تعريف بالنانو
علم النانو (النانو تكنولوجي) : تعني التحكم التام والدقيق في إنتاج المواد وذلك من خلال التحكم في تفاعل الجزيئات الداخلة في التفاعل وتوجيه هذه الجزيئات من خلال إنتاج مادة معينة وهذا النوع من التفاعل يعرف بالتصنيع الجزيئي، ووضع الذرات أثناء التفاعل في مكانها الصحيح أو المناسب، فمثلا لو تم توجيه وضع ذرات الكربون في الفحم عند إجراء التفاعل فإنه يمكن تنتج الألماس،وكذلك لو تم توجيه وضع ذرات الرمل عند إجراء التفاعل يمكن إنتاج المواد المستخدمة في إنتاج شرائح الكمبيوتر.
ومن المعروف أن الطريقة التقليدية في تصنيع المواد الكيماوية المختلفة تتم بخلط مكونات التفاعل معا بدون الأخذ في الاعتبار اتجاه الذرات الداخلة في التفاعل وبالتالي فإن المادة الكيماوية الناتجة تكون خليطا من عدة مواد، أما باستخدام تقنية النانو فمن الممكن توجيه وضع الذرات الداخلة في التفاعل بتوجيه محدد وبالتالي فان المواد الناتجة سوف تكون أكثر دقة وأكثر نقاوة من التصنيع بالطرق التقليدية ومن ثم توحيد نوعية المنتج وكذلك تقليل تكلفة الإنتاج وخفض الطاقة المستهلكة، وهناك أجهزة على مستوى النانو (Nanodevice) قادرة على توجيه الذرات ووضعها في مكانها الصحيح أثناء عملية التفاعل.
ويقدر د. ريتشارد سمالي الحائز على جائزة نوبل في تقنية النانو أن هذه التقنية سوف تساهم في كثير من المنتجات في مجال الزراعة والغذاء بقيمة 2 مليار دولار وسوف تزيد إلى 20 مليار بحول عام 2010م، ولا يخفى علينا أن هناك بعض المنتجات مثل المضافات إلى الغذاء أنتجت عن طريق تقنية النانو ومثل هذه المنتجات موجودة في بعض أنواع الغذاء مثل بعض أنواع العصائر، ومن المتوقع أن تساهم تقنية النانو في تحقيق تقدم في كثير من مجالات الزراعة والغذاء والطاقة وكذلك توفير الماء النقي،تعتبر هذه التقنية حديثة على المستوى العالمي.
تطبيقات النانو
يعتبر علم النانو أقرب العلوم بدون منازع إلى مصطلح العلوم المتعددة التخصصات حيث أن تقنية النانو تستخدم في مجالات متنوعة كاستخدامات الطاقة وتقنياتها، في مجال الاتصالات والمعلومات وفي تعليب الأغذية وتصنيعها وحتى في صناعة بعض الأدوات المنزلية. ولعل الاستخدام المكثف لتقنية النانو كان في المجال الطبي والعلمي على سبيل المثال المجهر الإلكتروني الماسح STM يستخدم لتكبير الأشياء الصغيرة ملايين المرات بحيث يمكن للباحث دراستها بتفاصيلها الدقيقة عن طريق الحصول على صورة رقمية مفصلة لها وكذلك تم تطوير جهاز بتقنية النانو يزرع في الجسم بحيث يغني الأشخاص المصابين بمرض السكري عن استخدام حقن الأنسولين وهذا مجرد مثال على أحد الاستخدامات المبدئية لتقنية النانو، ومثال آخر على استخدام هذه التقنية في المجلات الطبية العلاجية والوقائية استخدام أجهزة مثل نانو روبوت، يمكن الجراحين من السيطرة على الأجهزة الدقيقة أثناء إجراء العمليات الجراحية الدقيقة والحرجة، حيث يستخدم الجراح عصاة التحكم تمكنه من التحكم بذراع الروبوت الذي يحمل الأجهزة الدقيقة وكاميرا مصغره وذلك ليحول التحركات الكبيرة إلى تحركات صغيرة وهذا يتيح مزيدا من الدقة الجراحية.
أيضاً هناك مركبات تم هندستها بتقنية النانو لتتوافق مع مستوى الجزيئات والذرات، لذا فاستخدام هذه التقنية يساعد في كل من التشخيص والعلاج للأمراض من شتى المجالات منها أمراض القلب و المخ والأعصاب والحروق والإصابات والإنجاب، ومستحضرات التجميل. فمن الناحية العلاجية يمكن بواسطة هذه التقنية استئصال و القضاء على المرض وذلك بالبحث عن وتدمير الخلايا المسببة للأمراض وكذلك علاج أو إصلاح الخلايا التالفة وأيضا استخدام مضخات أو وسائل على مستوى التكنولوجيا الجزيئية كوسيلة لإيصال الأدوية
ومن الأدوات المستخدمة في تقنية النانو في المجال الطبي:
· الأجهزة المجهرية الدقيقة والمطورة مثل المجهر الإلكتروني الماسح .
· المعدات المستخدمة في تصوير الخلايا والبكتيريا والفيروسات والوحدات الجزيئية.
· جزيئات الكربون حيث يتم تشكيلها لإنتاج مواد أقوى 100 مرة من الفولاذ على الرغم من أن وزنها سدس وزن الفولاذ وأكثر من النحاس من ناحية التوصيل ، ويمكن أن يستخدم بأمان في بعض التطبيقات الطبية مثل أنظمة إيصال الأدوية وتعتبر من أشهر الأمثلة في استخدام تقنية النانو في الطب مثل Nanotubes ، Fullerenes .
· الأجهزة الدقيقة التي تضم النظم الكهربائية الصغيرة (MEMS ) والتي تحتوي على أجزاء متحركة مصغره للعمليات الجراحية والأجهزة المنظمة لضربات القلب.
· ميكرو فلويديكس ((Microfluidics لإجراء اختبارات الحمض النووي.
· ميكرو ارايس ((Microarrays والتي تستخدم للكشف عن الكميات القلية للبكتريا المرضية.
------------ --------- --------- --------- --------- ------
براءة اختراع مقدمة من الباحثين البروفيسور منير حسن نايفه ، ماثيو ستوبكا( جامعة الينوي – شامبين – امريكا) والدكتور محمد بن صالح الصالحي ( جامعة الملك سعود – قسم الفيزياء والفلك) والدكتور تركي آل سعود نائب رئيس مؤسسة الملك عبد العزيز للعلوم والتقنية لمعاهد البحوث، والدكتور عبد الرحمن المهنا المشرف على المركز الوطني لتقنيات النانو متناهية الصغر في مدينة الملك عبد العزيز للعلوم والتقنية. قدم هذا الاختراع لمكتب براءات الاختراع الامريكي عام 2006
عنوان براءة الاختراع Silicon Nanoparticle Photovoltaice Solar cell Device
خلية شمسية فوتوفولتيه بجسيمات السليكون النانويه
يبحث هذا الاختراع في امكانية تحسين أداء الخلايا الكهروشمسية، حيث عند وضع غشاء رقيق جدا من جسيمات السليكون النانوية بحجم نانومتر( النانومتر يعادل واحد من المليار من المتر) على سطح خلية شمسية سليكونية، فان ذلك سوف يؤدي إلى تحسين و زيادة إنتاج الطاقة الكهربائية من الخلية بمقدار 60 في المائة عند عمل الخلية في نطاق الاشعة فوق البنفسجية من الطيف الشمسي،وكذلك تقليل الحرارة فيها، وإطالة عمر الخلية.
كما أمكن تحسين انتاجية الخلية في نطاق الضوء المرئي للطيف بنسبة 10 في المائة، وذلك من خلال استخدام جزيئات نانوية بحجم 2.85نانومتر.
من المعروف ان الخلية الشمسية العادية تمتص الضوء فوق البنفسجي ومن ثم يتحول الى طاقة حرارية تؤدي الى تقليل كفائة الخلية وعدم انتاج الطاقة الكهربية المطلوبة. وتأتي الاهمية الفيزيائية والتقنية في استخدام جزيئات السليكون النانوية في انها تقوم بامتصاص الاشعة فوق البنفسجية وتحويلها الى ضوء مرئي يتم امتصاصه مرة ثانية بواسطة الخلية وتحويله الى طاقة كهربية مما يؤدي الى زيادة كفائة الخلية.
وتكمن اهمية هذا الاختراع في ان عملية تغليف الخلايا الشمسية بجزيئات السيلكون النانوية
يمكن استخدامه بسهولة في مجال الصناعة وبتكلفة قليلة.
وقد تم نشر النتائج في مجلة APPLIED PHYSICS LETTERS 91, 063107 _200
