتز مي‌شوند. اين ميدان‌ها همچنين از پوكي استخوان در موش‌هاي ماده بدون تخمدان جلوگيري مي‌كنند. از طرفي، بررسي تاثير ميدان‌هاي پالسي روي پوكي استخوان‌هاي ناحيه زانو در افراد دچار ضايعه نخاعي مزمن نشان مي‌دهد كه تحريكات مغناطيسي مي‌توانند با آثار موضعي باعث تاخير پوكي استخوان شود.

22 مورد شكستگي در 20 بيمار كه دچار عدم جوش خوردگي استخوان بودند و 17 مورد كه به پيوند استخواني و تحريك الكتريكي پاسخ نداده بودند، تحت تحريكات مغناطيسي قرار گرفتند. 17 مورد از موارد عدم جوش‌خوردگي پس از 5/22 هفته درمان با تحريكات مغناطيسي بهبود يافتند و جوش خوردگي استخوان‌ها اتفاق افتاد.

به نظر مي‌رسد اين روش براي درمان عدم جوش‌خوردگي روشي مناسب است.مطالعات انجام شده روي بازسازي بافت نرم‌ بر اثر تحريك مغناطيسي نشان مي‌دهد كه بازسازي استخوان، تسريع در التيام شكستگي‌هاي تازه، تاخير و عدم جوش‌خوردگي استخوان‌ها، پيوند استخوان و نكروز استخوان به دفعات مورد مطالعه و بتازگي بازسازي غضروف و بافت‌هاي نرم مورد توجه قرار گرفته است.

آزمايش‌ها نشان داده‌اند كه تحريكات مغناطيسي سبب التيام بافت‌هاي نرم آسيب‌ديده مي‌شوند. در بررسي ترميم زخم مي‌توان از روش‌‌هاي جريان‌سنجي داپلر ليزر و آزمايش‌هاي بافت‌شناسي به عنوان روش‌هاي ارزيابي سرعت ترميم زخم استفاده كرد؛ همچنين از تحريك مغناطيسي در درمان زخم‌هاي پوستي داراي غشاي عروقي نيز استفاده مي‌شود.

اثر ميدان‌هاي الكترومغناطيسي با شدت 8/0 ميلي تسلا بر زخم‌هاي وريدي و شرياني ساق پا مورد بررسي قرار گرفته و نشان داده شده است كه اين ميدان‌ها در 2 هفته اول باعث درمان 69 درصد از زخم‌ها ‌‌شده و كمتر از 50 درصد اين زخم‌ها پس از 4 ماه درمان مي‌شوند.

از طرفي همان‌گونه كه رگ‌سازي به وسيله هورمون رشد و ژن‌ درماني قابل انجام است، روش جديدي براي ايجاد رگ با استفاده از تحريك مغناطيسي وجود دارد كه البته براي فهم اساس مولكولي آن مطالعات بيشتري بايد صورت بگيرد.

بيماري پاركينسون و سرطان‌

به گفته كاوياني، تحقيقات نشان مي‌‌دهد استفاده از تحريكات الكترومغناطيسي بر بيماران پاركينسوني در برخي موارد باعث كاهش علائم و عوارض اين بيماري شده است.

حس بويايي در بيماران پاركينسوني به طور شايعي دچار اختلال مي‌شود اما تحقيقات نشان مي‌دهد كه تحريك مغناطيسي 7 هرتز باعث بهبود حس بويايي اين افراد مي‌شود.

وي در ادامه خاطرنشان كرد، يكي ديگر از جنبه‌هاي درماني ميدان‌هاي مغناطيسي، كاهش رشد تومورهاي سرطاني است؛ به عنوان مثال در تعدادي از تحقيقات نشان داده شده است كه رشد تومورهاي كاشته شده در موش به طور مشخصي با تابش ميدان‌هاي مغناطيسي خاص كاهش يافته و در مواردي اين ميدان‌ها در سلول‌هاي سرطاني باعث افزايش راديكال‌هاي آزاد و در نهايت شكستن دي ان اي و مرگ سلول سرطاني مي‌شود.

با استفاده از روش غيرتهاجمي ميدان‌هاي الكترومغناطيس ممكن است بتوان رشد سلول‌هاي سرطاني را كاهش داد. با وجود تحقيقات گسترده در اين حيطه علمي، هنوز شيوه تاثير ميدان‌هاي مغناطيسي كم فركانس در سطح سلولي مشخص نيست.

بيماري ام ‌اس و تحريك مغناطيسي‌

آزمايش‌هاي انجام شده در بيماران مبتلا به  ام اس كه دچار آسيب عصب بينايي سمت راست و تاري ديد و مشكلات ديگري در بينايي شده بودند، نشان داد 2 جلسه دريافت تحريك مغناطيسي با تغيير زيادي در بينايي فرد همراه است. در اين شرايط، زمان تاخير پتانسيل‌هاي برانگيخته بينايي به حد طبيعي بازگشت و بينايي فرد بهبود يافت.

به نظر مي‌رسد علتش مي‌تواند بازسازي ميلين و بهبود كارايي فرستنده‌هاي عصبي شبكيه و مسيرهاي مركزي باشد؛ همچنين تحريك مغناطيسي سر در بيماران دچار ام اس كه در راه رفتن و حرف زدن با مشكل مواجه‌اند، نشان مي‌دهد كه 2 جلسه دريافت تحريك مغناطيسي كه هر جلسه 45 دقيقه طول مي‌كشد باعث بهبود بيماران مي‌شود، به طوري كه مشكل صحبت كردن در حين حركت بر طرف شد و به علاوه تعداد كلماتي كه مي‌توانستند بيان كنند، 5 برابر افزايش يافت.

 

منبع : parsstore.ir

مغناطیس درمانی چیست؟

	● آیا مغناطیس درمانی موثر می باشد؟) اعلام نتایج آزمایشات صورت گرفته) مغناطیس درمانی یک روش مطمئن و بی ضرر برای استفاده از میدانهای مغناطیسی برای بدن به جهت کسب اهداف درمانی می باشد. این روش کمک شایانی به افزایش فرایند درمانی و بهبودکیفیت خواب بدون هیچ عوارض جانبی مضر می کند. چه از این روش به صورت مستقل یا همراه با درمان حاضر استفاده شود ،مغناطیس درمانی می تواند یک راه موثر برای به دست آوردن آرامش در دردهای مفاصل،التهاب ها و سفت شدن عضلات باشد. در طول چند دهه اخیر ثابت شده است که در بسیاری از فرهنگها مانند چین باستان ،یونان و مصر از مغناطیس برای کاهش درد و دیگر علائم بیماری استفاده می شده.اگرچه میزان و وزن مغناطیس موجود در آن زمان استفاده از مغناطیس را کاری دشوار ساخته بود.امروزه مواد قویتر و کوچکتر منجربه استفاده محصولات درمانی مغناطیس مدرن شده که درحال حاظر بیش از۱۲۰ میلیون نفر در سراسر دنیا از این محصولات استفاده می کنند. مطالعات بالینی در ایالات متحده نشان داده است که مغناطیس درمانی یکی از روشهای موثر برای از بین بردن درد و ناراحتی است.ژاپن و بسیاری از کشورهای شرق اروپا تحقیقاتی را در ۳۰ سال انجام داده اند و محققان دریافته اند که مغناطیس درمانی مهیا کننده فواید فراوانی برای دامنه وسیعی از موقعیتهای درمانیست.پزشکان در ایالات متحده بااستفاده از مغناطیس درمانی در عملکردهای خود بسیاری از موارد را گزارش کرده اند که در آن فواید زیادی برای بیماران بعد از مغناطیس درمانی مشاهده شده است.

آیا مغناطیس درمانی روش مطمئنی است؟
بله،مغناطیس درمانی روشی مطمئن است.تاحالا شکایتی درزمان استفاده به جا از این روش گزارش نشده است .محصولات مغناطیس درمانی از از مغناطیسی استفاده می کنند که وقتی برای بدن مورد استفاده قرار گیرد ،فواید مثبتی را در درمان به همراه داشته باشد.
شرایط ویژه ای وجود دارند که در آنها نمی بایست از مغناطیس درمانی استفاده کرد.از مغناطیس درمانی نمی بایست در زمانی که شما از دستگاه تنظیم ضربان قلب ،دستگاههای مربوط به انقباض بن نظم رشته های عضلانی ، پمپهای انسولین و یا دستگاهای درمانی الکترونیکی دیگر استفاده می کنید و یا باردار هستید استفاده کنید.

● نحوه عملکرد مغناطیس درمانی به چه صورت است؟

تمام عملکردهای فیزیکی و ذهنی هر فرد با میدانهای الکترومغناطیسی کنترل می شود که با حرکت یون های الکتروشیمیایی در بدن تولید می شوند.وقتی جایی از بدن زخم می شودو بافتی از بدن آسیب می بیند یون های مثبت به سمت مکان آسیب دیده حرکت کرده و باعث ایجاد درد و ورم می شوند.برای اینکه این زخم بهبود یابد می بایست قسمت آسیب دیده به یون های منفی طبیعی خود بازگردد،مواد الکترو شیمیایی مربوط به ورم و درد نیز میبایست برداشته شده و اکسیژن و مواد مغذی به منطقه آسیب دیده برسد.

میدان مغناطیسی با بازگشت بالانس الکترومغناطیس به حالت متعادل اولیه به بهبود منطقه آسیب دیده کمک می کند.میدان مغناطیسی دیواره های مویرگهاو همچنین ماهیچه های بدن وبافتهای مربوط به آن را به حالت آرامش در آورده و باعث افزایش جریان خون می شود.اکسیژن و مواد غذایی بیشتر به منطقه آسیب دیده رسیده و باعث از بین رفتن مواد الکتروشمیایی مضرو موادشیمیایی دردآور و خود درد می شود.کل فرایند بازگرداننده بالانس متعادل الکترومغناطیسی به منطقه آسیب دیده بوده وباعث کاهش درد و از بین رفتن عوارض شده و به فرایند بهبود سرعت می بخشد.

زمان پاسخگویی در افراد متقاوت می باشد و ممکن است از چند دقیقه تا چند هفته طول بکشد.تاثیر مغناطیس درمانی بستگی دارد به استفاده از محصولات اصلی مغناطیسی،مدت زمان استفاده از محصولات و نوع و شدت بیماری.

● آیا تمام محصولات مغناطیس درمانی تولید کننده یک میدان مغناطیسی یکسان به عنوان خطوط قدرت و یا دیگر دستگاههای الکتریکی می باشند؟

میدان های مغناطیسی که احاطه کننده خطوط نیرو و دستگاههای الکتریکی هستند نوع متفاوتی از میدانهای مغناطیسی میباشند و هیچ ارتباطی به میدان های شفادهنده و طبیعی تولیدشده بوسیله محصولات مغناطیس نیروی مغناطیس ندارند.

● مغناطیس درمانی تا چه حد می تواند موثر باشد؟
براساس یافته بیشتر متخصصان در این زمینه ،اگر محصولات مغناطیس درمانی به طور مناسب تولید و مورد استفاده قرار گیرند می توانند ۸۰ تا ۹۰ درصد مفید واقع گردند.مشکل اینجاست که علم بیومگنتیک یا همان زیست مغناطیسی پیچیده تر از حدی است که مردم بتوانند آن را دریابند بنابراین کسب این دانش کار ساده ای نیست و نیازمند دانش مهندسی ویژه و قابلیتهای ویژه ای است.

● چه چیز تعیین کننده تاثیر محصولات مربوط به مغناطیس درمانی می باشد؟
برای اینکه یک محصول مغناطیس درمانی مفید و موثر باشد می بایست میدان مغناطیسی کافی باقدرت و هجم لازم برای بهبود منطقه آسیب دیده بدن تولید کند .مشکل اینجاست که قدرت میدان مغناطیسی در زمانی که با منطقه آسیب دیده فاصله داشته و یا منظقه آسیب دیده در زیر پوست قرار داشته باشد کاهش یابد.اگر محصول به طور مناسب طراحی نشده باشد ،سطح این میدان نسبت به معیار های درمانی کاهش یافته و حتی نمی تواند به منطقه آسیب دیده برسد و در نتیجه تاثیراین میدان مغناطیس کاهش می یابد.

کمپانی هایی که اطلاعات لازم را در اختیار مشتریان خود قرار نداده و یا از میدان مغناطیس شدید در محصولات خود استفاده می کنند تانشان دهند که محصول پر قدرتی دارند نیزدچار این مشکل هستند.شدت میدان مغناطیسی محصولات بسیاری از تولید کنندگان نشان دهنده میزان انرژی مغناطیسی است که یک ماده می تواند داشته باشد اما به این میزان نمی تواند معیاری برای نشان دادن قدرت مغناطیس باشد.

از انجایی که میزان قدرت مغناطیس بدن در نظر گرفتن هجم و تعداد مغناطیس ها برای تمام محصولاتی که از یک ماده ساخته می شوند یکسان است ،محصولاتی که از تعداد کمتر و کوچکتر حجم های مغناطیسی استفاده می کنند درمقایسه با دیگر محصولات از قدرت تاثیرگذاری بیشتری برخوردارند.
برای اینکه یک میدان مغناطیسی از لحاظ درمانی مفید باشد می بایست با قدرتی مناسب و کافی به منطقه آسیب دیده نفوذ کند.

● هیچ راهی برای درک قدرت میدان مغناطیس محصول وجود ندارد مگر اینکه بدانیم شدت میزان میدان مغناطیسی محصول چقدر است?
توده(ناحیه سطح و ضخامت) مغناطیس،تعداد میدان های مغناطیسی ،قطبی که به سمت بدن قرار میگیرد و میزان میدان مغناطیسی مغناطیس استفاده شده ،همه وهمه تعیین کننده قدرت و نفوذ عمق میدانهای مغناطیسی تولید شده درمحصولات مغناطیس درمانی است.

● آیا تمام محصولات مغناطیس درمانی یکسان هستند؟
نه نیستند.بیشتر محصولات موجود دربازارها از مغناطیسی استفاده می کنند یا بسیار کوچک است و آنقدر ناکافی است که هیچ فایده ای را دربرندارد.قطب مغناطیس نیر یک مسئله بسیار مهم می باشد.بسیای ازمحصولات شامل مغناطیسی هستند که در آنها قطب مفید به سمت بدن قرار نمیگیرد-قطب جنوبی یامثبت به سمت بدن قرار دارد- که میتواند به جای کاهش درد منجر به افزایش مشکل شود.محصولاتی نیز وجود دارند که از دوقطب -هردوقطب مغناطیسی روی یک سطح بدن قرار می گیرند- استفاده می کنند مانند تشکهای مغناطیسی، که به شدت توصیه شده که از آنها استفاده نشود چراکه باعث ایجاد مشکلات فراوانی میشوند.

● چرا محصولات مغناطیسی اینقدر تاثیرگذارهستند؟
ما از مغناطیس هایی که بروی آنها تحقیقات زیادی انجام شده و انرژی زیادی تولید می کنند استفاده می کنیم ،آنهارا در محصولات خود جای داده و شمارامطمئن سازیم که یک میدان مغناطیسی قوی احاطه کننده و نفوذ کننده به منطقه تاثیر گذاری شده است.علاوه بر این تاثیرات مغناطیسی محصولات نیز افزایش پیدا کرده اند.

هشدار:این محصول به عنوان یک محصول درمانی فروخته نمی شود و میبایست با نظر و تجویز پزشک جایگزین درمان گردد.حتما قبل از استفاده با پزشک خود مشورت کنید .به هیچ عنوان در زمان بارداری یا استفاده از دستگاه تنظیم ظربان قلب و یا هریک از دستگاههای الکتریکی کاشته شده در بدن ویا دستگاههایی که برای اهداف درمانی در حال استفاده از آنها هستید ،از این محصول استفاده نشود.

 

● گزارش بی بی سی نیوز مورخه ۱۲/۱۷/۲۰۰۴ دستبندهای مغناطیس از بین برنده درد :
گزارش محقاقان انگلیسی نشان داده است که تاثیر واقعی وتسکینی استفاده از دستبندمغناطیسی می تواند تسکین دهنده دردهای مربوط به ورم مفاصل ،قسمتهای میان ران وتهیگاه و زانو ها باشد.گزارشها حاکی از آن است که استفاده کنندگان از این دستبندها ،فواید زیادی به دست آورده اند اما اما تحقیقات این دستبندهارا با نسخه های ساختگی مقایسه کرده و نتایج درهمی به دست آورده است.
ژورنال پزشکی بریتیش در مطالعه ای دریافته است که در بیش از ۶۵ نفر از استفاده کنندگان این محصولات کاهش قابل ملاحظه ای در درد ایجاد شده است.تیم دانشکده پزشکی پنینسولار بیان داشته که تاثیر استفاده می تواند واقعی یا پایین تر از گفته افراد مورد درمان قرارگرفته باشد.

● فواید واقعی:
نویسنده همچنین تاکید کرده است که با اینکه دراین نوع درمانی فوایدی وجود دارد با این حال قطع استفاده از این محصول می بایست با مشورت پزشک انجام شود .
همچنین میدانهای مغناطیسی شدید (۱۷۰ تسلا یا بیشتر) به نظر می رسد که برای تاثیرات درمانی درد نیز لازم باشد.

دکتر هارلو و همکارانش از ۱۹۴ بیمار درسنین بین ۴۵-۸۰ سال با دردهای قسمتهای استخوانی جمجمه و یا قست بین تهیگاه و ران و زانو پنج تحقیق انجام دادند.مکانیزم کاری هرچه بود تاثیر استفاده از دستبند مغناطیسی مفید واقع شد.

● مطالعه:
به هر یک از بیماران یکی از سه دستبند یکی با میدان مغناطیسی قوی،یکی با میدان مغناطیسی ضعیف و یکی بدون میدان مغناطیسی ارایه شده داده شدتاازآن برای مدت ۱۲ هفته استفاده کنند.
از بیماران خواسته شد تا میزان درد خود را با دستگاه درد سنج نشان دهند.
تمام گروهها در زمان استفاده از دستبند درد بسیارکمی را گزارش دادند.
اما بیشتر کاهش درد در بیمارانی بودکه از دستبندهای قوی استاندارد استفاده می کردند.
نتایج هفتگی شبیه بود به نتایج گروه مغناطیس مصنوعی که نشان می داد که شدت قدرت مغناطیس در دستبند بسیار مهم می باشد.

● تاثیرات دارویی:
دکتر هارلو و تیم درمانیش که انجمن مطالعه برروی دردهای مفاصل راتشکیل داده بودند بیان داشتند که نیازند مطالعات بیشتری برای تایید یافته های خود می باشند.
آنها دریافتند که فاکتورهایی مانند داروهای دردکش یا عقاید خود بیمار درمورد نوع دستبند هیچ تاثیری برروی نتایج نمی گذاشت.
آنها بیان داشتند که :”نمی توان گفت آیا داده های ما نشان دهنده تاثیرخاص مغناطیس است یا اثر داروهای بی اثر ویا هردوی آنها””مکانیزم هرچه باشد ،فواید استفاده از دستبندهای مغناطیسی از لحاظ بالینی مفید است.”
شواهد آشکاری از سودمندی دستبندهای مغناطیسی به عنوان درمان علایم بیماری مفاصل هنوز در حال بررسی است.

● درمان ورم مفاصل:
یک سخنگوی سازمان تحقیقات بر روی بیماریهای مربوط به ورم مفاصل بیان داشته است که :”ما این مطالعه را انجام دادیم چون میخواستیم بفهمیم که آیا شواهدی برای ادعاهایی از طرف استفاده کنند گان دستبندهای مغناطیسی وجود دارد یاخیر؛نمیخواستیم که مردم پول خود را صرف محصولی کنند که هیچ فایده ای ندارد.
“نتایج نشان می دهد که به دست کردن یک دستبند مغناطیسی مسلما درد را در افرادی که دارای درد مفاصل زانو وهستند کاهش می دهد .

ازآنجاییکه دستبندهای مغناطیسی بسیار ارزان هستند و ازلحاظ استفاده بسیار مطمئن می باشند افرادی که دارای دردهای مفاصل می باشند می توانند از آنها به عنوان بخشی از رژیم درمانی خود استفاده کنند.

خصوصیات محصولات ما ایجاد سپر دفاعی در اطراف بدن است تا ما را از این همه امواج و تشعشعات و تاثیر یون های مثبت
در امان نگه دارد .

توجه: استفاده از این محصولات برای خانمهای باردار، و بيماراني كه براي درمان از دستگاههاي الكترونيكي استفاده ميكنند و بيماران سرطاني بدون تجويز و مشاوره پزشک ،به هيچ وجه توصيه نميشود.

Website: www.Dr24.ir

تاریخچه ی مهندسی پزشکی

 

دریک دیدگاه وسیع تلاش های هزاران سال پیش، مهندسی پزشکی را برای ما در این قرن هموار ساخته است.در سال 2000 میلادی باستان شناسان در آلمان یک مومیایی سه هزار ساله را درThebes کشف کردند که یک عضومصنوعی چوبی همانند یک انگشت چوبی در پایش بکار گرفته شده بود که ممکن است قدیمی ترین عضو مصنوعی شناخته شده باشد.

یونانیان همچنین از یک نی تو خالی برای شنیدن و دیدن آنچه که در بدن انسان رخ میدهد استفاده می کردند.
در سال 1816 میلادی فیزیکدان فرانسوی Rene laennec با قرار دادن گوشش در نزدیکی قفسه ی سینه ی بیمار و با استفاده از یک روزنامه ی لوله شده به صداهای درون آن گوش داد. بوجود آمدن این ایده برای اختراع او ، امروزه به ساختن گوشی طبی رهنمون شده است.
هیچ موضوعی در تکنولوژی پزشکی پیشرفت نمی کند مگر آنکه تندرستی انسان را تامین کند. دستگاه های امروزه ی مهندسی پزشکی از تغییر دستگاههای موفق اولیه بوجود آمدند.
ابزارهایی مانند دندان های چوبی ، عصاهای زیر بغل ، و هر وسیله ی که در کیف سیاه پزشکان پنهان شده بود به ابزار های شگفت مدرن که شامل دستگاههای تنظبم کننده ی ضربان قلب ، ماشین های دیالیز و ابزارهای تشخیصی و تکنولوژی تصویربرداری در انواع مختلف (آنژ یو گرافی ،مامو گرافی ،رادیو لوژی ،...)و اعضای مصنوعی شامل ایمپلنت ها و...

انجمن ملی مهندسان تعداد مهندسین فعالی که در حوزه های مختلف از تکنولوژی سلامت مشغول به کار می باشند نزدیک 32000 نفر تخمین زده است.اعضای این انجمن می کوشند تا بنیان های مهندسی پزشکی را بر پایه پیشرفت هایی که 200 سال پیش در الکتروفیزیولوژی بدست آمد قرار دهند.پایه گذاری الکتروفیزیولوژی با Dubois Reymond آغاز شد همزمان با او Hermann von با دیدگاهی نو بر این نظر عقیده داشت که بکار بستن قوانین مهندسی در فیزیولوژی بدن بسیاری از مشکلات موجود را برطرف می کند.او عضلات را بصورت مقاومت و عصب ها را رسانای جریان معرفی کرد.

در سال 1895 Wilhelm Roentgen لامپ اشعه ی کاتد را بصورت تصادفی کشف کرد.این دستگاه که شامل یک ورقه روکش دار از آلیاژهای مس نیکل و تنگستن به همراه باریم بود . Roentgen به طور قطع فهمید که این لامپ باید انواع اشعه های نافذ را ساطع کند. او این اشعه را X نامید چون تا آن زمان ناشناخته بود. حتی زمانی که لامپ و ورقه در اتاق های جداگانه بودند تابش اشعه وجود داشت .در مدت زمان کوتاهی او حدس زد که اگر او اشعه X را از بین دست عبور دهد و آن را روی یک صفحه ثبت کند استخوان های دست را بوضوح خواهد دید.در حقیقت اولین رادیو گرافی از بدن انسان دست چپ Mrs Roentgen بود. در دهه بعد اشعه ی X به یک ابزار تشخیصی وسیع تبدیل شد . از استخوان ها تصویر واضحی همانند بک شی سفید در یک صفحه با زمینه ی سیاه نمایش داده می شد . این تحقیق او بر روی بافت هایی که این اشعه می گذشت یک مسیر را برای آخرین محصولات مدرن تکنولوژی تصویر برداری پزشکی و حذف آسیب هایی که در جراحی رخ می داد ، باز کرد.

مهندسی پزشکی یک ترکیب بی مانند از علوم مهندسی وپزشکی است و علومی همچون بیو فیزیک و فیزیک پزشکی را در ابتدای این قرن بوجود آورد. در آغاز این سه رشته به صورت بالقوه غیر قابل تشخیص بودند. و هیچ برنامه ی سلسله واری وجود نداشت .
در زمان بین جنگ جهانی اول و دوم تعدادی از لابراتور ها تحقیق را روی بیو فیزیک و فیزیک پزشکی عهده دار شدند. اما تنها یک آزمایشگاه یک ایده ی منسجم را ارایه داد . در سال 1921 Oswalt در فرانکفورت آلمان موسسه ای را پایه گذاری کرد که موضوعات فیزیک را در پزشکی بررسی می نمود .اعضای این انجمن می کوشیدند تا تاثیر تشعشع را بر عناصر زیستی بیابند. موسسه ی Oswalt و دانشگاه فرانکفرت به سرعت رشته ی بیوفیزیک را تا مقطع دکترا راه اندازی کردند. دروس آنها شامل اثر اشعه ی X بر روی بافت و خا صیت الکتریکی بافت بود. اساتید دانشگاه و محققین و دستیاران و تکنسین شامل 20 نفر بودند.
پیرو جنگ جهانی دوم مجری کمییته حوزه های مختلف پزشکی و مهندسی و زیست را با یکدیگر ترکیب کردند و دانس فیزیک پزشکی در سال 1943 در آلمان پایه گذاری شد.
5 سال بعد اولین کنفرانس مهندسی در پزشکی و زیست در آمریکا برگزار شد که تحت حمایت انجمن مهندسی برق و الکترونیک در آمریکا بود.
در این نشست کوچک تقریبا 20 صفحه به حاضرین جلسه که تعدادشان کمتر از 100 نفر بود تقدیم شد موضوع مورد برسی پیرامون یونیزاسیون توسط اشعه و مفهوم آن بود.
در سال 1985 کنفرانس بر پایه ی استفاده از کامپیوتر در پزشکی و زیست بود . در سال 1961 جمعییتی نزدیک به 3000 نفر شرکت کردند.
در سال 1983 نخستین بیمار تحت عمل جراحی قلب مصنوعی قرار گرفت و 192 روز زنده ماند.در سال 1988 تلمبه ی تنظیم کننده ی قلب ساخته شد .در سال 1993 اولين پاي الكتريكي ساخته شد. پايي كه با استفاده از سيستم بادي و كنترلهاي ريزپردازنده، سرعت قدم زدن فرد را دريافته و محفظه هاي بادي خود را به نحوي تنظيم ميكند كه به طور طبيعي به جلو عقب حركت كرده و مانع از لنگيدن فرد ميشود. و اكنون دانشمندان مهندسي پزشكي به ياري متخصصان رشتههاي مرتبط تلاش ميكنند تا چشم مصنوعي، كليه مصنوعي يا رگ مصنوعي را اختراع كنند.

در ایران این رشته در چهار گرایش بیو الکتریک ، بیو مکانیک ، بیومواد,مهندسی پزشکی بالینی ارایه می شود .

تعريف فناوري نانو از منابع مختلف

يك نانومتر يك هزارم ميكرون است و اگر بخواهيم احساس فيزيكي نسبت به آن داشته باشيم مي‌توان گفت كه يك نانومتر 80000/1قطر موي انسان مي‌باشد اما اين تعريف مقياس نانو، نمي تواند مقايسه درستي باشد چرا که ضخامت موي انسان با توجه خصوصيات فردي هرانسان از چند ده ميكرومتر تا چند صدميكرومتر متغير مي‌باشد.
بنابراين نياز به يك استاندارد براي بيان مفهوم مقياس نانو وجود دارد. با ايجاد ارتباط ميان اندازه اتم‌ها و مقياس نانو مي‌توان يك نانومتر را راحت‌ترتصوركرد. يك نانومتر برابر قطر 10 اتم هيدروژن و يا 5 اتم سيلسيم مي‌باشد. درك اين موضوع براي افراد معمولي نيز راحت‌تر مي‌باشد. علي‌رغم اينكه درك اندازه يك اتم براي افراد غيرعلمي ساده نمي‌باشد، با اينحال اندازه دقيق اتم براي فهماندن اين مقياس زياد اهميت ندارد. چيزي كه با اين تشابه مشخص مي‌شود، اين است كه نانوفناوري

عبارت است از:
دستكاري كوچكترين اجزاء ماده يا اتم‌ها

نانو ذرات

نانوذرات رايج‌ترين عناصر در علم و فناوري نانو بوده و خواص جالب‌توجه آنها باعث گرديده است کاربردهاي بسيار متنوعي در صنايع شيميايي، پزشکي و دارويي ، الکترونيک و کشاورزي داشته باشند. با توجه به ترکيب شيميايي، اين ذرات به انواع فلزي، سراميکي، پليمري و نيمه‌هادي تقسيم مي‌شوند.
سنتز شيميايي و فرآيندهاي حالت جامد نظير آسياب كردن و چگالش بخار روش‌هاي معمول براي ساخت نانوذرات هستند. کنترل فرايند توليد براي رسيدن بهنانوذرات با خواص مناسب امري بديهي است، در همين راستا تعيين مشخصات نانوذرات با روش‌هاي آناليز ميکروسکوپي، ساختاري و تعيين اندازه وسطح و... بررسي مي‌شود.

1. نانوذرات
• تعريف
• کاربردها
• روش‌هاي ساخت
• تعيين مشخصات
2. متداولترين نانو ذرات
• نانوذرات نيمه‌رسانا( نقاط کوانتمي)
• نانوذرات سراميكي
• نانو ذرات فلزي

 

نانوتکنولوژی

عناصر پايه در فناوري نانو

تفاوت اصلي فناوري نانو با فناوري‌هاي ديگر در مقياس مواد و ساختارهايي است كه در اين فناوري مورد استفاده قرار مي‌گيرند. البته تنها كوچك بودن اندازه مد نظر نيست؛ بلكه زماني كه اندازه مواد دراين مقياس قرار مي‌گيرد، خصوصيات ذاتي آنها از جمله رنگ، استحكام، مقاومت خوردگي و ... تغيير مي‌يابد. در حقيقت اگر بخواهيم تفاوت اين فناوري را با فناوري‌هاي ديگر به صورت قابل ارزيابي بيان نماييم، مي‌توانيم وجود "عناصر پايه" را به عنوان يك معيار ذكر كنيم. عناصر پايه در حقيقت همان عناصر نانومقياسي هستند كه خواص آنها در حالت نانومقياس با خواص‌شان در مقياس بزرگتر فرق مي‌كند.

اولين و مهمترين عنصر پايه، نانوذره است. منظور از نانوذره، همانگونه که از نام آن مشخص است، ذراتي با ابعاد نانومتري در هر سه بعد مي‌باشد. نانوذرات مي‌توانند از مواد مختلفي تشکيل شوند، مانند نانوذرات فلزي، سراميکي، ... .

 

دومين عنصر پايه، نانوكپسول است. همان طوري كه از اسم آن مشخص است، كپسول‌هاي هستند كه قطر نانومتري دارند و مي‌توان مواد مورد نظر را درون آنها قرار داد و كپسوله كرد. سال‌هاست كه نانوكپسول‌ها در طبيعت توليد مي‌شوند؛ مولكول‌هاي موسوم به فسفوليپيدها كه يك سر آنها آبگريز و سر ديگر آنها آبدوست است، وقتي در محيط آبي قرار مي‌گيرند، خود به خود كپسول‌هايي را تشكيل مي‌دهند كه قسمت‌هاي آبگريز مولكول در درون آنها واقع مي‌شود و از تماس با آب محافظت مي‌شود. حالت برعكس نيز قابل تصور است.

عنصر پايه بعدي نانولوله کربني است. اين عنصر پايه در سال 1991 در شركت NEC كشف شدند و در حقيقت لوله‌هايي از گرافيت مي‌باشند. اگر صفحات گرافيت را پيچيده و به شكل لوله در بياوريم، به نانولوله‌هاي كربني مي‌رسيم. اين نانولوله‌ها داراي اشكال و اندازه‌هاي مختلفي هستند و مي‌توانند تك ديواره يا چند ديواره باشند. اين لوله‌ها خواص بسيار جالبي دارند که منجر به ايجاد کاربردهاي جالب توجهي از آنها مي‌شود.

 

نانو سيم

نانوسيم، يک نانوساختار دو بعدي است و چون دراين ابعاد اثرات کوانتمي مهم هستند اين سيم‌ها، سيم‌هاي كوانتومي نيز ناميده مي‌شوند نانوسيم‌ها براي ساختن‌ مدارات الكتريكي در اندازه‌هاي كوچك استفاده مي‌شوند.

1. روش‌هاي ساخت
2. كاربرد
3. انواع نانوسيم‌ها

روش‌هاي ساخت:
روش‌هاي عمده که براي ساخت نانوسيم‌ها وجود دارد عبارت است از:

1. با ليتوگرافي يا چاپ روي يک سطح (ليتوگرافي نرم).
2. با فرآيند رشد شيميايي در يک محيط گازي يا مايع: استفاده از نانوذرات به عنوان کاتاليست اين فرآيند رشد شيميايي را فوق‌العاده بهبود مي‌دهد. در نوعي از اين فرآيند از ذرات کاتاليست متصل به سطح براي رشد نانوسيم‌هاي داراي يک سر متصل به سطح استفاده مي‌شود (اين نانوسيم‌ها لااقل در ابتدا بر سطح عمود هستند).

تصويرAFMنانوسيم LiMo₃Se₃ با مد تماسي X,Y

3. با خودآرايي براي رشد مستقيم يک نانوسيم‌روي يک سطح (موازي با سطح): اين راهکار آرايه‌هايي از نانوسيم‌ها را مستقيماً بر روي سطح شکل مي‌دهد، که فقط چند نانومتر قطر داشته و ده نانومتر يا کمتر با هم فاصله دارند. با اين حال براي ساخت تماس‌هاي الکتريکي براي اين سيم‌ها به راهکارهاي ديگري نيازمنديم.
4. نانوسيم‌ها با حكاكي شيميايي سيم‌هاي بزرگتر و يا با بمباران يك سيم بزرگتر توسط ذرات پرانرژي ديگر (اتم يا مولكول) نيز توليد مي شوند
5. روش ديگر توليد نانوسيم‌ها برجسته‌كردن سطح يك فلز نزديك به نقطه ذوب با استفاده از نوك پروب STM و منقبض كردن آنها است.
6. براي سنتز نانوسيم روش سنتز بخار مايع جامد (VLS) نيز کاربرد دارد، در اين روش از ذرات تجزيه شده توسط ليزر و يا از محصولات گازي استفاده مي‌كنيم.

كاربرد:
نانوسيم‌ها از فلزات، نيمه‌هادي‌هاي مرسوم همچون سيليکون و گاليم وانواع پليمرها ساخته شده‌اند.
کار روي نانوسيم‌ها هنوز تا حد زيادي در مرحله تحقيق قرار دارد. مشکل اتصالات هنوز بر سر راه کساني است که قصد ساخت قطعات پيچيده تجاري از نانوسيم‌ها را دارند، اما اين ساختارها نسبت به نانولو‌له‌ها از نظر قابليت توليد انبوه حاصل از راهکار خودآرايي رجحان دارند. اگر بتوان ساختارهاي مفيدي را به صورت خودآرايي ايجاد نمود، با موانع توليد تجاري ساختارهاي کارا، که افراد اميدوار به تجاري‌سازي الکترونيک نانولو‌له‌اي با آن مواجهند، روبرو نخواهيم شد. به نظر مي‌رسد نانوسيم‌ها مي‌توانند كه كامپيوترها و ساير دستگاهاي محاسبه‌‌گر كاربر داشته باشند. در راستاي دستيابي به قطعات الکترونيکي نانومقياس پيچيده، براي اتصال‌دهي آنها به سيم‌هاي نانومقياس نياز داريم. علاوه بر اين خود نانوسيم‌ها نيز مي‌توانند مبناي اجزاي الکترونيکي همچون حافظه باشند.
علاوه بر مواد فلزي و نيمه رسانا، ساخت نانوسيم از مواد آلي نيز تحت بررسي مي‌باشد. اخيراً ماده‌اي موسوم به اليگوفنيلين وينيلين موجب اميدواري شده است.
هنگام استفاده از نانوسيم‌ها، بايد توجه داشت که مقايسه آن با سيم‌کشي بزرگ‌مقياس گمراه کننده ‌باشد. برخي نانوسيم‌ها يک رفتار رسانايي کاملاً غيرکلاسيک را نشان مي‌دهند. اين نانوسيم‌ها شامل نانولو‌له‌هاي کربني فلزي (رسانا) و برخي از نانوسيم‌هاي نيمه‌رسانا مي‌شوند که توسط گروه چارلز ليبر در هاروارد توسعه يافته‌اند. آنها رساناهاي پرتابه‌اي ناميده مي‌شوند (چون الکترونهاي گذرنده از سيم بسيار شبيه گلو‌له پرتاب شده در لو‌له تفنگ‌اند). اولين مشخصه يک رساناي پرتابه‌اي ثابت بودن مقاومت آن نسبت به طول است، که با رسانايي عادي در الکترونيک روزمره‌ ما- که مقاومت متناسب با طول افزايش مي‌يابد- متفاوت است.

ساختار مولکولي نانوسيم LiMo₃Se₃ ( آبي: ليتيم، خاکستري: موليبدن، نارنجي: سلينيوم) قطر يک نانوسيم 0.6نانومتر است

رسانايي نانوسيم‌ها در حالتي که بين دو الكترود قرار مي‌گيرد بررسي مي‌شود، رسانايي اين تركيبات به ابعاد آنها وابسته است.
نانوسيم‌ها شكل‌هاي ويژه‌اي دارند. بعضي اوقات اشكال غير كريستالي ودر برخي مواردحالت مارپيچي به خود مي‌گيرند. عدم كريستالي بودن آنها به دليل يك بعدي بودنشان است.
همچنين نانوسيم‌ها به دليل طبيعت خواص الکتريکي خود که در حضور مواد خاص دچار تغيير مي‌شوند، قابليت استفاده به صورت سنسور را دارند.
نانوسيم‌ها را مي‌توان در ساخت غشاهاي جداسازي گازها و سيستم‌هاي ميکروآناليز، توليد سيستم‌هاي ميکروالکترومکانيکي سراميکي و تجهيزات آشکارسازي امواج راديويي به کار برد. ديودهاي نورافشان نانومقياس به سادگي از تقاطع دو نوع نانوسيم ايجاد شده‌اند. يک ليزر ابتدايي از نانوسيم‌هاي اکسيد روي ساخته شده است (که البته آنها را نانوالياف نيز مي‌توان ناميد). همچنين قابليت نانوسيم‌هاي فلزي در قطعات قابل تنظيم مايکروويو نشان داده شده است.
 

انواع نانوسيم‌ها

انواع نانوسيم‌ها عبارتند از:

نانوسيم نقره كه دو قطعه ابررساناي آلومينيومي را به يكديگر اتصال داده است

• نانوسيم‌هاي فلزي
  اين نانو ساختارها به خاطر خواصي كه دارند نويدبخش كارايي زياد در قطعات الكترونيكي مي‌باشند.
• نانو سيم‌هاي آلي
  نانو سيم‌هاي آلي همانطور که از نامشان پيداست از ترکيبات آلي بدست مي‌آيند ويژگي اين سيم‌ها نظير رسانايي، مقاومت و هدايت گرمايي به ساختار مونومر و طرز آرايش آن بستگي دارد.

نانوسيم‌هاي نيمه‌هادي
نانوسيم‌هاي نيمه‌هادي از روش‌هاي ذکر شده در بخش نانوسيم‌ها تهيه مي‌شوند. ساختار شيميايي اين تركيبات باعث بوجود آوردن خواص جالب توجه‌اي مي‌گردد

نانوامولسيون‌ها

نانوامولسيون‌ها نانوامولسيون‌ها از مولکولهاي سورفکتانت، نظير فسفوليپيدها که از يک طرف آبگريز (هيدورفوبيک) و از يک سمت آب‌دوست (هيدروفيليک) هستند تشکيل مي‌شوند. هنگامي که اين مولکول‌‌ها در يک محيط آبي قرار گيرند، خود به خود کپسولهايي را شکل مي‌دهند که قسمت‌هاي آب‌گريز مولکول در درون آنها واقع مي‌شود و لذا از تماس با آب محافظت مي‌شوند. ليپوزوم‌ها ساختارهايي از جنس چربي هستند که در اين دسته قرار مي‌گيرند.
ليپوزوم ( دو لايه چربي يك قطره آب را احاطه كرده‌اند)	نانوامولسيون( يك لايه چربي هسته چربي يا آبي را احاطه كرده است)
كاربردها: اين تركيبات در دارورساني ساده‌تر از طريق وريدي و خوراكي و همچنين براي رهايش كنترل‌شده وتاخيري آفت‌كشها كاربرد دارند. از مصارف ديگر اين تركيبات مي‌توان به كاربرد آنها در پودرهاي رختشويي خوشبوكننده لباس و افزايش طول عمر آنزيمها در خارج از سلول اشاره كرد.

نانو کپسولها

نانوکپسول‌ به هر نانوذره‌اي گفته مي‌شود که داراي يک پوسته و يک فضاي خالي جهت قرار دادن مواد مورد نظر در داخل آن باشد. روشهاي ساخت انواع نانوكپسول‌ها نانوكپسول‌هاي پليمري نانوامولسيون‌ها روشهاي ساخت: فرآيندهاي اصلي ساخت کپسول‌ها شکل عمومي يکساني دارند: از يک امولسيون روغن در آب يا آب در روغن براي خلق به ترتيب نانوکپسول‌هاي روغني و آبي استفاده مي‌شود. زمينه کاربرد کپسول‌ها به نوع امولسيون مورد استفاده بستگي دارد؛ مثلاً تزريق وريدي مستلزم استفاده از نانوکپسول‌هاي آبي است ، بنابراين براي ساخت کپسول‌هاي مذکور بايستي از امولسيون آب در روغن استفاده شود. با اين حال، طبيعت مواد کپسوله شده- يعني آب‌دوست يا آب‌گريز بودن آنها- نيز نوع نانوکپسول مورد نياز را ديکته مي‌کند. كه ممکن است با کاربرد مورد نظر تطابق نداشته باشد. روکش‌دهي کپسول‌ها با لايه‌هاي ديگر ممکن است اين مغايرت را رفع نمايد. براي روکش‌دهي مي‌توان از پروتئين‌ها، پليمرها و ديگر مواد طبيعي و مصنوعي سود جست و آنها را بر حسب خواص گوناگوني به غير از آب‌دوستي يا آب‌گريزي، نظير چسبندگي، مقاومت در برابر محيط‌هاي مختلف و غيره انتخاب کرد. علاوه بر اين، مي‌توان از کپسول‌هاي موقتي (يا الگوها) به عنوان شالوده لايه‌هاي ديگر استفاده کرده و سپس آنها را از بين ببرد. شرايط ساخت نانوکپسول‌ها بحراني و حاد نيست و به همين علت از منظر زيست‌شناسي، داراي جذابيت خاصي براي رسانش مواد زيستي حساس مي‌باشند. انواع نانوكپسول‌ها  عبارتند از: نانوكپسول‌هاي پليمري نانوامولسيون‌ها نانوکپسول‌هاي پليمري اخيراً از پليمرها براي ساخت نانوکپسول‌ها استفاده شده است. فرآيند اصلي ساخت اين نانوکپسول‌ها پليمريزاسيون امولسيوني مي‌باشد. هم اکنون مي‌توان نانوکپسول‌هاي پليمري را در اندازه‌ها و اشکال گوناگون و در مقادير مناسب توليد کرد. سپس با الصاق يا جايدهي يک مولکول خاص در ديواره اين نانوکپسول‌ها، آنها را "کارکردي" نمود. كاربرد: اين نانوکپسول‌ها مي‌توانند به صورت ماشه يك سيستم دارورساني هدفمند عمل كرده و در پاسخ به يک زيست‌مولکول خاص، محتواي نانوکپسول را آزاد نمايند. کپسول‌هاي پليمري بر خلاف نانوامولسيون‌ها با پيوندهاي کووالانسي قدرتمندي به يکديگر مي‌چسبند و بنابراين از استحکام خاصي برخوردارند. بسياري از نانوکپسول‌ها در هر دو شکل مايع و خشک پايدارند. براي داروسازي به جاي مکانيسم ماشه‌کشي، مي‌توان محموله را- در صورت ريز بودن مولکول محموله- با مکانيسم ساده نفوذ رها کرد، يا به صورت تخريب طبيعي و يا به کمک امواج ماوراء صوت آن را باز کرد. ساخت نانوکپسول‌ها نوعي از خودآرايي محسوب مي‌شود.
نانوكپسول‌هاي كربني	شماي يك مولكول بدام افتاده در نانوكپسول

نانو لوله کربنی

نانو لوله‌ هاي كربني‌ كه از صفحات كربن به ضخامت يك اتم و به شكل استوانه‌اي توخالي ساخته شده است در سال 1991 توسط ساميو ايجيما (از شركت Nec ژاپن) كشف شد. خواص ويژه و منحصر به فرد آن ازجمله مدول يانگ بالا و استحكام كششي خوب از يك طرف و طبيعت كربني بودن نانولوله‌ها (به خاطر اين كه كربن ماده‌اي است كم وزن، بسيار پايدار و ساده جهت انجام فرايندها كه نسبت به فلزات براي توليد ارزان‌تر مي‌باشد) باعث شده که در دهه گذشته شاهد تحقيقات مهمي در كارايي و پرباري روش‌هاي رشد نانولوله‌ها باشيم. كارهاي نظري و عملي زيادي نيز بر روي ساختار اتمي و ساختارهاي الكتروني نانولوله متمركز شده است. كوشش‌هاي گسترده‌اي نيز براي رسيدگي به خواص مكانيكي شامل مدول يانگ و استحكام كششي و ساز وکار عيوب و اثر تغيير شكل نانولوله‌ها بر خواص الكتريكي صورت گرفته است.مي توان گفت اين علاقه ويژه به نانولوله‌ها از ساختار و ويژگي‌هاي بي‌نظير آن ها سرچشمه مي‌گيرد.

ويژگي‌هاي نانولوله هاي کربني

۱-1) اندازه بسيار كوچك (قطر كوچكتر از 4/0 نانومتر)

1-2) حالت رسانا و نيمه‌رسانايي آن ها بر حسب شكل هندسي‌شان

نانولوله‌ها بر حسب نحوه رول شدن صفحات گرافيتي سازندۀ‌شان به صورت رسانا يا نيمه‌رسانا در مي‌آيند. به عبارت ديگر از آنجا كه نانولوله‌ها در سطح مولكولي همچون يك باريكه سيمي در هم تنيده به نظر مي‌رسند اتم‌هاي كربن در قالب شش وجهي به يكديگر متصل مي‌شوند و اين الگوهاي شش وجهي ديواره‌هاي استوانه‌اي را تشكيل مي‌دهند كه اندازه آن تنها چند نانومتر مي‌باشد. زاويه پيچش نوعي نانولوله، كه به صورت زاويه بين محور الگوي شش وجهي آن و محور لوله تعريف مي‌شود، رسانا يا نارسانا بودن را تعيين مي‌كند. تحقيقات دي گري نيز نشان داده‌اند كه تغيير شعاع نيز امكان بستن طول باند و عايق نمودن نانولوله فلزي را فراهم مي‌كند. پس مي‌توان گفت دوپارامتر اساسي که در اين بين نقش اساسي بازي مي‌كنند، يكي ساختار نانولوله و ديگري قطر و اندازه آن است. بررسي‌هاي ديگري نشان داده‌اند که خصوصيات الكتريكي نانولوله‌ها بسته به اينكه مولكول C60 در كجا قرار داده شود از يك هادي به يك نيمه‌هادي و يا يك عايق قابل تغيير مي‌باشد. از آنجايي كه نانولوله‌هاي كربني قادرند جريان الكتريسته را به وسيله انتقال بالستيك الكترون بدون اصطكاك از سطح خود عبور دهند- اين جريان صد برابر بيشتر از جرياني است كه از سيم مسي عبور مي‌كند- لذا نانولوله‌ها انتخاب ايده‌آلي براي بسياري از كاربردهاي ميكروالكترونيك مي‌باشند.

1-3) برخورداري از خاصيت منحصر به فرد ترابري پرتابه‌اي

1-4) قدرت رسانايي گرمايي خيلي بالا

1-5) سطح جداره صاف يا قدرت تفكيك بالا
سطح جداره صاف نانولوله‌ها باعث مي‌شود كه ميزان عبور گاز از درون آن ها به مراتب بيشتر از غشاهاي ميكروحفره‌اي معمولي كه در جداسازي گازها مورد استفاده قرار مي‌گيرند باشد. لذا مي‌توان گازهايي مانند هيدروژن و دي‌اكسيد كربن را با هدايت در نانولوله از هم جدا كرد. اين كه آيا نانولوله‌ها واقعاً مي‌توانند در خارج از آزمايشگاه نيز گازها را به طور انتخابي از خود عبور دهند يا نه باعث شده كه اميدهاي زيادي به توليد هيدروژن و نيتروژن از هوا باشد.

1-6) بروز خواص الكتريكي و مكانيكي منحصر به فرد در طول آن ها

1-7) مدول يانگ بالا

1-8) حساس به تغييرات كوچك نيروهاي اعمال شده
اعمال فشار بر يك نانولوله مي‌تواند ويژگي‌هاي الكتريكي آن را تغيير دهد كه بسته به نوع كشش يك نانولوله مي‌توان رسانايي آن را افزايش يا كاهش داد. اين امر به دليل تغيير ساختار كوانتومي الكترون‌ها صورت مي‌گيرد. لذا اين امكان به فيزيكدان ها داده مي‌شود كه ترانسفورماتور يا دستگاه‌هاي انتقال دهنده بر پايه نانولوله‌ها بسازند كه حساسيت زيادي به اعمال نيروهاي بسيار كوچك دارند. همچنين توانايي نانولوله‌ها در احساس تغييرات بسيار كوچك فشار و باز تبديل اين فشار به صورت يك علامت الكتريكي مي‌تواند در آينده امكان ساخت سوئيچ‌هاي نانولوله‌اي حساس به تغييرات بسيار كوچك فشار را به محققان بدهد.

1-9) گسيل و جذب نور
نانولوله‌ها مي‌توانند نور مادون قرمز را جذب و دفع كنند. همچنين تزريق همزمان الكترون از يك سر و تزريق حفره از سر ديگر نانولوله‌كربني، موجب مي‌شود كه نوري با طول موج 5/1 ميكرومتر از نانولوله منتشر شود.

1-10) ضريب تحرك الكتريسيته بسيار بالا
نانولوله‌ها در دماي اتاق داراي بالاترين ضريب تحرك الكتريسته نسبت به هر ماده شناخته شده ديگري هستند.

1-11)خاصيت مغناطيسي، ممان مغناطيسي بسيار بزرگ
با قرار دادن يك نانولوله در زير لايه مغناطيسي يا با افزودن الكترون يا حفره به نانولوله مي‌توان خاصيت مغناطيسي در نانولوله ايجاد كرد .اين خاصيت باعث مي‌شود كه بتوان ساخت وسايلي را پيش‌بيني كرد كه در آن ها اتصالات مغناطيسي و الكتريكي از هم جدا شده‌اند. اتصال مغناطيسي را مي‌توان براي قطبي كردن مغناطيسي نانولوله‌ها- دستكاري در اسپين‌ها- به كار برد و از اتصال‌هاي غيرمغناطيسي براي الكترودهاي ولتاژ- جريان استفاده كرد. همچنين ممان مغناطيسي آن ها نيز قابل اندازه‌گيري است (1/0 مگنتون بور در هر اتم كربن).

1-12) چگالي سطحي بسيار بالا
نانولوله‌ها داراي چگالي سطحي بسيار بالايي مي‌باشند كه باعث استحكام بالاي نانولوله مي‌شود. مي‌توان گفت اين خاصيت در اثر ريز بودن قابل توجه آن ها پديدار مي‌شود.

1-13) قابليت ذخيره‌سازي
در نانولوله‌ها هر سه اتم كربن قابليت ذخيره يك يون ليتيم را دارند در حالي كه در گرافيت هر شش اتم كربن توانايي ذخيره يك يون ليتيم را دارند. همچنين توانايي ذخيره انرژي در نانولوله‌ها چند برابر حجم الكترودهاي گرافيتي است. لذا محققان اميدوارند بتوانند هيدروژن زيادي را در نانولوله‌ها براي كاربردهاي انرژي و پيل‌هاي سوختي ذخيره كنند.

1-14) داشتن خاصيت ابررسانايي
نانولوله‌ها در دماي زير k ْ15 ابررسانا شده‌اند. شعاع اين نانولوله‌هاي ابررسانا فقط 4/0 نانومتر است. اين كشف در نانولوله‌هاي كربني نه تنها حيرت دانشمندان را به دنبال داشته بلكه قضايايي را كه حدود 40 سال پيش انتقال فاز را در سيستم‌هاي يك يا دو بعدي ممنوع مي‌دانستند، رد كرده است. همچنين دانشمندان دلايلي را ارائه كرده‌اند كه مي‌توان ابررسانايي دماي اتاق را در نانولوله‌هاي كربني يافت. آن ها بيش از 20 دليل ارائه كرده‌اند كه نانولوله‌هاي كربني از خود خواصي را نشان مي‌دهند كه بيانگر ابررسانايي دماي اتاق در آن هاست.

1-15) توليد ولتاژ
با عبور مايع از ميان كلاف‌هايي از نانولوله‌هاي كربني تك جداره، ولتاژ الكتريكي ايجاد مي‌شود. از اين تكنيك براي ساخت حسگرهاي جريان مايع براي تشخيص مقادير بسيار اندك مايعات و نيز براي ايجاد ولتاژ در كاربردهاي زيست پزشكي استفاده مي‌شود. همچنين نشان داده شده است كه مايعات با قدرت يوني بالا ولتاژ بيشتري توليد مي‌كنند.

1-16) استحكام و مقاومت كششي بالا
ميزان افزايش نيروي گرمايي و مقاومت نانولوله‌ها با ريشه سوم جرم اتم‌ها و مولكول‌ها متناسب است. همچنين حرارت دادن موجب افزايش استحكام نانولوله شده و مقاومت كششي آن را شش برابر مي‌كند و هدايت آن نيز افزايش مي‌يابد. تحقيقات اخير نشان مي دهد كه در اثر برخورد اتم‌ها يا مولكول‌ها با نانولوله‌ كربني مقاومت الكتريكي آن تغيير مي‌كند.

انواع نانولوله هاي‌ کربني

نانولوله‌ها به دو دسته تك جداره (SWNT) و چند جداره (MWNT) تقسيم مي‌شوند،‌ نانو لوله هاي تك جداره نيز بر حسب آرايش اتم‌هاي كربني مقطع لوله به سه دسته مهم دسته صندلي (Armchair) و كايرال( chiral ) كه داراي خاصيت فلزي هستند و زيگزاگ (Zigzag) كه خاصيت نيمه‌رسانايي دارد، تقسيم مي‌شوند.

 

(n,0) Zig-Zag
(n,n)
armchair
chiral
نانولوله‌هاي كربني تك جداره فقط از كربن و يك ساختارساده (ورقه‌اي از شش ضلعي‌هاي منظم) تشكيل شده‌اند. برخي پيش‌بيني‌ها حاكي از آن است كه تك جداره ها مي‌توانند رسانا يا نيمه‌رسانا باشند. اين هدايت الكتريكي بالا بستگي به هندسه دقيق اتم‌هاي كربن دارد. از آغاز كار روي تك جداره ها از آن ها به عنوان يك پديده تك بعدي نام برده مي‌شد تا اين كه اين نظريه مرحله به مرحله پيشرفت كرد. علت علاقه به اين نانولوله‌هاي تك جداره و تلاش براي جايگزين كردن آن ها در صنعت، بر اساس محاسبات نظري و تأثيرات آزمايشگاهي، بر خصوصيات عالي مكانيكي و رسانايي الكتريكي آن ها مانند فلزات مي‌باشد. البته توليد نانو لوله هاي تك جداره داراي هزينه بالايي است و توليد به همراه پايدار كردن خصوصيات آن ها در حين فراوري پليمر- نانولوله مشكل مي‌باشد. هر چند نانولوله‌هايي كه با استفاده از تكنيك لانگهوري- بلاجت كه شامل حركاتي افقي و عمودي شبيه نقاشي سنتي ژاپن مي‌باشد توليد شده‌اند، علاوه بر اين كه ثابت نگه داشته مي‌شوند- توسط ژلاتين و تشكيل نانوژل كربني- از لحاظ نوري نيز يكدست و همگن و از لحاظ ساختاري قابل كنترل مي‌باشند.
بر عكس در دسترس بودن و تجاري بودن نانولوله‌هاي كربني چند جداره باعث شده كه پيشرفت‌هاي بيشتري در اين زمينه داشته باشيم تا حدي كه محصولاتي در آستانه تجاري‌شدن توليد شده است. به عنوان مثال از نانولوله‌هاي كربني چند جداره (جايگزين كربن بلك Carbon-black) در پودرهاي رنگ استفاده شده است.
يكي از معايب نانولوله‌هاي چند جداره نسبت به تك جداره اين است كه استحكام‌دهي آن ها كمتر مي‌باشد زيرا پيوندهاي صفحات داخلي ضعيف مي‌باشند. اما از آنجا كه‌ در حال حاضر كاربردهاي نانولوله‌ها در تقويت پليمرها باعث بهبود خواص گرمايي و الكتريكي مي‌شود تا بهبود خواص مكانيكي، كاربرد نانولوله‌هاي كربني چند جداره بسيار زياد مي‌باشد. ازطرفي تكنيك‌هاي موجود نيز براي توليد نانولوله‌هاي تك جداره به اندازه كافي بازدهي ندارد و خلوص لازم را نيز به همراه نمي آورد. تخليص اين مواد بسيار زحمت‌آور است و در نهايت ممكن است به ساختار نانولوله‌ صدمه نيز بزند.

 

روش‌هاي توليد نانو لوله هاي کربني

بعد از آن كه در سال 1991 ايجيما اولين نانولوله‌ را دركربن دوده‌اي حاصل از تخليه قوس الكتريكي مشاهده كرد، محققان زيادي در جهت بسط و گسترش روش‌هاي رشد برآمده‌اند تا بتوانند مواد خالص‌تر با خواص كنترل شده مورد نظر توليد كنند. اما با آن كه روش‌هاي زيادي براي توليد نانولوله‌هاي كربني ارائه شده است،‌ سنتز آن ها در دماي اتاق تاكنون به صورت مشكلي لاينحل باقي مانده است. دانشمندان تاكنون اين مواد را در محدوده دمايي 200 تا700 درجه سانتيگراد با بازده كمتر از 70 درصد و حتي پس از چندين بار خالص‌سازي با درجهخلوص حداكثر 95 -70 درصد توليد كرده‌اند. در زير چند روش عمده در سنتز نانولوله‌ها مورد بحث اجمالي قرار مي‌گيرد. بدون شك بهينه سازي و كنترل اين روش‌ها مي‌تواند توان بالقوهنانولوله‌ها را پديدار نمايد.

3-1 روش تخليه قوس
در اين روش اتم‌هاي كربن به وسيله عبور جريان بالا از دو قطب آندو كاتد در داخل پلاسماي گاز هليم داغ شده و بخار مي‌شوند.

3-2 روش تابش ليزر
در اين روش پالس‌هاي قوي شده اشعه ليزر به طرف يك هدف كربني كه شامل 5 درصد اتمي نيكل و كبالت است پرتاب مي‌شوند.

3-2 رسوب بخار شيميايي (CVD)
اين روش شامل حرارت دادن مواد كاتاليزوري تا درجه حرارت هاي بالا در يك كوره لوله‌اي شكل و عبور يك گاز هيدروكربني در سراسر لوله براي يك مدت زمان معين مي‌باشد.
دو روش تخليه قوس و تابش ليزر براي زمان طولاني، روش‌هاي تقريباً كاملي براي توليد نانولوله‌هاي تك جداره بودند. اما از آنجايي كه هر دو روش مبتني بر بخار اتم‌هاي كربن درون محفظه كوچك هستند اولاً ميزان توليد نانولوله پايين مي‌باشد، ثانياً نانولوله‌هايي كه به صورت تبخيري تهيه مي‌شوند به صورت در هم پيچيده هستند؛در اين صورت براي خالص و تميز كردن آن ها با مشكل مواجه‌اند. روش رسوب بخار نيز با چالش‌هايي مواجه است چرا كه براي توليد نانولوله‌هاي كربني چند جداره چگالي بالايي از عيوب در ساختارشان به وجود مي‌آيد. اين عيوب به خاطر دماي پايين رشد مي‌باشد كه مقدار انرژي لازم براي بازپخت (آنيل) نانولوله‌ و تكميل ساختارش را فراهم نمي‌كند. همچنين اين روش منجر به مداري شامل هر نوع نانولوله‌هاي هادي و نيمه‌هادي مي‌شود. همچنين رشد نانولوله‌ها دلخواه بوده و قطر آن ها بزرگ است در حالي كه نانولوله‌هاي با قطر كمتر در كليد زني مناسب‌ترند. با اين وجود تمركز محققان بر روي روش رسوب‌دهي بخار است زيرا توليد انبوه در حد كيلوگرم را ميسر مي‌سازد و مي‌توان كنترل قابل قبولي بر مكانيزم رشد داشت.

 

 

كاربردهاي نانولوله‌هاي کربني
وجود يك سري مختصات ويژه نانولوله‌هاي كربني، آن ها را به انتخاب ايده آلي براي بسياري از كاربردها تبديل كرده است.
امروزه در روند تحقيق درباره نانولوله‌ها توجه و تعمق ويژه‌اي بر روي استفاده از آن ها در ساخت ابزارها متمركز شده است. اكثر پژوهشگراني كه در دانشگاه‌ها و آزمايشگاه‌هاي تحققاتي سرتاسر دنيا بر روي نانولوله‌ها كار مي‌كنند با خوش‌بيني پيش‌بيني مي‌كنند كه در آينده‌اي نزديك نانولوله‌ها كاربردهاي صنعتي وسيعي خواهند داشت.
هم‌اكنون امكان ساخت ابزارهاي بسيار جالبي وجود دارد،‌ اما در خصوص موفقيت تجاري‌ آن ها، بايد در آينده قضاوت كرد. تقريباً تمام مقالات به طور ضمني به كاربرد نانولوله‌ها و بهره‌برداري تجاري از آن ها در آينده اشاره دارند. آينده كاربرد نانولوله‌ها در بخش الكترونيك روشن است؛ خواص الكتريكي و پايداري شيميايي بي بديل نانولوله‌ها به طور قاطع ما را به سمت استفاده از اين خواص سوق خواهد‌ داد. بنابراين در ادامه به شرح چند مورد از حوزه‌هاي مهم كاربرد نانولوله‌ها مي پردازيم.

4-1) ترانزيستورها
نانولوله‌ها در آستانه كاربرد در ترانزيستورهاي سريع هستند، اما آن ها هنوز هم در اتصالات داخلي استفاده مي‌شوند. بسياري از طراحان دستگاه‌ها تمايل دارند به پيشرفت‌هايي دست يابند كه آن ها را به افزايش تعداد اتصالات داخلي دستگاه‌ها در فضاي كوچك تر، قادر نمايد. ترانزيستورهاي ساخته شده از نانولوله‌ها داراي آستانه مي‌باشند (يعني سيگنال بايد از يك حداقل توان برخوردار باشد تا ترانزيستور بتواند آن را آشكار كند) كه مي‌توانند سيگنال‌هاي الكتريكي زير آستانه را در شرايط اختلال الكتريكي يا نويزآشكار و رديابي نمايند. همچنين از آنجايي كه ضريب تحرك، شاخص حساسيت يك ترانزيستور براي كشف بار يا شناسايي مولكول مجاور مي‌باشد، لذا ضريب تحرك مشخص مي‌كند كه قطعه تا چه حد مي‌تواند خوب كار كند. ضريب تحرك تعيين مي‌كند كه بارها در يك قطعه چقدر سريع حركت مي‌كنند و اين نيز سرعت‌ نهايي يك ترانزيستور را تعيين مي‌نمايد.
لذا اهميت استفاده از نانولوله‌ها و توليد ترانزيستورهاي نانولوله‌اي با داشتن ضريب تحرك برابر با 100 هزار سانتيمتر مربع بر ولت ثانيه در مقابل سيليكون با ضريب تحرك 1500 سانتيمتر مربع بر ولت ثانيه و اينديم آنتيمونيد (بالاترين ركورد بدست آمده تا به امروز) با ضريب تحرك 77 هزار سانتيمتر مربع بر ولت ثانيه بيش از پيش مشخص مي‌شود.

4-2) حسگرها
حسگرها ابزارهايي هستند كه تحت شرايط خاص، از خود واكنش‌هاي پيش‌بيني شده و مورد انتظار نشان مي‌دهند. شايد دماسنج را بتوان جزء اولين حسگرهاي كه بشر ساخت به حساب آورد. با توجه به وجود آمدن وسايل الكترونيكي و تحولات عظيمي كه در چند دهه اخير و در خلال قرن بيستم به وقوع پيوسته است، امروزه نياز به ساخت حسگرهاي دقيق‌تر، كوچك تر و با قابليت‌هاي بيشتر احساس مي‌شود.
حسگرهايي كه امروزه مورد استفاده قرار مي‌گيرند،‌ داراي حساسيت بالايي هستند به طوري كه به مقادير ناچيزي از هر گاز، گرما يا تشعشع حساسند. بالا بردن درجه حساسيت،‌ بهره و دقت اين حسگرها نياز به كشف مواد و ابزارهاي جديد دارد. با آغاز عصر نانوفناوري، حسگرها نيز تغييرات شگرفي خواهند داشت. يكي از نامزدهاي ساخت حسگرها، نانولوله‌ها خواهند بود. با نانولوله‌ها مي‌توان،‌ هم حسگر شيميايي و هم حسگر مكانيكي ساخت. به خاطر كوچك و نانومتر بودن ابعاد اين حسگرها، دقت و واكنش آن ها بسيار زياد خواهد بود، به گونه‌اي كه حتي به چند اتم از يك گاز نيز واكنش نشان خواهند داد.
تحقيقات نشان مي‌دهد كه نانولوله‌ها به نوع گازي كه جذب آن ها مي‌شود حساس مي باشند؛ همچنين ميدان الكتريكي خارجي،‌ قدرت تغيير دادن ساختارهاي گروهي از نانولوله‌ها را دارد؛ و نيزمعلوم شده است كه نانولوله‌هاي كربني به تغيير شكل مكانيكي از قبيل كشش حساس هستند. گاف انرژي نانولوله‌هاي كربني به طور چشمگيري در پاسخ به اين تغيير شكل‌ها مي‌تواند تغيير كند. همچنين مي‌توان با استفاده از مواد واسط، مانند پليمرها، در فاصله ميان نانولوله‌هاي كربني و سيستم، نانولوله‌هاي كربني را براي ساخت زيست حسگرها نيز توسعه داد. تحقيق در زمينه كاربرد نانولوله‌ها در حسگرها در حال توسعه و پيشرفت است و مطمئناً در آينده‌اي نه چندان دور شاهد بكارگيري آن ها در انواع مختلف حسگرها (مكانيكي، شيميايي، تشعشي، حرارتي و ..) خواهيم بود.

 

4-3) نمايشگرهاي گسيل ميداني
بسياري از متخصصان بر اين باورند كه فناوري نمايشگرهاي با صفحه تخت امروزي از نظر هزينه، كيفيت و اندازه صفحه نمايش، براي مصارف خانگي مناسب نيستند. آن ها معتقدند كه با استفاده از نمايشگرهايي كه از نانولوله‌هاي كربني به عنوان منبع انتشار استفاده مي‌كنند، مي توانند اين مشكلات را بر طرف ‌كنند .
نانولوله‌هاي كربني مي‌توانند عنوان بهترين گسيل كننده ميداني را به خود اختصاص داده و ابزارهاي الكتروني با راندمان وكارايي بالاتري توليد كنند. خصوصيات منحصر به فرد اين نانولوله‌ها، توليدكنندگان را قادر به توليد نوعي جديد از صفحه نمايش‌هاي تخت خواهد ساخت كه ضخامت آن ها به اندازه چند اينچ بوده و نسبت به فناوري‌هاي فعلي از قيمت مناسب‌تري برخوردار باشد. به علاوه كيفيت تصوير آن ها هم به مراتب بهتر خواهد بود.
در پديده گسيل ميداني، الكترونها با استفاده از ولتاژ اندك از فيلم‌هاي ضخيم داراي نانولوله به سمت صفحه نمايش پرتاب شده و باعث روشن شدن آن مي‌شوند. هر نقطه از اين فيلم، يك پرتاب كننده الكترون (تفنگ الكتروني) كوچك است كه تصوير را روي صفحه نمايش ايجاد مي‌كند. ولتاژ لازم براي نمايشگر گسيل ميداني از طريق صفحه نمايش صاف متكي بر نانولوله‌ نسبت به آنچه به صورت سنتي در روش اشعه كاتدي استفاده مي‌شد، كمتر مي‌باشد و اين نانولوله‌ها با ولتاژ كمتر، نور بيشتري توليد مي‌كنند.

4-4) حافظه‌هاي نانولوله‌اي
به دليل كوچكي بسيار زياد نانولوله‌هاي كربني ‌(كه در حد مولكولي است)، اگر هر نانولوله‌ بتواند تنها يك بيت اطلاعات در خود جاي دهد، حافظه‌هايي كه از اين نانولوله‌ها ساخته مي‌شوند مي‌توانند مقادير بسيار زيادي اطلاعات را در خود ذخيره نمايند. با در نظر داشتن اين مطلب، بسياري از محققان در حال كار بر روي ساخت حافظه‌هاي نانولوله‌اي مي‌باشند؛ بنابراين رؤياي ساخت رايانه‌هاي با سرعت بالا عملي خواهد شد.

 

۴-5) استحكام‌دهي كامپوزيت‌ها

توزيع يكنواخت نانولوله‌ها در زمينه كامپوزيت و بهبود چسبندگي نانولوله‌ با زمينه در فرآوري اين نانوكامپوزيت‌ها از موضوعات بسيار مهم است.
شيوه توزيع نانولوله‌ها در زمينه پليمري از پارامترهاي مهم در استحكام‌دهي به كامپوزيت مي‌باشد. آنچه از تحقيقات بر مي‌آيد اين است كه استفاده از خواص عالي نانولوله‌ها در نانوكامپوزيت‌ها وابسته به استحكام پيوند فصل مشترك نانولوله و زمينه مي‌باشد. نكته ديگر آنكه خواص غير همسانگردي نانولوله‌ها باعث مي‌شود كه در كسر حجمي كمي از نانولوله‌ها رفتار جالبي در اين نانوكامپوزيت‌ها پيدا شود.
از كاربردهاي ديگر نانو لوله ها مي توان به امكان ذخيره هيدروژن در پيل‌هاي سوختي، افزايش ظرفيت باتري‌ها و پيل‌هاي سوختي، افزايش راندمان پيل‌هاي خورشيدي، جليقه‌هاي ضدگلوله سبك و مستحكم، كابل‌هاي ابررسانا يا رساناي سبك، رنگ‌هاي رسانا،‌ روكش‌‌هاي كامپوزيتي ضد رادار، حصار حفاظتي الكترومغناطيسي در تجهيزات الكترونيكي، پليمرهاي رسانا، فيبرهاي بسيار مقاوم، پارچه هاي با قابليت ذخيره انرژي الكتريكي جهت راه اندازي ادوات الكتريكي، ماهيچه‌هاي مصنوعي با قدرت توليد نيروي 100 مرتبه بيشتر از ماهيچه‌هاي طبيعي، صنايع نساجي، افزايش كارايي سراميك‌ها، مواد پلاستيكي مستحكم، تشخيص گلوكز، محلولي براي اتصال دروني تراشه‌هاي بسيار سريع، مدارهاي منطقي و پردازنده‌هاي فوق سريع، كمك به درمان آسيب‌ديدگي مغز، دارورساني به سلول‌هاي آسيب ديده، از بين بردن تومورهاي سرطاني، تجزيه هيدروژن، ژن‌درماني، تصويربرداري، SPM، FEM، محافظ EMT، حسگرهاي شيميايي ، SET و LED، پيل‌هاي خورشيدي و نهايتاً LSI اشاره كرد. البته در چند مورد اخير بيشتر از نوع تك جداره آن استفاده مي‌شود.
لذا اين فناوري با اين گستره كاربردها مي‌تواند در آينده‌اي نه چندان دور بازار بزرگي را به خود اختصاص داده و زندگي بشر را تحت تأثير خود قرار دهد.
در پايان در پاسخ به اين سؤال كه چرا دانشمندان به فناوري نانو روي آورده ومي‌خواهند بر تمام مشكلات جابه‌جايي اتم فائق آيند مي‌توان گفت که تغييرات در مقياس نانومتري بر خواص موج گونه الكترون‌هاي درون مواد اثر مي‌گذارد لذا با جابه جا كردن اتم‌ها در اين مقياس مي‌توان خواص اصلي مواد (به عنوان مثال دماي ذوب، اثرات مغناطيسي، ظرفيت بار) را بدون تغيير كلي تركيب شيميايي مواد دگرگون ساخت.

فناوري نانو چيست؟

فناوري‌نانو واژه‌اي است كلي كه به تمام فناوري‌هاي پيشرفته در عرصه كار با مقياس نانو اطلاق مي‌شود. معمولاً منظور از مقياس نانوابعادي در حدود 1nm تا 100nm مي‌باشد. (1 نانومتر يک ميليارديم متر است).
اولين جرقه فناوري نانو (البته در آن زمان هنوز به اين نام شناخته نشده بود) در سال 1959 زده شد. در اين سال ريچارد فاينمن طي يك سخنراني با عنوان «فضاي زيادي در سطوح پايين وجود دارد» ايده فناوري نانو را مطرح ساخت. وي اين نظريه را ارائه داد كه در آينده‌اي نزديك مي‌توانيم مولكول‌ها و اتم‌ها را به صورت مسقيم دستكاري كنيم.
واژه فناوري نانو اولين بار توسط نوريوتاينگوچي استاد دانشگاه علوم توكيو در سال 1974 بر زبانها جاري شد. او اين واژه را براي توصيف ساخت مواد (وسايل) دقيقي كه تلورانس ابعادي آنها در حد نانومتر مي‌باشد، به كار برد. در سال 1986 اين واژه توسط كي اريك دركسلر در کتابي تحت عنوان : «موتور آفرينش: آغاز دوران فناوري‌نانو»بازآفريني و تعريف مجدد شد. وي اين واژه را به شكل عميق‌تري در رساله دكتراي خود مورد بررسي قرار داده و بعدها آنرا در کتابي تحت عنوان «نانوسيستم‌ها ماشين‌هاي مولكولي چگونگي ساخت و محاسبات آنها» توسعه داد.

تاريخچه اي از MRI

سقراط برای نخستین بار در 3000 سال پیش از میلاد مسیح مفهوم اتم به معنی « برش نیافته » را به کار برد.


یونانی ها اولین کسانی بودند که از جذب یا دفع اجسام به وسیله نیروهایی نامرئی که ما امروزه آنها را الکتریسیته ساکن می نامیم به شگفت می آمدند. آنها ابتدا متوجه شدند که اگر یک تکه کهربا به پوست خزه مالیده شود می تواند ذرات یا اشیاء بخصوصی را جذب نماید. واژه کهربا ( Amber ) نیز ترجمه الکترون می باشد.
در شهر ماگنزیا در آسیای صغیر ( ترکیه )،‌ نیز مردم متوجه شدند که اگر برخی از سنگها بر روی محور خود قرار بگیرند بالافاصله به حالت اولیه خود تغییر جهت می دهند. آنها از این ساختمانهای مغناطیسی که امروزه به نام لوداستون (Lodestones) معروف است در امر دریانوردی، مراسم مذهبی و اهداف جادویی استفاده می کردند. واژه مغناطیس نیز از نام همین شهر ماگنزیا گرفته شده است.
اصول ریاضی MRA که امروزه برای ترجمه سیگنالهای MR به موقعیتهای فضایی ( location spatial ) بکار می رود اولین بار توسط فوریه در 200 سال قبل مطرح گردید. فوریه که فرد بسیار باهوشی بود زمانی این روند ریاضی بسیار پیچیده را معرفی کرد که در خدمت امپراطوری ناپلئون بود. نیاکان ما در قبل از میلاد مسیح اولین افرادی بودند که ارتباط بین الکتریسیته ( جریان الکترونیکی ) و مغناطیس را به صورت تئوری بیان نمودند. البته این ارتباط تا 2000 سال بعد به صورت نهفته باقی ماند تا اینکه در سال 1819، هانس کریستین اورستد به طور تصادفی متوجه شد که عقربه قطب نما در کنار یک بارالکتریکی منحرف می شود و نتیجه گرفت که الکتریسیته می تواند میدان مغناطیسی به وجود آورد.
دوازده سال بعد مایکل فاراده ثابت نمود که عکس این قضیه هم صادق است،‌ یعنی مغناطیس هم می تواند الکتریسیته الکتریسیته را به وجود آورد. این مسئله باعث تبیین قانون القای مغناطیسی فاراده شد. این قانون نه تنها اساس سیگنالهای MR را تشکیل می دهد بلکه به عنوان پیش زمینه ای برای رشته نوین الکترومغناطیس نیز طرح گشت.
فاراده متوجه شد که اگر میدان مغناطیسی را از میان یک سیم پیچ الکتریکی و با زاویه 90 درجه عبوردهیم می توان ولتاژ و شدت جریانی را در سیم پیچ القاء کرد . او همچنین اظهار داشت که در صورتی می توان القای مغناطیسی را به طور پیوسته ایجاد کرد که میدان مغناطیسی ( یا شدت جریان ) قطع و وصل شده یا به صورت پالسی درآید. به همین دلیل بسیاری از افراد، مایکل فاراده را به عنوان پدر علم الکتریسیته می شناسند.
در دهه 1860 جیمز کلرک ماکسول (Jamesclark Maxwel ) اسکاتلندی متوجه این نکته شد که خطوط نیروهای مغناطیسی را می توان به صورت ریاضی بیان نمود. برخی از معادلات ماکسول ثابت می کند که میدانهای مغناطیسی و الکتریکی با یکدیگر زاویه 90 درجه می سازند. او همچنین نشان داد که میدان مغناطیسی القا شده به صورت فنری (Spiral) و عمود در خلاف جهت جریان الکترونی که آنرا می سازد حرکت می کند و سرعت آن در خلا نیز برابر سعرت نور یعنی m/s 8 10 * 3 می باشد.
ماکسول همچنین سرعت و جهت امواج الکترومغناطیس را محاسبه و علاوه بر امواج ماوراء بنفش و مادون قرمز وجود سایر امواج را نیز پیشگویی کرد. هشت سال بعد هانریش هرتز ( Hanrish Hertz) آلمانی به وجود امواج نامرئی الکترومغناطیسی پی برد و اذعان نمود که تمام امواج مذکور را می توان بر اساس مقدار فرکانسشان مشخص نمود. از آن پس، طیف امواج الکترومغناطیس و طبقه بندی انرژی امواج بر اساس خصوصیتشان مورد توجه قرار گرفت.
تمام این حوادث وضعیت را برای آقای ویلهم کنراد رونتگن ( Wilhelmkonrad Rontgen ) فراهم آورده بودند تا او اشعه ایکس را کشف کند. این اشعه جزو امواج الکترومغناطیس و با فرکانس بالا می باشد. بعد از او در سال 1986 نیز فردریک ژولیه ( Fredric Joliot ) و ماری کوری (Mari Curic) اشعه گاما را کشف کردند. با کشف آنها این مسئله روشن شد که انرژی امواج با فرکانس بالا را می توان تشخیص و اندازه گیری نمود. همچنین آسیبهای بیولوژیکی این تشعشعات نیز به اثبات رسید.
با شروع قرن بیستم، عصر اتم نیز آغاز شد. فیزیکدانها و دانشمندان زیادی، قسمتی از روشهای NMR و MRI را پی ریزی کردند که از مهمترین آنها می توان به شخصیتهای زیر اشاره نمود:
1905 آلبرت انیشتین : اصل بقای انرژی E=mc2 که مبین یکسان بودن جرم و انرژی است.
1911 ارنست راترفورد: هسته اتم را مشخص نمود.
1911 جی.جی تامپسون : وجود الکترون را اثبات نمود.
1913 نیلز بور : خواص و شکلهای هندسی الکترون را تعریف کرد و پنجره ای را بر روی فیزیک کوانتوم گشود. او اتم را به منظومه شمسی تشبیه نمود.
اتواسترن: روشی را برای اندازه گیری دو قطبی های مغناطیسی ابداع کرد.
ولفانگ پاولی: اصطلاح تشدید مغناطیسی هسته ای را متداول نمود.
ایرودور اسحاق رابی: اولین آزمایش تشدید مغناطیسی هسته ای را انجام داد.

جنگ جهانی دوم
آلبرت انیشتین که در آن زمان فیزیکدان مشهوری نبود، معادل بودن انرژی و ماده را مطرح و ثابت می کند که این دو، تظاهرات مختلفی از یک چیز می باشند. » تئوری نسبیت » مشهور او یکسان بودن جرم و انرژی را معرفی نمود. البته تئوری نسبیت انشتین برای سالها مسکوت باقی ماند. زیرا اولاً دستگاه ها و وسایل مجهزی برای اثبات آن وجود نداشت و ثانیاً دیدگاه های تئوریک و علوم آن زمان برای اثبات یا نفی آن کافی نبود. یکی از دستاوردهای فرمول انشتین ( E=mc2) که باعث شد تا عصر انرژی تمام ابعاد تأسف باری به خود بگیرد. هنگامی بود که انشتین در سال 1932 نامه ای را به رئیس جمهور وقت « رزولت» نوشت و او را از قدرت خارق العاده اتم آگاه کرد. به این ترتیب روزولت نیز متقاعد می شود که مقدار اورانیومی به اندازه یک توپ گلف می تواند مقدار انرژی معادل چند میلیون پوند ذغال سنگ داشته باشد و به همین دلیل، کمیته پروژه منهاتن (Manhatan) را برای انجام تحقیقاتی جهت ساخت بمب اتم پایه گذاری می کند. پنج سال بعد یعنی در ششم آگوست 1945 بمب اتم که حاصل آن تحقیقات بود بر روی شهر هیروشیمای ژاپن فرود آمد.
پس از جنگ جهانی دوم
برخی از پیشرفتهای تکنولوژی که در جنگ جهانی دوم اتفاق افتاد به عنوان پیش زمینه هایی برای تصویربرداری از انسان مورد استفاده قرار گرفت. به عنوان مثال از امواج صوتی که برای پیدا کردن زیر دریایی های غرق شده استفاده می شد در سونوگرافی و از انرژی اتمی در تصویربرداری پزشکی هسته ای استفاده گردید.
در سال 1946 دو فیزیکدان آمریکایی به نام فلیکس بلوچ (Flexi Bloch) و ادوارد پارسل (Adward Purcell) که به طور جداگانه بر روی اتمها کار می کردند متوجه شدند که اگر لوله آزمایشی را که محتوی ماده ای خالص می باشد با امواج مغناطیسی انرژی دار کرده و مورد بمباران امواج RF قرار دهند، اتمها تهییج شده و سپس با طیفی که متناسب با اتمها مورد آزمایش است شروع به پاسخ دادن می کنند.
آنها این سیگنالها را آشکار کرده و بر اساس مقدار فرکانسشان که به صورت تصاویر اسپکتروسکپی ثبت نمودند به این ترتیب بنیان تشدید مغناطیسی هسته ای که مقدمه ای بر MRI بود گذاشته شد.
این کشف در ابتدا کاربردهای صنعتی داشت. امروزه می توان فرکانس اجزای مولکولی یک ماده ساده را مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. ( سرانجام بلوچ و پارسل موفق به اخذ جایزه نوبل سال 1952 شدند).
در مدت 25 سال پس از این کشف ، بیش از هزار دستگاه NMR ساخته و هزاران متخصص اسپکتروسکپی روانه عرصه بین المللی شدند و بدین ترتیب اسپکتروسکپی پیشرفت کرد. محققین ، انواع و اقسام آزمایشها و تجزیه و تحلیلهای NMR را به صورت In vitro انجام دادند. اما بکارگیری آن برای تصویربرداری از بدن انسان از لحاظ آنها نه تنها غیر ممکن بلکه امری بسیار احمقانه بود.

دکتر ریموند دامادین (Raymond Damadian)
در سال 1970 پزشک و فیزیک دان آمریکایی به نام دکتر ریموند نامادین که فردی بسیار فهیم و آینده نگر بود تصمیم گرفت اسکنری را برای تصویربرداری از بدن انسان بسازد. و همین مسئله ، نقطه عطفی را در دنیای تصویربرداری به وجود آورد. او در آزمایشهای خود،‌ سلولهای بدخیم را از طریق جراحی وارد بدن موشها نمود و سپس آنها را مورد آزمون NMR قرار داد. دامادین متوجه شد که بافت توموری موشها به تحریک مغناطیسی پاسخ می دهد و اگر موشها را با یک پالس تشدید کننده بمباران کند هنگامی که گشتاور دو قطبی های مغناطیسی به حالت تعادل و آرامش می رسند هر یک از بافتهای سالم و توموری یک نوع سیگنال خاص خود را منتشر می کنند.
این سیگنالها بر حسب اینکه مربوط به بافتهای سالم یا ناسالم باشند می توانند کنتراست خاصی را بر روی تصویر ایجاد کنند. همین مسئله باعث شد تا فکر ساخت دستگاه تصویربرداری به مغز وی خطور کند. البته سالها قبل از دامادین،‌ فلیکس بلوچ، اصطلاحات T1، 2 T را برای نشان دادن مقدار زمانهای استراحت بکار برده بود.
دکتر دامادین در اوایل دهه 1970 متوجه شد که ساختمان آب در تصویربرداری MRI عنصری بسیار حیاتی است. زیرا هر مولکول آب در واقع یک دو قطبی بسیار قوی است ( قطب شمال و جنوب ) علت آن است که الکترونهای مدار هیدروژن زمان بیشتری را در مدارهای اطراف اتم اکسیژن می گذارنند این وضعیت باعث ایجاد یک منبع قوی برای تولید سیگنالهای MR می شود. دامادین ثابت کرد سیگنالهای فوق را می توان به صورت تصویری مخصوص، آشکار کرد و ثبت نمود.
دامادین به ارزش تشخیصی این اشعه مغناطیسی القا شده پی برد. او و همکارانش جهت تصویربرداری کل بدن انسان ( Whole body ) مدت 7 سال را برای طراحی و ساخت اولین اسکنر MRI صرف کردند. پس از فراز و نشیبهای فراوان بالاخره درروز سوم ژولای 1977 اولین تصویر دانسیته پروتون (Poroton density) از بدن انسان تهیه شد.
تصویربرداری فوق که به صورت اگزیال بود به مدت 4 ساعت و 45 دقیقه طول کشید. در این آزمون بیمار بایستی در هنگام تصویربرداری از لحاظ فیزیکی 106 مرتبه بر روی یک تخت حرکت داده می شد تا تهییج فضایی (Spatital excitation ) صورت می گرفت. طبقه گفته خود دکتر دامادین، چیزی که او را در این مدت 7 سال یاری می داد تنها قدرت و ایمان مذهبی درونیش بود.
دکتر دامادین نام اولین اسکنر خود را سرکش ( Indomitable ) گذاشت که در واقع نشان دهنده عزم، بی باکی و خستگی ناپذیری او در ساخت دستگاه مذکور بود. این دستگاه اکنون در مرکز تکنولوژی اسمیتسون واشنگتن (Smithson institute of technology ) قرار دارد.
دکتر پل لاتربور ( PAUL LAUTERBUR.Ph.D )
دکتر لاتربود در حیطه اسپکتروسکپی با لوله های آزمایش دارای موفقیتهای چشمگیری بود. اما نمی توانست مسئله ضروری بودن خلوص ماده را برای بدست آوردن تجزیه اسپکتروسکپی نادیده بگیرد. او می دانست که با استفاده از اصول NMR می توان یک سری راهکارهای عملی جهت تهییج قسمتهایی از نمونه مورد آزمایش ارائه داد، سرانجام او به این نتینجه رسید که اگر بتوان میدان مغناطیسی گرادیان دار ضعیف و کنترل شده ای را بر روی میدان مغناطیسی استاتیک (Static) قویتری همپوشان کرد، آنگاه می توان برشی از نمونه با همان مقدار فرکانس را مجزا نمود، سیگنالهای آنرا آشکار کرد و نهایتاً به صورت یک تصویر درآورد. برای اثبات این اندیشه، او به مدت چند هفته تحقیقات و آزمایشهای طاقت فرسایی را انجام داد و بالاخره متقاعد شد که :
1- بااستفاده از سیگنالهای NMR می توان برش مغناطیسی را به وجود آورد.
2- مقدار این سیگنالها جهت بکارگیری اصول انتقال فوریه (FT) برای تشکیل تصویر کافی است.
3- برای بهبود کیفیت تصاویر، باید میدان مغناطیسی به اندازه کافی یکنواخت باشد.
در سال 1972 دکتر لاتر بور به منظور تصویربرداری از قسمتهای دلخواه حیوانات و گیاهان مختلف، گرادیانهای Gx و Gy و Gz را طراحی و از آنها استفاده نمود و بدین ترتیب قسمتی از وظیفه دشوار امتزاج و تکمیل سه تئوری فوق الذکر را به انجام رساند.
در سال 1988 رونالد ریگان ( Ronald Reagan ) رئیس جمهور وقت آمریکا، نشان ملی تکنولوژی (National Medical of Technology ) را به دکتر دامادین و دکتر لاتربور، تقدیم کرد. این جایزه که ارزنده ترین جایزه ملی امریکا محسوب می شود به دلیل سهم قابل توجه آنها در ارتقای تکنولوژی و گسترش رفاه ملی تقدیم ایشان گردید.
دانشمندان و فیزیکدانهای سراسر جهان نیز تحقیقاتی را به طور مداوم انجام می دهند و دانش پیشینیان خود را بهبود می بخشند. دنیای MRI مرهون افراد بیشماری است که از برجسته ترین آنها می توان به افراد زیر اشاره کرد.
دهه 1950 : دکتر اروین هان (Ervin Hahn): به خاطر کشف پالس سکانس اسپیناکوی هان کشف او چنان دگرگون کننده بود که نمی توان آن را با سایر کشفیات مقایسه نمود. او هم اکنون در دانشگاه برکلی (Brekeley) است.
دهه 1960: دکتر ارنست (R.R.Ernst) : او با ابداع محور مختصاف فاز (Phase) و فرکانس (Frequency) بر روی شبکه ماتریکس MR، حساسیت آشکارسازی سیگنالهای MRI را افزایش داده و همینطور از تبدیل فوریه در روند تصویربرداری فضایی (Spatital imaging process) استفاده نمود. علاوه بر آن، حساسیت و تعادل بین زاویه چرخش (Flip angle) را افزایش داد. قابل ذکر است که زاویه چرخش، اساس تصویربرداری سریع را تشکیل می دهد. دکتر ارنست هم اکنون در شهر زوریخ سوئیس زندگی می کند.
دهه 1980: سرپیتر هانسفیلد (Sir peter Mansfield ): هانسفیلد اهل ناتینگهام انگلستان بوده و به دلیل کشف تصویربرداری گرادیان اکو در مقابل تصویربرداری مولتی اکو مشهور است. تصویربرداری گرادیان اکو مقدمه ای ضروری برای تصویربرداری MRI به طریق Real time می باشد. سرپیتر هانسفیلد به دلیل سهم زیادی که در تصویربرداری MRI داشت از طرف ملکه الیزابت دوم مفتخر به دریافت لف شوالیه (Knighte) شد.

وضوح
بلافاصله بعد از ابداع سیستم MRI دستگاه های مذکور با سرعتی بی سابقه طراحی و ساخته شدند و بدین ترتیب دامادین و لاتربور توانستند افراد بیشتریرا نسبت به این سیستم خوشبین نمایند. امروزه بیش از دو هزار دستگاه MRI در ایالات متحده امریکا و تقریباً‌ همین مقدار در دیگر کشورها وجود دارد. در ابتدا دستگاه های MRI تنها در ایالات متحده ساخته می شدند اما طولی نکشید که این صنعت به سایر نقاط جهان نیز کشیده شد.
هر یک از صادر کنندگان دستگاه های MRI نیز می خواستند که در بازار رقابت،‌ موفقیت بهتری را بدست آورند و بدین ترتیب بازار رقابت بین المللی MRI گرم شد و در نتیجه ان اصطلاحات جدید و واژه های گیج کننده به حوزه تکنیکی آن وارد شد. اپراتورها نیز در ابتدا با مشکلات زیادی توانستند زبان MRI را تثبت کنند.
در نهایت، با افزایش تولید دستگاه های MRI و پراکندگی زیاد آن در سراسر کشور ایالات متحده، شکاف بین بخش صنعت و مرکز تصویربرداری MRI زیاد شد. سازندگان دستگاه های MRI برنامه های آموزشی پر سرو صدایی را به مدت یک تا دو هفته برای کارکنان ثابت MRI ترتیب دادند اما برخی از آنها هیچگونه آشنایی بامشاغل بهداشتی نداشتند. مشکلاتی که در رابطه با پروتکل ها و مسائل حفاظتی پیش می آمد معمولاً‌ از طریق تلفن به نزدیک ترین اداره مرکزی کارخانه سازنده اطلاع می دادند و پاسخ می گرفتند. حتی با تجربه ترین اپراتورها نیز نمی توانستند که در هنگام مواجه با بیماران مبتلا به هیجانهای کلاستروفوبیا ( تونل ترسی ) چگونه از کامپیوتر استفاده کنند و یا در چه مواردی باید کنتراست تصویر را برای مشاهده ضایعه ای خاص افزایش دهند.
امروزه قدرت مغناطیسی دستگاه های MRI را در سه سطح ضعیف، متوسط و قوی می سازند که هرکدام دارای مزایا و نقص های خاص خود می باشند اما با ابداع مواد حاجب تزریقی، دستگاه های MRI فوق هادی ( Super conducting ) با قدرت مغناطیسی بالا به عنوان مطلوب ترین روش تصویربرداری برای مشاهده ضایعات عصبی مطرح شدند. این مواد حاجب به منظور افزایش کنتراست تصاویر ساخته شده و در سال 1988 مورد تایید FDA قرار گرفتند.
پیشرفتهایی که در زمینه های الکترونیک و نرم افزارهای کامپیوتری MRA اتفاق افتاده باعث شد تا موارد کاربرد تصویربرداری نیز افزایش پیدا کند. به عنوان مثال امکان تصویربرداری از عروقی که به نام آنژیوگرافی تشدید مغناطیسی یا MRA معروف است فراهم شد. البته با وجود اینکه MRA هنوز در مراحل ابتدایی خود می باشد اما موضوعی است که علاقه و نظر بسیاری از افراد را به خود جلب کرده و در برخی موارد به عنوان راه حل نهایی انتخاب می شود. به طور کلی امروزه سیستم های تصویربرداری به طرف تصویربرداری غیرتهاجمی از شبکه عروقی بدن پیش می روند. این نوع تصویربرداری ها قادرند که آناتومی عروق مغزی را نشان دهند و همینطور میزان جریان خون آنها نیز محاسبه می نمایند. در حال حاضر چند نوع تصویربرداری MRA وجود دارد که از مهمترین آنها می توان به دو تکنیک (TOF) Time of Fight و Phase contrast اشاره نمود. با بکارگیری صحیح گرادیان اکو (gradient echoes ) ،‌ پیش اشباع (Presaturation ) اسکن سریع (fast scan)، پالس spoliter reminder و پالس آماده کننده (Preparatory Pulses) می توان کیفیت تصاویر را افزایش داد.

 

استفاده از نانو ذرات روكش شده جهت ورود دارو به درون سلول

 يك مطالعه كه توسط محققان MIT صورت گرفته است و مي‌تواند بر هدايت و انتقال داروها تاثير بگذارد، اولين نانو‌ذرات مصنوعي ساخته شده‌اند كه قادرند بدون ايجاد منفذ در غشاء محافظ سلولي و كشتن آنها به درون سلول‌ها وارد شوند.

كليد انجام اين كار در روكش نانوذرات است. آنها دريافتند كه نانو ذرات طلاي روكش شده با دو نوع مختلف از ملكول‌ها قادرند بدون آسيب رساندن به سلول‌ها وارد آنها شوند در حالي كه ذرات روكش شده بصورت تصادفي با همان مواد قادر به ورود نبودند.

به‌گفته يكي از محققان، آنها توانسته‌اند اولين ماده كاملاً مصنوعي كه قادر است از غشاء سلول‌ها بدون آسيب رساندن به آنها عبور كند را بسازند و جهت اين منظور نظم در سطح اندازه‌هاي نانو ضروري است. علاوه بر كاربرد اين نانو ذرات در دارورساني، محققان MIT از اين ذرات براي انتقال عوامل تصويربرداري به درون سلول‌ها نيز استفاده كردند.

اين ذرات كوچك قادر به توضيح نحوه ورود برخي مواد زيستي هم‌چون پپتيدها به درون سلول‌ها هستند. تاكنون هيچ كس در خصوص نحوه ورود اين مواد زيستي نفوذ كننده به سلول‌ها اطلاعاتي بدست نياورده است اما با استفاده از اين نانو ذرات، اطلاعات بيشتري در خصوص عوامل همتاي زيستي آن ها بدست خواهد آمد.

در حالت عادي هنگامي كه غشاء سلول يك جسم خارجي مانند نانو ذرات را شناسايي مي‌كند آن را احاطه كرده و به‌داخل سلول مي كشد و در اين حالت جسم به‌صورت حبابي در درون سلول تشكيل مي شود هر دارو يا عوامل ديگري كه به نانوذرات متصل مي شود هيچگاه به مايع اصلي درون سلول كه محل اثر آن است، نمي رسد.

اين نانوذرات را با حمايت برخي ملكول‌ها زيستي مي توان وارد سلول ها كرد اما اين كار نيز مشكلاتي دارد. برخي ملكول‌هاي حامي در انواع از سلول‌ها عمل مي كنند و در برخي ديگر خير از طرفي اين حامي ها برخي ملكول‌ها را منتقل مي‌كنند و برخي ديگر را منتقل نمي سازند.

از اين رو مطالعه محققان MIT جهت ساخت نانوذراتي كه مستقيماً مي توانند از غشاء سلول‌ها عبور كنند و حامل‌هاي خود را به درون سلول بدون كشتن آنها منتقل سازند حائز اهميت ويژه اي است.

نتايج اين مطالعه در مجله Nature Materials منتشر شده است.

استفاده از نانو ذرات براي هدفگيري تومورها

همچنان كه خواص تعداد زيادي از نانوذرات در بهبود دارورساني تركيبات ضد سرطان و تصوير برداري به تومورها در حال آشكار شدن است محققان نگاه خود را به سمت درك نحوه تاثير خواص شيميايي و فيزيكي نانو ذرات بر هدفگيري تومورها معطوف ساخته اند.
اين اطلاعات امكان انتخاب صحيح تر نانو ذرات جهت يك كاربرد درماني يا تصوير برداري خاص را فراهم خواهند ساخت. در مطالعه‌اي كه توسط تيم تحقيقاتي مركز عالي فناوري‌نانو در سرطان به سرپرستي اميد فرخزاد كه مشترك بين دانشگاههاي هاروارد و MIT است چنين روشي جهت توسعه نانو ذرات ارائه گرديده است.
در اين تحقيق محققان چند نوع خانواده از پليمرهاي خودسامان جهت ساخت مجموعه اي از نانو ذرات هدفمند شده عليه تومورها بوجود آوردند.
اين نانو‌ذرات از جهت خواص فيزيكي و زيست دارويي تفاوتهاي بسيار اندكي با يكديگر دارا مي باشند با تغيير تركيب هر كدام از دو پليمر و همچنين تغيير نسبت آنها، آن ها دريافتند كه قادرند كه هم اندازه و هم خواص رها سازنده دارويي نانو‌ذرات را كنترل كنند. اين نانو ذرات همگي براي آنتي ژن سطحي اختصاص پروستات هدفمند شده بودند. آن‌ها همچنين قادر بودند كه ميزان عامل هدف گيرنده بر روي سطح نانو ذره و همچنين خواص مخفي شدن آن را از دسترسي سيستم ايمني تغيير دهند. محققان با مطالعه اثر هر تغيير بر برداشت آن توسط سلولهاي سرطاني پروستات در كشت سلولي توانستند به بهترين فرمولاسيون برون تني كه توسط سلولهاي سرطاني برداشت ميشود دست يابند.
در همين راستا، محققان دانشگاه كاليفرنيا نيز با بكارگيري نوع ديگري از نانو ذرات پليمري موسوم به درخت سان ها به نتايج مشابهي دست يافته اند آن ها مجموعه هايي از درخت سان ها كه داراي گروههاي عاملي متفاوتي بر روي سطوح خود ميباشند توليد كردند. اين گروههاي عاملي امكان اتصال پلي اتيلن گيلكول و يا هر عامل هدف گيرنده، تصوير‌برداري يا درماني به سطوح درخت سان ها بصورت قانونمند ممكن مي سازند.
مطالعات صورت گرفته با استفاده از درخت سان هاي نشان دار شده با راديواكتيو نشان داد كه آن ها قادرند در جريان عمومي خون به مدت طولاني گردش كنند.
مطالعه بعدي كه با اتصال داروي ضد سرطان دوكسوروبيسين به درخت‌سان ها صورت گرفت، نشان داد كه اين حاملهاي دارويي عمدتاً درون تومورها تجمع يافته و مقادير بسيار كمي فقط در بافتهاي سالم وجود دارند.
نتايج اين كار با مقايسه با نانو ذرات ليپوزومي دوكسوروبيسين بدست آمده است. نتايج مطالعه اول در مجله PNAS منتشر شده است.

معرفي فناوري نانو يا همان نانوتکنولوژي ،زير ساختارها وشاخه هاي مختلف مطالعاتي اين فناوري وهمچنين کار

تعريف ناتوتکنولوژي

موسسه ملي پيشگامي نانوتکنولوژي در آمريکا www.nano.gov تعريف زير را ارائه ميدهد: توسعه تحقيقات و فناوري در سطوح اتمي، مولکولي، و ماکرومولکولي با طول تقريبي 1 تا 100 نانومتر ، به منظور فراهم آوردن شناخت اصولي از پديده ها و مواد در نانو مقياس و به منظور ايجاد و استفاده از ساختارها، قطعات و سيستم هايي که به خاطر اندازه کوچک و يا متوسط خود داراي خواص و عملکردهاي جديدي هستند.

 

زير ساختارها

1- مواد نانوساختارها: ماده نانوساختاري به هر ماده اي اطلاق ميشود که ابعاد آن در مقياس نانومتري باشد« مانند نانوذرات و نقاط کوانتومي » مواد در مقياس نانومتري رفتار کاملا متفاوتي از خود بروز ميدهند، مواد توده اي که ما بصورت معمول با آنها سرو کار داريم در مقياسهاي کوچک رفتارغيرکنترل شده و نامنظمي دارند. همانطور که ذرات کوچکتر ميشوند خواص ماده تغيير ميکند، فلزات سخت تر و سراميکها نرمتر، خصوصيت نور يا ديگر تابشهاي الکترومغناطيسي که بوسيله اندازه تحت تاثير واقع مي شوند نيز تغيير مي کند.

موادي که داراي ساختار دقيق اتمي هستند ( نظير نانولوله هاي کربني) نسبت به مواد توده اي مشابه که ساختار و ترکيب اتمي در آنها بصورت تصادفي تغيير ميکند. خواص کاملا متفاوتي دارند. يک لوله تو خالي منظم کوچک از کربنها (نانو لوله هاي کربني) بطرز شگفت انگيزي محکم است و خواص الکتريکي و گرمايي جالب توجه و مفيدي دارد.

 

 

2- مواد نانوبلوري:

 اگر اندازه دانه بلور در يک فلز به سمت نانو مقياس حرکت مي کند ، نسبت اتمهاي موجود بر روي مرزهاي دانه هاي اين جسم جامد افزايش پيدا مي کند و انها رفتاري  کاملاً متفاوت از اتمهايي که روي مرزها نيستند بروز مي دهند. رفتار آنها شروع به تحت تاثير قرار دادن رفتار ماده مينمايد. نتيجه آن در فلزات شامل افزايش استحکام، سختي، مقاومت الکتريکي، ظرفيت حرارتي ويژه، بهبود انبساط حرارتي و خواص مغناطيسي و کاهش رسانايي حرارتي است.

فولاد متعارف داراي افزودنيهاي ذرات کربني است، اگر بتوان از افزودنيها با ساختارهاي بسيار ريز استفاده کرد نتيجه کار يک فولاد جديدي است که فوق العاده مستحکمتر است(پروژه شرکت تويوتاي ژاپن)

توليد مواد آمورف(موادي که داراي هيچگونه ساختار بلوري يا الگوي خاصي در مقياس اتمي خود نيستند) و تهيه روکش آمورف از فولاد بسيار سخت که داراي خاصيت ارتجاعي جالب توجهي است (پروژه وزارت انرژي امريکا)

افزايش سطح دانه در مورد نانو بلوري اغلب واکنش پذيري و حلاليت را افزايش مي دهد روش هاي نانوبلوري کردن مواد عبارتند از رسوب دهي يا الکترو رسوب دهي با ليزر پالسي يا روشهاي رسوب دهي شيميايي بخار که مي توانند هر سطحي را با فلزات ، نيمه هادي ها و ديگر مواد روکش دهند.

اگر بلورهاي داخل فلزات تحت فشار زياد در معرض نقش برشي بالا قرار گيرد. توانايي تبديل شدن به ذرات کوچکي که باعث افزايش استحکام، و افزايش چکشي خواري مي شود.

کاربردها: فلزات نانوبلوري در صنايع خودروسازي، هوافضا، صنايع ساختماني کاربرد دارد و ميتوانند بجاي فلزات و آلياژها به خدمت گرفته شود. در سالهاي اخير سراميکهايي ساخته شده است که در دماهاي بالاتر از دماي کنوني ابر رسانا ميشوند. (پروژه عملي در سوئد)

کاربرد روکشهاي نانو بلوري در ماشين آلات و يا روکش در استحکام پيلهاي خورشيدي و يا کاربرد نانوبلورهاي تيتانيوم در ساختمان اعضاي مصنوعي براي استحکام بيشتر و افزايش انعطاف پذيري بيشتر را مي توان نام برد.

 

3- نانوذرات:

 روشهاي مختلف در زمينه امکان ساخت نانوذرات از مواد گوناگون و امکان کنترل بر روي اندازه، ترکيب و يکنواختي وجود دارد. نانوذرات در زمينه هاي زيست پزشکي– داروسازي، حاملهاي دارو- تشخيص بيماري ها صفحات خورشيدي– کاربرد دارد. نانوذرات در صيقل دهنده ها- رنگها، روکشهاي عينک– کاشيها– روکشهاي الکتروتروميک براي شيشه اتومبيلها و پنجره ها مورد استفاده قرار مي گيرند–روکشها غير قابل رنگ آميزي يا ضد دست نوشته– و يا ديوارهاي خود تميز کن مورد توجه مي باشد نانوذرات سراميکي اکسيد فلزي, نظير اکسيد تيتانيوم– روي آلومينيوم، آهن سيليکات (سراميکها) مي باشند.

اگر نانوذرات فلزي بدون اينکه ذوب شوند وادار به آميخته شدن در يک جامد شوند در بهبود کيفيت آن (نظير خازنها) موثر مي باشند.

نانوذرات چون داراي ابعاد کمتر از طول موج نور مرئي هستند به نور مرئي شفاف هستند که نسبت سطح موثر به حجم ذرات افزايش يابد (کاتاليزورها) ميتوانند سطح واکنشها را افزايش دهند.

روشهاي توليد نانوذرات عبارتند از:

چگالش از يک بخار

سنتوشيميايي

روش آسياب يا پودر کردن

 

مواد کامپوزيت

استفاده از نانوذرات در مواد کامپوزيت ميتواند استحکام انها را افزايش و يا وزن آنها را کاهش دهد، مقاومت شيميايي و حرارتي آنها را افزايش داده و خصوصيات جديدي نظير هدايت الکتريکي را افزايش دهد. مشهورترين بازار مواد کامپوزيت اجزاء ساختاري مبتني بر پليمرها مثلاً پلاستيک است در صنايع خودروسازي و هوا فضا، کاهش وزن در عين يکسان نگهداشتن استحکام فاکتور مهمي است. جايگزيني مواد ساختاري فولاد- آلومينيوم و بتن با مواد کامپوزيت پليمري در صورتي رخ ميدهد که نسبت به استحکام به وزن را افزايش دهد. کامپوزيتهاي پر شده بوسيله خاک رس در شرکت تويوتا کاربرد فراواني دارد.

نانوالياف (مخلوط الياف حاوي نانو لوله هاي کربني چند ديواره براي ايجاد خاصيت رسانايي ميتواند کاربردهاي چند منظوره داشته باشد.) مواد بسته بندي و روکشهاي مورد استفاده توانسته است بازار خوبي براي محصولات نانو توليد نمايند.

 

5- نانو کپسول ها

لفظ نانو کپسول شامل هر نانو ذره اي است که داراي يک پوسته و يک فضاي خالي جهت قرار دادن مواد مورد نظر باشد. مثال جالب توجه نانو کپسولي که طبيعت ساخته ديواره هاي سلولهاي بدن انسان ميباشد. (ليپوزوم ها) کارنانوکپسول براي جابجايي مواد و کنترل و رهايش و محافظت در برابر محيط ميباشد (دارها توسط سلولها وارد خون و توسط نانوکپسولها در بدن جابجا و محافظت مي شوند تا به محل مورد توجه برسند) فرايند عمومي ساخت کپسولها يک اموسيون روغن در آب يا آب در روغن به ترتيب نانوکپسولهاي روغني و آبي هستند مثلاً تزريق وريد نانوکپسولها مستلزم يک پايه آبي پس اموسيون روغن در آب ميباشد براي روکش دادن کپسولها ميتوان از پروتئين ها، پليمرها و مواد طبيعي يا مصنوعي استفاده کرد. بزرگترين کاربرد نانون کپسول ها در دارورساني هدفمند ميباشد. پيچيدگي سيستم زيستي و مکانيسم ساخت نانو کپسول ها – روش وارد نمودن داروها به درون آنها براي ايجاد اثرات فيزيولوژيکي گوناگون همگي زمينه ساز تحقيقات امروزه را فراهم ميکند. بطور مثال ميتوان نانو کپسولهاي پليمري را در اندازه ها و اشکال مشخص توليد کرد و با جايدهي يک مولکول خاص در ديواره اين نانو کپسولها آنها را کارکردي کرد. که اين يک سيستم داروسارزي هدفمند را طراحي ميکنم و وقتي به يک زيست مولکول خاص رسيد محتوي نانو کپسول را ازاد مي کنم بهترين مثال دارورساني با نانو کپسول ها – پروتئين هايي هستند که به سرعت در بدن تجزيه ميشوند. از کاربردها ديگر نانو کپسولها رسانش مواد شيميايي جهت مصارف کشاورزي و صنعت مواد آرايشي ميباشند. اين مواد ميتوانند رهايش مواد به درون پوست يا مو را به تاخير انداخته يا از موادي باشد که در برابر محيط بيرون محافظت کنند يا بعنوان عوامل شناسايي در علوم حيات استفاده کرد.

 

6- مواد نانو حفره اي:

مواد نانو حفره اي داراي حفراتي کوچکتر از 100 نانومتر هستند ديواره سلولها مملو از غشاهاي نانوحفره اي است. در حال حاضر صنعت نفت و ديگر صنايع سالها از مواد نانو حفره اي طبيعي موسوم به زئوليتها بعنوان کاتاليست سود جسته اند. سطح ويژه اين مواد نانوساختاري بالا ميباشد لذا جذب سطحي قابل توجه است (سطح ويژه معمولاً درحد چند صد متر مربع بر گرم است.)

(علاوه بر اثرات کاتاليزوري) قرار دادن مواد درون نانو حفرات موجب تغيير گوناگوني در خواص آن ميشود. از ديگر کاربردهاي جالب توجه حفرات داراي اندازه مشخص توانايي آنها در اجازه عبور دادن به برخي مواد و ممانعت از بقيه مي باشد.

راههاي بسيار زيادي براي ساخت مواد نانو حفره اي وجود دارد مثلا موادي را از يک جامد استخراج و حفراتي در آن بوجود آورد، يا مخلوطي از پليمرها را با حرارت دهي بصورت جامدات نانو حفره اي در آورد، روش سل ژل (  ) يا روش انروزلها (انتشار يک گارد در يک ژل به جامدي بسيار سبک تبديل مي شود روش پرتويوني و با استفاده از روش نور ماوراء بنفش (مولکولها را در لايه نازک سيليکاي شکنه (دانشگاه هاروارد – دانشگاه نيومکزيکو)

از کاربردهاي فيلتراسيون غشايي براي خالص سازي آب- خالص سازي داروها و آنزيم ها و فرايند توليد نيمه هادي ميتوان نام برد که ارزش بازار يابي آن صدها ميليون دلار است. يک سيستم انسولين رساني حاوي سلولهاي لوزالمعده  موش در يک ماده نانو حفره اي است که ميتواند از سلولها در برابر سيستم ايمني بدن محافظت کرده به گلولز اجازه ورود و به انسولين اجازه خروج ميدهد. ساختن نيروهاي حالت جامد از سيليکون نانو حفره اي ايده هاي ايده آل اند و تاکنون مراحل مقدماتي آن انجام شده (دانشگاه پوردو)

 

7- نانوالياف (نانوسيمها)

نانواليافهاي کربني، جامد و توخالي با چند ميکرون طول و100 نانومتر قطر مصارفي در مواد کامپوزيت و روکشها دارند. که موجب افزايش استحکام و رسانا سازي بالقوه مواد ميشوند. در اين فناوري مايعات بار دار شده بصورت جريانهاي کوچک به درون يک ميدان الکتريکي کشيده ميشوند که بعداً بصورت الياف پليمريزه ميشوند. مواد ديگر مثل نانو ذرات و حتي نانو لوله ها را ميتوان در اين الياف جاي داد.

اين الياف بر اثر نيروهاي الکترواستاتيک، ويروسها و ديگر ذرات را به خود مي چسبانند پس در زيست فيلتراسيون براي الودگي زدايي بکار ميروند. اين الياف با فرايند سل ژل و حرارت دهي بعدي خلق مي شوند.

البسه ساخته شده از نانو الياف به عبور هر چيزي غير از مولکولهاي بسيار کوچک مقاوم اند و در پوشاک مقاوم به مواد شيميايي مورد استفاده قرار ميگيرد. همچنين توانايي آنها در اجتناب از آب، روغن به لباسهاي ضد لک مشهور خواهد شد. (کره جنوبي20 ميليون دلار به مدت9 سال سرمايه گذاري کرده است. )

 

نانوسيمها

در راستاي دستيابي به قطعات الکترونيکي نانو مقياس، براي اتصال دهي آنها به سيمهاي نانو مقياس نياز داريم. نانو سيمها ميتوانند همچون حافظه باشد. سه راه عمده براي ساخت نانو سيمها عبارتند از:

الف- استفاده از ليتوگرافي يا چاپ روي يک سطح با تيوکساهاي ميکروسکوپي نيروي اتمي.

ب- استفاده از فرآيند شيميايي در يک محيط گازي يا مايع، مثلا روي يک سطح جايي بوسيله ميدان الکتريکي و يا يک سيال  طراحي کرد.

ج- روش خودآرايي براي رشد مستقيم يک نانو سيم روي يک سطح

نانو سيمها مي توانند از فلزات، نيمه هادي چون سيليکون و گاليم و يا از جنس مواد الي باشند. در اين زمينه مقاله اي ارائه شده که از نانوسيمها بعنوان آشکارهاي شيميايي و زيستي ميتوان استفاده کرد ..در دا نشگاه کاليفرنيا قابليت يک نانوسيم پليمري براي آشکار سازي مقادير ناچيز مواد منفجره را بررسي نموده است. اين آشکار سازي حاصل از تشعشع سيمها تحت نور ماوراء بنفش است که تحت تاثير مقدار اندکي TNT اثر آن متوقف ميشود. نانوسيمها در سيستم ميکرو آناليز، تجهيزات آشکار سازي راديويي سيستم بينايي در شب و شناسايي معدن دارند.

 

9- فولرين ها

فولرين ها قفس هايي با شبکه کروي از 60 اتم کربن آرايش يافته بصورت شش ضلعيها و پنج ضلعي هاي بهم زنجيره شده (مثل توپ فوتبال) هستند.(جايزه نوبل در سال1996 براي کشف اين ساختار بود.)

نانو لوله هاي کربني از رول شدن صفحات گرافيتي حاوي آرايه هاي شش ضلعي کربني بصورت لوله ايجاد ميشوند داراي خواص و روش توليد مشابه با فولرينها هستند. اولين روش توليد آن بدين صورت بود که: 150 آمپر از يک ميله کربني عبور داده و دوده با بنزن استخراج ميشود که محلول ارغواني حاصل حاوي C60 است. فولرينها (باکي بالها) از نظر فيزيکي مولکولهاي بيش از حد قوي هستند.

و قادرند فشارهاي بسيار زياد را تحمل کنند. پس از تحمل3000 اتمسفر فشار به شکل اوليه خود منبسط مي شوند نيروهاي آن بجاي پيوند شيميايي با نيروهاي بسيار ضعيف واندروالس بهم ميچسبند که مشابه نيروهاي نگهدارنده لايه هاي گرافيت است اين مسئله موجب ميشود باکي بالها داراي قابليت روان کنندگي شوند.

وارد کردن مقادير اندک از آنها در يک ماتريس پليمري استحکام را بالا و دانستيه آن را پايين  مي آورد. اگر برخي از اتمهاي کربن باکي بال را با نيتروزن جايگزيني کرده موجب پيوند آنها با هم به صورت ماده اي سخت اما الاستيک شدند. تحمل بالاي سيستمهاي زيستي به کربن باعث قابليت بالاي باکي بالها در مصارف پزشکي شود هر چه در باکي بال قرار داده شود بخوبي در برابر بدن محافظت ميشود نکته خيلي مهم اين است که باکي بالها به اندازه کافي کوچک هستند که از کليه بدن عبور کرده و دفع ميشوند. از ديگر ويژگي باکي بالها توانايي آنها براي درمان عفونت HIV  (HIV پرونتاژ هدف داروهاي موجود ايدز است.)

قيمت کنوني فولرينها حدود20 دلار برگرم است که اين قيمت براي مصارف پزشکي مناسب ولي براي مواد کامپوزيت مناسب نيست. شرکت ميتسوبيشي در2004 توليد سالانه به مقدار1500 تن رسانده است.

توانايي ديگر وارد نمودن عناصر راديواکتيو به درون باکي بالها جهت رسانش مواد به سلولهاي سرطاني بدن ميباشد اگر بتوان اتمهاي فلزات مغناطيسي به درون باکي بالها فرستاد ميتوان در تصوير برداري تشديد مغناطيسي براي ديدن درون بدن استفاده کرد.

10- نانو لوله هاي کربني

نانولوله هاي کربني در واقع لوله هايي از گرافيت ميباشد گرافيت شکلي از کربن است که از           لايه هاي حاوي آرايش هاي شش ضلعي حاوي اتم کربن است يک خصوصيت مشهور آنها استحکام کششي برجسته آنهاست. (100 گيگا پاکسال)100 برابر محکم تر از فولاد که اين تنها براثر نيروهاي ضعيف واندروالس. نانولوله ها به مواد ديگر براحتي نمي چسبند که بااصلاح شيميايي نانولوله ها ميتوان در مواد کامپيوزيت جديد که نسبت استحکام به وزن آن زياد است استفاده نمود. خواص الکتريکي نانولوله ها دامنه وسيعي از کاربردهاي اين مواد است. (پروژه مطالعاتي دانشگاه کاليفرنيا) 

يکي از خواص نانولوله هاي کربني نشر ميداني است (يعني تحت تاثير  ميدان الکتريکي از خود الکترون منتشر مي کند) يک تيم مشترک در فرانسه و کمبريچ در انگلستان با رشد نانولوله هاي کربني درون حفره هاي يک لايه که کنترل نشر الکترون را بعهده داشت دريچه جديدي از کاربردها اين مواد را تجربه نمودند.

در سال 2001 پژوهشي از احتمال ابررساني نانولوله ها در دماي اتاق حکايت کرد. اگر چنين چيزي عملي شود صنعت انتقال نيرو با تغييرات عظيمي روبرو خواهد شد. نانولوله ها براي نگهداري هيدروژن کربنها جهت استفاده از پيلهاي سوختي مورد مطالعه قرار داد. ( NEC از توليد يک پيل سوختي در سه سال آينده خبر داده) نانولوله ها قابليت خود را براي دو برابر کردن ظرفيت باندهاي قابل شارژ ليتيوم بجاي گرافيت نشان داده است.

روشهاي ساخت نانو لوله ها کربني عبارتند از :

الف- تخليه قوس الکتريکي: جرقه اي بين دو الکترود گرافيتي ايجاد ميشود، کربن  يک الکترود راکنده و بصورت دوده روي ديگري متراکم مي سازد. فشار منطقه تبخير و جريان مهمترين عوامل موثر در راندمان ميباشد و شايد اين روش مناسب براي توليد انبوه نانو لوله ها جهت استفاده در مواد کامپيوزيتي مناسب است.

ب- از ليزر براي تبخير هدف گرافيتي در کوره اي به دماي C 12000 حاوي هليوم و نيتروژن با فشار بالا مي توان استفاده کرد.

پ- رسوب دهي شيميايي بخار به کمک حرارت[روش CVD]

د- رسوب دهي شيميايي بخار به کمک پلاسما [روش CVD]

CVDحاصل از پلاسما را در دماهاي پايين تري ازCVDحرارتي ميتوان انجام داد. اين نانولوله هاي کربني را مي توان روي شيشه سود آهکي رشد داد.

هـ- رشد فاز بخار– با مخلوط کردن هيدروکربنها و فلزکاتاليست در محفظه نانولوله ها ساخته مي شود.

د- الکتروليز– در اثر الکتروليز کلريد ليتيوم مذاب در يک محفظه گرافيتي که آند يک بوته گرافيتي است.

پ- سنتوشعله

احتراق متان باعث ايجاد شعله مي شود و وارد نمودن هيدروکربنهاي ديگر و کاتاليستها  مي تواند راهي براي توليد انبوه سازي باشد.

کليد پيشرفت کامپوزيتهاي نانولوله اي توليد حجيم و تا حد امکان يکنواخت آنهاست. شرکت (Bvsiness.c.c. ) در سال 2000 قيمت 300 تا 1500 دلار براي هر گرم بوده و در حال حاضر به 20 دلار  به گرم رساننده است.

 

مواد زيستي در ابعاد نانو حس مي شوند

براي شناسايي کمي و کيفي ترکيبات و پارامترهاي بيولوژيکي روشهاي متفاوتي وجود دارند که در اين ميان سنسورهاي بيولوژيکي از جمله ابزاري هستند که در حال حاضر کاربردهاي گسترده اي پيدا کرده اند و به طور معمول براي تعقيب يک فرآيند بيولوژيکي يا شناسايي پارامتري که در محيط بيولوژيک وجود دارد، به کار مي روند.
يک سنسور بيولوژيک بايد توانايي داشته باشد که اطلاعات مورد نياز در ارتباط با ساختار ماده مورد نظر، غلظت ، تغييرات و... را از طريق ارسال علايمي مانند سيگنال هاي الکتريکي ، علايم نوري و... در اختيار متخصصان قرار دهد.
نانو حسگرهاي سولفيدروي نيز از جمله اين مواد هستند که در ابعاد نانو در تشخيص هاي پزشکي به کار مي روند و با کمک آنها تشخيص ارزان تر، آسان تر و دقيق خواهد شد. بدين ترتيب کاربرد جهان نانو در عرصه هاي مختلف گسترش يافته است.
امروزه به منظور اندازه گيري بسياري از عوامل ، از موارد راديواکتيو استفاده مي شود؛ اما باتوجه به معايب اين مواد از جمله نياز به افراد تعليم ديده ، رعايت نکات ايمني هنگام کار و دسترسي مداوم نداشتن به مواد، ميل به استفاده از مواد غيرراديواکتيو توسعه يافته است.
در اين روشها از ملکول هاي فلوئورسانس مانند فلورسين ، اتي ديوم ، کومارين و... استفاده مي شود. نکته قابل توجه وجود محدوديت هاي فيزيکي و شيميايي در کاربرد مواد رنگزاي آلي فلوئورسانس است.
يکي از اين محدوديت ها تفاوت در طول موجهاي تحريک مواد رنگزاي مختلف است ؛ به عنوان مثال در صورت نياز به استفاده از 2يا چند ماده رنگزا براي شناسايي ، به طول موجهاي تحريک متفاوت و در نتيجه چند منبع نوري نياز است که اين موضوع سبب افزايش قيمت و پيچيدگي کار با اين مواد مي شود.
مساله ديگر تخريب اين مواد رنگزا بر اثر تحريک هاي متوالي است که دچار تغيير از يک ماده رنگزاي فلوئورسانس به يک رنگزاي غيرفلوئورسانس و گاهي از دست دادن رنگ مي شود.
در نتيجه خواص ويژه اي را که براي کاربرد در سيستم هاي بيولوژيکي از آنها استفاده مي شود، از دست مي دهند. خصوصيات مناسب مواد رنگزا در تشخيص هاي بيولوژيکي شامل مواردي همچون حساسيت فلوئورسانس بالا براي تشخيص مقادير بسيار کم ، حلاليت در آب ، توانايي برقراري اتصال با ديگر مولکول ها، پايداري در شرايط سخت و دماي بالا و عدم تخريب به دنبال تحريک هاي متوالي مي شوند.
به گفته مهندس بهارک بهمني ، دانشجوي کارشناسي ارشد در دانشگاه اميرکبير، ماده رنگزاي آلي وجود ندارد که تمامي خصوصيات فوق را همزمان داشته باشد.
از اين رو نياز به مواد جديدي که بتوانند اين خواسته ها را برآورده کنند محسوس است.
بهمني نانوکريستال هاي نيمه هادي را از جمله موادي مي نامد که به صورت جدي مورد توجه محققان امر پزشکي قرار گرفته اند و مي افزايد: کاربرد اين دسته از مواد به دليل دقت بالا و نداشتن مشکلات مواد رنگزاي آلي ، روز به روز در حال افزايش است.

کريستال هايي که تشخيص مي دهند
به گفته بهمني ، نانوکريستال هاي نيمه هادي که در يک طول موج خاص تهييج مي شوند و تشعشع آنها با تغيير در اندازه ذرات و توزيع اندازه ذرات و ساختار نيمه هادي تغيير مي کند.
با انجام يک سري عمليات تکميلي روي سطح اين ذرات ، امکان جذب اجزاي بيولوژيک به وجود مي آيد. با اندازه گيري تشعشع ماده نيمه هادي قبل و بعد از اتصال بجز بيولوژيکي ، اطلاعات مورد نياز قابل دستيابي هستند.
از جمله خصوصيات باارزش نانوذرات نيمه هادي در مقايسه با روشهاي کنوني حفظ کيفيت در درازمدت ، دقت بيشتر و سازگاري بهتر اين مواد با بدن هستند.
بهمني در ادامه مي گويد: از جمله نانو کريستال هاي نيمه هادي مي توان به نانوذرات سولفيد روي (Zns)اشاره کرد.
اين ماده در فرآيند نشاندارسازي به ترکيبات ديگر اضافه مي شود و مي تواند براي تشخيص عناصر مختلف از جمله بيوتين ، کربوهيدارت ها و پروتئين ها استفاده شود؛ به عنوان مثال بررسي خواص نوري کمپلکس حاصل پس از اتصال با بيوتين مشخص کرد که با افزودن مقادير بسيار کم بيوتين ، شدت گسيل نانوذرات کاهش و با ادامه افزودن بيوتين ، روند کاهش ادامه مي يابد.
با افزودن مقادير بيشتر بيوتين ، امکان کاهش شدت گسيل تا حدود صفر نيز وجود دارد. درواقع کمپلکس تشکيل شده با بيوتين مانند يک سنسور انتخابي عمل مي کند. با استفاده از اين روش مي توان ديگر اجزاي بيولوژيک را نيز شناسايي کرد.
در اين روش با اندازه گيري ميزان نور، غلظت ماده بادقت زياد تعيين مي شود. در اين روش با استفاده از روش هم رسوبي ، ابتدا نمک روي جداسازي و در راکتور ويژه اي مخلوط شده پس از تنظيم غلظت و انجام فرآيند جداسازي ، ذراتي به اندازه 6تا 30نانومتر به دست آمد و در نهايت نانوحسگر سولفيد روي براي تشخيص هاي پزشکي ساخته شد که با آن مي توان مواد زيستي موجود در خون يا ديگر سيال هاي بدن را با دقت و سهولت با ارزان ترين شيوه تشخيص داد.

دارورساني به تومورها بوسيله نانوذرات كنترل شده از راه دور

محققان موسسه فناوري ماساچوست نانوذرات كنترل شونده از راه دوري را ساخته‌اند كه در صورت تحريك بوسيله ميدان الكترومغناطيسي داروي ضدسرطان را آزاد مي‌سازند. اين مطالعه مي‌تواند منجر به بهبود تشخيص و درمان انواع سرطان شود.

در مطالعه مقدماتي كه بوسيله تيمي از محققان دانشگاههاي هاروارد و موسسه فناوري ماساچوست صورت گرفته است نانوذراتي ساخته شدند كه قادرند تا رسيدن به تومورها در جريان عمومي خون به حركت درآيند و در اين تومورها تشكيل توده دهند. ذرات توده شده امكان تصويربرداري از تومورها را بوسيله MRI براي پزشكان ممكن مي‌سازند.

در گام بعدي اين سوال مطرح شد كه با در نظر گرفتن امكان مشاهده ذرات، آيا امكان ارتباط برقرار كردن با اين ذرات وجود دارد؟ پاسخ اين سوال مثبت است. اين ذرات خاصيت سوپرپارامگنتيك دارند كه با قرار گرفتن در ميدان مغناطيسي انرژي گرمايي از خود آزاد مي‌سازند. به اين ذرات ملكولهاي كوچكي همچون داروها متصل مي‌شوند. در مجاورت ميدان الكترومغناطيسي با تواتر كم، ذرات گرما آزاد ساخته و با از بين رفتن پيوندها دارو آزاد مي‌گردد. طول موج مورد استفاده در اين روش 350 تا 400 كيلوهرتز است كه براحتي و بدون هيچ‌گونه آسيبي از بدن رد مي‌شود.

واسطه اتصال ذرات به ملكولهاي دارو دو رشته DNA مي‌باشند كه با ايجاد گرما از هم جدا مي‌شوند. يكي از ويژگيهاي استفاده از DNA اين است كه دماي ذوب آن قابل تنظيم است. بدين گونه كه رشته‌هاي طويل‌تر و با توالي متفاوت به گرماي متفاوتي براي جدا شدن از هم نياز دارند. از اين خاصيت براي انتقال انواع مواد بوسيله يك ذره و آزاد كردن آنها در هر زماني كه نياز است مي‌توان استفاده كرد.

براي ارزيابي فعاليت ذرات، محققان از موشهاي سرطاني كه در بدن آنها به اندازه كافي نانوذرات وجود داشت استفاده كردند. آنها موشها را در درون يك سيم‌پيچ استوانه‌اي قرار دادند و ميدان مغناطيسي را فعال كردند. نتايج نشان داد كه بدون ايجاد ميدان، ذرات داروي خود را آزاد نساختند در حالي كه با ايجاد ميدان، دارو در بافت ها آزاد شد. اگرچه براي تاييد نهايي اين روش بايستي مطالعات زيادي صورت گيرد با اين حال اين آزمايش دليلي بر وجود روشي موثر و بي‌ضرر و قابل كنترل از راه دور جهت كنترل سرطان است.

نتايج اين مطالعه در مجله Advanced Materials منتشر شده است.

سلول‏هاي خوني و انتقال نانو ذرات به سراسر بدن

گلبول‏هاي قرمز خون را مي‏توان مانند شناورهايي براي حفاظت از نانوذرات درمان‏كننده در سامانه‏ي دفاعي بدن و انتقال آن‏ها به اهداف معيني به كار گرفت. متصل ساختن گلبول‏هاي قرمز خون به نانوذرات به اين ذرات امكان مي‏دهد 100 برابر بيشتر از ذرات غيرمتصل پايدار شوند. اين تكنيك جديد توانسته است بر يكي از موانع اصلي استفاده از نانوذرات براي ارسال پيوسته‏ي داروها و ديگر عوامل در كاربردهاي پزشكي فايق آيد. چندين سال است كه پژوهشگران كوشيده‏اند از نانو ذرات (ذراتي كه اندازه‏ي آن‏ها يك ده ميلونيم متر مي‏باشد) براي ارسال دارو، تجهيزات تصويربرداري يا ژن‏ها به اهدافي در بدن استفاده كنند. اما اين كوشش‏ها تحت تاثير سرعت پاكسازي اين ذرات توسط سامانه‏ي دفاعي بدن و خارج شدن آن‏ها از جريان خون قرار داشته است. سمير ميترا گوتري و اليزابت چمبرز در دانشگاه كاليفرنيا واقع در شهر سانتا باربارا دريافتند كه گلبول‏هاي قرمز خون تا 120 روز در جريان خون زنده مي‏مانند و برخي از باكتري‏ها نيز مي‏توانند با اتصال به اين گلبول‏ها زنده بمانند. آن‏ها با خود انديشيدند كه چرا نانو ذره‏ها نتوانند از همين شيوه‏ي فريب دهنده استفاده كنند.

 گذرگاه بدنميترا گوتري مي‏گويد: ”گذرگاه اصلي در پيمودن اين مسير آن بود كه ذرات را چگونه مي‏توان در بدن نگاه داشت. ما تصميم گرفتيم به جاي جنگيدن با بدن، از همان چيزي كه در بدن وجود دارد، استفاده كنيم. براي اين منظور گلبول‏هاي قرمز خون بهترين گزينه بودند.“بنابراين، ميترا گوتري و چمبرز نانو ذرات با اندازه‏هاي متفاوت و رفتارهاي سطحي مختلف را مورد آزمون قرار دادند. از آن جا كه پلاسماي خون انسان از چسبيدن بسياري از مواد به گلبول‏هاي قرمز جلوگيري مي‏كند. آن‏ها خون موردنياز خود را از جانوران تهيه كردند، سپس با جداكردن گلبول‏هاي خون از پلاسما، آن‏ها را در مجاورت نانو ذرات فلوئور سنت قرار دادند. بيش از 40 درصد از گلبول‏ها، نانو ذرات ياد شده را با خود حمل كردند. هنگامي كه سلول‏هاي ياد شده را به جريان خون جانوران بازگرداندند، پژوهشگران به رديابي آن‏ها در جريان خون و نيز ارگان‏هايي از بدن آن‏ها پرداختند و اين ذرات را در حالي كه از پالايه‏هاي خون عبور كرده بودند، زنده و فعال يافتند. ذرات حفاظت شده آن‏ها دريافتند كه نانو ذرات تا چندين ساعت به گلبول‏هاي قرمز متصل باقي مي‏مانند و در برخي مواقع حتا تا يك هفته هم دوام مي‏آورند. در مقايسه، نانو ذرات غيرمتصل پس از چند دقيقه از جريان خون ناپديد مي‏شوند. ذرات متصل در برابر سامانه‏هاي دفاعي بدن در حالي كه به گلبول‏هاي سرخ چسبيده‏اند، حفظ مي‏شوند. ميترا گوتري هم اينك سرگرم همكاري با ديگر پژوهشگران براي يافتن مواد شيميايي مانند آنتي بادي است كه نانو ذرات را به شكل مستحكم‏تري به گلبول‏هاي سرخ متصل مي‏سازند و آن‏ها را با دوام‏تر مي‏كند. جرج لاهان مدير يك آزمايشگاه نانو فناوري در دانشگاه ميشيگان، نيز در ايالات متحده اين پيشرفت را تحسين مي‏كند. او مي‏گويد: ”با كار بيشتر اين مفهوم مي‏تواند به يك پيشرفت واقعي از الگوي موجود در ارسال دارو، به شيوه‏ي نظام‏مند تبديل شود.“