تحقيق مسبار
تُعد تقنية النانو واحدةً من التقنيات التي تشهد تطورًا كبيرًا خلال الفترة الحالية؛ لتحسين الكفاءة والإنتاجية في الكثير من القطاعات المختلفة؛ بما في ذلك القطاع الطبي والصناعي وقطاعات الطاقة والمياه. يتطرق هذا المقال إلى بعضٍ من المفاهيم الأساسية حول هذه التقنية، بالإضافة إلى بيان الكثير من فوائدها وتطبيقاتها العملية أيضًا.
هل ظهر مُسمّى تقنية النانو لأول مرة عام 1974؟
ظهر مصطلح النانو تكنولوجي أول مرة عام 1974 من قبل نوريو تانيجوتشي؛ ذلك بعد مرور 15 سنة من طرح الأفكار الأولية حول هذه التقنية الجديدة التي تهدف إلى تحسين كفاءة الكثير من الآلات والأدوات التي يستخدمها البشر، كذلك تهدف إلى تعزيز جودة العديد من الخدمات المتوفرة للاستخدام في كثيرٍ من المجالات؛ بما فيها المجالات العسكرية والصحية وغيرها.
ماهي تقنية النانو تكنولوجي؟
تُعرف تقنية النانو بأنها فهم المواد والتحكّم بها على مستوى الذرّة أو الجُزيء، ويُشير النانو إلى الحجم الصغير جدًا للجُزيئات التي تتعامل معها هذه التقنية؛ فإن النانو يساوي ⁹-10 لأيّ عدد، وفيما يأتي قائمة بأنواع مواد النانو تكنولوجي التي ينتجها البشر:
- المواد النانوية القائمة على الكربون: يتم إنتاج هذه المواد بالاعتماد على الفوليرين، وعادةً ما يتم إنتاجها من خلال عملية ترسيب البخار بمساعدة الكربون، وتستخدم ناسا هذه المواد في ألوان بعض الأقمار الصناعية الخاصة بها.
- المواد النانوية المعدنية: تشمل المواد النانوية المعدنية كُلًّا من جُزيئات الذهب النانوية والنقاط الكمومية، ويمكن إنتاج النقاط الكمومية بالاعتماد على بعض عمليات المعالجة تحت درجات حرارة عالية.
- المواد النانوية المُتشعبّة: تُعد المُتشعبّات من الجُزيئات النانوية المُعقّدة، التي يتم بناؤها من عِدّة وحدات مترابطة مع بعضها البعض إلى أنها جُزيئات متفرغة، ويتكوّن كل مُتشعب من قشرة داخلية وقشرة خارجية بالإضافة إلى النُواة.
- مُركّبات النانو: تجمع هذه المُركّبات بين المواد النانوية مع بعضها البعض، أو بين المواد النانوية والمواد الأُخرى ذات الحجم الأكبر، وتنقسم إلى عِدّة أنواع فرعية؛ منها مركبات المصفوفة النانوية ومركبات المصفوفة المعدنية ومركبات مصفوفة البوليمر.
ما هي المفاهيم الأساسية في النانو تكنولوجي؟
هُناك 3 مفاهيم أساسية لتقنية النانو، وهي المفاهيم الآتية:
- الحجم الصغير: تتعامل تقنية النانو مع جُزيئات صغيرة جدًا، ولا يُمكن رؤيتها بالعين المجرّدة أو عن طريق المجهر الضوئي القياسي؛ إلّا إنّ العلماء المختصين قاموا بتطوير بعض الأدوات لرؤية الجُزئيات النانوية.
- التغيّرات في المواد: يمكن أن تتصرّف المواد بطريقة مُختلفة على المستوى النانوي، ويُظهر بعضها خصائص غير طبيعية؛ مثل انخفاض توصيل الكهرباء أو زيادة سرعة التفاعلات الكيميائية أو تغيّر اللون.
- التسخير لتطوير التقنيات: يسعى العلماء المختصون إلى تسخير التغيّرات السلوكية للمواد على المستوى النانوي؛ لتطوير المزيد من التقنيات التي تخدم البشر في شتّى المجالات بدايةً من الصحة والصناعة وحتى الوصول إلى الترفيه.
كيف تطوّرت تقنية النانو مع مرور الوقت؟
مرت تقنية النانو بالعديد من المراحل حتى وصلت إلى ما هي عليه الآن، وتضم القائمة الآتية بعضًا من تفاصيل الخط الزمني لتطوّر النانو تكنولوجي حتى بدأ ظهورها في الأسواق:
- تقديم الأفكار أول مرة: في عام 1959 قدّم الفيزيائي الأمريكي ريتشارد فاينمان الأفكار والمفاهيم الأساسية لهذه التقنية، وبالرغم من عدم إطلاق الاسم المعروف لهذه التقنية؛ إلّا إنّه استخدم عبارات حول التحكّم في الجُزيئات والذرّات بشكلٍ منفرد.
- ظهور مصطلح النانو: ظهر مصطلح النانو أوّل مرة من قِبل نوريو تانيجوتشي، الذي عمل أستاذًا في جامعة طوكيو اليابانية، وتمّ استخدام هذا المصطلح لوصف تصنيع المواد الدقيقة مع اعتبار الاختلافات والتفاوتات في الأبعاد على مستوى الذرّة.
- اختراع المجهر الأنبوبي الماسح: تمّ اختراع المجهر الأنبوبي الماسح عام 1981، ممّا سمح للعلماء برؤية الذرّات الفردية وإنشاء صورة عنها أول مرة، كما شهد هذا العام اختراع النقاط الكمومية النانوية شبه الموصلة من قِبل الروسي أليكسي إكيموف.
- تطوير مِجْهَر القُوة الذَرية: تمّ تطوير مجهر القوة الذرّية عام 1985 من قِبل كريستوف جيربر وعِدّة علماء آخرين، وساعد هذا المجهر على رؤية المواد بأجزاء من النانومتر، وهو ما ساعد على تطوير فوائد تقنية النانو فيما بعد.
- معالجة ذرّات الزينون: قام كلٌّ من دون إيجلر وإيرهارد شفايتزر بمُعالجة 35 ذرة زينون في أحد مراكز الأبحاث التابعة لشركة آي بي إم، وتمّ الاعتماد على هذه المُعالجة في توضيح شعار الشركة عام 1989، هذا يعني أن تقنية النانو انتقلت إلى التطبيق.
- اكتشاف الأنابيب النانوية الكربونية: تمّ اكتشاف الأنابيب النانوية الكربونية عام 1991 من قِبل الياباني سوميو إيجيما، وهي أنابيبٌ تتكوّن من الكربون؛ إلّا إنّها تتميز بالشكل الأنبوبي، وأظهرت هذه الأنابيب خصائص جديدة.
- الطباعة النانوية: في العام الأخير من القرن العشرين قام تشاد ميركين بتطوير إحدى تقنيات الطباعة الحجرية النانوية؛ ممّا أسهم في ظهور العديد من أنواع الدوائر الإلكترونية الجديدة القابلة للتصنيع، بالإضافة إلى التشفير النانوي وعِدّة تطبيقاتٍ أُخرى.
- انتشار تطبيقات النانو: مع نهايات الألفيّة الثانية وبداية الألفيّة الميلادية الثالثة انتشرت بعض تطبيقات النانو تكنولوجي في الأسواق، وشملت عِدّة منتجات استهلاكية ذات خصائص متميزة؛ منها مصدّات السيارات وكُرات الجولف ومضارب التنس.
ما هي أبرز فوائد تقنية النانو؟
تضم القائمة الآتية بعضًا من أبرز الفوائد لتقنيات النانو:
- تحسين آليات تخزين الطاقة: تعتمد بعض المؤسسات الرائدة على تقنيات النانو؛ لاكتشاف مواد جديدة يمكن استخدامها لمواجهة أيّة تحديات تقف عائقًا أمام تعزيز كفاءة مواد تخزين الطاقة.
- معالجة المياه: تسعى الكثير من الدول إلى الأمن المائي، وتسعى بعض الجهات المختصة بتقنية النانو إلى تطوير تقنيات ترشيح جديدة تعتمد على النانو؛ لتوفير المياه العذبة التي يستطيع البشر استخدامها.
- التصنيع الكيميائي: يمكن لتقنيات النانو تحفيز بعض التفاعلات الكيميائية المُستخدمة في التصنيع؛ لتعزيز كفاءة العمليات الصناعية من خلال تقليل كميات الطاقة المُستخدمة، بالإضافة إلى تحسين إنتاجية المواد.
- حماية الأسطح: في بعض الأحيان يتم الاعتماد على تقنيات النانو لابتكار طبقاتٍ واقيةٍ تستطيع حماية الأسطح؛ ذلك من خلال مقاومة درجات الحرارة، بالإضافة إلى مقاومة المواد المُتسببة بالتآكل، ومنع التلف الذي تتعرض إليه الأسطح نتيجةً للإجهاد.
- تعزيز أداء ألواح الطاقة الشمسية: قام بعض المختصين بابتكار ألواح الطاقة الشمسية، التي تعتمد على خلية غراتزل النانوية بدلًا من السيليكون، وهي أقل تكلفة من الألواح المُغطاة بالسيليكون، كما أنها ذات كفاءة أكبر في تجميع أشعة الشمس.
ما هي أهم تطبيقات تقنية النانو؟
فيما يأتي بعضًا من أبرز تطبيقات تقنية النانو:
- دوائر أجهزة الحاسوب الحديثة: تحتوي أجهزة الحاسوب الحديثة على أنابيب مصنوعة من الأنابيب النانوية الكربونية، ويُسهِم ذلك في المحافظة على الطاقة وتعزيز كفاءة استهلاك البطارية مقارنةً بأجهزة الحاسوب السابقة.
- صناعة بعض أجزاء السيارات: تقوم بعض الشركات بالاعتماد على تقنية النانو لصناعة بعض أجزاء السيارات؛ ذلك لتحسين كفاءة استهلاك الوقود؛ فإن الأجزاء المصنوعة من النانو تتميّز بمقاومتها المرتفعة ومتانتها، إلى جانب وزنها الخفيف.
- إنتاج الملابس: تتم الاستعانة ببعض المواد النانوية لإنتاج الملابس حتى تُصبح مُقاومة للماء، بالإضافة إلى الخصائص المُقاومة للنار أيضًا، ولا تؤثر مواد النانو على وزن الأقمشة أو صلابتها أو خواصها الأساسية الأُخرى.
- فلترة المياه: تستطيع بعض الفلاتر التي تعتمد على تقنية النانو تنقية المياه من جميع الفايروسات والبكتيريا لتوفير مياه صحية، وهي تقنيةٌ مبتكرةٌ وفعّالةٌ لغايات تنقية المياه مقابل تكلفتها المادية.
- واقيات الشمس: تقوم بعض الشركات بإنتاج واقيات شمس جديدة تعتمد على تقنية النانو، وتتميّز هذه الواقيات بقدرتها الكبيرة على امتصاص الضوء والأشعة فوق البنفسجية الخطيرة، التي تؤثر على صحة الجلد وتتسبب بعِدّة أمراض.
- الأدوات الرياضية: يمكن استخدام المواد النانوية في إنتاج الأدوات الرياضية لتحسين خصائصها، بالإضافة إلى تقليل وزنها، ومن ذلك استخدام الإيبوكسي المصنوع من المواد النانوية في كُرات التنس حتى تصبح نطّاطة بشكلٍ أفضل.
- التغليف: في بعض الصناعات الغذائية يتم الاعتماد على المواد النانوية للتغليف؛ ذلك لأنها توفر حاجزًا لا تستطيع الغازات اختراقه، كما أن بعض الجُزيئات النانوية تُستخدم للقضاء على البكتيريا أيضًا عند طلاء حاويات التخزين بها.
هل يتم استخدام تقنية النانو في الطب؟
إلى جانب الاعتماد على تقنية النانو في المجالات العسكرية ومجالات الطاقة يتم استخدام النانو تكنولوجي في الطب أيضًا؛ لتطوير الأدوية ذات الفعالية الأكبر، بالإضافة إلى الاعتماد على تقنية النانو في ابتكار أدوات ذات كفاءة كبيرة في تشخيص المرضى أيضًا، وهو ما يُعزّز من مستويات الرعاية الصحية ويُحسّنها بشكلٍ كبير.
ما هي أبرز الاستخدامات المُحتملة النانو تكنولوجي في الطب؟
تضم القائمة الآتية بعضًا من الاستخدامات المُحتملة التي يتم تطويرها بالاعتماد على تقنية النانو في الطب:
- التشخيص: يتم تطوير العديد من أجهزة التصوير بالإضافة إلى الجُزيئات التي تعتمد على تقنية النانو؛ لتشخيص بعض الأمراض في وقتٍ مبكرٍ وضمان الشفاء منها، أو التعامل معها قبل تأثيرها على الحالة الصحية بشكلٍ كبير.
- علاج السرطان: يحاول الأطباء تطوير بعض أنواع العلاج التي تعتمد على النانو؛ لاستهداف الخلايا السرطانية في الجسم والقضاء عليها، كذلك التقليل من خطورة تلف الخلايا السليمة المُحيطة بالأورام السرطانية عند المرضى.
- تحسين اللقاحات: يسعى العديد من الأطباء إلى تطوير أنواع اللقاحات التي يمكنها دخول الجسم والقيام بوظيفتها دون الحاجة إلى الحقن؛ إنّما بالاعتماد على تقنيات النانو، كذلك يسعون إلى تطوير عِدّة لقاحات ذات كفاءة أكبر باستخدام النانو.
اقرأ/ي أيضًا:
هل توجد أضرار لنظارات الواقع الافتراضي؟
هل تكنولوجيا الإعلام والاتصال علم قائم بذاته؟
