www.mktop_.ir

(113صفحه/ WORD- PDF )

پایان نامه نانو بیوتکنولوژی و نقش آن در تجهیزات نظامی( امنیتی دفاعی) – از این مطلب میتوانید در پایان نامه و مقاله سمینار و … خود استفاده بنمایید.پایان نامه نانو بیوتکنولوژی تجهیزات نظامی

مقدمه:

رویکرد جدید در جنگ‌های چند سال اخیر، تفاوت توانایی کشورها در بعد فناوری و بهره‌گیری از نقاط ضعف و آسیب‌پذیر دشمن، استفاده از فناوری‌های پیشرفته، از روش‌های مبتکرانه برای دستیابی به موضع برتر و تضعیف اراده دشمن، موجب ناهمگون شدن جنگ‌ها گردیده است. این رویکرد جدید باعث تغییر تحول در ساختار کلی جنگ‌های آینده گشته و ماهیت جنگ‌های آینده را نیز تغییر داده است. البته قدمت مفهوم جنگ ناهمگون برابر با قدمت مفهوم خود جنگ است و حمله به نقاط ضعف دشمن با ابزار جدید و ناشناخته و در عین حال پرهیز از رویارویی با توانمندی‌های دشمن قدمتی به دیرینه خود جنگ دارد. اما مطلب قابل تأمل که بیش از پیش نیازمند بررسی است، بکارگیری فناوری نانو در صنایع نظامی به خصوص در زمینه امنیتی – دفاعی در دهه اخیر مورد توجه پژوهش گران قرار گرفته است. استفاده از این فناوری در تجهیزات دفاعی راه هایی به سوی بهبود اسلحه ها، ابتکار در ساخت مواد با وزن سبک و مقاوم به دمای بالا برای هواپیماها و… را هموار نموده است.

بکارگیری فناوری نانو در صنایع نظامی به خصوص در زمینه امنیتی – دفاعی در دهه اخیر مورد توجه پژوهش گران قرار گرفته است. استفاده از این فناوری در تجهیزات دفاعی راه هایی به سوی بهبود اسلحه ها، ابتکار در ساخت مواد با وزن سبک و مقاوم به دمای بالا برای هواپیماها و… را هموار نموده است.از نمونه های کاربردی فناوری نانو در سامانه های دفاعی – امنیتی می توان به نانو مواد، نانو پودرها، نانوحسگرهای مولکولی، نانو الکترونیک و MEMS اشاره نمود.نانو مواد، مواد جدید و سبک، با مقاومت کششی بالا و عمر مفیدی چند برابر مواد متداول هستند که از نانو کامپوزیت ها و نانو روکش ها به عنوان دسته ای از این مواد می توان نام برد.نانو الکترونیک به عنوان یک فناوری متحول کننده، همه چیز از جمله فناوری نظامی را در هم خواهد ریخت. واقعیت مجازی پیچیده تر متکی بر نانو الکترونیک، می تواند در شبیه سازی عینی بسیاری از رخدادهای استفاده شود و سامانه های مدیریتی و آموزشی پرسنل را ارتقا دهد. قوی تر بودن تراشه های الکترونیکی، بیان گر دقت ناوبری، هواپیما و موشک هاست. کافی است تصور کنید یک ابررایانه را در ون یک موشک قرار داده ایم. توانایی تحلیل و انتقال داده بالا، موجب می شود سنجش از راه دور ( که در شناسایی عملیات نظامی دخیل است) بیشتر مفید باشد و اطلاعات بیشتری را بتوان از آن استخراج کرد (مثل ردگیری یک پایگاه زیرزمینی یا حرکات دشمن در پس مه و گرد و غبار شاید در آن هنگام ساده ترین کارها، پیش بینی زمان دقیق نزولات آسمانی و شکست های نظامی باشد. آنچه مسلم است این که، اثرات چنین فناوری بزرگی را به سختی می توان پیش بینی کرد.

در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و به‌خصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند که مواد را می‌توان آنقدر به اجزاء کوچک تقسیم کرد تا به ذراتی رسید که خردناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشکیل می‌دهند، شاید بتوان دموکریتوس فیلسوف یونانی را پدر فناوری و علوم نانو دانست چرا که در حدود 400 سال قبل از میلاد مسیح او اولین کسی بود که واژه اتم را که به معنی تقسیم‌نشدنی در زبان یونانی است برای توصیف ذرات سازنده مواد به کار برد. با تحقیقات و آزمایش‌های بسیار، دانشمندان تاکنون 108 نوع اتم و تعداد زیادی ایزوتوپ کشف کرده‌اند. آنها همچنین پی برده اند که اتم‌ها از ذرات کوچکتری مانند کوارک‌ها و لپتون‌ها تشکیل شده‌اند. با این حال این کشف‌ها در تاریخ پیدایش این فناوری پیچیده زیاد مهم نیست.

نقطه شروع و توسعه اولیه فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست. شاید بتوان گفت که اولین نانو فناوریست‌ها شیشه‌گران قرون وسطایی بوده‌اند که از قالب‌های قدیمی[1] برای شکل‌دادن شیشه‌هایشان استفاده می‌کرده‌اند. البته این شیشه‌گران نمی‌دانستند که چرا با اضافه‌کردن طلا به شیشه رنگ آن تغییر می‌کند. در آن زمان برای ساخت شیشه‌های کلیساهای قرون وسطایی از ذرات نانومتری طلا استفاده می‌‌شده است و با این کار شیشه‌های رنگی بسیار جذابی بدست می‌آمده است. این قبیل شیشه‌ها هم‌اکنون در بین شیشه‌های بسیار قدیمی یافت می‌شوند. رنگ به‌وجودآمده در این شیشه‌ها برپایه این حقیقت استوار است که مواد با ابعاد نانو دارای همان خواص مواد با ابعاد میکرو نمی‌باشند. در واقع یافتن مثالهایی برای استفاده از نانو ذرات فلزی چندان سخت نیست.رنگدانه‌های تزیینی جام مشهور لیکرگوس در روم باستان ( قرن چهارم بعد از میلاد) نمونه‌ای از آنهاست. این جام هنوز در موزه بریتانیا قرار دارد و بسته به جهت نور تابیده به آن رنگهای متفاوتی دارد. نور انعکاس یافته از آن سبز است ولی اگر نوری از درون آن بتابد، به رنگ قرمز دیده می‌شود. آنالیز این شیشه حکایت از وجود مقادیر بسیار اندکی از بلورهای فلزی ریز(nm)700  دارد ، که حاوی نقره و طلا با نسبت مولی تقریبا 14 به 1 است حضور این نانوبلورها باعث رنگ ویژه جام لیکرگوس گشته است.
در نیم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوری عمده بودیم، که باعث پیشرفت های عظیم اقتصادی در کشورهای سرمایه گذار و ایجاد فاصله شدید بین کشورهای جهان شد. متأسفانه در کشور ما بدلیل فقدان جرات علمی و عدم تصمیم گیری بموقع ، به این فرصتها پس از گذشت سالیان طلائی آن بها داده می شد که البته سودی هم برای ما به ارمغان نمی آورد، همچون فنآوری الکترونیک و کامپیوتر در دو سه دهه گذشته که امروزه علیرغم توانائی دانشگاهی و داشتن تجهیزات آن، هیچگونه حضور تپجاری در بازارهای چند صد میلیاردی آن نداریم. فناوری نانو جدیدترین این فرصتها ست، که کشور ما باید برای حضور یا عدم حضور درآن خیلی سریع تصمیم خود را اتخاذ کند

فناوری‌نانو واژه‌ای است کلی که به تمام فناوری‌های پیشرفته در عرصه کار با مقیاس نانو اطلاق می‌شود. معمولاً منظور از مقیاس نانوابعادی در حدود 1nm تا 100nmمی‌باشد. (1 نانومتر یک میلیاردیم متر است).

اولین جرقه فناوری نانو (البته در آن زمان هنوز به این نام شناخته نشده بود) در سال 1959 زده شد. در این سال ریچارد فاینمن طی یک سخنرانی با عنوان «فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد» ایده فناوری نانو را مطرح ساخت. وی این نظریه را ارائه داد که در آینده‌ای نزدیک می‌توانیم مولکول‌ها و اتم‌ها را به صورت مسقیم دستکاری کنیم.

واژه فناوری نانو اولین بار توسط نوریوتاینگوچی استاد دانشگاه علوم توکیو در سال 1974 بر زبانها جاری شد. او این واژه را برای توصیف ساخت مواد (وسایل) دقیقی که تلورانس ابعادی آنها در حد نانومتر می‌باشد، به کار برد. در سال 1986 این واژه توسط کی اریک درکسلر در کتابی تحت عنوان : «موتور آفرینش: آغاز دوران فناوری‌نانو»بازآفرینی و تعریف مجدد شد. وی این واژه را به شکل عمیق‌تری در رساله دکترای خود مورد بررسی قرار داده و بعدها آنرا در کتابی تحت عنوان «نانوسیستم‌ها ماشین‌های مولکولی چگونگی ساخت و محاسبات آنها» توسعه داد.

تفاوت اصلی فناوری نانو با فناوری‌های دیگر در مقیاس مواد و ساختارهایی است که در این فناوری مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نیست؛ بلکه زمانی که اندازه مواد دراین مقیاس قرار می‌گیرد، خصوصیات ذاتی آنها از جمله رنگ، استحکام، مقاومت خوردگی و … تغییر می‌یابد. در حقیقت اگر بخواهیم تفاوت این فناوری را با فناوری‌های دیگر به صورت قابل ارزیابی بیان نماییم، می‌توانیم وجود “عناصر پایه” را به عنوان یک معیار ذکر کنیم. عناصر پایه در حقیقت همان عناصر نانومقیاسی هستند که خواص آنها در حالت نانومقیاس با خواص‌شان در مقیاس بزرگتر فرق می‌کند.

از آنجا که حدود 30 سال از انقلاب اسلامی ووقوع جنگ تحمیلی می‌گذرد تصمیم گرفته شد با انجام پژوهش و گردآوری فناوری های روز از جمله نانو فناوری و کاربردهای آن در امور مختلف از جمله نظامی تجزیه و تحلیل کرده و و از این دیدگاهها اطلاعات کاملی را به دست آوریم تا بتوانیم در نیروهای مسلح قرار دهیم. همچنین به اصول و قواعد جدیدی در مسائل نظامی- دفاعی برسیم که جهت وصول به اهداف عالیه نظام مقدس جمهوری اسلامی ایران آنها را بکار بندیم. همچنین با توجه به اینکه ما فارغ التحصیل می‌شویم، باید از آن در آینده و در رزم استفاده کنیم. اولین و مهمترین عنصر پایه، نانوذره است. منظور از نانوذره، همانگونه که از نام آن مشخص است، ذراتی با ابعاد نانومتری در هر سه بعد می‌باشد. نانوذرات می‌توانند از مواد مختلفی تشکیل شوند، مانند نانوذرات فلزی، سرامیکی، … .

دومین عنصر پایه، نانوکپسول است. همان طوری که از اسم آن مشخص است، کپسول‌های هستند که قطر نانومتری دارند و می‌توان مواد مورد نظر را درون آنها قرار داد و کپسوله کرد. سال‌هاست که نانوکپسول‌ها در طبیعت تولید می‌شوند؛ مولکول‌های موسوم به فسفولیپیدها که یک سر آنها آبگریز و سر دیگر آنها آبدوست است، وقتی در محیط آبی قرار می‌گیرند، خود به خود کپسول‌هایی را تشکیل می‌دهند که قسمت‌های آبگریز مولکول در درون آنها واقع می‌شود و از تماس با آب محافظت می‌شود. حالت برعکس نیز قابل تصور است.

عنصر پایه بعدی نانولوله کربنی است. این عنصر پایه در سال 1991 در شرکت NEC کشف شدند و در حقیقت لوله‌هایی از گرافیت می‌باشند. اگر صفحات گرافیت را پیچیده و به شکل لوله در بیاوریم، به نانولوله‌های کربنی می‌رسیم. این نانولوله‌ها دارای اشکال و اندازه‌های مختلفی هستند و می‌توانند تک دیواره یا چند دیواره باشند. این لوله‌ها خواص بسیار جالبی دارند که منجر به ایجاد کاربردهای جالب توجهی از آنها می‌شود.

در حقیقت کاربرد فناوری نانو از کاربرد عناصر پایه نشأت می‌گیرد. هر کدام از این عناصر پایه، ویژگی‌های خاصی دارند که استفاده از آنها در زمینه‌های مختلف، موجب ایجاد خواص جالبی می‌گردد. مثلاً از جمله کاربردهای نانوذرات می‌توان به دارورسانی هدفمند و ساده، بانداژهای بی‌نیاز از تجدید، شناسایی زود هنگام و بی‌ضرر سلول‌های سرطانی، و تجزیه آلاینده‌های محیط زیست اشاره کرد. همچنین نانولوله‌های کربنی دارای کاربردهای متنوعی می‌باشند که موارد زیر را می‌توان ذکر کرد:

  • تصویر برداری زیستی دقیق

  • حسگرهای شیمیایی و زیستی قابل اطمینان و دارای عمر طولانی

  • شناسایی و جداسازی کاملاً اختصاصی DNA

  • ژن‌درمانی که از طریق انتقال ژن به درون سلول توسط نانولوله‌ها صورت می‌پذیرد.

  • از بین بردن باکتری‌ها

اینها تنها مواردی از کاربردهای بسیار زیادی هستند که برای عناصر پایه قابل تصور می‌باشند. کاربرد این عناصر پایه در صنایع مختلف، در درخت دیگری به نام «درخت صنعت» آورده شده است که با مراجعه به گروه مطالعاتی آینده‌اندیشی، بخش درخت صنعت، می‌توانید آن را مشاهده کنید.در نهایت «درخت فناوری نانو» معرفی می‌گردد که فناوری نانو را به شکل یک زنجیره از رویکرد ساخت عناصر پایه تا کاربرد آنها، در یک درخت چهار سطحی نمایش می‌دهد. با مراجعه به گروه مطالعاتی آینده‌اندیشی، بخش درخت فناوری، می‌توانید آن را مشاهده کنید. روبرت ای فریتاس مدیر تحقیقات موسسه ساخت مولکولی می‌باشد. وی در رشته‌های فیزیک، روانشناسی و حقوق تحصیل کرده است و بیش از 150 مقاله‌ فنی و عمومی با موضوعات مختلف علمی، مهندسی و حقوقی نوشته است. وی همچنین عهده‌دار نوشتن فصل‌هایی از کتاب‌های مختلف می باشد. او در سال 1980 گزارشی تحلیلی درباره امکان ساخت کارخانه‌های فضایی تکثیر شونده یعنی کارخانه‌هایی که بتوانند کارخانه‌های مشابه خودشان را به وجود آورند نوشت و سپس اولین تحقیق فنی را که به جزئیاتی درباره نانوروبات‌های پزشکی پرداخته بود در مجله پزشکی منتشر ساخت.

اخیراً فریتاس کتاب نانوپزشکی را منتشر کرده است. این کتاب اولین کتاب فنی می‌باشد که درباره قابلیت‌های نانوفناوری مولکولی در نانوروبات‌های پزشکی که کاربردهای پزشکی و دارویی دارند به بحث پرداخته است. جلد اول این کتاب در سال 1999 توسط شرکت [4]منتشر شد. در این زمان فریتاس محقق موسسه ساخت مولکولی واقع در ایالت کالیفرنیا بود. او در سال 2003 قسمت اول جلد دوم آن کتاب را توسط همان شرکت منتشر ساخت. وی در آن زمان در شرکت زیوکس [5]به عنوان یک محقق مشغول به کار بود. زیوکس یک کمپانی در زمینه فناوری نانو می‌باشد که مرکز آن در فاصله سال‌های 2000 تا 2004 در ریچاردسون تگزاس بود. فریتاس هم اکنون مشغول تکمیل کردن قسمت دوم جلد دوم و جلد سوم کتاب نانوپزشکی می‌باشد. همچنین وی به عنوان مشاور در زمینه‌های سنتز نانومکانیکی الماس و طراحی متصل کننده‌های مولکولی به عنوان مدیر تحقیقات موسسه ساخت مولکولی مشغول به کار می‌باشد.

در سال 2004 روبرت فریتاس و رالف مرکل با همکاری یکدیگر کتاب”سینماتیک ماشین‌های تکثیر شونده” را منتشر نمودند. این اولین کتابی است که در زمینه فیزیک ماشین‌های تکثیر شونده تاکنون به چاپ رسیده است.     

با آشنا شدن از علم نانو فناوری دانشجویان با ابعاد مختلفی از نانو فناوری که امروزه مطرح هستند، چه از بعد پدیده شناسی و چه فیزیک حاکم بر آنها، آشنا شده و در مورد مواد و ساختارهای نانومتری و نیز مشاهده و مطالعه این ساختارها اطلاعات کلی به دست آورند. دو ویژگی مهم نانو فناوری جوان بودن و بین رشته ای بودن آن است. دانش امروز نانو تکنولوژی بیشتر شامل نتایج تحقیقاتی است که غالباً طبیعت ماجراجویی دارند و توسط افرادی از رشته های مختلف صورت گرفت هاند. هنوز حجم این دانش در مرحل های نیست که بتوان آن را به صورت طبقه بندی شده در کتا بها یافت. محتوای این دروس متناسب با این ویژگی نانو فناوری تنظیم شده است.

مفاهیم توضیحی:

1- میکروالکترونیک: به وسیله نانوتیوپهاى بسیار ریز مى توان جریان الکترون را به صورت کاملاً دقیق کنترل کرد. خصوصیت مهم نانو تیپوها این است که نیروى کششى بسیار زیادى را مى توانند تحمل کنند (22 برابر استیل نیروى فشار را تحمل مى کنند ).همین طور مى توان آنها را خم کرد و به راحتى به جاى اولیه برگرداند (کارى که با فلزات و کربن فایبر به سختى مى توان انجام داد) براى مثال مى توان چندین میلیون کتاب را در یک نانو تیوپ کربن ذخیره کرد که اندازه آن از یک نورون (سلول عصبى انسان) هم کوچکتر است که این کار بسیار اعجاب انگیز است!!

2- اکتشافات جدید در علم: نانوروباتها مى توانند اکتشافات جدیدى را در علوم مختلف هدایت کنند. براى مثال ناسا هم اکنون در حال تحقیق بر روى تزریق نانوسنسورها بر بدن فضانوردان است که بتواند رفتارهاى سلولى را در نبود جاذبه بررسى کند.

3- پزشکى و سلامت: کاربردهاى شگفت انگیز نانوتکنولوژى در پزشکى شامل پروبهاى نانو، جراحى به کمک نانو حمل و انتقال دارو در بدن با کمک نانو و شناسایى توالى ژنها در ژنوم انسان هستند. مع الوصف مهم ترین قسمت این کار درمان بیماریهاى بدن در مقیاس نانو است. توانایى زیاد نانو پروبها مى تواند خصوصیات ساختارهاى اولیه بدن مثل پروتئین، چربى و کربوهیدراتها را نمایان کند که این کار همراه با درمان بیماریها توسط ابزار نانو انقلابى در پزشکى به وجود خواهد آورد.

تأثیر نانوتکنولوژى بر جامعه : استفاده شخصى از وسایل جدید نانو، بالا رفتن سرعت میکروپروسسورها و علم پزشکى با قابلیتهاى جدید از تأثیرات مثبت نانو تکنولوژى بر جامعه است که بیشتر مردم به طور غیر مستقیم از آن بهره مند مى شوند. بدون اغراق نانوتکنولوژى را مى توان ارزنده ترین تکنولوژى قرن 21 نامید.

تاریخچه موضوع

علم و فناوری نانو ( نانو علم و نانو تکنولوژی) توانائی بدست گرفتن کنترل ماده در ابعاد نانومتری (ملکولی) و بهره برداری از خواص و پدیده های این بعد در مواد، ابزارها و سیستم های نوین است. این تعریف ساده خود دربرگیرنده معانی زیادی است. به عنوان مثال فناوری نانو با طبیعت فرا رشته ای خود، در آینده در برگیرنده همه ی فناوریهای امروزین خواهد بود و به جای رقابت با فن آوری های موجود، مسیر رشد آنها را در دست گرفته و آنها را به صورت « یک حرف از علم» یکپارچه خواهد کرد.

میلیونها سال است که در طبیعت ساختارهای بسیار پیچیده با ظرافت نانومتری ( ملکولی ) – مثل یک درخت یا یک میکروب – ساخته می شود. علم بشری اینک در آستانه چنگ اندازی به این عرصه است، تا ساختارهائی بی نظیر بسازد که در طبیعت نیز یافت نمی شوند. فناوری نانو کاربردهای را به منصه ظهور می رساند که بشر از انجام آن به کلی عاجز بوده است و پیامدهائی را در جامعه برجا می گذارد که بشر تصور آنها را هم نکرده است. به عنوان مثال:

  • ساخت مواد بسیار سبک و محکم برای مصارف مرسوم یا نو

  • ورشکستگی صنایع قدیمی همچون فولاد با ورود تجاری مواد نو

  • کاهش یافتن شدید تقاضا برای سوخت های فسیلی

  • همه گیر شدن ابر کامپیوترهای بسیار قوی، کوچک و کم مصرف

  • سلاحهای سبک تر، کوچکتر، هوشمند تر، دوربردتر، ارزانتر و نامرئی تر برای رادار

  • شناسائی فوری کلیه خصوصیات ژنتیکی و اخلاقی و استعدادهای ابتلا به بیماری

  • ارسال دقیق دارو به آدرس های مورد نظر در بدن و افزایش طول عمر

  • از بین بردن کامل عوامل خطرناک جنگ شیمیائی و میکروبی

  • از بین بردن کامل ناچیز ترین آلاینده های شهری و صنعتی

  • سطوح و لباسهای همیشه تمیز و هوشمند

  • تولید انبوه مواد و ابزارهائی که تا قبل از این عملی و اقتصادی نبوده اند ،

  • و بسیاری از موارد غیر قابل پیش بینی دیگر!

دکترDrexler در همایش جهانی نظام علمی در زمینه نانو فناوری اظهار کرده است: “در جهان اطلاعات ، تکنولوژیهای دیجیتالی کپی‌برداری را سریع، ارزان، کامل و عاری از هزینه‌بری یا پیچیدگی محتوایی نموده‌اند. حال اگر همین وضعیت در جهان ماده اتفاق بیافتد چه می‌شود. هزینه تولید یک تن ‌تری بیت تراشه‌های RAM تقریبا” معادل با هزینه بری ناشی از تولید همان مقدار فولاد می‌شود”.

دکترSmalley رئیس هیئت تحقیقاتی دانشگاه رایس و کاشف [1]می‌گوید:
” نانو فناوری روند زیانبار ناشی از انقلاب صنعتی را معکوس خواهد کرد”. در مقدمه مقاله نانو فناوری که توسط آقایان Peterson و Pergamit در سال 1993 نگاشته شده چنین آمده است :

” تصور کنید قادرید با نوشیدن دارو که در آب میوه مورد علاقه‌تان حل شده است سرطان را معالجه کنید . یک ابر کامپیوتر را که به اندازه یک سلول انسان است در نظر بگیرید. یک سفینه فضایی 4 نفره که به دور مدار زمین می‌گردد با هزینه‌ای در حدود یک خودروی خانوادگی تجسم کنید” .

موارد فوق، فقط تعداد محدودی از محصولات انتظار رفته از نانو فناوری هستند. انسان در معرض یک انقلاب اجتماعی تسریع شده و قدرتمند است که ناشی از علم نانو فناوری است. در آینده نزدیک گروهی از دانشمندان قادر به ساخت اولین آدم آهنی با مقیاس نانومتری می‌گردند که قادر به همانندسازی است. طی چند سال با تولید پنج میلیارد تریلیون نانوروبات ، تقریبا” تمامی فرایندهای صنعتی و نیروی کار کنونی از رده خارج خواهند شد. کالاهای مصرفی به وفور یافت‌شده ، ارزان، شیک و با دوام خواهند شد. دارو یک جهش سریع و کوانتومی را به جلو تجربه خواهد نمود. سفرهای فضایی و همانندسازی امن و مقرون به صرفه خواهند شد. به این دلایل و دلائلی دیگر، سبکهای زندگی روزمره در جهان بطور زیربنایی متحول خواهد شد و الگوی رفتاری انسانها تحت‌الشعاع این روند قرار خواهد گرفت.

سه فناوری تسخیرکننده

از طرفی شاید بتوان گفت تسخیرکنندگان علم و فناوری آینده در سه گروه فناوری اطلاعات، نانوفناوری و زیست فناوری خلاصه می شوند.

قرارگیری مقادیر و حجم زیادی از اطلاعات در فضائی کوچک از ابعاد هم گرائی نانوفناوری و فناوری اطلاعات می باشد از طرفی در زیست فناوری و یا به عبارتی برای زیست شناسان قرار گیری حجم زیادی از اطلاعات در یک فضای بسیار کوچک موضوعی بسیار آشنا می باشد.در کوچکترین سلول انسانی همه اطلاعات مربوط به یک موجود زنده از قبیل رنگ مو، رشد استخوان و عصب ها وجود دارد. حتی در قسمت بسیار کوچکی از سلول به نام DNA که شامل حدوداً پنجاه اتم می باشد همه این اطلاعات ذخیره می گردد ( نه تنها سطح یا به عبارتی تعداد اتم ها بلکه نحوه قرار گرفتن این زنجیره ها در ذخیره سازی اطلاعات زیستی اهمیت دارد). شاید یکی از علل هم گرائی این فناوری و فناوری اطلاعات وجود همین مسائل مشترک این سه فناوری است.

ابزارهای جدید برای کارهای ظریف : اگر شما از دانشمندان علوم سطح بپرسید که چه پیشرفتهای عمده دستگاهی باعث شده‌اند تا نانو فناوری در خطوط مقدم تحقیقات علوم فیزیکی قرار گیرد، تقریبا” همه آنها به داستان میکروسکوپ پروب اسکن‌کننده در SPM یک پروب نانوسکوپی در ارتفاع ثابتی بر بالای بستری از اتم‌ها حفظ می‌شود. این فاصله می‌تواند آن‌قدر کم باشد که الکترون‌های اتم‌های تیرک و سطح با هم تعامل داشته باشند. این تعاملات می‌تواند آن‌قدر قوی باشد، که اتم‌ها از جا کنده شده و به جای دیگری بروند).

اشاره می‌کنند. علیرغم تازه واردگی به عرصه تحلیل دستگاهی، استفاده از میکروسکوپی تونل‌زنی اسکن‌کننده STM (Scanning tunneling microscope STM : وسیله‌ای برای تهیه تصویر از اتمهای روی سطوح مواد، که نقش مهمی در درک توپوگرافی و خواص الکتریکی مواد و رفتار قطعات میکروالکترونیکی دارند. STM بر خلاف یک میکروسکوپ نوری، برای تهیه تصویر نیروهای الکتریکی را با یک پروب نازک‌شده به حد تیزی یک اتم آشکار می‌کند. پروب سطح را جاروب کرده، بی‌نظمی‌های الکتریکی حاصل از پوسته‌های الکترونی یا ابرالکترونی پیرامون اتم‌ها را به کمک یک کامپیوتر به تصویر مبدل می‌کند. به دلیل یک اثر مکانیک کوانتومی موسوم به «تونل‌زنی»، الکترون‌ها می‌توانند به سادگی از تیرک به سطح و بالعکس بجهند. درجه وضوح تصاویر در حدود nm 1یا کمتر است. از STM می‌توان برای جابجایی تک به تک اتم‌ها و تهیه نقشه‌های پروضوح از سطوح مادی استفاده کرد.) ، میکروسکوپی نیروی اتمی (AFM) و دیگر تکنیکهای مشتق‌شده از این دو مورد اصلی در بسیاری از آزمایشگاهها ، به دلیل حجم زیاد اطلاعاتی که از مقیاس نانومتر به دست می دهند، متداول و حتی گریزناپذیر شده است. ریچارد فینمن طی یک سخنرانی در همایش جامعه فیزیک آمریکا در 1959 در مؤسسه تکنولوژی کالیفرنیا که بعد در آنجا استاد فیزیک شد ایده‌هایی بنیادی در زمینه کوچک‌سازی نوشتجات، مدارها و ماشین‌ها ایراد کرد : ” آنچه من می‌خواهم به شما بگویم، مسئله دستکاری و کنترل اشیاء در مقیاس کوچک است. تردیدی وجود ندارد که در نوک یک سوزن آنقدر جا هست که بتوان تمام دایره‌‌المعارف بریتانیکا را جا داد.

” فینمن برای به تفکر واداشتن محققین و تاکید نمودن بر عقیده‌اش مبنی بر امکان فیزیکی چنین معجزه‌ای ، جایزه‌هایی 1000 دلاری برای اولین افرادی که به اهداف مشخص شده ای در کوچک‌سازی کتابها و موتورهای الکتریکی دست یابند تعیین کرد. فینمن تاکید کرد : ” من در حال خلق ضد جاذبه نیستم که به فرض روزی اگر قوانین (فیزیک) آنچه ما می‌پنداریم، نبودند عملی شود. من صحبت از چیزی می‌کنم اگر قوانین آنچه ما می‌پنداریم باشند، عملی خواهد بود. ما به آن دست پیدا نکرده‌ایم چون خیلی ساده هنوز درصدد انجام آن نبوده‌ایم.”

وضعیت جهانی

از فناوری نانو به عنوان “رنسانس فناوری” و” روان کننده جریان سرمایه گذاری ” یاد می شود.ورود محصولات متکی بر این فناوری جهشی بس عظیم در رفاه و کیفیت زندگی و توانائی های دفاعی و زیست محیطی به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابجائی های بزرگ اقتصادی خواهد شد . هم اکنون بخش های دولتی و خصوصی کشورهای مختلف جهان شامل ژاپن ، آمریکا، اتحادیه اروپا، چین، هند، تایوان، کره جنوبی، استرالیا، اسرائیل و روسیه در رقابتی تنگاتنگ بر سر کسب پیشتازی جهانی در لااقل یک حوزه از این فناوری به سر میبرند . هم اکنون روی هم رفته حدود 30 کشور دنیا در زمینه فناوری نانو دارای “برنامه ملی” یا درحال تدوین آن هستند، وطی پنچ سال گذشته بودجه تحقیق و توسعه در امر فناوری نانو را به 5/3 برابر افزایش داده اند. کشورهای ژاپن و آمریکا نیز فناوری نانو را اولین اولویت کشور خود در زمینه فناوری اعلام کرده اند .

نانو فناوری از چه زمانی به وجود آمده است؟

برای اولین بار ریچارد فینمن برنده جایزه نوبل فیزیک پتانسیل نانوعلم را در یک سخنرانی تکان‌دهنده با نام ” درپایین اتاقهای زیادی وجود دارد”، مطرح کرد . فینمن اصرار داشت، که دانشمندان ساخت وسائلی را،که برای کار در مقیاس اتمی لازم است، شروع کنند. این موضوع مسکوت ماند، تا اینکه اریک درکسلر (دانشجوی تحصیلات تکمیلی MIT ندای فینمن را شنید و یک قالب‌کاری برای مطالعه “وسایلی که توانایی حرکت دادن اشیاء مولکولی و مکان آنها را با دقت اتمی دارند” ایجاد کرد، که در سپتامبر 1981 در مقاله‌ای با نام ” پروتئین راهی برای تولیدانبوه مولکولی ایجاد میکند” آن را ارائه داد. درکسلر آن را با کتابی بنام ” موتورهای خلقت” دنبال کرد و توسعه مفهوم نانو فناوری را همانند یک کوشش علمی ادامه داد. اولین نشانه های ثبت‌شده از این مفهوم نانو فناوری تغییر مکان دادن اشیا مولکولی، در سال 1989 بود، موقعی که دانشمندی در مرکز تحقیقات آلمادنIBM اتمهای منفردگزنون را روی صفحه نیکل حرکت داد، تا نام IBM را روی سطح نیکل نقش کند.

 از موقعی که اولین مقاله در دهه گذشته منتشر شد، از نانو فناوری همانند چوبدست سحرآمیزی برای ساخت کودکان طراح تا ماشینهای تولید اکسیژن برای استعمار کره مریخ، تصور می‌شد. هیجانات از واقعیات جلوتر بود، اما پیشرفت واقعی با مسائلی پیش‌پا افتاده شروع شد.چند سال پیش محققین در دانشگاههای کالیفرنیا، رایس وMIT موفق به ساخت نانوذراتی شدند، که به دانشمندان کمک می‌کردند. تعدادی از اساتید این دانشگاهها شرکتهایی تأسیس کردند، که وسایل موردنیاز برای تحقیقات مقیاس نانو را می‌ساختند. اکنون آنها به شدت دنبال حفاظت کارهایشان از طریق ثبت اختراع هستند، تا زمینه تولید فرایندهایشان را فراهم کنند. کاربردهای علمی نانوعلم هنوز کم است. اما مقداری از تولیدات اولیه اکنون وارد بازار می‌شوند.       

 
کارهای علمی انجام‌شده بوسیله نانو فناوری

 بیشترین کار علمی روی ایجاد تغییراتی در مواد شیمیایی یا نقشه‌برداری از ترکیبات زیستی، مانند DNA و سلولهای سرطانی است. بعضی ازاولین محصولات تجاری، بهبود تولیدات شیمیایی کنونی یا روشهای پزشکی است.

تاریخچه بیوتکنولوژی:در تقسیم بندی زمانی می توان سه دوره برای تکامل بیوتکنولوژی قایل شد:

1)دوره تاریخی

در این دوره که بشر با استفاده ناخود آگاه از فرایندهای زیستی به تولید محصولات تخمیری مانند نان، مشروبات الکلی، لبنیات، ترشی جات، سرکه و غیره می پرداخت. در شش هزار سال قبل از میلاد مسیح، سومریان و بابلیها از مخمرها در مشروب سازی استفاده کردند. مصریها در حدود چهار هزار سال قبل با کمک مخمر و خمیر مایه، نان می پختند. در این دوران فرایندهای ساده و اولیه بیوتکنولوژی و بویژه تخمیر توسط انسان بکار گرفته می شد.

2)دوره میانی

در این دوره که با استفاده آگاهانه از تکنیکهای تخمیر و کشت میکرو ارگانیسم ها در محیط های مناسب و متعاقباً استفاده از فرمنتورها در تولید آنتی بیوتیکها، آنزیمها، اجزاء مواد غذایی، مواد شیمیایی آلی و سایر ترکیبات، بشر به گسترش این علم مبادرت ورزید. در این دوره این بخش از علم به نام میکرو بیولوژی صنعتی معروف بود و هم اکنون نیز روند استفاده از این فرایندها در زندگی انسان ادامه دارد. لیکن پیش بینی می شود به تدریج با استفاده از تکنیکهای بیوتکنولوژی نوین بسیاری از فرآیند های فوق نیز تحت تاثیر قرار گرفته و به سمت بهبود و کارآیی بیشتر تغییر یابد.

3)دوره نوین بیوتکنولوژی

در این دوره بیوتکنولوژی با کمک علم ژنتیک در حال ایجاد تحول در زندگی بشر است. بیوتکنولوژی نوین مدتی است که رو به توسعه بوده و روز به روز دامنه و وسعت بیشتری می یابد. این دوره زمانی از سال 1976 با انتقال ژنهایی از یک میکرو ارگانیسم به میکروارگانیسم دیگر آغاز شد. تا قبل از آن دانشمندان در فرآیند های بیوتکنولوژی از خصوصیات طبیعی و ذاتی (میکرو) ارگانیسم ها استفاده می کردند. لیکن در اثر پیشرفت در زیست شناسی مولکولی و ژنتیک و شناخت عمیق تر اجزا و مکانیسم های سلولی و مولکولی، متخصصین علوم زیستی توانستند به اصلاح و تغییر خصوصیات (میکرو ) ارگانیسم ها بپردازند و (میکرو) ارگانیسمهایی با خصوصیات کاملاً جدید بوجود آورند تا با استفاده از آنها بتوانند ترکیبات جدید را با مقادیر بیشتر و کارآیی بالا تر تولید نمایند.

تعاریف:

تعریف نانوتکنولوژی و آشنایی با آن   
نانوتکنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی و اتمی و استفاده از خواص است که در آن سطوح ظاهر می شود. از همین تعریف ساده بر می آید که نانوتکنولوژی یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته هاست. برای نانوتکنولوژی کاربردهایی را در حوزه های مختلف از غذا، دارو، تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت ملی برشمرده اند. کاربردهای وسیع این عرصه به همراه پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فناوری را به عنوان یک زمینه فرا رشته ای و فرابخش مطرح نموده است. هر چند آزمایش ها و تحقیقات پیرامون نانوتکنولوژی از ابتدای دهه ۸۰ قرن بیستم به طور جدی پیگیری شد، اما اثرات تحول آفرین، معجزه آسا و باورنکردنی نانوتکنولوژی در روند تحقیق و توسعه باعث گردید که نظر تمامی کشورهای بزرگ به این موضوع جلب گردد و فناوری نانو را به عنوان یکی از مهم ترین اولویت های تحقیقاتی خویش طی دهه اول قرن بیست و یکم محسوب نمایند .
استفاده از این فناوری در کلیه علوم پزشکی، پتروشیمی، علوم مواد، صنایع دفاعی، الکترونیک، کامپوترهای کوانتومی و … باعث شده که تحقیقات در زمینه نانو به عنوان یک چالش اصلی علمی و صنعتی پیش روی جهانیان باشد. لذا محققین، اساتید و صنعتگران ایرانی نیز باید در یک بسیج همگانی، جایگاه، موقعیت و وضعیت خویش را در خصوص این موضوع مشخص نمایند و با یک برنامه ریزی علمی دقیق و کارشناسانه به حضوری فعال و حتی رقابتی سالم در این جایگاه، عرض اندام و ابراز وجود نمایند و برای چنین کاری طراحی یک برنامه منسجم، فراگیر و همه جانبه اجتناب ناپذیر است.
نانوتکنولوژی و کاربردهای آن         
علوم و فناوری نانو، عنصری اساسی در درک بهتر طبیعت در دهه های آتی خواهد بود. از جمله موارد مهم در آ ینده، همکاری های تحقیقاتی میان رشته ای، آموزش خاص و انتقال ایده ها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشی از تاثیرات و کاربردهای نانوتکنولوژی به شرح زیر می باشد:        
▪ تولید، مواد و محصولات صنعتی: نانوتکنولوژی تغییر بنیانی مسیری است که در آینده، موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امکان سنتز بلوک های ساختمانی نانو با اندازه و ترکیب به دقت کنترل شده و سپس چیدن آنها در ساختارهای بزرگ تر، که دارای خواص و کارکرد منحصر به فرد باشند، انقلابی در مواد و فرآیندهای تولید آنها، ایجاد می کند. محققین قادر به ایجاد ساختارهایی از مواد خواهند شد که در طبیعت نبوده و شیمی مرسوم نیز قادر به ایجادشان نبوده است. برخی از مزایای نانوساختارها عبارتست از: مواد سبک تر، قوی تر و قابل برنامه ریزی، کاهش هزینه عمر کاری از طریق کاهش دفعات نقص فنی، ابزارهایی نوین بر پایه اصول و معماری جدید، بکارگیری کارخانجات مولکولی یا خوشه ای که مزیت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.     
▪ پزشکی و بدن انسان: رفتار مولکولی در مقیاس نانومتر، سیستم های زنده را اداره می کند. یعنی مقیاسی که شیمی، فیزیک، زیست شناسی و شبیه سازی کامپیوتری، همگی به آن سمت درحال گرایش هستند.

▪ فراتر از سهل شدن استفاده بهینه از دارو، نانوتکنولوژی می تواند فرمولاسیون و مسیرهایی برای رهایش دارو ( Drug Delivery) تهیه کند، که به نحو حیرت انگیزی توان درمانی داروها را افزایش می دهد.

▪ مواد زیست سازگار با کارایی بالا: از توانایی بشر در کنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزی معدنی و آلی را مثل اجزای فعال، می توان برای اعمال نقش تشخیصی (مثل ذرات کوانتومی که برای مرئی سازی بکار می رود) درون سلول ها وارد نمود.    
▪ افزایش توان محاسباتی به وسیله نانوتکنولوژی: ترسیم وضعیت شبکه های ماکرومولکولی را در محیط های واقعی ممکن می سازد. اینگونه شبیه سازی ها برای بهبود قطعات کاشته شده زیست سازگار در بدن و جهت فرآیند کشف دارو، الزامی خواهد بود.     
▪ دوام پذیری منابع: کشاورزی، آب، انرژی، مواد و محیط زیست پاک        
نانوتکنولوژی چنان چه ذکر شد، منجر به تغییراتی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پساب و آلودگی را کاهش خواهد داد. همچنین فناوری های جدید، امکان بازیافت و استفاده مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهند کرد. در زمینه محیط زیست، علوم و مهندسی نانو، می تواند تاثیر قابل ملاحظه ای، در درک مولکولی فرآیندهای مقیاس نانو که در طبیعت رخ می دهد، در ایجاد و درمان مسایل زیست محیطی از طریق کنترل انتشار آلاینده ها، در توسعه فناوری های «سبز» جدید که محصولات جانبی ناخواسته کمتری دارند و ی ا در جریانات و مناطق حاوی فاضلاب، داشته باشد. لازم به ذکراست، نانوتکنولوژی توان حذف آلودگی های کوچک از منابع آبی (کمتر از ۲۰۰ نانومتر) و هوا (زیر ۲۰ نانومتر) و اندازه گیری و تخفیف مداوم آلودگی در مناطق بزرگ تر را دارد. در زمینه انرژی، نانوتکنولوژی می تواند به طور قابل ملاحظه ا ی کارآیی، ذخیره سازی و تولید انرژی را تحت تاثیر قرار داده مصرف انرژی را پایین بیاورد .
به عنوان مثال، شرکت های مواد شیمیایی، مواد پلیمری تقویت شده با نانو ذرات را ساخته اند که می تواند جایگزین اجزای فلزی بدنه اتومبیل ها شود. استفاده گسترد ه از این نانوکامپوزیت ها می تواند سالیانه ۵/۱ میلیارد لیتر صرفه جویی مصرف بنزین به همراه داشته باشد . یا انتظار می رود تغییرات عمده ا ی در فناوری روشنایی در ۱۰ سال آینده رخ دهد. می توان نیمه هادی های مورد استفاده در دیودهای نورانی (LEDها) را به مقدار زیاد در ابعاد نانو تولید کرد. در آمریکا، تقریبا «۲۰درصد کل برق تولیدی، صرف روشنایی (چه لامپ های التهابی معمولی و چه فلوئورسنت) می شود. مطابق پیش بینی ها در ۱۰ تا ۱۵ سال آینده، پیشرفت هایی از این دست می تواند مصرف جهانی را بیش از ۱۰درصد کاهش دهد که ۱۰۰ میلیارد دلار در سال صرفه جویی و ۲۰۰ میلیون تن کاهش انتشار کربن را به همراه خواهدداشت .

▪ هوا و فضا: محدودیت های شدید سوخت برای حمل بار به مدار زمین و ماورای آن، و علاقه به فرستادن فضاپیما برای ماموریت های طولانی به مناطق دور از خورشید، کاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفی را اجتناب ناپذیر می سازد. مواد و ابزارآلات نانوساختاری، امید حل این مشکل را به وجود آورده است. «نانوساختن» ( Nanofabrication ) همچنین در طراحی و ساخت مواد سبک وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، مورد نیاز برای هواپیماها، راکت ها، ایستگاه های فضایی و سکوهای اکتشافی سیاره ای یا خورشیدی، تعیین کننده است. همچنین استفاده روزافزون از سیستم های کوچک شده تمام خودکار، منجر به پیشرفت های شگرفی در فناوری ساخت و تولید خواهد شد. این مسئله با توجه به اینکه محیط فضا، نیروی جاذبه کم و خلأ بالا دارد، موجب توسعه نانوساختارها و سیستم های نانو _ که ساخت آنها در زمین ممکن نیست در فضا خواهدشد.         
▪ امنیت ملی: برخی کاربردهای دفاعی نانوتکنولوژی عبارتند از: تسلط اطلاعاتی از طریق نانوالکترونیک پیشرفته بعنوان یک قابلیت مهم نظامی، امکان آموزش موثرتر نیرو، به کمک سیستم های واقعیت مجازی پیچیده تر حاصله از الکترونیک نانوساختاری، استفاده بیشتر از اتوماسیون و رباتیک پیشرفته برای جبران کاهش نیروی انسانی نظامی، کاهش خطر برای سربازان و بهبود کارآیی خودروهای نظامی، دستیابی به کارایی بالاتر (وزن کمتر و قدرت بیشتر) موردنیاز در صحنه های نظامی و در عین حال تعداد دفعات نقص فنی کمتر و هزینه کمتر در عمر کاری تجهیزات نظامی، پیشرفت در امر شناسایی و در نتیجه مراقبت عوامل شیمیایی، زیستی و هسته ای، بهبود طراحی در سیستم های مورد استفاده در کنترل و مدیریت عدم تکثیر سلاح های هسته ای، تلفیق ابزارهای نانو و میکرومکانیکی جهت کنترل سیستم های دفاع هسته ای. در بسیاری موارد، فرصت های اقتصادی و نظامی مکمل هم هستند. کاربردهای درازمدت نانوتکنولوژی در زمینه های دیگر، پشتیبانی کننده امنیت ملی است و بالعکس.      
▪ کاربرد نانوتکنولوژی در صنعت الکترونیک: ذخیره سازی اطلاعات در مقیاس فوق العاده کوچک، با استفاده از این فناوری می توان ظرفیت ذخیره سازی اطلاعات را در حد یکهزار برابر یا بیشتر افزایش دهد و نهایتا به ساخت ابزارهای ابرمحاسباتی به کوچکی یک ساعت مچی منتهی شود. ظرفیت نهایی ذخیره اطلاعات به حدود یک ترابیت در هر اینچ ربع برسد، و این امر موجب می شود که ذخیره سازی ۵۰ عدد DVD یا بیشتر در یک هارد دیسک با ابعاد یک کارت اعتباری شود. ساخت تراشه ها در اندازه های فوق العاده کوچک به عنوان مثال در اندازه های ۳۲ تا ۹۰ نانو متر، تولید دیسک های نوری ۱۰۰ گیگا بایتی در اندازه های کوچک نیز می باشد. 
بیو تکنولوژی در اوائل قرن بیستم وارد عرصه جهانی شد لیکن مهندسی بیوفرایند بعد از جنگ جهانی دوم و با تولید صنعتی پنی سیلین به روش تخمیر وارد معادلات علمی تجاری و اقتصادی جهان گردید. بیو تکنولوژی یک مفهوم کلی و یک موضوع بین رشته ای می باشد که دامنه و سیعی از علم (مهندسی، پزشکی، کشاورزی، صنایع غذایی …) را شامل می شود. شاید یکی از تعاریف ساده و نزدیک به ذهن در بیوتکنولوژی انواع دسته بند یهای محصولات حاصل از تخمیر باشد که به چهار دسته مهم تقسیم می شود:

  • مولکولهای کوچک ( (Small Molecules

  • ماکرو مولکولها (مانند آنزیمها و پروتئین ها)

  • مواد ساده سلولی (مانند مخمر نان)

  • محصولات کمپلکس (مانند غذاهای تخمیری و محصولات کشاورزی)

ماکرومولکولها که از مهمترین این محصولات می باشند بخش بسیار وسیعی از فرایندهای بالا دستی و پایین دستی بیو تکنولوژی را به خود اختصاص داده و بیو تکنولوژی نیز بیشترین پیشرفت و توسعه را به این دست از محصولات اختصاص داده است. به لحاظ اهمیت و گستره این محصولات لقب نسل اول مواد و یا محصولات بیو تکنولوژیکی ( First Generation ) را می توان به آنها اطلاق نمود. اما در سالهای اخیر علاقه مندی بشر به نسل دیگری از محصولات بیو تکنولوژیکی روز بروز افزون شده و تا جایی که تکنیکهای بالا دستی و پایین دستی را کاملا تحت شعاع خود قرار داده است. امروزه نیاز فراوانی برای تولید، بازیافت و خالص سازی نانو بیو مواد (محصولات) نظیر پلاسمید DNA و ویروس ها برای ژن درمانی، اسمبلی ماکرومولکولها (مانند پروتئین نانو ساختارها) بعنوان حامل دارو و ذرات ویروس مانند (Virus-like particle) برای استفاده در واکسن ها ( Vaccine components ) وجود دارد و محققین خود را مواجه با مشکلات و معضلات جدیدی در این خصوص می بینند. نانو بیو مواد بواسطه اندازه ویژه شان (با قطر10-300 نانو متر) ، شیمی سطح پیچیده و ارگانیزمهای درونی شان تکنیکهای بلا دستی و پایین دستی گسترش یافته برای نسل اول مواد بیولوژیکی را به مخاطره انداخته و روش های جدیدی را برای تولید و بازیافت طلب می نمایند. به همین منظوربا یک دسته بندی منطقی میتوان این دست از محصولات بیو تکنولوژیکی را نسل دوم ( Second Generation ) محصولات نامیده و راه کارهای جدید را در مواجهه با آنها جستجو نمود.

نانوتکنولوژی مجموعه‌ی است از فناوری‌هایی که بصورت انفرادی یا با هم جهت در به کارگیری و یا درک بهتر علوم مورد استفاده قرا رمی‌گیرند. بعضی از این فناوری‌ها هم‌اکنون در دسترس‌اند و بعضی نیز در حال توسعه و پیشرفت می‌باشند که ممکن است در طی سالها و یا دهه‌های بعد مورد استفاده واقع شوند. بیوتکنولوژی جزء فناوری‌های در حال توسعه می‌باشد که با به کارگیری مفهوم نانو به پیشرفتهای بیشتری دست خواهد یافت. یک تعریف کلاسیک از تعامل بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی بصورت زیر بیان می گردد: ” بیوتکنولوژی به نانوتکنولوژی مدل ارئه می دهد در حالی که نانوتکنولوژی با در اختیار گذاشتن ابزار برای بیوتکنولوژی آنرا برای رسیدن به اهدافش یاری می رساند.” پر واضح است که تعامل بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی ویا به تعبیری نانوبیوتکنولوژی بسیار فراتر از این می باشد. شاید بتوان گفت نانوبیوتکنولوژی استفاده از قابلیت های نانو در کاربردهای زیستی است و این شاخه از فناوری به ما اجازه می دهد تا اجزا و ترکیبات را داخل سلولها بصورت عام قرار داده و یا با استفاده از روش های جدید خو آرایی و مکان آرایی در موج اول نانوبیوتکنولوژی نانو بیو مواد را ساخته و با تکنیکهای پیشرفته به خالص سازی و بازیافت آنها بپردازیم. بی گمان زمینه ها و فازهای بعدی این فناوری جدید به تولید وسایل نانو بیو ( موج دوم ) و در نهایت به ارائه ماشین های هوشمند و روباط ها منجر خواهد شد ( موج سوم ) که کاربردهای فراوانی در حوزه های مهم بیوتکنولوژی مانند پزشکی، کشاورزی و صنایع غذایی خواهند داشت. سوالی که به ذهن متواتر شده و محققان و متخصصان به علوم بیوتکنولوژی ونانو بیوتکنولوژی را متوجه آن کرده است این است که مرز بیوتکنولوژی و نانوبیوتکنولوژی در کجاست ؟.

اگرچه این دوفناوری هم پوشانیهای زیادی دارند و به تعبیری دارای مرزهای نامشخص ( ( Fuzzy می باشند اما شاید دسته بندی محصولات بیوتکنولوژیکی به نسل اول و نسل دوم کمک قابل توجه ای به این موضوع بنماید .حوزه ای از فناوری که با تولید، باز یافت و بکارگیری نسل دوم مواد و محصولات بیوتکنولوژیکی سروکار دارد ، همان نانوبیو موادی که تولید و بازیافت و خالص سازیشان خصوصا” در ابعاد صنعتی به شدت تکنیک های موجود را به مخاطره انداخته و روشهای نوین را می طلبد، می تواند محدوده کاری نانوبیوتکنولوژی و یا بیونانوتکنولوژی باشد . با تقسیم بندی اولویت های تحقیقاتی نانوبیوتکنولوژی به سه موج نانو بیو مواد، نانو وسایل و نانو ماشین ها (همانگونه که در متن بالا به آن اشاره شد) ، لزوم تمایز بیو تکنولوژی و نانو بیو تکنولوژی بطور وضوح در محدوده کاری موج اول نانو بیو تکنولوژی خود را نمایان می سازند چون بی تردید موج های دوم و سوم این فناوری هم پوشانی بسیار ناچیزی با بیوتکنولوژی به معنای عام خواهند داشت. اما موضوع بعدی که ضرورت شفاف سازی و بیان وا ژه ها در آن مهم می باشد تشابه و تمایز نانوبیوتکنولوژی و بیونانوتکنولوژی می باشد. به بیان دیگر اصولا فرقی بین این دو واژه وجود دارد و اگر چنین است این تمایزات چیست؟

برای ساخت تمام نانو مواد ها (ذرات ها) همواره دو روش در نانو تکنولوژی مد نظر می باشد، ابتدا روشهای بالا به پایین Top down) ) وسپس روش های پایین به بالا ( (Bottom up . نانو بیو ذرات نیز از این قاعده مثتثنی نبوده و بوسیله یکی از این دو روش تولید می شوند. اگر یک نانو بیو محصول از روش های بالا به پایین تولید شود، به بیان دیگر با تکیه بر اصول و مبانی اصلی بیو تکنولوژی، و در ادامه با روش های اصلاح شده خالص سازی و بازیافت که با کمک تکنیکهای جدید توسعه یافته و برای محصولات نسل دوم (نانو بیو مواد ها) بکار گرفته می شود به محصول نهایی ( (End product تبدیل شود، به این مجموعه از فناوریها بیونانو تکنولوژی اطاق می شود. به عنوان مثال بیوراکتوری را در نظر بگیرید که یک سلول حیوانی خاص در آن کشت داده شده و در شرایط ویژه رشد نماید. محصول مورد نظر یک ویروس درون سلولی می باشد که برای استفاده در ژن درمانی با درجه خلوصی ویژه مورد نیاز می باشد. بدین ترتیب نانو بیو محصول مورد نظر در درون سلول تولید شده و سپس بازیافت می شود (از بالا به پایین). از طرفی دیگر اگر با بهره وری مستقیم از فناوری نانو یک نانو بیو محصول از پایین به بالا ساخته شود می توان این حوزه از فناوری نانو را نانوبیو تکنولوژی دانست. مثال واضح آن تولید تمام نانو بیو ذرات از طریق خود آرایی و مکان آرایی می باشد که بادر کنارهم قرارگرفتن اجزا تشکیل دهنده، محصول مطلوب تولید می شود. اسمبلی ماکرومولکولها و بطور خاص پروتئین نانو ساختارها از مثال های جالب تولید از پایین به بالای نانو بیو مواد می باشد که می توانند بعنوان حاملهای دارو استفاده شوند. بکارگیری این روش در ابعاد آزمایشگاهی خوشبختانه در داخل کشور آغاز شده و در حال گسترش وتکامل می باشد. بطور کل بنظر می رسد که دنیا در ساخت مواد از بالا به پایین تا حدودی زیادی موفق بوده است و از ساخت توده ای مواد وبازیافشان (بیونانو تکنولوژی) و رسیدن به بیوذرات در اندازه نانو بهره ها برده و ما نیز باید با برنامه ریزی مدون در داخل این مهم را گسترش داده و تقویت نماییم ( البته در اندازه های آزمایشگاهی موفق بوده ایم و باید در فاز بعدی به سمت تولید انبوه و صنعتی برویم ). ساخت از پایین به بالای بیوذرات در دستور کار مراکز تحقیقاتی جهان قرار دارد و پیش بینی ها حاکی از آن است که دنیا بتواند به تولیدات قابل توجه ای در این خصوص تا سال 2015 میلادی دست یابد. بمانند مبحث قبلی (مرزهای بیو تکنولوژی و نانوبیو تکنولوژی) با عبور از موج اول تحقیقات و تولیدات، اهمیت شفاف سازی واژه ها بین بیونانو تکنولوژی ونانو بیو تکنولوژی نیز کم رنگ شده ونانو بیو تکنولوژی تا حد زیادی موج های دوم و سوم تحقیقات و فعالیتها را در انحصار خود قرار می دهد.

محققان همواره برای رسیدن به اهداف ریز و درشت علمی تحقیقاتی خود نیازمند به دسته بندی ها و اولویت بندیها می باشند. با توفیقات نسبتا” خوبی که در زمینه های تحقیقاتی بیونانو تکنولوژی در فرایندهای بالا دستی بوجود آمده است، لزوم توجه بیشتر به فرایندهای پایین دستی بیونانو تکنولوژی بیش از پیش نمایان می شود. البته نیاز پژوهش گران به بهینه سازی تولید نانو بیو مواد در ابعاد صنعتی همچنان از دغدغه های جدی در سالهای آینده می باشد.

در کنار بیونانو تکنولوژی که به تعبیری مقدم بر نانو بیوتکنولوژی می باشد، باید با جدیت به نانو بیوتکنولوژی و سه موج مهم آن پرداخت و بر اساس اولویتهای مطرح شده برای رسیدن به اهداف کوتاه مدت، میان مدت و بلند مدت برنام ریزی نمود تا بتوان همگام با دیگران در جهان شعار تعلق قرن بیست و یکم به نانو تکنولوژی را منصه ظهور رساند. موفقیت های علوم زیستی، مرهون اصول مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی است. در ادامه به گوشه هایی از این کاربردها اشاره می شود:

1) بیوتکنولوژی و علوم پزشکی

کاربرد بیوتکنولوژی در زمینه علوم پزشکی و دارویی، موضوعات بسیار گسترده ای مانند ابداع روش های کاملاً جدید برای “تشخیص مولکولی مکانیسم های بیماری زایی و گشایش سرفصل جدیدی به نام پزشکی مولکولی “، “امکان تشخیص پیش از تولد بیماری ها و پس از آن “، “ژن درمانی و کنار گذاشتن (نسبی) برخورد معلولی با بیمار و بیماری “، “تولید داروها و واکسن های نوترکیب و جدید “، “ساخت کیت های تشخیصی “، “ایجاد میکروارگانیسم های دست کاری شده برای کاربردهای خاص “، “تولید پادتن های تک دودمانی (منوکلونال) ” و غیره را در بر می گیرد. امروزه برای تشخیص های دقیق، پیشگیری، درمان اساسی بیماری ها و در واقع سلامت و بهداشت جوامع ظاهراً راه دیگری جز پزشکی مولکولی به نظر نمی رسد. در ادامه، به چند نمونه از دستاوردهای مهم مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی در علوم پزشکی، که تحولات بسیار بزرگی را در عرصه های مختلف زندگی بشر بوجود آورده یا خواهد آورد، اشاره می شود:

 ژن درمانی (Gene Therapy)

بسیاری از صاحب نظران از سده حاضر به عنوان سده مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی یاد می کنند. به اعتقاد بسیاری از دانشمندان، تولد ژن درمانی در اوایل دهه 1990، یک رخداد بزرگ و انقلابی بود که چشم انداز جدیدی را در عرصه پزشکی مولکولی ایجاد کرد؛ زیرا برای نخستین بار در تاریخ علوم زیستی، کاربرد روش ها و فنون بسیار حساس و جدید جهت انتقال ژن های سالم به درون سلول های بدن و تصحیح و درمان ژن های جهش یافته و معیوب، پنجره ای نو به سوی مبارزه جدی، اساسی و علّی (نه معلولی و در سطح فرآورده های ژنی) با بسیاری از بیماری ها گشوده است. ژن درمانی، در واقع انتقال مواد ژنتیکی به درون سلول های یک موجود برای مقاصد درمانی می باشد که به روش های متفاوت و متنوع (فیزیکی، شیمیایی و زیستی) صورت می گیرد. کشف بسیاری از ژن های بیماری زای مهم در آینده نزدیک، کاربرد روش های متنوع و بی سابقه غربال سازی ژنتیکی و پیشگویی های بسیار دقیق پیرامون تعیین سرنوشت جنین از نظر بیماری های ژنتیک پیش و پس از تولد، از دیگر قابلیت های مهندسی ژنتیک و ژن درمانی است. پژوهشگران با انجام تحقیقات گسترده بر بسیاری از محدودیت های موجود در زمینه ژن درمانی فایق آمده اند. همچنین در زمینه هدف گیری بسیار اختصاصی سلول و انتقال ژن یا DNAی برهنه به درون آن (به عنوان دارو) پیشرفت های چشمگیری حاصل شده است. علیرغم اینکه در حال حاضر ژن درمانی، روشی پرهزینه بوده و به فنون پیشرفته و تخصصی نیاز دارد، اما به زودی از این روش در مورد طیف بسیار وسیعی از بیماری ها استفاده خواهد شد.

همچنین شواهد فزآینده و امیدبخشی وجود دارد که استفاده از روش های پزشکی مولکولی، در آینده ای نه چندان دور و در مقایسه با وضع کنونی، صدها بار هزینه های درمانی را نیز کاهش خواهد داد.

 طرح بین المللی ژنوم انسان (IHGP)

پروژه بین المللی ژنوم انسان، یکی از مهم ترین و عظیم ترین طرح های تحقیقاتی زیست شناسی عصر حاضر است که با رمزگشایی از ژنوم انسان، گره های بی شماری را گشوده و قله های متعددی را فتح کرده است. این طرح که انجام آن، مولود پیشرفت ها و اطلاعات جدید محققان در عرصه مهندسی ژنتیک است، در آینده ای نزدیک، تحولات عمیق و غیره منتظره ای را در علوم پزشکی به وجود خواهد آورد. طرح بین المللی ژنوم انسان را می توان نقطه عطفی در تاریخ علوم زیستی به ویژه مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی به حساب آورد.

 شناسایی مکانیسم های مولکولی پیدایش سرطان

امروزه از رهگذر به کارگیری مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی، این پرسش که سرطان چگونه ایجاد می شود دیگر جزء اسرار ناشناخته علمی به حساب نمی آید. در خلال دو دهه اخیر، پژوهشگران با استفاده از روش های مولکولی و نتایج حاصل از مطالعاتی مانند طرح رمزگشایی از ژنوم انسان، به پیشرفت های خیره کننده ای در شناسایی علل و مراحل مولکولی پیدایش سرطان دست یافته اند که در آینده نزدیک، به روش های انقلابی در مسیر درمان آن منجر خواهد شد. با آنکه هنوز هیچ کس قادر نیست زمان دقیق غلبه کامل بر سرطان را پیش گویی کند، اما چشم انداز آن بسیار نویدبخش است.

در این راستا، تلاش های گسترده ای برای درمان سرطان با استفاده از روش های ژن درمانی (مانند انتقال ژن های بازدارنده سرطان به درون سلول ها) به طور فزاینده ای در حال افزایش است. مهار ژن هایی که بیشتر از اندازه طبیعی تکثیر یا بیان شده اند (مانند آنکوژنهای فعال شده) و جایگزینی یک ژن ناقص یا حذف شده از جمله راهبردهای این روش درمانی به حساب می آیند. اخیراً پژوهشگران امریکایی نوعی ویروس “هوشمند ” را طراحی کرده اند که بتواند در درون سلول های سرطانی، تکثیر شده و تمام سلول های بدخیم را در بدن از بین ببرد، اما به سلول های سالم آسیبی نرساند. نتایج به دست آمده از این شیوه جدید، روی موش های الگو موفقیت آمیز بوده و توانسته است حدود 60 درصد از سلول های سرطانی را نابود سازد. شماری از شرکت های دارویی جهان نیز با تکیه بر فرآیندها و قابلیت های بیوتکنولوژی مولکولی، بر روی طراحی داروها و عوامل درمانی مناسب جهت توقف ماشین تکثیر بی رویه سلولی (سرطان) فعالیت می کنند. بی شک انجام این پژوهش ها، که در آینده ای نزدیک به نتایج مفیدی برای درمان شماری از سرطان های انسانی منجر خواهد شد، بدون بکارگیری اصول و فنون مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی میسر نمی بود.

همانند سازی (Cloning)

از دیگر موضوعات بسیار مهم روز در زمینه مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی، که ارتباط تنگاتنگی با علوم پزشکی داشته و احتمالاً در آینده منشأ تحولات بزرگی در این زمینه خواهد بود، بحث کلون سازی (همانندسازی یا شبیه سازی) یا تکثیر غیرجنسی سلول ها است؛ که طی آن با همانندسازی از روی سلول بالغ یک موجود زنده، نسخه ای مشابه موجود اولیه ساخته می شود. شایان ذکر است که نخستین موفقیت انسان در کلون سازی یک پستاندار بالغ (گوسفند دالی) در سال 1996 توسط یان ویلموت انگلیسی و همکاران وی در مؤسسه راسلین (ادینبر، اسکاتلند) با انتقال هسته یک سلول سوماتیک (غیرجنسی) به درون سیتوپلاسم یک اووسیت (سلول جنسی ماده) که هسته اش خارج شده بود، به دست آمد. به طور کلی، محققان علم ژنتیک و بیوتکنولوژیست های مولکولی اعتقاد دارند که تلاش های آنها در این زمینه ، می تواند به کاربردهای بسیار ارزشمندی در زمینه های پزشکی، کشاورزی و مانند آن ها منجر شود. البته علیرغم بحث های بسیار جدی که در مورد سوء استفاده های احتمالی از مقوله شبیه سازی و عواقب زیستی و اخلاقی آن در دنیا وجود دارد، خوشبختانه اعتقاد اکثریت قابل توجهی از صاحب نظران امر که با درک مسیولیت خطیر انسانی خود، به پژوهش های متنوع و گسترده مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی در عرصه پزشکی مولکولی مشغولند، این است که تحقیقات مذکور باید تنها برای مقاصد پیشگیری، تشخیص و درمان اساسی بیماری ها به کار رفته شود.

 بیوتکنولوژی مولکولی و صنعت

در سال های اخیر، بیوتکنولوژی مولکولی در صنایع گوناگون جایگاه منحصر به فردی پیدا کرده است. امروزه در برخی از معادن دنیا، استخراج و بازیافت کانی های پرارزشی مانند طلا، نقره، مس و اورانیوم به کمک میکروارگانیسم ها و با روش های زیستی (Bioleaching) صورت می گیرد. تولید صنعتی بسیاری از اسیدهای آلی مانند اسید سیتریک، اسید استیک و اسید لاکتیک و همچنین تولید روغن هایی با ترکیبات اسیدهای چرب ویژه که دارای ارزش بالایی در صنایع غذایی و مواد پاک کننده هستند، از دیگر زمینه های حضور فعال بیوتکنولوژی در صنعت است. تولید پلاستیک های قابل تجزیه (Green Plastics)، تولید انرژی های تجدید پذیر با استفاده از بیومس (Biomass)، طراحی و تولید ساختارهای نانومتری (Nanostructures) جدید مثل بیوترانزیستورها، بیوچیپ ها و پلیمرهای پروتیینی با استفاده از روش های مهندسی پروتیین، بکارگیری روش های بیوتکنولوژی در افزایش بازیافت و سولفورزدایی نفت خام و پاکسازی آلودگی های زیست محیطی به کمک فرآیندهای زیستی، از دیگر عرصه های نوین و با ارزش بیوتکنولوژی در صنعت و محیط زیست به شمار می روند. مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی در عرصه های بسیار متنوع مانند کشاورزی، تغذیه و مواد غذایی، دامپروری، شاخه های مختلف علوم پزشکی و صنایع دارویی، صنایع تخمیری، صنایع نظامی، انرژی، محیط زیست و بهداشت بشر، استفاده های بسیار ارزشمندی پیدا کرده است. اینکه بیوتکنولوژی جدید برای بشر راه حل های بی شماری ارایه می کند، مطلبی کاملاً درست است. در تاریخ علوم تجربی، پژوهش های بیوتکنولوژی را می توان از معدود مواردی دانست که در آن تحقیقات بنیادی به سرعت به سطح کاربردی می رسند. در چنین بستری، موفقیت نهایی در بیوتکنولوژی و حصول دستاوردهای بی شمار اقتصادی آن، به پیشرفت واقعی در مبانی علوم تجربی و رشته های علوم پایه بستگی تام دارد. از این رو سرمایه گذاری شایسته در علوم مذکور، اساس پیشرفت و توسعه تمام علوم و فنون روز از جمله بیوتکنولوژی خواهد بود. بیوتکنولوژی گذشته از پتانسیل های قابل توجه نوع سنتی آن که عمری معادل تمدن بشری دارد، توانسته است با تکیه بر اصول جدید مهندسی ژنتیک و علوم وابسته، در طی حداکثر سه دهه اخیر، توانایی ها و قابلیت های بسیار متنوع و ارزشمندی را در عرصه های مختلف به نمایش گذارد. این تأثیرگذاری ها گاه تا حدی بوده است که به جرأت می توان ادعا کرد پیشرفت های بزرگ بشر در دست یابی به بسیاری از موفقیت های علوم زیستی، مرهون اصول مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی مولکولی است.

 بیوتکنولوژی و کشاورزی

رشد فزآینده جمعیت جهان و افزایش تقاضا برای مواد غذایی در دهه های اخیر موجب شد تا در زمینه علوم کشاورزی و مواد غذایی شاهد یک گذر جدی و اجتناب ناپذیر از کشاورزی سنتی به کشاورزی پیشرفته و بکارگیری روش های نوین زیست فناوری در تولید محصولات زراعی و دامی باشیم. همانگونه که می دانیم، گیاهان، اصلی ترین و مهمترین منابع تجدید شونده جهان هستند که علاوه بر تأمین غذای آدمی و حیوانات، نیازهای غیرتغذیه ای، شیمیایی و صنعتی هم توسط آنها مرتفع می گردد. به همین دلیل، کاربرد روش های مهندسی ژنتیک و زیست فناوری برای افزایش کمی و کیفی محصولات از یک سو و کاهش هزینه ها و زمان تولید از سوی دیگر، استفاده از این روش ها در شاخه های گوناگون کشاورزی را بسیار ارزشمند کرده است.

نمونه هایی از کاربردهای نانوپودرها به شرح زیر است:

– به دلیل هم اندازه بودن اندازه برخی نانوپودرها با طول موج نور مرئی، این طول موج را با تلألؤ بسیار زیادی منتشر می کنند. مثلاً فلونورسانس فلز طلا در حالت نانو پودر بیش از ده برابر حالت معمولی آن است، لذا در منورها یا موادی که نیاز به پراش شدید طیف خاصی از نور مرئی یا مادون قرمز است، می توان از نانو پودرهای فلزی از جمله طلا استفاده کرد. به علاوه می توان رنگ های متکی بر نانوپودر را به جای رنگ های آلی به کار برد و هواپیماهایی را که با فرسایش در سرمای شدید ارتفاعات مواجه هستند، رنگ آمیزی خاص نمود.

– آلومینیوم در صورت واکنش با اکسیژن، چهار برابر هیدرازین انرژی آزاد می کند، ولی واکنش گرمایی پودر به دلیل کمبود سطح مؤثر، احتراق شدیدی ندارد. اما نانوپودرهای جدید آلومینیوم کاملاً می سوزند و انرژی بالای خود را آزاد می کنند و می توان در هر دو نوع سوخت جامد و مایع موشک، از آنها استفاده کرد. با توجه به سرعت واکنش احتراق، به نظر می رسد به اکسید کننده کمتری نیاز باشد. همچنین از نانو پودرهای فلزی می توان به عنوان نسل بعد مواد انفجاری نیز یاد کرد.

نانو حسگرهای مولکولی

با پیشرفت علم در دنیا و پیدایش تجهیزات الکترونیکی و تحولات عظیمی که در چند دهه اخیر و در خلال قرن بیستم به وقوع پیوست نیاز به ساخت حسگرهای دقیقتر، کوچکتر و دارای قابلیت های بیشتر احساس شد. بالا بردن درجه حساسیت، بهره و دقت این حسگرها به کشف مواد و ابزارهای جدید نیاز دارد. نانوحسگرها، حسگرهایی در ابعاد نانومتری هستند که به خاطر کوچکی و نانومتری بودن ابعادشان از دقت واکنش پذیری بسیار بالایی برخوردارند به طوری که حتی نسبت به حضور چند اتم از یک گاز هم عکس العمل نشان می دهند. نانولوله ها به دلیل دارا بودن خواص مکانیکی و الکترونیکی ویژه کاربردهای متنوعی پیدا کردند از جمله می توان به استفاده از آنها به عنوان حسگرهایی با دقت و سرعت بسیار بالا برای تشخیص مواد در غلظت های بسیار پایین اشاره کرد.با کمک فناوری نانو می توان به شکل های مختلف، حسگرهایی تهیه کرد که به صورت تغییر رنگ یا انتقال پیام، مواد شیمیایی را در غلظت های مولکولی شناسایی کنند. از این حسگرها می توان برای آشکار سازی مواد مخدر و منفجره (مثلاً از بیرون چمدان) یا عوامل شیمیایی مث لگازهای اعصاب استفاده کرد. این مسئله می تواند روزی به صلاح بویاب منتهی شود.

نانو الکترونیک

نانو الکترونیک به عنوان یک فناوری متحول کننده، همه چیز از جمله فناوری نظامی را در هم خواهد ریخت. واقعیت مجازی پیچیده تر متکی بر نانو الکترونیک، می تواند در شبیه سازی عینی بسیاری از رخدادهای استفاده شود و سامانه های مدیریتی و آموزشی پرسنل را ارتقا دهد. قوی تر بودن تراشه های الکترونیکی، بیان گر دقت ناوبری، هواپیما و موشک هاست. کافی است تصور کنید یک ابررایانه را در ون یک موشک قرار داده ایم. توانایی تحلیل و انتقال داده بالا، موجب می شود سنجش از راه دور ( که در شناسایی عملیات نظامی دخیل است) بیشتر مفید باشد و اطلاعات بیشتری را بتوان از آن استخراج کرد (مثل ردگیری یک پایگاه زیرزمینی یا حرکات دشمن در پس مه و گرد و غبار شاید در آن هنگام ساده ترین کارها، پیش بینی زمان دقیق نزولات آسمانی و شکست های نظامی باشد. آنچه مسلم است این که، اثرات چنین فناوری بزرگی را به سختی می توان پیش بینی کرد.

 ( نانو الکتو مکانیکال سیستم )  NEMs

این سامانه، بیانگر سامانه های مکانیکی – الکترونیکی در ابعاد نانومتر است. این سامان ها نوعی فناوری ویژه اند که کاری مشابه حسگرها دارند. این تراشه های کوچک به صورت بازوهایی کوچک یا مانند چشم هستند که عمل مخابره کردن پیام های محیطی مثل گرما، فشار، سرعت و … را بر عهده دارند. از مزایای این سامانه کوچکی آن است که می شود در همه جا آن را استفاده کرد، از ران بودن و مصرف انرژی کم و سادگی در تعمیر از دیگر خصوصیات این سامانه است. از این سامانه ها می توان در موشک ها جهت هدایت بهتر و همچنین در خمپاره اندازها برای حذف سامانه های مکانیکی از آن سود جست. برخی از شرکت های خارجی در پی جایگزینی سامانه های NEMS به جای مین های ضد نفر هستند. این سامانه شامل مجموعه ای از حسگرهای سنجش از راه نزدیک و دور است و می تواند به کامپیوتر دستی فردی در چند کیلومتر دورتر هشدار دهد که شخصی در حال نفوذ است.

کاربرد فناوری نانو در صنایع دفاعی    
رای فناوری نانو, کاربردهایی را در حوزه های مختلف از جمله غذا، دارو، کشاورزی، پزشکی و زیست فناوری تا الکترونیک، کامپیوتر، حمل و نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت ملی، پتروشیمی، علوم مواد، الکترونیک، کامپوترهای کوانتومی و غیره بر شمرده اند…

کاربردهای وسیع این عرصه به همراه پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فناوری را به عنوان یک زمینه فرارشته ای مطرح نموده است. هر چند آزمایش ها و تحقیقات پیرامون فناوری نانو از ابتدای دهه 80 قرن بیستم به طور جدی پیگیری شد، اما اثرات تحول آفرین، معجزه آسا و باور نکردنی فناوری نانو در روند تحقیق و توسعه باعث گردید که نظر تمامی کشورهای بزرگ به این موضوع جلب گردد و فناوری نانو را به عنوان یکی از مهم ترین اولویت های پژوهشی خویش طی دهه اول قرن بیست و یکم محسوب نمایند. اما بهتر است بدانیم به موازات پیشرفت های شگرفی که در این زمینه حاصل شده است برخی ایده های خطرناک نیز شکل گرفته اند: مانند ساختن ماده ای به نام لکه قهوه ایی که در صورت عدم کنترل صحیح می تواند در عرض چند ساعت سراسر جهان را احاطه کرده  و در میان جوامع نسبت به پژوهش گران و اهداف آنها ترس و واهمه ایجاد کند.

از نمونه های کاربردی فناوری نانو در سامانه های دفاعی – امنیتی می توان به نانو مواد، نانو پودرها، نانوحسگرهای مولکولی، نانو الکترونیک و MEMS اشاره نمود.     
نانو مواد:مواد جدید و سبک، با مقاومت کششی بالا و عمر مفیدی چند برابر مواد متداول هستند که از نانو کامپوزیت ها و نانو روکش ها به عنوان دسته ای از این مواد می توان نام برد       
نانو کامپوزیت ها و نانو فایبرگلاس:به طور کلی کامپوزیت ها متشکل از ماده ای تحت زمینه ماده دیگری بعنوان تقویت کننده هستند. این مسئله تنوع پذیری خاصی به این مواد می بخشد. برخی از نانو کامپوزیت ها ترکیبی از نانوالیاف محکم کربن و الیاف محکم کولار یا پلاستیک های مقاوم در برابر خوردگی هستند که بسیار بهتر از فولاد و آلومینیوم عمل می کنند. نانو کامپوزیت های پیشرفته در بسیاری از اشیای روزمره نظیر بدنه قایقها، چوبهای ماهی گیری و راکتهای تنیس قابل کاربرد است، همچنین در صنایع هواپیمایی از قبیل هواپیماهای ترابری نظامی، بالگردها، جنگنده ها، موشک اندازها و ماهواره ها رشد و توسعه قابل توجهی داشته است. استفاده از آهن آلات به دلیل هزینه های بالا، وزن زیاد و خوردگی در برابر شرایط جوی مقرون به صرفه نیست. به کارگیری کامپوزیت ها و نانو کامپوزیت ها علاوه بر استحکام خوب و ارزان قیمت بودن باعث سبکی و افزایش عمر مفید قطعه می گردد. جایگزینی نانو کامپوزیت های سرامیکی و پلاستیکی در قطعات مکانیکی و بدنه خودروها و اشیای پرنده مثل موشک می تواند متضمن کاهش مصرف سوخت، افزایش عمر مفید، افزایش برد و پنهان ماندن از دید رادار گردد. در سالهای اخیر مشاهده شده که افزایش نانو ذرات اکسید آلومینیم به نیکل، موجب می شود تا مقاومت کششی آن 5/2 برابر فولاد شود. آلومینیوم تقویت شده با الیاف شیشه, این امید را ایجاد کرده است که بدنه هواپیماهای آینده، 15 تا 28 درصد سبکتر از هواپیماهای مشابه امروزی ساخته شوند. این در حالی است که با دو برابر کردن ابعاد هواپیما (که از مواد سنتی ساخته شده باشد)، وزن آن سه تا چهار برابر می شود. در این ماده جدید، نانو الیاف شیشه، در دماهای بالا بین صفحات آلیاژ آلومینیوم پرس شده اند. در آینده با پیشرفت فناوری تولید انبوه نانو لوله های کربنی طویل، این ماده با یک ششم وزن فولاد و50 برابر مقاومت کششی آن، جایگزین این فلز قدیمی می شود و موجب دگرگونی در کل محیط زندگی خواهد شد. البته نه در آینده دور که هم اکنون این نانو لوله ها برای حصول کامپوزیت های سبک، بسیار مقاوم و رسانای الکتریسته، به صورت نه چندان دراز ولی هم راستا برای اختلاط با پلاستیکها استفاده می شوند؛ البته پیش از تولید تجاری ارزان این نانو لوله ها برای مصارف نظامی(که کیفیت بر قیمت غلبه دارد)می توان از این مواد سود جست. منسوجات خود ترمیم شونده و مغناطیسی های دائمی دارای انرژی مغناطیسی چند برابر مغناطیسهای عادی (برای استفاده در موتورهای الکتریکی) از دیگر موارد قابل ذکر در این زمینه به شمار می رود. فایبرگلاس با ساختار شبکه ای به صورت تار و پودی، استحکام زیادی دارد. در این مواد، الیاف شیشه به صورت تارهای نازک و تحت شرایط خاصی تولید شده، به طرق متفاوتی به هم بافته می شوند؛ رایج ترین نوع آنها الیاف بافته شده به صورت حصیری و الیاف سوزنی است.

فناوری نانو با اعمال آرایش تار و پودی بین مولکولها، نانو فایبرگلاسهای بسیار محکم و سبکی ایجاد می کند که نسبت به انواع امروزی برتری بسیاری دارند. این مواد در کشتی های مسافربری، شناورهای نظامی و زیردریای ها کاربردهای فراوانی دارند.   

نانو روکشها:

نانو روکشهای تک مولکولی، یکی دیگر از زمینه های پژوهشی در حوزه نانو مواد است. لایه ای نازک از این مواد را می توان روی سطوح فلزی یا پلاستیکی نشاند و مقاومت سایشی و ضربه ای آنها را به شدت افزایش داد. از موارد جالب کاربردهای نظامی در این زمینه می توان به موارد زیر اشاره کرد:- ساخت و طراحی لباسهای مقاوم در برابر گلوله و مقاوم در برابر ضربه و آتش: استفاده از نانو روکش ها در الیاف لباس های سربازان و نیروهای امنیتی باعث سبک و قابل حمل شدن و استحکام آنها می گردد.- به کار بردن روکش هایی از جنس نانو اکسیدهای فلزی برای تعمیر قطعات فرسوده یا زنگ زده.- ساخت کلاه های جنگی با مقاومت حرارتی بالا با استفاده از نانو روکش هانانوپودرها:نمونه هایی از کاربردهای نانوپودرها به شرح زیر است:- به دلیل هم اندازه بودن اندازه برخی نانوپودرها با طول موج نور مرئی، این طول موج را با تلألؤ بسیار زیادی منتشر می کنند. مثلاً فلونورسانس فلز طلا در حالت نانو پودر بیش از ده برابر حالت معمولی آن است، لذا در مانورها یا موادی که نیاز به پرش شدید طیف خاصی از نور مرئی یا مادون قرمز است، می توان از نانو پودرهای فلزی از جمله طلا استفاده کرد. به علاوه می توان رنگهای متکی بر نانوپودر را به جای رنگهای آلی به کاربرد و هواپیماهایی را که با فرسایش در سرمای شدید ارتفاعات مواجه هستند، رنگ آمیزی خاص نمود.- آلومینیوم در صورت واکنش با اکسیژن، چهار برابر هیدرازین انرژی آزاد می کند، ولی واکنش گرمایی پودر به دلیل کمبود سطح مؤثر، احتراق شدیدی ندارد. اما نانوپودرهای جدید آلومینیوم کاملاً می سوزند و انرژی بالای خود را آزاد می کنند و می توان در هر دو نوع سوخت جامد و مایع موشک، از آنها استفاده کرد. با توجه به سرعت واکنش احتراق، به نظر می رسد به اکسید کننده کمتری نیاز باشد. همچنین از نانو پودرهای فلزی می توان به عنوان نسل بعد مواد انفجاری نیز یاد کرد.نانو حسگرهای مولکولی:با پیشرفت علم در دنیا و پیدایش تجهیزات الکترونیکی و تحولات عظیمی که در چند دهه اخیر و در خلال قرن بیستم به وقوع پیوست نیاز به ساخت حسگرهای دقیقتر، کوچکتر و دارای قابلیتهای بیشتر احساس شد. بالا بردن درجه حساسیت، بهره و دقت این حسگرها به کشف مواد و ابزارهای جدید نیاز دارد.

نانوحسگرها، حسگرهایی در ابعاد نانومتری هستند که به خاطر کوچکی و نانومتری بودن ابعادشان از دقت واکنش پذیری بسیار بالایی برخوردارند به طوری که حتی نسبت به حضور چند اتم از یک گاز هم عکس العمل نشان می دهند. نانولوله ها به دلیل دارا بودن خواص مکانیکی و الکترونیکی ویژه کاربردهای متنوعی پیدا کردند از جمله می توان به استفاده از آنها به عنوان حسگرهایی با دقت و سرعت بسیار بالا برای تشخیص مواد در غلظت های بسیار پایین اشاره کرد.با کمک فناوری نانو می توان به شکلهای مختلف، حسگرهایی تهیه کرد که به صورت تغییر رنگ یا انتقال پیام، مواد شیمیایی را در غلظت های مولکولی شناسایی کنند. از این حسگرها می توان برای آشکار سازی مواد مخدر و منفجره (مثلاً از بیرون چمدان) یا عوامل شیمیایی مثل گازهای اعصاب استفاده کرد. این مسئله می تواند روزی به صلاح بویاب منتهی شود.

نانو الکترونیک:نانو الکترونیک به عنوان یک فناوری متحول کننده همه چیز را, (از جمله فناوری نظامی) در هم خواهد ریخت. واقعیت مجازی پیچیده تر متکی بر نانو الکترونیک، می تواند در شبیه سازی عینی بسیاری از رخدادهای استفاده شود و سامانه های مدیریتی و آموزشی پرسنل را ارتقا دهد. قوی تر بودن تراشه های الکترونیکی، بیان گر دقت ناوبری، هواپیما و موشک هاست. کافی است تصور کنید یک ابررایانه را در ون یک موشک قرار داده ایم. توانایی تحلیل و انتقال داده بالا، موجب می شود سنجش از راه دور(که در شناسایی عملیات نظامی دخیل است) بیشتر مفید باشد و اطلاعات بیشتری را بتوان از آن استخراج کرد. مثل ردگیری یک پایگاه زیرزمینی یا حرکات دشمن در پس مه و گرد و غبار, شاید در آن هنگام ساده ترین کارها، پیش بینی زمان دقیق نزولات آسمانی و شکستهای نظامی باشد. آنچه مسلم است این که، اثرات چنین فناوری بزرگی را به سختی می توان پیش بینی کرد.:NEMsاین سامانه، بیانگر سامانه های مکانیکی– الکترونیکی در ابعاد نانومتر است. این سامانه ها نوعی فناوری ویژه اند که کاری مشابه حسگرها دارند. این تراشه های کوچک به صورت بازوهایی کوچک یا مانند چشم هستند که عمل مخابره کردن پیام های محیطی مثل گرما، فشار، سرعت و … را بر عهده دارند. از مزایای این سامانه, کوچکی آن است که می شود در همه جا آن را استفاده کرد، ارزان بودن و مصرف انرژی کم و سادگی در تعمیر از دیگر خصوصیات این سامانه است. از این سامانه ها می توان در موشکها جهت هدایت بهتر و همچنین در خمپاره اندازها برای حذف سامانه های مکانیکی از آن سود جست. برخی از شرکت های خارجی در پی جایگزینی سامانه های NEMS به جای مین های ضد نفر هستند. این سامانه شامل مجموعه ای از حسگرهای سنجش از راه نزدیک و دور است و می تواند به کامپیوتر دستی فردی در چند کیلومتر دورتر هشدار دهد که شخصی در حال نفوذ است.نتیجه گیری:فناوری نانو دارای دامنه استفاده وسیع در صنایع دفاعی– نظامی است و تأثیر عمده ای در پیشرفت هر چه بیشتر سامانه های دفاعی دارد. هوشمندی بیشتر، اندازه و وزن کوچکتر، از مهم ترین نتایج کاربردهای فناوری نانو در صنایع دفاعی است. برخی اطلاعات منتشره در دنیا نشان می دهد که بعضی از دستاوردهای آن در سال های جاری به تحقق پیوسته یا خواهد پیوست.

 نانو تکنولوژی و صنایع نظامی

 نانو تکنولوژی

بعد از دهه نود که فن آوری اطلاعات هیاهوی بسیاری در جهان به پا نمود، در آغاز قرن بیست و یکم دانشمندان تمرکز خود را بر روی فن آوری نوینی معطوف کردند که به عقیده عده ای ، نه تنها قسمتی از آینده بشری می باشد، بلکه این فن آوری تمامی آینده بشر را متحول خواهد ساخت. نانو تکنولوژی دارای سابقه زیادی نمی باشد. این موضوع برای اولین بار حدود 40 سال پیش مطرح شد. در سال 1959 ریچارد فاینمن Richard Feynman”‌”  دانشمند کوانتوم نظری و دارنده جایزه نوبل مطرح نمود که اگر دانشمندان ترانزیستور را ساخته اند، ما با علم اتمی می توانیم همین ترانزیستور  را با مقیاسی بسیار کوچک بسازیم. او قصد داشت تا با قرار دادن اتم ها در کنار یکدیگر کوچکترین مصنوعات بشری را بسازد. او درسخنرانی مشهور خود در انجمن فیزیک آمریکا ، با عنوان (در آن جا فضای زیادی وجود دارد) ،ادعا کردکه تمام کلماتی را که در جهان تا آن تاریخ به رشته تحریر در آمده  می توان بر روی حجمی به اندازه یک دهم میلیمتر جای داد که تقریبا به اندازه کوچکترین ذره ی گردوغباری است که انسان میتواند ببیند و چنین متنی به صورت دیجیتالی ذخیره خواهد شد.

ایده فن آوری نانو از طرف ریچارد فاینمن با طرح پنج سئوال در این سمینار  به میان آمد.

پنج سئوال ریجارد فایمن به این به این ترتیب بود :

1- آیا میتوان اتمها را جابجا کرد ؟(مثلا جای اتم Aرا با اتم Bعوض کنیم.)

2- آیا میشود ماشینهای بسیار بسیار کوچک درست کرد ؟(مثلا با چند اتم)

3- آیا می توان سیم هایی درست کنیم که از اتم ساخته شده باشند ؟

4- ایا می توانیم مغناطیس هایی که تک حوزه ای هستند بسازیم ؟

5- آیا قوانین فیزیک در برابر این جزئیات مقاومت می کند ؟

پاسخ فایمن به چهار سئوال اول مثبت و به سئوال پنج منفی بود . با بیان این سئوالات نانو تکنولوژی به شکل زیر تعریف شد: “هر ساختاری که از تعداد قابل شمارشی اتم یا مولکول تشکیل شده باشد”

ابعاد نانو

یک نانومتر، یک میلیاردم متر ( 9- 10 متر ) است. این مقدار حدود چهار برابر قطر یک اتم است.برای مقایسه ،یک جسم با اندازه‌ای حدود 10 نانومتر ، هزار برابر کوچکتر از قطر یک  تار موی انسان است

اهمیت مقیاس نانو

خواص موجی شکل  الکترونهای داخل ماده و اثر متقابل اتمها با یکدیگر از جابجایی مواد در مقیاس نانومتر اثر می‌پذیرند ، بنابر این  با تولید ساختارهایی در مقیاس نانومتر ، امکان کنترل خواص ذاتی مواد ازجمله دمای ذوب ، خواص مغناطیسی ، ظرفیت بار و حتی رنگ مواد بدون تغییر در ترکیب شیمیایی بوجود می‌آید. استفاده از این پتانسیل به محصولات و تکنولوژیهای جدیدی با کارآیی بالا منتهی می‌شود که پیش از این میسر نبود.  مواد در اندازه های نانومتری  خواص خاصی خواهند داشت به عنوان مثال آلومینیوم مذاب وقتی به جامد تبدیل می شود زیر میکروسکوپ ساختاری  میکرونی  نشان می دهد ولی همین آلومینوم اگر دارای ریز دانه های نانو متری باشد استحکام آن هفت برا بر می شود.

مثلاً طی تجربه ای که در وزارت انرژی آمریکا صورت گرفته است ، مشاهده شده که افزایش نانوذرات اکسید آلومینیم به نیکل ، موجب می شود تا مقاومت کششی آن 5/2 برابرفولاد شود.در این تکنولوژی می توان با اعمال کنترل بر ساختار ماده فیزیکی در سطوح اتمی ومولکولی به مواد جدید دست یافت.دخالت در بافت اتمی باعث ایجاد ساختاری جدید می شود و این ساختار جدید را می توان به دو طریق  به وجود آورد.

1– از بالا به پائین: یک ساختار میکرونی شامل میلیاردها اتم را کوچک می کنیم تا به ساختار ناتو برسیم.

2- از پائین به بالا : اتمها را کنار هم می گذاریم تا به ساختار هزار اتمی برسیم.

کاربرد های نانو تکنولوژی

بخشی از تاثیرات وکاربردهای نانو تکنولوژی به شرح زیر می باشند :

تولید مواد و فرآورده های صنعتی :   تولید مواد سبکتر ، مستحکم تر، قابل برنامه ریزی و هوشمند ،کاهش هزینه ها ، افزایش عمر ، تولید ابزارهای جدید بر پایه اصول ومعماری جدید ، ساخت مولکولی و…. ،

پزشکی ،داروسازی ومراقبتهای بهداشتی :    توسعه نانو بیو حسگر ها وتکنولوژی تصویر برداری جدید برای تشخیص زودتر و درمان بیماری هایی مثل سرطان ، روش بیماری شناسی ودرمان کارآمدتر وارزانتر ، داروهای جدید ،کمک به بینائی و شنوائی ، مواد جدید سازگار با محیط زیست که باعث افزایش زمان نگهداری اندام مصنوعی می گردد ، استفاده از دستگاههای پزشکی کوچک و هوشمند ، ارسال دارو به طور مستقیم به سلولهای آسیب دیده و…

الکترونیک وکامپیوتر :    تراشه ها وکامپیوتر های سریعتر با نانو ترانزیستورها ، ساخت حافظه هایی با ظرفیت بسیار بالا تر ، پهنای باند ارتباطی بالا ، نسل جدیدی از ردیابها ،‌پردازنده ها و نانو دستگاهها و…

منابع طبیعی ومحیط زیست :    تخلیص ونمک زدایی آب ،کاهش مصرف بنزین با تغییر در خودروها ،تایر های سازگار با محیط زیست ، استفاده از نانو پودرها برای رفع آلودگی ، استفاده از سیستمهای نانو روباتیک وهوشمند برای مدیریت فاضلابهای محیط زیستی هسته ای و….

انرژی :    بهبود تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریکی ، بهبود تبدیل انرژی هیدروژن به انرژی گرمائی و ذخیره ایمن هیدروژن و …

ابزارهای نظامی وامنیت ملی : سلاحهای جدید، هوشمندی بیشتر مهمات نظامی ، ابزارهای محافظت در برابر سلاحهای میکروبی وشیمیایی و تسلط بیشتر بر اطلاعات و…

در ادامه به تشریح بیشتر نقش نانو تکنولوژی در علوم نظامی می پردازیم .

نانو تکنولوژی وصنایع نظامی

از زمانی که نانو تکنولوژی به عنوان یک زمینه پژوهشی در جهان مورد توجه قرار گرفت، صنایع نظامی به این حوزه توجه نموده و به دنبال پتانسیل کاربردهای  نظامی آن بوده اند .کاربردهای نانو تکنولوژی در فناوریهای نظامی را می توان به طور کلی به 5 دستۀ “نانو مواد” ،”نانو پودرها” ،”حسگرهای مولکولی” ،فناوری  ” MEMS,NEMS”و “نانو الکترونیک” تقسیم کرد.

1- نانومواد:   مواد جدیدی هستند که دارای سبکی وزن و مقاومت کششی بسیار بالا بوده و عمر مفید آنها چندین برابر مواد متداول می باشد و به دو دسته ی نانو کامپوزیت ها و نانو روکش ها تقسیم می شوند .

در ادامه به نمونه هایی از کاربردهای نانومواد اشاره می شود:

الف- نانو کامپوزیت ها : جایگزینی نانو کامپوزیت های فلزی ، سرامیکی و پلاستیکی در قطعات مکانیکی و بدنه ی خودروها و اشیای پرنده مثل موشک ها و هوا پیما ها ، می تواند متضمن کاهش مصرف سوخت ، ‌افزایش عمر مفید ، افزایش برد و همچنین پنهان ماندن از دید رادار گردد .

-درآینده با پیشرفت فناوری تولید انبوه نانو لوله های کربنی طویل ، این ماده با یک ششم وزن فولاد و 50  برابر مقاومت کششی آن ، جایگزین این فلز قدیمی می شود و موجب دگرگونی در کل محیط زندگی خواهد شد. البته در آینده ای نزدیک ، این نانو لوله ها به صورت نه چندان دراز ولی همراستا ، برای اختلاط با پلاستیکها استفاده می شوند، تا کامپوزیت های سبک ، بسیار مقاوم و رسانای الکتریسته بدست آید.

– البته پیش از تولید تجاری و ارزان این نانو لوله ها ، می توان از این مواد برای مصارف نظامی که کیفیت بر قیمیت غلبه دارد ، سود جست.

–     مغناطیس های دائمی دارای انرژی مغناطیسی چند برابر مغناطیس های عادی (برای استفاده در موتور های الکتریکی )از دیگرموارد قابل ذکر در این زمینه می باشد.

ب- نانوروکش ها :‌ نانو بتونه ها و روکش های تک مولکولی ،یکی دیگر از زمینه های مورد توجه در نانو مواد است .

این لایه های نازک را می توان روی سطوح فلزی یا پلاستیکی نشاند و مقاومت سایشی و ضربه ای آنها را به شدت ارتقا داد. از موارد جالب نظامی در این زمینه می توان به موارد زیر اشاره کرد :

– ساخت لباس های ضد گلوله و نازک.

– تولید روکش های اسپری حرارتی نانو اکسید فلزی برای تعمیر قطعات فرسوده یا خورده شده خصوصاً در نیروی دریایی.

– اعمال اسپری حرارتی کاربید یا نیترید تنگستن برروی سر جنگی مهمات با مقاومتی در حد اورانیوم تضعیف شده .

2- نانو پودرها:   نمونه هایی از کاربرد های نانو پودرها (ذرات نانو تکنولوژی) به شرح زیر است:

– چون اندازه ی نانو پودرها در حول و حوش طول موج نور است ،طول موج رنگ آن ها دقیقاً با اندازۀ آن ها برابر است. لذا این مواد ، طول موج خالص را با تلالو بسیار زیادی منتشر می کنند. مثلا فلوئورسانس طلا در حالت نانو پودر بیش از 10 برابر است. لذا در مُنور ها یا موادی که نیاز به پراکنش شدید طیف خاصی از نور مرئی یا مادون قرمز است، می توان از نانو پودرها استفاده کرد. همچنین برای رنگ آمیزی خاص هواپیما ها که با فرسایندگی سرمای شدید ارتفاعات مواجه هستند ،می توان از رنگ های متکی بر نانو پودر  به جای رنگ های آلی سود جست.

– فلزی چون آلو مینیوم در صورت واکنش با اکسیژن 4  برابر هیدروژن  انرژی آزاد می کند، ولی به دلیل کمبود سطح مؤثر ،در حالت پودر واکنش محترقه شدیدی ندارد. اما نانو پودرهای جدید آلومینیوم به طور کامل می سوزند و انرژی بالای خود را آزاد می کنند و می توان در هر دو نوع سوخت جامد و مایع موشک،آن ها را به کار برد.همچنین از نانو پودرهای فلزی می توان به عنوان نسل بعدی مواد انفجاری نیز یاد کرد.

نانو پودرهای نقره و نانو لیسیون آب و روغن ،می توانند از غشای سلولی میکروب های سیاه زخم ،ویروس های آبله یا از هر نوع عامل بیولوژیکی دیگر عبور کنند و با بر هم زدن نظم سلولی و ترکاندنشان ،آن ها را از بین ببرند. البته برای انسان بدون خطر می باشند.

3- حسگرهای مولکولی:   با کمک نانو تکنولوژی می توان به اشکال گوناگون ، حسگرهایی ساخت که به وسیلۀ تغییر رنگ یا ارسال سیگنال ، مواد شیمیایی را درغلظت های مولکولی شناسایی کنند. از این حسگرها می توان برای آشکار سازی مواد مخدر و منفجره ( از بیرون چمدان)یا عوامل شیمیایی مثل گازهای اعصاب استفاده کرد. این مساله می تواند روزی به سلاح بویاب منتهی شود.

4- MEMS,NAMS:   سیستم های میکرو و نانو اکترو مکانیکی (MENS,NEMS) تحولی نوین هستند که با قیمتی کم و سرعتی بالا ،با کمک فناوری ساخت مدارات مجتمع ساخته  می شوند و به تراشه حسابگر مدارات مجتمع ، چشم و بازو می افزایند. به این شکل که پدیده های مختلفی چون گشتاور، سرعت ، فشار ، دما و… را حس کرده یا مخابره می کنند.از مهمترین خصیصه های MEMS,NAMS  کوچکی آن است که باعث می شود در همه جا به راحتی استفاده ، تعمیر وجایگزین شوند ، انرژی فوق العاده کمی مصرف کنند و به محیط زیست آسیبی نرسانند.

– حسگر ها و عمل کننده های متکی بر MEMS از نوع شتاب سنج برای کنترل موشک با یک هفدهم حجم ،یک چهارم قیمت و با کیفیتی بسیار بالاتر ،در حال جایگزین شدن در موشک ها و اشیای پرنده ی دیگر هستند.

– هم اکنون تلاش های گسترده نیز برای استفاده از میکرو نازل ها برای هدایت گلوله های 40  میلیمتری دردست اجراست. هواپیماهای کوچک جاسوسی از دیگر موارد قابل ذکر است.

– فناوری عمل کننده MEMS در حال منسوخ کردن تفنگ ها و خمپاره اندازهای مکانیکی مرسوم و راهی به سمت استفاده از اتوماسیون و رباتیک پیشرفته برای جبران کمی و کیفی نیروی نظامی است.

– شرکت استرالیایی Metal Stomltd در حال تهیه سیستم جایگزین مین ضد نفر است . این سیستم شامل مجموعه ای از حسگرهای سنجش از نزدیک و دور می باشد ،که می تواند به کامپیوتر دستی فردی در چند کیلومتر دورتر هشدار دهد، که شخصی در حال نفوذ است. پس از شناسایی تهاجم می توان یک دوربین تلویزیون بسیار کوچک را به صحنه پرتاب کرده ،تا در حین فرود آمدن با چتر به آن فرد نشان دهدکه فرد نفوذی یک فرد خودی  است یا یک دشمن که شخص می تواند واکنش مناسب را نشان دهد.

– عمل کننده MEMS پس از 170 سال تک تازی الکتروموتورها ، در حال کنار زدن آن هاست. به عنوان مثال شرکت NanoMuscle تلاش دارد تا در سال آینده ،محصول خود را با 5 برابر کارایی انرژی، 10 برابر سرعت ،یک سوم وزن،یک پنجاهم قیمت ، جایگزین وسایل الکترونیکی خانگی کند.

– فرایند MEMS سیستمهای ارتباطی را  دگرگون خواهد کرد .در 7 فوریه 2000 دو سوئیچ رادیو MEMS  که در یک ماهواره مستقر بودند و با سیمی به طول 30 متر به هم متصل شده بودند ،از ماهواره مادر خارج شدند و توانستند با سوئیچ سوم در زمین ارتباط موفقیت آمیزی داشته باشند.

 در آینده، نانو ماهواره ها را می توان به راحتی به فضا پرتاب کردتا وظیفه ی ارتباطی یا سنجش از راه دور خود را در فضا انجام دهند.

کیفیت ارتباطی با فناوری MEMS  بی نظیر می باشد و با ورود گسترده آن به بازار، می تواند به فیلتر ها ،گیرنده ها ،فرستنده های بسیار کوچکتر و آنتن های گیرندۀ تنگ تر (بدون نیاز به آنتن ماهواره) منجر شود.

بازار جدیدی برای ابزار میکروالکترومکانیک MEMS که ترکیبی از اجزای الکتریکی و مکانیکی است در حال شکل گیری می باشد (میکرو الکترومکانیک یا     MEMS سیستمهای الکتریکی ومکانیکی بسیار کوچک مرتبط به هم هستند که با عبور جریان در یک سیم پیچ کار می کنند.)

ابزارMEMS   به نوعی جزء ابزار نانو تکنولوژی شناخته می شوند اما در واقع به اندازه کافی کوچک نیستند .آنها به کمک یک میکرومتر اندازه گیری می شوند و 100 بار بزرگتر از یک نانو متر هستند .با این وجود ابزار میکرو الکترومکانیکی در محدوده این علم به حساب می آیند ،زیرا هر ساله 10 میلیارد دلار بر روی این ابزار سرمایه گذاری می شود. امروزه گیرنده های متحرک ابزار MEMS در نوک خود نویسها و روان نویسها جای می گیرند و همچنین نمونه های اولیه آن در ماشین های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی کوچکترین نمونه موتور گرمایی جهان ساخته شده است که با سوخت فندک کار می کند ودر هر دقیقه40000 دور می زند. در آینده نزدیک این موتور می تواند انرژی رایانه های دستی ،دوربین های دیجیتالی و دیگر اسباب الکتریکی دستی را فراهم کند .متخصصین در آزمایشگاه ملی سندیا درآمریکا با هدف تولید موتورهایی این چنین و حتی کوچکترتلاش می کنند دنده ها ، زنجیرها و تسمه هایی بسازند که نیرو را از موتور به محل دیگری انتقال دهند و بدین ترتیب از ایجاد تعداد زیادی موتور برای تامین انرژی ابزار   MEMSجلوگیری کنند. همچنین دانشمندان تا کنون موفق شده اند که با ایجاد ارتباط بین قسمتهای داخلی  ماشین ،قدرت آن را تا حدود 3 میلیون برابر افزایش دهند وبا این کار موتورهای بسیار کوچکی ساخته شده اند که می توانند وسایل خانه را براحتی جابجا کنند.

این ماشین ها اگر در حد کافی سبک باشند می توانند در ماهوارها هم مورد استفاده قرار گیرند. این وسایل همچنین برای کوچک کردن میکروسکپ های کانونی استفاده می شود (میکروسکوپی که در حال حاضر تقریبا به اندازه یک دستگاه فتوکپی است)،با تصویر برداری از سطح مواد به کمک پرتو لیزر ،تصویری سه بعدی ایجاد می کند. چندی پیش پرفوسور لوک.پی.لی  از دانشگاه کالیفرنیا در برکلی مدل کوچکتری از آن ساخت. او درباره این نانو ماشین می گوید:  ما این ماشین یک میلیون دلاری را آنقدر کوچک کرده ایم که در نوک یک خودکار جای گیرد .کاربرد این وسایل بسیار مهیج است. حجم میکروسکوپ آقای لی تنها یک میلیمتر مکعب است وبه راحتی می تواند وارد سلول های بیمار شود .او در مورد نوع استفاده ازآن چنین توضیح می دهد: پزشک این میکروسکوپ را در نوک یک آندوسکوپ قرار داده تا درون بدن یک بیمار سرطانی را در حالت طبیعی مشاهده کند. این وسیله همچنین می تواند برای رساندن دارو و به طور مستقیم به تومورهای سرطانی کاربرد داشته باشد .پزشک به سادگی واکنش تومورها را در برابر دارو مورد بررسی قرار می دهد.

5- نانو الکترونیک: با کوچکتر شدن میکرو الکترونیک به عرصه نانو متر ،دیگر فناوری لیتو گرافی سیلیکونی جوابگو نخواهد بود و فناوری اطلاعات به ناچار توسط الکترونیک مولکولی و  کوانتمی ،احاطه خواهد شد .

– الکترونیک مولکولی که بر پایه مولکول های آلی بزرگ نانو لوله هلی کربنی یا مولکول  DNAمی باشد، سرعت هایی چند صد برابر را به تراشه های امروزی خواهد بخشید. البته لازم به ذکر است ،که نانو الکترونیک علاوه بر پردازش شامل ذخیره سازی و انتقال اطلاعات نیز می شود.

– نوع دیگری از الکترونیک نیز که هم اکنون در حال پیگیری است می تواند مثلاً عمل رمز گشای کلیدی Key Encyption را که در رایانه های امروزی حدود یک میلیون سال وقت می برد در عرض یک ماه انجام دهد.– نانو الکترونیک به عنوان یک فناوری متحول کننده ، همه چیز از جمله فناوری نظامی را درهم خواهد ریخت .توفیق اطلاعاتی پی در پی در نبردهای آینده ،تعیین کننده برنده ی نبرد می باشد.– واقعیت مجازی پیچیده تر متکی بر نانو الکترونیک ، می تواند برای شبیه سازی عینی بسیاری از رخداد ها بکار رود و سیستم های مدیریتی وآموزشی پرسنل را ارتقا دهد.

– قوی تر بودن تراشه های الکترونیکی ، بیانگر دقت ناوبری هواپیما ها وموشک هاست. کافیست تصور کنید یک ابر رایانه را درون یک موشک قرار داده ایم.

– توانایی تحلیل وانتقال داده بالا ،موجب می شود سنجش از راه دور که در شناسایی عملیات نظامی دخیل می باشد ،بیشتر مفید باشد واطلاعات بیشتری را بتوان از آن استخراج کرد، مثل ردگیری یک پایگاه زیر زمینی یا حرکات دشمن در مه و گردوغبار. شاید درآن هنگام ساده ترین کارها ،پیش بینی زمان دقیق نزولات آسمانی وشکست های نظامی باشد.

استفاده‌های نظامی از بیوتکنولوژی و مهندسی ژنتیک

در تحولات نظامی قرن گذشته که ریشه در فناوری داشتند، شاخه­های مختلف علمی از جمله شیمی و فیزیک نوین عامل اصلی بوده­اند. روندهای کنونی حاکی از آن است که تحول بعدی، ریشه در علم بیولوژی خواهد داشت. انقلاب بیوتکنولوژی تکامل سلاح­های بیولوژیک را تسهیل نموده و سومین موج بزرگ فناوری در تاریخ توسعه جنگ­افزارهای شیمیایی و بیولوژیک خواهد بود. در سرشت بیوتکنولوژی امکان استفاده دوگانه نظامی و غیرنظامی نهفته است. به تعبیر دیگر، بیوتکنولوژی تیغ دولبه­ای است که هم می­تواند مفید و هم مضر باشد. در این مقاله روندهای مؤثر بر جنگ­های بیولوژیک آینده تصویر شده و سپس نتایج محتمل این روندها معرفی شده­اند.

باید خاطر نشان ساخت که مباحث مطرح شده در این مقاله به هیچ وجه سعی در بزرگنمایی خطرات احتمالی تکنولوژی زیستی ندارد چرا که چنین احتمالی در مورد هر تکنولوژی دیگر نیز وجود دارد؛ چه آنها که امروزه کاربرد گسترده­ای در جوامع یافته­اند (مثل IT و مخابرات) و چه آنهایی که در آینده مجال بروز خواهند یافت. این مقاله می­تواند توانمندی­های بالقوه بیوتکنولوژی در پیشبرد قابلیت­های دفاعی نوین را نیز نشان دهد؛ به­طوریکه متولیان دفاعی کشور، به پتانسیل­های بالقوه این فناوری در جهت اهداف دفاعی (همچون واکسن­ها و آنتی­بیوتیک­ها) توجه خاصی مبذول نمایند:      
در جهان امروز، اهمیت روز­افزون دانش زیست­شناسی به­عنوان یک علم زیربنایی بر هیچکس پوشیده نیست. در اثر مطالعات عمیق و بررسی­های فراوان، مرزهای زیست­شناسی و یافته­های مربوط به شناخت طبیعت، به­گونه­ای دور از تصور گسترش یافته است. حجم اطلاعات حاصله و رشد روز­افزون آن نیز قابل مقایسه با هیچ دورانی نیست. امروزه بیوتکنولوژی به­عنوان شاخه­ای از کاربردهای زیست­شناسی، نسبت به هر زمان دیگر پیشرفت نموده و به دلیل کاربردهایی که در سلامت، بهداشت و اقتصاد دارد، اهمیت و ارزش روز­افزونی یافته است. این پیشرفت­های مهم در بیوتکنولوژی عمدتاً ناشی از پیشرفت در ابزارسازی و کاربرد آنها در توسعه مرزهای زیست­شناسی است. شگرفترین پیشرفت­های این دانش و فن در عرصه­های اکولوژی، ژنتیک، میکروب­شناسی، زیست­شناسی مولکولی، زیست­شیمی، تکنولوژی­های کشت سلولی و مهندسی فرآیند حاصل شده است. ظهور علوم جدید ژنومیکس، پروتیومیکس و بیوانفورماتیک نیز در نتیجه­ این پیشرفت­ها بوده است.          
علیرغم این پیشرفت­ها، اشتباه بزرگی خواهد بود اگر بیوتکنولوژی را صرفاً یک انقلاب علمی بدانیم؛ چرا که “زایش صنعت” نیز به­عنوان بعد دیگر این فناوری نوین، از درجه اهمیت و اعتبار برخوردار است. اگر به این مساله توجه داشته باشیم که در سرشت این تکنولوژی امکان استفاده دوگانه نظامی و غیرنظامی نهفته است، می­توانیم اطمینان حاصل کنیم که عوامل بیولوژیکی و محصولات جدیدی که از پیشرفت در جهات غیرنظامی حاصل می­شوند، می­توانند دستکاری شده و در جهت اهداف نظامی بکار روند.
البته اگر بخواهیم به جنگ بیولوژیک و تاثیر بالقوه تکنولوژی­های جدید بر آن بیاندیشیم، باید به خاطر داشته باشیم که آنچه موردبحث ماست، یک نوع ویژه سلاح و چگونگی تغییر آن نیست. ما درباره انواع مختلفی از سلاح‌های بالقوه، روش­های متفاوت و فراوان استفاده از آنها و روش­های متفاوتی که برای تغییر آنها می­توان به کار برد، بحث می­کنیم. این بدین معناست که در آینده، جنگ بیولوژیک می­تواند روندهای متفاوتی را طی کند.

روندهای تاثیرگذار بر جنگ بیولوژیک آینده 
در گزارش “افزایش سلاح، تهدید و پاسخ”، که وزارت دفاع آمریکا در سال 1997 منتشر نمود، به برخی از این روندها اشاره شده است. این روندها می­توانند در پیشرفته­تر شدن سلاح­های بیولوژیکی آینده موثر باشند و عبارتند از:      
کاربرد ناقلینی که در اثر دست­ورزی‌های ژنتیکی به شکل “ارگانیسم عفونت­زا” تغییر یافته و می­توانند به شکل فزاینده­ای در زمینه پزشکی به­عنوان ابزار به کارگرفته شوند.  درک مکانیزم بیماری­های عفونی و ژنتیک میکروب­ها که به روند بیماری­ها شکل می­دهند. افزایش دانش بشر در مورد عملکرد سیستم ایمنی ،تولید واکسن­ها و پادتن­های پیشرفته  .

 
سایر دانشمندان هم که تحلیل­های قابل بحثی درباره احتمالات ممکن ارائه داده­اند، طیفی از موضوعات را مطرح ساخته­اند. برخی از این گزارش­­­ها بیانگر نگرانی­های اساسی در آینده هستند که می­توانند ثمره برنامه­های تحقیقاتی موجود باشند. خصوصاً این گزارش­ها احتمال وجود ویروس­های مخفی که می­توانند به طور سری وارد ژنوم یک جمعیت شده و بعدها توسط یک علامت فعال گردند را منتفی ندانسته­اند. مثال دیگر آنها “مرگ برنامه­ریزی شده سلول” است. این توانایی که بتوان ژنومی را وارد ذخیره ژنی جمعیت مشخصی نموده و به دلخواه خود به آن حمله نمود، یا این‌که یک عامل بیماری­زای کاملاً جدید به­وجود آورد، نشانگر تغییر توانمندی­هاست.        
اخیراً گروهی از دانشمندان در یک کارگاه آموزشی مطالعات پیشرفته ناتو، برخی دیگر از این مخاطرات را مورد توجه قرار داده­اند. این نگرانی­ها عبارتند از: عواقب پیشرفت در تکنولوژی کنترل بیولوژیکی آفات و بیماری‌ها در کشاورزی و تکنولوژی تلقیح گیاهان، سوء استفاده احتمالی از بانک­های اطلاعاتی بزرگ که دربرگیرنده اطلاعات ژنتیکی جمعیت­های خاصی هستند، تاثیر تکنولوژی ژنومی در فهم ما از گیرنده­های بیولوژیکی و مولکول­های مشابه آنها که کار انتقال پیام­های بیولوژیک را برعهده دارند و استعداد فزاینده دستکاری سیستم ایمنی بدن.     

یکی از حوادث اخیر که تعجب همگانی را نیز برانگیخت، کشف مکانیزمی به نام RNAi است که به کمک آن می­توان هر ژنی را در یک موجود زنده از کار انداخت. اطلاعات کامل این مکانیزم، در آینده نزدیکی روشن خواهد شد. چنین مثال­هایی بیانگر وجود خطرات بالقوه­ای است که ممکن است در آینده به یک تهدید نظامی تبدیل شود.      
تلاش‌های متعددی که در زمینه تکنولوژی ژنومی در آزمایشگاه­های سرتاسر دنیا به انجام رسیده، نوید‌بخش تکمیل توالی ژنومی بیش از 70 باکتری، قارچ و انگل بیماری­زای اصلی طی یکی دو سال آینده خواهد بود.
این سایت، اطلاعاتی راجع به توالی DNA حدود 250 هزار توالی رمز شونده را ارائه می­دهد. این اطلاعات، کمک شایان توجهی به تحقیق در زمینه بیماری­های عفونی و تکنولوژی” ژنومیک مقایسه­ای” به­حساب آمده و برای طراحی ترکیبات ضدمیکروبی و تشخیصی جدید و واکسن­ها مورد استفاده قرار گرفته است و لذا می­تواند خوشایند نیز باشد؛ چرا که امروزه بیماری­های عفونی و انگلی دومین دلیل مرگ­ومیر در سراسر جهان هستند.
ولی در کنار آنها، پیدایش مداوم عوامل بیماری­زای انسانی که به آنتی‌بیوتیک‌ها مقاومند، می­تواند به این معنا باشد که روزی فرا می­رسد که دیگر ترکیبات ضد میکروبی موجود فاقد اثر باشند. اگر در آن زمان، داده­های مربوط به توالی پروتئین­ها و DNA­های عوامل بیماری­زای طبیعی در دسترس بوده و با پیشرفت­های به­عمل آمده در تکنولوژی انتقال ژن و تولید موجودات تراریخته همراه شود، می­تواند سبب پیشرفت سلاح­هایی شود که از راه مهندسی بیولوژیک ساخته می­شوند.  
بانک­های اطلاعاتی که تاکنون سازماندهی شده­اند، شامل فهرست­هایی هستند که در آنها به موارد زیر اشاره شده است:          
1- ژن­هایی که توان بیماری­زایی داشته یا بر شدت آن موثرند.      
2- ژن­هایی که سبب می­شوند میکروارگانیسم بتواند به سلول میزبان چسبیده و شروع به مشابه­سازی کند.   

3- ژن­هایی که میکروارگانیسم را از دسترس سیستم ایمنی دورنگه می­دارند. و نهایتاً         
4- ژن­هایی که سبب مقاومت در برابر آنتی­بیوتیک­ها می­شوند.     
با توجه به چنین اطلاعاتی می­توان ژن­های دلخواه را برگزید و مؤثر­ترین ترکیب آنها را ساخت. همانطور که گفتیم، بانک اطلاعاتی توالی ژنها در شبکه اینترنت به صورت آزاد قابل دسترسی است. این بدان معنی است که پخش اطلاعات ضروری برای توسعه نسل چهارم تسلیحات بیولوژیک هم گسترده است و هم بی­قانون. چگونه قانون انجام خواهد شد و چه کسی آنرا انجام خواهد داد، معلوم نیست.   
بسیاری از اطلاعات از قبل در گستره­های عمومی در دسترس بوده و محدود نمودن آن در آینده غیرممکن خواهد بود. طی سال­های اخیر در زمینه کاربرد تکنولوژی ژنومی با استفاده از توالی­های DNA و تجزیه و تحلیل پروتئومیکس، شاهد اقداماتی در جهت شناخت ژن‌های دخیل در عفونت­زایی و تشدید بیماری­زایی و یا مقاومت در برابر آنتی­بیوتیک­ها در ژنوم هر عامل بیماری­زا بوده­ایم. شاید این کار، سوء استفاده از داده­های ژنومی را شدت بخشد؛ چرا که مرتبط­ترین ژن­ها با بیماری­زایی را در مجموعه ژن­های عامل بیماری­زا مشخص می­نماید. 
علاوه بر آن، شرکت­هایی چون ماکسی­ژن در حال توسعه تکنولوژی­هایی هستند که به کمک آنها می­توان تکامل جهت­داده­شده مولکول­ها را امکان­پذیر ساخت. بدین معنی که به کمک این تکنولوژی­ها، ژن­ها به قطعات کوچک‌تر شکسته شده و سپس هنگامی که مجدداً در کنار یکدیگر قرار می­گیرند، سبب تولید “ژن­های دختری” می‌شوند که ویژگی­های تازه­ای دارند. تخمین زده می­شود که این روند، می­تواند آنچه را که با تکنولوژی­های کلاسیک نوترکیبی انجام می­شود، حدود 20 مرتبه تسریع نماید. هر چند ماکسی­ژن از این روش برای تشدید ویژگی­های پروتئین­های مورد­نظر صنایع بیوتکنولوژیکی استفاده نموده، ولی این روش می­تواند تبعاتی در جنگ‌های بیولوژیک نیز داشته باشد.

آینده سلاح­های بیولوژیک     
روندهای فوق، از لحاظ نظامی حداقل می­تواند به یکی از نتایج زیر منجر شود:       
1- ظهور عوامل جدید: تکنیک­های موردنیاز برای مهندسی ژنتیک باکتری­ها و سلول­های حیوانی و نیز تغییر پروتئین­ها، در سطح گسترده­ای قابل دسترسی است. گرچه در کشورهای در حال توسعه، توانمندی­های مهندسی ژنتیک پیشرفته کمیاب است، ولی کیت­هایی که به کمک آنها می­توان ژن­ها را به طرز دلخواه جدا و به روش جدیدی در کنار هم قرار داد، به سادگی قابل تهیه هستند. این کیت­ها ملزومات ضروری برای چنین اعمالی را دارا بوده و دانش فنی لازم برای بکارگیری آنها در متون علمی، آشکارا منتشر می­شود. به­گمان برخی از تحلیل‌گران، روش‌های برش و اتصال ژن می­توانند در جهت ارتقاء نسل دوم سلاح­های بیولوژیکی که کاربردهای نظامی بیشتری هم خواهند داشت، بکار روند. این امر در صورتی میسر است که رفتار این سلاح­ها در محیط، بیشتر قابل پیش­بینی باشد. علاوه بر آن، ژن­های مولد سموم یا عوامل موثر در شدت بیماری­زایی را می­توان از یک گونه به گونه دیگر منتقل ساخت. در نتیجه امکان تغییر ارگانیسم­هایی که به­طور طبیعی بی­ضرر و غیربیماری­زا هستند به انواع مضر، وجود خواهد داشت، به­گونه­ای که دشمن برای تاثیرات ناشی از آنها درمانی در اختیار نداشته باشد.

2- بهبود عوامل میکروبی موجود: ممکن است تغییر ژنتیکی در عوامل سمی و بیولوژیکی ویژه جنگ، سبب غلبه بر موانع ویژه­ای شود که معمولاً باعث می­شوند کاربرد نظامی آنها محدود باشد. خصوصاً مهندسی ژنتیک و دانش بیوتکنولوژی مدرن می­تواند سبب تسهیل تولید و بهبود روش­های نگهداری و پرتاب این سلاح­ها شوند. همچنین این علوم می­توانند توان کنترل عوامل بیماری­زای فعلی را افزایش دهند. با این حال، هنوز معلوم نیست که این تغییرات بتوانند کاربردهای نظامی سلاح­های بیولوژیک را به طرز چشمگیری متحول سازند.     
3- کاهش دوره نهفتگی: با تغییر عوامل جنگ بیولوژیک و افزایش سرعت بیماری­زایی آنها، می­توان کاربرد نظامی این عوامل را در میدان نبرد افزایش داد. اما رسیدن به این هدف در آینده نزدیک میسر نخواهد بود.

4- افزایش پایداری عوامل در محیط: شاید مهندسی ژنتیک بتواند توان میکروارگانیسم­ها و سموم را در مقابله با برخی فشارهای ناشی از ذخیره­سازی و پخش شدن در محیط افزایش دهد. این کار به روش­هایی چون وارد کردن مجموعه­ای از ژن­های مقاوم در برابر درجه حرارت، تابش اشعه مافوق بنفش و خشکی امکانپذیر است. همچنین تبدیل شدن این عوامل به ذرات معلق در هوا، توام با شکستگی­هایی است که می­توان ژن مقاوم در مقابل این شکستگی­ها را نیز به ارگانیسم وارد کرد. به هر حال، این ویژگی­ها از نظر ژنتیکی پیچیده هستند و به خوبی درک نشده­اند.  
5- افزایش شدت بیماری‌زایی: ارتقاء روش­هایی که ژنهای مولد سم را به میزان بسیار بیشتری نمایان می‌سازند، باعث شده تا سویه­هایی از باکتری­های نوترکیب بدست آیند که قادرند به میزان ده تا صد برابر حد طبیعی، سم تولید کنند.         
6- افزایش مقاومت در برابر آنتی­بیوتیک: وارد کردن ژن­های مقاوم به آنتی­بیوتیک به پیکر عواملی که به­طور طبیعی بیماری­زا هستند، می­تواند این عوامل را به یک یا چند داروی پیشگیرنده و یا درمانگر مقاوم نموده و سبب بی­اثر­سازی این وسایل دفاعی شود. ضمن آنکه طرف حمله­کننده می­تواند سربازانش را در برابر این عامل تغییریافته ایمن ساخته و بدون نیاز به آنتی­بیوتیک از آنها محافظت کند.    
7- تولید واکسن­های خاص: تکنیک­های DNA نوترکیب تولید واکسن­های ویژه­ای متناسب با عوامل جدید را ساده­تر و مطمئن­تر می­سازند و سبب می­شوند طرف حمله‌کننده، ضمن آنکه سپاهیانش را محافظت می­کند، طرف مقابل را از واکسن محروم سازد. در گذشته یک مانع اساسی در راه دستیابی به توان تهاجمی در جنگ بیولوژیک مشکل تولید واکسن­هایی بود که به نحو موثری حفاظت‌بخش باشند. با وجود این، واکسن­های نوترکیب همیشه موثر واقع نمی­شوند. چرا که این واکسن­ها فقط یک یا تعداد کمی از آنتی­ژن­ها را به سیستم ایمنی وارد می‌کنند. حال آنکه مقابله با عامل بیماری­زای واقعی، مستلزم مجموعه کاملی از این آنتی­ژنهاست.پایان نامه نانو بیوتکنولوژی تجهیزات نظامیwww.mktop.ir

8- افزایش توان کنترلی: ممکن است از طریق مهندسی ژنتیک، عوامل بکارگرفته شده برای ساخت سلاح‌های بیولوژیک بیشتر تحت کنترل درآیند. این کار از طریق دستکاری ژن­ها صورت می­گیرد و از این طریق، بقای یک جمعیت باکتریایی هنگام آزادشدن در محیط، برنامه­ریزی می­شود. به­­عنوان مثال، می­توان یک میکروارگانیسم را از نظر ژنتیکی طوری طراحی کرد که فقط در یک شرایط محیطی ویژه بقا یابد. همچنین می­توان توالی­های تنظیم­گری به نام “ژن­های خودکشی مشروط” را طراحی نمود. این توالی­ها سبب می­شوند میکروارگانیسم پس از آنکه به­حد مشخصی تکثیر یافت، نابود شود. با وارد کردن چنین ژن­هایی به داخل پیکره عامل بیماری­زا، می­توان عواملی برای سلاح­های بیولوژیک خلق نمود که برای مدت زمان معینی، سبب تولید بیماری می­شوند و سپس خودبخود می­میرند.  
9- کاهش حساسیت عوامل نسبت به دفاع ایمونولوژیکی: از طریق انتقال ژن می­توان آنتی­ژن­هایی که در سطح خارجی ویروس بیماری­زا یا سم قرار دارند را به گونه­ای تغییرداد که ویروس یا سم مذکور به دفاع ایمونولوژیکی میزبان (که از قبل وجود دارد)، یا واکسن­های استاندارد و یا ضد سم­ها حساس نباشد (چون در ساختمان اغلب سموم بخش­هایی که خواص آنتی­ژنیکی دارند، به جای آنکه نزدیک بخش­های مسئول خواص سمی باشند در قسمت چارچوب مولکول واقع شده­اند و لذا می­توان خواص ایمونولوژیکی یک سم را تغییر داد، بی‌آنکه بر فعالیت بیولوژیکی آن تاثیر نامطلوبی داشته باشد.)      
10- کاهش توان دفاعی بدن در مقابل عوامل بیماری‌زا: تصور این مساله مشکل نیست که با افزایش دانایی بشر در مورد سیستم ایمنی بدن و توان بیشتری که در طراحی مجدد پروتئین­ها حاصل می­شود، امکان دستیابی به یک سلاح بسیار ویژه که بتواند به روش­های مختلف سیستم ایمنی بدن را مورد حمله قرار دهد، افزایش یابد. به‌عنوان مثال، به­جای آنکه یک جمعیت خاص عمداً با یک عامل عفونت­زا آلوده شده و به یک بیماری خاص مبتلا شوند، یک مهاجم بیولوژیکی می­تواند با استفاده از یک سم، سیستم ایمنی را از کار بیاندازد. در پی آن، بنا به قانون طبیعت، انواع عفونت­های فرصت­طلب از راه خواهند رسید. از طرف دیگر ممکن است یک عامل سمی تازه، بتواند سیستم ایمنی بدن را طوری برآشوبد که خود سیستم به عامل بیماری‌زا بدل شده و بد عمل کردن آن سبب ناتوانی و یا مرگ شود. این ترفندها خیال­پردازانه به­نظر می­رسند، ولی بهتر است به یاد داشته باشیم که “آنتروتوکسینB استافیلکوکال” بخشی از قدرت خود را در ناتوان ساختن فرد، مدیون تاثیر اختصاصی بر سیستم ایمنی است (گر چه این نکته در زمانی که این سم توسط ایالات متحده به­صورت سلاح درآمد، روشن نشده بود.) علاوه بر سیستم ایمنی، سایر سیستم­های فیزیولوژیکی هم می­توانند اهداف مناسبی برای این­گونه حملات اختصاصی باشند.        
11- سموم بیولوژیک: مورد دیگری که بدان باید اشاره نمود، سموم است. اسلحه­های سمی جدید، می­توانند پروتئین­هایی باشند که به­طور طبیعی در تنظیم سیستم ایمنی دخیل بوده و از طریق مطالعات ژنومی شناخته شده­اند. چنانچه غلظت این پروتئین‌ها بیش از حد طبیعی باشد، یا در بافتی حضور یابند که به­طور طبیعی در آنجا وجود ندارند، تاثیر سمی از خود نشان می­دهند. همچنین پروتئین­هایی که در یک مرحله خاص از تکوین بافت، نقش تنظیم‌کننده دارند، ولی در بافت بالغ به­طور طبیعی یافت نمی­شوند، در صورت حضور در بافت بالغ سم محسوب می­شوند. چنین سمومی را می­توان به کمک مهندسی ژنتیک ساخت.

پیشرفت در زمینه سموم پروتئینی جدید، تنها کاربرد بیوانفورماتیک در بسط سلاح­های بیولوژیکی نیست. وقتی ژن­های مربوط به هر دسته از پروتئین­ها در توالی ژنوم شناخته می­شوند (مثلاً ژن­های مربوط به کانال­های یونی، گیرنده­های سطحی و غیره) و ساختار سه­بعدی آنها پیش­بینی می­شود، درک ما از روش­های بیولوژیکی که اعمال سلول به کمک آنها و به واسطه علائم خارج از سلول تنظیم می­شود، به شکل معتنابهی افزایش می­یابد. این مساله امکان طراحی مولکول­های کوچک را فراهم می­سازد. این مولکول­ها می­توانند به گیرنده­های سطحی سلول متصل شده و به گونه­ای که برای ما قابل پیش­بینی است، عملکرد این گیرنده­ها را عوض نمایند. این سلاح­های شیمیایی “طراح”، می­توانند بسیار موثر واقع شوند؛ در عین حال ساخت آنها ساده بوده و پایدارند. شاید نگران­کننده‌ترین مساله این باشد که تعداد بیشماری از چنین عوامل بیولوژیکی در حین مطالعاتی با اهداف صلح­جویانه در زمینه عملکرد سلول و عوامل درمانی، پیشرفته­تر خواهند شد. بنابراین ما در مکانی از این تحول عظیم زیست‌شناختی و پزشکی ایستاده­ایم که می­تواند طیف وسیعی از تکنولوژی­های جدید را به ارمغان آورده و در خدمت ساخت سلاح­های جدید بیولوژیکی، سمی و شیمیایی قرار دهد.     

12- مواد ناتوان­کننده: شاید یکی از پیامدهای تحقیق در زمینه DNA نوترکیب، ساخت مواد ناتوان‌کننده‌ای باشد که عملکرد قویتری دارند. از طریق مهندسی ژنتیک، حتی ممکن است ترکیبات طبیعی خود بدن را به عنوان عوامل ساخت جنگ‌افزاری بکار گرفت. تنظیم‌کننده­های بیولوژیکی، پپتیدهای کوچکی هستند که در شرایط فیزیولوژیک فعالند. آنها در حالت طبیعی به مقادیر جزئی در بدن یافت شده و فعالیت­های روان­شناختی کلیدی را در بدن هماهنگ می‌سازند. غلظت این مواد در بدن انسان پائین است. ولی با همین غلظت کم، بر تمام روندهای حیاتی اعم از فیزیولوژیک یا ذهنی تاثیر می­گذارند؛ برای مثال، بر ترشح هورمون­ها، کنترل درجه حرارت بدن، خواب، خلق­و­خو، هشیاری و هیجانات اثر دارند. یک مجموعه مهم از این مواد، پپتیدهای شبه تریاکی هستند که می­توانند تاثیرات ضد درد داشته یا سبب القاء احساس سرخوشی شوند. چون تعداد بسیار کمی از این پپتیدها، می‌تواند وظایف لازم را به انجام برساند، لذا این احتمال وجود دارد که اگر مقادیر بیشتری از آنها بکار رود، سبب القاء احساسی مانند سرخوشی، ترس، خستگی، فلج، توهم یا افسردگی شوند. همین مساله آنها را تبدیل به سلاح بالقوه­ای می­سازد که غیر کشنده اما ناتوان کننده هستند.  
تنظیم کننده­های بیولوژیک را می­توان از طریق شیمیایی به­گونه­ای تغییر داد که فعالیت فیزیولوژیک، پایداری و ویژگی آنها تغییر یابد. برای مثال، تغییر هورمون پپتیدی LHRH از طریق جانشین­سازی فقط یک اسید آمینه، سبب می­شود هورمونی با قدرت 50 برابر تولید شود.     
13- تولید سلاح­های نسل چهارم: تصور محتمل دیگری که می­توان برای آینده ارائه نمود، تولید عوامل بیماری­زایی است که قدرت تمیز بیشتری داشته و می­توانند بر بخشی از جمعیت یک گونه تاثیرگذار باشند. این نوع جدید سلاح­های بیولوژیک هنگامی پیشرفت کرد که اطلاعات حاصل از مطالعات ژنومیکس و پروتئومیکس برای طراحی یک عامل خاص بکار گرفته شد. این عامل قادر است افرادی از یک جمعیت را تحت تاثیر قرار دهد که دارای یک پروتئین یا ساختمان ویژه هستند و عامل مذکور، مخصوص آن ساختار طراحی شده است. اساس عملکرد آنها بکارگیری توالی­های ژنی متفاوت بین جمعیت­هاست و از طریق آنها افراد دشمن به­طور انتخابی بیش از افراد خودی، ناتوان یا کشته می­شوند.          
در بسیاری از موارد آنچه به­عنوان هدف طراحی می­شود، می­تواند در تمام افراد گونه یافت شود و در مواردی هم ساختارهایی در نظر گرفته می­شوند که فقط افرادی که واجد فرم خاصی از آن ساختار هستند، به تاثیرات سمی سلاح جدید حساس باشند. وجود چنین احتمالی، اندیشه “سلاح­های قومی” را به‌دنبال می­آورد. سلاح­هایی که فقط بر یک قوم یا نژاد موثر بوده و بر دیگر اقوام خیر.       
البته در میان جمعیت­های انسانی، میزان تنوع ژنتیکی داخل جمعیت­ها، معمولاً بیش از تنوع ژنتیکی بین جمعیت­هاست و این قضیه سبب می­شود که چنین سلاح­هایی بسیار غیراختصاصی عمل کنند. تحلیل داده‌های حاصل از تعیین توالی در ژنوم انسان تاکنون نتوانسته به­هیچ شکلی از پلی­مورفیسم دست یابد، به‌گونه­ای که بتوان از آن برای نژادهای کاملاً مشخصی استفاده نمود. در واقع تنوع ژنتیکی در جمعیت­های انسانی، نشانگر داشتن نسبت ضعیفی با دیگر گونه­هاست و این تقویت­ کننده این عقیده است که جمعیت نیاکانی بشر، جمعیت کوچکی بوده است.

برخی از مطالعاتی که اخیراً انجام شده و به بررسی پلی‌مورفیسم در DNA میتوکندریایی، کروموزوم Y و DNA اتوزومی پرداخته­اند، نشان می­دهند که قسمت عمده تنوع ژنتیکی در داخل هر جمعیت است و نه در میان جمعیت­های مختلف. ممکن است بتوان از طریق برچسب­زدن ژنتیکی، امکان هدف گرفتن جمعیت­های خاص را بوجود آورد. استون بلاک از دانشگاه پرینستون آمریکا اظهار می­دارد که برچسب زدن ژنتیکی سبب به­وجود آمدن نسل جدیدی از ویروس­ها می­شود که به­منظور هدف قرار دادن ساختار ژنتیکی جوامع خاص مورد استفاده قرار می­گیرد. چنین عواملی می­توانند به­طور پنهانی در جامعه پخش شوند و به آسانی در یک زمان معین آزاد گردند. مبارزه با این تسلیحات بیولوژیک نسل چهارم بسیار مشکل خواهد بود. گزارش شده است که موسسه تحقیقات جنگ بیولوژیک “نزتزیونا در اسرائیل”، در حال توسعه یک سلاح بیولوژیک قومی است. همچنین ادعا شده که تحقیقات مشابهی در آفریقای جنوبی و در دوران رژیم آپارتاید انجام گرفته است. یک سلاح بیولوژیکی با قابلیت هدف‌گیری قومی، مفهوم کلی جنگ بیولوژیک را دگرگون خواهد کرد. متاسفانه آنچه که در بال در باره میزان تنوع ژنتیکی بدان اشاره شد، درباره محصولات عمده کشاورزی و حیوانات اهلی که انسان برای تغذیه به آنها وابسته است، مصداق دارد؛ بخصوص در کشورهای پیشرفته که کشاورزی بر کشت گیاهانی با ژنتیک معین استوار شده است و معمولاً هم یک نوع خاص از هر گیاه کشت می­شود. در این کشورها اساس دامپروری نیز بر پرورش حیواناتی است که از نظر نژادی بسیار خالص شده­اند. این روند در کشورهای در حال توسعه نیز در حال پیشرفت است. همین مساله سبب می­شود که محصولات گیاهی و حیوانات اهلی که برای تامین غذا بکار می­روند، هدف مطلوبی برای سلاح­های ویژه هر ژنوتیپ باشند. هنگامی که تراکم بالایی از گیاهان و تعداد زیادی از حیوانات مورد هدف واقع شوند، این حساسیت به سلاح افزایش می­یابد. چرا که تراکم بالا، شرایط مناسب برای سرایت سریع عامل مخرب را فراهم می­کند.

آینده دفاع بیولوژیک
خوشبختانه همان پیشرفت­هایی که می­توانند در زمینه تکنولوژی ژنومی میکروبی جهت تولید سلاح‌های بیولوژیک مورد استفاده قرار گیرند، برای خنثی کردن آنها نیز می­توانند مورد استفاد واقع شوند. یکی از مهمترین این موارد، ناشی از پیشرفت در زمینه دستیابی به شیوه­های سریع‌تر تشخیص عوامل بیولوژیک است. صرف­نظر از آنکه عوامل بیولوژیک به وسیله مهندسی ژنتیک دستکاری شده­اند یا نه، “هیبریداسیون مقایسه­ای ژنوم” که با استفاده از توالی DNA صورت می­گیرد، به­طور قطع در تشخیص اختلافات ویژه گونه­ها در زمینه شدت بیماریزایی و خواص آنتی­ژنیکی کاربرد داشته است؛ مانند آنچه در مورد هلیکوباکتر پیلوری و استرپتوکوکو پنومونیا انجام شده است.         

ساخت تراشه­های DNA اولین قدم در پیشرفت روش­های تشخیصی است. این تراشه­ها دربرگیرنده توالی­های کدکننده برای چند ایزوله از هر عامل بیماری­زای انسان، حیوان و گیاه است. بازخوانی اطلاعات از چنین آشکارسازی می­تواند دانش کافی درباره ژنتیک هر عامل بیولوژیک جنگی را بدست دهد. حتی اگر این عامل شامل ژن­ها یا پلاسمیدهایی باشد که از دیگر سویه­ها گرفته شده­اند، یا قدرت بیماری­زایی غیر عادی داشته باشد، خواص مقاومت در برابر آنتی­بیوتیک­ها را دارا باشد یا یک ارگانیسم ترکیبی بوده و با استفاده از اجزاء سایر ارگانیسم­ها ساخته شده باشد.      
پیشرفت در ساخت واکسن­های جدید، یکی از حوزه‌هایی است که با دستیابی به اطلاعات جدیدتر درباره توالی ژنوم عوامل بیماری­زا میسر خواهد شد. در مطالعه­ای که نتایج آن در مجله Science سال 2000 به چاپ رسید، کاربرد اطلاعات مربوط به توالی ژنوم سروتیپ نایسریا مننژتیدیس در تشخیص کارایی واکسن­های جدید توصیف شده است. این واکسن­ها می­توانند در برابر این عامل بیماریزا، ایمنی ایجاد کنند.      
در طراحی واکسن علیه سروتیپ فوق، استفاده از روش معمول در مورد سایر سروتیپ­ها معقول نیست. طی مدت زمانی که برای تعیین توالی ژنوم این سروتیپ به صورت کامل لازم بود (حدود یک‌سال)، تلاش­های بیوانفورماتیک برای تشخیص تمام آنتی­ژن­های بالقوه سطح سلول با روش­های “غربالگری با تعداد نمونه بالا” همراه شد و از مجموع 570 کاندیدای واکسن، هفت مورد انتخاب شد. در مطالعه­ای که پس از آن صورت گرفته است، روش مشابهی توسط مد ایمیون بکار گرفته شده تا داده­های مربوط به ژنوم استرپتوکوکوس پنومونیا استخراج شده و برای تعیین شش بخش مناسب برای ساخت واکسن مورد استفاده قرار گیرد.پایان نامه نانو بیوتکنولوژی تجهیزات نظامی

به کمک کوشش­های مشابه، در آزمایشگاه­های سراسر دنیا تلاش می­شود تا اپی­توپ­های جدیدی در سلولهای T یافت شوند تا این اپی­توپ­ها در مورد عوامل بیماری­زایی بکارگرفته شوند که پاسخ سیستم ایمنی در مقابل آنها، پاسخ ایمنی سلولی است. تاکنون این روش به اندازه روش­هایی که سبب بسط واکسن­های تحریک کننده سیستم ایمنی هومورال می‌شوند، موفق نبوده ولی دسترسی به تمام آنتی­ژن­های بالقوه، به خودی خود بسیار ارزشمند است.       
بکارگیری روش­های ژن‌درمانی و واکسن­های ژنی، از پیشرفته­ترین روش­های مصونیت‌زایی در مقابل عوامل نوین بیولوژیک است. در واقع واکسیناسیون ژنتیکی، کدکردن یک پروتئین آنتی­ژنی کلون شده در یک ناقل بیان (مثل پلاسمید یا pDNA) است که به فرد بیمار منتقل گردیده است. سیستم ایمنی فرد نیز به­طور متقابل به این پروتئین خاص واکنش نشان می­دهد.          
استفاده از واکسن­های ژن­درمانی دارای مزایای بسیاری از جمله کارایی بسیار بالا همراه با ایمنی و کیفیت درمان است. کلید موفقیت یک فرآیند ژن­درمانی، استفاده از ناقل مناسبی است که ژن هدف را به میزبان برساند. خصوصیاتی که برای چنین ناقلی می­توان در نظر گرفت، عبارتنداز:   

1- نسبت به بافت اختصاصی باشد        
2- متناسب با اندازه قطعه DNA باشد   
3- خودش پاسخ ایمنی تولید نکند       
4- کوچک باشد         
5- پایدار باشد  
pDNAها می­توانند انواع گوناگونی از آنتی­ژن­ها را کد کنند؛ ازجمله پروتئین پوششی ویروس آنفلوآنزا، گلیکوپروتئین ویروس ایدز (HIV-1)، پروتئین سطحی هپاتیت B، مایکوباکتریوم توبرکولوز (سل) و غیره.
مورد دیگری که می­توان به آن اشاره نمود، آنتی­بیوتیک­هاست. آنتی­بیوتیک­های فعلی سه روند سلولی را در داخل باکتری هدف قرار می­دهند: روند سنتز DNA، سنتز پروتئین و سنتز دیواره سلولی باکتری. دلیل آنکه این سه روش، اهداف مناسبی را برای ترکیبات ضد میکروبی دنبال می­کنند، آن است که این سه هدف، نشانگر اعمال اساسی سلول هستند.         
در یک نگاه وسیع‌تر، هر پروتئینی که برای حیات سلول ضروری باشد، یک هدف بالقوه برای گروه جدید آنتی بیوتیک­هاست. این روش­ها از اطلاعات موجود در بانک­های ژنومی به­طور کامل استفاده می­کنند. زیرا این امکان را فراهم می­سازند که سیستم سنجش بتواند اهداف جدید را شناسایی کند. این امر به وسیله دانش استنتاجی ما راجع به عمل یک پروتئین خاص، محدود نمی­شود. حال اگر این سوال مطرح شود که مزایا و معایب پیشرفت در تولید آنتی­بیوتیک­های وسیع‌الطیف در مقابل آنتی­بیوتیک­هایی که عمل اختصاصی دارند چیست، باید گفت که اگر در روند اکتشاف دارو، این اطلاعات ژنومی مورد استفاده قرار گیرد، می­توان در هر دو جهت به موفقیت رسید.  
تکمیل پروژه توالی یابی ژنوم انسان، نقطه آغازی برای فهم بهتر روند بیماری­های عفونی است و این فهم، توان بالقوه بالایی علیه جنگ بیولوژیک دارد. با استفاده از توالی DNA و روش­های پروتئومیک، باید بتوان جریان وقایعی که پس از عفونی شدن یک سلول انسانی به وسیله یک عامل بیماری­زا رخ می­دهند (وقتی یک مولکول سمی وارد سلول می­شود یا وقتی مواد تنظیم کننده تولید شده توسط سیستم ایمنی، به سلول داخل می­گردد) را تجزیه و تحلیل کرد.    
در انتها باید خاطر نشان نمود، با توجه به آنکه عملکرد تقریبا نیمی از تمام ژن­ها، هم در عوامل بیماری­زا و هم در بدن انسان هنوز ناشناخته باقی مانده، لذا اطلاعات دیگری که در زمینه عملکرد ژنوم در آینده حاصل خواهد شد، پروتئین­ها و مسیرهایی را شناسایی خواهند نمود که کاملاً جدید هستند. این داده­ها کارهای آتی در زمینه طراحی واکسن­ها و ترکیبات ضد میکروبی را تکمیل خواهند نمود، به­گونه­ای که شاید امروزه تصور آن برای ما ممکن نباشد.

کاربرد نانو در صنایع دریایی    
قدرت دریایی هر کشور از عناصر مختلفی تشکیل می شود. این عناصر می توانند با ناوگان نظامی، ناوگان تجاری، ناوگان صیادی، ناوگان شناورهای مردمی ، مراکز آموزش دریایی و صنایع دریایی تشکیل شوند. یکی از قسمتهای مهم این قدرت دریایی، بخش صنایع دریایی است. در وضعیت فعلی که کشور ایران در مقابل تهدیدات مختلفی قرار دارد و برحی از مخالفان و دشمنان نظام و انقلاب اسلامی ایران قصد ایجاد مزاحمت و جلوگیری از رشد و توسعه فناوری در خصوص تجهیزات و تسلیحات بخش دفاعیکشور ایران را دارند بنابراین ضرورت و اهمیت وجود یک صنایع دریایی قدرتمند و موثر آشکارتر می شود. همچنین دشمنان ایران با بهانه تراشیهای مختلف از جمله بحث انرژی هسته ای صلح آمیز و با صدور قطع نامه های پی در پی، ایران را با تحریم جدی تری مواجه می سازند و به ناچار برای نیروی دریایی جمهوری اسلامی ایران مشکلاتی را ایجاد می نمایند در این صورت امکان تهیه برخی از اقلام ضروری از مسولان مربوطه گرفته خواهد شد، پس باید صنعت دریایی نیازمندیهای بخش دفاعی را تامین نماید و توان نظامی کشور را ارتقا بخشد. این امکان مستلزم افزایش قابلیت های موجود و استفاده مفید از همه ظرفیتهای آن بخش می باشد. که همکاری فرماندهان و مسولان دو بخش و همچنین حمایت دولت را می طلبد؛در این میان استفاده ازفناوری‌نانو در بخش‌های مختلف صنایع دریایی کاربردهای ارزنده‌ای دارد که می‌تواند صنایع دریایی کشور ایران را با تحول زیادی روبه‌رو کند.قبل از اینکه بخواهیم درباره کاربردهای فناوری نانو در صنایع دریایی سخنی به میان آوریم؛بهتر است تا درباره چیستی این فناوری اندکی بدانیم.

از نانو، بیوتکنولوژی و فناوری اطلاع رسانی به عنوان سه قلمرو علمی نام می برند که انقلاب سوم صنعتی را شکل می دهد. از همین روست که کشورهای در حال توسعه که اغلب از دو انقلاب قبل جا مانده اند، می کوشند با سرمایه گذاری در این سه قلمرو، عقب ماندگی خود را جبران کنند. همان گونه که در این گزارش می خوانید، نانوتکنولوژی کاربردهای گسترده ای در تمام حیطه های زندگی دارد و از این رو توسعه آن می تواند به بهبود و تسهیل زندگی کمک فراوان کند.

نانو مطالعه ذرات در مقیاس اتمی برای کنترل آنهاست. هدف اصلی اکثر تحقیقات نانو شکل‌ دهی ترکیبات جدید یا ایجاد تغییراتی در مواد موجود است. نانو در الکترونیک ، زیست ‌شناسی ، ژنتیک ، هوانوردی و حتی در مطالعات انرژی بکار برده می‌شود.در نیم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوری عمده بودیم، که باعث پیشرفتهای عظیم اقتصادی در کشورهای سرمایه گذار و ایجاد فاصله شدید بین کشورهای جهان شد. در ایران بدلیل فقدان تصمیم گیری بموقع ، به این فرصتها پس از گذشت سالیان طولائی آن بها داده می‌شد ، همچون فنآوری الکترونیک و کامپیوتر در دو سه دهه گذشته که امروزه علیرغم توانائی دانشگاهی و داشتن تجهیزات آن ،ایران هیچگونه حضور تجاری در بازارهای چند صد میلیاردی آن ندارد. فناوری نانو با طبیعت فرا رشته‌ای خود ، در آینده در برگیرنده همه فناوریهای امروزین خواهد بود و به جای رقابت با فن آوریهای موجود ، مسیر رشد آنها را در دست گرفته و آنها را بصورت «یک حرف از علم» یکپارچه خواهد کرد.
میلیونها سال است که در طبیعت ساختارهای بسیار پیچیده با ظرافت نانومتری (ملکولی) _مثل یک درخت یا یک میکروب_ ساخته می‌شود.علم بشری اینک در آستانه چنگ اندازی به این عرصه است، تا ساختارهائی بی‌نظیر بسازد که در طبیعت نیز یافت نمی‌شوند. فناوری نانو کاربردهای را به منصه ظهور می‌رساند که بشر از انجام آن به کلی عاجز بوده است و پیامدهائی را در جامعه بر جا می‌گذارد که بشر تصور آنها را هم نکرده است.

آغاز نانوتکنولوژی:        
علم نانو و علوم مرتبط با آن جدید نیستند چرا که صدها سال است که شیمیدانان از تکنیک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی علم نانو در کار خود استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند که بی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شباهت به تنکنیک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های امروزی نانو نیست. پنجره های رنگارنگ کلیساهای قرون وسطی، شمشیرهای یافت شده در حفاری های سرزمین های مسلمان همگی گویای این مطلب هستند که بشر مدت هاست که از برخی شگردهای این فناوری در بهینه کردن فرایندها و ساخت باکیفیت تر اشیاء بهره می برده است اما تنها به دلیل پیشرفت کم فناوری و نبود امکانات امروزی مانند میکروسکوپ نیروی اتمی، میکروسکوپ تونلی پیمایشی و غیره نتوانسته حوزه مشخصی برای این فناوری تعیین کند.    
نانو تکنولوژی از یک رشته علمی خاص مشتق نمی شود. با وجودی که نانو تکنولوژی بیشترین وجه مشترک را با علم مواد دارد، خواص اتم و ملکول شالوده بسیاری از علوم است و در نتیجه دانشمندان حوزه های علمی به آن جذب می شوند. برآورد می شود در سراسر جهان حدود 000/20 نفر در نانو تکنولوژی کار می کنند.

پیشوند نانو از کلمه یونانی به معنای کوتوله مشتق می شود. برای اولین بار ریچارد فاینمن برنده جایزه نوبل فیزیک پتانسیل نانو علم را در یک سخنرانی تکان‌ دهنده با نام «درپایین اتاقهای زیادی وجود دارد»، مطرح کرد. فاینمن اصرار داشت، که دانشمندان ساخت وسائلی را ، که برای کار در مقیاس اتمی لازم است، شروع کنند.این موضوع مسکوت ماند، تا اینکه اریک درکسلر ندای فاینمن را شنید و یک قالب ‌کاری برای مطالعه «وسایلی که توانایی حرکت دادن اشیاء مولکولی و مکان آنها را با دقت اتمی دارند»ایجاد کرد، که در سپتامبر 1981 در مقاله‌ای با نام«پروتئین راهی برای تولید انبوه مولکولی ایجاد می‌کند» آن را ارائه داد.درکسلر آن را با کتابی بنام «موتورهای خلقت» دنبال کرد و توسعه مفهوم نانو تکنولوژی را همانند یک کوشش علمی ادامه داد. اولین نشانه‌های ثبت ‌شده از این مفهوم نانو تکنولوژی تغییر مکان دادن اشیا مولکولی ، در سال 1989 بود، موقعی که دانشمندی در مرکز تحقیقات آلمادن IBM اتمهای منفرد گزنون را روی صفحه نیکل حرکت داد، تا نام IBM را روی سطح نیکل نقش کند.   
براساس برآورد شرکت لاکس ریسرچ درنیوریورک، بودجه کل تحقیق و توسعه نانو تکنولوژی دولت ها و شرکت ها در سراسر جهان در سال 2004 بیش از 6/8میلیارد دلار بود. نیمی از این بودجه از جانب دولت ها تأمین می شد. اما به پیش بینی لاکس ریسرچ در سال های آینده، شرکت ها احتمالاً بودجه بیشتری از دولت ها صرف این علم خواهند کرد. .در خلال شش سال پیش از ،2003 سرمایه گذاری در نانو تکنولوژی توسط سازمان های دولتی هفت برابر شده است. این حجم سرمایه گذاری انتظارات را به اندازه ای افزایش داده است که شاید قابل تحقق نباشد. برخی معتقدند شرکت های نانو تکنولوژی مانند حباب شرکت های اینترنت در سال های اخیر از بین خواهند رفت. اما دلایلی وجود دارد که نشان می دهد درباره مخاطرات آن گزافه گویی شده است. سرمایه گذاران خصوصی اکنون بسیار محتاط تر از دوره رونق شرکت های اینترنت هستند و بیشتر پولی که دولت ها در این زمینه اختصاص می دهند، صرف علوم پایه و فناوری هایی می شود که تا سال ها در اختیار همگان قرارنخواهد گرفت. با این حال کیفیت برخی محصولات موجود با کاربرد نانو تکنولوژی بهبود یافته است و در چند سال آینده بر تعداد آنها افزوده خواهد شد. مثلاً با افزودن ذرات ریز نقره، بانداژ ضد سوختگی خاصیت ضد میکروبی پیدا کرده است. با اتصال ملکول های ایجاد کننده مانع به فیبر پنبه، پارچه هایی تولید شده است که ضد لکه و بو است.

راکت های تنیس با افزودن ذرات ریز تقویت شده است. در درازمدت نانو تکنولوژی به نوآوری های بزرگتری خواهد انجامید، از جمله انواع جدید حافظه کامپیوتر، فناوری پزشکی و روش های تولید انرژی بهتر مانند سلول های خورشیدی.  طرفداران این فناوری می گویند نانو تکنولوژی به تولید انرژی پاک و تولید بدون مواد زائد و غیره خواهد انجامید. مخالفان آن معتقدند نانوتکنولوژی باعث ایجاد نوعی نظام شناسایی بین المللی و آسیب به فقرا، محیط زیست و سلامت انسان خواهد شد. به نظر می رسد هر دو گروه در مورد استدلال های خود گزافه گویی می کنند، اما به هرحال باید از نانو تکنولوژی استقبال کرد.    
همچنین از فناوری نانو به عنوان«رنسانس فناوری» و«روان کننده جریان سرمایه گذاری» یاد می‌شود. ورود محصولات متکی بر این فناوری جهشی بس عظیم در رفاه و کیفیت زندگی و توانائیهای دفاعی و زیست محیطی به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابجائیهای بزرگ اقتصادی خواهد شد. هم اکنون بخشهای دولتی و خصوصی کشورهای مختلف جهان شامل ژاپن ، آمریکا ، اتحادیه اروپا ، چین ، هند ، تایوان ، کره جنوبی ، استرالیا و روسیه در رقابتی تنگاتنگ بر سر کسب پیشتازی جهانی در لااقل یک حوزه از این فناوری به سر می‌برند.هم اکنون روی هم رفته حدود 30 کشور دنیا در زمینه فناوری نانو دارای «برنامه ملی»یا درحال تدوین آن هستند، وطی پنچ سال گذشته بودجه تحقیق و توسعه در امر فناوری نانو را به 3.5 برابر افزایش داده‌اند. کشورهای ژاپن و آمریکا نیز فناوری نانو را اولین اولویت کشور خود در زمینه فناوری اعلام کرده اند.

نانو در صنایع دریائی:    
امروزه بحث‌های بسیاری در زمینه فناوری‌نانو، کاربردها، مزایا ودورنمای آینده آن مطرح است. صنایع دریایی حوزه وسیعی از صنایع از قبیل ساخت کشتی؛ زیردریایی و سکوهای دریایی را شامل می‌شود که اغلب آنها در کشور ایران نوپا هستند. فناوری‌نانو در بخش‌های مختلف صنایع دریایی کاربردهای ارزنده‌ای دارد که می‌تواند صنایع دریایی کشور ایران را با تحول زیادی روبه‌رو کند. از طرفی شناسایی نیازهای گسترده صنایع دریایی می‌تواند بازار خوبی برای محصولات فناوری‌نانو در ایران باشد و زمینه رشد خوبی را نیز برای آن فراهم کند. در این مقاله برخی کاربردهای فناوری‌نانو در صنایع دریایی مورد ارزیابی قرار گرفته و در انتها نیز جایگاه صنایع دریایی درکشورایران آورده شده است.        
فناوری‌نانو در دهه اخیر از سوی کشور ایران ،مورد توجه جدی قرار گرفته است. همزمان با آن صنایع دریایی نیز دچار تحولات اساسی شده و سرمایه‌گذاری‌های هنگفتی در آن انجام شده است. امروزه ثابت شده است که صنایع دریایی می‌تواند عامل مهمی در رشد و توسعه در مناطق ساحلی ایران باشد. ایران با داشتن 2900 کیلومتر مرز آبی، در شمال و جنوب ؛در زمینه صنایع دریایی، کشوری در حال توسعه محسوب می‌شود، در حالی که برخی از کشورهای اروپایی با کمتر ازیک پنجم این مرز آبی، جزو کشورهای قدرتمند در زمینه صنایع دریایی قرار دارند و به واسطه این توانمندی، سلطه خود را بر دنیا تحمیل کرده‌اند.

صنایع دریایی شامل حوزه وسیعی از صنایع می‌شود که هر کدام می‌توانند پشتوانه و مهد توسعه علم و فناوری باشند. سه دسته‌بندی کلی صنا‌یع دریایی عبارتند از:
صنایع کشتی‌سازی شامل: ساخت انواع کشتی‌ها از قبیل کشتی‌های کانتینربر، نفتکش‌های غول پیکر، ناوچه‌ها و زیردریایی‌. در این زمینه شرکت‌های بزرگی نظیر صدرا، ایزوایکو، اروندان و فجر درایران شکل گرفته‌اند که هر یک تجربه ساخت ده‌ها فروند شناور دارند.
صنایع فرا ساحل: شامل ساخت سکوهای ثابت و متحرک دریایی و لوله‌گذاری در دریا می‌شود که در پروژه‌های عظیم نفت و گاز به خصوص در حوزه‌های پارس جنوبی، ابوذر و میادین بزرگ نفتی کاربرد دارند. شرکت‌های بزرگی از قبیل تأسیسات دریایی، صدف و صدرا در این زمینه شکل گرفته‌اند که تجربه ساخت ده‌ها سکوی ثابت و متحرک دریایی و صدها کیلومتر لوله‌گذاری دریایی را در کارنامه فعالیت خود دارند.

صنایع ساحلی و بندری: شامل ساخت اسکله، موج‌شکن و سازه‌های نزدیک ساحل(پایانه‌های نفتی) که در بنادر شهید رجایی، باهنر، بوشهر، امام خمینی و جزیره خارک تجارب بسیاری در این زمینه اندوخته شده است که از جمله آنها می‌توان به قرارگاه سازندگی نوح و شرکت صدرا اشاره کرد.  
فناوری‌نانو در زمینه صنایع دریایی، به خصوص ساخت شناورها از اهمیت خاصی برخوردار است و کاربردهای آن را می‌توان به‌طور کلی شامل موارد زیر دانست:

1 -ایجاد پوشش‌های مناسب در برابر اثرات محیط دریا؛    
2-تولید مواد جدید برای ساخت بدنه و اجزای آن به‌منظور افزایش استحکام        
3 -تولید مواد جدید برای افزایش قابلیت عملکرد شناور مانند سوخت‌های جدید، باتری‌های با ذخیره انرژی بسیار بالا و پیل‌های سوختی.

صنایع دریایی گستره وسیعی از صنایع مانند شناورهای سطحی (کشتی‌ها)، زیرسطحی (زیردریایی‌ها) ، سکوهای دریایی و کلیه صنایع مرتبط با دریا را در برمی‌گیرد.برخی از پتانسیل‌های کاربردفناوری‌نانو در این صنایع عبارتنند از:
کلیه تحولاتی که در فناوری کامپیوتر، الکترونیک و مخابرات براساس فناوری‌نانو ایجاد می‌گردد، قطعاً بر صنایع دریایی تأثیر‌ می‌گذارد؛ زیرا این صنایع مانند سایر صنایع، وابستگی بسیاری به این فناوری‌ها دارند.چرا که امروزه استفاده از وسایل الکترونیکی و کامپیوتری از اجزای لاینفک شناورهای دریائی و درکل تجهیزات دریایی شده است.     
الکترودهای جوشکاری دما پایین: این الکترودها با استفاده از فناوری‌نانو، دارای دمای کاری بسیار پایینی نسبت به الکترودهای جوشکاری موجود هستند. مواد این الکترودها به‌گونه‌ای است که در ازای حرارت اندک، اتحاد مولکولی مستحکمی را بین مولکول‌های دو قطعه فلز ایجاد می‌کنند و عملکردی شبیه چسب‌های حرارتی معمولی خواهند داشت. این الکترودها تأثیر شگرفی بر فناوری جوشکاری، به خصوص جوشکاری آلومینیوم خواهند داشت. کاربرد و حجم زیاد جوشکاری در صنایع دریایی می‌تواند عاملی برای تأثیر فوق‌العاده فناوری‌نانو در این زمینه باشد. 
سوخت: کشتی و کلیه شناورها برای تأمین قدرت حرکت در دریا، معمولاً چندین تن سوخت حمل می‌کنند و کشتی‌های اقیانوس‌پیما نیز در طول مسیر دریانوردی مجبور هستند، چندین بار برای سوخت‌گیری توقف کنند. فناوری‌نانو با ارائه سوخت‌های پرانرژی، کشتی‌ها را از توقف‌های متعدد در دریا و حمل چندین تن سوخت بی‌نیاز خواهد کرد. این سوخت‌ها به‌صورت بسته‌های پرانرژی مولکولی است که از اثرات مولکول‌ها بریکدیگر، انرژی زیادی آزاد می‌کنند، به صورتی که یک لیتر از این سوخت‌ها، معادل ده‌ها لیتر سوخت معمولی انرژی آزاد می‌کند. از آنجا که ذرات نانومتری موجب افزایش سرعت سوخت ویکنواختی آن می‌گردد، در سوخت‌های جدید می‌توان جهت افزایش قدرت سوخت از آنها استفاده کرد.      
نانوفایبرگلاس و نانوکامپوزیت‌ها:ماده فایبرگلاس با آرایش تار و پودی (ماتریسی) ، استحکام زیادی دارد. در این مواد، الیاف شیشه به صورت تارهای نازک و تحت شرایط خاصی تولید شده و به صورت متفاوتی به هم بافته می‌شوند؛ رایج‌ترین نوع آنها الیاف بافته شده به‌صورت حصیری و الیاف سوزنی است. فناوری‌نانو با اعمال آرایش تار و پودی بین مولکول‌ها، نانوفایبرگلاس‌های بسیار محکم و سبکی ایجاد می‌کند که نسبت به فایبرگلاس‌های امروزی برتری بسیاری دارند. نانوکامپوزیت‌ها دسته جدیدی از مواد مورد مطالعه جهانی است که شامل پلیمرهای قدیمی تقویت شده با ذرات نانومتری می‌شود. کامپوزیت‌ها با داشتن آرایش‌های مولکولی متفاوت، کاربردهای وسیع‌تر و جدیدتری را تجربه خواهند کرد. از جمله خواص مهم کامپوزیت‌ها، استحکام زیاد در عین وزن کم، مقاومت بالا در برابر خوردگی و خاصیت جذب امواج راداری است. این خاصیت به منظور ساخت هواپیماها و زیردریایی‌هایی که به وسیله رادار قابل شناسایی نیستند، مورد استفاده قرار می‌گیرد .     
جاذب‌های ارتعاشی: جاذب‌های ارتعاشی امروزی، موادی حجیم و سنگین هستند. فناوری‌نانو با ارائه جاذب‌های ارتعاشی جدید، تحول عمیقی را در این زمینه ایجاد خواهد کرد. این نانومواد، انرژی ارتعاشی را به مقدار بسیار بالایی در بین شبکه مولکولی خود ذخیره می‌کنند و ساختارهای مولکولی ویژه آنها، تا حد زیادی از انتقال انرژی ارتعاشی به مولکول‌های جانبی جلوگیری می‌کند؛ بدین ترتیب ارتعاش به خوبی مهار می‌شود. این مواد در کشتی‌های مسافربری، شناورهای نظامی و زیردریایی‌ها کاربردهای بسیاری دارند و اغلب در زیر موتورها و اجزای دوار شناورها نصب می‌گردند.        
جاذب‌های صوتی: این جاذب‌ها نیز مانند جاذب‌های ارتعاشی، علی‌رغم سبک و نازک بودن، انرژی صوت را به‌طور کامل میرا می‌کنند. جاذب‌های صوتی امروزی با وجود سنگین و حجیم بودن، نسبت به فرکانس و جهت صوت برخوردی، بازدهی متفاوتی دارند. فناوری‌نانو انواعی از جاذب‌های صوتی را ارائه می‌کند که ساختار مولکولی آنها با جهت برخورد صوت و فرکانس صوت قابل تطابق باشد؛ به گونه‌ای که بتوانند بیشترین مقدار انرژی صوت را جذب کنند. این مواد در کشتی‌های مسافربری، شناورهای نظامی و زیردریایی‌ها کاربردهای بسیاری دارند و قسمت داخلی یا خارجی بدنه از این مواد پوشیده می‌شود. 
رنگ‌های دریایی: خوردگی بسیار زیاد محیط دریا به خصوص دریاهای آب شور مانند خلیج فارس، از معضلات اساسی نگهداری سکوهای دریایی و کشتی‌هاست. شرایط خاص محیط دریا ایجاب می‌کند که به‌طور متوسط، هر سه سال یک‌بار بدنه سکوها و کشتی‌ها رنگ‌آمیزی شود. فناوری‌نانو رنگ‌های جدید بسیار مقاوم در برابر خوردگی و اثرات محیط ارائه می‌نماید که با توجه به طول عمر شناورها و دوام بیش از 20 سال این رنگ‌ها بر بدنه شناورها، می‌توان این امر را به معنای مادام‌العمر بودن این رنگ‌ها دانست.  
جاذب‌های انرژی موج دریا و نور آفتاب: فناوری‌نانو نسل جدیدی از مواد را ارائه می‌کند که همانند سلول‌های فتوالکتریک انرژی موج دریا و نور آفتاب را جذب می‌کنند و به مثابه منبع تأمین انرژی خواهند بود. ویژگی منحصر به فرد این مواد این است که همانند پوشش‌های معمولی دریایی قابل اتصال به بدنه شناور هستند که می‌تواند مدت دوام شناور در دریا را چندین برابر نماید و از انرژی‌های محیط استفاده کند. استفاده از این منابع انرژی مزیت‌های زیست‌محیطی نیز دارد.        
نانوفیلتراسیون: از جمله ویژگی‌های این فناوری می‌توان به جذب ذرات بسیار ریز محیط اشاره کرد که در جذب مونوکسید و دی‌اکسید کربن کاربرد دارند. پوشش داخلی زیردریایی‌ها در زیر آب محیطی بسته و مناسب با بکارگیری این فناوری است. مطابق این فناوری، بلورهای اکسید تیتانیوم نیمه‌رسانا که اندازه‌ شان فقط 40 نانومتر است به‌وسیله نور ماوراء بنفش شارژ شده، برای حذف آلودگی‌های آلی استفاده می شوند.

نانومورفولوژی: با استفاده از فناوری‌نانو می‌توان مواد بسیار مقاوم در برابر آتش ساخت که در اشتعال ناپذیری به خاک تشبیه می‌شوند. استفاده از این مواد در شناورها به منظور ایمنی در برابر آتش‌سوزی بسیار حائز اهمیت است. در شناورهای نظامی خطر آتش سوزی بسیار زیاد است؛ لذا استفاده از این فناوری بسیار حیاتی است.    
تحول در فناوری پیل سوختی: پیل سوختی در شناورها به خصوص شناورهای زیرسطحی و زیردریایی‌ها، کاربردهای وسیعی دارد. امروزه روش‌های مختلفی برای ذخیره‌سازی هیدروژن مورد نیاز در پیل سوختی استفاده می‌شود؛ (از جمله به صورت مایع که دمای بسیار پایین یا فشار بسیار بالایی نیاز دارد) ، هیدرات فلزی (که وزن بسیار زیادی را به شناور تحمیل می‌کند) و کربن فعال (که استفاده از آن معضل زیاد و بازده کمی دارد) . اکنون می توان از نانولوله‌های کربنی برای ذخیره هیدروژن استفاده کرد؛ زیرا دیگر نیازی به دمای پایین، فشار بسیار بالا و تحمل وزن سنگین نخواهد داشت؛‌ این کار تحول عظیمی را در فناوری پیل سوختی ایجاد خواهد کرد.   
باتری‌های با ذخیره انرژی بسیار بالا: امروزه انواع مختلفی از باتری‌های قابل شارژ وجود دارند که دارای وزن زیاد و ذخیره انرژی اندکی هستند . این باتری‌ها در شناورها به خصوص در قایق‌های تفریحی، زیردریایی‌ها و کشتی‌ها (به عنوان منبع برق اضطراری) کاربردهای حیاتی و مهمی دارند، امّا انرژی اندکی که ذخیره می‌کنند زمان ماندن زیردریایی‌های دیزل الکتریک در زیر آب را محدود می‌کنند. در موقع حرکت سطحی که دیزل قادر به فعالیت است، انرژی الکتریکی تولید شده دیزل در باتری‌ها ذخیره می‌شود و در موقع حرکت در زیر سطح آب که به علت دسترسی نداشتن به هوا امکان کار برای دیزل وجود ندارد، از این انرژی الکتریکی استفاده می‌شود. فناوری‌نانو با ارائه باتری‌های با ذخیره انرژی بسیار بالا، زیردریایی‌های دیزل الکتریک را قادر می‌کند تا ده‌ها برابرِ زمان فعلی خود در زیر آب بمانند. علاوه بر آن فناوری‌نانو با کاهش وزن بسته‌های باطری، کاربردهای ارزنده‌ای در فناوری هوافضا، هواپیماهای بدون سرنشین، اتومبیل و شناورهای تفریحی کوچک پدید می‌آورد.  
گرافیت و سرامیک: فناوری‌نانو با ارائه مواد بسیار مستحکم که ده‌ها برابر مقاوم‌تر از فولاد هستند، تأثیر چشمگیری در ساخت سازه‌های دریایی و صنایع دریایی خواهد داشت.

سرامیک‌ها از جمله این موادند که در بدنه شناورهای زیر دریایی آب عمیق (حدود 11 هزار متر) به‌کار خواهند رفت. این مواد با داشتن استحکام فوق‌العاده، وزن سبک، مقاومت بسیار زیاد در برابر خوردگی و دوام در شرایط دمایی بسیار متغیر، گزینه بسیار مناسبی برای سازه‌های عظیم دریایی به خصوص غوطه‌ور شونده‌ها و زیردریایی‌ها هستند.در ایران صنایع دریایی به معنای واقعی خود؛ یعنی ساخت سکوهای ثابت و متحرک دریایی، کشتی‌های اقیانوس پیما، زیردریایی‌ها و غیره، حدودیک دهه از عمرشان می‌گذرد و صنعتی نوپا محسوب می‌گردد. فناوری‌نانو نیز در دنیا قدمت چندانی ندارد و از معدود فناوری‌هایی است که در همان بدو مطرح شدنش در دنیا، در ایران نیز مطرح شده است. فناوری‌نانو با توجه به تأثیرات شگرفی که در همه صنایع دارد، مورد توجه قرار گرفته است. صنایع دریایی در حال رسیدن به دوران تکامل خود در ایران است و فناوری‌نانو هم می‌تواند به تکامل هدفمند و روزافزون آن کمک کند. کاربردهایی از فناوری‌نانو که بیان شد، تنها گوشه‌ای از کاربردهای گسترده آن در صنایع دریایی است و آینده، این کاربردها را قطعی‌تر و مشخص‌تر خواهد کرد؛

قدرت دریایی هر کشور از عناصر مختلفی تشکیل می شود. این عناصر می توانند با ناوگان نظامی، ناوگان تجاری، ناوگان صیادی، ناوگان شناورهای مردمی ، مراکز آموزش دریایی و صنایع دریایی تشکیل شوند. یکی از قسمتهای مهم این قدرت دریایی، بخش صنایع دریایی است. در وضعیت فعلی که کشور ایران در مقابل تهدیدات مختلفی قرار دارد و برحی از مخالفان و دشمنان نظام و انقلاب اسلامی ایران قصد ایجاد مزاحمت و جلوگیری از رشد و توسعه فناوری در خصوص تجهیزات و تسلیحات بخش دفاعیکشور ایران را دارند بنابراین ضرورت و اهمیت وجود یک صنایع دریایی قدرتمند و موثر آشکارتر می شود. همچنین دشمنان ایران با بهانه تراشیهای مختلف از جمله بحث انرژی هسته ای صلح آمیز و با صدور قطع نامه های پی در پی، ایران را با تحریم جدی تری مواجه می سازند و به ناچار برای نیروی دریایی جمهوری اسلامی ایران مشکلاتی را ایجاد می نمایند در این صورت امکان تهیه برخی از اقلام ضروری از مسولان مربوطه گرفته خواهد شد، پس باید صنعت دریایی نیازمندیهای بخش دفاعی را تامین نماید و توان نظامی کشور را ارتقا بخشد. این امکان مستلزم افزایش قابلیت های موجود و استفاده مفید از همه ظرفیتهای آن بخش می باشد. که همکاری فرماندهان و مسولان دو بخش و همچنین حمایت دولت را می طلبد؛در این میان استفاده ازفناوری‌نانو در بخش‌های مختلف صنایع دریایی کاربردهای ارزنده‌ای دارد که می‌تواند صنایع دریایی کشور ایران را با تحول زیادی روبه‌رو کند.قبل از اینکه بخواهیم درباره کاربردهای فناوری نانو در صنایع دریایی سخنی به میان آوریم؛بهتر است تا درباره چیستی این فناوری اندکی بدانیم. از نانو، بیوتکنولوژی و فناوری اطلاع رسانی به عنوان سه قلمرو علمی نام می برند که انقلاب سوم صنعتی را شکل می دهد.

از همین روست که کشورهای در حال توسعه که اغلب از دو انقلاب قبل جا مانده اند، می کوشند با سرمایه گذاری در این سه قلمرو، عقب ماندگی خود را جبران کنند. همان گونه که در این گزارش می خوانید، نانوتکنولوژی کاربردهای گسترده ای در تمام حیطه های زندگی دارد و از این رو توسعه آن می تواند به بهبود و تسهیل زندگی کمک فراوان کند.
نانو مطالعه ذرات در مقیاس اتمی برای کنترل آنهاست. هدف اصلی اکثر تحقیقات نانو شکل‌ دهی ترکیبات جدید یا ایجاد تغییراتی در مواد موجود است. نانو در الکترونیک ، زیست ‌شناسی ، ژنتیک ، هوانوردی و حتی در مطالعات انرژی بکار برده می‌شود.در نیم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوری عمده بودیم، که باعث پیشرفتهای عظیم اقتصادی در کشورهای سرمایه گذار و ایجاد فاصله شدید بین کشورهای جهان شد. در ایران بدلیل فقدان تصمیم گیری بموقع ، به این فرصتها پس از گذشت سالیان طولائی آن بها داده می‌شد ، همچون فنآوری الکترونیک و کامپیوتر در دو سه دهه گذشته که امروزه علیرغم توانائی دانشگاهی و داشتن تجهیزات آن ،ایران هیچگونه حضور تجاری در بازارهای چند صد میلیاردی آن ندارد. فناوری نانو با طبیعت فرا رشته‌ای خود ، در آینده در برگیرنده همه فناوریهای امروزین خواهد بود و به جای رقابت با فن آوریهای موجود ، مسیر رشد آنها را در دست گرفته و آنها را بصورت «یک حرف از علم» یکپارچه خواهد کرد.
میلیونها سال است که در طبیعت ساختارهای بسیار پیچیده با ظرافت نانومتری (ملکولی) _مثل یک درخت یا یک میکروب_ ساخته می‌شود.علم بشری اینک در آستانه چنگ اندازی به این عرصه است، تا ساختارهائی بی‌نظیر بسازد که در طبیعت نیز یافت نمی‌شوند. فناوری نانو کاربردهای را به منصه ظهور می‌رساند که بشر از انجام آن به کلی عاجز بوده است و پیامدهائی را در جامعه بر جا می‌گذارد که بشر تصور آنها را هم نکرده است                                                                                                                        

  هوا و فضا.                                                                                                                                   

محدودیت‌های شدید سوخت برای حمل بار به مدار زمین و ماورای آن و ارسال فضاپیما برای مأموریت‌های طولانی به مناطق دور از خورشید، کاهش اندازه، وزن و توان مصرفی را اجتناب‌ناپذیر می‌کند. مواد و ابزار نانوساختاری، امیدهایی را برای حل این مشکل، ایجاد کرده است.«نانو ساختن، طراحی و ساخت مواد سبک‌وزن، پرقدرت و سکوهای اکتشافی سیاره‌ای یا خورشیدی، فراهم کرده است. استفاده روزافزون از سیستم‌های کوچک شده خودکار به پیشرفت‌های شگرف در فناوری ساخت و تولید می‌انجامد. توجه به اینکه محیط فضا، نیروی جاذبه کم و خلأ بالا دارد، توسعه نانوساختارها و سیستم‌های نانو که ساخت آنها در زمین ممکن نیست در فضا میسر خواهد شد.

امنیت ملی

برخی کاربردهای دفاعی نانوتکنولوژی عبارتند از: تسلط اطلاعاتی با نانوالکترونیک پیشرفته به عنوان قابلیتی مهم و نظامی، امکان آموزش مؤثر نیرو به کمک سیستم‌های واقعیت مجازی پیچیده و به دست آمده از الکترونیک نانوساختاری، استفاده بیشتر از اتوماسیون و رباتیک پیشرفته برای جبران کاهش نیروی انسانی نظامی، کاهش خطر برای سربازان و بهبود کارایی خودروهای نظامی، دستیابی به کارایی بالاتر (وزن کمتر و قدرت بیشتر) در صحنه‌های نظامی، کاهش نقص فنی و هزینه در عمر کاری تجهیزات نظامی، پیشرفت در شناسایی و مراقبت از عوامل شیمیایی، زیستی و هسته‌ای، بهبود طراحی در سیستم‌های کنترل و مدیریت عدم تکثیر سلاح‌های هسته‌ای، تلفیق ابزار نانو و میکرومکانیکی برای کنترل سیستم‌های دفاع هسته‌ای، فرصت‌های اقتصادی و نظامی مکمل یکدیگرند. کاربردهای درازمدت نانوتکنولوژی در زمینه‌های دیگر، پشتیبانی کننده امنیت ملی خواهد بود.

بیو تکنولوژی در اوائل قرن بیستم وارد عرصه جهانی شد لیکن مهندسی بیوفرایند بعد از جنگ جهانی دوم و با تولید صنعتی پنی سیلین به روش تخمیر وارد معادلات علمی تجاری و اقتصادی جهان گردید. بیو تکنولوژی یک مفهوم کلی و یک موضوع بین رشته ای می باشد که دامنه و سیعی از علم (مهندسی، پزشکی، کشاورزی، صنایع غذایی …) را شامل می شود. شاید یکی از تعاریف ساده و نزدیک به ذهن در بیوتکنولوژی انواع دسته بند یهای محصولات حاصل از تخمیر باشد که به چهار دسته مهم تقسیم می شود:

  • مولکولهای کوچک ( (Small Molecules

  • ماکرو مولکولها (مانند آنزیمها و پروتئین ها)

  • مواد ساده سلولی (مانند مخمر نان)

  • محصولات کمپلکس (مانند غذاهای تخمیری و محصولات کشاورزی)

ماکرومولکولها که از مهمترین این محصولات می باشند بخش بسیار وسیعی از فرایندهای بالا دستی و پایین دستی بیو تکنولوژی را به خود اختصاص داده و بیو تکنولوژی نیز بیشترین پیشرفت و توسعه را به این دست از محصولات اختصاص داده است. به لحاظ اهمیت و گستره این محصولات لقب نسل اول مواد و یا محصولات بیو تکنولوژیکی ( First Generation ) را می توان به آنها اطلاق نمود.

اما در سالهای اخیر علاقه مندی بشر به نسل دیگری از محصولات بیو تکنولوژیکی روز بروز افزون شده و تا جایی که تکنیکهای بالا دستی و پایین دستی را کاملا تحت شعاع خود قرار داده است. امروزه نیاز فراوانی برای تولید، بازیافت و خالص سازی نانو بیو مواد (محصولات) نظیر پلاسمید DNA و ویروس ها برای ژن درمانی، اسمبلی ماکرومولکولها (مانند پروتئین نانو ساختارها) بعنوان حامل دارو و ذرات ویروس مانند (Virus-like particle) برای استفاده در واکسن ها ( Vaccine components ) وجود دارد و محققین خود را مواجه با مشکلات و معضلات جدیدی در این خصوص می بینند. نانو بیو مواد بواسطه اندازه ویژه شان (با قطر10-300 نانو متر) ، شیمی سطح پیچیده و ارگانیزمهای درونی شان تکنیکهای بلا دستی و پایین دستی گسترش یافته برای نسل اول مواد بیولوژیکی را به مخاطره انداخته و روش های جدیدی را برای تولید و بازیافت طلب می نمایند. به همین منظوربا یک دسته بندی منطقی میتوان این دست از محصولات بیو تکنولوژیکی را نسل دوم ( Second Generation ) محصولات نامیده و راه کارهای جدید را در مواجهه با آنها جستجو نمود.

نانوتکنولوژی مجموعه‌ی است از فناوری‌هایی که بصورت انفرادی یا با هم جهت در به کارگیری و یا درک بهتر علوم مورد استفاده قرا رمی‌گیرند. بعضی از این فناوری‌ها هم‌اکنون در دسترس‌اند و بعضی نیز در حال توسعه و پیشرفت می‌باشند که ممکن است در طی سالها و یا دهه‌های بعد مورد استفاده واقع شوند. بیوتکنولوژی جزء فناوری‌های در حال توسعه می‌باشد که با به کارگیری مفهوم نانو به پیشرفتهای بیشتری دست خواهد یافت. یک تعریف کلاسیک از تعامل بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی بصورت زیر بیان می گردد:

” بیوتکنولوژی به نانوتکنولوژی مدل ارئه می دهد در حالی که نانوتکنولوژی با در اختیار گذاشتن ابزار برای بیوتکنولوژی آنرا برای رسیدن به اهدافش یاری می رساند.”

پر واضح است که تعامل بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی ویا به تعبیری نانوبیوتکنولوژی بسیار فراتر از این می باشد. شاید بتوان گفت نانوبیوتکنولوژی استفاده از قابلیت های نانو در کاربردهای زیستی است و این شاخه از فناوری به ما اجازه می دهد تا اجزا و ترکیبات را داخل سلولها بصورت عام قرار داده و یا با استفاده از روش های جدید خو آرایی و مکان آرایی در موج اول نانوبیوتکنولوژی نانو بیو مواد را ساخته و با تکنیکهای پیشرفته به خالص سازی و بازیافت آنها بپردازیم. بی گمان زمینه ها و فازهای بعدی این فناوری جدید به تولید وسایل نانو بیو ( موج دوم ) و در نهایت به ارائه ماشین های هوشمند و روباط ها منجر خواهد شد ( موج سوم ) که کاربردهای فراوانی در حوزه های مهم بیوتکنولوژی مانند پزشکی، کشاورزی و صنایع غذایی خواهند داشت.

سوالی که به ذهن متواتر شده و محققان و متخصصان به علوم بیوتکنولوژی ونانو بیوتکنولوژی را متوجه آن کرده است این است که مرز بیوتکنولوژی و نانوبیوتکنولوژی در کجاست؟ . اگرچه این دوفناوری هم پوشانیهای زیادی دارند و به تعبیری دارای مرزهای نامشخص ( ( Fuzzy می باشند اما شاید دسته بندی محصولات بیوتکنولوژیکی به نسل اول و نسل دوم کمک قابل توجه ای به این موضوع بنماید .حوزه ای از فناوری که با تولید، باز یافت و بکارگیری نسل دوم مواد و محصولات بیوتکنولوژیکی سروکار دارد ، همان نانوبیو موادی که تولید و بازیافت و خالص سازیشان خصوصا” در ابعاد صنعتی به شدت تکنیک های موجود را به مخاطره انداخته و روشهای نوین را می طلبد، می تواند محدوده کاری نانوبیوتکنولوژی و یا بیونانوتکنولوژی باشد .با تقسیم بندی اولویت های تحقیقاتی نانوبیوتکنولوژی به سه موج نانو بیو مواد، نانو وسایل و نانو ماشین ها (همانگونه که در متن بالا به آن اشاره شد) ، لزوم تمایز بیو تکنولوژی و نانو بیو تکنولوژی بطور وضوح در محدوده کاری موج اول نانو بیو تکنولوژی خود را نمایان می سازند چون بی تردید موج های دوم و سوم این فناوری هم پوشانی بسیار ناچیزی با بیوتکنولوژی به معنای عام خواهند داشت.اما موضوع بعدی که ضرورت شفاف سازی و بیان وا ژه ها در آن مهم می باشد تشابه و تمایز نانوبیوتکنولوژی و بیونانوتکنولوژی می باشد. به بیان دیگر اصولا فرقی بین این دو واژه وجود دارد و اگر چنین است این تمایزات چیست؟. برای ساخت تمام نانو مواد ها (ذرات ها) همواره دو روش در نانو تکنولوژی مد نظر می باشد، ابتدا روشهای بالا به پایین Top down) ) وسپس روش های پایین به بالا ( (Bottom up . نانو بیو ذرات نیز از این قاعده مثتثنی نبوده و بوسیله یکی از این دو روش تولید می شوند. اگر یک نانو بیو محصول از روش های بالا به پایین تولید شود، به بیان دیگر با تکیه بر اصول و مبانی اصلی بیو تکنولوژی، و در ادامه با روش های اصلاح شده خالص سازی و بازیافت که با کمک تکنیکهای جدید توسعه یافته و برای محصولات نسل دوم (نانو بیو مواد ها) بکار گرفته می شود به محصول نهایی ( (End product تبدیل شود، به این مجموعه از فناوریها بیونانو تکنولوژی اطاق می شود. به عنوان مثال بیوراکتوری را در نظر بگیرید که یک سلول حیوانی خاص در آن کشت داده شده و در شرایط ویژه رشد نماید. محصول مورد نظر یک ویروس درون سلولی می باشد که برای استفاده در ژن درمانی با درجه خلوصی ویژه مورد نیاز می باشد.

بدین ترتیب نانو بیو محصول مورد نظر در درون سلول تولید شده و سپس بازیافت می شود (از بالا به پایین). از طرفی دیگر اگر با بهره وری مستقیم از فناوری نانو یک نانو بیو محصول از پایین به بالا ساخته شود می توان این حوزه از فناوری نانو را نانوبیو تکنولوژی دانست. مثال واضح آن تولید تمام نانو بیو ذرات از طریق خود آرایی و مکان آرایی می باشد که بادر کنارهم قرارگرفتن اجزا تشکیل دهنده، محصول مطلوب تولید می شود. اسمبلی ماکرومولکولها و بطور خاص پروتئین نانو ساختارها از مثال های جالب تولید از پایین به بالای نانو بیو مواد می باشد که می توانند بعنوان حاملهای دارو استفاده شوند. بکارگیری این روش در ابعاد آزمایشگاهی…………..

امید داریم تا اینجای مطلب مورد توجه شما قرار گرفته باشد. جهت دریافت کل این  مطلب (113 صفحه) به صورت WORD + PDF  کامل به لینک دریافت زیر مراجعه نمایید.

برای دریافت pdf + word بر روی کلیدزیر ،کلیک نمایید . 

قیمت: 20000تومان

20000 تومان خريد

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Fill out this field
Fill out this field
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.
برای ادامه، شما باید با این شرایط موافقت کنید

هشت − چهار =

فهرست