نانوفناوری و نانوپزشکی چیست؟ خلاصه کاربردها و نمونه‌ها

مجموعه نوشته

نانوفناوری کنترل ماده در سطح اتمی و مولکولی و رشته نسبتاً تازه است؛ کنترل ماده با حداقل یک بُعد 1 تا 100 نانومتر تعریف می‌شود. تنوع بالقوه پزشکی، صنعتی و نظامی دولت را به میلیاردها سرمایه رسانده است. چون با اندازه تعریف می‌شود زمین‌شناسی، شیمی آلی، زیست مولکولی، نیمه‌رسانا و ریزساخت را شامل و وسیع است. پژوهش و کاربرد نیز متنوع‌اند. مدتی است به بالین به‌خصوص سرطان کمک مهم می‌کند.

نانومواد ویژگی‌های ایدئال انکولوژی دارند. به‌خصوص «تجمع ترجیحی تومور و توزیع کم بافت طبیعی» آن‌ها را نسبت به مولکول کوچک برتر می‌کند. همین دو ویژگی در پرتودرمانی خوب مطالعه و به تصویربرداری، برنامه‌ریزی و افزایش حساسیت تابش کمک کرده‌اند. در مجموعه می‌خواهیم مواد مناسب انکولوژی و سود احتمالی آینده نانوفناوری در سرطان را بحث کنیم.

تاریخچه

فیزیک‌دان مشهور و فعال ساخت بمب ریچارد فاینمن در 1959 در سخنرانی «There is Plenty of Room at the Bottom» (پایین فضای زیادی هست)، امکان ساخت با کنترل مستقیم اتم را بحث و مفهوم نخست را مطرح کرد.

تا دهه 1980 نظری بود؛ آغاز 2000 توجه علمی، سیاسی و تجاری بیشتر شد. دولت‌ها با شروع National Nanotechnology Initiative آمریکا پژوهش مقیاس نانو را حمایت و تأمین کردند.

کاربردها

نانوفناوری بحث‌هایی مانند خطر در غذا و اثر سلامت مواجهه آورده است. هم‌زمان تجاری‌سازی محصولات مبتنی بر پیشرفت نانو آغاز شد. این‌ها بیشتر کاربرد انبوه نانوماده‌اند تا کنترل اتمی. Project on Emerging Nanotechnology بیش از 1600 محصول عمومی و عرضه هفته‌ای 3-4 تازه برآورد و همه را در پایگاه آنلاین عمومی فهرست می‌کند. بیشتر محدود به نسل اول منفعل‌اند: اکسید تیتانیوم در ضدآفتاب، آرایش، پوشش و بعضی غذا؛ آلوتروپ کربن برای نوار گکو؛ نقره در بسته غذا، لباس، ضدعفونی و لوازم؛ اکسید روی در آرایش و ضدآفتاب؛ و سریم کاتالیزور سوخت. پیشرفته‌تر، دوام توپ تنیس، پرواز مستقیم‌تر گلف و دوام و سطح سخت‌تر بولینگ می‌دهد. در شلوار و جوراب برای ماندگاری و خنکی تابستان است. نقره پانسمان ترمیم زخم را سریع می‌کند. خودرو نیز با نانوماده شاید در آینده فلز و سوخت کمتر بخواهد. کنسول و رایانه با آن ارزان‌تر، سریع‌تر و پُرحافظه‌تر می‌شوند.

Institute for Global Futures آن را بیشترین اثر اجتماعی‌اقتصادی 10 سال آینده می‌داند. ارزش افزوده در 2010 برابر 150 میلیارد USD و در 2014 برابر 2.6 تریلیون USD شد.

از بزرگ به کوچک: دیدگاه ماده

با کم شدن اندازه سامانه بعضی پدیده‌ها آشکار می‌شوند. ماده کوچک‌شده به نانو می‌تواند خواصی متفاوت با درشت نشان و کاربرد یکتا بدهد. مات (نورناگذر) شفاف می‌شود (مس)، پایدار آتش‌گیر (آلومینیوم) و نامحلول محلول (طلا). طلای معمولاً بی‌اثر شیمیایی در نانو کاتالیزور بالقوه است. بیشتر علاقه از پدیده‌های کوانتومی و سطحی این مقیاس است.

از ساده به پیچیده: دیدگاه مولکولی

شیمی ساخت مدرن به جایی رسیده که آماده‌سازی مولکول کوچک با تقریباً هر ساختار ممکن است. این روش‌ها دارو و پلیمر تجاری مفید تولید می‌کنند. رویکرد پایین‌به‌بالا با خودآرایی مولکولی و/یا شیمی فرامولکولی، خودکار به شکل مفید تبدیل می‌شود.

کاربرد مهم: پزشکی

مهندسی ماده در نانو، ذراتی (نانوماده کوچک‌تر از 100 nm) می‌دهد با خواص ویژه متفاوت از مولکول کوچک. از آن برای مواد تشخیصی و درمانی تازه استفاده شده است. نمونه، اکسید آهن نانو با خاصیت سوپرپارامغناطیسیِ غایب در دیگر مواد اکسید آهن است. با منبع مغناطیسی بیرونی حتی دوز کم سیگنال پارامغناطیس می‌دهد و آن را کنتراست عالی MRI (MR) می‌سازد.

نانومواد همچنین نفوذپذیری و نگهداشت افزوده (enhanced permeability and retention، EPR)، توزیع زیستی، فارماکوکینتیک و آزادسازی کنترل‌شده ایدئال سرطان دارند. رگ نشت‌کننده و لنف ناکارآمد ویژه تومور اجازه ورود و نه برگشت به گردش می‌دهد؛ این EPR موجب تجمع ترجیحی است و تشخیص و درمان را برتر می‌کند. ذره نسبت به مولکول کوچک توزیع زیستی ویژه دارد. برخلاف کوچک‌ها به رگ و مویرگ طبیعی نمی‌چسبد و داروی ناخواسته در پوست، ریه و قلب بسیار کم می‌شود. بسیاری برای رهاسازی آهسته و کنترل‌شده طراحی می‌شوند و با این کنترل احتمال مواجهه سلول تومور با ضدسرطان داخل ذره افزایش می‌یابد.

با این حال بیشتر پژوهش انکولوژی تشخیص و حمل شیمی‌درمانی است و علاقه قوی به بهبود پرتودرمانی شکل گرفته است.

موضوع مرتبط

- مبانی نانو، نوشته 2.: بستر ذره، تصویربرداری و تشخیص