جنبه هاي مثبت و منفي استفاده از فناوري نانو در محيط زيست
آينده زير سايه نانو
مژگان جندقي
نانوتکنولوژي به عنوان يک فناوري کاربردي در دهه هاي اخير بسيار مورد توجه قرار گرفته است. کاربرد اين فناوري در حوزه هاي مختلف، متفاوت است. اين فناوري با توليد محصولات متنوع در بخش هاي شيمي، انرژي و محيط زيست کاربرد فراواني دارد. البته قبل از استفاده از محصولات اين فناوري در محيط زيست، لازم است ارزيابي دقيقي از تاثيرات مثبت و منفي کاربرد آنها بر محيط زيست صورت گيرد. در مطلب زير به برخي جنبه هاي مثبت و منفي استفاده از فناوري نانو در محيط زيست پرداخته شده است.
---
فناوري نانو از همگرايي علوم فيزيک، شيمي و زيست شناسي به وجود آمده است. نانو داراي ريشه يوناني است. اين فناوري توانايي کار در سطح اتم و ايجاد ساختارهايي که نظم مولکولي کاملاً جديدي دارند را فراهم مي آورد. ماده اصلاح شده در مقياس نانو، خصوصيات جديد و مفيدي را دارا مي شود که قبلاً در آن مشاهده نمي شد. بسياري از متخصصان، محققان، مهندسان و دانشمندان علوم اجتماعي و سياستمداران معتقدند که فناوري نانو موجب تغييرات مهمي در جامعه مي شود و اين تغييرات مي تواند اهميت تاثيرات حاصل از ساخت کامپيوتر را نشان دهد. فناوري نانو اين امکان را ايجاد مي کند که مواد جديدي توليد کنيم، موادي که به صورت بالقوه مي تواند اثرات مثبت يا منفي روي محيط زيست و بهداشت داشته باشند.
تاثيرات سودمند فناوري نانو بر محيط زيست
فناوري هاي اميدبخش شامل حسگرها يا سنسورها و ساير دستگاه هاي به کار رفته براي آشکارسازي آلودگي و برطرف کردن آنها است. برخي کاربردهاي سودمند فناوري نانو در ذيل آورده شده است؛
سنسورها ياحسگرها؛ انواع گسترده يي از حسگرهاي زيستي و روش هاي مربوطه طي چند سال گذشته در بازار معرفي شده اند. اين دستگاه هاي آناليتيکي از عناصر تشخيص بيولوژيکي تشکيل مي شوند که با آشکارسازي هاي سيگنال مرتبط هستند (مثلاً آنزيم ها، ميکروارگانيسم ها و غيره). اين دستگاه ها نسبت به حضور و غلظت آناليست واکنش داده و پاسخي قابل اندازه گيري توليد مي کنند. نانومواد و نانوساختار هاي جديد مانند نانوذرات، نانوکريستال ها، نانولوله هاي کربني، نانوالياف و فيلم نازک به عنوان دستگاه هاي حسگر مشخص شده اند. نانوذرات کاربردهاي بسياري در سنسورها دارند. نانوذرات، نانوکريستال هاي نيمه هادي درخشان و نقاط کوانتومي دسته يي از نانوحسگرهايي هستند که توانايي آشکار کردن سموم موجود در محيط را دارند و مشخص شده است که نانوکريستال ها و نقاط کوانتومي همراه با پادتن ها مي توانند به طور همزمان چهار نوع سم را آشکار کنند.
اين نوع نانوسنسورها براي آشکارسازي همزمان چند آلاينده در نمونه هاي آب يا خاک با ظرفيت آشکارسازي حساسيت بالا به کار مي رود. تحقيقات زيادي روي نانوساختارهاي لوله يي و متخلخل از قبيل نانولوله هاي کربني انجام شده است. اين نانوساختارها در حسگرهاي زيستي براي افزايش کيفيت و فعاليت بيومولکول هاي ساکن استفاده مي شوند. خواص ابعادي، شيمي سطح و الکترونيک نانولوله هاي کربني آنها را به موادي ايده آل براي استفاده در حسگرهاي شيميايي و بيوشيميايي تبديل کرده است. پيش بيني مي شود که فناوري نانو موجب افزايش حساسيت حسگرها و توليد ارزان و خودکار آنها شود و بتواند در آزمايشگاه و خارج از آن جهت آشکارسازي سريع مواد سمي و بيماري زا (پاتوژن) به کار رود.
نسل جديدي از نانوذرات به منظور حذف هيدروکربن هاي آروماتيک چندحلقه يي که به سختي از آب يا خاک آلوده حذف مي شوند، طراحي شده است.
غشاي نانو *****اسيون؛ استفاده از غشاي نانو*****اسيون جهت حذف نمک هاي چندظرفيتي عناصري مانند کلسيم، آهن، منگنز، اورانيوم و برخي آفت کش ها، راهکار ديگري است که توسط فناوري نانو ارائه مي شود.
تصفيه آب هاي سطحي و زيرزميني و نيز حذف ميکروارگانيسم ها و کاهش تيرگي و سختي آب و دفع شوري و نمک زدايي آب از ديگر فوايد فناوري نانو است.
نانوذرات؛ وجود نانوذرات در رنگ ها باعث مي شود که رنگ ها با خواص مطلوب و بهبوديافته با مصرف حلال هاي کمتر توليد شوند. فعاليت سطحي بالاي نانوذرات نشان دهنده يکي از جالب ترين خصوصيات اين مواد است که مي تواند کاربردهاي وسيعي در صنعت داشته باشد.
انتظار مي رود فناوري نانو نقش مهمي در حذف آلاينده ها ايفا کند، اصلاح خاک آلوده با استفاده از اين فناوري به راحتي صورت پذيرد و همچنين در توسعه فرآيند توليد سبز که انتشار و توليد مواد زائد را کاهش دهد، مهم واقع شود. فناوري نانو موجب کاهش مصرف مواد خام مورد نياز شده و بنابراين از منابع طبيعي محافظت مي کند. به طور کلي فناوري نانو با کارآمد کردن دستگاه ها و ابزار مورد استفاده در بخش هاي مختلف و نيز با کاهش مصرف ماده خام و انرژي گامي موثر در جهت حفاظت از منابع طبيعي و محيط زيست برداشته است.
تاثيرات مخرب فناوري نانو بر محيط زيست
ذرات نانو و فناوري نانو جداي از مفيد بودن مي توانند داراي خطرات احتمالي نيز باشند، بنابراين بايد مسائل مرتبط با ايمني و خطرات احتمالي همراه با اين روش هاي جديد را در نظر گرفت. ذرات نانو ممکن است سرعت جهش باکتري ها را افزايش دهند و تهديدي بالقوه براي محيط زيست و سلامت انسان باشند. به رغم اينکه فناوري نانو محصولات موجود را موثرتر و کارآمدتر مي کند، اندازه اين ذرات که جزء خواص مهم آنها است، مي تواند سلامتي و محيط زيست را تهديد کند. اين ذرات از گرده هاي گل گياهان و مواد حساسيت زاي معمولي نيز کوچک تر هستند و مي توانند توليد حساسيت کنند. اين ذرات مي توانند به سيستم دفاعي و ايمني بدن موجودات زنده و انسان حمله کنند. بعضي از اين ذرات مي توانند پس از تنفس به کيسه هاي هوايي ريه ها آسيب برسانند که در اين بين ماکروفاژها سعي مي کنند تا آنها را از بين ببرند و مانع از عبور اين ذرات و ورود آنها به خون شوند وليکن ماکروفاژها در تشخيص ذرات با قطر کمتر از 70 نانومتر دچار مشکل مي شوند و اين ذرات مي توانند به آساني در خون نفوذ کنند. گزارش شده است که نانوذرات مانند کربن سياه و دي اکسيدتيتانيوم که در فرآيندهاي صنعتي کاربرد زيادي دارند و به آلودگي هوا نيز کمک مي کنند، موجب ايجاد التهاب و جراحت هاي پوستي شده و در ريه باقي مانده و انباشته مي شوند. ذرات اکسيدروي و دي اکسيد تيتانيوم باعث توليد راديکال هاي آزاد در سلول پوستي شده و به DNA آسيب مي رسانند و اين آسيب به DNA موجب جهش مي شود و تغييراتي در ساختمان پروتئين به وجود مي آورد که ممکن است باعث سرطان و تومور شود.
به نظر مي رسد که اکتيويته سطح و اندازه ذره عوامل اصلي در سمي بودن نانوذرات باشند. منابع احتراق مانند اجاق هاي خوراک پزي گازي، احتراق گاز صنعتي و انواع وسايل گرم کننده خانگي موادي را توليد مي کنند که محتوي صدها يا هزاران نانولوله کربني هستند و ساختارهاي نانوکريستالي دارند. شواهد حاکي از آن است که نانولوله هاي کربني فرآوري نشده مي توانند آئروسل را طي جابه جا کردن به وجود آورند. کارخانجاتي که موادي بر پايه نانولوله هاي کربني مانند فولرن توليد مي کنند، مي توانند باعث از بين رفتن گلوتامين و آسيب اکسيداتيو بر مغز ماهيان شوند. همچنين فولرن در خاک مي تواند حرکت کرده و توسط کرم هاي خاکي جذب شود و به اين ترتيب وارد زنجيره غذايي شود.
نانوذرات طبيعي احتراق احتمالاً مهمترين منبع توليد ذرات نانوي طبيعي در محيط زيست هستند. انتشار نانوذرات مهندسي شده در محيط زيست خطرناک تر از ذرات طبيعي است، زيرا آنها مواد جديدي هستند و انسان ها و موجودات زنده ديگر ممکن است داراي مکانيسم هاي دفاعي کافي در مقابل آنها نباشند. بررسي ها نشان مي دهد که به طور کلي ذرات نانوکربني و دي اکسيدتيتانيوم سمي تر از ذرات بزرگ همان مواد هستند.
جمع بندي و تحليل
در سال هاي اخير، پيشرفت هاي سريع علوم و فنون به ويژه در زمينه نانوتکنولوژي، تحولاتي بزرگ را در زمينه هاي پزشکي، کشاورزي، صنعت، محيط زيست و علوم پايه زيستي در پي داشته است.
امروزه نقش نانوتکنولوژي در همه ابعاد روشن است، اما جنبه ديگر اين توانمندي، خطرات احتمالي مرتبط با استفاده از محصولات فناوري نانو است که در صورت رعايت نکردن قوانين و مقررات خاص ايجاد مي شود. بنابراين ضمن تاکيد بر اهميت فناوري نانو، لازم است آيين نامه هايي جهت انجام ايمن و سالم استفاده از محصولات نانو تهيه و تدوين شود تا بر اساس آن بتوان کنترل و نظارت بر کليه فعاليت هاي نانوتکنولوژي را اعمال کرد. در واقع دولت ها موظفند علاوه بر تدوين استراتژي ملي و تصويب چارچوب سازماني براي نانوتکنولوژي، شرايط قانوني تحقيق و توسعه را مشخص کنند. از اين رو پيشنهاد مي شود يکي از اين زيرساخت هاي قانوني، قانون «ايمني نانو» باشد. در واقع، ايمني نانو به سياست ها و روش هاي اتخاذ شده جهت اطمينان از کاربرد بي خطر محصولات نانو از نظر محيط زيست و سلامت انسان اطلاق مي شود. از اين رو تدوين اين سياست ها و قوانين امري ضروري به نظر مي رسد. کمااينکه در حال حاضر در برخي از کشورهاي پيشرفته مانند ايالات متحده امريکا، انگلستان، فرانسه، آلمان و ژاپن قوانين ايمني نانو وجود دارد و در هر يک از بخش هاي مرتبط با محصولات نانو کميته هايي مشغول فعاليت هستند. کشورهايي مانند چين و هند نيز قوانيني در اين مورد وضع کرده اند و در حال سازماندهي کميته ها هستند. از اين رو تدوين اين قوانين و برنامه ريزي جهت سازماندهي کميته هاي مرتبط، در کشور ما نيز امري ضروري به نظر مي رسد.
چسبي که در دماي بالا محکم تر مي شود
ترجمه؛ حسن سالاري
پژوهشگران امريکايي نانوچسب نيرومندي درست کرده اند که از زنجيره هاي مولکولي براي پيوند دادن سطح چيزها به هم بهره مي برد و حتي در دماهاي بسيار بالا کار مي کند. اين نانوچسب سطوحي را که حتي اگر يک نانومتر ضخامت داشته باشند، محکم به هم پيوند مي دهد (نزديک هزار بار نازک تر از سطوحي که چسب هاي معمولي مي توانند به هم بچسبانند). اين چسب با افزايش دماي محيط محکم تر نيز مي شود. اين چسب را «گاناپاتيرامان رامانا» و همکارانش در بنياد پلي تکنيک رنسلير پديد آورده اند. آنها مي گويند که اين چسب براي چسباندن تراشه هاي رايانه و قطعه هاي دستگاه هايي که در محيطي با دماي بالا کار مي کنند، بسيار خوب است. اين چسب از لايه هايي در مقياس نانو از زنجيره هاي مولکولي جداگانه يي از سيليکون، کربن و هيدروژن درست شده است و اين روش پيش از ساختن چسب و پوشش هاي حفاظتي به کار رفته است. اما اين زنجيره ها در حالت عادي در دماي بالاي 400 درجه سلسيوس باعث از دست رفتن چسبندگي مي شوند. براي چيره شدن بر اين دشواري، اين پژوهشگران زنجيره هاي مولکولي را بين مس در يک سر و سيليس در سوي ديگر ساندويچ کردند. آنها دريافتند که نه تنها اين کار زنجيره ها را در برابر افزايش دما حفاظت مي کند، بلکه نيروي چسبندگي آنها با افزايش دما به راستي افزايش مي يابد. «رامانا» در اين رابطه چنين مي گويد؛ «هر چه دما را بالاتر مي بريد، پيوندها محکم تر مي شوند. هنگامي که ما کار را آغاز کرديم، تصور نمي کرديم اين مولکول ها اين گونه رفتار کنند.» وي در ادامه مي افزايد؛ «برخي اثرها ممکن است با انواع ديگري از نانولايه ها بهتر کار کنند، گرچه اين گروه هنوز بايد با ترکيب هاي شيميايي ديگر آزمايش کنند.» به نظر «رامانا» اين دستاورد بيشتر بايد به صنعت ريزتراشه ها کمک کند. اين نانوچسب را مي توان براي پيوند دادن اجزاي ميکروسکوپي به کار برد. اما کاربردهاي ديگر آن مي تواند پوشش دادن قطعه هايي در توربين ها و موتورهاي جت باشد تا آنها را از دماي بالا محافظت کند. «رامانا» مي گويد؛ «به نظر من اين چسب براي کار در دماي بالا بسيار سودمند خواهد بود.» گزارش اين پژوهش در مجله نيچر (vol 447, p.299) چاپ شده است.
NewScientist.com,May.2007
منبع:
http://www.etemaad.com/Released/86-04-17/215.htm