تقنية النانو Nano-Technology تستخدم تقنية النانو في مجموعة متنوعة من المجالات ، بما في ذلك الزراعة والطب تماما كاستخدام الذكاء الاصطناعي في الطب، والطاقة. حيث إنها تحمل إمكانيات كبيرة للثورات العلمية القادمة التي ستحول وجه التكنولوجيا عبر تطبيقات متعددة. في هذا المقال سنوفر لمحة عامة لغير المختصين لتعريفهم بهذه التقنية.
يمكنك متابعة الاهتمام الواسع في مجال النانوتكنولوجي إلى الفترة بين عامي 1996 و1998 عندما قام مركز تقييم التكنولوجيا العالمي (WTEC) بإجراء دراسة شاملة حول الأبحاث النانوية وأهميتها في الابتكار التكنولوجي.
والحاسوبية والبتروكيميائية والزراعية والحيوية وغيرها. النانو تكنولوجيا هي تخصص متعدد التخصصات، حيث تستمد مبادئها من الفيزياء والكيمياء والهندسة الكهربائية والهندسة الكيميائية، بالإضافة إلى علوم الأحياء والصيدلة.
يمكنك متابعة الاهتمام الواسع في مجال النانوتكنولوجي إلى الفترة بين عامي 1996 و1998 عندما قام مركز تقييم التكنولوجيا العالمي (WTEC) بإجراء دراسة شاملة حول الأبحاث النانوية وأهميتها في الابتكار التكنولوجي.
والحاسوبية والبتروكيميائية والزراعية والحيوية وغيرها. النانو تكنولوجيا هي تخصص متعدد التخصصات، حيث تستمد مبادئها من الفيزياء والكيمياء والهندسة الكهربائية والهندسة الكيميائية، بالإضافة إلى علوم الأحياء والصيدلة.
ما هي التكنولوجيا النانوية؟
تُعرف التكنولوجيا النانوية ببساطة على أنها العلم والهندسة والتكنولوجيا التي تحدث على نطاق النانو، الذي يتراوح من 1 إلى 100 نانومتر. المفهوم الأساسي للنانوتكنولوجيا يدور حول الفكرة التي تقول إن الجسيمات التي يقل حجمها عن 100 نانومتر تظهر خصائصًا وسلوكيات فريدة في المواد التي تتكون منها.كما أن هذه الجسيمات تكشف، التي أقل حجمًا من الأبعاد المميزة لبعض الظواهر، عن مفاهيم فيزيائية وكيميائية جديدة، مما يؤدي إلى سلوك جديد يعتمد على حجم الجسيمات. على سبيل المثال، تتغير التركيبات الإلكترونية، والتوصيلية، والتفاعلية، ودرجة الانصهار، والخصائص الميكانيكية للمادة عندما يقل حجم الجسيمات عن قيمة حرجة.
مع اقتراب الحجم من الأبعاد الذرية، تتبع المادة قوانين ميكانيكا الكم بدلاً من قوانين الفيزياء التقليدية. يسمح التحكم في سلوك المادة بناءً على حجمها بتقنية خصائصها. توصل الباحثون إلى أن لهذا المفهوم آثارًا تقنية هائلة تشمل إنتاج مواد خفيفة وقوية، وتوصيل مكونات الدواء على مستوى النانو لامتصاص أسرع في الجسم البشري، وأيضا زيادة سعة تخزين الشرائط المغناطيسية، وإنشاء مفاتيح حاسوب سريعة.
على الرغم من حداثة النانوتكنولوجي، إلا أن الهياكل ذات الأبعاد النانوية كانت موجودة منذ تكوين الأرض وبداية الحياة. تقوم الأنظمة البيولوجية في الكائنات الحية بتصنيع أجهزة صغيرة للغاية على نطاق النانو، حيث تعتبر الخلايا مثالًا حيويًا على النانو تكنولوجيا الطبيعية.
على الرغم من حداثة النانوتكنولوجي، إلا أن الهياكل ذات الأبعاد النانوية كانت موجودة منذ تكوين الأرض وبداية الحياة. تقوم الأنظمة البيولوجية في الكائنات الحية بتصنيع أجهزة صغيرة للغاية على نطاق النانو، حيث تعتبر الخلايا مثالًا حيويًا على النانو تكنولوجيا الطبيعية.
كما تحتوي الخلايا على العديد من الآلات البيولوجية على نطاق النانو، حيث يتم إنتاج البروتينات داخلها في خطوط نانوية تسمى ريبوسومات، ويتم تشكيلها باستخدام جهاز نانوي آخر يسمى الجيولوجي. تعتبر الإنزيمات ذاتها آلات نانوية، حيث تقوم بفصل أو تجميع الجزيئات حسب احتياجات الخلية. يتيح هذا التفاعل للآلات النانوية المصنعة التفاعل مع الأنظمة البيولوجية.
تطبيقات تقنية النانو تكنولوجي
تعتبر علم النانو والتكنولوجيا النانوية دراسة واستخدام الأشياء الصغيرة جدًا، والتي يمكن تطبيقها في مجموعة متنوعة من المجالات العلمية مثل الكيمياء وعلم الأحياء والفيزياء وعلم المواد والهندسة. تتمتع تكنولوجيا النانو بإمكانيات هائلة لتغيير حياتنا في العديد من المجالات، ومن أهم تطبيقات تقنية النانو:1.الطب
4.الطاقة
تستخدم تقنية النانو في الطب في العديد من المجالات، مثل:
التشخيص: يمكن استخدام المواد النانوية لإنشاء أدوات تشخيص دقيقة يمكنها اكتشاف الأمراض في مراحلها المبكرة.
العلاج: يمكن استخدام المواد النانوية لتطوير أدوية ولقاحات جديدة أكثر فعالية وأقل سمية.
العمليات الجراحية: يمكن استخدام المواد النانوية لتحسين دقة العمليات الجراحية وتقليل المخاطر.
تقنية النانو في جسم الإنسان
يمكن أن تدخل المواد النانوية إلى جسم الإنسان بعدة طرق، مثل:
استنشاقها: يمكن استنشاق المواد النانوية من الهواء أو الغبار.
ابتلاعها: كما يمكن ابتلاع المواد النانوية من الطعام أو الماء.
حقنها: يمكن حقن المواد النانوية في الجسم عن طريق الوريد أو العضل.
أهمية تقنية النانو
تتمتع تقنية النانو بإمكانيات هائلة لتغيير حياتنا في العديد من المجالات، مثل:
الصحة: يمكن أن تساعد تقنية النانو في علاج الأمراض المزمنة وتحسين جودة الحياة.
البيئة: كما يمكن أن تساعد تقنية النانو في معالجة التلوث وحماية البيئة.
الاقتصاد: يمكن أن تساعد تقنية النانو في خلق فرص جديدة للنمو الاقتصادي.
لماذا سميت تقنية النانو بهذا الاسم؟
سميت تقنية النانو بهذا الاسم لأنها تتعامل مع المواد والأجهزة التي تتراوح أبعادها بين 1 و 100 نانومتر. والنانو هو جزء من المليار من المتر، أي أن ذرة الهيدروجين يبلغ قطرها حوالي 0.1 نانومتر.
من مخترع تقنية النانو؟
لم يتم تحديد مخترع محدد لتقنية النانو، ولكن هناك العديد من العلماء الذين ساهموا في تطويرها، مثل:
ما هي أجهزة النانو؟
- التشخيص: يمكن استخدام المواد النانوية لإنشاء أدوات تشخيص دقيقة يمكنها اكتشاف الأمراض في مراحلها المبكرة. على سبيل المثال، يمكن استخدام الجسيمات النانوية المغناطيسية لتحديد الخلايا السرطانية في الدم.
- العلاج: يمكن استخدام المواد النانوية لتطوير أدوية ولقاحات جديدة أكثر فعالية وأقل سمية. على سبيل المثال، يمكن استخدام الجسيمات النانوية لنقل الأدوية مباشرة إلى الخلايا السرطانية، مما يقلل من آثارها الجانبية على الخلايا السليمة.
- العمليات الجراحية: يمكن استخدام المواد النانوية لتحسين دقة العمليات الجراحية وتقليل المخاطر. على سبيل المثال، يمكن استخدام الخيوط الجراحية النانوية لربط الأوعية الدموية الصغيرة دون إتلافها.
- معالجة التلوث: يمكن استخدام المواد النانوية لمعالجة التلوث من الهواء والماء والتربة. على سبيل المثال، يمكن استخدام الجسيمات النانوية لإزالة الملوثات من الهواء أو الماء أو التربة.
- تطوير مواد صديقة للبيئة: يمكن استخدام المواد النانوية لتصنيع مواد صديقة للبيئة، مثل المواد القابلة للتحلل الحيوي أو المواد المقاومة للتآكل.
- تطوير مواد جديدة: يمكن استخدام المواد النانوية لتصنيع مواد جديدة ذات خصائص فريدة، مثل المواد القوية أو المرنة أو الموصلة. على سبيل المثال، يمكن استخدام المواد النانوية لتصنيع مكونات إلكترونية أصغر وأكثر كفاءة.
- تحسين كفاءة الإنتاج: يمكن استخدام المواد النانوية لتحسين كفاءة الإنتاج في العديد من الصناعات. على سبيل المثال، يمكن استخدام المواد النانوية لتصنيع مكونات السيارات التي تستهلك طاقة أقل.
4.الطاقة
- تطوير مصادر جديدة للطاقة: يمكن استخدام المواد النانوية لتطوير مصادر جديدة للطاقة، مثل خلايا الوقود الشمسية أو خلايا الوقود الهيدروجينية.
- تحسين كفاءة استخدام الطاقة: يمكن استخدام المواد النانوية لتحسين كفاءة استخدام الطاقة في العديد من التطبيقات، مثل الإضاءة والنقل.
- فهم سلوك المواد على مقياس النانو: يمكن استخدام تقنية النانو لفهم سلوك المواد على مقياس النانو، مما يمكن أن يساعد في تطوير مواد وأجهزة جديدة ذات خصائص فريدة.
- تطوير طرق جديدة للتصنيع: يمكن استخدام تقنية النانو لتطوير طرق جديدة للتصنيع، مما يمكن أن يجعل عملية التصنيع أكثر كفاءة ودقة.
- تُعد تكنولوجيا النانو مجالًا ناشئًا سريع النمو، ومن المتوقع أن تؤدي إلى ظهور منتجات وخدمات جديدة لم نتخيلها حتى الآن.
كيف بدأت قصة التكنولوجيا النانوية
تحدث الفيزيائي ريتشارد فاينمان في اجتماع للجمعية الفيزيائية الأمريكية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في 29 ديسمبر 1959، حول الأفكار والمفاهيم الكامنة وراء علم النانو والتكنولوجيا النانوية، بعنوان "هناك الكثير من المساحة هناك". خلال خطابه، أظهر فينمان كيف يمكن للعلماء تغيير والتحكم في الذرات والجزيئات الفردية.وأكثر من عقد من الزمن لاحقًا، استخدم البروفيسور نوريو تانيجوتشي كلمة "تكنولوجيا النانو" لوصف بحثه في مجال الآلات فائقة الدقة. بحلول عام 1980، كما تطورت تكنولوجيا النانو المعاصرة لتصبح تكنولوجيا تحتوي على مجهر الفحص بالتنقيب الذي يمكنه "رؤية" الذرات الفردية.
يشمل علم النانو وتقنية النانو القدرة على رصد والتلاعب بالذرات والجزيئات الفردية. الذرات تشكل كل شيء على وجه الأرض، بما في ذلك الطعام الذي نتناوله والملابس التي نرتديها والمباني والمنازل التي نعيش فيها،وحتى أجسامنا.
ومع ذلك، لا يمكن رؤية أي شيء بحجم الذرة حتى بالعين البشرية. في الواقع، يصعب رؤيتها حتى عبر المجاهر، التي تُستخدم عادة في فصول علوم المدارس الثانوية. تم إنشاء المجاهر اللازمة لرصد الأشياء على مستوى النانو في أوائل الثمانينيات. كما بدأ العلماء عصر التكنولوجيا النانوية بالمعدات اللازمة، بما في ذلك المجاهر النفقية الفحص والمجاهر الذرية القوى.
تأتي تسمية النانو من اللغة اليونانية القديمة وتعني "القزم". يتعلق الأمر في علم النانو بالهياكل على مستوى النانو التي لا تتجاوز عدة نانومترات (100 نانومتر). يشير البادئة "نانو" إلى 10 في السالب 9، تمامًا كما يُمثل الكيلو طن العدد 3 ويُمثل المليمتر العدد 3 بالسالب. وبالتالي، يعادل نانومتر واحد مليار جزء من المتر، أو 0.000000001 متر. يبلغ حجم كل ذرة حوالي 0.1 نانومتر. وبالتالي، تتألف الهياكل النانوية من عدد محدد من الذرات والجزيئات.
إليك تمرين لمساعدتك في فهم مدى علم النانو:
إذا كنت قادرًا على تكبير جزيء Buckyball الذي يبلغ قطره 1 نانومتر بشكل سحري ليصبح بحجم تفاحة، يمكنني استخدام نفس معامل التكبير لزيادة حجم الأرض. وبالتالي، يكون معدل حجم الجزيء مقارنة بالتفاح يساوي معدل حجم التفاح مقارنة بالأرض. كما أن من غير الممكن تصور وجود مبانٍ بأبعاد لا تتجاوز مليار جزء من المتر أو مليون جزء من المليمتر.
المبادئ الأساسية في علم النانو وتقنية النانو
هل تساءلت يوما كيف تظهر النوافذ الملونة في الزجاج القديم كيف تم تطبيق التكنولوجيا النانوية في العصور الوسطى. من الصعب تصور صغر التكنولوجيا النانوية. يُعد النانومتر هو المليار جزء من المتر، أو عشرة أسر من الرقم السالب تسعة أمتار. فيما يلي بعض الأمثلة: هناك 25,400,000 نانومتر في كل بوصة. سمك ورقة الجريدة يبلغ نحو 100,000 نانومتر. في المقارنة، إذا كانت طول قطعة من الرخام يبلغ نانومتر واحد، فإن المتر يعادل حجم الأرض.يشمل علم النانو وتقنية النانو القدرة على رصد والتلاعب بالذرات والجزيئات الفردية. الذرات تشكل كل شيء على وجه الأرض، بما في ذلك الطعام الذي نتناوله والملابس التي نرتديها والمباني والمنازل التي نعيش فيها،وحتى أجسامنا.
ومع ذلك، لا يمكن رؤية أي شيء بحجم الذرة حتى بالعين البشرية. في الواقع، يصعب رؤيتها حتى عبر المجاهر، التي تُستخدم عادة في فصول علوم المدارس الثانوية. تم إنشاء المجاهر اللازمة لرصد الأشياء على مستوى النانو في أوائل الثمانينيات. كما بدأ العلماء عصر التكنولوجيا النانوية بالمعدات اللازمة، بما في ذلك المجاهر النفقية الفحص والمجاهر الذرية القوى.
ما معنى النانو؟
إليك تمرين لمساعدتك في فهم مدى علم النانو:
إذا كنت قادرًا على تكبير جزيء Buckyball الذي يبلغ قطره 1 نانومتر بشكل سحري ليصبح بحجم تفاحة، يمكنني استخدام نفس معامل التكبير لزيادة حجم الأرض. وبالتالي، يكون معدل حجم الجزيء مقارنة بالتفاح يساوي معدل حجم التفاح مقارنة بالأرض. كما أن من غير الممكن تصور وجود مبانٍ بأبعاد لا تتجاوز مليار جزء من المتر أو مليون جزء من المليمتر.
يمكن أن يكون فهم القوانين التي تحكم هذا البيئة الصغيرة أكثر تحديا. تتصرف الهياكل النانوية بشكل كامل بطريقة مختلفة عن الهياكل الأكبر. خصائص سطح المادة ستكون لها اهمية كبيرة ويجب النظر في التأثيرات الكمية الميكانيكية بشكل كبير.
تصبح المادة أكثر أهمية، ويجب أن تُفحص تأثيرات الميكانيكا الكمية بشكل أعمق. يتعين على عالم النانو أن يقوم بتصوير وتحليل وخلق واستخدام أصغر الجزيئات، وكذلك فحص مخاطرها. كما أنهم يعملون في مجموعة من القطاعات، بما في ذلك بحوث المواد، والبصريات، والإلكترونيات، والتكنولوجيا الحيوية، وتقنية القياس، والطب.
على الرغم من أن تقنية النانو والعلم الحالي نسبياً حديثين، إلا أن المواد النانوية تم استخدامها لمئات السنين. قبل مئات السنين، أنتجت جسيمات الذهب والفضة بأحجام مختلفة لونًا في نوافذ الزجاج الملون في الكاتدرائيات القرون الوسطى. في ذلك الوقت، كان الرسامون غير عابرين عن الطريقة التي استخدموها لإنتاج هذه الأعمال الفنية الرائعة تؤدي إلى تغيير تركيب المواد التي استخدموها.
يكتشف العلماء والمهندسون وسائل جديدة لتصنيع بفعالية تلك المواد على نطاق النانو بغرض الاستفادة من خصائصها المتقدمة، مثل القوة العالية، والوزن الخفيف، وزيادة التحكم في طيف الضوء، والتفاعل الكيميائي الأكبر من نظرائها الأكبر حجمًا.
تصبح المادة أكثر أهمية، ويجب أن تُفحص تأثيرات الميكانيكا الكمية بشكل أعمق. يتعين على عالم النانو أن يقوم بتصوير وتحليل وخلق واستخدام أصغر الجزيئات، وكذلك فحص مخاطرها. كما أنهم يعملون في مجموعة من القطاعات، بما في ذلك بحوث المواد، والبصريات، والإلكترونيات، والتكنولوجيا الحيوية، وتقنية القياس، والطب.
على الرغم من أن تقنية النانو والعلم الحالي نسبياً حديثين، إلا أن المواد النانوية تم استخدامها لمئات السنين. قبل مئات السنين، أنتجت جسيمات الذهب والفضة بأحجام مختلفة لونًا في نوافذ الزجاج الملون في الكاتدرائيات القرون الوسطى. في ذلك الوقت، كان الرسامون غير عابرين عن الطريقة التي استخدموها لإنتاج هذه الأعمال الفنية الرائعة تؤدي إلى تغيير تركيب المواد التي استخدموها.
يكتشف العلماء والمهندسون وسائل جديدة لتصنيع بفعالية تلك المواد على نطاق النانو بغرض الاستفادة من خصائصها المتقدمة، مثل القوة العالية، والوزن الخفيف، وزيادة التحكم في طيف الضوء، والتفاعل الكيميائي الأكبر من نظرائها الأكبر حجمًا.
ما هي تقنية النانو؟ هل يجب أن نقلق منها؟
ما هي تقنية النانو؟ إجابة هذا السؤال ليست بسيطة كما يبدو، حيث تشمل هذه العبارة مجموعة واسعة من الأنشطة. لقد نالت تقنية النانو الكثير من الاهتمام خلال الخمس عشرة سنة الماضية، حيث قال بعض المعلقين والمراقبين الماليين، مثل ميريل لينش، إن تأثير تقنية النانو سيكون كبيرًا لدرجة أن مصطلح "نانو" يُستخدم الآن لوصف عصر جديد من النمو الاقتصادي. يعود أصل البادئة "نانو" إلى الكلمة اليونانية التي تعني "قزم".وبالتالي، يمكن أن تُشير "تقنية النانو" ببساطة إلى تقنية لأداء "أشياء صغيرة". ومع ذلك، فقد تم استخدام "نانو" كبادئة في الدوائر العلمية للإشارة إلى الواحد. مليار واحد (بالمعنى الأمريكي، أي رقم يتبعه تسعة أصفار). وبالتالي، يُشير مصطلح "نانومتر" إلى مليار من المتر واحد. النانومتر صغير للغاية، حيث يبلغ عرضه حوالي 10^-9 متر.
بفضل هذا الامتياز، يمكننا توقع أن تكون تقنية النانو ذات صلة بالتقنيات التي تعمل على مستوى النانومتر، كما يُستخدم الكلمة بشكل شائع اليوم. من المهم التمييز بين "علم النانو"، الذي هو دراسة الظواهر على نطاق صغير جدًا، و"تقنية النانو"، التي تشمل تحقيق هدف عملي بطريقة ما.
بفضل هذا الامتياز، يمكننا توقع أن تكون تقنية النانو ذات صلة بالتقنيات التي تعمل على مستوى النانومتر، كما يُستخدم الكلمة بشكل شائع اليوم. من المهم التمييز بين "علم النانو"، الذي هو دراسة الظواهر على نطاق صغير جدًا، و"تقنية النانو"، التي تشمل تحقيق هدف عملي بطريقة ما.
حيث تتغير الخصائص بشكل كبير عند الأحجام الجزيئية والمايكرولية مقارنة بالمقاييس الأكبر. تعتبر تقنيات النانو عمليات تصميم ووصف وتصنيع وتطبيق الهياكل والأجهزة والأنظمة ذات حجم وشكل على مستوى النانومتر مع التحكم في الحجم.
مقياس النانو
تشمل تطبيقات تكنولوجيا النانو استخدام جهاز قياس المسافة الذي يكون عادة أقل من 100 نانومتر. تعود بدايات علم النانو إلى بداية القرن العشرين ، ولكن فكرة الاستفادة من التقنيات الصغيرة جدًا جاءت في وقت لاحق. قدم الفيزيائي ريتشارد فاينمان هذه الفكرة خلال خطابه أمام الجمعية الفيزيائية الأمريكية في عام 1959 بعنوان "هناك الكثير من المساحة في الأسفل - نداء إلى ميدان جديد في الفيزياء".وعلى الرغم من أن الخطاب كان يتناول في الغالب التكنولوجيا الخاصة بصناعة الأشياء ، إلا أنه استكشف الفوائد التي يمكن أن تجلبها لنا عمليات التصنيع على نطاق صغير للغاية. أفكاره كانت رؤية رائدة لاستخدام التكنولوجيا في بناء الدوائر المتكاملة على نطاق واسع وتأثيراتها الثورية على مجال الحوسبة. تحدث عن بناء آلات لتسلسل الجينات من خلال قراءة جزيئات الحمض النووي (DNA).
تصور استخدام الميكروسكوب الإلكتروني لكتابة كميات هائلة من المعلومات في مناطق صغيرة للغاية. تحدث أيضًا عن استخدام الآلات الميكانيكية لصنع آلات أخرى بدقة متزايدة. كم تحدث عن استغلال تفاعلات الدوران الكمومي ، نوع من "منطق الدوران" يدرس الآن فقط. جاءت العديد من توقعاته صحيحة في ذلك الخطاب وهي جميع جوانب ما نسميه اليوم تكنولوجيا النانو ، على الرغم من أنه لم يستخدم هذا المصطلح بنفسه.
أول استخدام لمصطلح "تكنولوجيا النانو" كان من قبل نوريو تانيجوتشي ، الذي قدم خطابًا في عام 1974 ، يصف كيف تحسنت الدقة البعدية التي صنعنا بها مع مرور الوقت. درس تطورات تقنيات التصنيع خلال الأربعينيات إلى السبعينيات المبكرة وتوقع (بشكل صحيح) أن تتقدم التقنيات إلى حد يمكن فيه تحقيق دقة بعدية أفضل بحلول أواخر الثمانينيات. تم استخدام مصطلح تكنولوجيا النانو أو النانوتكنولوجيا في هذا السياق.
كانت كل الأنشطة الأولى في ميدان تكنولوجيا النانو تُنجز بواسطة الفيزيائيين والمهندسين ، حيث كانوا يفكرون في الغالب في استخدام آلة مكونة من مكونات يتم تصنيعها بدقة معينة لصنع أجسام أو أجزاء أخرى للآلة. النظرة الحالية لتكنولوجيا النانو أدت مباشرة إلى ظهور صناعات الشبكات وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات الناجحة جدًا ، سوق عالمي يتجاوز قيمتها 2 تريليون دولار ، وتنمو حاليًا بمعدل 4.8٪ سنويًا.
استخدام مصطلح "تكنولوجيا النانو"
أول استخدام لمصطلح "تكنولوجيا النانو" كان من قبل نوريو تانيجوتشي ، الذي قدم خطابًا في عام 1974 ، يصف كيف تحسنت الدقة البعدية التي صنعنا بها مع مرور الوقت. درس تطورات تقنيات التصنيع خلال الأربعينيات إلى السبعينيات المبكرة وتوقع (بشكل صحيح) أن تتقدم التقنيات إلى حد يمكن فيه تحقيق دقة بعدية أفضل بحلول أواخر الثمانينيات. تم استخدام مصطلح تكنولوجيا النانو أو النانوتكنولوجيا في هذا السياق.
كانت كل الأنشطة الأولى في ميدان تكنولوجيا النانو تُنجز بواسطة الفيزيائيين والمهندسين ، حيث كانوا يفكرون في الغالب في استخدام آلة مكونة من مكونات يتم تصنيعها بدقة معينة لصنع أجسام أو أجزاء أخرى للآلة. النظرة الحالية لتكنولوجيا النانو أدت مباشرة إلى ظهور صناعات الشبكات وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات الناجحة جدًا ، سوق عالمي يتجاوز قيمتها 2 تريليون دولار ، وتنمو حاليًا بمعدل 4.8٪ سنويًا.
نحن جميعًا نستخدم معالجات ميكروية متقدمة في أجهزة الكمبيوتر المحمولة الخاصة بنا. الجيل الحالي من الرقائق ، المنتجة حتى عام 2006 تقريبًا ، تحتوي على خطوط معدنية يصل عرضها إلى 65 مليار جزء من المتر فقط ، وتحتوي على أكثر من 100 مليون مفتاح في قطعة من السيليكون بعرض بضعة مليمترات.
لذلك ، ستتم تقليل الأبعاد الحرجة للرقاقة إلى 45 نانومتر و 22 نانومتر بحلول نهاية العقد. تقنيات طورتها صناعة الشبكات تستخدم الآن لبناء آلات ميكانيكية صغيرة تُعرف باسم "أنظمة الميكروالكتروميكانيك" (MEMS) ، مع التطبيقات الواسعة في مجالات السيارات والطب ، حيث تعتبر الأداء القائم على التكلفة والحجم عوامل رئيسية. كما يمكننا رؤية التأثير الهائل للعمل على نطاق صغير جدًا على عالمنا.
خلال خطابه ، تنبأ فينمان أيضًا بإمكانية بناء آلات قادرة على التقاط الذرات الفردية وتحديد مواقعها لتشكيل مركبات كيميائية. أصبح هذا التصور حقيقة في عام 1981 مع اختراع المجهر الإلكتروني للمسح بواسطة بينغ وروهر في شركة آي بي إم في زيوريخ. يستخدم هذا المجهر إبرة معدنية حادة لفحص سطح وتمكين رؤية الذرات الفردية على السطح. حصدوا جائزة نوبل لهذا العمل في عام 1986.
لذلك ، ستتم تقليل الأبعاد الحرجة للرقاقة إلى 45 نانومتر و 22 نانومتر بحلول نهاية العقد. تقنيات طورتها صناعة الشبكات تستخدم الآن لبناء آلات ميكانيكية صغيرة تُعرف باسم "أنظمة الميكروالكتروميكانيك" (MEMS) ، مع التطبيقات الواسعة في مجالات السيارات والطب ، حيث تعتبر الأداء القائم على التكلفة والحجم عوامل رئيسية. كما يمكننا رؤية التأثير الهائل للعمل على نطاق صغير جدًا على عالمنا.
خلال خطابه ، تنبأ فينمان أيضًا بإمكانية بناء آلات قادرة على التقاط الذرات الفردية وتحديد مواقعها لتشكيل مركبات كيميائية. أصبح هذا التصور حقيقة في عام 1981 مع اختراع المجهر الإلكتروني للمسح بواسطة بينغ وروهر في شركة آي بي إم في زيوريخ. يستخدم هذا المجهر إبرة معدنية حادة لفحص سطح وتمكين رؤية الذرات الفردية على السطح. حصدوا جائزة نوبل لهذا العمل في عام 1986.
في عام 1989 ، استخدم إيجلر مجهر المسح لـ "كتابة" ذرات الزينون على سطح نحاس ثابت عند درجة حرارة قريبة من الصفر المطلق لكتابة الحروف "آي بي إم". قام إيجلر وفريقه بعمل أهم ، باستخدام هذه الطريقة بشكل رئيسي لاستكشاف الظواهر الفيزيائية وميكانيكا الكم الأساسية. استخدم جيمس نيفسكي في شركة IBM تقنيات مماثلة ، ولكن عند درجة حرارة الغرفة ، قام بدفع جزيء واحد;. كما يُطلق على هذا النوع من العمل مع الذرات والجزيئات الفردية اسم "تكنولوجيا النانو المكثفة".
هناك مسائل بالتأكيد تستحق اهتمامنا. يمكن تحديدها بشكل محدد. على سبيل المثال، هناك حاجة ضرورية للغاية لزيادة فهمنا لتأثيرات الصحة والبيئة الناجمة عن استخدامنا للجسيمات النانوية. هناك مخاوف عامة أيضًا. يمكن أن توفر تقنية النانو لنا مجموعة واسعة من القدرات ويجب استخدامها بطريقة متأنية ومسؤولة.
خاتمة
يسعى هذا الوثيقة إلى توضيح كيف يمكن لتقنية النانو، أي استغلال المادة عندما يتم تصنيعها على نطاق صغير جدًا، أن توفر فوائد هائلة، كأي تكنولوجيا فعّالة يجب أن تفعل. إنها ميدان حقيقي وشامل وبيني للنشاط البشري وليس مجرد اسم رمزي يمكن تطبيقه على أحدث اقتراح بحث أو عمل تجاري في محاولة لتأمين التمويل، على الرغم من أن استخدامها بهذه الطريقة ليس غير شائع.هناك مسائل بالتأكيد تستحق اهتمامنا. يمكن تحديدها بشكل محدد. على سبيل المثال، هناك حاجة ضرورية للغاية لزيادة فهمنا لتأثيرات الصحة والبيئة الناجمة عن استخدامنا للجسيمات النانوية. هناك مخاوف عامة أيضًا. يمكن أن توفر تقنية النانو لنا مجموعة واسعة من القدرات ويجب استخدامها بطريقة متأنية ومسؤولة.
ومع ذلك، هذه المخاوف تعكس مخاوف مماثلة كانت ربما ترافق التكنولوجيات الحيوية في الماضي. الاختلاف الوحيد يكمن في قدرتنا الحالية على استخلاص الدروس من التاريخ والسعي للعمل تحفظيًا، وإن كان ذلك بشكل متزن يعتمد على تحليل واقعي للمخاطر والفوائد المترتبة على استخدام تقنية النانو.
ما هي التكنولوجيا النانوية؟
التكنولوجيا النانوية هي العلم والهندسة التي تتعامل مع المواد والأجهزة التي تتراوح أبعادها بين 1 و 100 نانومتر. والنانومتر هو جزء من المليار من المتر، أي أن ذرة الهيدروجين يبلغ قطرها حوالي 0.1 نانومتر.
في ماذا تستخدم تقنية النانو؟
تستخدم تقنية النانو في العديد من المجالات، مثل:
يمكن تقسيم تطبيقات تقنية النانو إلى ثلاثة مجالات رئيسية:
التطبيقات الطبية: يمكن استخدام تقنية النانو لتحسين دقة التشخيص، وتطوير أدوية ولقاحات جديدة، وعلاج الأمراض المزمنة.
التطبيقات البيئية: يمكن استخدام تقنية النانو لمعالجة التلوث، وتطوير مواد وأجهزة صديقة للبيئة.
التطبيقات الصناعية: يمكن استخدام تقنية النانو لتطوير مواد وأجهزة جديدة، وتحسين كفاءة الإنتاج، وخفض التكاليف.
تقنية النانو في الطب
الأسئلة الشائعة حول موضوعنا اليوم
ما هي التكنولوجيا النانوية؟التكنولوجيا النانوية هي العلم والهندسة التي تتعامل مع المواد والأجهزة التي تتراوح أبعادها بين 1 و 100 نانومتر. والنانومتر هو جزء من المليار من المتر، أي أن ذرة الهيدروجين يبلغ قطرها حوالي 0.1 نانومتر.
في ماذا تستخدم تقنية النانو؟
تستخدم تقنية النانو في العديد من المجالات، مثل:
- الطب: تطوير الأدوية واللقاحات الجديدة، وتحسين دقة العمليات الجراحية، وعلاج الأمراض المزمنة.
- الطاقة: تطوير مصادر جديدة للطاقة، وتحسين كفاءة استخدام الطاقة، وتطوير طرق جديدة لتخزين الطاقة.
- البيئة: معالجة التلوث، وتطوير مواد وأجهزة صديقة للبيئة.
- الصناعة: تطوير مواد وأجهزة جديدة، وتحسين كفاءة الإنتاج، وخفض التكاليف.
يمكن تقسيم تطبيقات تقنية النانو إلى ثلاثة مجالات رئيسية:
التطبيقات الطبية: يمكن استخدام تقنية النانو لتحسين دقة التشخيص، وتطوير أدوية ولقاحات جديدة، وعلاج الأمراض المزمنة.
التطبيقات البيئية: يمكن استخدام تقنية النانو لمعالجة التلوث، وتطوير مواد وأجهزة صديقة للبيئة.
التطبيقات الصناعية: يمكن استخدام تقنية النانو لتطوير مواد وأجهزة جديدة، وتحسين كفاءة الإنتاج، وخفض التكاليف.
تقنية النانو في الطب
تستخدم تقنية النانو في الطب في العديد من المجالات، مثل:
التشخيص: يمكن استخدام المواد النانوية لإنشاء أدوات تشخيص دقيقة يمكنها اكتشاف الأمراض في مراحلها المبكرة.
العلاج: يمكن استخدام المواد النانوية لتطوير أدوية ولقاحات جديدة أكثر فعالية وأقل سمية.
العمليات الجراحية: يمكن استخدام المواد النانوية لتحسين دقة العمليات الجراحية وتقليل المخاطر.
تقنية النانو في جسم الإنسان
يمكن أن تدخل المواد النانوية إلى جسم الإنسان بعدة طرق، مثل:
استنشاقها: يمكن استنشاق المواد النانوية من الهواء أو الغبار.
ابتلاعها: كما يمكن ابتلاع المواد النانوية من الطعام أو الماء.
حقنها: يمكن حقن المواد النانوية في الجسم عن طريق الوريد أو العضل.
أهمية تقنية النانو
تتمتع تقنية النانو بإمكانيات هائلة لتغيير حياتنا في العديد من المجالات، مثل:
الصحة: يمكن أن تساعد تقنية النانو في علاج الأمراض المزمنة وتحسين جودة الحياة.
البيئة: كما يمكن أن تساعد تقنية النانو في معالجة التلوث وحماية البيئة.
الاقتصاد: يمكن أن تساعد تقنية النانو في خلق فرص جديدة للنمو الاقتصادي.
لماذا سميت تقنية النانو بهذا الاسم؟
سميت تقنية النانو بهذا الاسم لأنها تتعامل مع المواد والأجهزة التي تتراوح أبعادها بين 1 و 100 نانومتر. والنانو هو جزء من المليار من المتر، أي أن ذرة الهيدروجين يبلغ قطرها حوالي 0.1 نانومتر.
من مخترع تقنية النانو؟
لم يتم تحديد مخترع محدد لتقنية النانو، ولكن هناك العديد من العلماء الذين ساهموا في تطويرها، مثل:
- ريتشارد فاينمان: عالم فيزياء أمريكي، اشتهر بخطابه عام 1959 الذي تحدث فيه عن إمكانية بناء آلات على مقياس الذرات والجزيئات.
- جين كيرلي: عالم فيزياء أمريكي، حصل على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1996 لاكتشافه طريقة جديدة لتصنيع المواد النانوية.
- ستانلي وينبرغ: عالم فيزياء أمريكي، حصل على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1981 لاكتشافه طريقة جديدة لتصنيع المواد النانوية.
ما هي أجهزة النانو؟
- أجهزة النانو هي الأجهزة التي تتكون من مواد نانوية أو تعتمد على تقنية النانو. ومن الأمثلة على أجهزة النانو:
- الأجهزة الطبية: مثل الأجهزة التي تستخدم لتشخيص الأمراض أو علاجها.
- الأجهزة الإلكترونية: مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية.
- الأجهزة الصناعية: مثل الآلات والمعدات المستخدمة في الإنتاج.