التطبيقات الطبية المستقبلية لتقنية النانو تكنولوجي

التطبيقات الطبية لتقنية النانو هي التطبيقات الأهم لهذه التقنية من بين كل التطبيقات المتوقعة من هذه التقنية الحديثة و ذلك لإرتباطها المباشر بحياة و صحة الإنسان، فتقنية النانو تعد بالكثير من التطبيقات الطبية المتعلقة بالتشخيص الدقيق و العلاج عالي الكفاءة و كذلك الكثير من التطبيقات في مجال الرعاية الصحية، فمواجهة أكثر الأمراض فتكا بالإنسان مثل امراض السرطان ستكون ممكنة بإذن الله في غضون العشر سنوات القادمة

 و ذلك من خلال طب النانو nano-medicine  والذي بدأت الكثير من أبحاثه و تطبيقاته التجريبية في الكثير من مراكز الأبحاث حول العالم، و في ما يلي سنعرض أهم التطبيقات الطبية المستقبلية لتقنية النانو.

جهاز الناتئ النانوني (الكانتيلفير)

الكانتيلفير cantilever هو جهاز دقيق جداً بمقياس النانو حيث تقارب ابعاده أبعاد كرية الدم البيضاء وهو أحد اجهزة النانو المستقبيلة و التي تستطيع رصد و إكتشاف الخلايا المصابة بالسرطان وذلك من خلال إنحناء نتوأتها الدقيقة. واجهزة النانو كانتيلفير يمكن تصميمها هندسياً بشكل خاص يمكنها من الأرتباط بالخلايا التي تشير تغيراتها إلى الإصابة بأنواع مختلفة من امراض السرطان. وتتميز هذه الأجهزة بقدرتها الفائقة على تشخيص خلايا السرطان في مراحلها المبكرة، وذلك بدقة تصل الى حد إكتشاف خلية سرطانية واحدة، والجدير بالذكر أن هذه الأجهزة أجهزة النانو كانتليفير مازالت في مراحل تطويرها الأولى، وهي من تطبيقات تقنية النانو المتقدمة جداً والتي مازالت في حاجة لمزيد من البحث والدراسة.

أجهزة النانو "الكانتيليفر" تستطيع إكتشاف خلايا السرطان بدقة فائقة تصل الى حد رصد خلية سرطانية واحدة.

توصيل الأدوية

من المعلوم ان علم الأدوية من العلوم التي تحتاج لدقة عالية وذلك لإرتباطها إرتباطاً مباشراً بصحة الإنسان، فوصول كمية كبيرة من الدواء الى أعضاء الجسم الغير مصابة تقلل من فعالية الدواء و تؤدي الى حدوث أثار جانبية غير مرغوب فيها. فعلى سبيل المثال نجد أن الوسائل التقليدية لمعالجة مرض السرطان كالعلاج الكيميائي والإشعاعي تؤدي الى اثار جانبية كبيرة مع إنخفاض فعاليتها في معالجة هذا المرض، وعليه فإن من المهم ان يتم إيصال الادوية المضادة للسرطان الى الاجزاء المصابة بدقة متناهية جداً للحصول على أقصى فائدة ممكنة من الدواء.وحالياً يعكف العلماء على دراسة أحد تطبيقات النانو المستقبلية والمتمثلة في تقنية إيصال الدواء بإستخدام أحد أجهزة النانو والذي يسمى الديندريمر Dendrimer وهو أحد أجهزة النانو الخاصة بإيصال الدواء والقادرة على الدخول بسهولة الى الخلايا المصابة و تزويدها بكميات متعددة من الدواء دون حدوث اي نتائج سلبية. و أجهزة "النانو ديندريم"ر" تتميز بقدرتها على تحديد الخلايا المصابة وعلاجها وكذلك إعطاء تقرير عن مدى فعالية الدواء.

أجهزة النانوالخاصة بتوصيل الدواء (ديندريمرز) تتميز بقدرتها على اكتشاف الخلايا المصابة وتشخيص نوع الإصابة وكذلك تتميز بقدرتها على معالجة هذه الخلايا.

أصداف النانو و السرطان

تعتبر اصداف النانو Nanoshells من الوسائل المستقبيلة الفعالة في علاج السرطان ،فأصداف النانو عبارة عن كريات نانو تصنع عادة من السيليكا مغطاة بقشرة رقيقة جدا من الذهب كما ذكرنا في قسم "جسيمات النانو"، حيث يستطيع العلماء إلصاق مضادات حيوية بأصداف النانو لها قدرة عالية على التعرف على الخلايا المصابة بالسرطان مما يمكنها من استهداف خلايا السرطان و الإلتصاق بها بدقة متناهية، ثم يسلط عليها بعد ذلك إشعاع كهرومغناطيسي مثل "الأشعة تحت الحمراء" وذلك بإستخدام الليز حيث تتفاعل هذه الجسيمات مع هذا الإشعاع و تقوم بتحويله إلى طاقة حرارية تصل ألى أكثر من 100 درجة مئوية مما يؤدي الى تدمير الورم كلياً دون المساس بالخلايا السليمة، ويتم التحكم في كمية الحرارة المعطاة عن طريق التحكم في سماكة جسيمات الذهب وايضاً نوع الليزر المستخدم. و الجدير بالذكر أنه قد تم إستخدام هذه الطريقة الجديدة في علاج الأورام في تجارب فئران الإختبار واثبتت نجاحها المذهل دون حدوث أثار جانبية، لذلك من المحتمل إجراء تجارب على الإنسان في السنوات القليلة القادمة وفي حالة نجاحها ستنتهي معها بإذن الله معانات البشرية مع مرض السرطان الخبيث. و إعتمادا على نفس المبدأ فيمكن إستخدام جسيمات "النانو ذهب" nano-gold في تشخيص وعلاج سرطان الفم، فبنفس الطريقة التي شرحناها يتم استهداف خلايا السرطان بجسيمات النانو ذهب ومن ثم يتم تسخينها بإستخدام إشعاع مناسب لتدمير الورم كلياً دون حدوث تأثيرات جانبية. و من التطبيقات المعتمدة على أصداف النانو إيضا تطبيق آخر يتم فيه إيصال الدواء بالكمية المطلوبة و إلى المكان المطلوب بدقة و كفائة عاليتين حيث يلصق مستودع الدواء المصنوع من البوليمر "البلاستك" بأصداف النانو الذهبية لتكوين ما يعرف بأسم " قذائف النانو" و التي توجة يعد ذلك للمكان المطلوب علاجة و عند إتصالها به يتم تعريضها لإشعاع مناسب يؤدي إلى تسخين هذه الأصداف كما أوضحنا سابقا، حيث تعمل الحرارة على صهر مستودع الدواء الملتصق بهذه الأصداف و من ثم ينتشر الدواء في الجزء المصاب و الذي قد يكون خلية واحدة فقط، مما يساعد على التحكم في الجرعة المعطاه لهذا الجزء المصاب و معالجته بالكمية المناسبة و بدون إي أضرار جانية.

شكل مبسط يوضح المبدأ الأساسي لعمل أصداف النانو في علاج الخلايا السرطانية.

بعض مصطلحات تقنية النانو

AFM ميكروسكوب القوة الذرية

هو عبارة عن مجهر يعطي معلومات عن تضاريس سطح المادة بدقة تصل الى المستوى الذري . حيث تعمل مجساته على مسح تضاريس المواد بدقة متناهية عن طريق حساب اي مقاومة يتعرض لها المجس.

Nano-biosensors جهاز الاستشعار البيولوجي

هو جهاز إستشعار متقدم يتستخدم للكشف عن البكتيرياء و الغازات والهرمونات و بدقة تصل لحد إكتشاف بضعة جزيئات و يدخل في تركيبة مواد عضوية

Buckyball كرات بوكي

هي جزيئات كروية من الكربون و تتكون عادة من 60 ذرة كربون على شكل كرة القدم حيث تترتب ذرات الكربون بشكل سداسي

طريقة البناء Bottom up

هي طريقة بناء المواد بوضع الذرة بجانب الذرة الاخرى او الجزئ بجانب الجزئ الاخر حتى تتكون مركبات وهياكل عضوية وغير عضوية مكونة من عدة ذرات وجزيئات

أنابيب النانو الكربونيةCarbon nanotubes

هي انابيب كربونية اسطوانية الشكل ورقيقة للغاية. يكون قطرها بمقدار النانو. ببساطة, هي عبارة عن رقائق من الجرافيت ملفوفة على شكل انبوب اسطواني وهذه الأنابيب تتميز بخصائص إستثنائية الكترونية وحرارية و مكانيكية وتركيبية مما يجعلها أخف من الألومونيوم واقوى بخمسة اضعاف من الحديد الصلب، وهناك نوعان من انابيب النانو الكربونية، أنابيب النانو الكربونية وحيدة الجدار إي ذات طبقة وحيدة، والنوع الاخر أنابيب النانو الكربونية متعددة الجدر.

الحفاز Catalyst

هو مادة تعمل على زيادة معدل التفاعل الكيميائي من خلال الحد والتقليل من الطاقة الفعالة، ولا تتغير هذه المادة بالتفاعل، و الحفاز يعمل على توفير سطح ملائم للتفاعل من خلال اتاحة الفرصة لمزيد من الجسيمات للاصطدام مع بعضها البعض.

الرقاقة الالكترونية ( المعالج الدقيق) Chips

القائق الالكترونية ( المعروفة ايضاً بإسم المشغلات او المعالجات الدقيقة) عبارة عن قطعة الكترونية صغيرة تحتوي على رقائق صغيرة من اشباه الموصلات السيليكون والتي صنعت لأداء الوظائف الالكترونية في الدوائر المتكاملة.

المركب composites

هو مادة مركبة من مادتين أو أكثر تختلف خواصها عن المواد المكونه لها. وتكون احد مكونات هذا المركب مقواه بالمادة الاخرى، حيث تعمل هذه الخاصية على تحسين خصائص مواد المركب بشكل عام وعادة تكون المادة الاساسية في طور السائل اما مواد التقوية عادة ماتكون جسيمات او الياف، و الأسمنت المقوى بقضبان الفولاذ من الأمثلة الأولية للمركبات.

المجهر الألكترونيElectron Microscopy

هو عبارة عن مجهر يتستخدم حزمة من الألكترونات بدلاً من الضوء المستخدم في المجاهر التقليدية، ويتميز بقوة تكبير عالية تفوق أفضل المجاهر البصرية بأكثر من مئة مرة

خلايا الوقود Fuel Cell

هي خلية كهروكيميائية تعمل على تحويل الطاقة الكيميائية الى طاقة كهربائية حيث تنتج الكهرباء والحرارة من الوقود (الهيدروجين والأكسجين) دون الحاجة الأحتراق في عملية تحليل كهربائي عكسي محفزة بأستمرار

الطباعة Lithography

هي عبارة عن مجموعة من اساليب الكتابة على التراكيب او الهياكل بأستخدام مجسات خاصة، هناك أنواع مهمة من الطباعة منها الضوئية والتي تستخدم الضوء ومنها إلكترونية وتستخدم فيها حزمة من الألكترونات.

الجزيء Molecule

هو عبارة عن مجموعة ذرات مرتبطة معا بروابط كيميائية

قانون مور Moor\'s Law

قانون شهير في مجال الإلكترونيات حيث أقترح مور أن عدد الترانزستورات لكل بوصة مربعة في الدوائر المتكاملة يتضاعف كل 18 شهر منذ تصنيعها، و ذلك في عام 1965م

تقنية النانو البيولوجية Nanobiotechnology

هي استخدام تقنية النانو في بناء اجهزة تمكن من دراسة النظم البيولوجية.

نانوبوت Nanobot

هو عبارة عن روبورت ذو ابعاد بحجم النانو وتكون اما ميكانيكية او كهروميكانيكية.

مركبات النانو Nanocomposites

هي مركبات تتكون عادة من اثنين او اكثر من المواد وتكون احد مركباتها ذات ابعاد اقل من 100 نانومتر.

بلورات النانو Nanocrystals

هي مواد صلبة صغيرة بلورية وتكون بها المسافة متساوية بين كل ذرة واخرى او جزئ واخر. بلورات النانو لها تطبيقات كثيرة وهامه منها الألكترونيات البصرية حيث لها القدرة على تغيير الطول الموجي للضوء. ولها تطبيقات اخرى في الخلايا الشمسية وغيرها.

نانومتر Nanometer

هو عبارة عن واحد من المليار من المتر.

جسيمات النانو Nanoparticles

هي الجسيمات التي تقل أبعادها أو أحد أبعادها عن 100 نانومتر.

مقياس النانو Nanoscale

هو مقياس يستخدم لحساب وقياس ابعاد تتراوح من 0.1 الى 100 نانومتر.

علم النانو Nanoscience

هو العلم الذي يتعامل مع المواد في مستواها الذري والجزيئي بمقياس لا يزيد عن 100 نانومتر، و هو إيضا علم يهتم بأكتشاف ودراسة الخصائص المميزة لمواد النانو.

تقنية النانو Nanotechnology

التقنية التي تعطينا القدرة على التحكم المباشر في المواد و الأجهزة التي أبعادها تقل عن 100 نانومتر و ذلك بتصنيعها و بمراقبتها و قياس و دراسة خصائصها

صدفات النانو Nanoshells

هي جسيمات في أبعاد النانو لها عبارة عن قشرة او طبقة معدنية رقيقة تحيط بكرة مصنوعة من مادة شبة موصلة, لها القدرة على إمتصاص أو تشتيت الضوء في جميع اطواله الموجية.

تراكيب النانو Nanostructure

هي تراكيب وهياكل بنيت من مواد النانو.

انابيب النانو Nanotubes

هي أنابيب في مقياس النانو من أمثلتها أنابيب النانو الكربونية, وهي عبارة عن انابيب اسطوانية من ذرات الكربون ذات بعد واحد مرتبة بشكل سداسي او خماسي ولها خصائص فيزيائية مميزة جداً.

أسلاك النانو Nanowires

هي أسلاك متناهية الصغر في أبعاد النانو لها تركيب ذو بعد واحد وتتميز بخصائص كهربائية و ضوئية مذهلة، وتعتبر اسلاك النانو البنية الأساسية التي سوف تستخدم في بناء أجهزة النانو.

النقاط الكمية Quantum dots

تصنع النقاط الكمية من مواد موصلة او من مواد شبة موصلة وتكاد تكون صفرية الابعاد ولها شكل بلوري. وللنقاط الكمية خصائص كهربائية مميزة جداً تمكنها من تخزين الألكترونات وتحويل لون الضوء, حيث تعمل على امتصاص اللون الأبيض واعادة انبعاثه خلال نانوثانية بلون مميز، لها تطبيقات كثيرة في مجال الكمبيوتر والطب والهندسة.

التصنيع الدقيق Nanofabrication

يشير الى تصميم وتصنيع اجهزة بأبعاد النانو

طباعة النانو NanoLithography

هو اي عمل من حفر او كتابة او طباعة في نطاق مقياس النانو، ويعد الميكروسكوب النفقي الماسح (STM) وميكروسكوب القوة الذرية (AFM) من الادوات التي يمكن بها الحفر والكتابة والطباعة على سطح ذو ابعاد ذرية

البئر الكمي Quantum well

هو مفهوم يستخدم لتفسير سلوك النطاقات النانوية المقيدة وخاصة توزيع الطاقات الميكانيمية المكماة.

الاسلاك الكمية Quantum wires

هو مصطلح أخر لأسلاك النانو.

البايت الكمي Quantum bit

هي اصغر وحدة معلوماتية تستخدم في الحوسبة الكمية.

المجهر الالكتروني الماسح SEM

هو تقنية تصورية تعمل عن طريق تسليط حزمة من الالكترونات للمنطقة المراد دراستها حيث يتم التفاعل بين الالكترونات و ذرات السطح مولده ثلاثة انواع من الاشعة, الالكترونات المتشتتة من الخلف و الالكترونات الثانوية و اشعة اكس.

مجهر المجس الماسح SPM

تحتوي هذه الأنواع من المجاهر على مجس يعمل على تجميع معلومات السطح وذلك عن طريق التفاعل بين المجس وتضاريس السطح المراد دراسته، ويندرج تحت هذا النوع مجهر التأثير النفقي الماسح STM و مجهر القوة الذرية AFM

مجهر التأثير النفقي الماسح STM

يعمل عن طريق الحصول على صور للذرات الموجودة على السطح بواسطة مجس ماسح.

التجمع الذاتي Self-Assembly

هي عبارة عن ظاهرة طبيعية لتجمع الجزيئات او الذرات في نظم وتراكيب معقدة، كما هو الحال مع أنابيب النانو الكربونية

طريقة التصغير Top down

وفيها يتم إستخدام طرق مختلفة مثل التكسير أو النحت أو الإذابة للمواد الكبيرة و ذلك لتقليل حجمها و الوصل الى مواد ذات أحجام في مستوى أبعاد النانو

التوليف Synthesis

هو مصطلح يستخدم لوصف طريقة تحضير و تشكل مركبات اكثر تعقيدا بإستخدام مكونات بسيطة

طرق التوليف Synthesis methods

يوصف البروتكول المستخدم لتركيب و إنشاء مواد جديدة

المجهر الإلكتروني النفاذي TEM

أحد أنواع المجاهر الألكترونية و فيه تستخدم حزمة من الإلكترونات ذات الطاقة العالية لدراسة التركيب الدقيق للعينات و ذلك عن طريق الإلكترونات النافذة من خلال العينة المدروسة

تحليل اشعة اكس X-ray analysis

تحليل اشعة اكس عبارة عن تطبيق من تطبيقات اشعة اكس للتميز بين العناصر الثقيلة من الخفيفة، و يستخدم كذلك في تحديد و معرفة العناصر الموجودة بالمادة

حيود اشعة اكس X-ray diffraction

عبارة عن تشتت اشعة اكس من العينات البلورية و الذي يعطي أنماط تداخل معينة يمكن من خلالها دراسة التراكيب الدقيقة لهذه البلورات

 

المصدر: المركز السعودي لتقنية النانو