- מהי ננוטכנולוגיה?
- היסטוריה של ננוטכנולוגיה
- בשביל מה ננוטכנולוגיה?
- יישומי ננוטכנולוגיה
- דוגמאות ננוטכנולוגיה
- ננוטכנולוגיה ברפואה
- ננוטכנולוגיה וביוטכנולוגיה
אנו מסבירים מהי ננוטכנולוגיה, לשם מה היא מיועדת ודוגמאות. בנוסף, יישומיו ברפואה, ביוטכנולוגיה ובתחומים נוספים.
מהי ננוטכנולוגיה?
בגדול, ננוטכנולוגיה היא מניפולציה וייצור של חומרים וחפצים ב-a סוּלָם אטומי או מולקולרי, כלומר ננומטרי. זה תחום מאוד רחב של מחקר ויישומים שעדיין נמצאים באיחוד.
ננוטכנולוגיה כוללת חוֹמֶר תת-אטומי, כמו גם הידע הספציפי של דיסציפלינות כמו מדעי כימיה אורגנית, ביולוגיה מולקולרית, מוליכים למחצה, מיקרו ייצור ו מַדָע משטחים, בין היתר.
בפשטות רבה, הננוטכנולוגיה מתחילה מהרעיון של בניית מכונות מיקרוסקופיות שבאמצעותן ניתן לייצר חומרים חדשים בעלי תצורה מולקולרית ייחודית ומיוחדת.
עם זאת, האופי של רבים מה"מכונות" הללו אינו דומה לאלו שאנו משתמשים בהם בחיי היום יום שלנו, אך עשוי בהחלט להיות מורכב מ נגיף "מתוכנת מחדש" גנטית ואמצעים ביוטכנולוגיים אחרים. כתוצאה מכך, זה טֶכנוֹלוֹגִיָה הוא מקור אינסופי לאפשרויות וכמובן לסכנות.
בנוסף, באמצעות ננוטכנולוגיה, נבנו ננו-חומרים, שהם מרכיבים לא קיימים טֶבַע ונכסים מדהימים. הם נוצרו מהשינוי של מולקולות של חומרים קיימים.
לפיכך, נפתח שדה מחקר ענק עם יישומים כמעט אינסופיים, שעדיין נמצאים בהגדרה ניסוי. הננוטכנולוגיה מבטיחה להביא עמה מהפכה תעשייתית ומדעית-טכנולוגית חדשה.
היסטוריה של ננוטכנולוגיה
ב-1959 נדונה לראשונה האפשרות של ננוטכנולוגיה וננו-מדע. הראשון שהתייחס אליהם היה זוכה פרס נובל לפיזיקה, האמריקני ריצ'רד פיינמן (1918-1988), במהלך נאומו ב-Caltech (קליפורניה, ארה"ב), בו הציג תיאוריה לגבי הסינתזה על ידי מניפולציה ישירה של אטומים.
עם זאת, המונח "ננוטכנולוגיה" נטבע בשנת 1974 על ידי Norio Taniguchi היפני (1912-1999). מאז, רבים חלמו או העלו תיאוריה לגבי האפשרות של סוגים אלה של מכונות וחומרים מתקדמים.
לדוגמה, המהנדס האמריקני קים אריק דרקסלר (1955-) השתתף בפופולריזציה של המונח וסוג זה של מחקר, בהיותו אחראי במידה רבה לתחילתו הרשמית של תחום חקר הננוטכנולוגיה בשנות ה-80, מגיב להתקדמות של הזמן פנימה מיקרוסקופיה וגילוי הפולרנים ב-1985.
משנת 2000 החלו להשתמש בננו-חומרים באופן תעשייתי. בתגובה ה ממשלות מהעולם החלו להשקיע סכומי עתק במחקר ופיתוח ננוטכנולוגיה.
היישומים שלה לתחום של בִּיוֹכִימִיָה, רפואה ו הנדסה גנטית הם התבררו זמן קצר לאחר מכן. כיום זהו אחד התחומים המדעיים בעלי התוקף והביקוש הגדולים ביותר גם במדינות מה שנקרא העולם השלישי.
בשביל מה ננוטכנולוגיה?
במונחים בסיסיים, ננוטכנולוגיה היא סוג של הנדסת חומרים בקנה מידה אטומי או מולקולרי. זה אומר שהוא מאפשר לך לתפעל חומר בקנה מידה קטן לאין שיעור, בין 1 ל-100 ננומטר, כלומר בערך בגודל של מולקולה של DNA (2 ננומטר) וא חיידק מהסוג Mycoplasma (200 ננומטר).
לכן, היתרונות של ננוטכנולוגיה הם כמעט אינסופיים: מהתערבות ההרכב הכימי של יצורים חיים, ובכך מאפשר לשנות את ה-DNA של יצורים חיים מיקרוסקופיים ו"לתכנת" אותם לבצע משימות ביוכימיות מסוימות, עד לייצור חומרים חדשים בעלי תכונות ייחודיות, הנקראים ננו-חומרים.
יישומי ננוטכנולוגיה
חלק מהיישומים הנוכחיים של ננוטכנולוגיה קשורים ל:
- תעשיית הטקסטיל. יצירת בדים חכמים, המסוגלים להתנהגויות מתוכנתות מראש בשבבים או מכשירים אלקטרוניים אחרים, ובכך להיות מסוגלים לנקות את עצמם, לדחות כתמים או להיות מסוגלים לשנות צבעוניות ושל טֶמפֶּרָטוּרָה.
- עיצוב חקלאי. עיבוד של חומרי הדברה, חומרי הדברה ודשנים בעלי ביוכימיה מבוקרת המאפשרים שיפור של קרקעות, וכן חיישני ננו לזיהוי מי תהום, ריכוז חומרי הזנה וכו'.
- תמיכה בבעלי חיים. ייצור באמצעות ננו-חלקיקים של חיסונים ותרופות כדי לטפל ב בְּרִיאוּת בעלי חיים, או חיישני ננו המסוגלים להתריע על נוכחות של מחלות, טפילים, וכו.
- תעשיית המזון. בתחום זה מפתחים חיישני מזון, כלומר אלמנטים שיכולים לאמת את כדאיותם של מזון, לאריזות ננו עבורו, שתוכננו במיוחד להאט את התהליך הטבעי של פירוק המזון.
- ננו-פרמצבטיקה. זה דור ראשון של מוצרים מוצרים פרמקולוגיים מעוצבים עם ננו-סיסטם, המסוגלים להפיץ בצורה יעילה וספציפית את התרכובות הפעילות של תרופות, להשיג תוצאות טובות ומהירות יותר ולמזער נזקים נלווים.
מצד שני, ה תַעֲשִׂיָה רואה כתחומי מחקר עתידיים את הדברים הבאים:
- ננואינפורמטיקה. תכנון מערכות ממוחשבות בעלות עוצמה ומהירות עצומים באמצעות ננו-מערכות.
- ננותרולוגיה. יישום של ננו-מכונות לוויסות יעיל ומהיר של הטמפרטורה המקומית.
- ננואנרגיות. שהם בהחלט יכולים להיות יעילים, בטוחים ונמוכים השפעה על הסביבה, כפתרון למשבר האנרגיה שבו מתחילה המאה ה-XXI.
- פתרונות סביבתיים. כמערכות ננוטכנולוגיות לפינוי פסולת מסוכנת או פינוי אשפה.
דוגמאות ננוטכנולוגיה
כמה דוגמאות ליישום הננוטכנולוגיה הנוכחי ל בעיות בני אדם הם כדלקמן:
- סיליקון שחור קוטלי חיידקים. מדענים אוסטרלים וספרדים הכריזו על יצירת חומר המכונה "סיליקון שחור", שהרכבו המולקולרי מונע, ללא צורך בתוספת מוצרים, התפשטות של מספר רב של מוצרים. מִין של חיידקים גרם חיוביים וגרם שליליים, בנוסף להפחתת היעילות של סוגים מסוימים של אנדוספורים.
- ננו-כירורגיה באמצעות רובוט. המעבדה השוויצרית ETH ציריך מתכוננת לבחון את המיקרו-רובוט המונחה מגנטית הראשון שלה, הידוע בשם OctoMag, שבאמצעותו היא צפויה להיות מסוגלת לבצע מיקרו-ניתוחים מבלי לפתוח את החולה, פשוט על ידי הזרקתו לגוף דרך מחט קטנה. דגמים דומים של מיקרו-משאבות נבדקו גם בארה"ב, המשחררות תרופות לעין בעת הצורך.
ננוטכנולוגיה ברפואה
ההבטחות של הננוטכנולוגיה לקידום הרפואה מדהימות בלשון המעטה. לעיל הבאנו כמה דוגמאות לכך, אבל עדיין יש הרבה מה לגלות, כגון:
- ננו-טיפולים למחלות חשוכות מרפא. פתרונות ננוטכנולוגיים לסרטן, HIV/איידס או מחלת אלצהיימר יכולים להגיע מידיהם של רובוטים ביוכימיים המוזרקים לגוף האדם.
- האטה ננוטכנולוגית של ההזדקנות. יום אחד נוכל, באמצעות ננו-חלקיקים, להילחם בהזדקנות ברמה מולקולרית ולהאריך את תוחלת החיים שלנו עוד יותר, תוך דחיית סניליות.
- ננובצינים. מערכות הגנה מפני מחלות המבוססות על הכנסת ננו-מערכות לגוף, שידאגו לסייע ל- מערכת החיסון במאבק נגד כל מיני מחלות חדשות.
- תכנות מחדש גנטי. באמצעות ננו-רובוטים, ניתן יהיה לשנות את ה-DNA שלנו ולחסל בהדרגה גנים הנושאים מחלות מולדות, ליקויים וחוליים אחרים. זה ישפר את איכות החיים של המינים בכלל. זה, כמובן, דורש גם חשיבה מחודשת על חוקי המוסר של המדע במידה מסוימת.
ננוטכנולוגיה וביוטכנולוגיה
ביוטכנולוגיה היא יישום של פתרונות טכנולוגיים ל בעיות בטבע ביולוגי. זה תופס רמה חדשה לגמרי הודות להכנסת מדעי הננו.
האפשרות לתכנת או לתכנת מחדש יצורים חיים באמצעות התערבות ננוטכנולוגית של ה-DNA יכולה לאפשר לנו להוביל את החיים לנתיבים נוחים יותר. עם זאת, השילוב של ביוטכנולוגיה וננוטכנולוגיה יכלול סיכונים אתיים וביולוגיים משמעותיים.
האנושות יודעת היטב מה קורה כשהיא מנסה לשחק את אלוהים. למשל, ייצור של יותר פרות חולבות ועם יותר בשר, גידולים עמידים בפני מזיקים וכו', צריך תמיד ללכת יד ביד עם הרהור על מקומנו בסדר הטבעי של העולם.