ما هي إيجابيات وسلبيات تقنية النانو؟ تُعرف تقنية النانو بأنها العلم الذي يهتم بدراسة المادة على المقياس النانوميتري والذي يتراوح من 1 إلى 100 نانومتر. يستغل العلماء تقنية النانو لدراسة وتطبيق أشياء متناهية في الصغر ويمكن استخدامها في جميع مجالات العلوم الأخرى، مثل الكيمياء والبيولوجيا والفيزياء وعلوم المواد والهندسة. إن فكرة تقنية النانو ليست حديث النشأة إذ يُعتقد أن أول تطبيق لتقنية النانو يعود للقرن الرابع الميلادي لكأس الملك الروماني «لايكورجوس-Lycurgus» الموجودة في المتحف البريطاني. يحتوي هذا الكأس على جسيمات ذهب وفضة نانوية، حيث يتغير لون الكأس من الأخضر إلى الأحمر عندما يوضع فيه مصدر ضوئي. اكتسب الكأس اسمه من حقيقة أنه يحتوي على مشاهد تمثل وفاة الملك ليكورجوس وذلك وفقًا للأسطورة اليونانية والرومانية، حيث حاول الملك ليكورجوس قتل “أمبروسيا” – أحد أتباع الإله ديونيسوس-. وفقًا لهذه النسخة من الأسطورة، حُول أمبروسيا إلى نبيذ من قبل الآلهة التي التفت حول الملك لايكورجوس وضيقت الخناق عليه حتى الموت ويظهر ديونيسوس أيضًا على فنجان الكأس مع تابِعين يسخران من الملك الهالك. ولكن بعيدًا عن الحكايات الأسطورية، متى ظهرت البدايات الفعلية لتقنية النانو؟
كأس الملك الروماني «لايكورجوس-Lycurgus»
محتويات المقال :
“هنالك مُتسعٌ كبيرٌ في القاع“
بدأت الأفكار والمفاهيم الحديثة لتقنية النانو في محاظرة للفيزيائي الشهير ريتشارد فاينمان بعنوان ” هنالك مُتسعٌ كبيرٌ في القاع”” وذلك في اجتماع الجمعية الفيزيائية الأمريكية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا «CalTech» في التاسع والعشرين من ديسمبر عام 1959، وذلك قبل فترة طويلة من ظهور مصطلح تقنية النانو. في محاضرته، وصف فاينمان عملية يمكن للعلماء من خلالها التحكم في الذرات والجزيئات الفردية والتلاعب فيها. بعد أكثر من عقد من الزمان، صاغ البروفيسور “نوريو تانيجوتشي” مصطلح تقنية النانو أثناء استكشافاته للآلات فائقة الدقة . وفي عام 1981، ومع تطوير مجهر المسح النفقي الذي يمكنه “رؤية” الذرات الفردية، بدأت تقنية النانو الحديثة بالظهور.
العالم ريتشارد فاينمان اثناء إحدى محاضراته
المفاهيم الأساسية في علم النانو وتقنية النانو
من الصعب تخيل مدى صغر حجم تقنية النانو. النانومتر الواحد هو جزء من المليار من المتر ، أو 10^-9 من المتر. فيما يلي بعض الأمثلة التوضيحية: هناك 25400000 نانومتر في البوصة ويبلغ سمك ورقة صحيفة الأخبار حوالي 100000 نانومتر! وعلى سبيل المقارنة، إذا كانت قطعة الرخام بحجم واحد نانومتر، عندئذٍ سيكون حجم الكرة الأرضية واجد متر فقط!. يتضمن علم النانو وتكنولوجيا النانو القدرة على رؤية الذرات والجزيئات الفردية والتحكم فيها. يتكون كل شيء على الأرض من الذرات كالطعام الذي نأكله والملابس التي نرتديها والمباني والمنازل التي نعيش فيها وحتى أجسادنا تتكون من ذرات. ولكن شيئًا متناهيًا في الصغر مثل الذرة يستحيل رؤيته بالعين المجردة. في الواقع، من المستحيل رؤيته باستخدام المجاهر المستخدمة عادةً في فصول العلوم بالمدرسة الثانوية.
اُخترعت المجاهر اللازمة لرؤية الأشياء بالمقياس النانوي مؤخرًا نسبيًا أي منذ حوالي 30 عامًا وبمجرد حصول العلماء على الأدوات المناسبة، مثل مجهر المسح النفقي (STM) ومجهر القوة الذرية (AFM)، بزغ عصر تقنية النانو الحديثة. على الرغم من أن تقنية النانو الحديثة بدأت في الآونة الأخيرة، إلا أن المواد النانوية قد استخدمت لعدة قرون، إذ تُكوّن جزيئات الذهب والفضة ذات الحجم البديل ألوانًا في نوافذ الزجاج الملون في كنائس العصور الوسطى منذ مئات السنين. لم يكن الفنانون في ذلك الوقت يعرفون أن العملية التي استخدموها لإنشاء هذه الأعمال الفنية الجميلة أدت بالفعل إلى تغييرات في تكوين المواد التي كانوا يعملون بها. يجد العلماء والمهندسون اليوم مجموعة متنوعة من الطرق لصنع المواد على المقياس النانوي للاستفادة من خصائصها المعززة مثل القوة العالية والوزن الخفيف والتحكم المتزايد في طيف الضوء والتفاعل الكيميائي الأكبر من نظرائهم على نطاق واسع.
ما هي إيجابيات وسلبيات تقنية النانو؟
تظهر تطبيقات تقنيات النانو جليًا في مجالات العلوم الطبيعية والتطبيقية ففي مجال علم المواد توفر الإضافات النانوية أو المعالجات السطحية للأقمشة مقاومة للتجاعيد والتلطيخ ونمو البكتيريا عليها. كما يمكن للأفلام النانوية الشفافة الموجودة على النظارات وشاشات الكمبيوتر والكاميرا والنوافذ والأسطح الأخرى أن تجعلها طاردة للماء والبقايا ومضادة للانعكاس وتنظف ذاتيًا ومقاومة للأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة تحت الحمراء وتجعلها مضادة للضربات الميكروبات كما تعززمقاومتها للخدش أو تزيد من توصيل بعض المواد للكهرباء.
أيضًا ساهمت تقنية النانو بشكل كبير في التقدم الكبير في الحوسبة والإلكترونيات مما أدى إلى أنظمة أسرع وأصغر وأكثر قابلية للنقل يمكنها إدارة وتخزين كميات أكبر وأكبر من المعلومات فعلى سبيل المثال، أصبحت الترانزستورات -وهي المفاتيح الأساسية التي تمكن كل الحوسبة الحديثة- أصغر بشكل لا يصدق من خلال تقنية النانو ففي مطلع القرن الحالي، كان حجم الترانزستور النموذجي من 130 إلى 250 نانومتر وفي عام 2014، طورت شركة “Intel” ترانزستورًا بحجم 14 نانومترًا، ثم أنشأت شركة “IBM” أول ترانزستور بحجم سبعة نانومتر في عام 2015، ثم طور مختبر لورانس بيركلي الوطني ترانزستور بحجم واحد نانومتر فقط عام 2016!
أما في المجال الطبي، فتستخدم الجسيمات النانوية في توصيل الأدوية إلى أجزاء معينة داخل جزء الإنسان وتستعمل أيضا في صناعة أجهزة اختبار الحمل وأيضًا تستخدم الجسيمات النانوية في تدمير الخلايا السرطانية وغيرها. في خضم هذه التطبيقات الجمة يطرأ السؤال التالي: هل هناك مخاوف أو تهديدات للسلامة والصحة جراء استخدام تقنيات النانو؟
لوح شمسي خفيف الوزن ومرن مزود بجزيئات نانوية
تقنيات النانو والأطعمة: فوائد ومخاوف
يقول مؤيدو تقنية النانو إنها ستحدث ثورة في الزراعة وأنظمة الغذاء العالمية وذلك مع استكشاف التطبيقات التي يمكن أن تقلل من الهدر وتجعل الطعام أكثر أمانًا وتساعد في إنشاء “محاصيل فائقة الجودة” في محاولة لتفادى التسمية المثيرة للجدل للأطعمة المعدلة وراثيًا (الأطعمة المعدلة وراثيًا). إذا نجحت، فقد تساعد في التغلب على ضعف المحاصيل وسوء التغذية ولكن لا تزال هناك تحديات كبيرة تحيط بتقنية النانو.
يعتبر علم تكنولوجيا النانو متطورًا، ولكنه بسيط بما يكفي ليكون في متناول الجميع على مستوى العالم لذلك ليس من المستغرب أن العديد من البلدان النامية قد شرعت بالفعل في تسويق التكنولوجيا. لكن ازدهار هذه التكنولوجيا الجديدة نسبيًا يثير أيضًا مخاوف بشأن سلامتها على المدى الطويل لصحة الإنسان والبيئة، حيث يدعو العديد من العلماء إلى تنظيم ورقابة أفضل وأكثر تنسيقًا دوليًا للاستخدامات المتكاثرة للجسيمات النانوية.
الجدير بالذكر أن الدول النامية قد استيعدت من المحادثات المتعلقة بتنظيم تقنيات النانو ولا تزال هناك حاجة إلى تنظيم أفضل للتقنية على المستويين الوطني والعالمي لضمان تلبية التكنولوجيا لاحتياجات الفقراء بأقل قدر من المخاطر على الناس. إذن، ما هي أحدث الأفكار في استخدام تقنية النانو في الأمن الغذائي ، وماذا يمكن أن تفعل، وما هي مخاوف السلامة المحيطة بها؟ يشير مصطلح تقنية النانو عمومًا إلى أي استخدام للجسيمات النانوية (بين 1 و 100 نانومتر) ويمنحها حجمها الصغير خصائص غير عادية يمكن أن تؤثر على ملمس الأطعمة ومظهرها ونكهتها وهي تُستخدم بالفعل كإضافات غذائية.
كما يجري العمل على استكشاف منتجات جديدة تحتوي على هذه الجسيمات لصنع عبوات قابلة للتحلل وتحسين مدة الصلاحية ومنع التسمم الغذائي والنفايات. فعلى سبيل المثال، قد تخبرك مستشعرات النانو الموجودة في تغليف المواد الغذائية قريبًا ما إذا كان الطعام قد تعرض لأشعة الشمس وبالتالي تدهورت جودته. يخطط بعض العلماء لاستخدامه لتحسين التغذية حيث يدرسون استخدام مستحلبات النانو – الزيت في مخاليط الماء ذات القطرات الصغيرة – كسواغات (الأطعمة التي تعمل على تحسين النشاط الحيوي للأطعمة التي يتم تناولها معهم). يمكن أن يزيد ذلك من تناولنا للمغذيات من الفاكهة والخضروات – وهو استخدام واعد بشكل خاص في معالجة سوء التغذية ونقص المغذيات الدقيقة.
يدرس العلماء حاليًا استخدام المواد النانوية لتحسين توصيل الأسمدة ومبيدات الآفات وإنتاج محاصيل لا يمكن اعتبارها معدلة وراثيًا بالمعنى الحرفي ويستكشف فريق Landry استخدام الأنابيب النانوية الكربونية لتغيير جينات النبات دون إدخال الحمض النووي الغريب في جينوم النبات نفسه ، مما قد يؤدي إلى محاصيل معدلة جينيًا لا تعتبر معدلة وراثيًا. بالنظر إلى المعارضة الشعبية الكبيرة والمستمرة للمحاصيل المعدلة وراثيًا في الدول النامية، يمكن أن يكون هذا النهج طريقة أكثر قبولًا لتقديم فوائد مثل مقاومة الجفاف أو الفيضانات. أظهر الفريق مؤخرًا أنه يمكن استخدام الأنابيب النانوية الكربونية لتوصيل آلية تعديل الجينات المعروفة باسم CRISPR / Cas9 داخل خلايا النبات – من خلال جدار الخلية والغشاء – وهو أمر يصعب القيام به. يسمح التعديل الجيني بعد ذلك بالتحسين الجيني الدقيق لإنشاء محاصيل مقاومة لمبيدات الأعشاب والحشرات والأمراض والجفاف ولديها القدرة على إنتاج محاصيل أفضل دون هذا النوع من المخاوف العامة المحيطة بالتعديل الوراثي.
مخاوف الصحة والسلامة
لكن في مواجهة هذه المسيرة التكنولوجية، أظهر البعض مخاوفهم بشكل متزايد بخصوص الافتقار إلى دراسات طويلة الأمد حول تأثير المواد النانوية على صحة الإنسان والبيئة. تقول “ماتيلد ديتشيفري”، رئيسة قسم المعلومات في Avicenn :
“الشفافية واليقظة تجاه المخاطر محدودة للغاية وما زلنا في الظلام. لا أحد يعرف ما إذا كانت آمنة وكيف تكون آمنة على المدى الطويل نظرًا لأن معظم أبحاث السلامة قد أجريت في المختبر أو على الخلايا أو الفئران وفي أماكن غير واقعية”
وتضيف الباحثة “زهرة راتراي” من جامعة “ستراثكلايد” في اسكتلندا: “لقد عملت في مشاريع كان فيها ضرر واضح ، وقمت أيضًا بمراجعة بعض المنشورات الحديثة التي لم تُنشر بعد وكان هناك دليل واضح من عملهم على وجود كان تأثيرًا سامًا لهذه الجسيمات “. خلصت مراجعة أجريت عام 2017 لسلامة الجسيمات النانوية في الغذاء إلى أن بعضها قد يكون له “تأثير ضار” وأن الاختبارات الأفضل لهذه التأثيرات كانت “مطلوبة بشكل عاجل”. تشمل الآثار الضارة المحتملة ترشيح جزيئات الفضة النانوية المستخدمة في تغليف الأطعمة ، والتي يمكن أن تقتل البكتيريا الغير ضارة في الأمعاء. مثال آخر هو ثاني أكسيد التيتانيوم، “TiO2 “، المعروف أيضًا باسم “E171” ويستخدم كمبيض للطعام ، والذي ثبت أنه يتراكم في أنسجة الفئران وله تأثيرات سامة عند جرعات معينة. ومع ذلك ، فقد وجدت دراسات أخرى أنها ليست سامة وأن الصناعة التي تجعل المواد تزعم أنها آمنة. لا تزال هناك حالة من عدم اليقين ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن تأثيرات الجسيمات النانوية تعتمد على مجموعة واسعة من العوامل المعقدة والمتشابكة بما في ذلك حجمها وهيكلها وطلائها وجرعاتها، بالإضافة إلى ما تستهلكه.
المصادر
سعدنا بزيارتك، جميع مقالات الموقع هي ملك موقع الأكاديمية بوست ولا يحق لأي شخص أو جهة استخدامها دون الإشارة إليها كمصدر. تعمل إدارة الموقع على إدارة عملية كتابة المحتوى العلمي دون تدخل مباشر في أسلوب الكاتب، مما يحمل الكاتب المسؤولية عن مدى دقة وسلامة ما يكتب.
التعليقات :