کاربردهای نانو در پزشکی

در
پزشکی و زیست‌شناسی، ویژگی‌های منحصر به فرد نانومواد به منظورهای مختلفی
به کار گرفته می‌شوند. واژه‌هایی نظیر نانوتکنولوژی زیست‌داروها،‌
بیونانوتکنولوژی و نانوپزشکی برای توصیف این دانش تلفیقی به‌کار می‌روند.
کارآیی
ساختارها و مولکول‌های زیستی هنگامی که نانومواد به آن‌ها اضافه
می‌شوند،‌افزایش می‌یابد. مقیاس اندازه‌ی نانومواد در حدود مقیاس ساختارها
و مولکول‌های زیستی است. بنابراین نانو مواد می‌توانند برای کاربردها و
تحقیقات زیست‌پزشکی هم در محیط‌های طبیعی و هم در محیط‌های مصنوعی به‌کار
گرفته شوند.
ترکیب در زمینه‌ی نانومواد و زیست‌شناسی به ایجاد و
توسعه‌ی ابزارهای تشخیصی، عامل‌های هم‌سنجی ابزارهای تحلیل، کاربردهای
درمان فیزیکی و حامل‌های تحویل دارو و ... منجر شده است..

تحویل دارو

کل
مصرف دارو و نیز عوارض جانبی آن به‌وسیله‌ی جای‌گزینی مناسب حامل فعال
دارو صرفا در موضع درد و محل تمرکز بیماری به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش
می‌یابد. این دسترسی انتخابی به محل مورد نظر، هزینه‌های مادی و نیز
رنج‌های انسانی بسیاری را کاهش می‌دهد. مواد نانو متخلخل نمونه‌ای از
موادی هستند که در‌حالی‌که از ملکول‌های کوچک دارو نگه‌داری می‌کنند،
آن‌ها را به محل موردنظر که از پیش تعیین شده، انتقال می‌دهند.
روش
دیگری برای کاهش مصرف دارو به‌کارگیری سیستم‌های الکترومکانیکی کوچک
است.هدف از بکارگیری این سیستم‌ها، آزاد کردن فعال داروهاست. مثلا از این
روش برای درمان سرطان به‌وسیله‌ی نانوذرات آهن یا پوسته‌های طلا
استفاده‌می‌شود.

مهندسی بافت

نانوتکنولوژی
می‌تواند به بازتولید و نیز بازسازی بافت‌های تخریب ‌شده و معیوب کمک کند.
این کار توسط «مهندسی بافت» انجام می‌شود. مهندسی بافت به زودی جای‌گزین
درمان‌های متعارف امروزی نظیر پیوند عضو، القاء مصنوعی و .. می‌شود.
بخشی از عملیات مهندسی بافت استفاده از نانومواد برای تکثیر سلول‌های برانگیخته به روش مصنوعی است.
باید
توجه کرد که راه‌بردها و دستاوردهای مهندیسی بافت،‌ باید در چارچوب موازین
اخلاقی قرار داده شود. به همین منظور بحث‌های گسترده‌ای در سطح بین‌المللی
مطرح است و به تدریج قوانین متعددی در این زمینه به تصویب می‌رسد.

کاربردهای نانو در شیمی

روش‌های کاتالیز و فیلتراسیون (تصفیه) شیمیایی دو مثال برجسته از زمینه هایی هستند که نانوتکنولوژی همواره در آن‌های موثر بوده است.
همان‌طور
که می‌دانیم ترکیب مواد مختلف،‌فر‌اورده‌های جدیدی با ویژگی‌های متفاوت
شیمیایی ( و اگر بتوانیم فرآیند واکنش را به نوعی کنترل کنیم موادی با
ویژگی‌های متفاوت و مناسب )‌تولید می‌کند.
بنابراین به این معنا شیمی در حقیقت با دانش نانو ارتباطی نزدیک دارد.
به طور مختصر، شیمی نانومواد جدیدی تولید می‌کند. به یک معنی همه‌ی ترکیبات شیمیایی می‌توانند توسط نانوتکنولوژی توضیح داده شوند.

کاتالیز

سودمندی
استفاده از نانومواد به عنوان کاتالیزگرهای شیمیایی به‌دلیل نسبت بزرگ سطح
به حجم این مواد است. نانوذرات می‌توانند در کاتالیز در سلول‌های سوختی،
مبدل‌های کاتالیک و حتی ابزارهای کاتالیز نوری به‌کار گرفته شوند.

فیلتراسیون (تصفیه)

نانوشیمی در فرآیند تصفیه فاضلاب‌ها، تصفیه‌ی هوا، در دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی و ... نقش مهمی بازی می‌کند.
روش‌های
مکانیکی و شیمیایی می‌توانند برای تکنیک‌های تصفیه مورد استفاده قرار
گیرند. یکی از این مراحل تصفیه استفاده از غشاهایی با سوراخ‌هایی به
اندازه‌ی مناسب است، به‌وسیله‌ی این روش مایع در میان غشا فشرده می‌شود.
غشاهای نانومتخلخل برای تصفیه‌ی مکانیکی می‌توانند از  نانولوله‌ها تشکیل
شوند و منافذی بسیار کوچک،‌ حتی کوچک‌تر از 10 نانومتر داشته باشند.
اساسا نانو تصفیه برای تفکیک یون‌ها و جداسازی سیالات به‌کار گرفته می‌شود.
نانوذرات
مغناطیسی روشی کارآمد و موثر برای زدودن آلاینده‌های فلزهای سنگین از
فاضلاب‌ها به کمک استفاده از شگرد جداسازی مغناطیسی است.
استفاده از ذرات نانومغناطیس، بازده جذب آلاینده‌ها را افزایش می‌دهد و نسبت به روش‌های سنتی تصفیه، ارزان‌تر است.

کاربردهای نانو در انرژی

پیشرفته‌ترین طرح‌های نانوتکنولوژی که به نوعی به انرژی مربوط‌اند عبارت‌اند از:
ذخیره‌سازیف
تبدیل، تولید بهینه بوسیله‌ی کاهش آهنگ فرآیندها و مواد، صرفه‌جویی انرژی
(به عنوان مثال به وسیله‌ی عایق‌سازی گرمایی بهتر) و منابع انرژی
تجدید‌پذیر پیشرفته.

کاهش مصرف انرژی

روشی عملی برای کاهش مصرف انرژی،‌عایق‌بندی بهتر سیستم‌هاست.
این
کار با استفاده از سیستم‌های کارآمدتر سوخت و روشنایی، استفاده از مواد
سبک‌تر با استحکام بیشتر در صنعت حمل و نقل و ... قابل حصول است.
لامپ‌های
متداول امروزی صرفا حدود 5 درصد انرژی الکتریکی را به نور تبدیل می‌کنند.
دستاوردهای نانوتکنولوژی نظیر دیودهای گسیل نوری (LED) به کاهش شدید مصرف
انرژی در وسایل روشنایی ‌زا می‌انجامد.

افزایش کارآیی تولید انرژی

بهترین
سلول‌های خورشیدی امروزی لایه‌هایی از چندین نیمه‌رسانای مختلف است که روی
هم قرار دارند و به این ترتیب نور با انرژی‌های مختلف (بسامدهای مختلف) را
جذب می‌کنند.
این سلول‌ها ، صرفا از 40 درصد انرژی خورشیدی استفاده می‌کنند.
نانوتکنولوژی بازده تبدیل انرژی را به کمک استفاده از نانوساختارهایی با پیوستاری از شکاف‌های انرژی، افزایش می‌دهد.
میزان بازده موتور احتراق داخلی حدود 30 درصد تا 40 درصد در لحظه است.
نانوتکنولوژی می‌تواند این بازده را به‌وسیله‌ی طراحی کاتالیزگرهای ویژه‌ای با بیشینه سطح ممکن افزایش دهد.

استفاده از سیستم‌های انرژی دوست‌دار محیط

سلول‌های سوختی که توان خود را از سوخت هیدروژن تامین می‌کنند نمونه‌ای از چنین سیستم‌هایی هستند.
این سلول‌ها بر مبنای استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر تولید شده‌اند (البته به طور ایده‌آل).
نانوتکنولوژی
می‌تواند در کاهش بیشتر آلاینده‌های تولید شده در موتورهای احتراق نقش
موثری داشته باشد. این کار توسط فیلترهای نانومتخلخل، یا با پوشش‌
کاتالیزوری روی دیواره‌های سیلندر و یا با نانوذرات کاتالیزوری به عنوان
ماده افزودنی به سوخت، انجام می‌شود.

باتری‌های بازیافتی

به خاطر چگالی انرژی نسبتا پایین باتری‌ها، زمان کارکرد آن‌های محدود است. بنابراین آن‌ها به تعویض یا شارژ مجدد نیاز دارند.
به
کمک صنعت نانو می‌توان باتری‌هایی با  ظرفیت انرژی بالاتر یا باتری‌هایی
قابل شارژ و یا حتی ابرخازن‌هایی با میزان شارژکنندگی بیشتر – که از نانو
مواد در آن‌ها استفاده می‌شود – طراحی و تولید کر