النانو تكنولوجي تسخر أشياء صغيرة لاختراعات هائلة أميركا تنفق المليارات لاحتكار الريادة في هذه المجال

[عبد الرؤوف]

[SIZE="4"]

تهدف إلى الطاقة المتجددة والحفاظ على سلامة البيئة
النانو تكنولوجي تسخر أشياء صغيرة لاختراعات هائلة
أميركا تنفق المليارات لاحتكار الريادة في هذه الصناعة


أشياء تعتقد انها صغيرة، بل انها اصغر من أي شيء قُدّر لك ان تراه بواسطة الميكروسكوب المدرسي، وتشبه الذرات والجزيئات، ويقوم العلماء باستخدامها بطرق نافعة. انها حقول جديدة من العلم جلبت الاثارة في شتى انحاء العالم، فالعلماء العاملون في العلوم الدقيقة يصنعون معدات ومنتجات وتكنولوجيا جديدة لمواجهة بعض ابرز التحديات العالمية بما في ذلك:
1- الطاقة النظيفة والآمنة والرخيصة الثمن
2- المواد الاقوى والأخف وزناً والأطول عمراً
3- فلاتر منخفضة التكلفة لتوفير المياه النظيفة
4- أجهزة طبية وأدوية لمعالجة الأمراض بفعالية أكبر وآثار جانبية أقل
5- إضاءة تعتمد على استخدام كميات قليلة من الطاقة
6- مجسات تكشف المواد الكيماوية والبيولوجية الضارة
7- تقنيات لإزالة المواد الكيماوية الخطيرة من البيئة

وبالنظر الى آفاق تحسين حياة الناس والاسهام في النمو الاقتصادي من خلال التكنولوجيا الدقيقة، تعمل الحكومة الاميركية من خلال «المبادرة القومية للتكنولوجيا الدقيقة الاميركية» على دعم البحوث في مجال التكنولوجيا الدقيقة. ونتيجة لذلك، تعتبر الولايات المتحدة الان رائدة في مجال تطوير التكنولوجيا الدقيقة.
< فما هي العلوم الدقيقة والتكنولوجيا الدقيقة؟
ــ العلوم الدقيقة تشمل البحوث لاكتشاف سلوكيات جديدة ومواد ذات أبعاد دقيقة المستوى من 1-100 نانوميتر.
(النانوميتر يساوي واحدا على مليار من المتر).
والتكنولوجيا الدقيقة هي إحدى وسائل الاستفادة من الاكتشافات لخدمة الاحتياجات الإنسانية.
< ما الشيء الذي يميز مواد الأبعاد الدقيقة؟
ــ الإجابة هي ان مواد الأبعاد الدقيقة يمكن أن تكون لها خصائص مختلفة عن المواد الأخرى، وبعضها ناقل أفضل للتيار الكهربائي أو الحرارة، كما ان بعضها أقوى، والبعض الآخر له خصائص مغناطيسية معينة، وغيرها يمكن أن يعكس الضوء أو تغير اللون مع تغير حجمها.
مواد الأبعاد الدقيقة لها أسطح أوسع من المواد ذات الأبعاد الأوسع، الأمر الذي يعني توفر سطح أوسع للتفاعل مع المواد الأخرى المحيطة بها.
ولتوضيح أهمية منطقة السطح، فكرّ. بقطعة من العلكة الموضوعة على كرة، ثم فكرّ. في تمديد هذه العلكة على قطعة قماش بأقصى درجة من النحافة (نحافة العلكة)، سوف يكون السطح أو المساحة المرئية من الخارج أوسع من قطعة العلكة قبل تمديدها، ومن المتوقع ان تجف قطعة العلكة المددّة على السطح بأسرع مما هي الحال بالنسبة لها قبل تمديدها على السطح، وذلك بالنظر إلى اتصالها بشكل أكبر مع السطح ومع الهواء المحيط.
المواد ذات الابعاد الدقيقة وتأثيرها في حياتنا: اسرار الكون تبدأ من ارق الجزيئات، ويأمل العلماء في محاكاة هذه الكائنات والاشياء الدقيقة. وقد تمكن الباحثون بالفعل من نسخ الهياكل الدقيقة لاوراق زهور اللوتوس من اجل تصنيع الاسطح الراشحة للماء والمستخدمة في صناعة الملبوسات المضادة للبقع والمنسوجات والمواد الاخرى. ويحاول آخرون محاكاة قوة ومرونة خيوط العنكبوت والمقواة ـ طبيعيا ـ بمادة كريستال دقيقة.
وفي اجسادنا، كما اجساد سائر الحيوانات، مواد طبيعية شديدة الدقة كالبروتينات والجزيئات التي تعمل على ضبط الاجهزة والعمليات المتعددة للجسم. وفي الواقع، فان الكثير من وظائف الجسم المهمة للحياة تحدث في المواد ذات الابعاد شديدة الدقة. فالهيموغلوبين الذي يحمل الاكسجين من خلال مجرى الدم يبلغ قطره 5 نانوميتر.
والمواد شديدة الدقة موجودة في كل مكان حولنا.. في دخان النار وفي حمم البراكين وفي نسيم البحر وفي كل المواد الناتجة عن الحرائق وعمليات الاحتراق. وقد استخدم بعضها منذ قرون طويلة. فمثلا، استخدام الذهب الدقيق في صناعة الزجاج والرخام منذ القرن العاشر الميلادي. ولكن احتاج الامر الى قرون عشرة اخرى قبل تطوير الميكروسكوب والمعدات بالغة الدقة التي اتاحت الفرصة للاستفادة من المواد الدقيقة.
فالتكنولوجيا الدقيقة هي اكثر من مجرد دمج مواد دقيقة معا، فهي تتطلب القدرة على التشكيل والتحكم بهذه المواد بطريقة نافعة.

استخدام التكنولوجيا بشكل عملي

عكف العلماء والمهندسون منذ ما يربو على عقدين من الزمن، على التعاطي مع تعقيدات العمل بالمواد الشديدة الدقة، والآن، أصبحت لديهم صورة اكثر وضوحاً لكيفية تصنيع المواد الدقيقة، وذات المواصفات التي لم يتخيلها احد من قبل.
وقد أصبحت المنتجات التي تستخدم فيها المواد والعمليات الشديدة الدقة، في متناول اليد، فمضادات الجروح المقاومة للبكتيريا تستخدم شرائح دقيقة من الفضة.
ويمكن لمسحوق دقيق جاف تحييد سموم الغاز والسائل في الشربات الكيماوية وغيرها، ويتم تصنيع بطاريات المعدات باستخدام مواد دقيقة لتوفير المزيد من الطاقة ولسرعة الانجاز ومن اجل انبعاث حرارة اقل منها، ويستخدم مصنعو مستحضرات التجميل وبعض المواد الغذائية بعض المكونات الدقيقة زاعمين ان ذلك يحسن من فاعليتها، وتحتوي النظارات الشمسية على ثاني أكسيد التيتانيوم او أكسيد الزنك الشفافة والعاكسة للاشعة فوق البنفسجية لتمنع الاصابة بالحروق.
ويتم استخدام الأغلفة الدقيقة للزجاج لمنع الخدوش او لحجب الرؤية (من الخارج الى الداخل)، وتستخدم ايضاً في النظارات الشمسية ومرايا السيارات.
ويمكن الحصول على منتجات جديدة تماماً من التكنولوجيا الدقيقة، وتركز البحوث على المواد الطبية الدقيقة، على سبيل المثال، على ايجاد طرق مستحدثة لتشخيص وعلاج الامراض.
وفي المستقبل الابعد، يتطلع بعض الباحثين نحو التصنيع الدقيق وآفاق لا حدود لها في هذا الميدان، والفكرة هي انك اذا كنت قادراً على دمج جزئيات معينة معاً، فانها سوف تتبلور على شكل هياكل مرتبة، وهذا النهج، يمكن ان يقلص الهدر في عمليات التصنيع التي تبدأ بقطع كبيرة من المواد وتنتهي بالتخلص من المواد الزائدة عن الحاجة.
استجابة مختلفة

تتصرف الاشياء ذات الابعاد الدقيقة بشكل مختلف عنه في الاشياء ذات الابعاد الكبيرة، فعلى سبيل المثال الذهب يعتبر ناقلاً ممتازاً للحرارة والكهرباء على مستوى الابعاد الكبيرة، ولكن لا شيء من ذلك يحدث حين تشعل الضوء على قطعة من الذهب، وفي حالة شرائح الذهب المعدة بانتظام، يحدث شيء سحري، فهذه الشرائح تبدأ في استيعاب الضوء ويمكن ان تحوله الى حرارة تكفي «للتصرف» مثل مبضع حراري صغير ينقل الخلايا غير المرغوب فيها في الجسم، مثل الخلايا السرطانية.
ويمكن لمواد اخرى ان تصبح قوية بشكل مميز حين تبنى على النطاق الدقيق، فعلى سبيل المثال ستجد ان الانابيب الدقيقة من الكربون بقطر واحد على 100 الف من شعرة رأس الانسان، قوية بشكل لا يصدق.
وتستخدم هذه الانابيب او الصمامات المفرغة في صناعة الدرجات الهوائية ومضارب البيسبول وبعض قطع غيار السيارات.. ويعتقد بعض العلماء ان بوسعهم مزج هذه الصمامات (الانابيب) الكربونية بالبلاستيك لجعل المركبات اخف وزنا ولكنها اقوى من الفولاذ ،فتخيل حجم التوفير في الوقود اذا امكن استبدال المعادن بمثل هذه المواد؟ وتنقل المواد الكربونية الدقيقة الحرارة والكهرباء بطريقة افضل من اي معدن آخر، لذلك يمكن استخدامها لحماية الطائرات من الصواعق ولتبريد وصلات الكمبيوتر.

تأثيرات التكنولوجيا

كل أشكال التكنولوجيا لها تأثيراتها في حياتنا، فبالاضافة الى الفوائد التي نجنيها منها، فإن لها مخاطرها على حياتنا ايضا. وتموّل «المبادرة القومية للتكنولوجيا الدقيقة الاميركية» دراسة لتحديد الآثار الايجابية والسلبية، بحيث يتم التعرف على الفوائد واتخاذ الخطوات لتفادي التأثيرات غير المرغوب فيها وغير المقصودة، فالبحوث على التأثيرات البيئية والصحية والمتعلقة بالسلامة، اضافة الى تلك المتعلقة بالتأثيرات الاجتماعية الاخرى.. تعتبر من الموضوعات المهمة التي تحرص «المبادرة» على تمويلها.
ويساعد العمل، الذي تموله وكالات مثل المعهد القومي للصحة ومؤسسة العلوم القومية ووكالة المشروع البيئي، العلماء على فهم المواد ذات الابعاد الدقيقة بشكل أفضل، وكذلك تحديد مخاوف السلامة الفريدة التي قد ترتبط بها.
فمثل هذه المعرفة يمكن ان ترشد الباحثين والمهندسين إلى اعداد دليل للاستخدام والتخلص من مثل هذه المواد، كما تساعدهم في تفادي استخدام مواد بعينها في المنتجات او تعديل هذه المواد لجعلها آمنة. وقد تبين للعلماء والباحثين ــ مثلا ــ ان التغليف الخاص لمواد دقيقة غير آمنة قد يجعلها آمنةً للاستخدام.
وسوف تستمر البحوث الحكومية والصناعية المختصة في هذا المجال لتحديد ما اذا كانت هناك آثار غير مقصودة لاستخدام المواد الدقيقة بما في ذلك الآثار التي قد تحدث جراء التخلص من هذه المواد او اعادة استخدامها.

جوانب سلبية

أما المخاطر، وفقا للخبراء، فتحدث لدى اجتماع عاملين معا، هما الخطر والتعرض. فإذا لم يتعرَّض احد لهذه المواد، فإنها لن تشكل خطرا عليه، حتى لو كانت خطيرة.
وقد وجد العلماء مؤشرات على ان بعض المواد الدقيقة تحتاج عناية خاصة في التعامل معها، فقد اوصى «المعهد القومي للأمان والسلامة الحرفية» بأن يتخذ الموظفون الاحتياطات اللازمة في التعاطي مع المواد الجديدة، بما في ذلك الرقابات الهندسية والادارية ومعدات الحماية الشخصية، كي يتفادى العمال التعرض لبعض المواد الدقيقة.
وفي الوقت ذاته، فإن بعض الاحتياطات ضرورية، ان يكتشف الباحثون ان المواد الدقيقة قد تقدم حلولا محتملة للمخاطر من تكنولوجيات ومواد اخرى، فقد اكتشف الباحثون في جامعة رايس الاميركية (في هيوستن) اخيرا ان التفاعلات المغناطيسية بين بقع الصدأ الدقيقة قد تساعد في ازالة الزرنيخ من مياه الشرب. اذ يتم التبليغ عن آلاف الحالات من التسمم الناتج عن الزرنيخ في مياه الشرب كل عام.
ويدرس علماء الاجتماع والاخلاق وغيرهم الدلالات الاوسع للتكنولوجيا الدقيقة. فكيف يمكن استخدام المنتجات المصنعة من خلال التكنولوجيا الدقيقة؟ وهل يمكن ان تنطوي بعض منافع التكنولوجيا الدقيقة على جوانب سلبية؟ فخذ الهواتف النقالة نموذجا، اذ يمكن الاتصال او تلقي اتصال وانت في اي مكان ، ولكن لا يمكنك تجنب ضجيج واصوات الآخرين وانت في مطعم او سينما او حين تستقل قطارا او حافلة ركاب او المترو. فالبحوث حول الدلالات المجتمعية للتكنولوجيا الدقيقة سوف تساعد في تحديد التأثيرات الايجابية او السلبية، بحيث يمكننا ادراك الفوائد ، وتقليل او تفادي الآثار غير المرغوب فيها.

الآفاق المستقبلية للتكنولوجيا الدقيقة

لقد بدأ بعض العلماء والمهندسين الاميركيين يعثرون على طرق جديدة لاستخدام التكنولوجيا الدقيقة من اجل تحسين العالم الذي نعيش فيه. فالعلماء يتخيلون عالماً تقدّم فيه مواد جديدة مصممة على مستوى ذري او جزيئي طرقاً واقعيةً معتدلة التكلفة لتسخير مصادر الطاقة المتجددة وابقاء بيئتنا نظيفة. فهذه التكنولوجيا تمكن الاطباء من اكتشاف المرض في مراحله المبكرة كالسرطان وامراض القلب والسكري بواسطة علاجات اكثر فاعلية واكثر اماناً. كما يخترعون تكنولوجيات جديدة للوقاية من الاسلحة التقليدية والبيولوجية والكيماوية. وعلى الرغم من التحديات الكثيرة التي تعترض هذا السبيل، فإن التكنولوجيا الدقيقة تنتج بالفعل مدى واسعاً من المواد المفيدة للانسان وتشير الى حدوث اختراقات في مناح عدة. فقد فتحت هذه التكنولوجيا الباب لمزيد من البحث العلمي على مستوى الجزيئات، وعالماً من الفرص الجديدة.

ما المبادرة القومية للتكنولوجيا الدقيقة؟

تشارك خمس وعشرون ادارة وهيئة اميركية في المبادرة القومية للتكنولوجيا الدقيقة، الامر الذي يوفر التنسيق بين مختلف جهود البحث والتطوير التي تموّلها الحكومة الاميركية. وتهدف المبادرة الى تأكيد الريادة الاميركية في مخترعات التكنولوجيا الدقيقة من اجل تحسين الاوضاع الانسانية صحياً واقتصادياً، فضلاً عن تعزيز الامن القومي.
وتستمر وكالات «المبادرة» في البحوث الاساسية من اجل فهم افضل لظاهرة المواد ذات الابعاد الدقيقة ولتسهيل نقل التكنولوجيا. ويتحمل المنتجون المسؤولية عن امن منتجاتهم، بينما تتحمل وكالات الانضباط في الحكومة الاميركية المسؤولية عن حماية الصحة العامة والبيئة. وتضم وكالات الانضباط لجنة سلامة المنتجات الاستهلاكية ووزارة الزراعة ووزارة النقل ووكالة حماية البيئة ووكالة الرقابة على الاغذية والادوية وادارة الصحة والسلامة المهنية.

1- تطبيقات ومنتجات التكنولوجيا الدقيقة
تعتبر الدندريمات Dendrimers شكلا من اشكال الهياكل الدقيقة المصممة والمصنعة تحديدا لمدى واسع من التطبيقات بما في ذلك علاج السرطان وامراض اخرى، ويمكن للدندريمات الحاملة لمواد مختلفة على فروعها، القيام بالعديد من المهام في وقت واحد مثل التعريف على الخلايا المريضة وتشخيص حالة المرضى (بما في ذلك موت الخلية) وتقديم الادوية وتحديد طبيعة المرض ونتيجة العلاج.

2 ــ تقنيات فلترة المياه

يجري الباحثون التجارب على الاغشية التي تعتمد في تصنيعها على انابيب الكربون الدقيقة من اجل تقطير المياه والمجسات الدقيقة لتحديد اي تلوث في انظمة المياه، والمواد الدقيقة الاخرى، المحتمل الاستفادة منها في فلترة وتنقية المياه تشمل ثاني اكسيد التيتانيوم الدقيق المستخدمة في النظارات الشمسية والتي اثبتت قدرتها على تحييد البكتيريا بما فيها بكتيريا «ايكولي» E.Coli في المياه.

3 ــ الأفلام
يمكن استخدام مواد مختلفة ذات ابعاد دقيقة في الافلام الرقيقة لجعلها راشحة للماء وغير عاكسة وتنظف نفسها بنفسها ومضادة للاشعة فوق البنفسجية ومضادة للضباب والميكروبات والخدوش او توصيل الكهرباء، وتستخدم الافلام الدقيقة الآن في النظارات الشمسية وشاشات الكمبيوتر والكاميرات لحماية او معالجة اسطحها.

4 ــ الأنابيب أو الصمامات المفرغة

تستخدم الانابيب الكربونية في مضارب البيسبول والتنس وبعض قطع غيار السيارات بسبب قوتها الميكانيكية الاكبر ووزنها الخفيف مقارنة بالمواد التقليدية، وقد جعلت الخصائص الالكترونية الانابيب الكربونية مفضلة للاستخدام في شاشات التلفزيونات والبطاريات والالكترونيات الاخرى، ويمكن تصنيع الانابيب الدقيقة من اجل استخدامات اخرى من مواد اخرى غير الكربون.

5 ــ الترانزيستورات

الترانزيستورات التي تستخدم فيها كمية صغيرة من الكهرباء تقوم بدور اشبه بالبوابة لضبط تدفق كميات اكبر من الكهرباء، ففي اجهزة الكمبيوتر كلما زاد عدد الترانزيستورات زادت قوة الجهاز الالكتروني.
لقد تم تصغير حجم الترانزيستور كثيراً على مدى السنوات القليلة الماضية، ولذلك اصبحت الكمبيوترات اقوى، وحتى وقت قريب، كان حجم الترانزيستور 65 نانوميترا ولكن حجمها تقلص اخيراً الى 45 نانوميترا.

النانوميتر واحد على مليار من المتر. ويصعب على المرء قياس أو تخيّل هذا الحجم.. ولتخيل هذا الحجم هذه بعض التوضيحات:
-قصاصة الورق يبلغ سمكها 100 ألف نانوميتر
-كل انش يتكون من 25400000 نانوميتر
-الشعرة الشقراء يبلغ قطرها من 15-20 ألف نانوميتر والشعرة السمراء يبلغ قطرها 50-180 ألف نانوميتر
-النانوميتر يساوي واحدا على مليون من الميللمتر

[/SIZE القبس

[ahmedyoussef]

شكرااااااااااا يا اخي بارك الله فيك زادك من علمه

[أبن رام الله]

مشكور اخي العزيز على هذا الموضوع الرائع