گذری بر فناوری نانو در علوم مختلف(2)

در ادامه قسمت قبل به بررسی کاربرد علم نانو در زمینه های دیگر می پردازیم.

5- نانوحسگرها

در دهه ی گذشته، توجه فراوانی به الکترونیک مولکولی و نوعی از ابزارهای الکترونیکی قابل استفاده در سطح مولکولی شده است. از بین این ابزارها، «حسگرهای زیستی» انتخاب گری بالای سیستم های زیستی را با حساسیت مناسب ابزارهای فیزیکی تلفیق نموه است. گسترش حسگرهای زیستی، و به خصوص تجاری کردن آنها به دلیل پایداری پایین، مشکلات مربوط به تحرک نداشتن مولکول های زیستی، فقدان آنزیم یا گیرنده برای تمام نمونه ها، توانایی پایین برای میکرومکانیزه نمودن، کارایی ضعیف در حلال های آلی و PHهای بالا و پایین، و دماهای بالا، به تعویق افتاده است. پژوهش ها نشان می دهد مهندسی مولکولی، دانشمندان را به طراحی و تهیه آنالوگ های مشابه آنتی بادی ها و گیرنده ها هدایت می کند. از میان این ترکیب ها می توان کریپتاندها، دندریمرها (درخت سان ها)، فولرین ها، نانولوله ها، پلیمرهای قالب مولکولی(6) و... را نام برد.

از نانوحسگرها در تشخیص نمونه های زیر استفاده می شود:

ایمنی آب و غذا:  کلروفنول ها، کلروآنیسول ها، افلاتوکسین ها و...

حفاظت محیط زیست: سموم، ترکیب های آلی فرار، فرم آلدهید، هیدروکربن ها و...

اهداف دفاعی: عوامل جنگی شیمیایی و زیستی، داروهای غیرمجاز، مواد انفجاری و...

طب بالینی: تشخیص بیماری هایی مانند سرطان، بیماری های قلبی و دیابت و...

ردیابی داروها و سموم در محل، بدون نمونه گیری و حمل به آزمایشگاه و انجام مراحل وقت گیر و پرهزینه، همواره مودر توجه بوده است. اکثر کشورها به گسترش چنین حسگرهایی برای ردیابی سریع و صحیح مقدارهای اندک عوامل زیستی یا شیمیایی در حملات شیمیایی یا زیستی علاقه مند شده اند.

6- جستجوی سموم و مواد مخدر در بدن

6-1- اندازه گیری مورفین با پلیمرهای قالب مولکولی

مورفین، آلکالوییدی است که بر سیستم عصبی تأثیر گذاشته، به عنوان ماده ی مخدر به طور گسترده مورد استفاده ی غیر مجاز قرار می گیرد؛. بنابراین اندازه گیری دقیق آن در مایعات زیستی بدن حائز اهمیت است.  روش مورد استفاده برای اندازه گیری آن باید از حساسیت و انتخاب گری بالایی برخوردار باشد. مهندسی مولکولی، استفاده از پلیمرهای قالب مولکولی را برای جداسازی مورفین و اندازه گیری آن به روش کروماتوگرافی (رنگ سنجی) پیشنهاد نموده است. پلیمرهای قالب مولکولی، پلیمرهایی حاوی حفرات قالبی ویژه برای نمونه های خاص هستند. تهیه ی آنها براساس پلیمریزاسیون مونومرها در اطراف یک مولکول نمونه، سپس خارج کردن نمونه است. حفرات باقی مانده در پلیمر به شکل مولکول نمونه می توانند همانند سیستم های آنتی بادی – آنتی ژن برای اتصال با مولکول نمونه تمایل ویژه ای را از خود نشان دهند.

پلیمرهای قالب مولکولی را می توان با انتخاب گری بالا برای مواد منفجره، مورفین، متادون، متاآمفتأمین، کوکایین، انواع سموم، آفت کش ها، هورمون ها، داروها  نوکلییک اسیدها تهیه نمود؛ در این روش پس از تهیه پلیمر اختصاصی مورفین آن را در محلول نمونه ی مشکوک وارد می کنند.

در صورت وجود مورفین در نمونه، پلیمر با مولکول های مورفین پیوند یافته، سپس با محلول آبی آهن (III) و هگزااسیانو – فرات مخلوط می شود که سبب تشکیل ترکیب «آبی پروس» شده، امکان شناسایی و اندازه گیری به روش طیف بینی مرئی را فراهم می آورد.

6-2- اندازه گیری الکل

روش رزونانس پلاسمون سطحی (SPR7) یک روش نوری است که نوید کاربردهای فراوان در حسگرهای  شیمیایی را می دهد. وقتی نور با زاویه ی معینی به یک فیلم نازک فلزی تابانده می شود، اثرات متقابل بین نور و فیلم فلزی، موجب کاهش شدت نور منعکس شده می گردد. اگر چه این پدیده (که SPR نامیده می شود) سال هاست که شناخته شده؛ به تازگی در حسگرها استفاده می شود.

6-3- اندازه گیری میکروسیستین

میکروسیستین، یکی از سموم خطرناک و شایع تولید شده به وسیله ی سیانوباکتری های آب شیرین است. آلودگی آب به وسیله ی میکروسیستین که باعث مرگ انسان ها، حیوانات و از بین رفتن گیاهان می شود در چندین ناحیه از سراسر دنیا گزارش شده است بنابراین ساخت و ارائه ی یک حسگر برای استفاده ی سریع، حساس و ارزان برای ردیابی این سم دارای اهمیت است.

7- ردیابی و اندازه گیری گازها

7-1- ردیابی و اندازه گیری گازهای سمی با استفاده از نانولوله ها

هندسه ی خاص و خواص شیمیایی و الکتریکی بی نظیر نانولوله های کربنی، همچنین قابلیت بالای آنها به عنوان حسگرهای گازی، باعث شده است تا این ترکیبات در سال های اخیر توجه بسیاری از دانشمندان را به خود جلب نماید. نانو لوله های کربنی ای که به عنوان الکترود و واکنش های الکتروشیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند، می توانند در واکنش های انتقال الکترون موجود در محلول نیز نقش واسط داشته باشند. یک میکروالکترود برای کاربردهای الکتروآنالیتیکی (تجزیه ی الکتریکی) مناسب است. برای ساخت میکروالکترود نانولوله ی کربنی چند دیواره (MWCNTME)، با استفاده از تیزاب سلطانی (1HNO3+3HCL) در نوک یک صفحه ی پلاتین به قطر 80 میکرومتر حفره ای به عمق صد میکرومتر ایجاد و حفره را با نانولوله های کربنی خالص پر می کنیم. این حسگر برای اندازه گیری گاز مونوکسید کربن در هوا مورد استفاده قرار می گیرد. مونوکسید کربن، گازی بی رنگ، بی مزه  بی بویی است که از احتراق ناقص به دست می آید. این گاز پس از ترکیب با هموگلوبین خون و تشکیل ترکیب پایدار کربوکسی هموگلوبین، از حمل اکسیژن به وسیله ی خون به بافت های بدن و اندام های مهم به خصوص قلب و مغز جلوگیری می کند. مرگ زمانی اتفاق می افتد که غلظت کربوکی هموگلوبین در خون به 50 درصد برسد. بنابراین اندازه گیری غلظت این گاز در تشخیص علت های مرگ و میر از اهمیت زیادی برخوردار است.

7-2 ردیابی و اندازه گیری گازهای انفجاری به کمک حسگرهای نانوذرات

گسترش حسگرها و سیستم هایی که به طور انتخابی می توانند مقدارهایی جزئی از گازهای انفجاری مانند متان، پروپان و بوتان را در محل ردیابی کنند، در بررسی صحنه های حریق و انفجار اهمیت فراوانی دارد.

یک عضو بویایی الکترونیکی باید از اعتبار، پایداری و حساسیت بالایی برخوردار باشد. برای این منظور از مواد نانومقیاس اکسید قلع در ساختن آرایه ای از حسگرهای فیلم لایه نازک با پایداری و حساسیت بالا استفاده شده است. در مرحله ی نخست، باید مواد حسگر انتخابی برای گازهای مورد نظر ساخته شود. کاهش اندازه ی ذرات در حد نانو، و افزایش کلسیم و کاتالیزور پلاتین، منجر به افزایش حساسیت مواد حسگر حتی در غلظت های پایین می شود.

7-3- استفاده از بینی الکترونیکی در تشخیص گازها

در پژوهش های جنایی، تشخیص جنسیت و مشخصه های فردی افراد، اغلب براساس موارد حامل بو (عرق، خون، موها، وسیله ی جنایت و دیگر وسایل گیرنده ی بو) و تعیین شرایط فیزیکی و روانی فرد براساس بوی آن (تکمیل کننده ی دستگاه دروغ سنج) صورت می گیرد.

در دانشگاه لستر (بریتانیا) ساختاری را طرح ریزی کرده اند که قادر به شناسایی افراد و مکان ها براساس بوهاست. بینی الکترونیکی می تواند مارک عطرها، صاحب بوی تنفس یا بوی بدن را در مدتی کم تر از یک دقیقه، به وسیله ی تجزیه ی ترکیب های آلی فرّار و مقایسه ی آنها با آن چه در بانک اطلاعاتی خود دارد، شناسایی کند. این بینی این امکان را به پلیس می دهد که تعیین کند در یک محل آیا از سلاح گرم یا مشروبات الکلی استفاده شده است یا نه؟

8-  نتیجه گیری

در این مقاله تنها نمونه هایی از کاربرد فناوری نانو در علوم قانونی ارائه شد. امید است با پیشرفت های روزافزون این فناوری در زمینه های مختلف علوم از جمله علوم قانونی، شاهد کاربردهای گسترده ی آن در کشف و کاهش جرم و جنایت در آینده ای نزدیک باشیم.

منبع: فناوری نانو

تنظیم:محسن مرادی