مقالات

ثوره النانو تكنولوجى؛ و تطبيقات تقنية النانو الطبية وما الذى توصل اليه العالم المصرى مصطفى السيد

كتب د خالد كمال حسين. القاهره
– علم النانو تكنولوجي هو العلم الذي يهتم ببناء وتصنيع المواد والأجهزة على مقياس النانو؛ ( بمعنى مبسط عند تكسير الماده الىى اجزاء صغيره بحجم النانو فان خواص هذه الماده تتغير )وهو عبارة عن وحدة قياس صغيرة للغاية تساوي جزءاً من مليار جزء من المتر؛ أي عشرة أضعاف ذرة الهيدروجين، حيث يبلغ قطر شعرة الإنسان حوالي 80000 نانومتر، وعند هذا المقياس تختلف الخواص الكيميائية والفيزيائية للمواد؛ مثل اللون، والصلابة، والموصلية، والتفاعلية اختلافاً كبيراً عن المقياس العادي .
– فمثلاً تعتبر أنابيب الكربون النَّانَوِيَّة (carbon nanotubes) أقوى بمئة مرة من الفولاذ الذي يتكون أساساً من الحديد والكربون ولكن أخف بست مرات.
– اكتشاف تكنولوجيا النانو :
——————————————
– بدأت الأفكار والمفاهيم تتكون لعلم وتكنلوجيا النانو قبل فترة طويلة من استخدامه,
– وذلك عندما اقترح الفيزيائي ريتشارد فاينمان (Richard Feynman) في اجتماع الجمعية الأمريكية للفيزياء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في التاسع والعشرين من شهر كانون الأول في عام 1959، موضوعاً بعنوان “هناك حيز كبير في القاع” (There’s Plenty of Room at the Bottom).
– حيث قام فاينمان بوصف عملية يتمكن فيها العلماء من التحكم والتأثير على الذرات الفردية والجزيئات .
– وبعد عقد من استكشافه للمعالجة الآلية فائقة الدقة (Ultraprecision machining).
– قام الأستاذ نوريو تانيجوتشي (Norio Taniguchi) بابتكار مصطلح تكنولوجيا النانو، وحتى عام 1981 بدأت التكنولوجيا النانوية مع تطوير مجهر المسح النفقي (Scanning Tunneling Microscope) الذي يمكن من خلاله رؤية الذرات الفردية الصغيرة.
فوائد تكنولوجيا النانو:
—————————
– توفر تكنولوجيا النانو العديد من الفوائد التي تدخل في العديد من المجالات الحياتية، فهي تساعد على تحسين العديد من القطاعات التكنولوجية والصناعية إلى حد كبير، مثل:
– تكنولوجيا المعلومات، والطاقة، والطب، والأمن الوطني، وعلوم البيئة، وسلامة الأغذية، والعديد من الأمور الأخرى .
– كما أنها تعمل على تكييف هياكل المواد في مقاييس صغيرة جداً لتحقيق خصائص محددة لها، حيث يمكن من خلالها تقوية فعالية المواد، مع أن تكون خفيفة الوزن، وأكثر متانة، وتفاعلاً وتشابكاً، فالعديد من المنتجات التجارية اليومية الموجودة في السوق تعتمد على تكنولوجيا النانو.
– فعلى سبيل المثال يمكن أن تساعد الأغشية أو الطبقة الرقيقة النانوية الشفافة على شاشات الحاسوب، والكاميرا، والنظارات، والنوافذ، والأسطح الأخرى، أن تجعلها مقاومة للماء، ومضادة للانعكاس، ومقاومة للأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة تحت الحمراء، أو مقاومة للخدش، أو موصلة للكهرباء.
– كما دخلت تكنولوجيا النانو في المنتجات الاستهلاكية، حيث تم ربط المليارات من شعيرات النانو المجهرية (microscopic nanowhiskers)، التي يبلغ طول كل منها حوالي 10 نانومتر، جزيئياً على الألياف الطبيعية والاصطناعية لإضافة خاصية مقاومة البقع في الملابس والأقمشة.
– كما أنه تم استخدام البلورات النانوية أكسيد الزنك لصنع واق من أشعة الشمس غير مرئية، فهي تحمي من الأشعة فوق البنفسجية.
– كما أنه قد تم تضمين البلورات الفضية النانوية في الضمادات لقتل البكتيريا ومنع العدوى.
– طب النانو (Nanomedicine)‏ :
—————————————
– التطبيقات الطبية لتقنية النانو؛ وتتنوع مجالات الطب النانوي من مجموعة التطبيقات الطبية للمواد النانوية، وأجهزة الاستشعار الإلكترونية النانوية، إلى التطبيقات المستقبلية المتاحة للتقانة النانوية الجزيئية. إلا أن المشكلات الحالية التي تواجه الطب النانوي كثيره .
– تنطوي أهمهأعلى فهم القضايا المتصلة بعلم السموم النانوي والأثر البيئي للمواد النانومترية الحجم.
– لقد ساعد التطور الحديث في تقنيات النانو على تغيير القواعد الطبية المتبعة في منع الأمراض وتشخيصها وعلاجها وأصبحنا نعيش عصر التقنية الطبية النانوية، حيث تقدم تقنية النانو، على سبيل المثال، طرقاً جديدة لحاملات الدواء داخل جسم الإنسان (تسمى حاملات نانوية ذات أحجام تصل إلى مقياس النانو) تكون قادرة على استهداف خلايا مختلفة في الجسم.
– ويمكن بواسطة هذه التقنية تصوير خلايا الجسم بسهولة كما لو أننا نأخذ لها صورة عادية، كذلك يمكن التحكم بتلك الخلايا وتشكيلها بأشكال مختلفة.
– تستخدم أنواع كثيرة من الجسيمات النانوية في التطبيقات الطبية بحيث تعمل كحاملات للدواء أو أدوات للتصوير داخل الجسم، وحاليا تستخدم أنواع مختلفة من جسيمات الليبوزوم النانوية المصنعة كأنظمة توصيل للعقارات المضادة للسرطان واللقاحات .
– كما تستخدم جسيمات الذهب النانوية في أجهزة الاختبار المنزلي للكشف عن الحمل.
– تستخدم الأسلاك النانوية كمجسَّات حيوية نانوية وذلك لحساسيتها العالية وحجمها النانوي، حيث يتم طلاء هذه الأسلاك النانوية بأجسام مضادة مصنَعة بحيث أنها تلتصق فقط بالجزيئات الحيوية (DNA)، أو البروتينات، أو الجسيمات البيولوجية الأخرى الموجودة داخل الجسم، وليس غيرها من الجزيئات الأخرى، وعندما ترتبط هذه البروتينات أو غيرها بالأسلاك النانوية المطلية فسوف تتغير توصيليتها، وبذلك يمكن استخدام هذا المجس الحيوي النانوي في اكتشاف عدد كبير من الأمراض في مراحلها الأولية، وذلك بإدخال أعداد كبيرة من الأسلاك النانوية داخل الجسم يتم طلائها بأجسام مضادة مختلفة، تمثل مجسَّات مختلفة.
– كذلك تستخدم الأغلفة النانوية المطلية بالذهب لتدمير الخلايا السرطانية، ويبلغ طول هذه الأغلفة النانوية حوالي 120 نانومتر وهذا أصغر من حجم خلية السرطان بمقدار 170 مرة، وعند حقن هذه الأغلفة النانوية داخل الجسم فإنها تلتصق تلقائياً بالخلايا السرطانية, ومن ثم يتم تعريض تلك الخلايا لأشعة ليزر تحت الأحمر والتي تعمل على تسخين الذهب ورفع درجة حرارته مما يؤدي إلى احتراق تلك الخلايا وموتها، وتمتاز هذه الطريقة بالدقة والموضعية نظراً لصغر الأغلفة النانوية بالنسبة للخلايا وتركُزها بالخلايا المريضة فقط مما يجعل الخلايا السليمة بعيدة عن مخاطر الآثار الجانبية.
– مولدات النانو الحيوية، عبارة عن أجهزة كهروكيميائية نانوية تقوم بتوليد قدرة كهربية من جلوكوز الدم في الجسم ومن ثم تستخدم هذه القدرة في تشغيل أجهزة نانوية أخرى مزروعة داخل جسم الإنسان مثل أجهزة ضبط النبض أو روبوتات حقن السكر النانوية.
– ومن التطبيقات الطبية الواعدة لتقنية النانو هي استخدام ألياف البوليمر النانوية لإجراء الجراحات الترقيعية للأوعية الدموية وعلاج أمراض الاوعيه الدمويه.
– وقد تم حديثاً زراعة أجهزة ترقيعية مصنوعة من ألياف البروتين النانوية في الجهاز العصبي المركزي للإنسان .
– كذلك تستخدم ألياف البوليمر النانوية في علاج الحروق والجروح .
– كما تدخل في صناعة المستحضرات التجميلية.
– كما وجد انه عند حقن جسيمات سلينيد الكادميوم النانوية (النقاط الكمية) داخل الجسم فإنها تتجمَع داخل الخلايا السرطانية بشكل انتقائي وفي حالة تعريض المنطقة المستهدفة لضوء فوق بنفسجي فإن الجسيمات تُضيء مما يساعد في تحديد موقع الخلايا الخبيثة وإزالتها بدقة.
– يتم التفكير الآن بتصنيع أجهزة نانوية ذات خصائص ميكانيكية وكهربية تحل بديلاً عن خلايا الدم الحمراء وتقوم بجميع وظائفها.
– كما أن تقنية النانو تقدم الآن بديلاً لقطع الغيار البشرية بكفاءة تكون قريبة من الأصلية، حيث تُجرى البحوث الآن باستبدال بعض الأعضاء التي تؤدي وظائف حركية، كاعظام والعضلات والمفاصل بأعضاء نانوية تقوم بنفس المهمة.
– تستخدم الجسيمات النانوية المصنَعة من العناصر الأرضية النادرة لإزالة الفوسفات في الدم عند المرضى المصابين بفرط الفوسفاتية في الدم.
– كما تلعب تقنية النانو دوراً كبيراً في تحسين هندسة الأنسجة الحية وعلاج الخلايا وذلك يشمل استخدام خلايا حية أو مركبات طبيعية أو مصنَعة يتم زراعتها داخل الجسم الحي؛
ويقوم بعض الباحثين الآن بمحاولات تجريبية يتم فيها استخدام كبسولات سيلكون نانوية تعمل على وقف نظام الجسم المناعي من التعرف على الخلايا الغريبة حيث تقوم هذه الكبسولات بحجب الأجسام المضادة الناتجة من نظام الجسم المناعي بينما يتم إطلاق كمية كافية من الأنسولين المحمول بواسطة الكبسولات النانوية في الدم وبذلك تكون عالجت مرض السكر الناتج عن مقاومه الانسولين بالجسم .
– كما أن الأدوات الجراحية أصبحت الآن هدفاً للتطوير والتحسين باستخدام تقنية النانو، حيث أمكن تصميم مشرط جراحي يعتمد على مادة الألماس النانوية والذي يقطع بدقة متناهية خلال كرة العين.
– ومن المتوقع في المستقبل القريب أن تُقدم تقنية النانو حلولاً ناجحة لتصحيح التلف الناتج في الأجهزة السمعية والبصرية والحسية في الإنسان وذلك بزراعة أجهزة نانوية دقيقة داخل الجسم.
– فعلى سبيل المثال، يعمل الباحثون الآن على زراعة غشاء نانوي في شبكية الأعمى لتحسين النظر لديه.
– وحاليا تشهد معامل الأبحاث العلمية العالمية، والتابعة لشركات صناعة الدواء، تسابقا محموما فيما بينها للوصول إلى عقار يقضي على فيروس كورونا المستجد (كوفيد 19)، وفيما يتعلق هذا السباق بالحفاظ على حياة الإنسان وصحته فإنه لا يغفل محاولة إثبات التفوق العلمي، والأرباح المتوقع جنيها إذا ما توصلت إحدى تلك الشركات للعقار المنشود قبل غيرها.
– والنهج الحديث في هذا الصدد يعتمد على فهم كيف أن المرض والعدوى يتم ضبطهما بمستوى جزيئي وفسيولوجي واستهداف كيانات معينة على أساس هذه المعرفة، وعندما يتم التوصل إلى عقار له فعالية أثبتت قيمتها في هذه التجارب، فإنه يتم البدء في عملية تنميته وتطويره قبل التجارب السريرية على البشر.
– وينطبق هذا النهج على العقار المراد التوصل إليه لمكافحة فيروس كورونا المستجد، والذي يأخذ شكل كرات متناهية الصغر قطرها 125 نانومترا (125 جزءا من المليون من الملليمتر)، وتكوينها فقير جدا عبارة عن قطعة شاردة من الجينات ملفوفة في ظرف من البروتينات.
قفي سباق مع الزمن، وعلى مدى ما يقرب من ثلاثة شهور من تفشي الفيروس وتحوله مؤخرا إلى جائحة ووباء عالمي، اشتعل التنافس بين المعامل البحثية، ومؤخرا أعلنت معامل الأبحاث في كل من فرنسا وألمانيا واليابان وأسبانيا عن نجاح أبحاث تستخدم تكنولوجيا النانو (الجزيئات متناهية الصغر من المواد العلاجية) في مواجهة الفيروس ووقف انتشاره، وتقوم فكرة العلاجات النانوية على التكوين الجزيئي للفيروس.
– أبحاث العالم المصرى مصطفى السيد والذى توصل اليه فى مجال طب النانوتكنولوجى:
———————————————-
مصطفى عمرو السيد (8 مايو 1933 – )، عالم كيمياء مصري يعتبر أول مصري وعربي يحصل على قلادة العلوم الوطنية الأمريكية التي تعتبر أعلى وسام أمريكي في العلوم لإنجازاته في مجال النانو تكنولوجي وتطبيقه لهذه التكنولوجيا باستخدام مركبات الذهب الدقيقة في علاج مرض السرطان. وهو واحد من أفضل عشرة علماء في الكيمياء في العالم، وهو أستاذ الكيمياء بجامعة جورجيا الأمريكية للتكنولوجيا. وصُنف في 2011 في المرتبة 17 ضمن تصنيف تومسون رويترز لـ”أفضل علماء الكيمياء في العقد الماضي”.
-وهو معروف في علم المطيافية spectroscopy بـ”قاعدة السيد”ت

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى