بشر از همان ابتدای تاریخ توجهی به ساختارهای خیلی بزرگ و یا خیلی کوچک نداشته ، بلکه تمامی همت خود را معطوف ساخت و ساز در محدوده ی عادی و مورد دسترس نموده است.
برای اینکه تصور جامع تری نسبت به موضوع ارائه دهیم می توانیم از سیستم SI یادکنیم ، در این سیستم واحد طول متر انتخاب شده و دیگر اندازه های طولی از آن مشتق می شوند . بشر در ابتدا نه توانایی این را داشت که به محدوده های دیگر وارد شود و نه لزوم کار در چنین محدوده هایی را احساس می کرد . اما این روند که انسان تا به دیروز دنبال می کرد ، دیگر جواب گوی نیاز بشر امروزی نیست . هر چند با اختراع ترانزیستور ها و … توانسته ایم تا حدودی وارد میکروالکترونیک شده و از آن بهره مند شویم با این وجود برای ساخت کامپیوترها به مشکل برخورد کرده ، مشکلی به بزرگی کوچک کردن اندازه در حد اتمی که تقریبا تمام استراتژیهای حل این مسئله به نوعی با نانوتکنولوژی در ارتباط می باشند.

و اما نانوتکنولوژی...

فناوری نانو
از آنجا که فناوری نانو نقطه تلاقی اصول مهندسی، فیزیک، زیست‌شناسی، پزشکی و شیمی است و به عنوان ابزاری برای کاربرد این علوم و غنی‌سازی آنها درجهت ساخت عناصر کاملا جدید عمل می‌کند. فناوری نانو منجر به انقلاب فناوری در هزاره جدید خواهد شد و کاربردهای الکترونیک، اطلاعات، زیست‌فناوری، صنایع هوافضا، محیط‌زیست و پزشکی و تمام بخش‌های اقتصادی نیز به طور عمده با فناوری نانو در ارتباط می‌باشند. تحقیق و توسعه در فناوری نانو برای تغییر در روش طراحی، تحلیل و ساخت بسیاری از تولیدات مهندسی لازم است. بنابراین استفاده از تمام ظرفیت‌های فناوری نانو برای کمک به جامعه لازم است تا نیروی کار موردنیاز برای تحقیق، توسعه و ساخت فراهم باشد. این موضوع نیازمند آموزش دانشجویانی با دانش و تخصص لازم توسط دانشگاه‌هاست. از سوی دیگر در حالی که دولتها و بسیاری از کسب و کارهای سراسر جهان به خوبی از اثرات بالقوه فناوری نانو باخبرند، هنوز اکثریت مردم درک نکرده‌اند که فناوری نانو چیست و چرا مهم است. عمده مشکلات در نحوه اطلاع‌رسانی این موضوع کاملا فنی به عامه مردم است. برخلاف انقلاب فناوری اطلاعات که محصولاتشان را می‌توانستید در جیب گذاشته و با آنها به اینترنت متصل شوید یا ایمیل بفرستید فناوری نانو به عنوان یک فناوری بنیادین خیلی کمتر ملموس می باشد.
هنوز هم این تلقی عمومی وجود دارد که فناوری نانو علمی مربوط به آینده و روبات‌های کوچک است، در حالی که فاصله‌ای عمیق بین تلقی صورت گرفته از فناوری نانو و واقعیت کاربردی علم نانو در فرایندهای صنعتی و تجاری وجود دارد و این چیزی است که علاوه بر متخصصان هر رشته عامه مردم نیز باید از آن آ‌گاه باشند. در این رهگذر آموزش فناوری نانو اجتناب‌ناپذیر است ، زیرا وجود شهروندان مطلع از قابلیت ها و ویژگی‌های این فناوری جدید لازم و ضروریست، همچنین صنایع برای تامین نیروی کاری خود نیازمند افراد آموزش دیده هستند. حال بهتر است بدانیم که آیا اساسا نانو یک علم است یا تکنولوژی؟ نانو تکنولوژی‌ای است که به وسیله آن ما در خواص مولکول‌های تشکیل‌دهنده مواد تغییر ایجاد می‌نماییم تا بتوانیم از این مواد بهتر استفاده کنیم. در نگاه اول اینطور به نظر می‌رسد که نانو یک علم باشد، اینکه ما در خواص مولکولی مواد تغییرات ایجاد می‌نماییم ما را بر این می‌دارد تا نانو را به عنوان یک علم نوین در کنار علوم دیگر همچون علم شیمی بپذیریم. اما آیا این نظریه درست است که نانو یک علم نوین می‌باشد که در قرن بیست و یکم موجب پیشرفت بسیار سریع بشر در شناخت اسرار هستی شده است؟ دانشمندان به تازگی بر این باورند که دوره کشف علوم جدید به پایان رسیده است. شاید موقع آن فرارسیده تا از زاویه‌ای دیگر به علوم مختلف نگاه کنیم.
آنها معتقدند ما می‌توانیم با تغییر در خواص مولکولی مواد کارائی‌شان را بهبود دهیم. به همین دلیل از نانو به عنوان یک تکنولوژی و یا یک فن‌آوری نوین نام برده می شود، نه علمی که تازه بشر آنرا کشف کرده است. نانو تکنولوژی‌ای است با نگاهی مجدد به وسایل، سیستم‌ها و موادی که تاکنون ساخته شده‌اند ، با هدف برطرف کردن عیوب آنها. نانو تکنولوژی نگاهی تازه به علوم از زوایای مرموز طبیعت می‌باشد. این نگاه تازه به جهان هستی تمدن بشر را متحول خواهد ساخت به طوری که شاید بتوان راه هزار ساله را یک شبه پیمود و اما معنای نانوتکنولوژی (Nanotechnology) در ترجمه لفظ به لفظ به معنی تکنولوژی بسیار کوچک (نانو به معنی بسیار بسیار کوچک، مقیاس ۱۰ به توان ۹ - بار کوچک‌تر) می‌باشد.
این تعریف نمی‌تواند معنی واژه Nanotechnology را به صورت کامل بیان نماید، زیرا از این ترجمه لفظ به لفظ چنین برمی‌آید که ما می‌توانیم چیزهای بسیار بسیار کوچک در مقیاس ۱۰ به توان ۹ - بسازیم شاید نانوتکنولوژی این کار را به راحتی میسر نماید اما این تنها یکی از توانایی‌های نانو در عصر حاضر است. اگر معنی این کلمه را چنین برداشت کنیم، خواهیم دید که بسیاری از وسایل قبلا نیز در مقیاس کوچک‌تر به دست بشر تولید شده بودند اما نام این کار تکنولوژی نانو نیست.

 

برای اینکه مفصل تر با کاربردها و تاثیراتی که روند کوچک سازی بر زندگی و پیشرفت دنیا خواهد داشت پی ببریم ، بهتر است سفری به 45 سال پیش داشته باشیم . زمانی که ریچارد فاینمن فیزیک دان آمریکایی در حال ارائه ی ایده های اولیه ی خود در باب نانوتکنولوژی بود . ابتدایی ترین آنها کوچک سازی تمامی بیست و نه جلد دایره المعارف بریتانیا است ، وی که فضای موجود برسر سوزن را بهتر از افراد دیگر می دید ( زیرا فیزیک دان ذرات بنیادی بود ) به دانشمندان این نوید را داد که می توانند این کتاب را بر سر یک سوزن جای دهند .چرخ دنده های اتمی و غیره نیز از جمله مباحث پیشنهادی توسط فاینمن به شمار می آیند . این قبیل پیش بینی ها زمینه ای شد برای یکی از جوان ترین نانوتکنولوژیست ها به نام اریک درکسلر ،او با نوشتن کتب متعدد توانست نظرات خود را به دیگران انتقال دهدو به افراد مشتاق کوچک سازی ایده و هدف ارائه کند .
درکسلر کسی بود که اولین بار پژوهشگران را با روبات های شناور در جریان خون بدن انسان که می توانستند به انجام عمل جراحی و درمان بیماریهای انسان بپردازند ، آشنا ساخت . این روبات های مولکولی شناور در جریان خون بدن همانند اختراع تلفن برای برخی از مردم ناراحت کننده بودند ، ولی به هر حال مشخص است که ماشینهایی از این دست انجام بسیاری از عمل های جراحی و نیز درمان بیماریهای خطر آفرین را تسهیل میکرد . هم اکنون موسسات مختلفی در سراسر جهان مشغول تحقیق بر روی این نوع ماشینها هستند .

 

به موازات پیش بینی های ذکر شده برخی دیگر از ایده های ا فراطی خطر ناک نیز شکل گرفته اند ، که هر چند تعدادی از آنها با حقائق علمی امروز منطبق نیست ، اما می توان ثابت کرد که نانوتکنولوژی دستیابی به آنها را آسان می نماید. مثلا رنگی هوشمند که می تواند بسته به شرایط محیطی تغییر ماهیت دهد ، و یا اینکه لاستیکی که تا مدت زمان زیادی فروسوده نشود اینها ایده هایی هستند که امکان دستیابی به آنها زیاد بعید نیست . اما ساختن ماده ای به نام Gray goo که در صورت کنترل نکردن صحیح آن می تواند در عرض هفتاد و دو ساعت تمامی جهان را احاطه کند باعث به وجود آمدن ترس و واهمه در میان جوامع نسبت به نانوتکنولوژیست ها و اهدافشان شده است .
در هر صورت ما برای اینکه مجبور نباشیم هر روز صبح داندانهایمان را مسواک بزنیم به نانوتکنولوژی و ساخت مولکول به مولکول آینده نیازمندیم ؟!!

● نانوتکنولوژی و کاربردهای آن
فناوری نانو، عنصری اساسی باری درک بهتر طبیعت در دهه‌های آینده خواهد بود. همکاری‌های تحقیقاتی میان رشته‌ای، آموزش خاص و انتقال ایده‌ها و افراد به صنعت از جمله مزایای نانوتکنولوژی در آینده است. بخشی از تأثیرات و کاربردهای نانوتکنولوژی به شرح زیر است:
۱) تولید، مواد و محصولات صنعتی
نانوتکنولوژی تغییر بنیانی مسیری است که در آینده، موجب ساخت مواد و ابزار خواهد شد. امکان سنتز بلوک‌های ساختمانی نانو با اندازه و ترکیب به دقت کنترل شده و سپس چیدن آنها در ساختارهای بزرگ‌تر، که دارای خواص و کارکرد منحصر به فرد باشند، انقلابی در مواد و فرایندهای تولید آنها، ایجاد می‌کند. محققان، ساختارهایی از مواد را ایجاد خواهند کرد که در طبیعت وجود ندارد و شیمی مرسوم، قادر به ایجاد آنها نیست. برخی از مزایای نانوساختارها عبارتند از: مواد سبک‌تر، قوی‌تر و قابل برنامه‌ریزی، کاهش هزینه عمر کاری با کاهش دفعات نقص فنی، ابزار نوین بر پایه اصول و معماری جدید و به‌کارگیری کارخانه‌های مولکولی یا خوشه‌ای که مزیت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.
۲) پزشکی و بدن انسان
رفتار مولکولی در مقیاس نانومتر، سیستم‌های زنده را اداره کرده و مقیاسی را ایجاد می‌کند که شیمی، فیزیک، زیست‌شناسی و شبیه‌سازی رایانه‌ای به آن سمت گرایش دارند.
نانوتکنولوژی، فراتر از استفاده بهینه از دارو، فرمولاسیون و مسیرهایی برای رهایش دارو[۱] تهیه می‌کند و توان درمانی داروها را به نحو حیرت‌انگیزی، افزایش می‌دهد.
مواد زیست سازگار با کارایی بالا، از توانایی بشر در کنترل نانوساختارها به دست می‌آیند. نانو مواد سنتزی معدنی و آلی را می‌توان نظیر اجزای فعال، برای اعمال نقش تشخیصی، (مثل ذرات کوانتومی که برای مرئی‌سازی به کار می‌رود) درون سلول‌ها وارد کرد.
افزایش توان محاسباتی به وسیله نانوتکنولوژی، ترسیم وضعیت شبکه‌های ماکرومولکولی را در محیط‌های واقعی ممکن می‌کنند. این‌گونه شبیه‌سازی‌ها برای بهبود قطعات کاسته شده زیست سازگار در بدن و برای فرایند کشف دارو، الزامی هستند.
۳) دوام‌پذیری منابع کشاورزی، آب، انرژی، مواد و محیط زیست پاک
نانوتکنولوژی تغییراتی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و‌ آب ایجاد می‌کند و پساب و آلودگی را کاهش می‌دهد. همچنین فناوری‌های جدید، امکان بازیافت مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهند کرد. نانوتکنولوژی، بر محیط زیست، تأثیری قابل توجه دارد.

کاربردهای فناوری‌نانو در صنعت مواد غذایی

کاربردهای فناوری‌نانو در صنعت مواد غذایی

برگزاری همایش‌‌هایی با موضوع فناوری‌نانو، راه‌اندازی کنسرسیوم‌هایی برای مواد غذایی بهتر و سالم‌تر، همچنین بالا بردن آگاهی مردم از طریق رسانه‌ها، مؤید تأثیرگذاری فناوری‌نانو بر صنایع غذایی است. انواع کاربردهای نانو در این زمینه شامل بسته‌بندی‌های هوشمند، مواد نگهدارنده و مواد خوراکی تعاملی (interactive) است، که به مصرف‌کنندگان اجازه می‌دهد موادغذایی را با توجه به ذائقه و نیازغذایی مورد نظرشان تغییر دهند.
بیشترغول‌های تولید کننده موادغذایی مانند Nestle,Kraft,Heinz و Unilever برنامه‌های تحقیقاتی مشخصی در این زمینه دارند تا بتوانند سهم بازار خود را در دهه‌های آینده حفظ کنند. این بدان معنا نیست که مواد غذایی به‌طور اتمی تغییر پیدا کنند و یا با نانوماشین‌ها تولید شوند، زیرا آرزوی تولید غذاهای مولکولی با کمک نانو ماشین‌ها فعلاً عملی نیست.

با علم به قابلیت‌های فناوری‌نانو امید است، بتوان سیستم‌های فعلی فراوری مواد غذایی را تغییر داده، محصولاتی مطابق با فرهنگ تغذیه سالم به بازار عرضه کرد. محققان همچنین امیدوارند بتوانند با استفاده از مواد افزودنی، کیفیت مواد غذایی و هضم و جذب غذا را در بدن افزایش دهند. اگر چه بعضی از این اهداف دور از انتظار به نظر می‌رسد، اما امروزه صنایع بسته بندی از فناوری‌نانو در محصولات خود کمک می‌گیرند.
  بسته‌بندی و سلامت مواد غذایی
پیشرفت در بسته بندی هوشمند برای افزایش عمر مفید محصولات غذایی، هدف بسیاری از شرکت‌هاست. این سیستم‌های بسته‌بندی قادر خواهند بود پارگی‌ها و سوراخ‌های کوچک را با توجه به شرایط محیطی (مانند تغییرات دما و رطوبت) ترمیم و مصرف کننده را از فساد ماده غذایی آگاه سازند. فناوری‌نانو می‌تواند در مواردی مانند افزایش مقاومت به نفوذ در پوشش‌ها، افزایش ویژگی‌های دیواره (مکانیکی، حرارتی، شیمیایی ومیکروبی)، افزایش مقاومت در برابر گرما، گسترش ضد میکروب‌های فعال و سطوح ضد قارچ کارساز باشد.
چشم اندازهای مالی فناوری‌نانو، صنایع بسته‌بندی را پررونق نشان می‌دهد. سهم بازار این صنعت در حال حاضر حدود ۱.۱ میلیارد دلار است و پیش‌بینی‌ می‌شود تا سال ۲۰۱۰ به ۷.۳ میلیارد دلار آمریکا برسد. با این وجود، صنعت بسته‌بندی هوشمند از آنچه پیش‌بینی شده بود جلوتر رفته و نشانه‌های تکامل آن به خوبی پیداست. تحقیقات سازمان مالی Frost and Sullivan نشان داد که علاقه مشتریان به مواد غذایی سالم و تازه در بسته‌بندی‌های مناسب، موجب پیشرفت این صنعت شده است. سازمان های زیادی وجود دارند که در زمینه سیستم‌های بسته‌بندی هوشمند فعالیت می‌کنند، ازجمله شرکت تولیدکننده مواد غذایی Kraft که با همکاری دانشگاه راتگرز در حال فعالیت روی پروژه زبان الکترونیکی (electronic tongue) است تا آن را به بسته‌بندی‌ها اضافه کند. این نوع بسته‌بندی شامل رشته‌ای از نانوحسگرهاست که نسبت به گازهایی که از مواد غذایی آزاد و موجب فساد آنها می‌شوند، به شدت حساس بوده و تغییر رنگ می‌دهند که این تغییر رنگ، علامت واضحی از سلامت یا فساد ماده غذایی است.
شرکت Bayer Polymer کیسه‌ای پلاستیکی با نام Durethan KU۲-۲۶۰۱ تولید کرده است که از محصولات موجود در بازار سبک تر و محکم تر است، همچنین مقاومت بیشتری در برابر گرما از خود نشان می‌دهد. هدف اولیه از تولید پلاستیک‌های بسته‌بندی مواد غذایی، جلوگیری از خشک شدن محتویات آنها و محافظت در مقابل رطوبت و اکسیژن است. پوشش جدید غنی از نانوذرات سیلیکات است. این نانوذرات تا حد زیادی از نفوذ اکسیژن، گازهای دیگر و رطوبت جلوگیری می‌کنند و فساد مواد غذایی را به تعویق ‌می اندازند.
سازمان‌های دیگر به کمک فناوری‌نانو در حال یافتن راهی برای تشخیص فساد مواد غذایی هستند. به عنوان مثال شرکت AgroMicron، افشانه تشخیص دهنده نانوبیولومینسانس را ساخته که شامل پروتئین لومینسانت است. در این طرح، افشانه سطح میکروب‌هایی مانند Salmonella و E.coli را ‌پوشانده، و از خود نوری ساطع می‌کند و به این روش فساد مواد غذایی تشخیص داده می‌شود. این شرکت امیدوار است بتواند محصول مورد نظر را با نام BioMark وارد بازار کند.