گذری بر فناوری نانو در علوم مختلف

چکیده

دستاوردهای فناوری نانو، دریچه ی امیدبخش و جدیدی را در علوم قانونی باز نموده است. امروزه پیشرفت های علوم و فناوری نانو در حوزه های صنعتی، نظامی، کشاورزی، مخابرات و...، به مرحله ای رسیده که می تواند راه گشای بسیاری از مسائل و مشکلات در علوم قانونی، قضایی و کشف جرم باشد.

کلمات کلیدی: نانوحسگرها، حسگرهای زیستی، فتوکپی مولکولی، نانوذرات، نانولوله ها.

1- مقدمه

با نیم نگاهی به عملکرد آزمایشگاه های جنایی کشورهای پیشرفته، مشاهده می شود که همچنان فناوری هایی که قبل از سال 1980 میلادی در کشف علمی جرم کاربرد داشته اند، مورد استفاده ی کارآگاهان است. علاوه بر این، گستره ی فعالیت های پلیس جنایی با بهره گیری از پیشرفته ترین تجهیزات و امکانات فناوری زیستی و نانو، وسیع تر شده و امروزه استفاده از میکروسکوپ الکترونی، نانوحسگرها، حسگرهای زیستی و روش های گوناگون طیف بینی، در آزمایشگاه های جنایی معتبر پلیس رایج شده است و هدف نهایی، کشف حقیقی جرم بدون باقی ماندن کوچک ترین ابهام است زیرا کشف جرم همانند دیگر رشته ها در حد بضاعت از دانش عصر خود استفاده کرده و با پیشرفت فناوری، پلیس هم امکانات فنی و علمی خود را بالاتر می برد.

2- بررسی DNA

در علوم قانونی، شناسایی متهم از روی آثار جزئی باقی مانده در صحنه مانند خون، مو، بافت و... امری مهم و ضروری به شما می رود. با توجه به منحصر به فرد بودن الگوی DNA هر شخص، می توان با استخراج DNA از آثار زیستی باقی مانده در صحنه و مقایسه ی آن با DNA افراد مظنون، به این مهم نایل آمد. یکی از روش های مورد استفاده در این کار، تهیه ی تعداد نامحدودی کپی از هر بخش DNA است که همینک در آزمایشگاه های جنایی مورد استفاده قرار می گیرد و به «واکنش های زنجیری پلیمراز» یا  PCR معروف است. واکنش های زنجیری پلیمراز را گاهی «فتوکپی مولکولی» نیز می نامند.

سه مرحله ی اصلی در PCR عبارتند از:

1) تغییر ماهیت: در این مرحله دو رشته ی به هم پیچیده شده ی DNA در دمای حدود 95 درجه ی سانتی گراد از هم باز می شوند؛

2) اتصال آغازگر: این مرحله در دمای 55-72 درجه ی سانتی گراد انجام می گیرد؛

3) توسعه: در این مرحله با استفاده از آنزیم DNA پلیمراز، همانندسازی DNA انجام می گیرد. پس از اجرای 20 تا 30 چرخه، میلیون ها کپی از DNA تهیه می شود.

برای انجام PCR از محلول های زیر استفاده می شود:

- بافر حاوی نمک های مختلف و اسیدها برای تنظیم PH

- محلول حاوی بازی های آدنین، گوانین، سیتوزین و تیمین تری فسفات به عنوان منبع باز برای استفاده در فرایند همانند سازی؛

- آنزیم پلیمر کننده با پایداری حرارتی؛

- آغازگر برای مشخص نمودن ناحیه مورد نظر برای همانند سازی

- افزودنی هایی مانند دی متیل سولفوکسید برای افزایش کارایی کلی فرایند شبیه سازی.

برای تعیین الگوی DNA به روش اسنیگر، دی داکسی نوکلئوتیدهای هر کدام از بازهای آدنین، گوانین، سیتوزین و تیمین با خاصیت فلورسانس، برای خاتمه دادن به واکنش پلیمریزاسیون، به طور جداگانه به چهار محلول واکنش افزوده شده، بدین ترتیب رشته هایی با اندازه های مختلف تهیه می گردد. در روش اسنیگر، از ژل – الکتروفورز برای مقایسه الگوی DNA مظنون با الگوی DNA شاهد استفاده می گردد. در روش الکتروفورز، DNA های مختلف متناسب با طول و ساختار شیمیایی، با سرعت های متفاوتی حرکت کرده، به صورت نوارهای جداگانه ای روی الکتروفوروگرام ظاهر می گردند. روش های تعیین الگوی کنونی، تنها قادر به تعیین میانگین الگوی تعداد زیادی از مولکول ها هستند. آن چه مسلم است اینکه الگوی یک مولکول با خود مولکول کاملاً متفاوت خواهد بود و در این روش احتمال خطا وجود دارد.

فناوری نانو استفاده از مواد نانوحفره و دستگاه هایی که نسبت جرم به بار را تعیین می کنند، پیشنهاد می کند. هنگام عبور یک رشته ی DNA از حفره ی ماده ی نانوحفره، هر نوکلئوتید آن شناسایی می شود. استفاده از این روش، فناوری تعیین الگوی DNA را متحول خواهد کرد .

3- ظهور آثار انگشت پنهان

در اغلب صحنه های جرم، آثار انگشت مجرمان در صحنه و بر روی مدارک فیزیکی موجود باقی می ماند که با مقایسه ی آنها با آثار انگشت افراد مظنون، می توان مدرکی دال بر حضور شخص مظنون در صحنه جرم به دست آورد. آثار انگشت تحت برخی شرایط ایجاد می شود که از آن جمله می توان به انتقال ماده ای مانند خون یا رنگ از سطح انگشت به یک سطح؛ فرورفتن انگشت در سطحی مرطوب مانند رنگ یا بتونه اشاره کرد که این اثرات نیازی به ظهور ندارند. اما گاهی تماس انگشت ممکن است. بقایایی را روی سطح برجای گذارد که ناشی از انتقال مواد شیمیایی طبیعی موجود در پوست است. چنین اثراتی به نام «آثار انگشت پنهان» نامیده می شود که برای مشاهده شدن باید ظاهر گردند. این مواد، ناشی از ترشح غدد عرق در کف دست و غدد چربی در بقیه ی نقاط پوست است. 98-99 درصد سازنده ی اصلی این مواد، آب است که به سرعت تبخیر می گردد و بقیه آن شامل آنیون هایی مثل کلرید، کاتیون ها، آمینو اسیدها، پروتیین ها، لاکتیک اسید، گلوکز، اسیدهای چرب، تری گلیسیریدها، کلسترول، اسکوالن و استرهای موم است. روش ظهور آثار انگشت، با توجه به نوع سطح انجام می گیرد (سطوح جاذب و غیر جاذب رطوبت).

پژوهشگران موفق به کشف پودر جدیدی شده اند که روش حساس تر و دقیق تری را برای اثر برداری در اختیار پلیس قرار می دهد. این پودر از نانو ذرات شیشه مانند و آغشته به مواد فلورسانس تشکیل شده است. سطح نانوذرات را می توان اصلاح کرد به این صورت که نانوذرات چربی دوست با میل چسبندگی به ترکیبات چربی، و نانوذرات آب دوست با میل چسبندگی به ترکیباتی آب دوست به دست آید؛ ابتدا پاشیده شدن نانوذرات آب دوست بر روی اثر، باعث ظهور قسمتی از آن می گردد و پس از آن استفاده از نانوذرات چربی دوست اثر را کاملاً قابل تشخیص می کند .

3-1. استفاده از نانوذرات اکسید تیتانیم برای ظهور آثار انگشت پنهان

پژوهشگران استرالیایی موفق به کشف روش جدیدی برای ظهور آثار انگشت پنهان روی سطوح بدون حفره، مانند پلاستیک، فلز و سطوح شیشه ای رنگی و... شده اند. معمولاً برای ظاهر کردن آثار انگشت پنهان روی سطوح بدون حفره از پودرهای معمولی استفاده می شود. این پودرها به باقی مانده ی چربی یا آبی اثر انگشت چسبیده، یک اثر پایدار و مرئی را برای عکاسی تشکیل می دهد. ترکیب کشف شده شامل نانوذرات اکسید تیتانیم است که به دلیل داشتن خواص بصری، الکتریکی و فوتوکاتالیزوری، به طور گسترده ای مطالعه شده است.

ممکن است بتوان از این نانوذرات به صورت یک خمیر نقاشی، اسپری محلول یا حتی به صورت شناور در یک شناساگر ویژه استفاده کرد، حتی شاید بتوان با استفاده از آن اثر انگشت روی سطوح چسبناک و خارجی نوارهای الکتریکی تیره رنگ و نوارهای لوله ای را نیز آشکار ساخت. به هر حال از خواص مهم این ماده، جذب سطحی ترکیب ها و عمل کردن آن به عنوان یک درخشان کننده ی نوری است که می تواند برای کارشناسان قانونی بسیار جالب توجه باشد.

در این پژوهش دانشمندان استرالیایی از مزدوج شدن نانوذرات اکسید تیتانیم با رنگ دانه های بسیار پایدار مثل پریلین و پریلین دی آمین استفاده کرده اند. محدوده ی جذبی این رنگ دانه ها در گستره ی طول موج ها قرمز تا بنفش و حتی سیاه قرار می گیرد. این پژوهشگران پیش بینی کرده اند که ترکیب کردن ذرات اکسید تیتانیم با یک رنگ دانه ی فلورسنت قوی حاوی استخلاف های چربی دوست، کارایی اکسید تیتانیم را در آشکار کردن آثار انگشت پنهان افزایش می دهد.

در پایان این بررسی، پژوهشگران با استفاده از اولئیل آمین و 10، 9، 4، 3- پریلین تتراکربوکسیلیک دی انیدرید، موفق به تهیه ی مشتق جدید پریلین دی ایمید شدند و پس از پوشش دادن نانو ذرات اکسید تیتانیم با این رنگ دانه ی جدید، متوجه شدند که این ترکیب چندسازه در محدوده ی 700-650 نانومتر، فلورسانس قوی ای را نشان داده، در طول موج 505 نانومتر (سبز – آبی) برانگیخته می شود. با وجود این ویژگی ها اما نمی توان از آن برای ظهور آثار انگشت روی سطوح چوبی استفاده کرد. بر این اساس دانشمندان در حال بررسی دیگر نانوذرات اکسید فلزی قابل استفاده برای سطوح چوبی و سطوح دیگر هستند.

3-2. آشکارسازی آثار انگشت پنهان روی سطوح مرطوب با استفاده از نانوذرات روی اکسید

پژوهشگران با استفاده از نانوذرات اکسید روی موفق به آشکارسازی آثار انگشت پنهان بر روی سطوحی مثل شیشه، پلی اتیلن و آلومینیم، به ویژه سطوح مرطوب شده اند. ذرات اکسید روی با قطری برابر با 20 نانومتر به صورت بلورهای گل مانند با اندازه ی یک میکرومتر تجمع کرده، به مواد چربی باقی مانده ی حاصل از اثر انگشت روی سطوح می چسبند. این نانوذرات بدون نیاز به افزایش هر گونه رنگ دانه ی فلورسانس قابل ظهور است و در زیر نور فرابنفش، اثرات انگشت را ظاهر می کند.

استفاده از این روش در مقایسه با پودرهای معمولی این مزیت را دارد که اثرات انگشت را کاملاً آشکار می نماید. این در حالی است که پودرهای معمولی پس پاشیدن شدن روی سطوح، علاوه بر مواد موجود در اثر انگشت به مواد دیگر روی سطح نیز می چسبند که عمل ظهور آثار انگشت را با اشکال مواجه کرده، تنها لبه های اثرانگشت را آشکار می کند. از این رو همیشه موفقیت آمیز نیست؛ زیرا بررسی اثر انگشت روی سطوح مرطوبی مانند وان حمام را مشکل می سازد، خصوصاً وقتی که اثر انگشت سطوح شسته شده باشد.

4- ممانعت از جعل

هم اکنون برای تشخیص اصالت اسکناس، گذرنامه، اسناد بانکی و... از ترکیبات فلورسانس استفاده می شود. مقاومت کم این ترکیبات در برابر گرما و مواد شیمیایی، امکان استفاده از آن را جعل اسناد مذکور فراهم ساخته است. بنابراین تهیه ی موادی که از پایداری بالایی برخوردار باشند و امکان تهیه ی آنها به وسیله ی جاعلان وجود نداشته باشد، از اهمیت بالایی برخوردار است.

پژوهش های کنونی روی نانومحلول هایی صورت می گیرد که شامل نقاط کوانتومی بوده، به صورت محلول با جوهر مخلوط می شود و از آنجا که به رغم ترکیبات کنونی کوچک هستند، می توان از آن در چاپگرهای معمولی استفاده کرد. ذرات چاپ شده را پس از تبخیر حلال نمی توان با چشم غیرمسلح مشاهده نمود و تنها زیر نوری با طول موج معین، تصویرهایی با رنگ های مشخص ایجاد می کنند که متناسب با طول موج می توانند ظاهر یا ناپدید شده و یا به رنگ های مختلفی درآیند که باعث سهولت تشخیص آنها بین رنگ های آلی می گردد. استفاده از این ترکیبات هزینه ی بالایی را در بر نداشته، امکان جعل را هم بسیار کاهش می دهد. همچنین از این نانوذرات می توان در بارکدهای غیرقابل مشاهده ی ظاهری استفاه کرد؛ مثلاً می توان تاریخچه ی کامل ساخت و مالکیت خودرو را به وسیله ی این نانوذرات بر روی خودرو ثبت کرد به طوری که به غیر از شرایط نوری معین قابل تشخیص نباشد .

ادامه دارد...

منبع: ماهنامه فناوری نانو