النانوتكنولوجي، لماذا تم استخدام النانوتكنولوجي ؟ ، استخدامات النانوتكنولوجي في المجال الطبي

الفهرس:

تعريف النانوتكنولوجي

لماذا تم استخدام النانوتكنولوجي ؟

النظرة التاريخية:

استخدامات النانوتكنولوجي في المجال الطبي

الأنابيب النانومترية  

النانوكمبيوتر  

تعريف النانوتكنولوجي

هي معالجة و ملاحظة المواد على ميزان النانوميتر . و النانومتر هو واحدعلى الميليون من الميلليمتر . و هذا يعني أن النانوميتر هو وحدة متناهية في الصغر .  و لتخيل حجم الناومتر فيمكنك تخيل المقاسات التالية :  إن متوسط سمك شعرة الرأس حوالي 100.000 نانومتر .  إن حجم أصغر وحدة من الدخان يمكن أن تراها العين المجردة هو 1000 نانومتر .  وبذلك يمكنك أن تتخيل ما مدى مقدار صغر حجم النانومتر و كيف نتعامل نحن العرب بميزان الكيلوجرام و يتعامل العلماء بالخارج بميزان النانومتر .

 

لماذا تم استخدام النانوتكنولوجي ؟

لعلك تسأل ما هو الدافع الذي دفع العلماء في شتى المجالات إلى دراسة النانوتكنولوجي ؟

أولا : إن هناك قاعدة فيزيائية تثبت أن هناك علاقة بين حجم الجسم و سرعته ( أي أنه كلما قل حجم الجسم كلما زادت سرعته ) و بالتالي تزداد قوة اختراقه للإجسام الأخرى .

ثانيا : صغر حجم هذه الجزيئات يجعلها شبه شفافة ، لا ترى بالعين المجردة مما يتيح المجال إلى دراسة الأجسام المجاورة لهذه الوحدات المتناهية في الصغر بكل سهولة .

ثالثا : يتيح صغر حجم النانومتر إلى استخدامه في تطبيقات متعددة . و ذلك لأنه كلما صغر حجم الجسيم كلما كان الإنسان قادرًا على تشكيله كما يشاء .  و لنضرب مثالا في هذه النقطة : و هو أن ذرة الكربون هي المشكل الأساسي للماس حيث يتكون الماس من سلسلة هندسية معينة من ذرات الكربون . و كذلك فإن الكربون هو المشكل الأساسي للفحم أيضًا و لكن بترتيب ذري مختلف عن ترتيب ذرات الكربون . و بالتالي فإنه باستخدام تقنيات النانو تكنولوجي يمكن تحويل الفحم إلى الماس بكل سهولة عن طريق تغيير ترتيب ذرات الكربون . ربما يبدو ذلك خارق للطبيعة ، إلا أن هذا ما يمكن أن يحدث بالفعل بواسطة مجال النانوتكنولوجي.

 النظرة التاريخية:

عام 1974 : أدخل العالم الياباني نوريو تانيجوشي مصطلح النانو لأول مرة في تاريخ البشرية حيث عبر عنه للقيام بعمليات و تركيبات عالية الدقة .

عام 1982 : طور العالمان السويسريان جيرد بينيج ، وهاينربش رورير أدق ميكروسكوب يساعد في مراقبة الذرات ، و التأثير عليها و إزاحتها من أماكنها

.

  عام 1986 : حصل العالمان السويسريان على جائزة نوبل .

عام 1991 : تم اكتشاف الأنابيب النانومترية من قبل العالم الياباني سوميو ليجيما ، و التي وفرت مقاومة شد أعلى من مقاومة الفولاذ .  و بعد ذلك تم الإهتمام بالمنتجات و الأبحاث النانومترية من قبل العالم كله ، فالكل يتسابق من أجل تطوير النانو و استغلاله في المزيد من التطبيقات حتى وصل إجمالي الإنفاق العالمي على البحث في مجال النانوتكنولوجي ما يزيد على 54 مليار يورو عام 2001 ، و يتوقع أن يتضاعف هذا الإنفاق باستمرار

عام 2007 : نجح العالم المصري الدكتور مصطفى السيد في استخدام تكنولوجيا النانو وتطبيقها على ذرات الذهب لمداهمة مرض السرطان اللعين.

و يعتبر النانوتكنولوجبي هو الجيل الخامس في مجال الالكترونيات وذلك بعد أربعة أجيال متطورة وهي بالترتيب : المصباح الالكتروني ( الجيل الأول ) ، الترانزستور ( الجيل الثاني ) ، الذرات الاكترونية ( الجيل الثالث ) ، و المايكروترانزستور ( الجيل الرابع ) . و قد أحدث كل جيل من هذه الأجيال السابق ذكرها طفرة جديدة في عالم الانسانية بوجه عام في شتى مجالاتها المختلفة . و لذلك يمكننا أن نقول أن النانو تكنولوجي سيحدث طفرات هائلة بالفعل كما فعلت هذه الأجيال الأربعة

 

استخدامات النانوتكنولوجي في المجال الطبي

يعتبر الطب من العلوم التي حدث فيها طفرات متعددة بعد اكتشاف النانو ، وذلك بسبب التطبيقات المتعددة التي تطورت بعد ذلك للوقوف بجانب المرضى لتحقيق الكثير من العمليات التشخيصية و العلاجية لهم باستخدام تقنيات النانو . و نتناول فيما يلي بعض تطبيقات النانو الطبية :

1. مسحوق النانو هي مركبات نانومترية يبلغ قطرها اقل من 100 نانوميتر ، و تتخذ المركبات التي يتم

تحويلها إلى هذه الصورة عدة مميزات من أهمها أنها تكون أكثر مقاومة للتآكل و أكثر صلابة ، و يمكن لهذه المركبات أن توصل الالكترونات و الأيونات و المجال الكهربي أفضل من الفلزات العادية . و تتخذ هذه المركبات قوة مغناطيسية فائقة أيضًا بالإضافة إلى الكثير من المميزات الفيزيائية الأخرى .

و قد استفاد الطب كثيرًا من مسحوق النانو ؛ وذلك في تصنيع الأدوية المستنشقة ( Inhaled Drugs ) حيث أن المركبات الميكومترية يمكن أن تترسب على جدران الحويصلات الهوائية بالرئة و يؤدي ذلك عادة إلى الكثير من المضاعفات و الآثار الجانبية لتناولها ، أما باستخدام مسحوق النانو فقد تم التغلب على هذه المشاكل نهائيًا لتصبح الأدوية المستنشقة اقل خطورة على المريض .

.الأنابيب النانومترية  

هي عبارة عن مركبات نانومترية أخرى تتكون من ذرات الكربون التي تأخذ شكلا أنبوبيًا يساعدها على التميز و التفوق في كثير من الخصائص الفيزيائية حيث حصل العلماء منها على مقاومة أشد من مقاومة الفولاذ بعشر مرات ، و أشد صلابة من الماس بمرتين على الأقل . و يبلغ قطر هذه الأنابيب عدة نانومترات ، أما طولها فقد يصل إلى عدة ميكرومترات .

وقد تم استخدام الأنابيب النانومترية في الكثير من التطبيقات الطبية و غير الطبية . و تعتبر من أكثر تطبيقات النانوتكنولوجي استخدامًا في مختلف العلوم . و في الطب تم استخدام نوعين من أنواع الأنابيب النانومترية هما :

1. الأنابيب النانومترية وحيدة الجدار : و هي تتكون من طبقة واحدة من ذرات الكربون تأخذ شكل الأسطوانة .

2. الأنابيب النانومترية متعددة الجدران (Multiple-walled nanotubes) و التي تشبه وحيدة الجدار ظاهريًا إلا إنها تتخذ عدة طبقات مركزية فوق بعضها . ويمكن لهذا النوع الذوبان في الماء .

ومن مميزات الأنابيب النانومترية أنها تقاوم قوى الشد و الجذب الكبيرة  ويتميز النوعان السابقان بميزة أخرى مهمة و هي أنهما لا يذوبان في جميع المركبات العضوية المختلفة إلا بطريقتين : الأولى هي اضافة حمض قوي جدًا ، و الثانية هي إضافة مجموعات عضوية عاملة ( مثل مجموعة الأمونيوم مثلا ) و التي تعطي هذه الأنابيب القدرة على الذوبان في خلايا معينة . و قد اعتمد الطب الحديث على هذه الميزة حيث يمكن تزويد الأنابيب النانومترية بمستقبلات معينة تساعد في ذوبانها في خلايا بعينها في الجسم . و من تطبيقات الأنابيب النانومترية ما يلي :

أ‌. توصيل الأدوية و العقاقير بواسطة الأنابيب النانومترية

وتعتبر هذه الأبحاث من أهم الأبحاث التي يعتمد عليها الباحثون و ذلك من أجل توصيل المركبات الدوائية إلى خلايا معينة. و لكن مازالت هناك بعض العقبات التي تواجه الباحثين في هذا المجال و هي صعوبة وجود مستقبلات في خلايا معينة لا توجد في خلايا نسيج آخر ، كما أن هناك توقعات بازدياد حالات التسمم من الكربون عند استخدام الأنابيب النانومترية . و مع ذلك فإن العلماء يؤكدون أنه خلال الأعوام القليلة المقبلة سوف يتم التغلب على هذه العوائق و ستكون الأنابيب النانومترية هي المركبات الأولى لحمل العقاقير إلى مختلف أنسجة الجسم و ذلك لتوافر عدة شروط بها تجعلها هي المثلى لهذا الغرض ومنها قدرتها على تخطي الحواجز الطبيعية في الجسم ، وقدرتها على تخطي الغشاء الخلوي بسبب صغر حجمها ، كما أن الأنابيب متعددة الجدران يمكنها الذوبان في السيتوبلازم و النواة يكل سهولة مما يتيح لها فرصة توصيل العقاقير إلى هذه الأماكن دون ضرر بالغ .

وقد استخدمت هذه المركبات بالفعل في تطبيق عملي على هذه النظرية و هي توصيل المضاد الحيوي أمفوسيترين بي ( Amphoceterin B ) و الذي كان يستخدم قديما في علاج حالات الإصابة بالفطريات ( إلا أنه لم يعد يستخدم لذلك و ذلك لأنه يتسبب في اضرار بالغة للخلايا التي يصل إليها فيسبب تدمير معظمها ) . أما باستخدام الأنابيب النانومترية فقد تم الحصول على نتائج مبهرة بواسطة ذلك الدواء .و تمثل الصورة التالية نتائج هذه التجربة .

ب‌. الأنابيب النانومترية في العلاج بالجينات

وتستخدم الأنابيب النانومترية لذلك بسبب قدرتها البالغة في تخطي العقبة الكبرى التي تواجه الطرق العادية و هي الغشاء النووي ، حيث أصبح بالإمكان توصيل الجينات المختلفة إلى داخل النواة دون إحداث إصابات بالغة في الخلية . و كلنا يعرف أن الطريقة المثلى التي تستخدم حاليًا في هدا الغرض هي

الفيروسات الحاملة  

إلا أن العلماء يعتقدون أنه باستخدام الأنابيب النانومترية سوف تقل بشدة الآثار الجانبية للفيروسات الحاملة و التي قد تنشط الجهاز المناعي للجسم فيحدث بذلك التهابات جسيمة . و قد تم استخدام هذه النظريات في عدة دراسات ووجد أن هذه الطريقة تتمتع بمزايا كثيرة و متنوعة منها قلة حدوث التسممات ، الذوبان في أنوية الخلايا المختلفة ، و القدرة على تخزينها لفترات طويلة دون أن تتأثر.

كانت هذه بعض استخدامات الأنابيب الناومترية في مجال الطب ، و هناك الكثير من الإستخدامات الطبية الأخرى التي لا يتسع المجال لذكرها .

3.الأجهزة الحيوية النانومترية  

تعتمد فكرة هذه الأجهزة على إعادة بناء المركبات النانومترية لتكوين مركبات

جديدة تساعد في التطور الطبي . و هذه المركبات إذا كان قطرها أصغر من 100 نانومتر فإنه بإمكانها أن تدخل إلى الخلايا الحيوانية المختلف ( التي يبلغ قطرها 10 : 20 ألف نانومتر ) و بالتالي يمكنها الوصول إلى مختلف العضيات الخلوية مثل الميتكوندريا حيث تتعامل مع الحمض النووي محدثة التغييرات المطلوبة .  و يمكننا باستخدام هذه المركبات تشخيص أمراض كثيرة في الخلايا بطرق أقل عنفًا من الطرق الحالية .

 4. الحوامل النانومترية و علاج السرطان يعتمد الباحثون الآن للحكم على الأدوية و العقاقير التي تستخدم في العلاج الكيميائي لهذا المرض اللعين على مدى كفاءة الدواء في الوصول إلى هدفه باخل الخلية التي يجب الوصول إليها ، و كذلك على مدى قدرته على إختيار هدفه بكل دقة . و لذلك يتجه العلماء حاليًا إلى البحث في مجال النانوتكنولوجي لتكون حاملة إلى هذه الأدوية .

ويعتبر هذا الموضوع من أهم الإنجازات الطبية الحديثة و التي توصل إليها العالم المصري الجليل دكتور مصطفى السيد . و بهذا الإكتشاف العظيم تم ادخال كميات كبيرة نسبيًا من ذرات الذهب الى الخلايا بكفاءة عالية للوصول الى هدفها المحدد .

مستقبل النانوتكنولوجي فيالطب  يعتقد العلماء و الباحثون في هذا المجال حدوث عدة طفرات طبية جديدة باستخدام النانوتكنولوجي . و من الدراسات التي يجري البحث فيها حاليًا :

النانوكمبيوتر  

حيث تم تصميم كمبيوترات متناهية الصغر يتم حقنها في جسم المريض ، تقوم بعمليات محددة حسب برمجنها . وتكون هذه الكمبيوترات متناهية الصغر و ذاتية التحلل ، وسوف يتم استخدامها في كثير من المجالات بحلول عام 2010 : 2020 ومنها :

أ‌. القضاء على الخلايا المتسرطنة: حيث بإمكان هذه الأجهزة المتناهية الصغر أن تتحرك داخل الجسم بحثا عن الخلايا السرطانية وقتلها.

ب‌. الإمداد بالأوكسجين

ت‌. ميتوكندريا صناعية خلايا الدم النانومترية و هي خلايا دم حمراء صناعية يمكنها حمل الأكسجين بقدرات فائقة حيث تصل قدرتها في ذلك 236 مرة مثل خلايا الدم الحمراء الطبيعية .