بازار و فرصت‌های نانوتکنولوژی

در حقیقت بیشتر بخش های آماری، داده های مرتبط با نانوتکنولوژی را جمع آوری نمی کنند. این مسئله تا حدی به دلیل این است که نانوتکنولوژی یک زمینه ی به نسبت جدید از علم و تکنولوژی است. یکی دیگر از عوامل، ماهیت بین رشته ای بودن این زمینه می باشد. مشخص است که تخمین پتانسیل بازار موجود بیشتر از طریق اطلاعات مربوط به بخش های خصوصی انجام می شود. نانوتکنولوژی، تکنولوژی گران قیمت و پیچده ای است و این مسئله دلیلی از این موضوع است که چرا این تکنولوژی بوسیله ی شرکت های غنی و سازمان هایی بیشتر مد نظر است که می توانند به خوبی منابع مالی و مسائل فنی را جذب کنند. علاوه بر این، زمان نتیجه گیری برای این تکنولوژی طولانی است و از این رو، نانوتکنولوژی برای بازگشت سریع سرمایه، مناسب نیست. برای مثال، Lux Research می گوید: فروش محصولات وابسته به نانوتکنولوژی، از کمتر از 0.1 % خروجی تولید امروزی، به 15 % تولید در سال 2014 می رسد. این میزان از تولید، در حدود 2.6 تریلیون دلار است. این مقدار در آینده ی نزدیک به میزان درآمد مربوط به تکنولوژی اطلاعات و صنعت تلکام می رسد. در واقع گفته می شود که عواید ناشی از فروش محصولات تولید شده با استفاده از نانوتکنولوژی، هم اکنون به عددی 11 رقمی رسیده است و در سال 2010، این میزان 12 رقمی می شود. در واقع این میزان در سال 2015، به 13 رقم نیز می رسد. شکل 1 نشاندهنده ی یک بررسی از اقتصاد ایالات متحده ی آمریکا در این زمینه می باشد. این پیش بینی ها باید با دقت در نظر گرفته شوند زیرا همانگونه که گفته شد، این محصولات در واقع محصولاتی هستند که نانوتکنولوژی در آنها دخیل است و یا با استفاده از نانوتکنولوژی تولید شده اند. Lux میزان فروش نانومواد پایه مانند نانوتیوب های کربنی را در سال 2014، معادل 13 میلیارد دلار ارزیابی کرده است. اگر چه این دقت بیان این مقادیر ممکن است بحث انگیز باشد، سه فاز رشد در این میان به نظر منطقی می رسد:
1. در سال های پیش از 2009، نانوتکنولوژی به صورت انتخابی در محصولات با کیفیت بالا مورد استفاده قرار می گرفت مخصوصاً در صنعت خودرو و هوافضا.
2. در سال 2009، بازارهای تجاری به روی محصولات نانویی باز شد. کاربردهای الکترونیکی و IT در این مورد غالب می باشند و میکروپروسسورها و چیپ های حافظه با استفاده از فرایندهای نانومقیاس تولید شدند و وارد باز شدند.
3. از سال 2010 به بعد، نانوتکنولوژی به صورت پیش پا افتاده برای تولید محصولات مورد استفاده قرار گرفت. کاربردهای مرتبط با علوم بهداشت و علوم زیستی اهمیت قابل توجهی پیدا کرد و به همین صورت، محصولات دارویی بر پایه ی نانو و وسایل پزشکی مربوطه به منظور درمان انسان مورد استفاده قرار گرفت.
بعد از دوره ی اولیه، مخترعین بالقوه از نانوتکنولوژی استفاده کردند. در حالی که انگیزه و شور ایجاد شده بوسیله ی نانوتکنولوژی ممکن است یادآور نحوه ی توسعه ی اینترنت و تغییر جهان باشد، دو تفاوت اساسی وجود دارد که ممکن است حباب تصورات در مورد نانو را منهدم کند:
نانوتکنولوژی، تکنولوژی گران قیمت و پیچده ای است و این مسئله دلیلی از این موضوع است که چرا این تکنولوژی بوسیله ی شرکت های غنی و سازمان هایی بیشتر مد نظر است که می توانند به خوبی منابع مالی و مسائل فنی را جذب کنند. علاوه بر این، زمان نتیجه گیری برای این تکنولوژی طولانی است و از این رو، نانوتکنولوژی برای بازگشت سریع سرمایه، مناسب نیست.

مثال های موردی: پزشکی

کاربردهای پزشکی و مسائل مربوط به زیستن، ممکن است بهترین بازار برای نانوتکنولوژی را تشکیل دهند. تکنولوژی آزمایشگاه بر روی چیپ هم اکنون برای بررسی حیوانات مورد استفاده قرار گرفته است و آزمایش های بالینی برای دارورسانی نیز انجام شده است. به هر حال، فرایندهای تأیید در این زمینه، ممکن است بدین معنا باشد که زمان بیشتری نیاز است تا مزیت های سلامتی مربوط به استفاده کننده و مزیت های اقتصادی تولید کننده، تعیین شود. وعده ی نانوتکنولوژی از این حقیقت نشئت می گیرد که وسایل نانومتری ابعادی 100 تا 10 هزار برابر کوچکتر از مولکول های بیولوژیکی مانند آنزیم ها و دریافت کننده ها، دارند. برای مثال، هموگلوبین مولکول حمل کننده ی اکسیژن در سلول های قرمز خون، تقریباً 5 نانومتر قطر دارد وDNA نیز قطری برابر 0.5 نانومتر دارد، در حالی که یک کوانتم دات ابعادی مشابه با ابعاد پروتئین های کوچک دارد. وسایل کوچکتر از 50 نانومتر، می توانند به سهولت وارد بیشتر سلول ها شوند، در حالی که مواد با ابعاد کوچکتر از 20 نانومتر، می توانند در زمان چرخش در خون داخل بدن، از رگ های خونی خارج شوند.
به دلیل اندازه ی کوچک، وسایل نانومقیاس می توانند به سهولت با بیومولکول های موجود در داخل سلول ها واکنش دهند. با دسترسی به بخش های گسترده ای از بدن، آنها پتانسیل تشخیص بیماری ها و دارو رسانی با روش های جدید را دارا می باشند.
نانوتکنولوژی فرصت های مناسبی برای مطالعه ی سلول های مختلف بدن در سطح مولکولی و سلولی فراهم آورده است. این بررسی می تواند موجب تشخیص بیماری در مراحل اولیه گردد. همچنین علم نانوتکنولوژی می تواند برخی از ویژگی های نانومقیاس طبیعی را به خدمت بگیرد و امید است که بخش های نانوساختار مصنوعی توسعه یابد که بتوان بوسیله ی آنها ارگان های آسیب دیده ی بدن را اصلاح کرد مشابه نانوساختارهای بیولوژیکی طبیعی مانند سلول های سفید خون.
تحقیقات سرطان نشان می دهد که بسیاری از پتانسیل های پزشکی مربوط به نانوتکنولوژی در دراز مدت بروز می کند. این امید است که وسایل ما مقیاس نانومتری بتواند به توسعه ی موارد زیر کمک کند:
• توسعه ی عوامل تصویربرداری و تشخیص دهنده ای که اجازه ی تشخیص بالینی سرطان در مراحل اولیه را مقدور کند.
• سیستم هایی که می تواند ارزیابی های زمان واقعی راا برای بررسی میزان درمان و اثربخشی جراحی ارائه دهد و بدین صورت، مسائل بالینی، کاهش یابد.
• وسایل هدفمند با چندین عملکرد نیز قادر به عبور از موانع زیستی و تحویل عوامل درمانی به صورت مستقیم به سلول های سرطانی و بافت هایی هستند. این مورد نقش مهمی در انجام نقش های حیاتی مربوط به رشد و متاستاز سلول های سرطانی ایفا می کند.
• عواملی که می تواند تغییرات مولکولی قابل پیش بینی را تشخیص دهد و بتواند از بدخیم شدن سلول ها، جلوگیری به عمل آید.
• روش های جدیدی که بوسیله ی آنها قابلیت مدیریت علائم سرطان مقدور می شود. این علائم موجب اثرات منفی بر روی کیفیت زندگی است.
• ابزارهای تحقیقی که قادر به تشخیص سریع اهداف جدید برای توسعه و پیش بینی مقاومت دارویی می باشد.

بیشتر بخوانید: نانوتکنولوژی: چشم‌انداز آینده

 

دارو رسانی

این کاربرد یکی از کاربردهای خوب از نانوتکنولوژی در پزشکی است. داروها باید در طی انتقال به داخل بدن، محافظت شوند و بتوانند خواص زیستی و شیمیایی خود را حفظ کنند. وقتی یک دارو به مقصد خود می رسد، این نیاز است تا این دارو با سرعتی مناسب رهایش یابد تا بدین صورت، اثربخشی خوبی داشته باشد. این فرایند کپسوله کردن نامیده می شود و نانوتکنولوژی می تواند هم در نفوذ و هم در تخریب مواد کپسوله شده، یاری رسان باشد. در واقع دارو باید پس از انتقال مؤثر، به شیوه ی مناسب، رهایش یابد. کپسوله کردن نانوذرات همچنین برای درمان ناهنجاری های عصبی و تحویل مولکول های درمانی به صورت مستقیم به سیستم اعصاب مرکزی، استفاده می شوند. این مواد می توانند به سولت از موانع موجود در این بخش ها، عبور کنند.
کاربردها نیز شامل درمان پارکینسون، بیماری هانتینگتون، آلزایمر، ALS و بیماری های چشم، می باشد.

ترمیم و جایگزینی

بافت ها و اندام های آسیب دیده بوسلیه ی مواد مصنوعی جایگزین می شوند و نانوتکنولوژی یک گستره از پوشش های زیست سازگارپذیر را برای تولید امپلنت ها، توسعه می دهد که موجب بهبود چسبندگی، دوام و طول عمر آنها می شود. انواع جدید از نانومواد به عنوان پوشش های امپلنتی مورد ارزیابی قرار گرفتند و این فهمیده شده است که این مواد دارای خواص سطح مشترک بهبود یافته ای هستند. برای مثال، نانوپلیمرها می توانند برای پوشش دهی ادواتی مورد استفاده قرار گیرد که با خون در تماس هستند. روش های تولید نانومواد و نانوتکنولوژی به منظور تولید داربست های بازسازی بافت، مورد استفاده قرار می گیرند. هدف نهایی از رشد این موادف تولید اندام های پیچیده می باشد. مثال های این مواد عبارتند از پلیمرهای قالب گیری شده برای تولید دریچه های قلب و نانوکامپوزیت های پلیمری مورد استفاده برای تولید داربست های استخوانی.
راه حل های تجاری قابل اطمینان طی چند سال آینده بوجود می آید و موجب می شود تا چالش های علمی خاص مربوطه، به دلیل آگاهی یافتن بهتر از بیولوژی مولکولی- سلولی، حل شوند. با این کار، قابلیت تولید داربست های سه بعدی بزرگ، بوجود می آید.
نانوساختارها مواد مطمئنی برای تولید امپلنت های موقت می باشد مثلا امپلنت های زیست تخریب پذیر. این مواد بعد از عملیات های متعاقب، حذف می شوند. محققین همچنین بر وری تولید غشاهای مش بندی انعطاف پذیر نانوالیاف کار می کنند. این بخش ها می توانند در عمل قلب باز بر روی بافت قلب تعبیه شوند. این مش ها می توانند بوسیله ی آنتی بیوتیک ها و سایر داروها، اشباع شوند و به صورت مستقیم بر روی بافت داخلی اعمال شوند.
چیپ های زیرجلدی هم اکنون نیز برای تولید بخش های ارزیابی پیوسته ی پارامترهای حیاتی بدن، مانند ضربات قلب، دما و گلوکز خون، استفاده می شوند. یکی دیگر از استفاده های بالقوه از این مواد در تولید میکروسنسورهای نوری است که به صورت زیر جلدی و برای ارزیابی گردش خون بافت پس از جراحی، در بدن کاشته می شوند. این در حالی است که نوع سوم از این سنسورها، از MEMS و تشدید کننده ها برای اندازه گیری کرنش، شتاب و سرعت زاویه ای و پارامترهای مربوطه، استفاده می کنند. سنسورهای کاشتنی می توانند همچنین با وسایلی کار کنند که به صورت اتوماتیک درمان را نیز تجویز می کنند (مانند سیستم های تزریق مایع و یا تزریق دارو). کاربردهای اولیه ممکن است شامل شیمی درمانی است که به صورت مستقیم تومورهای موجود در روده ی بزرگ را هدف می گیرند و به گونه ای برنامه ریزی شده اند که مقدار دقیقی از دارو را در زمان معین، رهایش می دهند (مثلا بعد از اینکه بیمار خوابید). سنسورهایی که میزان فعالیت قلب را اندازه گیری می کنند، می توانند همچنین به همراه دستگاه های شوک دهنده و یا تنظیم کننده ی ضربان قلب کاشت شوند.

شنیدن ودیدن

روش های نانومتری و میکرومتری برای توسعه ی یک نسل جدید از وسایل قدرتمندتری مورد استفاده قرار گرفته اند که بوسیله ی آنها قابلیت دیدن و شنیدن، بهبود می یابد. یک روش استفاده از یک دوربین بسیار کوچک است که به عینک افراد متصل می شوند. این دوربین سیگنال هایی را به میکروکامپیوتر موجود در کمربند فرد ارسال کرده و بدین صورت پیام ها از طریق آرایه های الکترودی قرار گرفته در چشم، انتقال می یابند. یک روش دیگر، استفاده از یک امپلنت در زیر شبکیه فرد می باشد که در واقع یک دریافت کننده ی نوری در شبکیه تشکیل می دهد. این امپلنت از آرایه های میکروالکترودی تشکیل شده است و بوسیله ی سلول های خورشیدی میکروسکوپی، انرژی خود را تأمین می کند.
برای گوش دادن، یک مبدل کاشتی به صورت فشاری به یک استخوان در گوش میانی می چسبد و بدین صورت با نوسان این استخوان، مایع در داخل گوش میانی، به حرکت در می آید. این مسئله موجب تحریک اعصاب شنوایی می شود. یک آرایه در سری این وسیله قرار دارد که از 128 الکترود تشکیل شده است. این الکترودها 5 برابر الکترودهای موجود در وسایل کنونی می باشد و می تواند به صورت کامل شنوایی را ایجاد کند. امپلنت به یک میکروپروسسور، یک میکروفون و وسایل مربوطه بر روی یک قطعه سوار می شود و در پشت گوش قرار داده می شود. این بخش می تواند صداها را دریافت کرده و آنها را از طریق یک سیم به سوراخ کوچکی در گوش میانی، ارسال کند.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Opportunities and risks of nanotechnologies/ Report in co-operation with the OECD international futures programme