ما هي تقنية النانو وما استخدامات وفوائد تقنية النانو

كتابة لبنى الزق - تاريخ الكتابة: 9 يناير 2021 , 10:01 - آخر تحديث : 9 يناير 2021 , 09:01
ما هي تقنية النانو وما استخدامات وفوائد تقنية النانو

ما هي تقنية النانو، تشكل تقنية النانو اليوم جدلًا كبيرًا، وتكثر التساؤلات حولها، وحول طبيعة استخدامها، ومدى تأثيرها على المجالات العلميّة، وتوجد العديد من علامات الاستفهام حول فائدتها الحقيقة، وأضرارها وتأثيرها على صحّة الجسم، إضافةً إلى إمكانيّة التعرض المباشر لهذه التقنيّة أم تجنب ذلك، ونظرًا لذلك؛ جاءت السطور التالية، لتوضح كافة الأمور المتعلقة بتكنلوجيا النانو، وتقدم تفسيرات علميّة، حول هذه التساؤلات.

ما هي تقنية النانو

يعود اكتشاف تقنيّة النانو إلى؛ الفيزيائي ريتشارد فاينمان، وهي عبارة عن علم، وهندسة، وتكنلوجيا، يتم إجراؤها، وتطبيقها بالمقياس النانوي، والذي يتراوح ما بين 1 إلى 100 نانومتر، وتمثل تقنية وعلم النانو؛ دراسة، وتطبيق أشياء صغيرة للغاية، يمكن أن يتم استخدامها في جميع المجالات العلميّة، مثل؛ الكيمياء، والبيولوجيا، والفيزياء، وعلوم المواد، والهندسة، وغيرها من المجالات.[1]

بدأت المفاهيم، والأفكار لعلم النانو بدايةّ؛ من قبل الفيزيائي فاينمان، أثناء حضوره اجتماع الجمعيّة الفيزيائيّة الأمريكيّة في معهد كاليفورنيا للتكنلوجيا، في 29 ديسمبر عام 1959، بحيث وصف فاينمان للعلماء؛ عمليّة يمكن من خلالها التحكم في الذرات، والجزيئات الفرديّة، لكن بعد مرور أكثر من عقد من الزمان؛ وأثناء اكتشاف اللآلآت فائقة الدقة، أعاد البروفيسور نوريو تانيجوتشي صياغة مصطلح تكنلوجيا النانو، وبعد ذلك؛ تم تطوريها وصولًا إلى تقنيّة النانو الحديثة اليوم، والتي أصبحت من أكثر التقنيات استخدامًا في مجالات العلوم.[1]

من الصعب جدًّا تخيل مدى صغر حجم تقنيّة النانو، إذ إن النانو الواحد؛ عبارة عن جزء من المليار من المتر، أو حوالي 9 إلى 10 من المتر، ويتضمن علم النانو؛ القدرة على رؤية الذرات، والجزيئات الصغيرة جدًّا، والتحكم بها، وتجدر الإشارة إلى أن كل شيء موجود على سطح الكرة الأرضيّة، عبارة عن ذرات، كالطعام، والملابس، والمباني، والأجسام.[1]

لكن من المعروف؛ أن أي شيء صعير الحجم كالذرة، من المستحيل رؤيته بالعين المجردة، أو باستخدام المجاهر العاديّة كالمستخدمة للتعليم، لذلك؛ تم التوصل إلى أجهزة متطورة، مثل؛ مجهر المسح النفقي أو مجهر القوة الذريّة، وبالتالي؛ نشأة عصر النانو، واليوم يطمح العلماء، والمهندسين؛ إلى اتباع أفضل الطرق، لصنع مواد على المقياس النانوي، وذلك؛ للاستفادة من خصائصها المعززة، مثل؛ القوة العالية، والوزن الخفيف، والتحكم المتزايد في طيف الضوء على نطاقاتٍ واسعةٍ.[1]

شاهد أيضًا: البحث عن معلومات حول احدى التقنيات والكتابة عنها بإيجاز

استخدامات وفوائد تقنية النانو

بعد الحديث عن ما هي تقنية النانو وبيانها، لا بدّ من التطرّق لابرز استخدامات هذه التقنيّة، فهي تقنيّة تتضمن الاستخدامات، والتطبيقات التكنولوجيّة، والعلميّة، فما هي أبرز مجالات استخدامها، حيث إن جميع المجالات الموضحةٌ كفيلة بتوضيح ما هي تقنية النانو بصورة أشمل، وهي كالتالي:[2]

الطب

يطور الباحثين الجسيمات النانوية، بحيث تكون مخصصة، وبحجم الجزيئات العاديّة، ويمكنها توصيل الأدوية مباشرة إلى الخلايا المريضة في جسم المصاب، وعندما يتم إتقانها، من المفترض بأن تقلل هذه الطريقة بشكلٍ كبيرٍ من؛ الضرر الذي يلحق بالخلايا السليمة للمريض مثل؛ العلاج الكيميائي.

الالكترونيات

توفر تقنية النانو تفسيرًا وطرقًا تتضمّن؛ كيفيّة زيادة إمكانيات قدرة الأجهزة الإلكترونية، وكفائتها، إلى جانب العمل على تقليل وزنها، واستهلاكها للطاقة. 

الأطعمة

تؤثر النانو على العديد من الجوانب الغذائية، بدايةً من كيفية زراعة الطعام، ووصولًا إلى كيفية تعبئته، وتغليفه، وكما تعمل الشركات حاليًّا؛ على تطوير مواد نانوية من شأنها أن تحدث فرقًا ليس فقط في مذاق الطعام، ولكن أيضًا في سلامة الغذاء، والفوائد الصحية، التي يمكن أن يوفرها الطعام لصحّة الجسم. 

خلايا الوقود

تستخدم تكنلوجيا النانو؛ لتقليل تكلفة المحفزات المستخدمة في خلايا الوقود،  لإنتاج أيونات الهيدروجين من الوقود مثل؛ الميثانول، وذلك؛ بسبب تحسين كفاءة الأغشية المستخدمة في خلايا الوقود، بهدف فصل أيونات الهيدروجين، عن الغازات الأخرى، كالأكسجين.

الخلايا الشمسية

يتم اللجوء إلى استخدام تكنلوجيا النانو بهذا المجال، من قبل الشركات التي قامت بتطوير خلايا شمسيّة بتقنيّة النانو، بحيث يمكن تصنيعها بتكلفة أقل بكثير من الخلايا الشمسيّة التقليديّة.

البطاريات

من أفضل التقنيات التي يمكن من خلالها فهم ما هي تقنية النانو؛ البطاريات، بحيث تقوم الشركات في الآونة الأخيرة، بتطوير بطاريات باستخدام مواد نانوية، لكي تصبح البطاريات؛ من أفضل البطاريات عالميًّا، ويمكن إعادة شحنها، وبطريقة أسرع من البطاريات التقليدية.

الفضاء

يعتقد العلماء بأن تقنية النانو؛ تمتلك المفتاح لجعل الرحلة إلى الفضاء أكثر عمليّة، بحيث جعلت التطورات في المواد النانوية المستخدمة من المركبات الفضائيّة؛ تتمتّع بخفّة وزنها، إضافةً إلى إمكانية وضع كابل للمصعد الفضائي، وكما كان لها دورًا من خلال تقليل كميّة الوقود المستخدمة في الصواريخ، وبشكل كبير جدًّا، بحيث يمكن لهذه التطورات الجديدة، التقليل من تكلفة السفر في الفضاء.

الوقود

يمكن للنانو معالجة النقص في الوقود الأحفوري، مثل؛ الديزل، والبنزين، وغيرها، وذلك؛ من خلال جعل إنتاج الوقود من المواد الخام، ومنخفض الجودة اقتصاديًّا، إضافةً إلى زيادة المسافة المقطوعة للمحركات، وجعل الوقود المنتج من المواد الخام أعلى كفاءة.

الهواء

يمكن تحسين أداء المحفزات المستخدمة حاليًا، لتحويل الأبخرة المتسربه للهواء من السيارات، والمنشآت الصناعيّة، إلى غازات غير ضارّة، وذلك؛ لأن المحفزات المصنوعة من الجسيمات النانوية؛ لها مساحة سطح أكبر، مما يجعلها تتفاعل مع المواد الكيميائية أكثر من المحفزات المصنوعة من الجزيئات، وبالتّالي؛ تسمح مساحة السطح الكبيرة لمزيد من المواد الكيميائية، بالتفاعل مع المحفز في وقت واحد، مما يجعل المحفز أكثر فعالية، مما يحسّن من جودة الهواء.

الماء

يتم استخدام تقنية النانو لتحسين جودة الماء، وذلك؛ من خلال إيجاد حلول لثلاثة مشكلاتٍ مختلفة، تعد تؤثّر على جودة الماء، إذ يمثل أحد التحديات، وأكبرها؛ إزالة النفايات الصناعيّة من المياه الجوفيّة، بحيث يمكن استخدام الجسيمات النانوية؛ لتحويل المادة الكيميائية الملوثة، من خلال تفاعل كيميائي، إلى مواد غير ضارة، كما وأظهرت الدراسات؛ بأن هذه الطريقة يمكن استخدامها بنجاح للوصول إلى الملوثات المنتشرة في؛ البرك الجوفية، وبتكلفة أقل بكثير من الطرق الأخرى، والتي تتطلب ضخ المياه من الأرض للمعالجتها.

مجسات كيميائية

يمكن للنانو تمكين أجهزة المجسات، والاستشعار عن بعد من اكتشاف كميات صغيرة جدًّا من الأبخرة الكيميائيّة، كما يمكن استخدام نكنلوجيا النانو في انواع متعددة من عناصر الاكتشاف، مثل؛ الأنابيب الثانويّة الكربونيّة، وأسلاك أكاسيد الزنك الثانويّة، وجزيئات البلاديوم الثانوية، في أجهزة الاستشعار القائمة على تقنية النانو.

ومن ناحية أخرى، ونظرًا لصغر حجم الأنابيب النانوية، والأسلاك النانوية، والجسيمات النانوية؛ فإن بعض جزيئات الغاز كافية لتغيير الخصائص الكهربائية لعناصر الاستشعار، وهذا بدوره يسمح باكتشاف؛ تركيز منخفض جدًا للأبخرة الكيميائية.

السلع الرياضيّة

من الغريب أيضًا أن النانو اجتاح عالم الرياضةن والسلع الرياضيّة أيضًا، بحيث شملت تطبيقات تقنيّة النانو الحالية الساحة الرياضيّة، واستخدمت لزيادة قوّة الأدوات الرياضيّة، كمضارب التنس، والكرات حيث إن استخدمها؛ يقلل من معدل تسريب الهواء في الكرات.

الأقمشة

توفر صناعة الأقمشة باستخدام الأنسجة المركبة بالجزيئات أو بالألياف، التي بحجم النانو؛ من تحسين خصائص الأنسجة، وذلك؛ دون زيادة كبيرة في وزن، وسمك، وصلابة الأقمشة.

شاهد أيضًا: آخر تطورات التكنولوجيا

تأثير تقنية النانو على صحة الجسم

نظرًا للتطور الكبير الذي حازت عليه تقنيه النانو في الآونة الأخيرة، وسرعة انشارها، ورغبة الجميع في التوجه لاستخدامها في العديد من المجالات، بسبب؛ دورها الفعّال في التطوير، والتحسين، إلا إن هناك العديد من المخاوف الصحية المرتبطة بها، والتي لا زالت قيد البحث والدراسة، ومن أبرز هذه المخاوف والأضرار الصحيّة لها ما يلي:

  • نشرت دراسة في 11 يونيو، في مجلة بيولوجيا الخليّة الجزيئيّة، على الانترنت، كشف من خلالها الباحثين الصينين، بوجود فئة من الجسيمات الثانوية التي تم تطويرها على نطاق واسع في الطب، بأنّها تسببت في تلف الرئة، نتيجةً للتسبب في موت نوع من الخلايا المبرمجة.[3]
  • يعد تلف الرئة المصدر الرئيس للقلق المحيط بتقنية النانو، بحيث أظهرت العديد من الدراسات بأن معظم الجسيمات النانوية، تهاجر إلى الرئتين مباشرة، وبالرغم من ذلك؛ هناك العديد من المخاوف أيضًا حول تلف أعضاء أخرى من الجسم، عند التعامل أو استخدام التقنيات التي تشتمل على تقنية النانو.[3]
  • من المحتمل بأن يكون لها تأثيرًا سلبيًّا على الجهاز المناعي، وقد تسبب الالتهابات.[4]
  • لم تثبت الدراسات الوبائية؛ أن تلوث الهواء المحيط بالجسيمات النانوية، أكثر ضررًا من الجزيئات الكبيرة، إلّا إنّه من المحتمل عند ترسب الجسيمات النانوية المستنشقة في الرئتين، بأن تنتقل إلى أعضاء أخرى في الجسم مثل؛ الدماغ، والكبد، والطحال، وجنين الحامل.[4]
  • ثبت في بعض الدراسات؛ بأن الجسيمات النانوية الصغيرة، أكثر قدرة على الوصول إلى الأعضاء الثانوية من الأعضاء الأكبر.
  • أظهرت دراسة واحدة فقط؛ بأن الجسيمات النانوية المستنشقة تعبر في مجرى الدم، عن طرق الغشاء المخاطي داخل الأنف، ثم تصل إلى الدماغ عبر العصب الشمي.[4]
  • من الممكن بأن تكون المواد ضارة، وفي بعض الاحيان قد تكون سامة إذا تم استنشاقها بشكل جسيمات، بسبب الإجهاد التأكسدي الذي تسببه الجسيمات، وتشمل آثار استنشاقها؛ التعرض للعديد من المشكلات الصحيّة مثل:[4]
    • التاب الرئة.
    • مشكلات في القلب.
    • التأثير على وظائف القلب والأوعية الدموية، كزيادة معدل نبضات القلب.

شاهد أيضًا: الاضرار الاجتماعية المترتبة على الاستخدام السلبي للتقنية

الصعوبات التي تواجه تقنية النانو

لا يعد الجدل كبيرًا حول معرفة ما هي تقنية النانو، مقارنةً بالصعوبات، والتحديات التي تواجه العلماء، والمتخصصين، عند استخدام تقنيّة النانو في المجالات المختلفة، وتحقيق اقصى استفادة ممكنة منها، فما هي هذه التحديات، والصعوبات التي تواجهها النانو، إليك بعضًا منها:[5]

  • استقرار التجمعات النانوية، وقدرتها على إعادة بناء السطح.
  • الضوضاء الحرارية، والحركة البراونية للجسيمات.
  • قدرة الجسيمات على الاحتكاك، وتبديد الطاقة.
  • تصميم المحرك الخاص بتقنية النانو.
  • تحتاج إلى توفير بيئة سهلة الانصهار، أي محكمة الإغلاق بالكامل.
  • يتوجب توفير مسار تنفيذ.

وفي الختام، تكون السطور السابقة فدمت توضيحًا مفلًا عم ما هي تقنية النانو، وأشارت إلى أبرز الاستخدامات والتطبيقات الملميّة المرتبطة بها، كما وسلطت الضور على أبرز التحديات، والصعوبات التي تواجهها النانو، وأشارت أيضًا إلى المخاطر والمخاوف الصحيّة المحتملة لتقنية النانو.

المراجع

  1. ^ nano.gov , What is Nanotechnology? , 08-01-2021
  2. ^ understandingnano.com , Nanotechnology Applications , 08-01-2021
  3. ^ sciencedaily.com , Health Risks Of Nanotechnology: How Nanoparticles Can Cause Lung Damage, And How The Damage Can Be Blocked , 08-01-2021
  4. ^ ec.europa.eu , Nanotechnologies , 08-01-2021
  5. ^ softmachines.org , Six challenges for molecular nanotechnology , 08-01-2021
75 مشاهدة