نانو بیوتکنولوژی
نانوتکنولوژی، چنان که از اسم آن برمی آید ، با اجسامی به ابعاد نانو سر وکار دارد . نانو تکنولوژی در سه سطح قابل بررسی است : مواد ، ابزارها و سیستم ها . در حال حاضر در سطح مواد ، پیشرفت های بیشتری نسبت به دو سطح دیگر حاصل شده است . موادی را که در نانو تکنولوژی به کار می روند نانوذره نیز می نامند . در دهه ی گذشته ، بیش تر پژوهش ها در مورد نانوذره ها روی خواص آن ها متمرکز بوده است . خواص فیزیکی وشیمیایی نانوذره ها به اندازه ی آن ها وابسته است و این موضوع برای دانشمندان جالب می بمود . اما در حال حاضر ، پژوهش های گسترده ای روی کاربرد این در حال انجام است .برای آن که تصویری ار ریزی نانوذره ها داشته باشیم ، بهتر است آن را با ابعاد سلول مقایسه نماییم . اندازه ی متوسط سلول یوکاریوتی 10 میکرومتر است . بدیهی است ، اندامک های سلول از این نیز ریزترند . از اندامک ها ریزتر ماکرومولکول ها هستند . اندازه ی متوسط یک پروتئین 5 نانومتر است که با ریزترین جسم ساخت دست بشر قابل مقایسه است .بنابراین می توان با به کار گیری نانوذره ها نوعی مامور مخفی به درون سلول فرستاد و به کمک آن ، از بعضی رازهای نهفته در سلول پرده برداری نمود . این ذرات آن قدر ریزند که تداخل عمده ای در کار سلول به وجود نمی آورند. پیشرفت در زمینه ی نانوبیوتکنولوژی نیازمند درک وقایع زیستی در سطح نانو است . از میان خواص فیزیکی وابسته به اندازه ی ذرات نانو ، خواص نوری ( اپتیکال ) و مغناطیسی این ذرات ، بیش ترین کاربرد های زیستی را دارند . استفاده از نانو تکنولوژی در علوم زیستی به تولد و گرایش جدیدی از این فناوری منجر شده است:
- نشانگرهای زیستی فلورسنت
- ترابری دارو و ژن
- تشخیص زیستی پاتوژن ها
- جست وجو در ساختار DNA
- مهندسی بافت
- تخریب تومور از طریق گرمادهی به آن (هیپرترمیا)
- جداسازی و خالص سازی مولکول های زیستی و سلول ها
- بهبود تباین (کنتراست)MRI
- مطالعات فاگوکینتیک
آيا بيونانوتكنولوژي با نانوبيوتكنولوژي متفاوت است؟
با پيشرفت علم و تکنولوژي در جهان، مرتباّ بر تعداد واژه‌هاي تخصصي افزوده مي‌شود. در اين ميان، گسترش علوم و تکنولوژي نانو و تعامل آن با بيوتکنولوژي، منجر به توليد و کاربرد واژه‌هايي چون بيونانوتکنولوژي و نانوبيوتکنولوژي در گفته‌ها و نوشته‌هاي محققان مختلف در سطح جهان شده است. آشنايي محققان و سياستگذاران علمي کشور با اين واژه‌ها، مي‌تواند آنها را در مطالعات و تصميم‌گيري‌ها ياري کند. در اين مطلب، سعي شده است با استفاده از منابع اينترنتي، مقالات و کتب موجود و همچنين استفاده از نظرات برخي متخصصين امر، تعاريف ساده‌اي از دو واژة بيونانوتکنولوژي و نانوبيوتکنولوژي ارايه شود.
برخي از صاحب نظران، بيونانوتکنولوژي را به‌عنوان زيرمجموعه‌اي از نانوتکنولوژي، به اين صورت تعريف کرده‌اند: " مطالعه و ايجاد ارتباط بين بيولوژي مولکولي ساختاري و نانوتکنولوژي مولکولي ". برخي ديگر، آن را به‌عنوان زير مجموعه‌اي از بيوتکنولوژي بدين شکل تعريف کرده‌اند: " به‌کارگيري پتانسيل بالقوة بيولوژي در ساخت و سازماندهي ساختارهاي پيچيده با استفاده از مواد ساده و با دقت در حد اتم ". در اين زمينه، تنها تفاوتي که بين بيونانوتکنولوژي و بيوتکنولوژي وجود دارد اين است که طراحي و ساخت در مقياس نانو جزء لاينفک پروژه‌هاي بيونانوتکنولوژي است در حالي‌که در پروژه‌هاي بيوتکنولوژي، نيازي به فهم و طراحي در حد نانو نيست.
چنان‌که ملاحظه مي‌گردد، برخلاف تعريف " بيوتکنولوژي" که به معني فناوري استفاده از موجودات زنده و اجزاي موجودات زنده در راستاي نيازهاي صنايع مختلف است و همچنين برخلاف تعاريف واژه‌هايي چون "بيومتريال" و "بيومکانيک" که معمولا به‌معني استفاده از قابليت‌هاي فناوري‌هاي "مواد" و يا "مکانيک" در کاربردهاي زيستي است، در تعريف بيونانوتکنولوژي، هم کاربرد ابزارهاي بيولوژيکي به‌عنوان سازمان‌دهنده و ماده اوليه جهت ساخت محصولات و مواد نانويي، مورد توجه است و هم کاربرد محصولات توليدي تکنولوژي نانو، جهت مطالعة وقايع درون سلول‌هاي زنده و تشخيص و معالجة بيماري‌ها. آنچه مسلم است ظهور اين زمينة تحقيقاتي، حاصل تغيير عقيدة بسياري از محققان در استفاده از راهکارهاي پايين به بالا ( Bottom-Up approach ) به جاي استفاده از راهکار بالا به پايين ( Top-Down approach ) جهت ساخت وسايل و مواد بسيار ريز است. در راهکارهاي بالا به پايين نانوتکنولوژي، سعي بر اين است که وسايل موجود مرتبا کوچکتر شوند؛ به اين راهکار، نانوتکنولوژي مکانيکي نيز گفته مي‌شود. اما در راهکار پايين به بالا، هدف ايجاد ساختارهاي ريز از طريق اتصال اتم‌ها و مولکولها به‌يکديگر است؛ در اين راهکار از الگوهاي بيولوژيکي بهره گيري مي‌شود.
نانوبيوتکنولوژي و رابطة آن با بيونانوتکنولوژي
اما نانوبيوتکنولوژي نيز واژه ديگري است که در سالهاي اخير، محققان و صاحب‌نظران در کتب، مقالات و کنفرانس‌ها به کار مي‌برند. طبق تعريف برخي از اين محققان، نانوبيوتکنولوژي، زيرمجموعه‌اي از نانوتکنولوژي است که در آن از ابزارها و فرآيندهاي نانويي و ميکروني براي ساخت و تهيه محصولاتي استفاده مي‌شود که در مطالعه سيستم‌هاي زنده استفاده مي‌شوند . برخي ديگر از محققان، نانوبيوتکنولوژي را زمينه‌اي از نانوتکنولوژي مي‌دانند که در آن از سيستم‌هاي بيولوژيکي موجود، همچون سلول، اجزاي سلولي، اسيدهاي نوکلئيک و پروتئين‌ها براي ايجاد ساختارهاي نانويي تلفيقي (مرکب از مواد آلي و معدني) استفاده مي‌شود.اگر به مفهوم و هدف دو زيرشاخة نانوتکنولوژي يعني بيونانوتکنولوژي و نانوبيوتکنولوژي نگاه شود، ميتوان فهميد که اهداف هر دو شاخه (يعني توليد محصولاتي که جهت مطالعة سيستم‌هاي زنده به کار مي‌روند) و همچنين فرآيندها و مقياس فعاليت هر دو شاخه (يعني مقياس‌هاي در سطح نانو)، تقريبا يکسان است. بنابراين ميتوان اين دو شاخه را به صورت کلي با نام نانوبيوتکنولوژي ناميد. منتهي زماني که به‌طور صرف، از الگوها و مواد زيستي جهت ساخت وسايل در ابعاد نانو استفاده مي‌شود، بهتر است پيشوند "بيو" مقدم بر پيشوند "نانو" بيايد. در اين حالت، کاربرد واژه بيونانوتکنولوژي تخصصي‌تر از واژه نانوبيوتکنولوژي خواهد بود. ميتوان بيونانوتکنولوژي را شکلي خاص از نانوبيوتکنولوژي دانست که مبناي آن، استفاده از موادزيستي (براي مثال پروتئين‌ها يا DNA ) جهت ساخت وسايل نانويي است؛ اما در هنگام استعمال واژة نانوبيوتکنولوژي، استفاده از ابزارهاي نانويي در کاربردهاي بيولوژيک نيز مورد نظر خواهد بود. بار ديگر تأکيد مي‌شود که کاربرد هر کدام از اين دو واژه، تا حد زيادي سليقه‌اي است و به زمينة تخصصي محققان مختلف، بستگي دارد
بيوتكنولوژي، بيونانوتكنولوژي و نانوبيوتكنولوژي: مرزها و هم پوشاني ها، تشابهات و تمايزات
بيو تکنولوژي در اوائل قرن بيستم وارد عرصه جهاني شد ليکن مهندسي بيوفرايند بعد از جنگ جهاني دوم و با توليد صنعتي پني سيلين به روش تخمير وارد معادلات علمي تجاري و اقتصادي جهان گرديد. بيو تکنولوژي يک مفهوم کلي و يک موضوع بين رشته اي مي باشد که دامنه و سيعي از علم (مهندسي، پزشکي، کشاورزي، صنايع غذايي ...) را شامل مي شود. شايد يکي از تعاريف ساده و نزديک به ذهن در بيوتکنولوژي انواع دسته بند يهاي محصولات حاصل از تخمير باشد که به چهار دسته مهم تقسيم مي شود:
• مولکولهاي کوچک ( (Small Molecules
• ماکرو مولکولها (مانند آنزيمها و پروتئين ها)
• مواد ساده سلولي (مانند مخمر نان)
• محصولات کمپلکس (مانند غذاهاي تخميري و محصولات کشاورزي)
ماکرومولکولها که از مهمترين اين محصولات مي باشند بخش بسيار وسيعي از فرايندهاي بالا دستي و پايين دستي بيو تکنولوژي را به خود اختصاص داده و بيو تکنولوژي نيز بيشترين پيشرفت و توسعه را به اين دست از محصولات اختصاص داده است. به لحاظ اهميت و گستره اين محصولات لقب نسل اول مواد و يا محصولات بيو تکنولوژيکي ( First Generation ) را مي توان به آنها اطلاق نمود. اما در سالهاي اخير علاقه مندي بشر به نسل ديگري از محصولات بيو تکنولوژيکي روز بروز افزون شده و تا جايي که تکنيکهاي بالا دستي و پايين دستي را کاملا تحت شعاع خود قرار داده است. امروزه نياز فراواني براي توليد، بازيافت و خالص سازي نانو بيو مواد (محصولات) نظير پلاسميد DNA و ويروس ها براي ژن درماني، اسمبلي ماکرومولکولها (مانند پروتئين نانو ساختارها) بعنوان حامل دارو و ذرات ويروس مانند (Virus-like particle) براي استفاده در واکسن ها ( Vaccine components ) وجود دارد و محققين خود را مواجه با مشکلات و معضلات جديدي در اين خصوص مي بينند. نانو بيو مواد بواسطه اندازه ويژه شان (با قطر10-300 نانو متر) ، شيمي سطح پيچيده و ارگانيزمهاي دروني شان تکنيکهاي بلا دستي و پايين دستي گسترش يافته براي نسل اول مواد بيولوژيکي را به مخاطره انداخته و روش هاي جديدي را براي توليد و بازيافت طلب مي نمايند. به همين منظوربا يک دسته بندي منطقي ميتوان اين دست از محصولات بيو تکنولوژيکي را نسل دوم ( Second Generation ) محصولات ناميده و راه کارهاي جديد را در مواجهه با آنها جستجو نمود. نانوتكنولوژي مجموعه‌ي است از فناوري‌هايي كه بصورت انفرادي يا با هم جهت در به كارگيري و يا درك بهتر علوم مورد استفاده قرا رمي‌گيرند. بعضي از اين فناوريها هم‌اكنون در دسترس‌اند و بعضي نيز در حال توسعه و پيشرفت مي‌باشند كه ممكن است در طي سالها و يا دهه‌هاي بعد مورد استفاده واقع شوند. بيوتكنولوژي جزء فناوري‌هاي در حال توسعه مي‌باشد كه با به كارگيري مفهوم نانو به پيشرفتهاي بيشتري دست خواهد يافت. يک تعريف کلاسيک از تعامل بيوتكنولوژي و نانوتكنولوژي بصورت زير بيان مي گردد:
" بيوتكنولوژي به نانوتكنولوژي مدل ارئه مي دهد در حالي که نانوتكنولوژي با در اختيار گذاشتن ابزار براي بيوتكنولوژي آنرا براي رسيدن به اهدافش ياري مي رساند."
پر واضح است که تعامل بيوتكنولوژي و نانوتكنولوژي ويا به تعبيري نانوبيوتكنولوژي بسيار فراتر از اين مي باشد. شايد بتوان گفت نانوبيوتكنولوژي استفاده از قابليت هاي نانو در کاربردهاي زيستي است و اين شاخه از فناوري به ما اجازه مي دهد تا اجزا و ترکيبات را داخل سلولها بصورت عام قرار داده و يا با استفاده از روش هاي جديد خو آرايي و مکان آرايي در موج اول نانوبيوتكنولوژي نانو بيو مواد را ساخته و با تکنيکهاي پيشرفته به خالص سازي و بازيافت آنها بپردازيم. بي گمان زمينه ها و فازهاي بعدي اين فناوري جديد به توليد وسايل نانو بيو ( موج دوم ) و در نهايت به ارائه ماشين هاي هوشمند و روباط ها منجر خواهد شد ( موج سوم ) که کاربردهاي فراواني در حوزه هاي مهم بيوتكنولوژي مانند پزشکي، کشاورزي و صنايع غذايي خواهند داشت. سوالي که به ذهن متواتر شده و محققان و متخصصان به علوم بيوتكنولوژي ونانو بيوتكنولوژي را متوجه آن کرده است اين است که مرز بيوتکنولوژي و نانوبيوتکنولوژي در کجاست ؟ اگرچه اين دوفناوري هم پوشانيهاي زيادي دارند و به تعبيري داراي مرزهاي نامشخص ( ( Fuzzy مي باشند اما شايد دسته بندي محصولات بيوتکنولوژيکي به نسل اول و نسل دوم کمک قابل توجه اي به اين موضوع بنمايد .حوزه اي از فناوري که با توليد، باز يافت و بکارگيري نسل دوم مواد و محصولات بيوتکنولوژيکي سروکار دارد ، همان نانوبيو موادي که توليد و بازيافت و خالص سازيشان خصوصا" در ابعاد صنعتي به شدت تکنيک هاي موجود را به مخاطره انداخته و روشهاي نوين را مي طلبد، مي تواند محدوده کاري نانوبيوتکنولوژي و يا بيونانوتکنولوژي باشد . با تقسيم بندي اولويت هاي تحقيقاتي نانوبيوتکنولوژي به سه موج نانو بيو مواد، نانو وسايل و نانو ماشين ها (همانگونه که در متن بالا به آن اشاره شد) ، لزوم تمايز بيو تکنولوژي و نانو بيو تکنولوژي بطور وضوح در محدوده کاري موج اول نانو بيو تکنولوژي خود را نمايان مي سازند چون بي ترديد موج هاي دوم و سوم اين فناوري هم پوشاني بسيار ناچيزي با بيوتکنولوژي به معناي عام خواهند داشت. اما موضوع بعدي که ضرورت شفاف سازي و بيان وا ژه ها در آن مهم مي باشد تشابه و تمايز نانوبيوتکنولوژي و بيونانوتکنولوژي مي باشد. به بيان ديگر اصولا فرقي بين اين دو واژه وجود دارد و اگر چنين است اين تمايزات چيست؟ براي ساخت تمام نانو مواد ها (ذرات ها) همواره دو روش در نانو تکنولوژي مد نظر مي باشد، ابتدا روشهاي بالا به پايين Top down) ) وسپس روش هاي پايين به بالا ( (Bottom up . نانو بيو ذرات نيز از اين قاعده مثتثني نبوده و بوسيله يکي از اين دو روش توليد مي شوند. اگر يک نانو بيو محصول از روش هاي بالا به پايين توليد شود، به بيان ديگر با تکيه بر اصول و مباني اصلي بيو تکنولوژي، و در ادامه با روش هاي اصلاح شده خالص سازي و بازيافت که با کمک تکنيکهاي جديد توسعه يافته و براي محصولات نسل دوم (نانو بيو مواد ها) بکار گرفته مي شود به محصول نهايي ( (End product تبديل شود، به اين مجموعه از فناوريها بيونانو تکنولوژي اطاق مي شود. به عنوان مثال بيوراکتوري را در نظر بگيريد که يک سلول حيواني خاص در آن کشت داده شده و در شرايط ويژه رشد نمايد. محصول مورد نظر يک ويروس درون سلولي مي باشد که براي استفاده در ژن درماني با درجه خلوصي ويژه مورد نياز مي باشد. بدين ترتيب نانو بيو محصول مورد نظر در درون سلول توليد شده و سپس بازيافت مي شود (از بالا به پايين). از طرفي ديگر اگر با بهره وري مستقيم از فناوري نانو يک نانو بيو محصول از پايين به بالا ساخته شود مي توان اين حوزه از فناوري نانو را نانوبيو تکنولوژي دانست. مثال واضح آن توليد تمام نانو بيو ذرات از طريق خود آرايي و مکان آرايي مي باشد که بادر کنارهم قرارگرفتن اجزا تشکيل دهنده، محصول مطلوب توليد مي شود. اسمبلي ماکرومولکولها و بطور خاص پروتئين نانو ساختارها از مثال هاي جالب توليد از پايين به بالاي نانو بيو مواد مي باشد که مي توانند بعنوان حاملهاي دارو استفاده شوند. بکارگيري اين روش در ابعاد آزمايشگاهي خوشبختانه در داخل کشور آغاز شده و در حال گسترش وتکامل مي باشد. بطور کل بنظر مي رسد که دنيا در ساخت مواد از بالا به پايين تا حدودي زيادي موفق بوده است و از ساخت توده اي مواد وبازيافشان (بيونانو تکنولوژي) و رسيدن به بيوذرات در اندازه نانو بهره ها برده و ما نيز بايد با برنامه ريزي مدون در داخل اين مهم را گسترش داده و تقويت نماييم ( البته در اندازه هاي آزمايشگاهي موفق بوده ايم و بايد در فاز بعدي به سمت توليد انبوه و صنعتي برويم ). ساخت از پايين به بالاي بيوذرات در دستور کار مراکز تحقيقاتي جهان قرار دارد و پيش بيني ها حاکي از آن است که دنيا بتواند به توليدات قابل توجه اي در اين خصوص تا سال 2015 ميلادي دست يابد. بمانند مبحث قبلي (مرزهاي بيو تکنولوژي و نانوبيو تکنولوژي) با عبور از موج اول تحقيقات و توليدات، اهميت شفاف سازي واژه ها بين بيونانو تکنولوژي ونانو بيو تکنولوژي نيز کم رنگ شده ونانو بيو تکنولوژي تا حد زيادي موج هاي دوم و سوم تحقيقات و فعاليتها را در انحصار خود قرار مي دهد. محققان همواره براي رسيدن به اهداف ريز و درشت علمي تحقيقاتي خود نيازمند به دسته بندي ها و اولويت بنديها مي باشند. با توفيقات نسبتا" خوبي که در زمينه هاي تحقيقاتي بيونانو تکنولوژي در فرايندهاي بالا دستي بوجود آمده است، لزوم توجه بيشتر به فرايندهاي پايين دستي بيونانو تکنولوژي بيش از پيش نمايان مي شود. البته نياز پژوهش گران به بهينه سازي توليد نانو بيو مواد در ابعاد صنعتي همچنان از دغدغه هاي جدي در سالهاي آينده مي باشد. در کنار بيونانو تکنولوژي که به تعبيري مقدم بر نانو بيوتکنولوژي مي باشد، بايد با جديت به نانو بيوتکنولوژي و سه موج مهم آن پرداخت و بر اساس اولويتهاي مطرح شده براي رسيدن به اهداف کوتاه مدت، ميان مدت و بلند مدت برنام ريزي نمود تا بتوان همگام با ديگران در جهان شعار تعلق قرن بيست و يکم به نانو تکنولوژي را منصه ظهور رساند.
کاربرد های نانو بیوتکنولوژی:
- نشانگرهای زیستی فلورسنت
- ترابری دارو و ژن
- تشخیص زیستی پاتوژن ها
- جست وجو در ساختار DNA
- مهندسی بافت
- تخریب تومور از طریق گرمادهی به آن (هیپرترمیا)
- جداسازی و خالص سازی مولکول های زیستی و سلول ها
- بهبود تباین (کنتراست)MRI
- مطالعات فاگوکینتیک
نشان گر های زیستی :
آيا بيونانوتكنولوژي با نانوبيوتكنولوژي متفاوت است؟
با پيشرفت علم و تکنولوژي در جهان، مرتباّ بر تعداد واژه‌هاي تخصصي افزوده مي‌شود. در اين ميان، گسترش علوم و تکنولوژي نانو و تعامل آن با بيوتکنولوژي، منجر به توليد و کاربرد واژه‌هايي چون بيونانوتکنولوژي و نانوبيوتکنولوژي در گفته‌ها و نوشته‌هاي محققان مختلف در سطح جهان شده است. آشنايي محققان و سياستگذاران علمي کشور با اين واژه‌ها، مي‌تواند آنها را در مطالعات و تصميم‌گيري‌ها ياري کند. در اين مطلب، سعي شده است با استفاده از منابع اينترنتي، مقالات و کتب موجود و همچنين استفاده از نظرات برخي متخصصين امر، تعاريف ساده‌اي از دو واژة بيونانوتکنولوژي و نانوبيوتکنولوژي ارايه شود.
مفهوم و زمينة کاربرد بيونانوتکنولوژي
برخي از صاحب نظران، بيونانوتکنولوژي را به‌عنوان زيرمجموعه‌اي از نانوتکنولوژي، به اين صورت تعريف کرده‌اند: " مطالعه و ايجاد ارتباط بين بيولوژي مولکولي ساختاري و نانوتکنولوژي مولکولي ". برخي ديگر، آن را به‌عنوان زير مجموعه‌اي از بيوتکنولوژي بدين شکل تعريف کرده‌اند: " به‌کارگيري پتانسيل بالقوة بيولوژي در ساخت و سازماندهي ساختارهاي پيچيده با استفاده از مواد ساده و با دقت در حد اتم ". در اين زمينه، تنها تفاوتي که بين بيونانوتکنولوژي و بيوتکنولوژي وجود دارد اين است که طراحي و ساخت در مقياس نانو جزء لاينفک پروژه‌هاي بيونانوتکنولوژي است در حالي‌که در پروژه‌هاي بيوتکنولوژي، نيازي به فهم و طراحي در حد نانو نيست.
چنان‌که ملاحظه مي‌گردد، برخلاف تعريف " بيوتکنولوژي" که به معني فناوري استفاده از موجودات زنده و اجزاي موجودات زنده در راستاي نيازهاي صنايع مختلف است و همچنين برخلاف تعاريف واژه‌هايي چون "بيومتريال" و "بيومکانيک" که معمولا به‌معني استفاده از قابليت‌هاي فناوري‌هاي "مواد" و يا "مکانيک" در کاربردهاي زيستي است، در تعريف بيونانوتکنولوژي، هم کاربرد ابزارهاي بيولوژيکي به‌عنوان سازمان‌دهنده و ماده اوليه جهت ساخت محصولات و مواد نانويي، مورد توجه است و هم کاربرد محصولات توليدي تکنولوژي نانو، جهت مطالعة وقايع درون سلول‌هاي زنده و تشخيص و معالجة بيماري‌ها. آنچه مسلم است ظهور اين زمينة تحقيقاتي، حاصل تغيير عقيدة بسياري از محققان در استفاده از راهکارهاي پايين به بالا ( Bottom-Up approach ) به جاي استفاده از راهکار بالا به پايين ( Top-Down approach ) جهت ساخت وسايل و مواد بسيار ريز است. در راهکارهاي بالا به پايين نانوتکنولوژي، سعي بر اين است که وسايل موجود مرتبا کوچکتر شوند؛ به اين راهکار، نانوتکنولوژي مکانيکي نيز گفته مي‌شود. اما در راهکار پايين به بالا، هدف ايجاد ساختارهاي ريز از طريق اتصال اتم‌ها و مولکولها به‌يکديگر است؛ در اين راهکار از الگوهاي بيولوژيکي بهره گيري مي‌شود.
محصولات و زمينه‌هاي فعاليت بيونانوتکنولوژي
برخي از محصولات و زمينه‌هاي فعاليت بيونانوتکنولوژي عبارتند از:
1- بيونانوماشين‌ها
2- مواد زيستي ( Biomaterial )
3- موتورهاي بيومولکولي
نانوبيوتکنولوژي و رابطة آن با بيونانوتکنولوژي
اما نانوبيوتکنولوژي نيز واژه ديگري است که در سالهاي اخير، محققان و صاحب‌نظران در کتب، مقالات و کنفرانس‌ها به کار مي‌برند. طبق تعريف برخي از اين محققان، نانوبيوتکنولوژي، زيرمجموعه‌اي از نانوتکنولوژي است که در آن از ابزارها و فرآيندهاي نانويي و ميکروني براي ساخت و تهيه محصولاتي استفاده مي‌شود که در مطالعه سيستم‌هاي زنده استفاده مي‌شوند . برخي ديگر از محققان، نانوبيوتکنولوژي را زمينه‌اي از نانوتکنولوژي مي‌دانند که در آن از سيستم‌هاي بيولوژيکي موجود، همچون سلول، اجزاي سلولي، اسيدهاي نوکلئيک و پروتئين‌ها براي ايجاد ساختارهاي نانويي تلفيقي (مرکب از مواد آلي و معدني) استفاده مي‌شود.اگر به مفهوم و هدف دو زيرشاخة نانوتکنولوژي يعني بيونانوتکنولوژي و نانوبيوتکنولوژي نگاه شود، ميتوان فهميد که اهداف هر دو شاخه (يعني توليد محصولاتي که جهت مطالعة سيستم‌هاي زنده به کار مي‌روند) و همچنين فرآيندها و مقياس فعاليت هر دو شاخه (يعني مقياس‌هاي در سطح نانو)، تقريبا يکسان است. بنابراين ميتوان اين دو شاخه را به صورت کلي با نام نانوبيوتکنولوژي ناميد. منتهي زماني که به‌طور صرف، از الگوها و مواد زيستي جهت ساخت وسايل در ابعاد نانو استفاده مي‌شود، بهتر است پيشوند "بيو" مقدم بر پيشوند "نانو" بيايد. در اين حالت، کاربرد واژه بيونانوتکنولوژي تخصصي‌تر از واژه نانوبيوتکنولوژي خواهد بود. ميتوان بيونانوتکنولوژي را شکلي خاص از نانوبيوتکنولوژي دانست که مبناي آن، استفاده از موادزيستي (براي مثال پروتئين‌ها يا DNA ) جهت ساخت وسايل نانويي است؛ اما در هنگام استعمال واژة نانوبيوتکنولوژي، استفاده از ابزارهاي نانويي در کاربردهاي بيولوژيک نيز مورد نظر خواهد بود. بار ديگر تأکيد مي‌شود که کاربرد هر کدام از اين دو واژه، تا حد زيادي سليقه‌اي است و به زمينة تخصصي محققان مختلف، بستگي دارد
نتيجه‌گيري و چشم‌انداز
بيوتكنولوژي، بيونانوتكنولوژي و نانوبيوتكنولوژي: مرزها و هم پوشاني ها، تشابهات و تمايزات
بيو تکنولوژي در اوائل قرن بيستم وارد عرصه جهاني شد ليکن مهندسي بيوفرايند بعد از جنگ جهاني دوم و با توليد صنعتي پني سيلين به روش تخمير وارد معادلات علمي تجاري و اقتصادي جهان گرديد. بيو تکنولوژي يک مفهوم کلي و يک موضوع بين رشته اي مي باشد که دامنه و سيعي از علم (مهندسي، پزشکي، کشاورزي، صنايع غذايي ...) را شامل مي شود. شايد يکي از تعاريف ساده و نزديک به ذهن در بيوتکنولوژي انواع دسته بند يهاي محصولات حاصل از تخمير باشد که به چهار دسته مهم تقسيم مي شود:
• مولکولهاي کوچک ( (Small Molecules
• ماکرو مولکولها (مانند آنزيمها و پروتئين ها)
• مواد ساده سلولي (مانند مخمر نان)
• محصولات کمپلکس (مانند غذاهاي تخميري و محصولات کشاورزي)
ماکرومولکولها که از مهمترين اين محصولات مي باشند بخش بسيار وسيعي از فرايندهاي بالا دستي و پايين دستي بيو تکنولوژي را به خود اختصاص داده و بيو تکنولوژي نيز بيشترين پيشرفت و توسعه را به اين دست از محصولات اختصاص داده است. به لحاظ اهميت و گستره اين محصولات لقب نسل اول مواد و يا محصولات بيو تکنولوژيکي ( First Generation ) را مي توان به آنها اطلاق نمود. اما در سالهاي اخير علاقه مندي بشر به نسل ديگري از محصولات بيو تکنولوژيکي روز بروز افزون شده و تا جايي که تکنيکهاي بالا دستي و پايين دستي را کاملا تحت شعاع خود قرار داده است. امروزه نياز فراواني براي توليد، بازيافت و خالص سازي نانو بيو مواد (محصولات) نظير پلاسميد DNA و ويروس ها براي ژن درماني، اسمبلي ماکرومولکولها (مانند پروتئين نانو ساختارها) بعنوان حامل دارو و ذرات ويروس مانند (Virus-like particle) براي استفاده در واکسن ها ( Vaccine components ) وجود دارد و محققين خود را مواجه با مشکلات و معضلات جديدي در اين خصوص مي بينند. نانو بيو مواد بواسطه اندازه ويژه شان (با قطر10-300 نانو متر) ، شيمي سطح پيچيده و ارگانيزمهاي دروني شان تکنيکهاي بلا دستي و پايين دستي گسترش يافته براي نسل اول مواد بيولوژيکي را به مخاطره انداخته و روش هاي جديدي را براي توليد و بازيافت طلب مي نمايند. به همين منظوربا يک دسته بندي منطقي ميتوان اين دست از محصولات بيو تکنولوژيکي را نسل دوم ( Second Generation ) محصولات ناميده و راه کارهاي جديد را در مواجهه با آنها جستجو نمود. نانوتكنولوژي مجموعه‌ي است از فناوري‌هايي كه بصورت انفرادي يا با هم جهت در به كارگيري و يا درك بهتر علوم مورد استفاده قرا رمي‌گيرند. بعضي از اين فناوريها هم‌اكنون در دسترس‌اند و بعضي نيز در حال توسعه و پيشرفت مي‌باشند كه ممكن است در طي سالها و يا دهه‌هاي بعد مورد استفاده واقع شوند. بيوتكنولوژي جزء فناوري‌هاي در حال توسعه مي‌باشد كه با به كارگيري مفهوم نانو به پيشرفتهاي بيشتري دست خواهد يافت. يک تعريف کلاسيک از تعامل بيوتكنولوژي و نانوتكنولوژي بصورت زير بيان مي گردد:
" بيوتكنولوژي به نانوتكنولوژي مدل ارئه مي دهد در حالي که نانوتكنولوژي با در اختيار گذاشتن ابزار براي بيوتكنولوژي آنرا براي رسيدن به اهدافش ياري مي رساند."
پر واضح است که تعامل بيوتكنولوژي و نانوتكنولوژي ويا به تعبيري نانوبيوتكنولوژي بسيار فراتر از اين مي باشد. شايد بتوان گفت نانوبيوتكنولوژي استفاده از قابليت هاي نانو در کاربردهاي زيستي است و اين شاخه از فناوري به ما اجازه مي دهد تا اجزا و ترکيبات را داخل سلولها بصورت عام قرار داده و يا با استفاده از روش هاي جديد خو آرايي و مکان آرايي در موج اول نانوبيوتكنولوژي نانو بيو مواد را ساخته و با تکنيکهاي پيشرفته به خالص سازي و بازيافت آنها بپردازيم. بي گمان زمينه ها و فازهاي بعدي اين فناوري جديد به توليد وسايل نانو بيو ( موج دوم ) و در نهايت به ارائه ماشين هاي هوشمند و روباط ها منجر خواهد شد ( موج سوم ) که کاربردهاي فراواني در حوزه هاي مهم بيوتكنولوژي مانند پزشکي، کشاورزي و صنايع غذايي خواهند داشت. سوالي که به ذهن متواتر شده و محققان و متخصصان به علوم بيوتكنولوژي ونانو بيوتكنولوژي را متوجه آن کرده است اين است که مرز بيوتکنولوژي و نانوبيوتکنولوژي در کجاست ؟ اگرچه اين دوفناوري هم پوشانيهاي زيادي دارند و به تعبيري داراي مرزهاي نامشخص ( ( Fuzzy مي باشند اما شايد دسته بندي محصولات بيوتکنولوژيکي به نسل اول و نسل دوم کمک قابل توجه اي به اين موضوع بنمايد .حوزه اي از فناوري که با توليد، باز يافت و بکارگيري نسل دوم مواد و محصولات بيوتکنولوژيکي سروکار دارد ، همان نانوبيو موادي که توليد و بازيافت و خالص سازيشان خصوصا" در ابعاد صنعتي به شدت تکنيک هاي موجود را به مخاطره انداخته و روشهاي نوين را مي طلبد، مي تواند محدوده کاري نانوبيوتکنولوژي و يا بيونانوتکنولوژي باشد . با تقسيم بندي اولويت هاي تحقيقاتي نانوبيوتکنولوژي به سه موج نانو بيو مواد، نانو وسايل و نانو ماشين ها (همانگونه که در متن بالا به آن اشاره شد) ، لزوم تمايز بيو تکنولوژي و نانو بيو تکنولوژي بطور وضوح در محدوده کاري موج اول نانو بيو تکنولوژي خود را نمايان مي سازند چون بي ترديد موج هاي دوم و سوم اين فناوري هم پوشاني بسيار ناچيزي با بيوتکنولوژي به معناي عام خواهند داشت. اما موضوع بعدي که ضرورت شفاف سازي و بيان وا ژه ها در آن مهم مي باشد تشابه و تمايز نانوبيوتکنولوژي و بيونانوتکنولوژي مي باشد. به بيان ديگر اصولا فرقي بين اين دو واژه وجود دارد و اگر چنين است اين تمايزات چيست؟ براي ساخت تمام نانو مواد ها (ذرات ها) همواره دو روش در نانو تکنولوژي مد نظر مي باشد، ابتدا روشهاي بالا به پايين Top down) ) وسپس روش هاي پايين به بالا ( (Bottom up . نانو بيو ذرات نيز از اين قاعده مثتثني نبوده و بوسيله يکي از اين دو روش توليد مي شوند. اگر يک نانو بيو محصول از روش هاي بالا به پايين توليد شود، به بيان ديگر با تکيه بر اصول و مباني اصلي بيو تکنولوژي، و در ادامه با روش هاي اصلاح شده خالص سازي و بازيافت که با کمک تکنيکهاي جديد توسعه يافته و براي محصولات نسل دوم (نانو بيو مواد ها) بکار گرفته مي شود به محصول نهايي ( (End product تبديل شود، به اين مجموعه از فناوريها بيونانو تکنولوژي اطاق مي شود. به عنوان مثال بيوراکتوري را در نظر بگيريد که يک سلول حيواني خاص در آن کشت داده شده و در شرايط ويژه رشد نمايد. محصول مورد نظر يک ويروس درون سلولي مي باشد که براي استفاده در ژن درماني با درجه خلوصي ويژه مورد نياز مي باشد. بدين ترتيب نانو بيو محصول مورد نظر در درون سلول توليد شده و سپس بازيافت مي شود (از بالا به پايين). از طرفي ديگر اگر با بهره وري مستقيم از فناوري نانو يک نانو بيو محصول از پايين به بالا ساخته شود مي توان اين حوزه از فناوري نانو را نانوبيو تکنولوژي دانست. مثال واضح آن توليد تمام نانو بيو ذرات از طريق خود آرايي و مکان آرايي مي باشد که بادر کنارهم قرارگرفتن اجزا تشکيل دهنده، محصول مطلوب توليد مي شود. اسمبلي ماکرومولکولها و بطور خاص پروتئين نانو ساختارها از مثال هاي جالب توليد از پايين به بالاي نانو بيو مواد مي باشد که مي توانند بعنوان حاملهاي دارو استفاده شوند. بکارگيري اين روش در ابعاد آزمايشگاهي خوشبختانه در داخل کشور آغاز شده و در حال گسترش وتکامل مي باشد. بطور کل بنظر مي رسد که دنيا در ساخت مواد از بالا به پايين تا حدودي زيادي موفق بوده است و از ساخت توده اي مواد وبازيافشان (بيونانو تکنولوژي) و رسيدن به بيوذرات در اندازه نانو بهره ها برده و ما نيز بايد با برنامه ريزي مدون در داخل اين مهم را گسترش داده و تقويت نماييم ( البته در اندازه هاي آزمايشگاهي موفق بوده ايم و بايد در فاز بعدي به سمت توليد انبوه و صنعتي برويم ). ساخت از پايين به بالاي بيوذرات در دستور کار مراکز تحقيقاتي جهان قرار دارد و پيش بيني ها حاکي از آن است که دنيا بتواند به توليدات قابل توجه اي در اين خصوص تا سال 2015 ميلادي دست يابد. بمانند مبحث قبلي (مرزهاي بيو تکنولوژي و نانوبيو تکنولوژي) با عبور از موج اول تحقيقات و توليدات، اهميت شفاف سازي واژه ها بين بيونانو تکنولوژي ونانو بيو تکنولوژي نيز کم رنگ شده ونانو بيو تکنولوژي تا حد زيادي موج هاي دوم و سوم تحقيقات و فعاليتها را در انحصار خود قرار مي دهد. محققان همواره براي رسيدن به اهداف ريز و درشت علمي تحقيقاتي خود نيازمند به دسته بندي ها و اولويت بنديها مي باشند. با توفيقات نسبتا" خوبي که در زمينه هاي تحقيقاتي بيونانو تکنولوژي در فرايندهاي بالا دستي بوجود آمده است، لزوم توجه بيشتر به فرايندهاي پايين دستي بيونانو تکنولوژي بيش از پيش نمايان مي شود. البته نياز پژوهش گران به بهينه سازي توليد نانو بيو مواد در ابعاد صنعتي همچنان از دغدغه هاي جدي در سالهاي آينده مي باشد. در کنار بيونانو تکنولوژي که به تعبيري مقدم بر نانو بيوتکنولوژي مي باشد، بايد با جديت به نانو بيوتکنولوژي و سه موج مهم آن پرداخت و بر اساس اولويتهاي مطرح شده براي رسيدن به اهداف کوتاه مدت، ميان مدت و بلند مدت برنام ريزي نمود تا بتوان همگام با ديگران در جهان شعار تعلق قرن بيست و يکم به نانو تکنولوژي را منصه ظهور رساند.
منابع: :
www.itan.ir
http://www.irche.com
http://nano.ir/
