النانوتكنولوجي Nanotechnology

ماهو النانوتكنولوجي Nanotechnology??

تطلق كلمة نانو باللغة الإنجليزية على كل ما هو ضئيل الحجم دقيق الجسم.
فالنانومتر يساوي واحد مليار من المتر ويساوي عشر مرات من قطر ذرة الهيدروجين،مع العلم إن قطر شعرة الرأس العادية في المعدل يساوي 80000 نانومتر. وفي هذا المقياس القواعد العادية للفيزياء والكيمياء لا تنطبقان على المادة. على سبيل المثال: خصائص المواد مثل اللون والقوة والصلابة والتفاعل،كما إنه يوجد تفاوت كبير بين Nanoscale وبين The micro .
فمثلاَ Carbon Nanotubes أقوى 100 مرة من الفولاذ ولكنه أيضاَ أخف بست مرات.

ماذا يمكن للنانو تكنولوجي أن يعمل؟؟

النانو تكنولوجي تمكن من امتلاك الإمكانية لزيادة كفاءة استهلاك الطاقة،ويساعد في تنظيف البيئة،ويحل مشاكل الصحة الرئيسية،كما إنه قادر على زيادة الإنتاج التصنيعي بشكل هائل وبتكاليف منخفضة جداَ،وستكون منتجات النانوتكنولوجي أصغر.

*ماذا يقول الخبراء حول النانو تكنولوجي؟؟

في عام 1999م،الفائز بجائزة نوبل للكيمياء "ريتشارد سمالي Richard Smalley " خاطب لجنة الولايات المتحدة الأمريكية التابعة لمجلس النواب عن علم النانوتكنولوجي تحت موضوع: "تأثير النانو تكنولوجي على الصحة،الثروة،وحياة الناس" وقال: "سيكون على الأقل مكافئ التأثيرات المشتركة لعلم الإلكترونيات الدقيقة،والتصوير الطبي،والهندسة بمساعدة الحاسوب وتكوين مركبات كيميائية اصطناعية متطورة خلال هذا القرن".

تكنولوجيا النانو تغيير حياة الإنسان نحو الأفضل

بدأ مصطلح (تقنية النانو) ينتشر، في مجال الصناعات الإلكترونية، المتصلة بالمعلوماتية. فلو تفحصنا البطاقات المستخدمة في الحواسيب اليوم، وخاصة الحواسيب المحمولة لوجدت أنها مضغوطة إلى درجة كبيرة، فالبطاقة التي لا يزيد سمكها على بضعة ملليمترات، تتكون في الحقيقة من خمس طبقات، أو لنقل رقاقات مضغوطة مع بعضها.
كما أننا لو تفحصنا الكبلات والمكثفات التي كان وزنها يقدر بالكيلوجرام، لوجدنا أن وزنها لا يتجاوز أجزاء الميللي جرام. فقد تضاءل الحجم، وتضاعفت القدرة وكل ذلك بفضل اختزال سُمك الكابلات وضغط حجم المكثفات والدارات، مما قصّر المسافات، التي تقطعها الإلكترونات، وأكسب الحواسيب، سرعة أكبر في تنفيذ العمليات.

تشير عبارة تكنولوجية النانو إلى التفاعلات بين المكونات الخلوية والجزيئية والمواد المهندسة وهي عادة مجموعات من الذرات والجزيئات والأجزاء الجزيئية عن المستوى البدائي الأول للبيولوجيا. وتكون هذه الأشياء الدقيقة بشكل عام ذات أبعاد تقل عن 100 نانومتر ويمكن أن تكون مفيدة بحد ذاتها أو كجزء من أجهزة أكبر تحتوي على أشياء دقيقة متعددة.

وعند المستوى الدقيق (النانو)، نجد أن الخواص الطبيعية والكيميائية والبيولوجية تختلف جوهرياً، وغالبا بشكل غير متوقع عن تلك المواد الكبيرة الموازية لها بسبب أن خواص الكمية الميكانيكية للتفاعلات الذرية يتم التأثير عليها بواسطة التغيرات في المواد على المستوى الدقيق. وفي الواقع أنه من خلال تصنيع أجهزة طبقا لمعيار النانومتر من الممكن السيطرة على الخصائص الجوهرية للمواد بما في ذلك درجة الانصهار والخواص المغنطيسية وحتى اللون بدون تغير التركيب الكيميائي لها.

من جهة أخرى فإن هناك العديد من الاستخدامات التي تخدم مجال الصناعات الإلكترونية مثل مجال صناعة الترانزستورات حيث بدأ مصنعو الترانزيستور في الوصول إلى الحدود الطبيعية لمدى صغر رقائق السيليكون والنحاس التي تصنع منها مثل هذه المواد، وقد ساعدت هذه التقنية هؤلاء العلماء للوصول إلى طريقة مبتكرة لتصنيع ترانزيستورات أصغر بكثير من الرقائق الحالية ليس من خلال تقليل حجم الرقائق الحالية ولكن من خلال تصنيعها من الجزيئات الفردية.
فقد ساعدت الأبحاث التي تم القيام بها بواسطة أربعة علماء يعملون في مركز الأبحاث التابع لوكالة الفضاء الأمريكية (ناسا) على تمهيد الطريق لبناء ترانزيستورات من الأنابيب الكربونية البالغة الصغر التي تم صنعها من طبقة واحدة من الذرات الكربونية يتم قياسها من خلال النانومتر (واحد نانومتر يعادل واحد على بليون من المتر).

واستنتج العلماء إمكانية تصنيع الترانزستورات من الأنابيب البالغة الصغر، وشملت اكتشافاتهم الغوارتيمية لتشكيل هذه التطبيقات، والتقنيات الجديدة لإرسال المعلومات، والمكونات الكربونية التي تعمل مثل المحطات الطرفية لمفتاح تشغيل الترانزيستور ووسائل استخدام سلاسل أنابيب النانو بالأنظمة الإلكترونية.

البديل الكربوني ومن إحدى المعايير المعروفة لتكنولوجية المعلومات هو قانون مور، الذي قام المؤسس الشريك في شركة انتل (جورودون مور) بوضعه، والذي ينص على أن عدد الترانزيستورات المتواجدة في بوصة مربعة واحدة بالدوائر المتكاملة سوف يتضاعف كل 18 شهر، إلا إن مصنعي الرقائق من المتوقع أن يصلوا قريبا إلى الحدود التقليدية للرقائق.
هذا وتتطلب تقنية التطوير الحالية لأشباه الموصلات تخفيض حجم ترانزستورات السيلكون أو ببساطة الإسراع في نظم الإرسال الحالية.
ومن غير المرجح أن يعمل هذا التوجه من الأعلى إلى الأسفل نحو نمنمة الترانزيستورات والليزر ذي الصمام الثنائي وهو مكونات البناء الجوهرية لنظم الكمبيوتر والاتصالات أن يتمكن من الوفاء بالطلب المتزايد على المعالجة والبث البالغ السرعة للمعلومات. حتى وإن تم تصنيع الرقائق بحجم صغير بشكل كاف، فإن هذه الدوائر الموضوعة بشكل مكثف بجانب بعضها البعض سوف تنبعث عنها حرارة شديدة يصعب تبريدها بشكل فعال.

وإذا استمر تخفيض حجم الرقائق، يتعين العثور على طريقة جديدة لتصنيعها، وبما أن الأنابيب الدقيقة تم اكتشافها في عام 1991، فقد قدمت نفسها كمرشح للخطوة القادمة في النمنمة أو التصغير الكبير في الحجم، وقد اهتم علماء الطبيعة بهذه الأنابيب بسبب خصائصها الإلكترونية حيث يمكنها العمل إما كمعادن أو أشباه موصلات.
وبصفتها معادن، يمكنها توصيل موجات بالغة الارتفاع بدون الانحلال والسخونة التي لا تزال تشكل مشاكل مع الأسلاك النحاسية، وبصفتها أشباه موصلات، يمكن استخدامها في الترانزيستورات الدقيقة العالية الأداء.

وعند استكشاف البدائل للطريقة التقليدية من أعلى إلى أسفل لتخفيض حجم ترانزستورات السيلكون، أدرك العلماء أن الأجهزة التي تعتمد على الأنابيب الدقيقة المنمنمة يمكن بناؤها من اسفل إلى أعلى من خلال الدقة الذرية.

تعتبر الأجهزة الناتجة عن ذلك بواسطة العلماء الآخرين نوعا جديدا من الترانزيستورات. فترانزيستور الأنابيب المصغرة تقل بمقدار 60.000 مرة عن الترانزيستور التقليدي.
وقال سريفستافا الذي قام بالتركيز على جعل الأنابيب الدقيقة تعمل مثل مفاتيح التشغيل (يمكنك وضع المزيد من الترانزستورات في مساحة صغيرة)، ويضيف إن زيادة كثافة الترانزستورات تعمل في العادة على زيادة كثافة الطاقة التي تقوم ببث حرارة كبيرة تجعل الجهاز يحرق نفسه، إلا أن الهيكل الكربوني يحتاج لطاقة أقل ولذلك يمكن تشغيل الترانزيستور بحرارة وطاقة اقل.

ومن ناحية أخرى قام العلماء بدراسة مواد تكنولوجية التصغير المحتملة، نظرياً أو من خلال محاكاة الكمبيوتر، حيث اكتشفوا مميزات ومساوئ بناء مفاتيح التشغيل والترانزستورات المنمنمة باستخدام أنابيب كربونية دقيقة متنوعة الارتباط، وسلاسل ذرية مصنوعة من الذرات الفردية أو حتى جزيئات DNA إلا أن مساهمتهم الرئيسية تمثلت في تركيزهم على بناء الأجهزة الدقيقة، وقالوا انه إذا تعين على المطورين بناء أجهزة دقيقة من الأسفل إلى الأعلى، فإنهم سوف يكونون بحاجة لتوجهات جديدة تماما نحو التطوير.

وفيما يلي بعض استنتاجات كل باحث من الباحثين الأربعة:
المطورون بحاجة لطريقة لصياغة شكل الأجهزة الدقيقة، وذلك لأن الطرق التقليدية لا يمكنها أن تصف كيفية تدفق التيار الكهربائي من خلال الجهاز الدقيق، وقام فريق الباحث انانترام بوضع غوارتيمية مبتكرة.
ركزت أبحاث الباحث نينج بشكل رئيسي على بث المعلومات حيث اكتشف أن نظام البث يمكن أن يعتمد على تسخين الإلكترونات في سلك دقيق لأشباه الموصلات بدلا عن تشغيل وإغلاق التيار الكهربائي.
بعد دراسة تكوين واستقرار وهيكل سلوك رد الفعل الإلكتروني للوصلات المختلفة في الأنابيب الدقيقة، قام سيرفستافا بابتكار سلسلة من الهياكل التي تعتمد تماما على الكربون والتي يمكن أن تؤدي كافة وظائف الأجهزة الثلاثية الطرق اللازمة لدوائر الكمبيوتر. قام ياماد بابتكار طريقة لصنع سلاسل ذرية لأشباه الموصلات خاصة بالتطبيقات الإلكترونية.

تكنولوجيا النانو والكمبيوتر

تتلخص فكرة استخدام تقنية النانو في إعادة ترتيب الذرات التي تتكون منها المواد في وضعها الصحيح، وكلما تغير الترتيب الذري للمادة كلما تغير الناتج منها إلى حد كبير. وبمعنى آخر فإنه يتم تصنيع المنتجات المصنعة من الذرات، وتعتمد خصائص هذه المنتجات على كيفية ترتيب هذه الذرات، فإذا قمنا بإعادة ترتيب الذرات في الفحم يمكننا الحصول على الماس، أما إذا قمنا بإعادة ترتيب الذرات في الرمل وأضفنا بعض العناصر القليلة يمكننا تصنيع رقائق الكمبيوتر. وإذا قمنا بإعادة ترتيب الذرات في الطين والماء والهواء يمكننا الحصول على البطاطس.
وما يعكف عليه العلم الآن أن يغير طريقة الترتيب بناء على النانو، من مادة إلى أخرى، وبحل هذا اللغز فإن ما كان يحلم به العلماء قبل قرون بتحويل المعادن الرخيصة إلى ذهب سيكون ممكنا، لكن الواقع أن الذهب سيفقد قيمته!!.

وتعتبر طرق التصنيع اليوم غير متقنة على مستوى الجزيئات. فالصب والطحن والجلخ وحتى الطباعة على الحجر تقوم بنقل الذرات في مجموعات ضخمة، مثل محاولة تصنيع أشياء من مكعبات الليجو أثناء ارتداء قفازات الملاكمة، وفي المستقبل، سوف تسمح لنا تكنولوجية التصغير أن نقوم بالتخلص من قفازات الملاكمة وان تقوم بترتيب مكونات البناء الجوهرية للطبيعة بسهولة وبدون تكلفة وفي معظم الأحيان حسبما تسمح به قوانين الطبيعة، وسوف يكون هذا الأمر حيوياً وهاماً إذا تعين علينا الاستمرار في ثورة مكونات الكمبيوتر لتمتد بعد القرن القادم، كما سوف تسمح بتصنيع جيل جديد تماما من المنتجات الأنظف والأقوى والأخف وزنا بل والأكثر دقة. ومن الجدير بالذكر أن كلمة (تكنولوجية التصغير) أو (نانو تكنولوجي) أصبحت شائعة إلى حد كبير ويتم استخدامها لوصف العديد من أنواع الأبحاث حيث تكون أبعاد المادة المصنعة اقل من 1.000 نانومتر، على سبيل المثال التحسينات المستمرة في الطباعة على الحجر نتج عنها عرض خطوط أقل من ميكرون واحد. ط

فالكثير من توجهات التحسن في قدرة وحدات ومكونات الكمبيوتر ظلت ثابتة خلال الـ 50 سنة الأخيرة وهناك اعتقاد شائع أن هذه التوجهات سوف تستمر على الأقل لعدة سنوات، وبعد ذلك سوف تصل الطباعة الحجرية إلى حدودها في ذلك الوقت.

فإذا تعين علينا الاستمرار في هذه التوجهات يجب أن نقوم بتطوير تكنولوجية تصنيع جيدة تسمح لنا ببناء أنظمة كمبيوتر بشكل غير مكلف بواسطة كميات من العناصر المنطقية التي تكون جزيئية في كل من الحجم والدقة، ومرتبطة ببعضها البعض من خلال أنماط معقدة وبالغة الحساسية. وسوف تسمح تكنولوجية التصغير بالقيام بذلك. ويمكننا استخدام مصطلح (تكنولوجية التصغير الجزيئية) أو (التصنيع الجزيئي) بدلا عن (النانو تكنولوجي) ولكن أيًّا كان المصطلح الذي نقوم باستخدامه، فإنه يتعين عليه أن يسمح لنا بان نقوم بشكل جوهري بوضع كل ذرة في المكان الصحيح، وان نجعل كل هيكل متناسق مع قوانين الطبيعة التي يمكن أن نحددها بالتفاصيل الجزيئية، مع عدم تجاوز تكاليف التصنيع بشكل بالغ لتكلفة المواد الخام والطاقة المطلوبة.

ومن الواضح أننا سوف نكون سعداء بأي طريقة تحقق بشكل متزامن أول ثلاثة أهداف، إلا أنه يبدو انه من الصعوبة استخدام بعض أنماط التركيب المكاني (أي وضع أجزاء الجزيئات الصحيحة في المكان الصحيح) وبعض أشكال النسخ المتطابقة الذاتية (لتقليل التكلفة). وتنطوي الحاجة للحصول على التجميع المكاني على الاهتمام بالآليات الجزيئية (أي الأجهزة الآلية التي تكون جزيئيه من حيث حجمها ودقتها). ومن المحتمل أن تقوم هذه الآليات المكانية على النطاق الجزيئي بإعادة تجميع النسخ البالغة الصغر من الأجزاء المقابلة لها الميكروسكوبية. ويتم استخدام التجميع المكاني بشكل متكرر في التصنيع الميكروسكوبي اليوم مع ربط كلتا يديك خلف ظهرك! ففكرة السيطرة على وضع الذرات الفردية والجزيئات لا تزال حديثة، إلا انه يتعين علينا أن نستخدم على المستوى الجزيئي المفهوم الذي بين فعاليته على المستوى الميكروسكوبي، ونجعل الأجزاء تذهب إلى المكان الذي نريد منها الذهاب إليه.

وينجم عن شرط التكلفة المنخفضة اهتمام بأنظمة تصنيع النسخ المتطابقة ذاتياً، حيث يمكن لهذه النظم القيام بعمل نسخ عن نفسها وتصنيع منتجات مفيدة. فإذا أمكننا تصميم وبناء هذا النظام، فإن تكلفة تصنيع هذا النظام وتكاليف تصنيع الأنظمة المشابهة والمنتجات التي تعمل على إنتاجها (بافتراض قدرتها على إنتاج نسخ عن نفسها في بيئة غير مكلفة بشكل معقول) سوف تكون منخفضة للغاية.

تكنولوجية IBM للتصغير

تهدف أبحاث شركة IBM في مجال تكنولوجية التصغير إلى تصميم مكونات وهياكل ذرية جديدة على المستوى الجزيئي لتحسين تكنولوجيات المعلومات، بالإضافة إلى اكتشاف وفهم أساسها العلمي. ومن خلال ريادة تطوير تكنولوجية التصغير أو النانو، استطاع علماء شركة IBM وضع دراسات لهذه التكنولوجيات على مستوى النانو أو التكنولوجية القزمية. وعلى وجه التحديد، فإن الأنابيب الكربونية المصغرة ومسبار الفحص الذي تم إنتاجه من ميكروسكوب الطاقة الذرية يقدم وعداً بتمكين تحسين الدوائر ووسائل تخزين البيانات.

ويؤدي البحث في جزيئات النانو إلى تطبيقات في الطب الطبيعي بالإضافة إلى التخزين على القرص الصلب للكمبيوتر.
ومما يذكر أن الأبحاث في مجال تخزين المعلومات بواسطة تكنولوجية النانو الميكانيكية، مثل مشروع شركة IBM الذي يطلق عليه MILLIPEDE سوف تستمر في زيادة احتمالات زيادة كثافة التخزين الهوائي.

علم لا يزال في المهد

وتستخدم تقنية (النانو) الخصائص الفيزيائية المعروفة للذرات والجزيئات لصناعة أجهزة ومعدات جديدة ذات سمات غير عادية وعند إحكام قبضة العلماء على جوانب هذا العلم الخارق يصبح في حكم المؤكد تحقيق إنجازات تفوق ما حققته البشرية منذ ظهورها على الأرض قبل ملايين السنين. ويقول الخبراء أن تقنية النانو تعد البشرية بثورة علمية هائلة قد تتغير معها ملامح الحياة في جميع النواحي الصحية والتعليمية والمالية.. الخ، بما يجعل الحياة أفضل، ويساعد في التخلص من الأمراض المستعصية التي يعاني منها الناس على مدى قرون طويلة.
كذلك ستعمل النانو على تحسين أساليب الإنتاج الزراعي والصناعي وتخفض التكاليف على نحو غير مسبوق مما يعني مزيدا من الراحة ونهاية المتاعب لإنسان العصر.

هذا وتشهد المختبرات في الوقت الراهن سباقاً محموماً بين الباحثين يهدف لوضع مخطط تفصيلي عام يوضح وظائف (طرق عمل البروتينات في إطارها الكيميائي فيما يهتم الفيزيائيون بدراسة هياكل هذه المواد وخصائصها الوظيفية وذلك بهدف تركيب البروتينات بنسخ صناعة ذات خصائص جديدة وبجزيئات أكبر وأكثر تعقيداً ويحصر الباحثون مهامهم في الوقت الحالي في تصميم روبوت ضئيل الحجم قادر على تحريك الجزيئات وذلك حتى يكون ممكنا لها مضاعفة ذاتها بشكل آلي دون تدخل العوامل الخارجية. وفيما يتعلق بجسم الإنسان يتوقع أن تعمل تقنية النانو على مكافحة أمراض الجسم وإعادة إنتاج الخلايا الميتة ومضاعفتها والقيام بدور الشرطي في الجسم لحماية الأجهزة لتدعيم جهاز المناعة لدى الإنسان.

تكنولوجيا المنمنمات..ثورة صناعية ثانية

لقد كان هناك تساؤل يثار منذ فترة بعيدة عن التطورات التي يمكن أن تحدث في مجال التصنيع إذا ما تمكن الإنسان من السيطرة على الذرة بشكل جيد والاستفادة منها كما ينبغي عن طريق تحريكها؟ وكان أول من أثار هذا التساؤل عالم الفيزياء ريتشارد فينمان حيث تساءل عن (ماذا سيحدث إذا أصبح بمقدور العلماء ترتيب الذرات بالطريقة التي يريدونها؟).

جاء ذلك في إطار إعلانه عن ظهور تقنية حديثة في مهدها الأول في ذلك الوقت، سميت بالتقنية النانوية أو النانوتكنولوجيا (Nanotechnology) . ولقد مضى على إعلان (فينمان) ما يربو على أربعة عقود من الزمان حتى الآن، وبالرغم من أن التطور في هذه التقنية قد تأخر نسبياً بالمقارنة بالتقدم المطرد في علوم الكمبيوتر مثلا، لكن هذه التقنية عاودت الظهور بكثافة عالية مؤخراً، على هيئة مبتكرات وتقارير علمية في كثير من المطبوعات العلمية العالمية.

لكن هناك ثمة اتفاقا على أن عام 1990م هو البداية الحقيقية لعصر التقنية النانوية، ففي ذلك العام، تمكن الباحثون في مختبر فرعي لإحدى شركات الإلكترونات العالمية العملاقة من صنع أصغر إعلان في العالم، حيث استخدموا 35 ذرة من عنصر الزينون في كتابة اسم الشركة ذي الحروف الثلاثة على واجهة مقر فرعها بالعاصمة السويسرية! ويتنبأ العلماء بمستقبل واعد لهذه التقنية، التي باتت الدول الصناعية في أوروبا واليابان والولايات المتحدة تضخ إليها ملايين الدولارات من أجل تطويرها.

والولايات المتحدة وحدها التزمت هذا العام بتخصيص أكثر من 497 مليون دولار للتقنية النانوية واستخداماتها، كما أن شركات الكمبيوتر الكبرى المهتمة بالبحث العلمي، مثل (هيوليد باكارد) و(آي بي إم) و(ثري إم) تقوم بتخصيص ما يصل إلى ثلث المبالغ المخصصة للبحوث العلمية على التقنية النانوية.

وقد ظهرت عدة تقارير علمية دفعة واحدة، واحتلت أبحاث النانوتكنولوجي باباً كاملاً في مجلة العلم الأمريكية (ساينس) في تشرين الثاني نوفمبرِ (2000م)، ثم تلاها عدة تقارير في مطبوعات علمية أخرى كمجلة الطبيعة (نيتشر).

الطب والنانو تكنولوجيا

تُقاس الخلايا بالميكرونات، ويساوي الميكرون الواحد مليون جزء من المتر، وتقاس الذرات بالنانومتر الذي يعادل الواحد منه مليار جزء من
المتر أو واحدا على 80 ألف جزء من عرض شعرة الإنسان. وترمي النانو-تكنولوجيا إلى بناء وتسخير أشياء على المستوى الذري
(من حيث الحجم). وكما يعبر الدكتور جاك جودي أستاذ الهندسة الكهربائية بجامعة كاليفورنيا، لوس أنجلوس
University of California, Los Angeles، هناك تصوران لنمو
النانو-تكنولوجيا؛ أولاهما ما يسميه بتكنولوجيا استقطار الثمالة، حيث يسعى مهندسو الجزيئات إلى تشكيل بنيات من النانو- تكنولوجيا تم إنتاجها الواحدة بعد الأخرى من وحدات جزيئية. أما التصور الثاني فيقوم على تصغير التكنولوجيات الموجودة إلى الحد الأقصى. وقد نشأ النوع الأخير من علوم وتطبيقات الإلكترونيات الدقيقة، وتعرف مخترعاته باسم الميمات MEMS.

يقول جودي: "ظلت تكنولوجيا التصنيع المستخدمة في صنع الميمات تتطور باستمرار بفضل صناعة الدوائر الكهربية المتناهية الصغر. ولقد أصبح من الممكن الآن إنتاج بنيات كهربية أو ميكانيكية أو سائلة تتميز بدقة الحجم بصورة تكاد تكون متناهية، إذ ننتج من الزجاج أو السيلكون وحدات ومعدات أصغر حجما من الميكرون". وهذا يعني أن الآلات المعقدة يجرى استبدالها بأخرى أصغر فأصغر حجما.

في الوقت الحاضر يعمل الدكتور جودي في مجالٍ من التكنولوجيا لعزل الخلايا ومراقبة وظائفها الفسيولوجية، ويقول عن مشروعه: "إن تعريض الخلية لمؤثرات الإشعاع أو درجة الحرارة أو معدلات تدفق السوائل أو الكيماويات الأخرى سيغيّر البيئة الخلوية الخارجية. وحاليا يتم كل ذلك ولكن بوتائر بطيئة جدا. إلا أن التكنولوجيا التي نعكف على تطويرها تسمح باستخدام عدد كبير من الخلايا في وقت واحد، وهذا بدوره يسمح للعلماء بدراسة سلوكيات الخلية بدقة أكبر مما كان متوفرا في الماضي. فقد كانوا آنذاك يستطيعون مراقبة ما يحدث خارج الخلية دون أن تكون لديهم أية فكرة عما يحدث بداخلها".

الأداة المفضلة لدى جودي هي الرقاقة البيولوجية وهي قطعة صغيرة مربّعة من الزجاج مساحتها سنتيمتر في سنتيمتر، وبها قنوات صغيرة تستطيع أن تعزل الخليّة والمنافذ المتصلة بالخليّة. ويستطيع العالم أن يراقب ما يحدث للخلية عن طريق المجهر. ويخبرنا جودي أن شركات تصنيع الأدوية تبدي اهتماما كبيرا بهذه التكنولوجيا التي يعمل على تطويرها لأنها ستسمح لتلك الشركات بتطوير مكتشفاتها في علم وصناعة الدواء.

يقول توماس ويبستر، المهندس البيولوجي والأستاذ المساعد في جامعة بردو Perdue University: "إن إيصال الدواء إلى الجسم هو واحد من أول تطبيقات النانو-تكنولوجيا المرشحة للاستخدام. وعن طريقها يمكن أن ندخل إلى الخلية جرعة دوائية يقل حجمها عن 100 نانو متر دون أن تلفت النظر". والواقع أنه يمكن إعطاء الأدوية للمرضى على هيئة أقراص يقاس حجمها بالميكرون تقوم بإطلاق الدواء على الخلايا المستهدفة. والنظرية المعتمدة هنا هي أن فاعلية الدواء تزداد إذا كانت كمياته متناهية الصغر بهذا الشكل. وكلما تضاءلت الجرعة الدوائية كلما قل ضررها على المريض لأنها لن تستهدف حينها إلا الخلايا المسببة للمرض أو للعدوى.

ويبحث ويبستر أيضا في وسائل استخدام المواد النانوية لترميم وإصلاح الأنسجة الطبيعية، إذ برهنت الوسائل التقليدية مثل زرع العظام والأوعية الدموية على عجزها عن توفير النعومة واستواء السطح الذي يتوافر باستخدام المواد النانوية. ويقول وبستر: "لقد وجدنا أن البيئات النانوية تساعد الجسم على إعادة إنتاج نفسه بصورة أفضل سواء في مجال العظام أو الأوعية الدموية أو الغضروفيات وخلايا المثانة. ولقد جرى إثبات كل ذلك عمليا. ومن المتوقع أن تتوسع استخداماتها في الجسم البشري في وقت قريب نسبيا". كما أنه من المتوقع أن تبقى المواد الجديدة عاملة داخل الجسم لمدة أطول من مدة الـ15 عاما المتاحة حاليا لمعظم أشكال استزراع الأعضاء التقليدية.

تهتم جنيفر ويست الأستاذة المساعدة لقسم الهندسة البيولوجية بجامعة رايس Rice University بمدينة هيوستن بولاية تكساس والمختصة بأبحاث علاج السرطان وإطالة عمر المصابين به. وتجري أبحاثها على مادة تعرف باسم القشور النانوية تتميز بقدرتها على التشبّع بالضوء من الدرجة فوق الأشعة الحمراء، والمعروف بقدرته على التغلغل في الجسم إلى أعماق كبيرة. وتشرح جنيفر العملية قائلة: "نقوم بحقن القشور النانوية بشكل منتظم ونتركها تتحرك خلال الجسم لتصل إلى الخلايا السرطانية وتلتحم بها، ثم نقوم بتسليط أشعة قريبة من الأشعة فوق الحمراء عبر الأنسجة، وبسب ذلك ترتفع حرارة القشور النانوية. وتخلق فتحات مسامية في غشاء الخلايا السرطانية فتلتحم بها وتسبب موتها".

وتضيف جنيفر ويست: "إن ذلك تطبيق مدهش للنانو- تكنولوجيا. وقد رأينا حالات شفاء كامل من الأورام في الفئران والحيوانات المعملية الأخرى التي كنا نجري تجاربنا عليها، ومنها ما عاش لشهور وشهور دون أن تعود الأعراض التي كان يعاني منها إلى الظهور".

يتوقع العلماء أن تصبح النانو-تكنولوجيا في المستقبل القريب جزءا أصيلا من الممارسة الطبية اليومية خاصة في مجال توصيل الدواء. ومع ذلك نجد جنيفر ويست تحذر من أن ذلك لن يحصل في القريب العاجل إذ تقول: "لا زلنا على مبعدة عدة عقود من تلك الآلات الدقيقة التي تسبح عبر أجسامنا لتقاتل البكتيريا والفيروسات وتحول كل البشر إلى مخلوقات صحيحة معافاة".

فيروسات في حجم الديناصورات!

قام العلماء بتكبير صور الدقائق والجسيمات والكائنات المتناهية في الصغر كالبكتيريا والفيروسات إلى أحجام تصل لحجم ملعب كرة القدم. وتمكنوا عن طريق تقنيات متقدمة؛ من رؤية المناظر بطريقة طبيعية ثلاثية الأبعاد والتفاعل معها، بل لقد قام أحدهم بوخز بعض البكتريا الموحلة في بعض الأوساط الغذائية ووخز أنابيب الكربون التي لا يتعدى حجمها النانومتر (النانو = جزء من البليون من المتر).

وأطلق على الآلة الجديدة " نانومانيبيولاتور"nanoManipulator)) أو المعالج النانومتري، ومكنت هذه الآلة الحديثة العلماء من السباحة في عالم متناه في الصغر، عن طريق ارتداء منظار خاص. وتقبع النسخة الأكثر تقدّما من النانومانيبيولاتور في قسم الفيزياء بجامعة نورث كارولينا في "تشابل هل". ولقد تم استخدام أحدث التقنيات المتقدمة في العالم اليوم لابتكار هذا الجهاز(أحدث تقنيات الحقيقة الافتراضيّة وأحدث مسبر (مجس) حسيّ دّقيق، الذي سمح للعلماء أن يلمسوا ويشعروا بجزيئات متناهية الصغر).

يقول "إيرك هينديرسون" الأستاذ في جامعة ولاية إيوا بعد زيارته لحرم الجامعة لاختبار جهاز "النانومانيبيولاتور": هذا الجهاز يشعرك بأنك تطير بين الجزيئات، ويجعل الكروموزومات تبدو هائلة مثل حجم سلسلة جبال. ويقول "ريتشارد سوبرفاين" أستاذ الفيزياء في جامعة نورث كارولينا، الذي أشرف على الفريق المطوّر لجهاز "النانومانيبيولاتور": إنّ لديه غرضا عمليّا أهم للباحثين وهو يتمثل في توفير الوقت والجهد والمال؛ حيث يمكنهم هذا الجهاز من عمل تجربة ما؛ يلاحظون ويلمسون نتائجها فورًا ويشاهدون مفرداتها على الطبيعة في ثوان معدودة.

كيف تطوّر النانومانيبيولاتور؟!

“النانومانيبيولاتور" هو ثمرة تعاون بين باحثي العلوم الطّبيعيّة ومجموعة من خبراء علم الكمبيوتر. ولقد بدأ العمل الفعلي لإنتاجه في نهايات الثمانينيات، عندما بدأ العلماء العمل على تطوير نوع جديد لمجهر سُمي "بالمجهر المسبر الماسح". وبدلاً من استعمال أمواج الضوء أو الإلكترونات لفحص عيّنة ما وتكوين صورة محسوسة لها، يقوم هذا المجهر بتحسس العيّنة مباشرةً عن طريق مسبرّ متناه في الصغر؛ يتمثل في نقطة لا يتعدى حجمها حجم الجزيء. ويمسح هذا المجس سطح العيّنة برقّة؛ مثلما يقرأ العميان بأصابعهم على طريقة بريل. وتظهر النتيجة في الحال على هيئة صورة مجسمة ثلاثية الأبعاد يمكن تكبيرها إلى أحجام تزيد عن المليون ضعف؛ بالرغم من أنها لا يزيد حجمها الأصلي عن بضع من النانومترات.

بدأ "روبينيت وارين" باحث علم الكمبيوتر في جامعة نورث كارولينا العمل الفعلي في هذا المشروع في أوائل التسعينيات عندما كان يبحث عن طريقة لاستعمال تكنولوجيا الواقع الافتراضيVirtual Reality) )، وقد كلّف "روبينيت" طالبا للدّراسات العليا بالعمل على إيجاد وسيلة تطبيقية لهذا المجال. ثم تطور المشروع ليصبح مشروعا مشتركا بين عدة أقسام علمية في جامعة نورث كارولينا.

يتضمن النانومانيبيولاتور آلة مشيرة تبدو مثل عصا قيادة السيارات، وتتصل هذه الآلة بكمبيوتر شخصيّ مزود ببطاقة رسم بيانيّ متقدمة للغاية، تقوم بتحويل بيانات المجهر لتعرضها على هيئة صورة ثلاثية الأبعاد ذات ألوان متعدّدة، ويمكن هذا المجس الدقيق العلماء من أن يلمسوا ويشعروا بمعالم الأشياء الصغيرة التي يدرسونها، ولقد شعر العلماء بالحوافّ الصّغيرة والفجوات المتواجدة في جزيئات البروتين، وبلزوجة بعض أنواع البكتريا الممرضة. كما استطاع الفيزيائيّون دراسة أنابيب الكربون الدقيقة أو النانوتيوب nanotubes) ) التي قد تشكّل أجزاء للآلات الإلكترونيّة الصغيرة والماكينات يومًا ما. ولقد شاهد الكيمائيون شجار الذّرّات داخل أنابيب الكربون الدقيقة، مما حدا بهم بالتفكير في عمل محركات صغيرة عن طريق حث هذه الأنابيب لتتحرك مثل أسنان التّرس.

ويقول "سين واشبرن" أستاذ فيزياء وعلوم الموادّ في جامعة نورث كارولينا: إنّ فريق النانومانيبيولاتور قد تعلّم كثيرا من القواعد الفيزيائية التي تحكم حركة الجسيمات الدقيقة، على سبيل المثال الجزيئات الصغيرة لا تتأثر بالجاذبيّة، ولكنهاّ تتأثر بشدة بالقوانين الفيزيائية الأخرى مثل اللّزوجة.

تكنولوجية النانو وعلاج السرطان

يمكن للأجهزة الدقيقة أن تعمل بشكل جذري على تغيير علاج السرطان إلى الأفضل وان تزيد بشكل كبير من عدد العناصر العلاجية، وذلك لأن الوسائل الدقيقة، على سبيل المثال يمكن أن تعمل كأدوات مصممة حسب الطلب تهدف لتوصيل الدواء وقادرة على وضع كميات كبيرة من العناصر الكيميائية العلاجية أو الجينات العلاجية داخل الخلايا السرطانية مع تجنب الخلايا السليمة وسوف يعمل ذلك بشكل كبير من تخفيض أو التخلص من المضاعفات الجانبية السلبية التي تصاحب معظم طرق العلاج الحالية للسرطان.

وهناك مثال جيد من العالم البيولوجي وهي كبسولة الفيروس، المصنعة من عدد محدد من البروتينات، كل منها له خصائص كيميائية محددة تعمل معا على إنشاء وسيلة متعددة الوظائف دقيقة لتوصيل المواد الجينية. سوف تعمل تكنولوجية التصغير على تغيير أساس تشخيص وعلاج والوقاية من السرطان، ومن خلال الوسائل الدقيقة المبتكرة القادرة على القيام بوظائف طبية بما في ذلك الكشف عن السرطان في مراحله المبكرة وتحديد موقعه في الجسم وتوصيل الأدوية المضادة للسرطان إلى الخلايا السرطانية وتحديد إذا كانت هذه الأدوية تقتل الخلايا السرطانية أم لا.

تطوير خطة تكنولوجية التصغير لمعالجة السرطان

تقوم خطة تكنولوجية التصغير لمعالجة السرطان على تزويد دعم مهم في هذا المجال من خلال مشاريع داخلية وخارجية ومعمل لتوحيد مقاييس التكنولوجية الدقيقة الذي سوف يعمل على تطوير معايير هامة لأجهزة ووسائل التكنولوجية الدقيقة التي سوف تمكن الباحثين من تطوير واجهات عمل متعددة الوظائف وتقوم بمهام متعددة.

قنابل نانوية لتفجير الخلايا السرطانية

طور علماء من مركز السرطان (ميموريان كيتيرنج) الأمريكي قنابل مجهرية ذكية تخترق الخلايا السرطانية، وتفجرها من الداخل. استخدم العلماء بقيادة (ديفيد شينبيرج) التقنية النانوية في إنتاج القنابل المنمنمة، ومن ثَم استخدامها في قتل الخلايا السرطانية في فئران المختبر. وعمل العلماء على تحرير ذرات مشعة من مادة (أكتينيوم 225) ترتبط بنوع من الأجسام المضادة من (قفص جزيئي)، ونجحت هذه الذرات في اختراق الخلايا السرطانية ومن ثم في قتلها.

وأكد (شينبيرج) أن فريق العلماء توصل إلى طريقة فعالة لربط الذرات بالأجسام المضادة ومن ثَم إطلاقها ضد الخلايا السرطانية. واستطاعت الفئران المصابة بالسرطان أن تعيش 300 يوم بعد هذا العلاج، في حين لم تعِش الفئران التي لم تتلقَّ العلاج أكثر من 43 يوماً.

وتوجد في كل (قنبلة) خلية ذات عناصر إشعاعية قادرة على إطلاق ثلاث جزيئات عند اضمحلالها. وكل جزيئة من هذه الجزيئات تطلق ذرة (ألفا) ذات الطاقة العالية، لذلك فإن وجودها داخل الخلية السرطانية يقلص من احتمال قيام ذرات ألفا بقتل الخلايا السليمة.

وتم تجريب الطريقة على خلايا مستنبَتة مختبرياً من مختلف الأنواع السرطانية التي تصيب الإنسان، مثل الأورام السرطانية في الثدي والبروستاتة وسرطان الدم. وستجرَّب الطريقة أولا في مكافحة سرطان الدم بعد أن تأكد العلماء أن التجارب على الفئران سارت دون ظهور أعراض جانبية.

(النانوبيوتيك).. أحدث بديل للمضاد الحيوي

توصل العلماء الأمريكيون إلى طريقة علمية جديدة لمكافحة البكتيريا القاتلة التي طورت مقاومة ضد المضادات الحيوية، وللبكتريا القاتلة الفتاكة التي طورت مناعة ذاتية للمضادات الحيوية، والبكتريا المحورة وراثيا المستخدمة عادة في الحرب البيولوجية. ويعتبر هذا النوع الجديد من الأدوية الذكية بديلا غير مسبوق للمضادات الحيوية، ويساعد على حل مشكلة مقاومة هذه الأنواع البكتيرية للأدوية.

ومن المعروف أن الجراثيم نشطت المقاومة للأدوية؛ بسبب إفراط المرضى في استخدام المضادات الحيوية، وعدم إدراك الأطباء لقدرة البكتيريا الكبيرة على تطوير نفسها لمقاومة المضادات الحيوية، كما تدخلت علوم الهندسة الوراثية والمناعة والكيمياء الحيوية في هندسة بعض الكائنات وراثياً بحيث لا تؤثر فيها المضادات الحيوية، كما لا تؤثر فيها الطعوم أو اللقاحات التي تم تحضيرها بناء علي التركيب الجيني للكائنات الطفيلية المُمرِضة العادية . وكانت منظمة الصحة العالمية قد أصدرت مؤخراً تحذيراً من أن جميع الأمراض المُعدية تطور مناعة ضد المضادات الحيوية بصورة منتظمة.

مخاوف حول التأثيرات الممكنة على الصحة الإنسانية والبيئة:

إيريك دريكسلر Eric Drexler العالم الذي وضع أسس النانو تكنولوجي حذر من التطوير القوي جداَ والتقنيات الخطيرة،في كتابه Engines of Creation ،تصور دريكسلر بأن الجزيئات الذاتية الإستنساخ التي عمل بها الناس قد تتجنب سيطرتنا. ولو أن هذه النظرية أساءت إلى سمعة الباحثين في هذا الحقل على نحو واسع،والعديد من المخاوف تبقى بخصوص تأثير النانو تكنولوجي على الصحة الإنسانية والبيئية بالإضافة إلى تأثير الصناعة الجديدة. يقلق النشطاء بإن العلم وتطوير النانو تكنولوجي سيتقدمان سريعاَ ويستطيعان إبتكار الإجراءات التنظيمية المناسبة.

----------

ارسل لى العضو الكريم "الرحيق المختوم" الرابط الذى نقلت منه هذا الموضوع
لعذره عن نقلهم بسبب مشاكل فى النت ...
جزاكم الله خيرا على هذه المعلومات الجميلة
والحمد لله

النانو تكنولوجيا.. أعجوبة العالم الجديدة

دارات ضوئيّة بدل الكهربائيّة و«آي بي أم» تستعد لتطوير اول «حاسب ضوئي»

جدّة: خلدون غسّان سعيد
التكنولوجيا الحديثة المسماة نانو تكنولوج Nanotechnology قد يعرفها بعض الناس. وقد يجهلها البعض الآخر، وقد يخاف منها الآخرون. والنانو تكنولوجي او تقنيات النانو، هي مجموعة من الأدوات والتقنيّات والتطبيقات التي تتعلّق بتصنيع بنية معيّنة وتركيبها باستخدام مقاييس في غاية الصغر. ومن الخطأ فعل ما يفعله الكثيرون عند سماعهم بهذه التقنيّة، إذ أنّهم يبتعدون عن معرفة المزيد عنها، خوفا من عدم فهمهم أو لصعوبة تخيّلهم لهذه التقنية، ولكنّها بسيطة جدّا، وشئنا أم أبينا، ستكون تطبيقات هذه التكنولوجيا في محور حياتنا اليوميّة خلال بضع سنين. شركة آي بي إم International Business Machines IBM تعلم ذلك، ولهذا تصبّ جُلّ جهودها لتطوير هذه التكنولوجيا في مجال تقنيّة المعلومات. ومن إنجازات آي بي إم في هذا المجال، مجهر لتصوير الذرّات وتسجيلها باستخدام رؤوس أقراص صلبة على مستوى النانو. وتطلعاتها إلى المستقبل أكبر بكثير من حجم هذه التكنولوجيا، فهي تطمح لتطوير بنية معيّنة على مستوى الذرّات أو الجزيئات لتطوير تقنيّات المعلومات. ويمكن باستخدام هذه التقنية أن يتمّ «تفصيل» مركّبات من ذرّات معيّنة انتقائيّا باليد. وسيصبح بالإمكان تكوين مركّبات بأي مواصفات يريدها الشخص، أو إيجاد مركّبات بمواصفات ليست موجودة في الطبيعة، وبكلّ المقاييس من المستوى الذريّ إلى مستوى ناطحات السحاب، وبالتالي إيجاد عمليّات تصنيعيّة زهيدة الثمن وعالية الأداء، مما سيمهّد الأساس لمستقبل مزدهر لتقنيّة المعلمومات.

النانو وتطبيقاته: النانو هو واحد من مليار من المتر، أو 9-10 من المتر. ويصف توماس كيني Thomas Kenny من جامعة ستانفورد حجم النانو بأمثلة كثيرة، مثل كونه بنفس عرض الحمض النووي منقوص الأوكسجين DNA أو بحجم عشر ذرّات هيروجين، أو معدّل نموّ ظفر الإنسان في ثانية واحدة، أو ارتفاع قطرة ماء بعد بسطها كليّا على سطح مساحته متر مربّع واحد، أو واحد على عشرة من سماكة الطبقة الملوّنة على النظّارات الشمسيّة. والجدير بالذكر أنّ عرض أصغر مركّب في معالج البنتيوم Pentium هو 100 نانومتر.

الحجم له اعتبار في عالم الحاسب الآلي والإلكترونيّات، فالحاسب الخارق اليوم الموجود في مراكز الأبحاث والتطوير أو في الجامعات الكبيرة سيكون مجرّد ساعة يد في المستقبل القريب. والمباني والآلات ستستطيع إرسال إشارات لاسلكيّة عندما تحتاج إلى صيانة، أو قد تستطيع إصلاح نفسها. اما ثيابنا فستأخذ بيانات عن صحتنا وتنبهنا لعوامل بيئيّة مضرّة وستنظّف نفسها من الأوساخ والروائح دون أيّ مساعدة وستقوم بتدفئة أو تبريد الجسم حسب درجة الحرارة الخارجيّة. وسيمكن صناعة غرفة عملّيات كاملة في كبسولة (عبوة) صغيرة، يتمّ وضعها داخل جسم المريض لتقوم بتنفيذ برنامج العمليّة الذي برمجه الطبيب فيها حسب حالة المريض (من الممكن جدّا أن يحتاج الخيّاط أو المهندس أو الطبيب لأخذ دروس في برمجة هذه التقنيّات). مجالات لا تُعدّ ولا تُحصى تدخل فيها النانوتكنولوجيا، وستغيّر حياتنا عشرات الألوف من المرّات التي استطاع فيها الإنسان تغيير حياته منذ بدء الزمان وحتّى يومنا هذا. وسيصبح محتوى أكثر أفلام الخيال العلميّ خصوبة الآن، مجرّد تخيّلات بسيطة لطفل صغير.

ابداعات «آي بي إم»: شركة آي بي إم استطاعت إيجاد طريقة لاستخدام طرق التصنيع التجاريّ المستخدمة الآن في صنع أنظمة تحكّم في مجموعات من أسلاك صغيرة، وهو التطوّر الذي تأمل الشركة أن يؤدي إلى إيجاد شرائح ذاكرة للحاسب الآليّ ذات كثافة تبلغ أربعة أضعاف الكثافة الحاليّة.

ومع أنّ كثافة الذاكرة تزداد الآن، إلا أنّها تزداد بمقدار ثابت (خطّيّ)، وهذه التقنيّة الجديدة ستسمح بالقفز تقنيّا إلى الأمام بعشرات السنين في لحظة واحدة، وستقلّص من تكاليف التصنيع بشكل كبير جدّا. التقنية هذه تتكوّن من إيجاد نمط لنظام تحكّم يتكوّن من ثلاثة عناصر، يوضع أحدها على نهاية مجموعة من الأسلاك المتوازية ويقوم بإمداد الإلكترونيات، والعنصران المتبقيان يوضعان على جانبي المجموعة، ويقومان معا بتكوين مجالات كهربائيّة عبر مجموعة الأسلاك انتقائيّا، ويمكنهما إيقاف التيّار في كلّ الأسلاك، عدا سلك واحد مختار. ومجموعة الأسلاك التي استطاعت آي بي إم استخدامها إلى الآن تتكوّن من أربعة أسلاك، ولكنّ المبدأ نفسه يمكن تطبيقه على ثمانية أسلاك. ووجود القدرة على انتقاء سلك معيّن تعني أنّه من الممكن إيجاد عناوين محدّدة للإشارات الكهربائيّة، العنصر المهمّ جدّا والرئيسيّ في تصميم وعمل الذاكرة العشوائيّة Random Access Memory RAM.

وعلى سبيل المثال يمكن جعل خليّة ذاكرة ما في شبكة كبيرة من الخلايا أن تقرأ أو تكتب المعلومات عن طريق تفعيل خطّين متعامدين، تماما مثل قراءة إحداثيّات نقطة ما في المستوى الديكارتي (المحورين السيني والصادي) أو مثل استخدام خطوط الطول والعرض معا لتحديد موقع ما على الخريطة.

وتتوقّع شركة آي بي إم أن تستطيع إيجاد نماذج من هذه الذاكرة صالحة للاستخدام في عام 2006، وإذا أثبتت هذه النماذج قدرتها على العمل بكفاءة، فإنّه سيصبح بالإمكان إيجاد استخدامات أكثر تعقيدا من هذه النماذج في السنوات اللاحقة، مثل معالجات الحاسب الآليّ، فتطبيقات المبدأ كثيرة وستُحدث ثورة في عالم الإلكترونيّات.

وفي تطوّر آخر لشركة آي بي إم، استطاع باحثون فيها (يوري فلاسوف ومارتن أوبويل وهيندريك هامان وشاري مكناب من مركز تي جيه واتسون للأبحاث بدعم جزئيّ من وكالة مشاريع أبحاث الدفاع المتقدّمة DARPA، المؤسسة المسؤولة عن التطوير والأبحاث المركزيّة التابعة لوزارة الدفاع الأميركيّة، عن طريق برنامجها «إبطاء وتخزين ومعالجة الضوء» Slowing, Storing and Processing Light من الاقتراب أكثر من حلم استبدال الكهرباء بالضوء في إيصال سيل المعلومات بين أجزاء الدارات. وهذا الأمر سيؤدّي إلى تطوّرات جذريّة في أداء الحاسب الآلي وكلّ الأنظمة الإلكترونيّة الأخرى، فالباحثون استطاعوا إبطاء سرعة الضوء إلى واحد على 300 من سرعته المعتادة عن طريق تمريره في قنوات من السليكون المصنّع بعناية بالغة، يسمّى موجّه موجات الكريستا ـ الفوتونيّ Photonic Crystal Waveguide PCW شريحة رقيقة من السليكون «منقّطة» بمجموعات من الثقوب تكسر أو تغيّر من مسار الضوء المار بها). هذا التصميم للقنوات يسمح بتغيير سرعة الضوء عن طريق تمرير تيّار كهربائيّ لموجّه الموجات. ويجدر بالذكر أنّ الكثير من الباحثين في السابق استطاعوا إبطاء سرعة الضوء في ظروف مخبريّة، ولكنّ تحكّمهم في سرعة الضوء على شرائح سليكونيّة باستخدام وسائل تصنيعيّة تعتمد على النانو تكنولوجيا هو سابقة جديدة. وحجم هذا الجهاز الذي استطاع العلماء تصنيعه صغير جدّا، ويمكن استخدام المواد شبه الموصلة فيه المواد التي تُستخدم عادة في تصنيع الدارات الكهربائيّة والقدرة على التحكّم بسرعة الضوء أو إبطائه في هذه الحالة تجعل بالإمكان لهذه التقنية أن تصنع دارات ضوئيّةOptical Circuits في غاية الصغر من الحجم، وعمليّة في آن واحد لوضعها في الأدوات الإلكترونيّة. معوّقات التطوّر: للتشبيه، فإنّه من الصعب إيصال سلع تجاريّة في وقت سريع في مدينة دائمة الازدحام بالسيّارات، مهما كان حجم الإنتاج وسرعته. والحل هو إمّا زيادة عرض الشوارع في المدينة (الأمر المستحيل بسبب وجود مبان محيطة بالشوارع)، أو إيجاد طرق بديلة (الأمر المكلف زمنيّا). وعدم القدرة على إيصال المعلومات في الدارات الكهربائيّة هي أحد أكبر «الإختناقات المروريّة» التي يمرّ فيها مصمّمو الدارات الكهربائيةّ. كما ان من المشاكل التي تواجه مصمّمي الدارات الكهربائيّة، زيادة الناتج الحراريّ بسبب ازدياد مرور الإلكترونات في الدارات الكهربائيّة، الأمر الذي قد يؤدّي إلى «احتراق» الدارة بكاملها إن لم يتمّ تبريدها بشكل مدروس. وأحد أكبر المشاكل التي تشلّ تطوّر المعالجات والذاكرة في الحاسب الآليّ هي ظاهرة انتقال الإلكترونات من مسارها إلى مسار آخر عند تقليص حجم الدارة الكهربائيّة. فالتقنيّات المستخدمة اليوم تعتمد تقنية 90 و65 و45 نانو متر في التصميم، ولكنّ المصمّمين يواجهون ظاهرة انتقال الإلكترونات من مسار ما إلى آخر بسبب التنافر الكهربائيّ بينها وبين إلكترونات أخرى قريبة. هذه الظاهرة لم تكن موجودة من قبل لأنّ التقنيات المستخدمة حينها كانت تستخدم مسارات إلكترونيّة أكثر عرضا من المسارات المستخدمة الآن. ولكنّ نتائج أبحاث آي بي إم لن تحلّ هذه المشاكل، بل ستتجاوزها لتنعدم من أساسها، إذ ستتغيّر قوانين الفيزياء في الدارات لتصبح تعتمد على نظريّات وقوانين الضوء (كميّة أو موجيّة أو غيرها)، لتنعدم الآثار الحراريّة لمرور الإلكترونات في الأسلاك والدارات الكهربائيّة، ولينعدم التنافر الإلكترونيّ. وسيصبح الضوء هو أساس توصيل المعلومات بين مكوّنات الحاسب الآليّ. ولكن ليتمّ كلّ ما تمّ ذكره، يجب أن تدعم المكوّنات هذه تحكّما كاملا بإشارات الضوء، ويجب أن تكون تكلفة تصنيع آليّة هذا التحكّم زهيدة الثمن وحجمها صغيرا. واستطاعت آي بي إم من أن تقدّم بعض الحلول لهذه المشكلة عن طريق استخدام موجّهات موجات الكريستال ـ الفوتونيّ، التي تحتوي على معامل انحراف للضوء عال بسبب وجود أنماط من مجموعات الثقوب فيها. فكلّما ازداد معامل الانحراف، قلّت سرعة الضوء الخارج منها. وبزيادة حرارة موجّهات موجات الكريستال ـ الفوتونيّ عن طريق تمرير تيّار كهربائيّ فيها، يتمّ تغيير معامل الانحراف، الأمر الذي يغيّر من سرعة الضوء الخارج من الثقوب، باستخدام قدرة كهربائيّة قليلة جدّا.

ويجدر ذكر أنّ كلّ ما تمّ تطبيقه في الأبحاث موجود على منطقة صغيرة جدّا من الدارة، ولا يمكن مشاهدتها إلا تحت المجهر. هذا الأمر يعني أنّّه بالإمكان إيجاد دارات ضوئيّة في غاية التعقيد بنفس حجم الدارات الحاليّة. أمّا بالنسبة لعمليّة التصنيع، فإنّها موجودة في أغلب مصانع الدارات الحاليّة. والقدرات الوظيفيّة التي يدّعيها الباحثون تسمح بإيجاد مكوّنات بحجم النانو، مثل اماكن لحفظ المعلومات الضوئيّة والمعالجات الضوئيّة والكثير غيرها. وإن تمّ صنع جميع هذه المكوّنات بأسعار معتدلة، فإنّ أوّل جهاز حاسب آليّ ضوئيّ (هل سيصبح اسمه الحاسب الضوئيّ؟) سيكون من صنع شركة آي بي إم. وعلى الأغلب، فإنّ الجيل الأوّل سيكون عبارة عن هجين من الدارات الإلكترونيّة والضوئيّة مع بعضها البعض، إلى حين نضوج هذه التقنيّة.

مواقع مهمّة

* صفحة آي بي إم: http://www.ibm.com

* إنجازات آي بي إم في مجال النانو تكنولوجيا: http://domino.research.ibm.com/comm/research.nsf/pages/r.nanotech.defined.html#timeline

* للمزيد من المعلومات حول بحث آي بي إم في موجّهات موجات الكريستال-الفوتونيّ (Active Control Of Slow Light On A Chip With Photonic Crystal Waveguides), يمكن مراجعة صفحة مجلّة نيتشر: http://www.nature.com

* صفحة المبادرة الوطنيّة للنانو تكنولوجيا National Nanotechnology Initiative: http://www.nano.gov

تقنية النانو.. المفهوم والطريقة

النانوتكنولوجي Nanotechnology Nano2

مع دخول فصل الشتاء وزيادة برودة الطقس سوف نحتاج في الأيام القادمة لارتداء الملابس الثقيلة والجوارب الدافئة, ولو ذهبت لأحد المحلات التجارية بالقرب من منزلك, وقال لك البائع هل تريد جوربا عاديا أم جوربا آخر ذو خصائص سحرية ( جورب لا يخرج رائحة ولا يتلف على مدى طويل قد يستمر إلى 100 يوم أو أكثر), يعني إلبس وانسى فأرجو منك أن لاتستغرب أو تندهش, أو تكذب البائع وتنعته بالمجنون.

في الأيام الفائتة, أمضيت فترات مطوله في البحث والتحري حول تقنية النانو .

ماهية هذه التقنية وطريقتها وكيفية التعامل معها والاستفادة منها.

كان لدي الكثير من اللبس حول هذه التقنية , مما دعاني إلى تكثيف البحث والقراءة و التزود بمعلومات أكثر وضوحا حول هذا المجال.ما أزعجني كثيراً أثناء عملية البحث هو اختلاف المفهوم في أكثر من مرّه عند أكثر من شخص وأكثر من موقع قام بشرح هذه التقنية والتحدث عنها. ( تابعوا بقية المقال بعد الفاصل )

فمنهم من يقوم بوصف النانو بأنها تقنية و وحدة قياس نانو ميتر" التي تعني مليون وحدة لملمتر واحد أو (10000 مرة أصغر من ديسمتر من شعر الإنسان) وآخر يقول لك بأن رش قليل من النانو داخل أنابيب المياه قد يقوم بتنقيتها بشكل كامل من أدق الجزيئات والرواسب العالقة على مر الزمن.

في الحقيقة وجدت تناقضات عدة في الكثير من المواقع العربية في شرح وتفصيل تقنية النانو.

لا يوجد هناك وضوح في الرؤية ودقة في شرح هذه التقنية فأنا كما ذكرت لا أعلم هل النانو مجرد شاكوش وأداة تمسك باليد, أم مزيج من الأفكار والطرق الذكية في التعامل مع الأشياء , ما توصلت إليه حتى الآن ومن وجهة نظري بأن النانو هي مجرد تقنية حديثه تتعامل مع العنصر بطريقة مختلفة.

للتوضيح أكثر سنطرح مثالاً بسيطا:

لعشاق التفاح وعلامة الماكنتوش

التفاح نعم التفاح, نتفق جميعا بأنه مهما اختلفت طريقة تقطيع التفاح فلن يتغير طعمه وذوقه مهما حصل, و لو قمنا بتقطيع وعصر قطع التفاح عصرا شديدا فلن يتغير طعم التفاح أبداً.

مهما كانت لدينا طقوسا مختلفة في طريقة تقطيع التفاح و كل منا يهوى إلتهام قطع التفاح بطريقته التي يحبها ويعشقها إما بشكلها المربع أو بالشكل المثلث أو بالحلوسه … التفاح يبقى تفاح مهما حصل.

أما في النانو فالمعجزة حصلت, والوضع هنا مختلف جداً فقد يصبح التفاح شوكولاته , فالعلماء اكتشفوا أن بعض العناصر قد يتغير تركيبها عندما نقوم بتجزئتها إلى أجزاء صغيرة جدا جدا, ومتناهية في الصغر و قد نستطيع التغيير على تركيبتها الرئيسية والتحكم بها بشكل أكبر.

وهنا حصلت ثورة النانو في العالم, وانطلقت بعض الدول لعمل دراسات حول هذه التقنية, وقامت دول أخرى بعمل مراكز بحوث ودراسات وجامعات مخصصة لتقنية النانو, وكلفت مجموعة من الخبراء المميزين لدراسة هذه التقنية.

في مجال الصحة سوف يكون لدى الأطباء القدرة على السيطرة على بعض الأورام الصغير التي لايمكن التأثير عليها في السابق.

في المجال العسكري حدث و لاحرج

النانوتكنولوجي Nanotechnology Confused_smile

النانوتكنولوجي Nanotechnology Confused_smile

في المجال التقني معالجات متناهية في الصغر ,و أغلب الملحقات من أصغر إلى أصغر, والحياة من أسهل إلى أسهل.

كل مجال له حظه الوافر من هذه التقنية ولا أستطيع أن أعرّج على كل المجالات فوقت الحلقة بدأ يداهمنا.
باختصار شديد.. النانو هي تقنية ومنهج وليس أداة أو شيء محسوس, فلا أحد يستطيع أن يبيع النانو أو يسرقها.

كشف العالم الياباني ماسارو إيموتو رئيس معهد هادو للبحوث العلمية عن خصائص إعجازية لماء زمزم وهو الماء المقدس عند المسلمين بعد أن أجرى عليه عدة تجارب باستخدام تقنية النانو.

وأكد إيموتو في كلمة ألقاها في الندوة العلمية التي نظمتها كلية دار الحكمة للبنات في مدينة جدة يوم الأحد أن ماء زمزم يمتاز بخاصية علمية لا توجد في الماء العادي، بعد أن بينت الدراسات والبحوث العلمية التي أجراها على الماء بتقنية النانو أنها لم تستطع تغيير أي من خواصه الأصلية.

وأشار الباحث الياباني, وهو مؤسس نظرية تبلور ذرات الماء التي تعد اختراقا علميا جديدا في مجال أبحاث الماء ومؤلف كتاب "رسائل من الماء", إلى أن البسملة في القرآن الكريم لها تأثير عجيب على بلورات الماء.

وقال إيموتو في حديثه أمام أكثر من 500 باحث ومهتم في أبحاث المياه، أن إضافة قطرة واحدة من ماء زمزم إلى 1000 قطرة من الماء العادي تجعل الماء العادي يكتسب الخصائص ذاتها لهذا الماء المقدس.

وقال إيموتو في كلمته التي نقلتها وكالة الأنباء السعودية (واس) أن بداية معرفته بماء زمزم كانت عندما حصل على ماء زمزم من شخص عربي كان يقيم في اليابان.

وبين إيموتو أن ماء زمزم فريد ومتميز ومقدس ولا يشبه في بلوراته أي نوع من المياه في العالم أيا كان مصدرها. ولفت إلى أن كل الدراسات في المختبرات والمعامل لم تستطع أن تغير خاصية هذا الماء وهو أمر لم نستطيع معرفته حتى الآن وأن بلورات الماء الناتجة بعد التكرير تعطي أشكالا رائعة لذلك لا يمكن أن يكون هذا الماء عادياً.

وأوضح إيموتو أنه حين تعرضت بلورات الماء للبسملة عن طريق القراءة أحدثت تأثيرا عجيبا وكونت بلورات فائقة الجمال في تشكيل الماء. وبالإضافة إلى البسملة فإن لأسماء الله الحسنى أثر كبير على خاصية بلورات ماء زمزم إذ تم عرض أسماء الله الحسني التسعة والتسعين على الماء ولكن عند عرض اسم "العليم" على بلورات الماء شكل هذا الاسم تأثيرات خاصة في شكل الماء وخواصه.

وأشار إيموتو إلى تجربة إسماع الماء شريطا يتلى فيه القرآن الكريم فتكونت بلورات من الماء لها تصميم رمزي غاية في الصفاء والنقاء مؤكدا أن الأشكال الهندسة المختلفة التي تتشكل بها بلورات الماء الذي قرأ علية القرآن أو الدعاء تكون اهتزازات ناتجة عن القرآن على هيئة صورة من صور الطاقة مبينا أن ذاكرة الماء هي صورة من صور الطاقة الكامنة والتي تمكنه من السمع والرؤية والشعور والانفعال واختزان المعلومات ونقلها والتأثر بها إلى جانب تأثيرها في تقوية مناعة الإنسان وربما علاجه أيضا من الأمراض العضوية والنفسية.

وعلق عميد كلية الطب بجامعة الملك عبد العزيز بجدة الدكتور عدنان المزروعي على كلمة إيموتو بأن ماطرحه إيموتو في دراساته يدل على أن أي ذرة في عالم الوجود لها إدراك وفهم وشعور فهي تبدي انفعالا إزاء كل حدث يقع في العالم وتعظم خالقها وتسبحه عن بصيرة.

ولفت المزروعي في تعليقه الذي نشرته صحيفة "الوطن" السعودية إلى أن ذرات الماء تتسم بالقدرة على التأثير بأفكار الإنسان وكلامه فالطاقة الاهتزازية للبشر والأفكار والنظرات والدعاء والعبادة تترك أثر البناء الذري للماء.

وأضاف المزروعي أن الدكتور أموتو استنتج أيضا أن الدعاء يجعل كل شيء جميلا ومن هذه الأشياء الماء وهذا ما جاءت به الشريعة الإسلامية ومن هنا لنا أن نتخيل بعد هذا كله كيفية تأثر الإنسان الذي يتكون جسمه من 70 بالمائة من المياه بالأفكار والمشاعر والنظرات والدعاء.

إذاً ما هو علم النانو وتقنية النانو؟ يتضمن علم النانو البحث لاكتشاف سلوكات وخواص جديدة للمواد في أبعاد على مقياس نانوي. والتي أبعادها تقريباً (من 1 إلى 100) نانومتر. تقنية النانو هي الطريقة التي توضع فيها الاكتشافات المصنوعة على مقياس النانو في العمل. إنها أكثر من مجرد جمع عدة مواد ذات مقياس نانوي. إنها تتطلب القدرة على التعامل والتحكم بهذه المواد بطريقة مفيدة.

ما هو الشيء الخاص في المقياس النانوي؟

باختصار، إن المواد في المقياس النانوي يمكن أن تمتلك خواص مختلفة. بعض تصبح أحسن توصيلاً كهربائياً أو حرارياً، بعضها تصبح أقوى، بعضها تصبح تمتلك خواص مغناطيسية مختلفة، والبعض الآخر تعكس الضوء بشكل أفضل، وبعضها تتغير ألوانها بتغير حجمها.

المساحة السطحية:

المواد ذات المقياس النانوي تمتلك أيضاً مساحات سطحية أكبر بكثير من أحجام متشابهة لمواد ذات مقياس أكبر، وهذا يعني توفر مساحة أكبر للتفاعلات مع المواد التي حولها.

ما هي أهمية المساحة السطحية؟

بمقارنة قطعة من اللبان (العلكة) مضغت على شكل حشوة مع شد هذه العلكة على شكل صفيحة رقيقة قدر الإمكان، السطح، أو المساحة المرئية الخارجية، أكبر بكثير للقطعة المشدودة منها للقطعة الممضوغة، إن العلكة الممدودة من المرجح أن تجف وتصبح هشة أسرع من تلك الممضوغة وذلك لأنها (الممدودة) لها تماس سطحي أكبر مع الهواء الذي يتحرك حولها.

كم هو صغر النانومتر؟

يحدد النانومتر بجزء من بليون من المتر. كم هو صغر ذلك؟ هذه بعض الطرق للتفكير حول ذلك:

إن صفحة من الورق يبلغ سمكها 100.000 نانومتر.

الشعرة الشقراء يبلغ قطرها على الأرجح 15.000 إلى 50.000 نانومتر، لكن الشعرة السوداء من المرجح أن يكون قطرها من 50.000 إلى 180.000 نانومتر

هناك 25.400.000 نانومتر في الإنش الواحد.

النانومتر يعادل 1 من مليون من المليمتر.

شاهد على هذا الرابط مقياس الأشياء، وثلاثة أمثلة على المقياس النانوي

أين توجد المواد ذات المقياس النانوي؟

المواد ذات المقياس النانوي والتأثير النانوي توجد في الطبيعة في كل مكان حولنا. أسرار الطبيعة للبناء من المقياس النانوي تنتج عمليات وآلية يأمل العلماء في تقليدها. قام الباحثون سابقاً بنسخ البنية النانوية لأوراق نبات زهرة اللوتس لإنتاج سطوح مضادة للماء تستخدم اليوم لعمل ملابس مضادة للتلطخ، لإنتاج أنسجة أخرى، ومواد أخرى، بينما قام آخرون بتقليد قوة ومرونة نسيج العنكبوت، الذي عزز طبيعياً بالبلورات النانوية.

إن كثيراً من الوظائف المهمة في حياة الكائنات الحية تحدث وفق المقياس النانوي، إن أجسامنا وأجسام جميع الحيوانات تستخدم مواد طبيعية ذات مقياس نانوي، مثل البروتينات والجزيئات الأخرى، للتحكم بالعديد من أنظمة وعمليات أجسامنا. إن بروتين نموذجي مثل الهيموجلوبين، والذي يحمل الأكسجين خلال مجرى الدم يبلغ قطره 5 نانومتر، أو 5 أجزاء من البليون من المتر.

المواد النانوية تحيط بنا من كل جانب، في دخان النار، الرماد البركاني، رذاذ البحر، كما في المنتجات الناشئة عن عمليات الاحتراق. إن بعض هذه المواد وضعت في الاستخدام منذ قرون. إن مادة مثل الذهب (النانوي)، استخدمت في الزجاج المصبوغ والخزف منذ القرن العاشر، ولكن تطلب 10 قرون أخرى قبل أن تتطور المجاهير عالية القدرة والمعدات الدقيقة لكي تسمح للمواد النانوية بأن تتخيل وتستدعى.

ما هو السلوك النانوي؟

في المقياس النانوي، تتصرف الأجسام بشكل مختلف تماماً عن تصرفها في المقاييس الأكبر، الذهب في المقياس الكبير على سبيل المثال موصل ممتاز للحرارة والكهرباء، ولكن ليس للضوء. لكن جسيمات الذهب النانوية المبنية بشكل مناسب، تبدأ بامتصاص الضوء وبإمكانها تحويل ذلك الضوء إلى حرارة، حرارة كافية. في الحقيقة، هذا يجعلها تعمل كمشرط حراري مصغر يمكن من خلاله قتل الخلايا غير المرغوبة في الجسم، مثل الخلايا السرطانية.

بعض المواد الأخرى يمكن أن تصيح أقوى بشكل ملاحظ عندما تبنى على مقياس نانوي. على سبيل المثال، فأنابيب الكربون النانوية التي يبلغ قطرها 0.00001 من قطر شعر الإنسان، قوية بشكل لا يصدق. إنها تستخدم في صناعة الدراجات الهوائية، مضارب لعبة البيسبول، وبعض أجزاء السيارات في وقتنا الحالي. بعض العلماء يفكرون بإمكانية جميع أنابيب الكربون النانوية مع البلاستيك لصناعة مركب أخف بكثير من الفولاذ، وبنفس الوقت أكثر قوة منه. تخيل كيف يمكن توفير الطاقة إذا استبدلنا بعض المعادن المستخدمة في صناعة السيارة بمثل هذا المركب! إن أنابيب الكربون النانوية موصلة للحرارة والكهرباء أفضل من أي معدن، لذا يمكن استخدامها لحماية الطائرات من ضربات البرق، كما يمكن استخدمها في دوائر الكمبيوتر الكهربائية.

المركز السعودى لتقنية النانو
http://www.saudicnt.org/index.php

» Nanotechnology
» Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, Volumes 1-10