کامپوزیت‌ها یا چندسازه‌های مصنوعی

مقدمه

از اولین کامپوزیت‌ها یا همان چندسازه‌های ساخت بشر می‌توان به کاه گل اشاره کرد. قایق‌هایی که سرخ‌پوست‌ها با قیر و بامبو می‌ساختند و تنورهایی که از گل ، پودر شیشه و پشم بز ساخته می‌شدند و در نواحی مختلف کشورمان یافت شده است، از کامپوزیت‌های نخستین هستند. بسیاری از نیازهای صنعتی صنایعی مانند صنایع فضایی ، راکتورسازی ، الکترونیکی و غیره نمی‌تواند با استفاده از مواد معمولی شناخته شده ، برآورده شود. اما قسمتی از آن نیازها ، می‌تواند با استفاده از چندسازه‌ها یا کامپوزیت‌ها برآورده گردد. چندسازه‌ها به موادی گفته می‌شود که از مخلوطی از دو یا چند عنصر ساخته شده باشند.

در حالیکه در چندسازه‌ها ، نه فقط خواص هر یک از اجزاء آن برجا باقی می‌ماند، بلکه در نتیجه پیوستن آنها با یکدیگر ، خواص جدیدتر و بهتر هم بدست می‌آید. مواد مختلط همیشه ناهمگن می‌باشد. بررسیها و تحقیقات برای دست یافتن به مواد جدیدتر با خواص مکانیکی بهتر ، همواره انجام می‌گرفته و هنوز هم همگام با پیشرفت صنایع دنبال می‌گردد. در این بررسیها ، اغلب این هدف دنبال می‌شود که به موادی با نسبت مناسب از استحکام کششی به چگالی ، استحکام حرارتی بالا و خواص ویژه سطح خارجی دست یابند.

انواع چندسازه‌ها

انواع چندسازه‌ها را می‌توان به گروههای زیر طبقه‌بندی نمود.

• کامپوزیت‌های پایه پلیمری : این مواد اهمیت صنعتی فراوانی دارد و هنوز هم تحقیقات در این زمینه ادامه دارد. مواد مصنوعی تقویت شده با الیاف شیشه (فایبرگلاس‌ها) یکی از این مواد می‌باشد که تاکنون کاربرد صنعتی وسیعی پیدا کرده است.
   
• کامپوزیت‌های پایه فلزی
   
• کامپوزیت‌های پایه سرامیکی :کامپوزیت‌های پایه پلیمری بیش از 90% کاربرد کامپوزیت‌ها را به خود اختصاص داده‌اند و از بقیه مهمتر هستند.

ساختمان فایبر گلاس‌ها

ساختمان و اندازه‌ این الیاف شیشه‌ها بسیار متغیر است. کوچکترین آنها بوسیله چشم غیر مسلح دیده نمی‌شود و بسیار ریز هستند. اندازه‌های کمی بزرگتر از آن ذراتی هستند که در کارخانجات ساخت فرآورده‌های الیاف شیشه‌ها به کمک هوا نقل و انتقال یافته و سبب شوزش پوست و بینی و گلو می‌شود. الیاف شیشه متداولترین الیاف مصرفی کامپوزیت‌ها در دنیا و ایران است که متاسفانه در ایران ساخته نمی‌شود. انواع الیاف شیشه عبارتند از انواع E ، C ، S و کوارتز. ترکیب الیاف شیشه نوع E یا الکتریکی ، از جنس آلومینوبور و سیلیکات کلسیم بوده و دارای مقاومت ویژه الکتریکی بالایی است.

الیاف شیشه نوع S ، تقریباْْ 40 درصد استحکام بیشتری نسبت به الیاف شیشه نوع E دارند. الیاف شیشه نوع C یا الیاف شیشه شیمیایی ، دارای ترکیب بور و سیلیکات کربنات دو سود بوده و نسبت به دو مورد قبل پایداری شیمیایی بیشتری بخصوص در محیط‌های اسیدی دارد. الیاف شیشه کوارتز ، بیشتر در مواردی که خاصیت دی‌الکتریک پایین نیاز باشد، مانند پوشش آنتن‌ها و یا رادارهای هواپیما استفاده می‌شوند.

سبکی ، سهولت شکل‌دهی ، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت آب‌بندی ، از ویژگیهای کامپوزیت‌هایی است که در صنعت ساختمان بکار می‌رود. فایبرگلاس یا الیاف شیشه که پرکاربردترین کامپوزیت‌ها هستند، فیبرها یا الیاف ساخت بشر است که در آن ، ماده‌ تشکیل دهنده‌ فیبر ، شیشه است. الیاف شیشه‌ها ، موارد استفاده‌های فراوانی از جمله در ساخت بدنه‌ خودروها و قایقهای تندرو و مسابقه‌ای ، کلاه ایمنی موتورسواران ، عایقکاری ساختمانها و کوره‌ها و یخچالها و … دارند.

کاربردهای کامپوزیت‌ها

سابقه استفاده از کامپوزیت‌های پیشرفته به دهه‌ 1940 باز می‌گردد. در آن زمان ارتشهای آمریکا و شوروی سابق در رقابتی تنگاتنگ با یکدیگر ، موفق به ساخت کامپوزیت پایه پلیمری الیاف بور - رزین اپوکسی برای استفاده در صنعت هوا فضا شدند. 20 تا 30 سال پس از آن ، کامپوزیت‌های پایه پلیمری بطور گسترده‌ای به سوی صنایع شهری از جمله ساختمان و حمل و نقل روی آوردند. بطور مثال امروزه خودروهایی ساخته می‌شود که تماماْْ کامپوزیتی هستند. استفاده از کامپوزیت‌ها در این کاربرد به علت ویژگیهایی چون وزن کمتر ، در نتیجه سوخت کمتر و عمر طولانی‌تر آنهاست.

با توجه به پایداری بسیار زیاد کامپوزیت‌های پایه پلیمری و مقاومت بسیار خوب آنها در محیط‌های خورنده، این کامپوزیت‌ها، کاربردهای وسیعی در صنایع دریایی پیدا کرده‌اند که از آن جمله می‌توان به ساخت بدنه قایقها و کشتیها و تاسیسات فراساحلی اشاره داشت. استفاده از کامپوزیت‌ها در این صنعت، حدود 60% صرفه‌جویی اقتصادی داشته است که علت اصلی آن مربوط به پایداری این مواد است. صنعت ساختمان پرمصرف‌ترین صنعت برای مواد کامپوزیتی است. استخرهای شنا ، وان حمام ، سینک ظرفشویی و دست‌شویی ، کف‌پوش ، نماپوش ، سقف‌پوش ، برج‌های خنک‌کننده و … همگی کامپوزیت‌های پایه پلیمری هستند.

میزان نیترات در آب شهری و سایر منابع آب عمومی باید بوسیله پایش و آزمایش منظم در حد استاندارد نگاه داشته شود. اما اگر منبع آب مورد استفاده شما تحت نظارت نیست، باید میزان نیترات آن اندازه گیری شود و در صورت بالا بودن میزان نیترات، آب تصفیه شود

اگر چاه خصوصی دارید، باید آب چاه از لحاظ میزان نیترات به شکلی منظم (هر یک یا دو سال یک بار) از جمله از لحاظ میزان نیترات مورد آزمایش قرار گیرد.

توجه داشته باشید جوشاندن آب نه تنها میزان نیترات آن را کاهش نمی‌دهد، بلکه غلظت نیترات را افزایش می‌دهد.

برخی از انواع دستگاه های خانگی تصفیه آب، نیترات آب را هم کاهش می دهند؛ البته این دستگاه‌ها باید به طور مرتب سرویس و نگهداری شوند.

روش‌های تصفیه آب از نیترات

روش های مختلفی که برای تصفیه آب‌های زیرزمینی به کار می‌روند، ممکن است مشکل، گران قیمت باشند و تاثیر کاملی هم نداشته باشند. بنابراین ‌پیشگیری از آلودگی آب بهترین راه محسوب می شود.

روش‌هایی که برای تصفیه آب می توتان به کار برد، شامل تقطیر، اسمز معکوس، تعویض یون و اختلاط است.

تقطیر: در این روش آب جوشانده می‌شود، و بخار حاصل روی یک سطح سرد (کندانسور) فشرده می شود، نیترات وسایر مواد معدنی در آب در حال جوشیدن باقی می ماند.

اسمز معکوس: در این روش آب با فشار از میان غشایی گذرانده می‌شوند که نیترات و سایر مواد معدنی را فیلتر می کند. نیم تا دو سوم آب پشت این غشا باقیمی ماند که به عنوان آب پسمانده دور ریخته می‌شود. سیستم‌های اسمز معکوس با کارآیی بالا از فشارهای در حد یک میلیون پاسکال استفاه می‌کنند.

تعویض یون: در این روش از ماده دیگری مانند کلراید استفاده می‌شود، که جای خود را با نیترات عوض می‌کند. یک واحد تعویض یونی با گلوله‌های رزینی خاصی پر شده است، که با کلراید شارژ شده‌اند. آب از میان این گلوله‌ها می‌گذرد، و رزین نیترات آب را با کلراید تعویض می‌کند. هر چه آب بیشتری از روی رزین عبور می‌کند، نیترات بیشتری از آب گرفته می‌شود و کلراید به آن پس داده می‌شود. رزینی که نیترات ‌را جذب کرده و کلراید را پس داده داد است، با شستن با محلول کلرید سدیم (نمکی) دوباره شارژ می کنند. محلول باقیمانده از این روند تصفیه که حاوی مقدار زیادی نیترات است را باید به طور مناسبی دفع کرد.

اختلاط یا مخلوط کردن: در این روش یک راه دیگر برای کاهش میزان نیترات آب آشامیدنی است. آب آلوده با میزان نیترات بالا با آبی از منبع دیگر مخلوط می‌شود تا غلظت کلی نیترات کاهش یابد. آب حاصل هنوز برای نوزادان بی‌خطر نیست، اما برای بزرگسالان سالم و دام ها قابل‌پذیرش است.

فیلترهای زغالی (شارکول) و سبک‌کننده‌های آب به قدر کافی نیترات آب را کاهش نمی‌دهند. جوشاندن آب نه تنها آب آلوده به نیترات را تصفیه نمی‌کند، بلکه میزان غلظت نیترات آب را می‌افزاید. در برخی نقاط حفر چاه عمیق‌تر ممکن است آب با میزان نیترات کمتر فراهم کند.

اما در بسیاری مواد موثرترین گزینه استفااده از آب بطری برای نوشیدن و آشپزی است.

استراتژی مدیریت در ادامه مطلب

نانو پودر ها

نانوپودر چيست؟

پودر‌ها ذرات ريزي هستند كه از خُرد كردن قطعات جامد و بزرگ، يا ته‌نشين شدن ذرات جامدِ معلق در محلول‌ها به دست مي‌آيند. بنابراين، نانوپودرها را ميتوان مجموعه‌ي از ذرات دانست كه اندازه‌ي آنها كمتر از 100 نانومتر است. (اگر يك متر را يك ميليارد قسمت كنيم، به يك نانومتر ميرسيم. طبق تعريف، ساختار نانومتري ساختاري است كه اندازه‌ي آن كمتر از 100 نانومتر باشد.(

چه پودري را ميتوان نانوپودر به شمار آورد؟

 
پودرها در سه حالت نانوپودر به شمار ميآيند:
حالت اول: ساختار ذرات تشكيل‌دهنده‌ي پودر، در حد نانومتر باشد.
يعني اگر ساختار ذرات تشكيل‌دهنده‌ي يك پودر را به صورت يكي از اشكال منظم هندسي در نظر بگيريم، ميانگين اندازه‌ي اضلاع آن بين 1 تا 100 نانومتر باشد. مهمترين اشكال هندسي، كُره و مكعب‌اند. اگر ساختار ذرات تشكيل‌دهنده‌ي پودر را كُره فرض كنيم، بايد قطر كُره كمتر از 100 نانومتر باشد و چنانچه ساختار آنها مكعب فرض شود، ميانگين اضلاع مكعب بايد در محدوده‌ي 1 تا 100 نانومتر قرار گيرد. به عبارت حسابيتر، ميانگين اضلاع مكعب بايد در اين رابطه صدق كند:

1 نانومتر < (a+b+c)/3 < 100 نانومتر

براي مثال، بلورهاي نمك طعام ساختاري مكعب‌شكل دارند. (شكل شماره‌ي 1(

يادآوري: اگر بيشترِ ذرات تشكيل‌دهندة پودر، ابعادي ميان 1 تا 100 نانومتر داشته باشند، آن پودر، نانوپودر محسوب ميشود.

شكل 1: ساختار بلور نمك طعام، مكعبي است.

حالت دوم: دانه‌هاي تشكيل‌دهندة پودر، ابعاد نانومتري داشته باشند.

در حالتي كه اندازه‌ي ذرات تشكيل‌دهنده‌ي پودر از صد نانومتر بيشتر باشد، كافي است دانه‌هاي آن ابعاد نانومتري داشته باشند تا نانوپودر به شمار آيند. يك مثال براي فهم اين موضوع، اتم‌هايي هستند كه به صورت منظم و درون سلول‌هايي كه آنها را "دانه" ميناميم، كنار هم قرار گرفته‌اند. مواد بلوري جامد نيز از سلول‌هاي ريزي تشكيل شده‌اند كه به آنها دانه مي‌گويند. درون هر دانه، اتم‌ها در يك جهت خاص و رديف‌هاي موازي چيده شده‌اند و تفاوت دو دانة مجاورِ هم، تفاوت در همين جهت‌گيري اتم‌هاست.

شكل 2: اين ذره، حاوي سه دانه است.

شكل 3: اتم‌ها با زاويه‌ي 45 درجه نسبت به افق چيده شده‌اند.

شكل 4: اتم‌ها با زاويه‌ي 90 درجه نسبت به افق چيده شده‌اند.

شكل 5: اتم‌ها با زاويه ي 120 درجه نسبت به افق چيده شده‌اند.

در دانه‌ي 1 (شكل 3)، اتم‌ها در رديف‌هاي موازي و با زاويه‌ي 45 درجه نسبت به افق چيده شده‌اند. در دانه‌ي 2 (شكل 4) اتم‌ها با زاويه‌ي 90 درجه و در دانه‌ي 3 (شكل 5) اتم‌ها با زاويه‌ي 120 درجه نسبت به افق چيده شده‌اند. وقتي اين سه دانه در كنار يكديگر قرار بگيرند، يك ذره تشكيل مي‌شود. (شكل 6) به فضاي خالي بين دانه‌ها «مرز دانه» مي‌گويند. مرز دانه محلي است كه جهت چيده شدن اتم‌ها عوض مي‌شود.

همچنين دانه‌ها را ميتوان مانند آجرهاي يك ديوار فرض كرد. در اين صورت، مرز بين دانه‌ها ملات بين آجرهاست. اگر قطر اين دانه‌ها بين 1 تا 100 نانومتر باشد، ذرات حاصل تشكيل نانوپودر مي‌دهند.

هر چه قطر دانه‌هاي يك ذره كمتر باشد (البته با حجم ثابت)، تعداد دانه‌هاي تشكيل‌دهنده‌ي آن بيشتر خواهد بود (واضح است كه هر چه آجرهاي تشكيل‌دهنده‌ي يك ديوار 1 متر در 1 متر كوچكتر باشند، تعداد آجرها بيشتر خواهد بود) و هر چه تعداد دانه‌ها بيشتر شود، مانند گره‌هاي يك فرش، تار و پود آن محكمتر و درهم‌تنيده‌تر است و بنابرين استحكام محصول بيشتر خواهد بود.

شكل 6: سه دانه در مجاورت هم قرار گرفته‌اند تا يك ذره را تشكيل دهند.

يادآوري: اگر درصد قابل توجهي از دانه‌هاي تشكيل‌دهنده‌ي ذرات، نانومتري باشند، پودر، نانوپودر محسوب ميشود.

حالت سوم: ذرات نانوپودر و ذرات پودر معمولي تركيب شوند.

در اين حالت، پودر را «نانوپودر كامپوزيتي» مينامند. كامپوزيت كه از كلمه‌ي انگليسي composition گرفته شده، به معني تركيب دو يا چند چيز است. ملموس‌ترين مثال براي كامپوزيت، كاه‌گل است. در كاه‌گل رشته‌هاي كاه در زمينه‌ي گِل پراكنده شده‌اند. در نانوپودرهاي كامپوزيتي نيز ذرات نانومتري در زمينه‌ي ذرات بزرگتر (غير نانومتري)پراكنده شده‌اند (شكل7).

شكل 7: ذرات با قطر نانومتري در زمينه پراكنده شده‌اند.

علت تركيب شدن آنها اختلاف خواص اين دو ماده است. در كامپوزيت معمولاً زمينه از يك ماده‌ي نرم و افزودني از ماده‌ي سخت انتخاب مي‌شود. در اين صورت، هنگامي‌ كه به ماده نيرو وارد مي‌شود، زمينه نيرو را به رشته يا پودر اضافه‌شده منتقل مي‌كند تا بتواند در برابر نيروي واردشده‌ مقاومت بيشتري داشته باشد. (شكل شماره‌ي 8(

شكل 8 : در يك نانوكامپوزيت، ذرات نانويي در زمينه‌اي غيرنانويي پراكنده شده‌اند  

  نانو سيم ها

  نانوسیم چیست؟
شاید هنوز ساخت تراشه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های کامپیوتری که برای ایجاد سرعت محاسباتی بالا به جای جریان الکتریسیته از نور استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند، تشخیص انواع سرطان و سایر بیماریهای پیچیده فقط با گرفتن یک قطره خون، بهبود و اصلاح کارت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های هوشمند و نمایشگرهای LCD ؛ تنها یک رویا برایمان باشد و این مسائل را غیر واقعی جلوه دهد اما محققین آینده قادر خواهند بود تمام این رویاها را به حقیقت تبدیل کنند و دنیایی جدید از ارتباطات و تکنولوژی را بواسطه معجزه نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها به ارمغان آورند.
تا کنون با نانوساختارهای مختلفی از جمله نانولوله‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های کربنی، نانوذرات و نانوکامپوزیت آشنا شده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اید؛ یکی دیگر از نانوساختارهایی که امروزه مطالعات و تحقیقات بسیاری را به خود اختصاص داده است نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها است.
عموماً سیم به ساختاری گفته می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود که در یک جهت (جهت طولی) گسترش داده شده باشد و در دو جهت دیگر بسیار محدود شده باشد. یک خصوصیت اساسی از این ساختارها که دارای دو خروجی می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌باشند رسانایی الکتریکی می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌باشد. با اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی در دو انتهای این ساختارها و در امتداد طولی شان انتقال بار الکتریکی اتفاق می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌افتد.

ساخت سیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی در ابعاد نانومتری هم از جهت تکنولوژیکی و هم از جهت علمی بسیار مورد علاقه می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌باشد، زیرا در ابعاد نانومتری خواص غیر معمولی از خود بروز می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌دهند. نسبت طول به قطر نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها بسیار بالا می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌باشد. ( L>>D )
مثال‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی از کاربرد نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها عبارتند از: وسایل مغناطیسی، سنسورهای شیمیایی و بیولوژیکی، نشانگرهای بیولوژیکی و اتصالات داخلی در نانوالکترونیک مانند اتصال دو قطعه ابر رسانای آلومینیومی که توسط نانوسیم نقره صورت می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گیرد.

انواع نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها:
1. نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های فلزی: این نانوساختارها به دلیل خواص ویژ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای که دارند نویدبخش کارایی زیادی در قطعات الکترونیکی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند.
توسعه الکترونیک و قدرت یافتن در این زمینه بستگی به پیشرفت مداوم در کوچک کردن اجزاء الکترونیکی است. با این حال قوانین مکانیک کوانتومی، محدودیت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ تکنیک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های ساخت و افزایش هزینه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های تولید ما را در کوچکتر کردن تکنولوژی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های مرسوم و متداول محدود خواهد کرد. تحقیق فراوان در مورد تکنولوژی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های جایگزین علاقه فراوانی را متمرکز مواد در مقیاس نانو در سال‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های اخیر کرده است. نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های فلزی بخاطر خصوصیات منحصر به فردشان که منجر به کاربرد گوناگون آنها می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود، یکی از جذاب‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ترین مواد می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌باشند.
نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها میتوانند در رایانه و سایر دستگاههای محاسبه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گر کاربرد داشته باشند. برای دستیابی به قطعات الکترونیکی نانومقیاس پیچیده، به سیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های نانومقیاس نیاز داریم. علاوه بر این، خود نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها هم می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌توانند مبنای اجزای الکترونیکی همچون حافظه باشند.

2. نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های آلی: این نوع از نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها، همانطور که از نامشان پیداست، از ترکیبات آلی به‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌دست می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌آیند.
علاوه بر مواد فلزی و نیمه رسانا، ساخت نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها از مواد آلی هم امکان‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پذیر است. به تازگی، ماده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای بنام «الیگوفنیلین وینیلین» برای این منظور در نظر گرفته شده است.
ویژگی این سیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها (نظیر رسانایی و مقاومت و هدایت گرمایی) به ساختار مونومر و طرز آرایش آن بستگی دارد.
3. نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های هادی و نیمه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هادی: ساختار شیمیایی این ترکیبات باعث بوجود آمدن خواص جالب توجهی میشود.
آینده نانوتکنولوژی به توانایی محققین در دستیابی به فنون ساماندهی اجزای مولکولی و دستیابی به ساختارهای نانومتری بستگی دارد. محققین اکنون توانسته‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند با تقلید از طبیعت به ساماندهی پروتئین‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های حاصل از خمیر مایه برای تولید نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های هادی دست یابند. ساماندهی اجزای زنده در طبیعت، بهترین و قدیمی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ترین نمونه ساخت «پائین به بالا» است و لذا می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌توان از آن برای فهم و نیز یافتن روش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هائی برای ساخت ادوات الکترونیکی و میکرومتری استفاده کرد. تا کنون از فنون ساخت «بالا به پائین» استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شد که این فنون در مقیاس نانومتری اغلب پر زحمت و هزینه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌بر است و تجاری‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌سازی نانوتکنولوژی به روشهای آسان و مقرون به صرفه نیاز دارد که بهترین الگوی آن هم طبیعت پیرامون ماست؛ فقط کافی است کمی چشمانمان را باز کنیم و با دقت بیشتری اطرافمان را بنگریم.

4. نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های سیلیکونی: این نوع از نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها سمی نیست و به سلولها آسیبی نمی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌رسانند.
این نوع از نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها بیشترین کاربرد خود را در عرصه پزشکی مانند تشخیص نشانه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های سرطان، رشد سلول‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های بنیادی و ... نشان داده است که در ادامه به آن می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پردازیم.

نمونه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای از نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های سیلیکونی

روشهای ساخت نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها:
1. تکنیک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های لیتوگرافی
• لیتوگرافی نوری: در این روش از تغییرات شیمیایی در یک ماده سخت شونده در اثر نور استفاده میشود. از یک سری ماسک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های نوری برای تعریف مناطق فعال شونده در اثر نور استفاده میشود. یکی از محدودیت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های این تکنیک محدوده پراش موج نوری است. طول موج نوری که در حاضر در صنایع استفاده میشود در حدود nm 248میباشد ولی با طراحی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های دقیق مالک و به کارگیری بسیار دقیق پلیمرهای سخت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شونده میتوان به ابعاد کمتر nm 100 هم رسید.
• لیتوگرافی با اشعه الکترونی: در این روش عمدتا از یک پلیمر سخت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شونده و قرار دادن آن بر یک پایه استفاده میشود. آنگاه یک اشعه الکترونی با انرژی بالا بر روی سطح تابیده میشود با تابش اشعه الکترونی طرح مورد نظر شکل داده میشود. پس از یونیزه شدن ماده و حل شدن پلیمر توسط حلال‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های شیمیایی طرح مورد نظر برای ساخت نانو سیم حاصل میشود.
• لیتوگرافی با پراب روش: لیتوگرافی با استفاده از پراب روشیپ برای ساخت نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های زیر nm100 بکار میروند. پراب‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های الکترونی مانند میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM) و یا میکروسکوپ روش تونلی (STM) از انتخاب‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های این روش برای ساخت نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها میباشد.
از مزایای روشهای لیتوگرافی انعطاف این روش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها در الگوسازی برای نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها میباشد. بعبارت دیگر با این روشها میتوان به نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها هر شکل قابل ترسیم را داد.

2. رسوب الکتروشیمیایی در حفرات: روشهای الکتروشیمیایی بطور گسترده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای برای ساخت نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها استفاده میشود. یک الگوی مناسب باید حفراتی یکنواخت و بلند داشته باشد، قطر حفرات در این نوع الگو از چند نانومتر تا nm 20 میتواند داشته باشد.

فناوری نانو ، نوید کنترل خواص جدیدی از مواد را می دهد که زائیده ابعاد نانو مقیاس ذرات است ، همین خواص باعث شد شرکتهای خصوصی ، دولتها و سرمایه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گذاریهای خطرپذیر جهان در سال 2005 حدود 15میلیارد دلار در این فناوری سرمایه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گذاری کنند، همچنین براساس پیش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌بینی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های صورت گرفته بازار کالاهای تولیدی مبتنی بر این فناوری در سال 2015 به رقم 6.2 میلیارد دلار میرسد. تولید این محصولات نیازمند نانومواد ،اندازه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گیری و فناوریهای ساخت است. صنعت الکترونیک در تجاری سازی فناوری نانو پیشگام است. نانوالکترونیک شامل نیمه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هادی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های کمتر ازnm 90،اشکال جدیدی از حافظه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های دارای نیمه هادی ، حافظه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های اطلاعاتی نانوالکترومکانیکی، نمایشگرهای آلی ، نمایشگرهای نشر میدانی،نانو لوله‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های کربنی، حسگرهای مختلف و پاره‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای از ادواتی که اکنون در حال ساخت برای به کارگیری در ابزارآلات الکترونیکی میشود. طبق برآورد بازار تجهیزات نانوالکترونیک در سال 2005 نزدیک 60 میلیارد دلار بوده و به نظر می رسد تا سال 2010 به 250میلیارد دلار برسد. بازار نانومواد ونانوابزار مورد استفاده در تولید این تجهیزات 108میلیارد دلار بوده که از این رقم 10درصد آن مربوط به نانومواد ،ابزارها، تجهیزاتی مانند لیتوگرافی ماورابنفش دور، لیتوگرافی چاپ نانو ،کاتالیستها و نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها است.

کاربردهای نانوسیم:

کاربرد نانوسیم در تشخیص بیماریها: از نانوسیم هایی که از مواد مورداستفاده در تراشه رایانه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های امروزی مثل سیلیکون و نیترید گالیون ساخته شده است میتوان برای تشخیص بیماریها استفاده کرد . شاید بپرسید ابزار رایانه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها چه ارتباطی به تشخیص بیماری و بدن انسان دارد ، بدن انسان نیز همانند یک رایانه باید حسگرهایی داشته باشد که بتواند در صورت بروز مشکل و خطا و یا وجود مواد سمی به ابزارهای هشداردهنده خارجی اخطار دهد و درصدد رفع آن برآید همانند یک رایانه که اگر مسیری اشتباه را در آن اجرا کنید و یا ویروسی در آن پیدا شود پیغام (ERROR) میدهد اما این کار چگونه امکان پذیر است؟!
دانشمندان موفق شدند نانوسیمهای انعطاف‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پذیر و طویلی را تولید کنند که طولهای متغیر این نانوسیمها بین 1 تا nm100 و یا حتی در میلیمتر میباشد و از لحاظ مقایسه حدود هزار مرتبه باریکتر از موی انسان است. بلندی ، انعطاف‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پذیری و استحکام این نانوسیمها خصوصیات ویژه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای را به آن می بخشد . به عنوان مثال نازک بودن وطویل بودن باعث افزایش سطح آن میشود . لذا از این ساختارها می توان در طراحی حسگرهای بسیار سریع و حساس استفاده کرد. این نانوسیم ها توانایی تولید اشعه ماورای بنفش نامرئی را دارد ، نور از یک انتها وارد نانوسیم شده و از انتهای دیگر شروع به تابیدن میکند. نانوسیمها بدون هیچ اتلافی این نور را به طور موثری عبور میدهد. و در مسیر خود اگر به یک عامل بیماری‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌زا یا ماده سمی برخورد کند نانوسیم شروع به تابیدن میکند و سیستم هشدار دهنده بسیار سریعی را ایجاد میکند و این میتواند بیماری را زودتر وسریعتر از هر آزمایشی تشخیص دهد.

استفاده از نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها در رگ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های خونی برای تحریک اعصاب مغزی: همیشه انتقال فرستنده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های کوچک به درون رگ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها و هدایت آنها بطرف محل‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های موردنظر را در فیلم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های تخیلی دیده بودیم اما هیچ باور نمی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کردیم که روزی این را در واقعیت ببینیم.!

محققین توانسته‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی از جنس پلاتین که ضخامت آن 100 برابر نازکتر و ظریفتر از موی انسان است را ابداع کنند. آنها این نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها را به داخل رگ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های خونی می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌فرستند و توسط دوربین کوچکی آنها را بطرف اعصاب مغزی هدایت می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند. این روش برای کمک به یافتن علل مختلف و پیدایش بیماری‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های عصبی از جمله پارکینسون بسیار مفید است. در گذشته برای یافتن علل مختلف پیدایش بیماریهای قلبی و عصبی، بدن را در هر نقطه می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شکافتند تا علت بیماری را بیابند، اما امروزه با گسترش فن‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌آوری نانوتکنولوژی هر وسیله‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای را می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌توان بصورت ظریف، نازک و حساس، اختراع و ابداع کرد و حتی آن را به درون ظریف‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ترین رگ نیز فرستاد.
تنها مشکلی که محققان را کمی دچار سردرگمی کرده است تعدد رگهای خونی و سیستم گردش خون و عصب های فراوان در محدوده مغز است که فرستادن این نانوسیم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها را کمی دشوار کرده است اما محققین درصدد یافتن راهی برای حل آن وساختن نانوسیمهای دقیق‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌تر هستند.

استفاده از نانوسیمهای سیلیکونی برای هدفمند کردن رشد سلولهای بنیادین : تولید و رشد بافتها و سلولهای مورد نیاز برای بیماران نیازمند اهدافی است که دانشمندان در عرصه پزشکی همواره به دنبال آن هستند، از جمله ابزاری که میتواند این هدف را تحقق بخشد نانوسیم های سیلیکونی است. نانوسیم ها همچون تختی از میخها هستند که به صف شده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند و قابلیت تغییر شکل و رشد را دارند ، برای این منظور از طیفی وسیعی از تحریکات مکانیکی و شیمیایی بعنوان فاکتور رشد استفاده می کنند اما به تازگی توانسته‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند از محرکهای الکتریسیته نیز استفاده کنند و امیدوارند که استفاده از پالسهای الکتریکی در سلولها با استفاده از آرایه رسانای نانوسیمها در آینده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای نزدیک بعنوان شیوه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای ارزشمند برای تحت تاثیر قرار دادن سلولهای بنیادین بکار روند.

نمونه های عملی از کاربرد فناوری نانو در تصفیه آب در ادامه مطلب

فناوري نانو وتوليد موادغذايي

در فضاي رقابتي کنوني، واحدهاي توليدکننده صنعت غذا همچون بسياري از صنايع ديگر براي توليد و فروش محصولات خود با مشکلات عديده اي روبه رو هستند، مصرف كنندگان متقاضي محصولات معتبر (مجاز)، خوش طعم، بهداشتي و باکيفيت هستند که همگي به طور مستقيم با فناوري توليد در ارتباط است. در واقع مي توان گفت امروزه بيشترين رقابت صنعت غذا در ابعاد تكنولوژيكي است، بنابراين بهره گيري از آخرين فناوري هاي روز دنيا براي حفظ و گسترش بازار در صنعت غذا و فراوري غذا امري ضروري است. آينده متعلق به محصولات فرآوري شده و فرآورده هاي جديدي است كه اهدافي همچون بهبود كارايي محصول، طولاني شدن عمر ماندگاري و تازگي محصول، بهبود كيفيت و ايمني غذا را دنبال مي كنند. تمامي اهداف مذکور از طريق بهره گيري از فناوري نانو قابل حصول هستند

كاربرد فناوري نانو در زمينه توليد غذا ميتواند از يك طرف در صنعت كشاورزي و از طرف ديگر در ابداع راههاي جديد براي توليد غذا كه ديگر به شرايط طبيعي وابسته نباشد، مورد اهميت قرار گيرد. عمده اين كاربردها عبارتند از:

آناليز و شناسايي محصولات كشاورزي:
چيپها يا نانوسنسورها مي توانند آفت، آنتي بيوتيكها و ژنهاي مختلف را دقيقا تشخيص دهند.

توليد غذاهاي :GM

باكي بالهاي قالب ريزي شده با اطلاعات ژنتيكي مي توانند ژنها و عناصر را به نقاط مطلوب حمل كنند.

توليد آفت كش / دارو و حمل آنها:

مانند زمينة دارويي در انسان ، نانو ذرات و نانوكپسولها در بهبود اثر دارو كمك خواهند كرد و اثرات جانبي را كاهش مي دهند.

سنتز و توليد غذا :

آرايش بسيار ريز افزودنيهاي غذايي مي تواند گروههاي جديد غذايي را با سنتز مواد تغذيه اي مورد نياز، طعم دهي تركيبات و پيوند آنزيمها با هم توليد كند. اين روش باعث كاهش زياد وابستگي صنايع غذايي به محيط زيست طبيعي شده و به عنوان يك ايدة متفاوت در اين زمينه بدون نياز به ملزومات غذاي طبيعي به خدمت درخواهد آمد.

در بخش توليد مي توان هم در صنعت كشاورزي و هم در ابداع روش هاي جديد براي توليد غذا مانند به كارگيري نانوسنسورها در شناسايي آفت ها، آنتي بيوتيك ها و ژن هاي مختلف گياهان و همچنين توليد آفت كش هاي بي خطر و نيز كاهش اثرات منفي آفت كش هاي موجود از اين فناوري بهره گرفت، به علاوه مي توان با سنتز مواد تغذيه اي در گروه هاي غذايي مورد نياز طعم دهي، تركيبات و پيوند آنزيم ها را به هم ريخته و به توليد مواد جديد غذايي با طعم ها و رنگ هاي مختلف دست يافت.

فرآوري مواد غذايي:
فناوري نانو تأثيرزيادي روي گسترش موادغذايي كاربردي وتعاملي دارد؛موادي كه به نيازهاي بدن پاسخ داده ومي توانند دررسانش موادغذايي مؤثرباشند.

گروههاي تحقيقاتي مختلفي درحال كار روي ساخت مواد غذايي جديد براساس تقاضا هستند.اين مواد به صورت غيرفعال دربدن باقي مي مانند ومواد غذايي را درصورت نيازبه سلول ها مي رسانند.عنصر كليدي اين بخش، توسعهء نانوكپسولهايي است كه با استفاده ازآنها درمواد غذايي مي توان كاررسانش را به خوبي انجام داد.

ازپيشرفتهاي ديگر در فرآوري مواد غذايي،افزودن نانوذرات به مواد خوراكي براي افزايش جذب آنها دربدن است.

يكي ازبهترين نانوايي ها درغرب استراليا دراستفاده ازنانو كپسولهايي كه شامل روغن ماهي تن(منبع غني ازاسيدهاي چرب امگا 3)بوده اند؛موفق بوده است. اين مركز ازنانو كپسول ها در پرفروش ترين نوع نان خود به نام tip-top استفاده ميكند واين ذرات فقط هنگامي باز و شكسته مي شوند كه وارد معده شوند ، به اين ترتيب ازمزه ناخوشايند روغن ماهي جلوگيري مي شود .

شركت Nutralease ازفناوري ساختارهاي مايع خودآراي نانو مقياس (NSSL ) براي رسانش موادغذايي استفاده مي كند. اين ذرات به شكل مايسل (كره هاي توخالي كه ازچربي ساخته شده و درون آن آب است) با قطر حدود 30نانومترهستند . مواد خوراكي يا nutraceuticals داراي آب دروني هستند و مي توانند براي حمل موادي مانند ليكوپن، بتا- كاروتن، لوتين، فيتوسترول ها ، CoQ10 و DHA / EPA مورداستفاده قراربگيرند . اين ذرات به تركيبات اجازه مي دهند كه به راحتي از طريق معده وارد رگ هاي خوني شوند . بنابراين دسترسي زيستي آنها افزايش مي يابد . اين فناوري را درحال حاضر كارخانجات Shemen براي رسانش روغن فعالCanola وارد بازار كرده اند. اين شركت ادعا ميكند مي تواند جذب كلسترول را دركيسه صفرا تا 14 درصد كاهش دهد .

تعدادي ازشركتهاي شيميايي درحال تحقيق روي افزودني هايي هستند كه بدن به راحتي قادر به جذب آنهاست و مي توانند عمرمفيد محصولات را افزايش دهند .سازمان بين المللي علوم رسانش زيستي درحال توسعه نانو حلزون هايي با ذرات پيچشي 50 نانو متري است كه مي تواند در رسانش موادي مانند ويتامين ها ، ليكوپن و اسيدهاي چرب امگا3 به سلول ها به كار گرفته شود ، بدون اينكه در مزه ورنگ مواد غذايي تأثير داشته باشد .

صنايع غذايي kraft ، گروهي محقق از15 دانشگاه مختلف را تشكيل داده است تا با كمك فناوري نانو درمورد غذاها تحقيق كنند. اين مورد به مصرف كنندگان اجازه مي دهد تا بين رنگها و طعم هاي مختلف انتخاب كنند . اين مجمع همچنين روي توسعه مواد غذايي هوشمند با كمك نانو حسگرها ، كه باعث آزادسازي تدريجي موادغذايي مي شود، فعاليت مي كند اين نانو كپسول ها با مواد غذايي تركيب مي شوند ولي تا زمان مناسب ، غير فعال باقي مي مانند. تمامي پيشرفت هاي جديد موجب مي شود مفهوم مواد غذايي كامل به واقعيت نزديك شود و انتظار مي رود تا فوايد ديگري در زمينه انرژي ، عملكرد هاي تشخيصي ، كاربردهاي ايمني بهترو توسعه محصولات ضد پيري براي مصرف كنندگان وجود داشته باشد.

امروزه ازفناوري نانو درصنايع آرايشي مانند ساخت كرم هاي شفاف استفاده مي شود. شركت Royal BodyCare ، كه از فناوري نانو علوم غذايي استفاده مي كند محصول جديدي با نام NanoCeuticals را وارد بازار كرده ، كه امولسيوني از ذرات با قطر كمتراز5 نانو متر است. اين شركت ادعا مي كند اين محصول ، راديكال هاي آ زاد را جمع آوري كرده ، آب رساني را بالا برده وPH بدن را تنظيم مي كند. اين شركت همچنين درحال توسعه نانوخوشه ها وپودرهاي نانو مقياسي است كه با مكمل هاي غذايي تركيب مي شوند و هنگام مصرف، قدرت جذب مواد غذايي را دربدن افزايش مي دهند.

شركت هاي موادغذايي و آرايشي درهمكاري با يكديگر به دنبال سازوكاري جديد براي رسانش ويتامين ها و جذب مستقيم ها آنها از پوست هستند . به عنوان مثال شركت Nestle كه 49 درصد از سهام شركت LOreal را دارا ست در حال ساخت كرم ضد آفتاب شفافي است كه ويتامين E را مستقيم به پوست مي رساند. هدف، ساخت كرمي است كه به وسيله پوست جذب شده و ويتامين E را به آرامي آزاد كند، به علاوه داراي ماده محافظ UV نيز باشد . در حال حاضر كرم هاي شفاف ضد UVدر بازارموجود است و LOreal انتظار دارد اين كرم با كاربرد هاي بيشتري بازار در بر گيرد .

رقيبان ديگر مانند Estee Lauder در حال ساخت فرمولهاي ضد پيري هستند كه از نانو ذرات تشكيل شده است . شركت آمريكايي Oilfresh محصول نانو سراميكي جديدي وارد بازار كرده كه مصرف روغن را در رستوران ها و غذاهاي آماده به نصف كاهش مي دهد . در نتيجه اين تغيير بزرگ، از اكسيد شدن محصولات به دليل چربي هاي درون روغن جلو گيري مي شود . مورد ديگر اين است كه روغن سريعتر داغ شده و انرژي مورد نياز براي پخت كاهش مي يابد .

دانشگاه واخنينگن در هلند مركز تحقيقاتي را تأسيس كرده كه در حال كار روي كاربرد فناوري نانو در صنايع غذايي است . مركز بيو فناوري واخنينگن روي موضوعات مختلفي از جمله تشخيص كيفيت و سلامت غذا، پوشش دار كردن و رسانش مواد غذايي ، ميكرو و نانو ابزارهايي براي پردازش هاي شيميايي و فيزيكي ، زيست شناسي شيميايي، نانو سم شناسي؛ بررسي فناوري و علم مشتري متمركز شده است .

شركت آلماني Aquanova در حال توسعه فناوري جديدي است كه در آن دو ماده فعال را با هم تركيب كرده و در كاهش چربي از طريق نانو حامل ها (كره هاي تو خالي با قطر 30 نانو متر ) استفاده مي كند . اين نوآوري مي تواند دستيابي جديدي در كنترل وزن باشد. شركت NovaSOL SUstain از CoQ10 براي كاهش چربي اسيد هاي alpha-lipoic براي رفع گرسنگي استفاده مي كند . همچنين اين فناوري براي توليد ويتامين هايي مانند SoluE كه از دسته ويتامين هاي E است و همچنينC Solu كه از دسته ويتامين هاي C است استفاده مي شود .

در يك راهبرد متفاوت، شركت Unilever در حال توليد بستني هاي كم چرب با كاهش ذرات امولسيون است . با اين عمل اميد است كه استفاده از اين ذرات ، ميزان چربي را تا 16 درصد كاهش دهد.

مركز بين المللي Woodrow Wilson ، موسسه بورس تحصيلي درآمريكا ، پايگاه داده اي از مشتريان بازار فناوري نانو تشكيل داده و به زودي 15مورد را كه ارتباط مستقيم با صنايع غذايي دارند اعلام ميكند . اين فهرست شامل nanocetical هاي توليدي شركت RBC ،LIFE Science و روغن فعالCanolaي صنايع Shemen ونانو ذرات نقره استفاده شده در يخجالهاي شركت LG مي باشد .
كاربردهاي فناوري نانودربخش نگهداري غذا:

در بخش نگهداري غذا، فناوري نانو مي تواند با جابه جا كردن سطح پوشش مواد از ورود هر نوع ميكروارگانيسم يا ميكروب به غذا جلوگيري كرده و سبب ضد عفوني شدن سطوح غذاها شود، به علاوه با استفاده از نانو حفره ها مي توان از خراب شدن مواد بي ثباتي مانند آنتي اكسيدان هاي حساس از جمله ويتامين هاي A، D، E، K و «امگا ۳» جلوگيري به عمل آورد و همچنين در شناسايي و طراحي ساختمان آنزيم ها، كنترل متابوليسم آنزيم ها توسط تغيير در ساختمان و افزودن ذرات فعال به مواد غذايي از آن بهره گرفت.

فناوري نانو از سه طريق ميتواند در نگهداري مواد غذايي مؤثر واقع شود:
ضد عفوني و ضد ميكروب نمودن سطوح:
فناوري نانو با جابه جا كردن سطح پوشش مواد ميتواند تقريبا از ورود هر ميكرو ارگانسيم يا ميكروب به غذا جلوگيري كند. ميكروب كشها با نانو ذرات و نانو قطراتي مانند روغنهاي گياهي و الكها، دوستدار محيط زيست بوده و براي سلامت انسان بي ضرر هستند.
حفاظت آنتي اكسيدانها:
نگهداري آنتي اكسيدانهاي حساس مانند ويتامينهاي K/E/D/A، اسيد چرب امگا3،B- كاروتن همواره يك عامل كليدي در حفظ غذا بوده است. استفاده از نانو حفره ها ميتواند از خراب شدن چنين مواد بي ثباتي در طول فرآيند ودرزمان انباربودن جلوگيري كند.
دستورزي و كنترل فعاليت آنزيمها:
فناوري نانو در شناسايي و طراحي ساختمان آنزيمها كاربرد مهمي دارد. فناوري نانو توانايي كنترل متابوليسم آنزيمهاتوسط تغيير در ساختمان و افزودن ديگر ذرات فعال را دارد. بنابراين ميتوان فعاليتهاي آنزيمها را از اين طريق تحت كنترل در آورد.
مثالهايي از كاربرد فناوري نانو در نگهداري مواد غذايي:
پژوهشگران كشورمان درشركت نانو نصب پارس موفق به توليد ظروف آنتي باكتريال شدند كه قادراست مدت ماندگاري موادغذايي را 2تا 3برابر افزايش دهد.آنها از نانوذرات نقره(سيلور)درساختمان اين ظروف استفاده كردند.آنها ازاين نانوذرات درساخت بدنه يخچالها ودربرخي ازبخشها مانند جا تخم مرغي نيز استفاده كرده اند.

شركت sharper Imageدرآمريكا با كمك نانوذرات نقره ظروفي توليد كرده اند كه خاصيت ضدباكتريايي دارد.به ادعاي اين شركت،ظروف توليدي آنها موادغذايي راسه تاچهاربرابر تازه تر نسبت به حالت معمولي نگه مي دارد.اين ظروف قادرهستند ميوه ها،سبزيجات دارو ها،نان،پنير،سوپ،سس،وگوشت رادر طولاني مدت بدون تغيير رنگ،مزه وخواص غذايي شان نگهداري كنند.
نقره ذاتا"خاصيت آنتي باكتريال،ضدكپك،وضدقارچ دارد.لذا بااستفاده ازاين ظروف،درمقايسه باظروف معمولي،در24ساعت اوليه ميزان رشد باكتري ها 98 درصد كاهش مي يابد.
جهت حفظ بيشترارزش موادغذايي و بو ومزه آن،همچنين به تأخير انداختن وكاهش سرعت فساد مواد غذايي،اين ظروف داراي درپوش سيليكوني غيرقابل نفوذ جهت سيستم بسته بندي است.اين ظروف همچنين داراي لايه اي پليمري ازپلي پروپيلن است كه نسبت به هوا وبوغيرقابل نفوذاست.ميانگين قطرنانوذرات نقره درحدود 25 نانومتر است.رنگ اين ظروف طلايي است.

سلامت و امنيت غذايي:
تشخيص عوامل بيماري زاي غذايي وتركيبات سمي
بيمار يهاي ناشي از مصرف غذاهاي آلوده يكي از مشكلات رايج در زمينة پزشكي مي باشد. حدود30درصد افراد در كشورهاي صنعتي از بيمار يهاي‎‏‏ناشي از مصرف غذاهاي آلوده رنج مي برند.

محققان همواره در جستجوي يافتن ابزاري براي تشخيص سريع و دقيق عوامل بيماري زاي غذايي بوده اند. در سا لهاي اخير تلاشهاي زيادي براي ساخت حسگرها براي تشخيص ميكرو ارگانيسمهاي بيماري زا صورت گرفته است. با استفاده ازفناوري نانو امكان ساخت نانوحسگرهايي وجود داردكه قابليت استفاده در چرخه هاي توليد مواد غذايي و همچنين در بسته بندي غذايي به منظور تشخيص ميكروارگانيسمهاي مختلف مانند كامپيلوباكتر،اشرشيا كلي، سالمونلا و ليستريا را دارند واين حسگرها علاوه بر حساسيت بالا زمان تشخيص را نيز كاهش مي دهند. يك نانوحسگر قادربه تشخيص ويروس قبل از تكثير آن مي باشد. برخي از كاربردهاي بالقوة نانوحسگرهاي زيستي عبارتنداز: تشخيص آلودگي هاي بيمار يزا، شرايط محيطي)روشنايي و تاريكي، سردي و گرمي، خشكي و‎‏‏رطوبت( و تركيبات حساسيت زا.
گولتكين و همكاران اسپورهاي باسيلوس سرئوس را با استفاده از نانوحسگرها شناسايی کردند.اين محققان از نانوذرات طلا با کمک روش نشانه گذاري ملكولي براي تشخيص سريع و حساس تركيب دي پي كلونيك اسيد )مادة شاخص موجوددر اسپور( استفاده نمودند. نشانه گذاري ملكولي روشي براي ايجاد جايگا ههاي اتصال در يك پليمربا استفاده از يك الگوي ملكولي )به عنوان مثال

دي پي كلونيك اسيد( مي باشد. ميزان حساسيت وابسته به شكل و اندازة حفرات و نوع اتصال بين پليمر وملكول مي باشد. با توجه به اينكه در اين پژوهش ازنانوذرات استفاده شد، ميزان حساسيت به ميزان قابل توجهي افزايش يافت. اين پژوهشگران نشان دادند تابش فلورسانس حسگر در حضور دي پي ‏‌كلونيك اسيدكاهش می يابد لذا امكان انداز ه گيري دقيق اسپورها با‎‏‏حساسيت بالا وجود دارد .
ژآاو و همكاران ا ز حسگرهاي ا یمنی ا لكتروشيميايي كه توسط غشاء آگار - نانوذرات طلا پوشش داده و آنزيم پراكسيداز و آنتي بادي بر روي آن تثبيت شده بود براي تشخيص ويبريو پاراهموليتكيوس استفاده كردند. در اين حالت نانوذرات طلا به عنوان مناطق هادي كوچك، سبب تسريع انتقال الكترون و در نتيجه افزايش دقت اندازه گيري مي شوند. اين نانو حسگرهاي ایمنی داراي حد تشخيص

7/374×104و همچنين صحّت، دقت، پايداري و قابليت ‎‏‏تكرارپذيري بالايي هستند.
تشخيص آلودگيهاي شيميايي درمواد غذايي
آلودگي مواد غذايي ناشي از تركيبات شيميايي خطرناك يكي از مسائل بحث برانگيز در زمينة امنيت غذا مي باشد. آلودگي هاي مواد غذايي مي تواند ناشي از آلودگي هوا، آب و خاك، فلزات سمي، د ي اكسين ها،سموم ضد قارچ و همچنين سموم طبيعي مانندمايكوتوكسين ها و گليكوزيدهاي سيانوژنيك باشد.با توجه به ضرورت تشخيص اين تركيبات در موادغذايي، فناوری نانو مي تواند ابزاري دقيق در اين زمينه‎‏‏باشد.
آرسنيك كه به مقدار زيادي در آ بهاي زيرزميني يافت مي شود، به عنوان يك تر كيب سمي براي انسان به شمار مي رود. اين تركيب سبب سرطان پوست،كليه، جگر و مثانه مي شود. رو شهاي مختلفي ماننداسپكتروسكوپي فلورسانس اتمي و اسپكتروسكوپي وزني براي تعيين ميزان آرسنيك استفاده شده است.ولي اين رو شها نياز به ابزارهاي گرا نقيمت و مراحل آماده سازي متعدد دارد. سليمي و همكاران از نانوذرات اكسيد كبالت براي تعيين مقادير جزئي آرسنيك درآب استفاده كردند. براي اين منظور نانوذرات اكسيدكبالت بر روي سطح الكترود كربن شيشه اي رسوب داده شد. اين محققان بيان نمودند اين نانوحسگرداراي قابليت تكرارپذيری، پايداري طولاني و عدم‎‏‏حساسيت به ساير يو نها مي باشد .
كو و همكاران از تكنيك رنگ سنجي بااستفاده از نانوزيست حسگرها براي شناسايي 2و4دي نيتروفنول استفاده نمودند. براي اين منظورتركيب توكسين مانند 2و 4 دي نيتروفنول- بووين سرم آلبومين بر روي نانوذرات طلا قرار مي گيرد. دراين حالت در صورت عدم وجود 2و 4 د ي نيتروفنول تركيب توكسين مانند بر روي آنتي بادي تثبيت شده برروي بستر متصل مي گردد و در صورت وجود توكسين با توجه به ميل تر كيبي بالاتر آن، 2و 4 د ي نيتروفنول به آنتي بادي متصل مي شود.با توجه به اينكه اتصال توكسين و يا تركيب توكسين مانند بر آنتي بادي سبب ايجاد رنگهای مختلف مي شود، امكان تعيين ميزان2و 4 دي نيتروفنول با استفاده از روش رنگ سنجي وجود دارد.با وجود كارايي بالاي نانوحسگرهابراي اندازه گيري و شناسايي تركيبات مختلف، كاربردآن ها به صورت صنعتي به دليل استفاده از تركيبات بيولوژيكي مانند آنتي ژن و آنزيم ها و در نتيجه عدم پايداري با مشكلاتي مواجه است.

هم اكنون برخي از شركت ها در حال كار بر روي طراحي زبان الكترونيكي هستند كه شامل آرايه اي از حسگرهاي مايع به همراه فناوري تشخيص الگويي است كه قادر به تشخيص طعم هاي ويژه و مجزا مي باشد. از مهم ترين كاربردهاي اين زبان، آزمون چشايي نوشيدني ها، چشيدن مواد شيميايي در حد مولكول است. اين حسگر در بسته بندي گوشت و فرآورده هاي گوشتي به كار گرفته مي شود و قادر به تشخيص اولين نشانه هاي فساد در مواد غذايي است و با تغيير رنگ، فساد ماده غذايي را هشدار مي دهد.
از ديگر نمونه هاي توليدي اين حسگرها، نانوباركدها هستند كه مدل مولكولي باركدهاي سنتي است و شامل نانوذرات فلزي مي باشد كه اثر انگشت شيميايي قابل شناسايي و خاصي دارد و مي تواند از طريق ماشين هايي كه براي اين منظور طراحي شده است، تشخيص داده شود. اين قبيل از باركدها مي تواند براي حفاظت از مارك و ارزيابي غذاهايي كه در حالت عادي نمي توان باركد بر روي آنها چسباند، استفاده مي شود.
براي اطمينان از سلامت مواد غذايي، محققان اتحادية اروپا در پروژة Good Food از نانوحسگرهاي قابل حمل براي يافتن مواد شيميايي مضر، پاتوژن ها و سم ها در مواد غذايي استفاده مي كنند.

با اين كار، ديگر نيازي به فرستادن نمونه هاي مواد غذايي به آزمايشگاه براي تشخيص سلامت و كيفيت محصولات در كشتزارها و كشتارگا هها نيست همچنين اين پروژه، در حال توسعة به كارگيري زيست تراشه هاي DNA.براي كشف پاتوژ نهاست. اين روش ميتواند در تشخيص باكتر يهاي مضر و متفاوت موجود در گوشت يا ماهي و يا قار چهاي ميوه مؤثر باشد. اين پروژه در نظر دارد با گسترش ميكروحسگرهاي رشته اي، بتواند آفت كشهاي ميوه و سبزيجات را به همان خوبي كه شرايط محيطي كشتزارها را كنترل مي كند تشخيص دهد. اين نوآوري به نام حسگرهاي Good Food ناميده مي شود.
پروژه سرمايه گذاري شده اتحادية اروپا به نام BioFinger كه هدف آن، ساخت ابزارهاي ارزان با توان تشخيص آسان در سلامت محيط زيست است، فعاليت ديگري در زمينة آناليز مواد غذايي دارد. در ابزارهايي كه از حامل (cantilever) استفاده مي كنند، روش بدين صورت است كه تيرك(Tip) با مادة شيميايي پوشانده شده و در برخورد با مولكول هاي خاصي، سيگنال ايجاد مي كنند. BioFingerبا استفاده از اين حاملها كه به يك ميكروتراشه متصل است كوچك تر و قابل حمل مي شود.

ارتش آمريكا در حال ساخت حسگرهاي فوق العاد ه ي است كه از آنها در مقابل حمله كنند ه ها به مواد غذايي استفاده مي شود. در سيستم هاي كنوني چندين روز طول مي كشد تا وجود پاتوژن ها در مواد غذايي تشخيص داده شود. تشخيص سريع پاتوژ نها به وسيلة اين حسگرها به زودي باعث فراگير شدن اين فناوري در صنعت مواد غذايي خواهد شد.

کاربردهاي فناوري نانو در صنعت بسته‌بندي :
كاربردهاي نانو تكنولوژي دربسته بندي موادغذايي شامل موارد زير مي باشد:

نانوحسگرها براي تشخيص آلودگي و عوامل بيماري‌زا

بهبود پيمايش، ره‌گيري و رصد

نانوکامپوزيت‌هاي پليمري براي بخش حفاظت

پوشش‌هاي خود تميز شونده در مقياس نانو

پوشش مناسب براي بسته‌بندي با خاصيت ميکروب‌کشي

سيستم‌هاي فعال و هوشمند جهت بسته‌بندي
بسته بندي يكي از مسائل اساسي در زمينة ايمني غذا است. استفاده از دانش نانو میتواند سبب بهبودكيفيت و كارايي مواد بسته بندي و درنتيجه اطمينان از امنيت غذايي گردد.پيشرفت دربسته بندي هوشمند براي افزايش عمرمفيد محصولات غذايي،هدف بسياري ازشركتهاست.

بسته بند يهاي داراي نانوذرات می توانند هوشمندانه به شرايط محيطي )دما و رطوبت(پاسخ دهند و پارگي ها وسوراخ هاي كوچك رابا توجه به شرايط محيطي ترميم كنند،و يا مصرف كننده را در زمينة آلودگيها ويا حضور مواد سمي ويا فسادموادغذايي آگاه سازند.

برخي از نانومواد میتوانند ويژگيهاي نفوذپذيري مواد بسته بندي را تغييرداده، سبب بهبود ويژگي هاي مكانيكي، شيميايي، حرارتي و ميكروبي شوند. اين بسته ها توانايي كاهش رشد قار چها را دارندو به عنوان مثال نانوذرات اكسيد مس، منيزيم و ‎‏‏نقره داراي خاصيت ضدميكروبي هستند.مكانيسم فعاليت ضدميكروبي نقره به دليل واكنش يو نهاي نقره با ريبوزوم ها و جلوگيري از بيان آنزيمهاي مرتبط با توليد ATP و همچنين تغيير ‎‏قابليت نفوذ پذيري غشاء مي باشد.

پلاستيك ها به طور وسيع در صنايع بسته بندي مواد غذايي استفاده ميشوند. با اين وجود استفاده از آ نها به دليل عدم توانايي آ نها در جلوگيري از عبور اكسيژن، د ي اكسيدكربن ،آب و تر كيبات آرومادار، محدوديت هايي دارد. استفاده از نانوذرات درپلاستيكها مي تواند سبب بهبود خاصيت نفوذپذيري بسته هاي غذايي گردد.به عنوان مثال بسته هاي حاوي نانوذرات رس داراي مزايايي ازقبيل ويژگي هاي مكانيكي،حرارتي وممانعت كنندگي بهترمي باشند.اين نانوذرات سبب جلوگيري ازعبور اكسيژن ،دي اكسيد كربن ورطوبت گرديده،همچنين موجب افزايش شفافيت بسته مي شوند.
استفاده ازنانوساختارهاي مختلف مي تواند سبب توليد بسته بندي هاي پلاستيكي بامقاديرمختلف نفوذپذيري نسبت به آب وگازها،بسته به نوع ماده غذايي گردد. با استفاده ازاين نانوذرات امكان توليد بطري هايي با نفوذپذيري كمتر نسبت به نورومقاومت مكانيكي وحرارتي بهتروجود دارد.اين بسته ها سبب افزايش زمان ماندگاري،حفظ رنگ، عطروطعم مواد غذايي،جلوگيري ازرشد ميكروارگانيسم ها وتسهيل عمليات حمل ونقل و نگهداري مي شود. با استفاده از بسته هاي حاوي نانو حسگرها نيز مصرف كننده مي تواند نسبت به پيشينه شرايط نگهداري(مانند دماوPH) آگاه شود.

فيلم هاي زيست تخريب پذيرنشاسته ونانوذرات رس نيزمي توانند دربسته بندي موادغذايي به منظور افزايش ايمني غذايي باتوجه به خاصيت ضدميكربي نانوذرات رس،استفاده شوند.

سيليكات كلسيم نانوساختار ومواد فازمتغير براي بسته بندي مواد غذايي فسادپذير استفاده شده اند.نانوذرات سيليكات كلسيم داراي ساختارمتخلخل وخاصيت جذب رطوبت هستند.آلكان هاي فازمتغير مي توانند براي ذخيره حرارت دربسته هاي غذايي (باتوجه به ماهيت غيرسمي آنها) استفاده شوند. دراين حالت نانوذرات سيليكات كلسيم مي توانند آلكان هاي فاز متغير (بادماي ذوب8درجه سانتيگراد)را درون ساختارمتخلخل خودقرار دهند.اين بسته ها داراي ويژگي هاي حرارتي فوق العاده اي بوده،مي توانند دماي داخل بسته راپس از افزايش دماي محيط تا23درجه سانتيگراد به مدت 5 ساعت درحدود 10 درجه سانتيگراد حفظ نمايند.ازاين ويژگي مي توان براي حفظ كيفيت موادغذايي حساس طي حمل ونقل وافزايش زمان ماندگاري وامنيت غذايي بهره جست.

كيتوزان يك پلي ساكاريد زيست تخريب پذير،غير سمي وزيست سازگاراست.نانوفيبرهاي توليد شده ازكيتوزان به عنوان پوشش هاي بسته بندي داراي خاصيت ضدميكروبي مي باشند. پوشش هاي زيست تخريب پذير ي توسط ژلاتين و پكتين بادرجه متوكسيل پايين نيز براي بسته بندي موادغذايي توليدشده است.

سوتومويت وهمكاران ويژگي فيلمهاي خوراكي ساخته شده ازپروتئين هاي آب پنير وحاوي سه نوع نانورس مختلف (كلويسيت NA+، كلويسيت A20 و كلويسيت B30 ) را براي مصارف غذايي بررسي نمودند.فيلمهاي داراي نانورس نسبت به فيلمهاي خالص پروتئيني شفافيت كمتري داشتند.ولي نتايج نشان داد فيلمهاي حاوي نانوذرات كلويسيت B30 داراي خاصيت ضدميكروبي دربرابر باكتري گرم مثبت ليستريا مونو سايتوژنز مي باشند.فرناندز وهمكاران بيان نمودند استفاده نانوذرات نقره دربسته هاي غذايي ازرشد اشرشياكلي واستافيلوكوكوس اورئوس جلوگيري مي كند.همچنين ولي پورمطلق نشان داد استفاده ازنانوذرات نقره باغلظت 1و2% دربسته بندي زرشك باعث كاهش رشد كپكها وشمارش كلي باكتريها وبهبود رنگ محصول مي شود.

توسعه استفاده از فناوري‌نانو در بسته‌بندي مواد غذايي

اتحاديه اروپا در چارچوب پروژه ObservatoryNANO گزارش جديدي با عنوان «بسته‌بندي تجزيه‌پذير زيستي غذا» منتشر کرده است. اين سند، تجزيه و تحليل توسعه‌هاي فناوري‌نانو براي بسته‌بندي تجزيه‌پذير زيستي مواد غذايي را تلخيص و مفهومي کرده و به علم و فناوري، جنبه‌هاي قانوني، اجتماعي،اقتصادي، ايمني، سلامت و زيست‌محيطي آن توجه مي‌کند.
حجم ضايعات بخش فراورده‌هاي غذايي اروپا به شدت در حال افزايش است. در حقيقت صنايع غذايي و سبزيجات اروپا سالانه بالغ بر 30 ميليون تن ضايعات توليد مي‌کند.
تاکنون برنامه‌هاي مختلفي براي کاهش ضايعات مواد غذايي در سطح کشورهاي مختلف اروپايي اجرا شده است. براي مثال دولت انگليس به تازگي اعلام کرده است که بايد طي 10 سال، 75 درصد زباله‌هاي خانگي بازيافت شوند.
پيش‌بيني مي‌شود که به خاطر افزايش تقاضا براي غذاهاي آماده، ضايعات بسته‌بندي مواد غذايي همچنان افزايش يابد. بسته‌بندي پلاستيکي نيز به خاطر بازيافت طولاني آن، داراي اثرات تخريبي بسيار زيادي بر محيط زيست است.
به خاطر مسائل مطرح شده در بالا، استفاده از کاربردهاي مختلف فناوري‌نانو براي مديريت ضايعات بسته‌بندي مواد غذايي مورد توجه سازمان‌هاي مختلف قرار گرفته است.
پيشرفت‌هاي تحقيقات نانومواد و فناوري‌هاي پردازش مواد غذايي نشان مي‌دهد که پليمرهايي طبيعي‌اي چون شکرها و پروتئين‌ها مي‌توانند با نانوخاک رس‌ها و مواد زيستي ترکيب شده و مواد زيست سازگار، تجزيه‌پذير زيستي و غير سمي ايجاد کنند.
پردازش مبتني بر فناوري‌نانو، کيفيت ضعيف پلاستيک‌هاي زيستي قبلي را تا سطح سوخت‌هاي فسيلي ارتقا مي‌دهد. به‌علاوه استفاده از پليمرهاي طبيعي بدين معني است که در بيشتر مواقع مواد مي‌توانند بازيافت شوند.
بر اساس گزارش ObservatoryNANO، سه حوزه زير در زمينه پلاستيک‌هاي زيستي خوراکي و تجزيه‌پذير زيستي مطرح است:
1 - نانوکامپوزيت‌هاي زيستي؛
2 - نانوالياف زيستي؛ و
3 - فيلم‌هاي نانوي خوراکي
محصولات تجاري درزمينه بسته بندي موادغذايي

چشم اندازهاي مالي فناور ي نانو، صنايع بسته بندي را پررونق نشان مي دهد.در اين قسمت به منظور اطلاع از محصولات تجاري و تحقيقاتي كه در اين حوزه صورت گرفته مثالهايي آورده مي شود:

شركت Bayer Polymer كيسه اي پلاستيكي با نام Durethan Ku 2-2601توليد كرده است كه از محصولات موجود در بازار سبك تر و محكم تر است، همچنين مقاومت بيشتري در برابر گرما از خود نشان مي دهد. هدف اوليه ازتوليد پلاستيكهاي بسته بندي مواد غذايي، جلوگيري از خشك شدن محتويات آنها و محافظت در مقابل رطوبت واكسيژن است. پوشش جديد غني از نانوذرات سيليكات است. اين نانوذرات تا حد زيادي از نفوذ اكسيژن، گازهاي ديگر و رطوبت جلوگيري مي كنند و فساد مواد غذايي را به تعويق مي اندازند.

سازما نهاي ديگر به كمك فناور ي نانو در حال يافتن راهي براي تشخيص فساد مواد غذايي هستند. به عنوان مثال شركت AgroMicronافشانة تشخيص دهنده نانوبيولومينسانس را ساخته كه شامل پروتئين لومينسانت است. در اين طرح، افشانه سطح ميكروب هايي مانند E.coli و Salmonellaرا پوشانده، و از خود نوري ساطع مي كند و به اين روش فساد مواد غذايي تشخيص داده ميشود. اين شركت اميدوار است بتواند محصول مورد نظر را با نام BioMark.وارد بازار كند. در حال حاضر اين شركت در حال ساخت افشانه هايي با روش هاي جديد است تا بتواند از آنها در حمل و نقل دريايي استفاده كند.

محققان دانشگاه بن در حال ساخت پوششهاي دفع كنندة آلودگي براي بسته بند يها با استفاده از اثر لوتوس (نيلوفرآبي) (قطرة آب از سطح بر گهاي نيلوفر آبي مي لغزد و در نتيجه هر مهاي موم مانند نانومقياس، سطح برگ رامي پوشاند( هستند. كشتارگا هها و محلهاي فرآوري گوشت نيز مي توانند از اين فناوري استفاده كنند. گروه تحقيقاتي دانشگاه انگليسي ليدز دريافتند كه نانوذرات اكسيد منيزيم و اكسيد روي باعث از بين بردن ميكروارگانيز مها مي شوند.

استفاده از اين مواد بسيار ارزا نتر از نانوذرات نقره است و مي توانند كاربرد زيادي در بسته بندي مواد غذايي داشته باشند.

فناوري شناخت فركانس هاي راديويي(RFID).در بيش از 50 سال پيش توسعه يافت، ولي امروزه اين فناوري راه خود را براي كنترل مواد غذايي در مغازه ها پيدا كرده است. در اين فناوري با استفاده از ميكروپردازشگر ها مي توان داد ه ها رابه گيرنده هاي بي سيم ارسال كرد. امروزه مي توان از اين روش براي كنترل اقلام غذايي از انبار تا دست مصرف كننده بهره گرفت. برخلاف باركدها كه نياز به اسكن دستي و خواندن يك به يك دارند، برچسب هاي RFIDنيازي به خوانده شدن خطي نداشته و امكان خواندن تعداد زيادي از آنها در يك ثانيه وجود دارد. فروشگا ههاي زنجير ه اي مانند Home Depot ،Mart Wal گروه Tsco و Metroدر حال آزمايش اين فناوري هستند. ضعف اصلي اين روش، افزايش هزينة توليد است كه نتيجة ساخت سيليكوني آن مي باشد. با تركيب فناور ي نانو و الكترونيك )نانوترونيك( اين برچسب ها ارزانتر و كاراتر شده، همچنين پياده سازي آنها آسان تر مي شود.

شركت توليدكننده موادغذايي kraft باهمكاري دانشگاه راتگرز درحال فعاليت روي پروژهءزبان الكترونيكي(electronic tongue) است تا آن رابه بسته بنديها اضافه كند.اين نوع بسته بندي شامل رشته اي از نانو حسگرهاست كه نسبت به گازهايي كه ازمواد غذايي آزاد وموجب فسادآنها مي شوند،به شدت حساس بوده وتغيير رنگ مي دهند كه اين تغيير رنگ،علامت واضحي ازسلامت يافسادمواد غذايي است.

نانوتكنولوژي و صنعت نفت

فناوري نانو مي­تواند اثرات قابل توجهي در صنعت نفت داشته باشد، در مطلب زير بعد از اشاره به برخي از اين تأثيرات، تعدادي از كاربردهاي فناوري نانو در صنعت نفت بويژه در بحث آلودگي محيط زيست و نيز سنسورهاي نانو به طور مختصر معرفي گرديده است:

مقدمه هنگامي كه ريچارد اسملي ( Richard Smally ) برندة جايزة نوبل، بالك مينسترفلورسنس را در سال 1985 در دانشگاه رايس كشف نمود،‌ انتظار اندكي داشت كه تحقيق او بتواند صنعت نفت را متأثر سازد. سازمان انرژي آمريكا ( DOE ) سرمايه‌گذاري خود را در قسمت فناوري نانو با 62 درصد افزايش داد تا مطالعات لازم در زمينة‌ موادي با نام‌هاي باكي‌بال‌ها ( Bulky Balls ) و باكي‌تيوب‌ها ( Bulky Tubes )‌ استوانه‌هاي كربني كه داراي قطر متر مي‌باشند صورت گيرد. نانولوله‌هاي كربني با وزني در حدود وزن فولاد، صد برابر مستحكم ­ تر از آن بوده، داراي رسانش الكتريكي معادل با مس و رساني گرمايي هم ارز با الماس مي‌باشند. نانوفيلترها مي‌توانند به جداسازي مواد در ميدان‌هاي نفتي كمك كنند و كاتاليست‌هاي نانو مي‌توانند تأثير چندين ميليارد دلاري در فرآيند پالايش به‌دنبال داشته باشند. از ساير مزاياي نانولوله‌هاي كربني مي‌توان به كاربرد آن‌ها در تكنولوژي اطلاعات (‌ IT ) نظير ساخت پوشش‌هاي مقاوم در مقابل تداخل‌هاي الكترومغناطيسي، صفحه‌هاي نمايش مسطح، مواد مركب جديد و تجهيزات الكترونيكي با كارآيي زياد اشاره نمود.

علم نانو يك تحول بزرگ در مقياس بسيار كوچك

بسياري از محققان و سياستمداران جهان معتقدند كه علم نانو مي‌تواند تحولات اساسي در صنعت جهاني ايجاد نمايد صنعت نفت نيز از پيشرفت اين تكنولوژي بهره‌مند خواهد گشت.

علم نانو مي‌تواند به بهبود توليد نفت و گاز با تسهيل جدايش نفت وگاز در داخل مخزن كمك نمايد. اين كار با درك بهتر فرآيندها در سطوح مولكولي امكانپذير مي‌باشد. با توجه به اينكه نانو مربوط به ابعادي در حدود متر مي‌باشد، نانوتكنولوژي به مفهوم ساخت مواد و ساختارهاي جديد توسط مولكول‌ها و اتم‌ها در اين مقياس مي‌باشد.

خوشبختانه كاربردهاي عملي نانو در صنعت نفت جايگاه‌ ويژه‌اي دارند. نانوتكنولوژي ديدگاه‌هاي جديد جهت استخراج بهبوديافتة نفت فراهم كرده است. اين تكنولوژي به جدايش موثرتر نفت و آب كمك مي‌كند . با افزودن موادي در مقياس نانو به مخزن مي‌توان نفت بيشتري آزاد نمود. همچنين مي‌توان با گسترش تكنيك‌هاي اندازه‌گيري توسط سنسورهاي كوچك،‌ اطلاعات بهتري دربارة مخزن بدست آورد.

مواد نانو

صنعت نفت تقريباً در تمام فرآيندها احتياج به موادي مستحكم و مطمئن دارد. با ساخت موادي در مقياس نانو مي‌توان تجهيزاتي سبكتر، مقاومتر و محكم‌تر از محصولات امروزي توليد نمود. شركت نانوتكنولوژي GP در هنگ‌كنگ يكي از پيشگامان توسعة كربيد سيليكون، يك پودر سراميكي در ابعاد نانو مي‌باشد.

با استفاده از اين پودرها مي‌توان مواد بسيار سختي توليد نمود. اين شركت در حال حاضر مشغول مطالعه و تحقيق بر روي ساير مواد مركب مي‌باشد و معتقد است كه مي‌توان با نانوكريستال‌ها تجهيزات حفاري بادوامتر و مستحكم‌تري توليد كرد. همچنين متخصصان اين شركت يك سيال جديد حاوي ذرات و نانوپودرهاي بسيار ريز توليد نموده‌اند كه به‌طور قابل توجهي سرعت حفاري را بهبود مي‌بخشد. اين مخلوط آسيب‌هاي وارده به ديوارة مخزن در چاه را حذف نموده و قابليت استخراج نفت را افزايش مي‌بخشد.

آلودگي

آلودگي توسط مواد شيميايي و يا گازهاي آلاينده يك مبحث بسيار دشوار در توليد نفت و گاز مي‌باشد. نتايج بدست‌آمده از تحقيقات دانشمندان حاكي از آن است كه نانوتكنولوژي مي‌تواند تا حد مطلوبي به كاهش آلودگي كمك كند. در حال حاضر فيلترها و ذراتي با ساختار نانو در حال توسعه مي‌باشند كه مي‌توانند تركيبات آلي را از بخار نفت جدا سازند. اين نمونه‌ها عليرغم اينكه اندازه‌اي در حدود چند نانومتر دارند، داراي سطح بيروني وسيعي بوده و قادر به كنترل نوع سيال گذرنده از خود مي‌باشند. همچنين كاتاليست‌هايي با ساختار نانو جهت تسهيل در جداسازي سولفيد هيدروژن، آب، مونوكسيدكربن، و دي‌اكسيد كربن از گاز‌طبيعي در صنعت نفت بكار گرفته مي‌شوند. در حال حاضر مطالعاتي بر روي نمونه‌هايي از خاك رس در ابعاد نانو و جهت تركيب با پليمرهايي صورت مي‌پذيرد كه بتوانند هيدروكربن‌ها را جذب نمايند. بنابراين مي‌توان باقيمانده‌هاي نفت را از گل حفاري جدا نمود.

سنسورهاي هيدروژن خود تميز كننده

خواص فوتوكاتاليستي نانوتيوب‌هاي تيتانيا در مقايسه با هر فرمي از تيتانيا بارزتر مي‌باشد، بطوري‌كه آلودگي‌هاي ايجادشده تحت تابش اشعة ماوراء بنفش به‌طور قابل توجهي از بين مي‌روند. تا اينكه سنسورها بتوانند حساسيت اصلي خود نسبت به هيدروژن را حفظ نمايد. تحقيقات انجام‌گرفته در اين زمينه حاكي از آن است كه نانوتيوب‌هاي تيتانيا داراي يك مقاومت الكتريكي برگشت‌پذير مي‌باشند، بطوري‌كه اگر هزار قطعه از آن‌ها در مقابل يك ميليون‌ اتم هيدروژن قرار بگيرند، مقاومت الكتريكي آن در حدود يكصد ميليون درصد افزايش مي‌يابد.

سنسورهاي هيدروژن بطور گسترده‌اي در صنايع شيميايي، نفت و نيمه‌رساناها مورد استفاده قرار مي‌گيرند. از آنها جهت شناسايي انواع خاصي از باكتري‌هاي عفونت‌زا استفاده مي‌گردد. به‌ هر حال محيط‌هايي نظير تأسيسات و پالايشگاه‌هاي نفتي كه سنسورهاي هيدروژن از كاربردهاي ويژه‌اي برخوردار مي‌باشند، مي‌توانند بسيار آلوده و كثيف باشند اين سنسورهاي هيدروژن نانوتيوب‌هاي تيتانيا هستند كه توسط يك لاية غيرپيوسته‌اي از پالاديم پوشانده شده‌اند. محققان اين سنسورها را به مواد مختلفي نظير اسيد استريك ( يك نوع اسيد چرب )‌، دود سيگار و روغن‌هاي مختلفي آلوده نمودند و سپس مشاهده كردند كه تمام اين آلوده‌كننده‌ها در اثر خاصيت فوتوكاتاليستي نانوتيوب‌ها از بين مي‌روند. حد نهايي آلودگي‌ها زماني بود كه دانشمندان اين سنسورها را در روغن‌هاي مختلفي غوطه‌ور ساخته و سنسورها توانستند خواص خود را بازيابند. محققان سنسورها را در دماي اتاق به مقدار هزار قطعه در مقابل يك ميليون ‌اتم هيدروژن در معرض اين گاز قرار دادند و مشاهده نمودند كه در طرح‌هاي اولية سنسور مقاومت الكتريكي آن به ميزان 175000 درصد تغيير مي‌كند. سپس سنسورها را توسط لايه‌اي به ضخامت چندين ميكرون از روغن موتور پوشاندند تا بطور كلي حساسيت آن‌ها نسبت به هيدروژن از بين برود. سپس اين سنسورها را در هواي عادي به ‌مدت 10 ساعت در معرض نور ماوراء بنفش قرار دادند و پس از يك ساعت مشاهده نمودند كه سنسورها مقدار قابل توجهي از حساسيت خود را بدست آورده‌ و پس از گذشت 10 ساعت تقريباً بطور كامل به وضعيت عادي خود بازگشتند.

عليرغم قابليت بازگشتي بسيار مناسب اين سنسورها نمي‌توانند پس از آلودگي به انواع خاصي از آلوده‌كننده‌ها حساسيت خود را باز يابند براي مثال روغن WQ -40 به علت دارابودن مقداري نمك خاصيت فوتوكاتالسيتي نانوتيوب‌ها را تا حد زيادي از بين مي‌برد.

دانلود مقاله کامل و مفصل درباره گوگرد(سولفور Sulfur)

محتویات

۱ تاریخچه
۲ ترکیبات
۲.۱ ترکیبات معدنی
۲.۱.۱ سولفید
۲.۱.۲ سولفات
۲.۱.۳ سولفیت
۲.۲ ترکیبات آلی
۲.۳ نقش بیولوژیکی
۲.۴ ایزوتوپ‌ها
۳ کانی‌ها
۴ موقعیت در جدول تناوبی
۵ ویژگی‌ها
۶ کاربردها
۷ منابع معدنی
۷.۱ کانسارهای گوگرد در ایران
۸ بهره برداری و تولید
۸.۱ اقتصاد معدنی
۹ اقسام گوگردهای صنعتی
۱۰ سابقه گوگرد در ادبیات فارسی و تاریخ علمی ایران
۱۰.۱ در لغت‌نامه دهخدا
۱۰.۲ در فرهنگ معین
۱۱ پانویس‌ها
۱۲ منابع

دانلود با فرمت Pdf

دانلود همین مقاله با فرمت word  در ادامه مطلب

پتاسیم ( Potassium ) :

 

نمايي از عنصر پتاسيم

پتاسیم فلزی نرم به رنگ سفید- نقره ای است که شدیداًً از لحاظ شیمیایی فعال است.این عنصر در سال 1807 توسط Humphry Davy دانشمند انگلیسی کشف گردید . پتاسیم به صورت غیر ترکیبی درطبیعت یافت نمی شود.ترکیبات این عنصر درفلدسپار, میکا و سایر مواد معدنی یافت می شود.از نظر فراوانی در پوسته زمین هفتمین عنصر و در محلولها و اقیانوسها ششمین عنصر می باشد.این عنصر در آبهای معدنی, شورابه ها و رسوبات نمکی نیز یافت می شود.فلز پتاسیم به صورت تجاری از طریق پروسه ترموشیمیایی که در این روش کلرید پتاسیم مذاب با بخار سدیم واکنش داده می شود.این فلز از طریق الکترولیز پتاسیم هیدروکسید مذاب نیز تهیه می شود.
حدود 2.4 % پوسته زمین را از نظر وزنی پتاسیم تشکیل می دهد. بیشتر کانی های پتاسیم نامحلولند و روش به دست آوردن این فلز بسیار مشکل است.
کانی هایی که دارای پتاسیم هستند شامل سیلویت، کارنالایت، لانژبنیت و پلی هالیت می باشند. که این کانی ها در دریاچه های قدیمی و کف دریا و نهشته های گسترده پتاسیم و نهشته های نمکی به دست می آید. معدن پتاس در آلمان، نیومکزیکو، کالیفرنیا و چند ایالت دیگر آمریکا یافت می شود. معدنهای بزرگ پتاس در اعماق زیاد حدود 3000 فوت یافت می شود و پتاسیم همچنین در اقیانوس ها نیز یافت میشود .
پتاسیم به حالت آزاد در طبیعت یافت نمی شود و از الکترولیز هیدروکسید پتاسیم حاصل می شود. روشهای گرمایی همچنین برای تولید پتاسیم استفاده می شود. مثل روش کاهش ترکیبات پتاسیم با استفاده از ترکیبات CaC2, C, Si, Na .
استفاده عمده پتاسیم و ترکیبات آن در کودهای شیمایی می باشد. پتاشیم عامل ضروری برای رشد و نمو گیاهان است و در بسیاری از خاکها یافت می شود.
ترکیب سدیم و پتاسیم NaK برای انتقال حرارت در حد متوسط استفاده می شود. مهمترین نمکهای پتاسیم که اهمیت ویژه ای دارند عبارتند از هیدروکسید، کربنات، کلرید، کلرات، برومید، یدید، سیانید، سولفات، کرومات و کرومیت.
پتاسیم عنصری بسیار واکنش پذیر و با الکتروپوزیتیوه بالا در بین فلزات است. بعد از لیتیم یکی از سبکترین فلزات به شمار می رود. این عنصر نرم و سبک است به راحتی با چاقو بردیده می شود و رنگ آن تقریباً نقره ای است . این عنصر به سرعت در مجاورت اکسیژن هوا اکسیده می شود و برای جلوگیری از اکسید شدن آن باید این عنصر را در نفت نگهداری کرد. مانند دیگر عناصر گروه آلکانها پتاسیم نیز در آب تجزیه می شود و هیدروژن آزاد می شود. پتاسیم در آب به خودی خود آتش می گیرد. پتاسیم و ترکیبات نمکی آن با شعله بنفش می سوزند.
برا ی عنصر پتاسیم 17 ایزوتوپ شناخته شده است. پتاسیم معمولی ترکیبی از 3 ایزوتوپ است که ایزوتوپ پتاسیم 40 رادیواکتیو می باشد و نیمه عمر آن 1.28 x 109 سال می باشد.
به علت خاصیت رادیواکتیو بودن این عنصر با در موقع کار با آن دقت کرد . قیمت فلز پتاسیم در بازار 40 دلار در هر پوند است.

 

ساختار بلوري عنصر پتاسيم

اترات پتاسيم بر سلامتي انسان
پتاسيم در سبزيجات، ميوه، سيب زميني، گوشت، نان، شير و آجيل وجود دارد. پتاسيم نقش مهمي در سيستم مايعات فيزيکي بدن انسان دارد و به سيستم عصبي بدن کمک ميکند. اگر مقدار پتاسيم در بدن افزايش يابد، ممکن است باعث از کار افتادگي کليه ها شود. همچنين مقدار زياد پتاسيم بر ضربان قلب اثر ميگذارد.
پتاسيم بر تنفس انسان اثر ميگذارد. غبار پتاسيم باعث تحريک چشمها، گوش، گلو، ششها شده، سبب عطسه، سرفه و گلو درد ميشود. مقدار زياد پتاسيم باعث آب آوردگي ريه ها شده و ممکن است منجر به مرگ شود. بر اثر تماس پتاسيم با پوست و چشم، سوختگي شديد اتفاق مي افتد و آسيب دائمي را سبب ميشود.


تاثيرات زيست محيطي پتاسيم
پتاسيم همراه با نيتروژن و فسفر يکي از ماکرومينرالهاي اصلي براي بقاي گياهان به شمار ميرود. وجود چنين ترکيبي براي سلامت خاک، رشد گياهان و تغذيه جانوران ارزش زيادي دارد. يکي اثرات مهم پتاسيم در گياه، نقشي است که پتاسيم در حفظ فشار اسمزي و اندازه سلول دارد، بنابراين پتاسيم بر فتوسنتز و توليد انرژي اثر ميگذارد، همانطور دي اکسيد کربن بر جابجايي و تورژسانس مواد غذايي در گياه موثر است. به اين ترتيب، بخش قابل توجهي از عنصر شيميايي پتاسيم مورد استفاده براي رشد گياهان است.
نتيجه پايين آمدن پتاسيم در گياه با علائم زير همراه است:
رشد کم، کاهش گلدهي گياه و توليد اندک آن.
سطح بالاي پتاسيم محلول در آب سبب جوانه زني بذرها شده و مانع بيشتر شدن مقدار ساير مواد معدني در گياه شده و کيفيت محصول را پايين مي آورد.

 

عنصر پتاسيم در طبيعت

خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر پتاسیم :
عدد اتمی:19
جرم اتمی: 39.0983
نقطه ذوب: C°63.7
نقطه جوش : C°759
شعاع اتمی : Å 2.77
ظرفیت: 1+
رنگ: نقره ای
حالت استاندارد: جامد
نام گروه: 1
انرژی یونیزاسیون Kj/mol 418.8
شکل الکترونی: 1s2 2s2p6 3s2p6 4s1
شعاع یونی: Å 1.38
الکترونگاتیوی: 0.82
حالت اکسیداسیون: 1
دانسیته: 0.856
گرمای فروپاشی: Kj/mol 89.6
گرمای تبخیر : Kj/mol 79
مقاومت الکتریکی : Ohm 0.0000000719
گرمای ویژه: J/g Ko 0.757
دوره تناوبی: 4

شماره سطح انرژی : 4
اولین انرژی : 2
دومین انرژی : 8
سومین انرژی : 8
چهارمین انرژی : 1
ایزوتوپ :
ایزوتوپ نیمه عمر
K-39 پایدار
K-40 1.28سال
K-41 پایدار
K-42 12.4 ساعت
K-43 22.3 ساعت

اشکال دیگر :
اکسید پتاسیم K2O
هیدرید پتاسیم KH
کلرید پتاسیم KCl



منابع : کانی سیلویت و کارنالیت
کاربرد : در ساخت شیشه ، صابون ، نمک و انواع لنزها به کار می رود . در ساخت کودهای شیمیایی و در کارهای منفجره و در آتشبازی برای ایجاد رنگ بنفش به کار می رود .

روش شناسایی:

AA:Flame Atomic Absorption Spectrometry
FP:Flame Photometry
ICP:Inductively Coupled Plasma Spectrography
NA:Neutron Activation Analysis
XRF:X-Ray Fluorescence Spectrometry

تجزیه عنصری

عنا صر متداول موجوددرتركيبات آلي كر بن هيدروژن واكسيژن مي باشد گاهي عناصر ديگري نظير نيتروژن- گوگرد-اكسيژن و هالوژن هاهم درآنها يافت مي شوند .
براي اكسيژن آزمايش ساده اي وجود نداردو عناصر ديگر با پيوند كوالانسي در اتصال هستندو بنابراين با آزمايش هاي يوني معمولي مستقيما جواب نمي دهند.ولي اگر جسم آلي مجهول با سديم مذاب ذوب شود در اگثر موارد طوري تركيب مي شود كه NوSوXآن به يونهاي CNوSوCNSوXتبديل مي شود.پس از آنكه سديم اضافي دقيقا از بين برده شد محلول آبي را كه محتوي اين يونهاست به روش معمولي معدني تجزيه مي كنند.توضيح كامل تري در اين مورد وجود دارد كه در زير به آن مي پردازيم.
كربن هيدروژن واكسيژن
براي اثبات وجود كربن و هيدروژن نمونه رابا پودر خشك مس(II) اكسيد حرارت داده كه منجر به ايجاد كربن دي اكسيد وآب مي شود . حضور كربن در نمونه با عبور دادن گاز هاي ايجاد شده از درون محلول با ريم يا كلسيم هيدروكسيد مشخص نمي شود كه دراين صورت رسوب كربنات مربوطه حاصل مي شود . هيدروژن را مي توان با ايجاد قطره هاي آب متراكم شده روي قسمت بالايي لوله تشخيص داد . هيچ آزمايش كيفي براي اثبات وجود اكسيژن در تركيبات آلي وجود ندارد براي تعيين اكسيژن بايد تجزيه كمي صورت بگيرد .دراين روش اگر اگر مجموع درصد تمام عناصر تشكيل دهنده تركيب كمتر آن تا 100 مربوط به در صداكسيژن است .
نيتروژن گوگرد و هالوژن ها
تشخيص كيفي اين عناصر در تركيبات آلي مشكل تراز آنها در تركيبات معدني است . زيرا اكثر تركيبات آلي در حالت محلول درآب به مقدار قابل ملاحظه اي يونيزه نمي گردند.از آنجا كه آزمايشهاي تجزيه كيفي براساس واكنش هاي يوني مي باشند انها را نمي توان مستقيما براي تركيبات آلي به كار گرفت.به عنوان مثال سديم كلريد يا سديم برميد با محلول آبي نقره نيترات به مقدار قابل توجهي رسوب هاليد هاي نقره را ايجاد مي نمايند در حاليكه كربن تترا كلريد –برومو بنزن و اغلب هاليدهاي آلي در هنگام واكنش با محلول آبي نقره نيرات رسوب هاليد نقره را ايجاد نمي نمايند زيرا در آنها به ميزان يون هاليد در محلول توليد نمي شود.
در اين حالت براي تشخيص كيفي لازم است كه ابتدا عناصر نيتروژن-گوگرد-و هالوژن ها را به تركيبات يونيزه شونده تبديل نمود.يكي از متداول ترين اين روش هاجهت انجام اين تبديل ذوب كردن نمونه با فلز سديم است كه با انجام آن عناصر ذكر شده به تركيبات سديم سيانيد-سديم سولفيدو سديم هاليد تبديل مي شوند.سپس آنيون هاي حاصل را مي توان توسط آزمايش هاي معمول معدني شناسايي نمود.واكنش ذوب با سديم به صورت زير مي باشد:

در مواردي كه سديم به مقدار كافي به كار برده نشود و ماده مورد نظر داراي گوگرد ونيتروژن (هردو)باشد گاهي تفكيك به خوبي صورت نمي گيرد واين دو عنصر به صورت تركيب NaSCNظاهر مي گردند.براي شناسايي اين تركيب از كلرو فرميك10درصد استفاده مي شود.



تجزیه کیفی مواد آلی به روش ذوب قلیایی جهت تشخیص نيتروژن، گوگرد و هالوژنها
برای تشخيص اين عناصر در ترکيبات آلی ابتدا بايد آنها را به ترکيبات معدنی يونيزه تبديل کرد سپس شناسايی نمود. اين تبديل ممکن است به روشهای مختلف صورت گيرد ولی بهترين روش ذوب ترکيبات با فلز سديم است. در اين روش سيانيد سديم (NaCN)، سولفيد سديم (Na2S) و هاليد سديم (NaX) تشکيل ميشود که به آسانی قابل تشخيص هستند.
معمولا سديم به مقدار اضافی به کار برده ميشود. در غير اينصورت اگر گوگرد و نيتروژن هردو وجود داشته باشند. احتمالا تيوسيانات سديم (NaSCN) تشکيل ميشود. در اين صورت در تشخيص نيتروژن به جای آبی پروس رنگ قرمز مشاهده ميشود زيرا بجای يون (CN-)، يون (SCN-) خواهيم داشت. اما با سديم اضافی تيوسيانات تشکيل شده تجزيه ميشود و جواب درست به دست می آيد.
مخلوط حاصل آب اضافه کرده مخلوط قليايی را صاف نموده و سپس به آن (FeSO4) اضافه کنيد در اين صورت فروسيانيد سديم تشکيل ميشود.

وقتی محلولهای قليايی نمکهای فروی بالا جوشانده ميشود بر اثر اکسيژن هوا کمی يون فريک تشکيل ميشود. (بر اثر سولفوريک اسيد رقيق هيدروکسيدهای فرو و فريک تشکيل شده حل ميشوند) فروسيانيدها با نمک فريک تشکيل فروسيانيد فريک (آبی پروس) ميدهند.

برای اسيدی کردن محيط نبايد از (HCl) استفاده کرد زيرا به علت تشکيل (FeCl6) رنگ زرد در محيط ايجاد ميشود و به جای آبی پروس رنگ سبز ظاهر ميشود. به همين دليل کلريد فريک نيز نبايد اضافه شود. همانطوری که قبلا ذکر شده است بر اثر اکسيداسيون به وسيله هوا در محيطهای قليايی گرم به مقدار کافی يونهای فريک تشکيل ميشود بنابراين نيازی به افزايش يون فريک نيست، افزايش مقدار کمی محلول رقيق فلوئوريد پتاسيم ممکن است به تشکيل آبی پروس در محلول که به آسانی قابل صاف شدن است کمک نمايد (Fe3+ با F- توليد FeF63- ميکند که پايدار است و باعث خارج شدن Fe3+ از محيط عمل ميشود).
گوگرد به صورت يون سولفيد را ميتوان به وسيله استات سرب و استيک اسيد و يا به وسيله پلمبيت سديم (محلول قليايی استات سرب) به صورت رسوب سولفيد سرب (PbS) سياه رنگ تشخيص داد.
برای تشخيص يونهای هالوژن (Cl, Br, I) از اثر محلول نيترات نقره در محيط اسيد نيتريکی استفاده ميشود در اين صورت هاليد نقره به صورت رسوب حاصل ميشود.

بخش عملی (ذوب قليايي)
احتياط: (به هنگام کار عينک محافظ فراموش نشود) در يک لوله آزمايش کاملا خشک (حدود 150 در 12 ميليمتر غير پيرکس) يک تکه سديم کوچک تميز به ابعاد تقريبی 4 ميليمتر بيندازيد (سديم را به وسيله کاردک تميز و خشک برداريد) و لوله را با گيره بگيريد و ته لوله را با شعله کوتاه به ملايمت حرارت دهيد تا سديم در داخل لوله ذوب شده و به صورت دود سفيد در آيد و بخارات تا ارتفاع حدود 2 سانتی متر بالا رود، سپس لوله را از شعله دور کرده و به آن چند ذره جسم جامد (حدود 20 ميلی گرم) يا حدود سه قطره مايع مورد آزمايش (ترجيحا طی چند نوبت) طوری اضافه کنيد که مستقيما در ته لوله و بر روی دود سفيد سديم ريخته شود (دقت کنيد ممکن است انفجار کوچکی رخ دهد بنابر اين اين آزمايش را حتما زير هود و تحت نظر مربی آزمايشگاه انجام دهيد) و بعد بتدريج لوله را تا سرخ شدن گرم کنيد (احتياط: موقع حرارت دادن، دهانه لوله را به طرف خود يا فرد ديگری نگيريد) سپس لوله داغ را داخل يک بشر کوچک حاوی 10 ميلی ليتر آب مقطر وارد کنيد تا بشکند. مخلوط را تا جوش حرارت داده و سپس صاف کنيد محلول صاف شده بايد زلال و قليايی باشد. در صورتيکه تيره باشد، احتمالا تجزيه ناقص بوده و ذوب قليايی بايد دوباره تکرار شود.
روش ديگر استفاده از لوله آزمايش پيرکس است. در اين روش مطابق بالا عمل کنيد اما پس از ذوب قليايی اجازه دهيد لوله سرد شود و سپس 3 الی 4 ميلی ليتر متانول به آن اضافه کنيد تا سديم اضافی را تجزيه کند سپس بر روی آن آب مقطر بريزيد تا نصف لوله پر شود و برای چند دقيقه به ملايمت بجوشانيد. سپس مخلوط را صاف نموده و بر روی محلول آزمايشات زير را انجام دهيد.

شناسايی نيتروژن
حدود 1 ميلی ليتر محلول صاف شده را در يک لوله آزمايش ريخته و به آن کمی سولفات فرو اضافه کنيد و محلول را به آرامی و همراه با تکان دادن تا نقطه جوش حرارت دهيد و سپس بدون سرد نمودن محلول را با اسيد سولفوريک رقيق اسيدی کنيد(PH=13) رسوب يا رنگ آبی پروس دليل بر وجود نيتروژن است. افزودن 1 ميلی ليتر محلول 5% فلوئوريد پتاسيم برای تشکيل آبی پروس مفيد است.

شناسايی گوگرد
الف) استفاده از استات سرب: در حدود 1 ميلی ليتر محلول زير صافی را در يک لوله آزمايش ريخته و با استيک اسيد اسيدی کنيد. حال به محلول حاصل چند قطره استات سرب اضافه کنيد. ايجاد رسوب سياه رنگ سولفيد سرب دليل بر وجود گوگرد در ماده آلی است.
ب) استفاده از پلمبيت سديم: ابتدا محلول پلمبيت سديم را به اين صورت تهيه کنيد. به چند قطره محلول استات يا نيترات سرب قطره قطره محلول سود 10% اضافه کنيد تا ابتدا رسوب سفيد تشکيل شده سپس در زيادی سود حل شود و محلول زلالی به دست آيد. در حدود 1 ميلی ليتر محلول زير صافی را در يک لوله آزمايش ريخته و حدود يک ميلی ليتر محلول پلمبيت سديم به آن اضافه کنيد. تشکيل رسوب سياه رنگ PbS نشانه وجود گوگرد در جسم مورد آزمايش است.

شناسايی هالوژنها
آزمايش نيترات نقره
اگر در ساختمان ماده آلی نيتروژن يا گوگرد حضور داشته باشد با افزايش نيترات نقره به محلول اسيدی تهيه شده از ذوب قليايی علاوه بر هاليد نقره، رسوب سفيد AgCN يا رسوب Ag2S نيز تشکيل ميشود که مزاحم عمل تشخيص هالوژنها هستند بنابراين قبل از رسوب دادن AgX بايد گوگرد و نيتروژن را از محيط عمل خارج سازيد، بدين طريق که به آن اسيد نيتريک غليظ افزوده و محلول حاصل را بجوشانيد تا بر اثر تبخير حجم آن به نصف تقليل داده شود، سپس آنرا سرد کرده و با حجم مساوی آب مقطر رقيق کنيد. سپس بر روی آن آزمايشات زير را انجام دهيد، اگر گوگرد و ازت وجود نداشته باشد نيازی به عمل فوق نيست.
الف) اگر در جسم آلی يک نوع هالوژن وجود داشته باشد حدود 2 ميلی ليتر از محلول زير صافی را در يک لوله آزمايش بريزيد و با اسيد نيتريک رقيق آنرا اسيدی کرده مقداری محلول نيترات نقره اضافه کنيد، رسوب تشکيل شده مشخص کننده نوع هالوژن خواهد بود، مايع رويی را بر اثر سرازير کردن جدا کنيد و به رسوب محلول رقيق آمونياک اضافه نمائيد اگر رسوب سفيد بوده و به خوبی محلول در آمونياک رقيق باشد نشانه کلر، و اگر زرد کمرنگ و به سختی محلول در آمونياک باشد (کم محلول باشد) نشانه برم، اگر زرد پر رنگ و تقريبا نا محلول در آمونياک باشد نشانه وجود يد در جسم آلی است.

ب) اگر مخلوط چند هالوژن وجود داشته باشد:

شناسايی يد
2 ميلی ليتر از محلول زير صافی را در يک لوله آزماش بريزيد و با مقداری استيک اسيد خالص (گلاسيال)، آنرا اسيدی کنيد و سپس به آن حدود يک ميلی ليتر تتراکلريد کربن بيفزائيد و قطره قطره محلول نيتريت سديم ضمن تکان دادن شديد لوله آزمايش اضافه کنيد رنگ بنفش يا ارغوانی که در لايه آلی (CCl4) تشکيل ميشود نشانه حضور يد است.

پس از تشخيص يد از محلول همين لوله آزمايش برای تشخيص برم استفاده کنيد. بدين طريق که مجددا مقداری محلول نيتريت سديم افزوده و مقدار جزئی گرم کنيد. بعد شديدا تکان دهيد و صبر کنيد تا دو لايه از هم جدا شوند، لايه رويی را در لوله آزمايش تميز ديگری بريزيد و لايه بنفش رنگ تتراکلريد کربن را دور بريزيد. به لايه رويی که در لوله آزمايش تميز ريخته بوديد يک ميلی ليتر تترا کلريد کربن اضافه کنيد و قطره قطره محلول 20% نيتريت سديم بيفزائيد و در ضمن افزايش لوله را تکان دهيد اگر باز هم لايه زيری رنگی شد محلول سديم نيتريت بيشتری ريخته و پس از تکان دادن و سپس جدا شدن دو لايه لايه رويی را به لوله آزمايش ديگری منتقل کنيد و لايه زيری را دور بريزید و بر روی لايه رويی اين عمل را آنقدر تکرار کنيد تا ديگر لايه رنگی ايجاد نشود، در اين صورت ديگر در محلول شما يد وجود ندارد. حال بر روی اين محلول آزمايش تشخيص برم انجام دهيد. (توجه کنيد که اگر در ابتدای آزمايش رنگ بنفش ظاهر نشود نشانه عدم حضور يد در محلول است و بنابر اين نيازی به استخراج يد نيست و از همان ابتدا ميتوان برای تشخيص برم عمل کرد).

شناسايی برم
محلول اسيدی فوق را زير هود حرارت دهيد تا ديگر بخارات NO خارج نشود، سپس سرد کنيد. محلول را با استيک اسيد گلاسيال به شدت اسيدی کرده و مقدار کمی از دی اکسيد سرب PbO2 اضافه نمائيد. يک تکه کاغذ صافی آغشته به محلول فلورسئين را در بالای دهانه لوله آزمايش به دور دهانه چسبانده و حرارت دهيد (کاغذ آغشته به فلورسئين به رنگ زرد ليمویی است) دی اکسيد سرب در محلول استيک اسيد توليد استات سرب ميکند که HBr و HI را اکسيد ميکند ولی عملا تحت شرايط فوق بر HCl اثری ندارد.
(1) ائوسين (قرمز رنگ) و (2) فلوئورسئين (زردرنگ)

چون در داخل لوله آزمایش يد وجود ندارد اگر کاغذ آزمايش فلورسئين به رنگ صورتی در آيد نشانه وجود برم در جسم آلی است (البته بايد توجه داشت که يد نيز چنين جوابی ميدهد بنابر اين بايد ابتدا يد را کاملا از محيط عمل خارج ساخت و سپس آزمايش مربوط به برم را انجام داد) برای تشخيص کلر از محتويات همين لوله استفاده ميکنيم

شناسايی کلر
اگر در آزمايش بالا کاغذ آزمايش فلورسئين به رنگ صورتی در نيايد دليل آن است که در جسم مورد نظر برم شرکت ندارد در اين صورت لوله آزمايش را با کمی آب مقطر بشوئيد و محلول حاصل را صاف کنيد و به محلول زير صافی محلول رقيق اسيد نيتريک و نيترات نقره اضافه کنيد تشکيل رسوب سفيد کلوئيدی نشانه وجود کلر است اما اگر در آزمايش قبل کاغذ آزمايش فلورسئين به رنگ صورتی در آيد، عمل حرارت دادن را آنقدر ادامه دهيد تا ديگر کاغذ آزمايش فلورسئين را به رنگ صورتی در نياورد (در صورت لزوم مجددا کمی PbO و CH3COOH اضافه کنيد) البته اين آزمايش را ميتوان بر محلول اوليه حاصل شده از ذوب قليايی نيز انجام داد که در اين صورت برم و يد هردو از محيط عمل خارج ميشوند در اين حالت حرارت را قطع کنيد. پس از سرد شدن محلول محتويات آنرا با کمی آب مقطر بشوئيد و صاف کنيد و به محلول زير صافی محلول رقيق اسيد نيتريک و نيترات نقره اضافه کنيد تشکيل رسوب سفيد نشانه وجود کلر در جسم آلی است در اينجا برای انحلال اين رسوب سفيد نميتوان از آمونياک استفاده کرد، و اگر به محلول کلوئيدی فوق آمونياک اضافه کنيد مقدار رسوب سفيد زيادتر خواهد شد. چرا؟ (ياد آوری: اگر يد و برم قبلا بطور کامل خارج نشده باشند، مقدار جزئی آنها نيز رسوب تقريبا سفيد ايجاد خواهد کرد که با رسوب سفيد کلريد نقره قابل اشتباه خواهد بود)

روش تشخيص هالوژنها با استفاده از آب کلر
اگر مخلوطی از هالوژنها داشته باشيد برای تشخيص هر يک از آنها با آب کلر مطابق زير عمل کنيد:
مقدار 2-1 ميلی ليتر از محلول زير صافی حاصل از ذوب قليايی را به وسيله اسيد کلريدريک رقيق اسيدی کنيد و يک ميلی ليتر تتراکلريد کربن و سپس يک قطره آب کلر رقيق اضافه کنيد (به وسيله اسيدی کردن محلول 10% NaCl با 2/0 حجمش HCl رقيق محلول آب کلر تهيه کنيد) اين محلول را به شدت تکان دهيد اگر يد وجود داشته باشد فاز تتراکلريد کربن (فاز زيری) برنگ ارغوانی در می آيد اگر افزايش آب کلر ادامه يابد رنگ ارغوانی ابتدا شديد تر شده و سپس رو به کاهش می گذارد و بالاخره ناپديد ميگردد (اکسيد شدن يد رنگی به يدات بي رنگ).
اگر در اين آزمايش برم وجود داشته باشد لايه زيری به رنگ قهوه ای يا قرمز ظاهر ميشود که با افزايش کلر اين رنگ ناپديد نخواهد گشت. بروش فوق نميتوان کلررا در جسم آلی تشخيص داد.

آب سنگین چیست؟

آب سنگین نوع خاصی از مولکول‌های آب است که در آن ایزوتوپ‌های هیدروژن وجود دارد. این نوع از آب کلید اصلی تهیه پلوتونیوم از اورانیوم طبیعی‌است و به همین علت تولید و تجارت آن با نظر قوانین بین‌المللی انجام و به شدت کنترل می‌شود.
با کمک این نوع آب می‌توان پلوتونیوم لازم را برای سلاح‌های اتمی بدون نیاز به غنی‌سازی بالای اورانیوم تهیه کرد.

از کاربردهای دیگر این آب می‌توان به استفاده از آن در رآکتورهای هسته‌ای با سوخت اورانیوم، به عنوان متعادل‌کننده (Moderator) به جای گرافیت و نیز عامل انتقال گرمای رآکتور نام برد.

آب سنگین واژه‌ای‌است که معمولاً به اکسید هیدروژن سنگین D2O یا 2H2O اطلاق می‌شود. هیدروژن سنگین یا دوتریوم (Deuterium) ایزوتوپی پایدار از هیدروژن است که به نسبت یک به 6400 از اتم‌های هیدروژن در طبیعت وجود دارد و خواص فیزیکی و شیمیایی آن به نوعی مشابه آب سبک H2O است.

اتم‌های دوتریوم ایزوتوپ‌های سنگینی هستند که برخلاف هیدروژن معمولی، هسته آنها شامل نوترون نیز هست. جانشینی هیدروژن با دوتریوم در مولکول‌های آب، سطح انرژی پیوندهای مولکولی را تغییر می‌دهد و به‌طور طبیعی خواص متفاوت فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی را موجب می‌شود، به‌طوری که این خواص را در کمتر اکسید ایزوتوپی می‌توان مشاهده کرد.
برای مثال، ویسکوزیته (Viscosity) یا به زبان ساده‌تر چسبندگی آب سنگین به مراتب بیش از آب معمولی است.
آب نیمه سنگین چنانچه در اکسید هیدروژن تنها یکی از اتم‌های هیدروژن به ایزوتوپ دوتریوم تبدیل شود نتیجه را آب نیمه سنگین (HDO) می‌گویند.
در مواردی که ترکیب مساوی از هیدروژن و دوتریوم در تشکیل مولکول‌های آب وجود داشته باشند، آب نیمه سنگین تهیه می‌شود، علت این کار تبدیل سریع اتم‌های هیدروژن و دوتریوم بین مولکول‌های آب است.
مولکول آبی که از 50 درصد هیدروژن معمولی (H) و 50 درصد هیدروژن سنگین(D) تشکیل شده‌است، در موازنه شیمیایی حدود 50 درصد HDO و 25 درصد آب (H2O) و 25 درصد D2O خواهد داشت.
نکته مهم آن است که آب سنگین را نباید با با آب سخت که اغلب شامل املاح زیاد است و یا یا آب تریتیوم (T2O or 3H2O) که از ایزوتوپ دیگر هیدروژن تشکیل شده‌است، اشتباه گرفت.
تریتیوم، ایزوتوپ دیگری از هیدروژن است که خاصیت رادیواکتیو دارد و بیشتر برای ساخت موادی به کار برده می‌شود که از خود نور منتشر می‌کنند.

آب با اکسیژن سنگین
آب با اکسیژن سنگین، در حالت معمول H218O است که به صورت تجارتی در دسترس است و بیشتر برای ردیابی به کار برده می‌شود. برای مثال، با جانشین کردن این آب (با نوشیدن یا تزریق) در یکی از عضوهای بدن می‌توان در طول زمان میزان تغییر در مقدار آب این عضو را بررسی کرد. این نوع از آب به ندرت حاوی دوتریوم است و به همین علت خواص شیمیایی و بیولوژیکی خاصی ندارد برای همین، به آن آب سنگین گفته نمی‌شود. ممکن است اکسیژن در آنها به صورت ایزوتوپ‌های O17 نیز موجود باشد، در هر صورت تفاوت فیزیکی این آب با آب معمولی، فقط چگالی بیشتر آن است.

کاربرد آب سنگین در راکتورهای هسته ای
آب سنگین یکی از مواد اصلی در راه اندازی راکتورهای تولید انرژی و تحقیقاتی موسوم به راکتورهای آب سنگین به شمار می رود.
راکتورهای آب سنگین نیازی به اورانیوم غنی شده ندارد و از اکسید اورانیوم طبیعی به عنوان سوخت استفاده می کند.
این فرایند، نیاز به اورانیوم غنی شده را مرتفع می کند اما طراحی این راکتورها پیچیده و تولید آب سنگین نیز هزینه بر است.
آب سنگین از جدا سازی نوعی از مولکول های آب با غلظت 1 در هر 7000 مولکول به دست می آید که هیدروژن آن یک نوترون بیشتر از هیدروژن عادی دارد.
این نوترون اضافه موجب می شود تا عمل کند کنندگی نوترون های پر سرعت به اندازه ای برسد که واکنش های زنجیره ای تولید انرژی از میله های سوخت آغاز شود در حالی که در راکتورهای قدرت آب سبک , اورانیوم غنی شده درحد سه و نیم درصد و بیش از آن برای انجام واکنش مورد نیاز است.
در راکتورهای آب سنگین، این ماده وظیفه خنک کردن میله های سوخت، همزمان با کند کردن نوترون های پر انرژی را به عهده دارد.
با نزدیک شدن راکتور تحقیقاتی تهران، که حدود چهل سال پیش و با قدرت 5 مگاوات راه اندازی شده است، به پایان عمر کاری خود و نیاز روز افزون کشور به انواع رادیو ایزوتوپ های صنعتی و همچنین رادیو داروها ،راکتور تحقیقاتی آب سنگین اراک با قدرت 40 مگاوات طراحی و مکان آن در نزدیکی شهر خنداب در شمال غربی شهرستان اراک تعیین شد.

سلول بنیادی چیست؟

سلول های بنیادی قادر به ایجاد هر نوع سلولی در بدن هستند. آنها می توانند تحت تأثیر بعضی شرایط فیزیولوژیك یا آزمایشگاهی به سلول هایی با عملكردهای اختصاصی مانند سلول های عضلانی قلب یا سلول های تولیدكننده انسولین در پانكراس و... تبدیل شوند.
تحقیقات در زمینه سلول های بنیادی دو ویژگی مهم دارند كه آنها را از انواع سلول های دیگر متمایز می سازد:
۱- توان نوسازی سلول های نامتمایزی هستند كه توانایی تكثیر نامحدود خود را دارند و در حالت نامتمایز باقی بمانند.
۲- پرتوانی:سلول های بنیادی قادر به ایجاد هر نوع سلولی در بدن هستند. آنها می توانند تحت تأثیر بعضی شرایط فیزیولوژیك یا آزمایشگاهی به سلول هایی با عملكردهای اختصاصی مانند سلول های عضلانی قلب یا سلول های تولیدكننده انسولین در پانكراس و... تبدیل شوند.
دانشمندان در ابتدا با دو نوع از سلول های بنیادی كه از حیوانات و انسان ها به دست آمده بودند، شامل سلول های بنیادی جنینی و سلول های بنیادی بالغین كار می كردند كه این دو دسته سلولی عملكردها و ویژگی های مختلفی دارا هستند.
بیشتر از ۲۰ سال قبل دانشمندان توانستند سلول های بنیادی را از جنین ابتدایی موش جدا كنند و با مطالعه سالها جزئیات بیولوژی سلول های بنیادی موش؛ در سال ۱۹۹۸ دانشمندان موفق به جدا كردن سلول های بنیادی جنینی از جنین انسان و رشد آنها در محیط آزمایشگاه شدند و این سلول ها را سلول های بنیادی جنینی انسان نامیدند. این سلول های همانطور كه از نامشان مشخص است از جنین های ۴ یا پنج روزه كه از تخم های آزمایشگاهی بارور می شوند به دست می آیند و در محیط آزمایشگاهی در محیط كشت های اختصاصی رشد داده می شوند.
سلول های بنیادی بالغین، سلول های نامتمایزی هستند كه در بین سلول های تمایز یافته بافت ها و ارگان های بدن انسان یافته می شوند و توانایی نوسازی و تمایز به انواع سلول های اختصاصی اصلی بافت یا ارگان را دارند. نقش های اولیه این سلول ها در یك ارگان زنده شامل حمایت كردن و تعمیر بافت هایی است كه از آنها به دست می آیند.
دانشمندان سلول های بنیادی بالغین را در بافت های بیشتری نسبت به آنچه فكر می كردند به دست آوردند. این یافته ها دانشمندان را به استفاده از این سلول ها در علم پیوند راهنمایی كرد. اكنون بیشتر از ۳۰ سال از استفاده سلول های بنیادی بالغین خون ساز كه از مغز استخوان برای پیوند جدا می شوند، می گذرد.
در سال ۱۹۶۰ محققان كشف كردند كه مغز استخوان حداقل دو نوع سلول بنیادی را دربردارد كه شامل سلول های بنیادی خون ساز كه انواع سلول های خونی را در بدن می سازند و سلول های استرومال كه می توانند بافت های غضروف، استخوان، چربی، بافت های همبندی فیبروز را در بدن بسازند، است.
در سال ۱۹۶۰ دانشمندانی كه موش ها را مطالعه می كردند دو منطقه از مغز موش را كه شامل سلول های تقسیم شونده كه تبدیل به سلول های عصبی می شوند، كشف كردند. بر خلاف این گزارش ها بیشتر دانشمندان معتقد بودند كه سلول های عصبی جدید در مغز بالغین نمی تواند تولید شود تا اینكه در سال ۱۹۹۰ دانشمندان توافق كردند كه مغز بالغین شامل سلول های بنیادی است كه توانایی تولید سه نوع اصلی سلول های مغزی را كه شامل آستروسیت ها و الیگودندروسیت ها (سلول های غیرعصبی) و نورون ها (سلول های عصبی) دارا هستند.
سلول های بنیادی بالغین در ارگان ها و بافت های زیادی از بدن جدا شده اند، اما نكته مهم این است كه تعداد بسیار محدودی از این سلول ها در هر بافت وجود دارد كه در منطقه خاصی از آن بافت برای سالها ساكن می مانند، تا اینكه با ظهور بیماری یا آسیب بافتی فعال می شوند.
بافت هایی كه سلول های بنیادی بالغین در آنها یافت می شوند عبارتند از: مغز استخوان، خون محیطی، مغز، عروق خونی، پالپ دندان، عضله اسكلتی، پوست، كبد، پانكراس، قرنیه، شبكیه، سیستم گوارش.
دانشمندان در خیلی از آزمایشگاه ها تلاش می كنند تا بتوانند كه سلول های بنیادی بالغین را در كشت سلول به انواع سلول ها اختصاصی تبدیل كنند تا از آنها برای درمان بیماری ها و صدمات بافتی استفاده كنند.
پتانسیل های درمانی این سلول ها عبارتند از: جایگزینی سلول های تولیدكننده دوپامین در مغز در بیماری پاركینسون، تولید سلول های انسولین ساز برای نوع یك دیابت (وابسته به انسولین) و تعمیر سلول های عضلانی تخریب شده.
سلول های بنیادی بند ناف از سلول های پرتوان دیگر هستند كه همچون سلول های بنیادی بالغین قادرند تا انواعی از سلول ها را در محیط آزمایشگاهی تولید كنند. در بند ناف دو دسته سلول های بنیادی وجود دارند كه قادر به ساختن سلول های خونی و سلول های استخوانی و چربی بوده و همچنین به عنوان جایگزینی برای سلول های مغز استخوان در علم پیوند مغز استخوان محسوب می شوند.
●ضرورت تحقیق و پژوهش در خصوص سلول های بنیادی چیست؟
سلول های بنیادی قادرند به طور نامحدود هر نوع سلول را به وجود آورند كه این خصوصیت باعث استفاده حیرت آور این سلول ها در علم پیوند شده است. علاوه بر این می توان به گونه ای این سلول ها را از نظر ژنتیكی تغییر داد تا پس از پیوند دفع نشوند. كارهایی كه در این رابطه تا به حال انجام شده اند عبارتند از:
۱- سلول های ماهیچه قلب توان تكثیر طی دوره بزرگسالی را ندارند و هرگاه با جراحت یا ایسكمی، به بافت مزبور آسیبی برسد بافت غیرفعال جایگزین سلول های ماهیچه ای قلب فعال می شوند. سلول های بنیادی جنینی توان تبدیل به سلول های ماهیچه ای قلب را دارند كه از آنها می توان در درمان موارد سكته های قلبی كه عامل اصلی آسیب به ماهیچه قلب هستند و همچنین در موارد اختلالات مادرزادی قلبی استفاده كرد.
۲- سلول های بنیادی خون ساز در علم پیوند مغز استخوان برای درمان بعضی بیماری های خونی مانند تالاسمی و همچنین سرطان های افراد بزرگسال و خردسال به كار می روند كه در ایران از سال ۱۳۷۱ در مركز هماتولوژی و انكولوژی و پیوند مغز استخوان واقع در بیمارستان شریعتی وابسته به دانشگاه علوم پزشكی تهران و دانشگاه علوم پزشكی شیراز انجام می شود.
۳- سلول های مولد انسولین از سلول های بنیادی جنینی موش و انسان به دست آمده اند كه می توانند راهگشایی در درمان بیماری دیابت باشند.
۴- سلول های عصبی از سلول های بنیادی جنینی به دست آمده اند كه از آنها می توان در درمان بیماری های تخریب شونده سیستم عصبی مانند پاركینسون و یا آلزایمر استفاده كرد.
۵- سلول های پوستی از سلول های بنیادی جنینی به دست آمده اند كه از این سلول ها می توان در درمان سوختگی ها و بهبود زخم ها استفاده كرد.
۶- تبدیل سلول بنیادی به سلول های سازنده غضروف و استخوان
۷- تبدیل سلول بنیادی به سلول كبدی
۸- تولید لوله گوارش از سلول های بنیادی
تمایز سلول های بنیادی جنینی به انواع سلول های عملكردی در محیط آزمایشگاهی ما را در درك مكانیسم های تكوین جنین، تمایز و ترمیم بافتی یاری می كند كه باعث درمان هر چه بهتر ناهنجاری های ناباوری و كاهش ناهنجاری های مادرزادی و تولید انواع محصولات فاكتورهای رشد می شود.

نیترات آمونیوم

نیترات آمونیوم ماده ایست بلوری شکل، سفید رنگ، جامد ( 20 °C) و انفجاری. نقطه ذوب نیترات آمونیوم 169 °C، نقطه جوش 210 °C، نقطه انفجار 630 °C و چگالی آن 1.725 بر سانتی متر مکعب دمای 20 درجه می باشد. هر مولکول این ماده، از یون آمونیوم و یون نیترات تشکیل شده است. این ماده را از طریق واکنش آمونیاک و نیتریک اسید به روش باز-اسید بدست می آورند:

HNO₃ (aq) + NH₃ (aq) => NH₄NO₃ (aq)

در صنعت این واکنش بین آمونیاک بی آب و اسید نیتریک غلیظ برای بدست آوردن بیشترین بازده انجام می گیرد. حل شدن نیترات آمونیوم در آب باعث کاهش دمای محلول می شود، به همین دلیل از آن در کیسه های یخ فوری ( Instant Cold ) استفاده می کنند.

انحلال در آب

نیترات آمونیوم به شدت در آب حل می شود. جدول زیر میزان حل شوندگی را در دماهای مختلف بررسی می کند:
(اطلاعات بدست آمده از Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill, 2002, ISBN 0070494398 )

• در آب 0 درجه سلسیوس: 118 گرم
• در آب 20 درجه سلسیوس: 150 گرم
• در آب 40 درجه سلسیوس: 297 گرم
• در آب 60 درجه سلسیوس: 410 گرم
• در آب 80 درجه سلسیوس: 576 گرم
• در آب 100 درجه سلسیوس: 1024 گرم

بررسی انفجار در نیترات آمونیوم

یکی از خطرات مهم نیترات آمونیوم قدرت انفجاری آن است که در خیلی از آزمایشگاه ها دانش آموزان به آن توجه نمی کنند. واکنش تجزیه آمونیوم نیترات به صورت موازنه شده زیر است:

2NH₄NO₃ => 2N₂ (g) + O₂ (g) + 4H₂O (g)

انفجار این ماده بسیار سخت می باشد و می توان آن را بدون هیچ ترس و نگرانی جا به جا کرد. اگر کبریتی به این ماده نزدیک کنیم، ابتدا ذوب و سپس تبخیر می شود. انفجار آمونیوم نیاز به چاشنی های خانواده پروکسید دارد.

سرعت انفجار در نیترات آمونیوم 5270 متر بر ثانیه گزارش شده است این یعنی اینکه "اگر نواری از نیترات آمونیوم به طول 5270 متر درست کنیم، در عرض یک ثانیه سوختن آمونیوم ( در حالت انفجار ) تمام می شود!"

 اخطار:نگهداری آمونیوم باید در جای خشک و خنک و دور از نور خورشید باشد. همچنین باید این ماده را از گرد فلزات مس و روی که باعث انفجار این ماده می شوند دور نمود.

روش ساخت بمب نيترات آمونيم,نارنجک با پرمنگنات پتاسيم و باروت در ادامه مطلب

توجه کنيد! مطالعه اين مطالب براي افراد زير 21 سال توصيه نميشوند. مسئوليت هر گونه اتفاقی حاصل از مطالعه, اجرا يا انتقال اين اطلاعات به ديگران فقط بر عهده شخص خواننده است.

با عرض پوزش به دستور کارگروه جرایم اینترنتی این مطلب حذف شده است

دانلود مقاله کنترل دمای یک راکتور CSTR ناپایدار در ادامه مطلب

دانلود مقاله مدل سازی و شبیه سازی راکتور ستونی حبابی چند مرحله ای در فرایند تولید هیدروژن

پراکسید در ادامه مطلب