Nanotexnologiya, nanotibb nədir — qısaca — istifadə sahələri və nümunələri

Yazı silsiləsi

Nanotexnologiya maddənin atom və molekul səviyyəsində idarə edilməsidir, elmin nisbətən yeni sahəsidir. Nanotexnologiya “ən azı bir ölçüsünün böyüklüyü 1 nanometrdən 100 nanometrə qədər olan maddənin idarə edilməsi” kimi də müəyyən edilir. Potensial tətbiqlərin (tibbi, sənaye və hərbi daxil olmaqla) müxtəlifliyi üzündən dövlətlər nanotexnologiya tədqiqatlarına milyardlarla dollar sərmayə yatırmışdır. Nanotexnologiya ölçü ilə müəyyən edildiyindən yer elmləri, üzvi kimya, molekulyar biologiya, yarımkeçiricilər fizikası, mikrofabrikasiya kimi elm sahələrini əhatə edir və təbii olaraq çox genişdir. Əlaqəli tədqiqat və tətbiqlər də eynilə müxtəlifdir. Nanotexnologiya bir müddətdir klinik təbabətə, xüsusilə onkologiyaya mühüm töhfələr verməyə başlamışdır.

Nanomateriallar onkoloji tətbiqlər üçün ideal olan müxtəlif səciyyəvi xüsusiyyətlərə malikdir. Xüsusilə bu iki xüsusiyyət, “şişlərdə üstünlüklü yığılma və normal toxumada az paylanma”, nanomaterialları digər kiçik molekullardan daha üstün mövqeyə gətirmişdir. Bu xüsusiyyətlər (şişlərdə üstünlüklü yığılma və normal toxumada az paylanma) radiasiya onkologiyası təcrübəsində yaxşı araşdırılmış, həm görüntüləmə, həm müalicənin planlaşdırılması, həm də radiasiya müalicəsinə həssaslığın artırılması mövzularında töhfələr vermişdir. Bu yazı silsiləsində onkoloji tətbiqlər üçün uyğun nanomaterialları və gələcəkdə nanotexnologiyanın xərçəng müalicəsində mümkün faydalarını müzakirə etməyi məqsəd qoyduq.

Tarixi

Nanotexnologiyanı bəsləyən ilk anlayışlar atom bombasının hazırlanmasında da fəal iştirak edən məşhur fizik Richard Feynman tərəfindən 1959-cu ildə atomların birbaşa idarəsi vasitəsilə sintezin mümkünlüyündən bəhs etdiyi məşhur “There is Plenty of Room at the Bottom” (Aşağıda çoxlu yer var) adlı çıxışı zamanı müzakirə edilmişdir.

1980-ci illərədək daha çox nəzəri mühitlərdə müzakirə edilərkən 2000-ci illərin əvvəlində nanotexnologiya sahəsinə elmi, siyasi və kommersiya diqqəti artmışdır. Dövlətlər ABŞ-da nanoölçülü tədqiqatlar üçün fond yaradan National Nanotechnology Initiative ilə başlayaraq nanotexnologiya tədqiqatlarını dəstəkləməyə və maliyyələşdirməyə başlamışlar.

Nanotexnologiyanın tətbiqləri

Nanotexnologiya bir çox mübahisəni (qida sektorunda nanotexnologiya tətbiqlərinin riskləri, nanohissəciklərə məruz qalmadan yaranan mümkün sağlamlıq təsirləri və s.) özü ilə gətirmişdir. Bu vaxt nanoölçülü texnologiyalardakı inkişaflara əsaslanan məhsulların kommersiyalaşdırılması başlamışdır. Bu məhsullar maddənin atom səviyyəsində idarəsindən çox nanomaterialların kütləvi tətbiqləri ilə məhdudlaşır. Project on Emerging Nanotechnology-nin (Yeni İnkişaf Edən Nanotexnologiya üzrə Layihə) hesablamalarına görə 1600-dən çox nanotexnoloji məhsul ictimaiyyət üçün əlçatandır. Həftədə 3-4 dəfə yeniləri bazara çıxarılır. Bu layihə bütün məhsulları ictimaiyyətə açıq onlayn məlumat bazasında siyahıya alır. Əksər tətbiqlər “birinci nəsil” passiv nanomaterialların istifadəsi ilə məhdudlaşır. Bu passiv nanomateriallara günəş kremi, kosmetika, səth örtüyü və bəzi qida məhsullarındakı titan oksid daxildir. Həmçinin gecko tape istehsalı üçün istifadə olunan karbon allotropları; qida qablaşdırmasında, geyimdə, dezinfeksiyaedicilərdə və məişət cihazlarındakı gümüş; kosmetika və günəş kremindəki sink oksid; yanacaq katalizatoru kimi serium oksid də bu nanomateriallara nümunədir. Daha qabaqcıl tətbiqlər tennis topunun daha uzunömürlü olmasını, qolf topunun daha düz uçmasını, boulinq topunun daha davamlı və daha sərt səthli olmasını təmin edir. Şalvar və corablarda da daha uzunömürlü olmaları və yayda insanları sərin saxlamaları üçün nanotexnologiyadan istifadə olunur. Sarğılarda yaraların tez sağalması üçün gümüş hissəciklərdən istifadə edilir. Avtomobillər də nanomateriallarla istehsal olunur, bunun sayəsində gələcəkdə daha az metal və yanacağa ehtiyac duya bilərlər. Videooyun konsolları və fərdi kompüterlər nanotexnologiya sayəsində daha ucuz, daha sürətli ola və daha çox yaddaşa malik ola bilər.

Nanotexnologiya The Institute for Global Futures tərəfindən gələcək 10 ildə sosial-iqtisadi təsiri ən böyük olacaq sahə kimi göstərilir. 2010-cu ildə nanotexnologiyaya əsaslanan son məhsulların qlobal iqtisadiyyatda əlavə dəyəri 150 milyard USD olduğu halda, bu dəyər 2014-cü ildə 2.6 trilyon USD olmuşdur.

Daha böyükdən daha kiçiyə: materiallar baxışı

Sistemin ölçüsü azaldıqca bəzi hadisələr aydınlaşır. Nanoölçüyə endirilən materiallar unikal tətbiqlərə imkan verərək makroölçüdə göstərdikləri xüsusiyyətlərdən fərqli xüsusiyyətlər göstərə bilər. Məsələn, qeyri-şəffaf (tutqun, işığı keçirməyən) maddələr şəffaf ola bilər (mis); sabit maddələr yanan hala gələ bilər (alüminium); həll olmayan maddələr həll olan hala gələ bilər (qızıl). Qızıl kimi normal ölçülərdə kimyəvi cəhətdən inert (aktiv olmayan) maddə nanoölçüdə potensial kimyəvi katalizator funksiyası göstərə bilər. Nanotexnologiyaya marağın böyük hissəsi maddənin nanoölçüdə göstərdiyi kvant və səth hadisələrindən qaynaqlanır.

Sadədən mürəkkəbə: molekulyar baxış

Müasir sintetik kimya kiçik molekulların demək olar hər quruluşda hazırlanmasının mümkün olduğu nöqtəyə çatmışdır. Bu üsullar tibbi məhsullar və ya kommersiya polimerləri kimi bir çox faydalı kimyəvi maddəni istehsal etmək üçün istifadə olunur. Bu yanaşmalar aşağıdan yuxarı yanaşma ilə özlərini avtomatik faydalı formalara çevirmək üçün molekulyar öz-özünə yığılma və/və ya supramolekulyar kimyadan istifadə edir.

Nanotexnologiyanın mühüm tətbiq sahələrindən biri: tibb

Nanoölçüdə maddənin mühəndisliyi bizə nanohissəcikləri (ölçüsü 100 nm-dən kiçik olan nanomateriallar) verə bilər. Bu nanohissəciklər kiçik molekullardan fərqli və özlərinə xas xüsusiyyətlərə malikdir. Bu xüsusiyyətlər yeni tibbi diaqnostik və müalicəvi (terapevtik) maddələrin hazırlanması üçün istifadə edilmişdir. Məsələn, “dəmir oksid nanohissəcikləri” digər dəmir oksid materiallarında olmayan “superparamaqnit” xüsusiyyətlərə malikdir. Xarici maqnit mənbəyinin mövcudluğunda dəmir oksid nanohissəcikləri aşağı dozalarda belə paramaqnit siqnalları verə bilər ki, bu xüsusiyyət dəmir oksid nanohissəciklərini maqnit rezonans (MR) görüntüləməsində mükəmməl kontrast maddə edir.

Nanomateriallar həmçinin onkoloji tətbiqlər üçün ideal müxtəlif xüsusiyyətlərə malikdir. Bunlar “artan keçiricilik və tutulma təsiri” (enhanced permeability and retention (EPR) effect), fərqli biopaylanma, farmakokinetika və nəzarətli buraxılmadır. Şişlərə xas sızdıran damarlar və səmərəsiz limfa yolları nanohissəciklərin şişlərə axmasına imkan verir, lakin onların dövrana qayıtmasına imkan vermir. Buna EPR təsiri deyilir və şişlərdə nanohissəciklərin üstünlüklü yığılması ilə nəticələnir. Bu üstünlüklü yığılma həm diaqnostik, həm də müalicəvi tətbiqlərdə üstünlük təmin edir. Nanohissəciklər həmçinin kiçik molekullarla müqayisədə özlərinə xas biopaylanmaya malikdir. Kiçik molekullarla müqayisədə nanohissəciklər normal damarlara və kapilyarlara yapışmır. Bu xüsusiyyət normal orqanlarda (dəri, ağciyərlər və ürək kimi) arzuolunmaz dərman yığılmalarının çox az olmasını təmin edir. Nəticədə bir çox nanohissəcik məzmununu yavaş və nəzarətli şəkildə buraxmaq üçün layihələndirilə bilər. Bu nəzarətli buraxılma sayəsində şiş hüceyrələrinin nanohissəciklərin içindəki xərçəng əleyhinə dərmanlara məruz qalma ehtimalı artır.

Buna baxmayaraq, onkologiya sahəsində nanotexnologiya tədqiqatlarının əksəriyyəti diaqnoz və kimyaterapiya dərmanlarının daşınması ilə bağlıdır. Radiasiya onkologiyasını inkişaf etdirmək üçün nanotexnologiyadan istifadəyə güclü maraq yaranmışdır.

Əlaqəli mövzu

- Nanotexnologiyanın əsasları 2. yazı: nanohissəcik platformaları, görüntüləmə və diaqnozda nanotexnologiya