نانوبیوفناوری/بیونانوفناوری(nanobio/bionanotechnology)

چیست؟

این
علم در واقع کاربرد علم نانوفناوری در علوم مربوط به زیست بوده و شامل دو
دستاورد مهم می‌باشد، یکی از آن‌ها کاربرد ابزار در مقیاس نانو است که
می‌تواند در سیستم‌های زیستی به کار رود و دیگری به کارگیری سیستم‌های
زیستی به عنوان الگوی گسترش محصولات در مقیاس نانو می باشد.

چرا از نانوبیوفناوری استفاده می‌کنیم؟

1. طبیعت
اولین مخترع آن بوده و میلیون‌ها سال است که به تولید نانوماشین‌ها و ...
می‌پردازد. همانطور که حیوانات، گیاهان و دیگر موجودات زنده را از یک تک
سلول بیلوژیکی به وجود می‌آورد.

2. علم زیست فناوری (بیوتکنولوژی)
می تواند دنیای فیزیکی علومی چون الکترونیک، کامپیوتر، مواد و طریقه ساخت
آن ها را تحت تاثیر قرار دهد در نتیجه می‌تواند با فناوری نانو مشترکاتی
داشته باشد.

محصولات و زمینه های فعالیت بیونانوتکنولوژی

برخی از محصولات و زمینه های فعالیت بیونانوتکنولوژی عبارتند از:

1. بیونانوماشین ها:
مهم ترین زمینه کاربرد بیونانوتکنولوژی، ساخت بیونانوماشین ها ماشین های
مولکولی با ابعادی در حد نانومتر است. در یک باکتری هزاران بیونانوماشین
مختلف وجود دارد. نمونه آنها، ریبوزوم دستگاه بسته بندی پروتئین است که
محصولات نانومتری پروتئین ها را تولید می کند. از خصوصیات خوب
بیونانوماشین ها به عنوان مثال حسگرهای نوری یا آنتی بادی ها، امکان
هیبریدکردن آنها با وسایل سیلیکونی با استفاده از فرآیند میکرولیتوگرافی
است. به این ترتیب با ایجاد پیوند بین دنیای نانویی بیونانوماشین و دنیای
ماکروی کامپیوتر، امکان حسگری مستقیم و بررسی وقایع نانویی را می توان به
وجود آورد. نمونه کاربردی این سیستم، ساخت شبکیه مصنوعی با استفاده از
پروتئین باکتریورودوپسین است.

2. مواد زیستی:
کاربرد دیگر بیونانوتکنولوژی، ساخت مواد زیستی مستحکم و زیست تخریب پذیر
است. از جمله این مواد می توان به DNA و پروتئین ها اشاره کرد. موارد
کاربرد این مواد و به خصوص در زمینه پزشکی متعدد است. از جمله موارد
کاربرد این مواد، استفاده از آنها به عنوان بلوک های سازنده نانومدارها و
در نهایت ساخت وسایل نانویی Nano-Device است.

3. موتورهای بیومولکولی:
موتورهای بیومولکولی، موتورهای محرکه سلول هستند که معمولا از دو یا چند
پروتئین تشکیل شده اند و انرژی شیمیایی عموما به شکل ATP را به حرکت
مکانیکی تبدیل می کنند. از جمله این موتورها، می توان به پروتئین میوزین
اشاره کرد که باعث حرکت فیلامنت ها می شود،( پروتئین های درگیر در تعمیر
DNA یا ویرایش RNA به عنوان مثال، آنزیم های برشی و ATPase). از این
موتورها در ساخت نانوروبات ها و شبکه هادی ها و ترانزیستورهای مولکولی
قابل استفاده در مدارهای الکترونیکی استفاده می شود.

4. پزشکی:
بحث مربوط به کاربرد این علم در پزشکی بسیار مهم است همچنانکه بسیاری از
کشورهای پیشرفته بودجه‌های کلانی را به این بخش اختصاص داده¬اند، همچنین
این زمینه به زیر موضوعاتی که در زیر شرح داده شده تقسیم می‌گردد:

• چگونگی کاربرد نانوبیوفناوری را در پزشکی:

نانوبیوفناوری
می تواند کلیدی برای روشهای تشخیصی سریع ترو آسان تر بیماری ها در
آزمایشات گوناگونی باشد که برای تشخیص پارامترها، ساخت بیو چیپ ها و...
انجام می شوند.

این علم همچنین می تواند تولید محصولات بافتی مهندسی
شده و مصنوعی را گسترش دهد. جالب آنست بافت های مصنوعی ذکر شده می توانند
از بافت خود شخص بدست آیند.

• دیگر کاربردهای روش های نانوبیوفناوری در پزشکی:

این
علم علاوه بر بدست دادن روش های مختلف، مطابقت ارگان های حیوانات و انسان
را برای کشف راه هایی برای ساخت موادی که بتوانند جایگزین دندان و استخوان
شوند تست می کند.

نانوبیوفناوری همچنین راه هایی برای تولید اندام
هایی همچون شبکیه، حلزونی گوش و زیر لایه هایی که الگوی نانویی دارند و
برای سرعت بخشیدن به رشد این اندام موثرند ارائه داده و بازسازی بافت ها
را احیا می کند. کاربردهایی که پیشرفت آنها مهم تر می نماید عبارتند از:
پیوند بافت های خارجی، جایگزینی استخوان و دندان، آنالیز پروتئین و ژن،
پیوندهای بافتی داخلی و کاربردهای نانوفناوری در آزمودن دستگاه ها و دیگر
انواع دستگاه های پزشکی.

نانوبیوتکنولوژی و رابطه آن با بیونانوتکنولوژی

اما
نانوبیوتکنولوژی نیز واژه دیگری است که در سال های اخیر، محققان و صاحب
نظران در کتب، مقالات و کنفرانس ها به کار می برند. طبق تعریف برخی از این
محققان، نانوبیوتکنولوژی، زیرمجموعه ای از نانوتکنولوژی است که در آن از
ابزارها و فرآیندهای نانویی و میکرونی برای ساخت و تهیه محصولاتی استفاده
می شود که در مطالعه سیستم های زنده استفاده می شوند. برخی دیگر از
محققان، نانوبیوتکنولوژی را زمینه ای از نانوتکنولوژی می دانند که در آن
از سیستم های بیولوژیکی موجود، همچون سلول، اجزای سلولی، اسیدهای نوکلئیک
و پروتئین ها برای ایجاد ساختارهای نانویی تلفیقی مرکب از مواد آلی و
معدنی استفاده می شود.

بیونانو یا نانوبیو؟

اگر به
مفهوم و هدف دو زیرشاخه نانوفناوری یعنی بیونانوفناوری و نانوبیوفناوری
نگاه شود، می‌‌‌‌توان فهمید که اهداف هر دو شاخه یعنی تولید محصولاتی که
جهت مطالعه سیستم های زنده به کار می روند و همچنین فرآیندها و مقیاس
فعالیت هر دو شاخه یعنی مقیاس های در سطح نانو، تقریبا یکسان است.
بنابراین می توان این دو شاخه را به صورت کلی با نام نانوبیوفناوری نامید.
منتها زمانی که به طور صرف، از الگوها و مواد زیستی جهت ساخت وسایل در
ابعاد نانو استفاده می شود، بهتر است پیشوند «بیو» مقدم بر پیشوند «نانو»
بیاید. در این حالت، کاربرد واژه بیونانوفناوری تخصصی تر از واژه
نانوبیوفناوری خواهد بود.

درواقع می‌‌‌‌توان بیونانوفناوری را شکلی
خاص از نانوبیوفناوری دانست که مبنای آن، استفاده از موادزیستی برای مثال
پروتئین ها یا DNA جهت ساخت وسایل نانویی است.

اما در هنگام استعمال واژه نانوبیوفناوری، استفاده از ابزارهای نانویی در کاربردهای بیولوژیک نیز مورد نظر خواهد بود.

نتیجه‌گیری و چشم‌انداز

از
مجموع مباحث فوق نتیجه گرفته شد که " بیونانوفناوری " یک حوزه نوین ناشی
از تلفیق علوم زیستی و مهندسی در حوزه نانو است که افق‌های جدیدی را در
زمینة ساخت و توسعه سیستم‌های تلفیقی به‌وجود آورده و محققان را امیدوار
کرده‌است که بتوانند از این تلفیق، در ساخت نانوساختارهایی استفاده کنند
که در آنها از مولکول‌های بیولوژیکی به‌عنوان اجزای سیستم مورد نظر
استفاده شود؛ به‌عنوان مثال، از استراتژی‌ طراحی بیولوژیک بتوانند در ساخت
چارچوب‌های جداشدنی و الگویی برای چینش ( Assembly ) پایین به بالای
(فرآیندی که طی آن، سازماندهی مولکولی، بدون دخالت نیروی خارجی صورت
می‌گیرد) مواد معمول‌تر، استفاده کنند. این توانمندی نه‌تنها در حل مسائل
مهمی در علوم زیستی چون کاوش و شناسایی دقیق ساختار موجودات زنده کابرد
خواهد داشت، بلکه می‌تواند محققان را در رفع چالش‌های عمده مهندسی همچون
نیاز به تکنیک‌های نوین جهت سنتز مواد و دستکاری آنها یاری دهد و به این
ترتیب دنیای نانو را به دنیای ماکرو وصل کند. به‌عبارت دیگر این شاخه مهم
علمی (یعنی بیونانوفناوری)، به زودی قابلیت کاربرد در حوزه‌های مختلف
غیرزیستی و حوزه‌های کاربردی ماکرو را خواهد داشت؛ کاربردهایی که هرچند در
حوزه زیستی نیستند ولی الهام گرفته از فرآیندهای زیستی ( Bio-inspired )
هستند.