دانشگاه آزاد اسلامی اراک
پایان نامه ای برای دریافت درجه کارشناسی
رشته مهندسی شیمی
موضوع:
نانو پارتیکلها در صنایع شیمیایی( داروسازی)
استاد راهنما:
جناب آقای حسین مظاهری
نگارش:
مهرداد گودرزی
تابستان 93
سپاسگذاری
 با سپاس ازسه وجود مقدس: 
آنان که ناتوان شدند تا ما به توانایی برسیم… 
موهایشان سپید شد تا ماروسفید شویم… 
و عاشقانه سوختند تا گرمابخش وجود ما و روشنگر راهمان باشند… 
تقدیر و تشکر
سپاسگذار کسانی هستم که سراغاز تولد من هستند.از یکی زاده میشوم و از دیگری جاودانه.استادی که سپیدی را بر تخته سیاه زندگیم نگاشت و مادری که تار مویی از او بپای من سیاه نماند.
فهرست مطالب
فصل اول1
مقدمه2
تاریخچه فناوری نانو2
تعریف استاندارد5
فناوري نانو چيست؟6
فصل دوم9
ساختار و مفاهیم کلی نانو تکنولوژی10
کاربرد فناوری نانو15
مضرات نانو17
بیوتکنولوژی و مهندسی شیمی19
کاربرد نانو شیمی در دارو سازی22
ژن درماني24
تحليل25
فصل سوم26
میسل ها و کاربرد آنها در دارورسانی27
1- مقدمه27
2- تاریخچه28
3- تعریف میسل و چگونگی تشکیل آن28
4- سورفاکتانت30
5- غلظت بحرانی تشکیل میسل (CMC)31
6-  حلال پوشی36
بحث و نتیجه گیری37
فصل چهارم38
نانو ذرات مغناطیسی در دارو رسانی هدفمند39
۲- ذرات مغناطیسی42
2-1- ذرات تک دامنه (دمین)43
2-2-سوپر پارا مغناطیسی43
2-4- فروفلوئید(سیال مغناطیسی)45
3- ویژگی های نانوذرات مغناطیسی برای مصارف پزشکی45
4- مزایای نانوذرات مغناطیسی برای مصارف پزشکی46
1-4- اندازه46
4-3-واکنش رزونانسی به تغییرات میدان48
5-مشخصات ذرات مغناطیسی در کاربردهای پزشکی48
5-1-2-ذرات بر پایه کبالت49
5-1-3-ذرات مغناطیسی بر پایه آهن49
5-2-شکل ذرات49
بحث و نتیجه گیری51
نانو ذرات مغناطیسی در دارو رسانی هدفمند52
مقدمه52
6-پارامترهای موثر در طراحی نانوذره مغناطیسی53
7- پوشش دار کردن نانوذرات مغناطیسی56
3-2-7- پوشش SiO258
8- مراحل فعالیت حامل های مغناطیسی58
2-8- ورود به بدن ونزدیک کردن به بافت60
2-3-8-هدف یابی فعال63
3-3-8-طراحی نانو ذرات برای هدف یابی فعال64
2-3-3-8-اندازه ذره65
3-3-3-8-شکل نانوذره65
بحث و نتیجه گیری65
منابع 67
فصل اول
مقدمه
فناوري نانو يكي از آخرين دستاوردهاي علمي است. طبق بررسي هاي شوراي پژوهش هاي اجتماعي _ اقتصادي انگلستان، فناوري نانو از جمله موارد رو به گسترش و مورد توجه اجتماعي _ اقتصادي است. بحث هايي كم و بيش در زمينه كاربرد اين نوع فناوري چه منتقدانه و يا طرفدارانه وجود دارد. بيشترين اشكالي كه منتقدان در اين زمينه وارد مي كنند، ترس از انباشته شدن كره زمين از وجود موادي است كه ممكن است اين فناوري در پي داشته باشد و به نوعي خطرناك باشد. اما نقطه نظر طرفداران سرسخت اين نوع فناوري بيشتر متوجه تاثير مثبت آن در ارتقاي زندگي، توليدات جديد و توسعه گرانه و توليد محصولات ارزان تر است.
تاریخچه فناوری نانو
در حدود ۴۰۰ سال پیش از میلاد مسیح، دموکریتوس فیلسوف یونانی، برای اولین بار واژه اتم را که در زبان یونانی به معنی تقسیم نشدنی است، برای توصیف ذرات سازنده مواد به کار برد. از این رو شاید بتوان او را پدر فناوری و علوم نانو دانست.
نانو ریشه یونانی “نانس” به معنی کوتوله می‌باشد.[۲] فناوری نانو موج چهارم انقلاب صنعتی، پدیده‌ای عظیم می‌باشد که در تمامی گرایشات علمی راه یافته است تا جایی که در یک دههٔ آینده برتری فراینده‌ها، وابسته به این تحول خواهد بود.[۳] ماهیت فناوری نانو توانایی کارکردن در تراز اتمی، مولکولی و فراتر از آن در ابعاد بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر، با هدف ساخت و دخل و تصرف در چگونگی آرایش اتم‌ها یا مولکول‌ها با استفاده از مواد، وسایل و سیستم‌هایی با توانایی‌های جدید و با تغییر این ساختارها و رسیدن به بازدهی بیشتر مواد می‌باشد. فناوری نانو فرایند دستکاری مواد در مقیاس اتمی و تولید مواد و ابزار، به وسیله کنترل آنها در سطح اتم‌ها و مولکولهاست. در واقع اگر همه مواد و سیستم‌ها ساختار زیربنایی خود را در مقیاس نانو ترتیب دهند؛ آنگاه تمام واکنش‌ها سریع‌تر و بهینه‌تر صورت می‌گیرد و توسعه پایدار پیش گرفته می‌شود.[۲]از جمله دستاوردهای فراوان این فناوری کاربرد آن در تولید، انتقال، مصرف و ذخیره‌سازی انرژی با کارایی بالاست که تحول شگرف را در این زمینه ایجاد می‌کند.[۳]از اینرو دست‌اندرکاران و محققان علوم نانو در تلاش اند تا با استفاده از این فناوری به آسایش و رفاه بیشتر در درون و برون ساختمان با یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی با عملکرد بالا و صرفه‌جویی در هزینه‌ها بخصوص در مصرف منابع انرژی و در نهایت به توسعه پایدار دست یابند. فناوری نانو منجر به تغییرات شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پساب و آلودگی را کاهش خواهد داد.
در طول تاریخ بشر از زمان یونان باستان، مردم و به خصوص دانشمندان آن دوره بر این باور بودند که مواد را می توان آنقدر به اجزای کوچک تقسیم کرد تا به ذراتی رسید که خردناشدنی هستند و این ذرات بنیان مواد را تشکیل می دهند، شاید بتوان دموکریتوس فیلسوف یونانی را پدر فناوری و علوم نانو دانست چرا که در حدود ۴۰۰ سال قبل از میلاد مسیح او اولین کسی بود که واژه اتم را که به معنی تقسیم نشدنی در زبان یونانی است برای توصیف ذرات سازنده مواد به کار برد.
با تحقیقات و آزمایش های بسیار، دانشمندان تاکنون ۱۰۸ نوع اتم و تعداد زیادی ایزوتوپ کشف کرده اند. آنها همچنین پی برده اند که اتم ها از ذرات کوچکتری مانند کوارک ها و لپتون ها تشکیل شده اند. با این حال این کشف ها در تاریخ پیدایش این فناوری پیچیده زیاد مهم نیست.
نقطه شروع و توسعه اولیه فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست. شاید بتوان گفت که اولین نانوتکنولوژیست ها شیشه گران قرون وسطایی بوده اند که از قالب های قدیمی برای شکل دادن شیشه هایشان استفاده می کرده اند. البته این شیشه گران نمی دانستند که چرا با اضافه کردن طلا به شیشه رنگ آن تغییر می کند. در آن زمان برای ساخت شیشه های کلیساهای قرون وسطایی از ذرات نانومتری طلا استفاده می شده است و با این کار شیشه های رنگی بسیار جذابی به دست می آمده است. این قبیل شیشه ها هم اکنون در بین شیشه های بسیار قدیمی یافت می شوند. رنگ به وجودآمده در این شیشه ها برپایه این حقیقت استوار است که مواد با ابعاد نانو دارای همان خواص مواد با ابعاد میکرو نمی باشند.
در واقع یافتن مثال هایی برای استفاده از نانو ذرات فلزی چندان سخت نیست. رنگدانه های تزیینی جام مشهور لیکرگوس در روم باستان (قرن چهارم بعد از میلاد) نمونه ای از آنهاست.
این جام هنوز در موزه بریتانیا قرار دارد و بسته به جهت نور تابیده به آن رنگ های متفاوتی دارد. نور انعکاس یافته از آن سبز است ولی اگر نوری از درون آن بتابد، به رنگ قرمز دیده می شود. آنالیز این شیشه حکایت از وجود مقادیر بسیار اندکی از بلورهای فلزی ریز۷۰۰ (nm) دارد، که حاوی نقره و طلا با نسبت مولی تقریبا ۱۴ به یک است حضور این نانوبلورها باعث رنگ ویژه جام لیکرگوس گشته است.
در سال۱۹۵۹ ریچارد فاینمن مقاله ای را درباره قابلیت های فناوری نانو در آینده منتشر ساخت. باوجود موقعیت هایی که توسط بسیاری تا آن زمان کسب شده بود، ریچارد. پی. فاینمن را به عنوان پایه گذار این علم می شناسند. فاینمن که بعدها جایزه نوبل را در فیزیک دریافت کرد در آن سال در یک مهمانی شام که توسط انجمن فیزیک آمریکا برگزار شده بود، سخنرانی کرد و ایده فناوری نانو را برای عموم مردم آشکار ساخت. عنوان سخنرانی وی «فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد» بود. سخنرانی او شامل این مطلب بود که می توان تمام دایره المعارف بریتانیکا را بر روی یک سنجاق نگارش کرد. یعنی ابعاد آن به اندازه۲۵۰۰۰/۱ابعاد واقعیش کوچک می شود. او همچنین از دوتایی کردن اتم ها برای کاهش ابعاد کامپیوترها سخن گفت (در آن زمان ابعاد کامپیوترها بسیار بزرگتر از ابعاد کنونی بودند اما او احتمال می داد که ابعاد آنها را بتوان حتی از ابعاد کامپیوترهای کنونی نیز کوچکتر کرد. او همچنین در آن سخنرانی توسعه بیشتر فناوری نانو را پیش بینی کرد.
تعریف استاندارد
به طراحی، تعیین ویژگی‌ها، تولید و کاربرد مواد، ابزار آلات و سیستم‌ها با کنترل شکل و اندازه در مقیاس نانو می‌گویند.
به دستکاری کنترل شده، جاگیری دقیق، اندازه‌گیری، مدلسازی و تولید مواد در مقیاس نانو می‌گویند و هدف آن تولید مواد، ابزار و سیستم‌هایی با ویژگی‌های بنیادی و عملکردهای جدید می باشدپس علم نانو علمی است برای زندگی. اصول بنیادی
یک نانومتر (nm) یک میلیاردیم متر است. برای سنجش طول پیوندهای کربن-کربن، یا فاصلهٔ میان دو اتم بازه ۱۲. تا ۱۵. نانومتر به کار می‌رود؛ همچنین طول یک جفتِ دی‌ان‌ای نزدیک به ۲ نانومتراست. و از سوی دیگر کوچک‌ترین باکتری سلول‌دار ۲۰۰ نانومتر است. اگر بخواهیم برای دریافتن مفهوم اندازهٔ یک نانومتر نسبت به متر سنجشی انجام دهیم می‌توانیم اندازهٔ آن را مانند اندازهٔ یک تیله به کرهٔ زمین بدانیم..[۶] یا به شکلی دیگر یک نانومتر اندازهٔ رشد ریش یک انسان در طول زمانی است که برای بلند کردن تیغ از صورتش باید بگذرد.
فناوري نانو چيست؟
به طور كلي اين فناوري عبارت از كاربرد ذرات در ابعاد نانو است. يك نانومتر، يك ميلياردم متر است. از دو مسير به اين ابعاد مي توان دسترسي پيدا كرد. يك مسير دسترسي از بالا به پايين و ديگري طراحي و ساخت از پايين به بالا است. در نوع اول، ساختارهاي نانو با كمك ابزار و تجهيزات دقيق از خرد كردن ذرات بزرگ تر حاصل مي شوند. در طراحي و ساخت از پايين به بالا كه عموما آن را فناوري مولكولي نيز مي نامند، توليد ساختارها، اتم به اتم و يا مولكول به مولكول توليد و صورت مي گيرند. به عقيده مدير اجرايي موسسه نانوتكنولوژي انگلستان، فناوري نانو ادامه و گسترش روند مينياتوريزه كردن است و به اين طريق توليد مواد، تجهيزات و سامانه هايي با ابعاد نانو انجام مي شود. درحقيقت فناوري نانو به ما امكان ساخت طراحي موادي را مي دهند كه كاملا داراي خواص و اختصاصات جديد هستند.
تعریف نانو: هر نانو برابر است با یک میلیاردم متر (نانو را یک توپ فوتبال در نظر بگیرید و متر را کره ی زمین!)
هر نانومتر برابر است با یک هشتاذ هزارم قطر موی انسان.
اولین بار سال 1959 ریچارد فایمن (فیزیکدان آمریکایی) مفهوم نانو را بیان کرد و گفت: در آن پایین فضای زیادی وجود دارد.
در دهه 1980 “کسلر” کتاب موتور آفرینش را نوشت.
سال 1991 “ایجیما”(اهل ژاپن) نانو لوله های کربنی را کشف کرد.
نانو لوله ها (Nano Tubes) : طولشان در حد میکرون و قطرشان بین 1 تا 100 نانو است و ضخامت دیواره آن به اندازه یک اتم کربن است و به صورت تک دیواره (SWNT) و چند دیواره MWNT)) هستند.
نحوه تولید نانو لوله های کربنی با استفاده از تخلیه قوس الکتریکی است:
وزن نانو تیوب ها یک ششم فولاد و استحکام آن ها 100 برابر فولاد است. نسبت وزن نانولوله ها نسبت به فولاد 600 برابر است.
سال1996 ریچارد اسمالی و رابرت کروتو (هر دو آمریکایی بودند) فلورین ها را کشف کردند.
 بعضی از مشهورترین فلورین ها میتوان C60  و C78 و C100 میتوان نام برد.
وجه های فلورین ها:
1: 12 تا 5 ضلعی
2: 20 تا 6 ضلعی
کاربرد های فلورین ها: در صنایع نفتی و همچنین در روان کردن روغن ها به کار میروند.
خود آرایی:
1: مغناطیسی
2: الکتریکی
3: کشش سطحی
روش های ساخت در نانو:
1-      از بالا به پایین
2-      از پایین به بالا
مانند ساختن یک ساختمان
به عنوان پیش‌سازنده یا اصلاح ساز پدیده‌های شیمیایی و فیزیکی.
فصل دوم
ساختار و مفاهیم کلی نانو تکنولوژی
یکی از پیشوندهای مقیاس اندازه گیری در سیستم SI نانو به معنی یک میلیاردم واحد آن مقیاس است.برای مثال یک نانومتر معادل یک میلیاردم متر است. با توجه به اینکه یک سلول بدن بیش از صدها نانومتر است می توان به کوچکی این مقیاس پی برد. از آنجایی که علوم نانو بخش وسیعی برگرفته از مباحث شیمی، فیزیک، بیولوژی، پزشکی، مهندسی و الکترونیک را در بر می گیرد،‌گروه بندی آن بسیار پیچیده است.
یکی از پیشوندهای مقیاس اندازه گیری در سیستم SI نانو به معنی یک میلیاردم واحد آن مقیاس است.برای مثال یک نانومتر معادل یک میلیاردم متر است. با توجه به اینکه یک سلول بدن بیش از صدها نانومتر است می توان به کوچکی این مقیاس پی برد. از آنجایی که علوم نانو بخش وسیعی برگرفته از مباحث شیمی، فیزیک، بیولوژی، پزشکی، مهندسی و الکترونیک را در بر می گیرد،‌گروه بندی آن بسیار پیچیده است.
دانشمندان، علوم نانو را به چهار گروه شامل مواد (گروه اول)، مقیاسها (گروه دوم)، تکنولوژی الکترونیک، اپتوالکترونیک، اطلاعات و ارتباطات (گروه سوم) و بیولوژی و پزشکی (گروه چهارم) طبقه بندی کرده اند. این طبقه بندی باعث سهولت در بررسی این علوم شده است البته تداخل برخی از بخش ها در یکدیگر طبیعی است. برنامه های توسعه این تکنولوژی به سه بخش کوتاه مدت (کمتر از پنج سال)، میان مدت( بین۱۵-۵ سال) و بلند مدت (بیش از۲۰ سال) تقسیم بندی شده است. مواد نانو (nanomaterials) قابلیت کنترل ساختار تشکیل دهنده مواد پیشرفته (از فولادهای ساخته شده در اوایل قرن۱۹ تا انواع بسیار پیشرفته امروزی) در ابعاد کوچک و کوچکتر،‌ در اندازه های میکرو و نانو بوده است.
هر قدر بتوانیم این مواد را در ابعاد ریزتر و کنترل شده ای تولید کنیم خواهیم توانست مواد جدیدی را با قابلیت و عملکردهای بسیار عالی به دست آوریم. تاکنون تعاریف متعددی از مواد نانو ارائه شده است اما در یک تعریف جامع می توان گفت موادی در این گروه قرار می گیرند که یکی از ابعاد اضلاع آنها از۱۰۰ نانومتر کوچکتر باشد.
یکی از این گروهها »لایه ها« است. لایه ها یک بعدی هستند که در دو بُعد دیگر توسعه می یابند مانند فیلم های نازک و پوششها.
برخی از قطعات کامپیوتر جزو این گروه هستند. گروه بعدی شامل موادی است که دارای دو بعد هستند و در یک بعد دیگر گسترش می یابند و شامل لوله ها و سیمها می شوند. گروه مواد سه بعدی در نانو شامل ذرات، نقطه های کوانتمی (ذرات کوچک مواد نیمه هادیها) و نظایر آنها می شوند. دو ویژگی مهم، مواد نانو را از دیگر گروهها متمایز می سازد که عبارتند از افزایش سطح مواد و تاثیرات کوانتمی.
این عوامل می توانند باعث ایجاد تغییرات و یا به وجود آمدن خواص ویژه ای مانند تاثیر در واکنشها، مقاومت مکانیکی و مشخصه های ویژه الکتریکی در مواد نانو شوند. همانگونه که اندازه این مواد کاهش می یابد، تعداد بیشتری از اتمها در سطح قرار خواهند گرفت. برای مثال، اتم های موادی به اندازه۳۰ نانومتر به میزان۵ درصد،۱۰ نانومتر به میزان۲۰ درصد و۳ نانومتر به میزان۵۰ درصد در سطح قرار دارند.
در نتیجه مواد نانو با ذرات کوچکتر در مقایسه با مواد نانو با ذرات بزرگتر دارای سطح بیشتری در واحد جرم هستند. با توجه به ازدیاد سطح در این مواد، تماس ماده با سایر عناصر بیشتر شده و موجب افزایش واکنش با آنها می شود.
این عمل منجر به تغییرات عمده در شرایط مکانیکی و الکترونیکی این مواد خواهد شد. برای مثال سطوح بین ذرات کریستالها در بیشتر فلزات باعث تحمل فشارهای مکانیکی بر آن می شود.
اگر این فلزات در مقیاس نانو ساخته شوند، با توجه به ازدیاد سطح بین کریستالها، مقاومت مکانیکی آن به شدت افزایش می یابد. برای مثال فلز نیکل در مقیاس نانو مقاومتی بیشتر از فولاد سخت شده دارد. به موازات تاثیرات ازدیاد سطح، اثرات کوانتمی با کاهش اندازه مواد (به مقیاس نانو) موجب تغییر در خواص این مواد می شود (تغییر در خواص بصری، الکتریکی و جاذبه). موادی که تحت تاثیر این تغییرات قرار می گیرند ذرات کوانتمی، لیزرهای کوانتمی برای الکترونیک بصری هستند. همانگونه که بیش از این گفته شد مواد نانو، به سه گروه یک، دو و سه بُعدی طبقه بندی شده اند. مواد نانوی یک بعدی: این مواد شامل فیلم های بسیار نازک و سطوح مهندسی است و در ساخت ابزار الکتریکی و شیمیایی و مدارهای الکترونیکی ساده و مرکب کاربرد وسیعی دارند.
امروزه کنترل ضخامت لایه ها تا اندازه یک اتم صورت می پذیرد و ساختار این لایه ها حتی در مواد پیچیده ای مانند روانکارها شناخته شده است.
لایه های مونو که قطر آنها به اندازه یک ملکول و یا یک اتم است، در علوم شیمی کاربرد وسیعی دارند. یکی از کاربردهای این لایه ها ساخت سطوحی است که خود را بازسازی کنند. مواد نانوی دوبعدی: به تازگی کاربرد مواد نانوی دو بعدی در تولید سیم و لوله ها افزایش یافته و توجه دانشمندان را به دلیل وجود خواص ویژه مکانیکی و الکترونیکی به خود جلب کرده است. در زیر به چند نمونه ساخته شده در این گروه اشاره می شود.
نانو لوله های کربنی، CNTs : از رول کردن ورقهای گرافیتی یک یا چند لایه ساخته شده و قطر آنها چند نانو و طولشان چند میکرومتر است.ساختار مکانیکی این مواد مانند الماس بسیار سخت است اما در محورهای خود نرم و تاشو هستند.همچنین این مواد هادی الکتریکی بسیار عالی هستند. نوع غیر عالی نانو لوله های کربنی مانند مولیبید یوم دی سولفاید پس از CNTs ساخته شده است.
این مواد دارای ویژگی های منحصر به فردی همچون روانکاری، مقاومت در برابر ضربات امواج شوکها، واکنشهای کاتالیزی و ظرفیت بالا در ذخیره هیدروژن و لیتیم هستند. لوله های مواد پایه اکسیدی مانند اکسید تیتانیم، برای کاربردهای کاتالیزی، کاتالیزرهای نوری و ذخیره انرژی به صورت تجاری به بازار عرضه شده اند.
نانو سیمها: این سیمها از قرار گرفتن ذرات بسیار ریز از مواد مختلف به صورت خطی ساخته می شوند. نانوسیمهای نیمه هادی از سیلیکون، نیترات گالیم و فسفات ایندیوم ساخته شده و دارای قابلیتهای بسیار خوب نوری، الکتریکی و مغناطیسی است و نوع سیلیکونی این سیمها می تواند بخوبی در یک شعاع بسیار کوچک بدون آسیب رسانی به ساختار سیم خم شود.
این سیمها برای ثبت مغناطیسی اطلاعات در حافظه کامپیوترها، وسایل نانوالکترونیکی و نوری و اتصال مکانیکی ذرات کوانتمی به کار می روند. بیوپلیمرها: انواع گوناگون بیوپلیمرها، مانند ملکولهای DNA ، در خودسازی نانوسیمها در تولید مواد بسیار پیچیده به کار می روند. همچنین این مواد دارای قابلیت اتصال نانو و بیوتکنولوژی برای ساخت سنسور و موتورهای کوچک هستند.
مواد نانوی سه بعدی: این مواد به آن گروه تعلق دارد که قطری کمتر از۱۰۰ نانومتر داشته باشند. مواد نانوی سه بعدی در اندازه های بزرگتر ساختار متفاوتی داشته و طیف وسیعی از مواد را در جهان تشکیل می دهند و صدها سال است که به صورت طبیعی در زمین یافت می شوند. مواد تولید شده از عوامل فتوشیمیایی، فعالیت های آتش فشانها، مواد محترق از پختن غذا، مواد متصاعد از احتراق سوخت ماشین ها و مواد آلاینده تولید شده در صنایع جزو این گروه از مواد هستند.
این مواد به علت رفتار متفاوت در واکنش های شیمیایی و بصری بسیار مورد توجه قرار دارند. برای مثال اکسید تیتانیوم و روی که بصورت شفاف و فرانما، جاذب و منعکس کننده نور ماورای بنفش در صفحات خورشیدی به کار می روند در ابعاد نانو هستند. این مواد کاربردهای بسیار ویژه ای در ساخت رنگها و داروها (به ویژه داروهایی که تجویز آنها فقط برای یک عضو مشخص بدن و بدون تاثیر بر سایر اعضاست) دارند.
مواد نانوی سه بُعدی شامل مواد بسیاری می شود که به چند نمونه از آنها اشاره می کنیم. کربن۶۰ (فوله رنس Fullerenes) : در اوایل سال۱۹۸۰ گروه جدیدی از ترکیبات کربنی بنام کربن۶۰، ساخته شد. کربن۶۰ ، کروی شکل، به قطر۱ نانومتر و شامل۶۰ اتم کربن است که به علت شباهت ساختار مولکولی آن با گنبدهای کروی ساخته شده توسط مهندس معماری بنام بوخ مینستر فولر بنام »فوله رنس« نامگذاری شد. در سال۱۹۹۰ ، روش های ساخت کوانتم های کربن۶۰ با مقاومت حرارتی میله های گرافیتی در محیط هلیم بدست آمد. این ماده در ساخت بلبرینگ های مینیاتوری و مدارهای الکترونیکی کاربرد وسیعی دارند.
دِن دریمرز (Dendrimers) : دن دریمرز از یک ملکول پلیمر کروی تشکیل شده و با یک روش سلسله مراتبی خود سازی تولید می شوند. انواع گوناگونی از این مواد به اندازه های چند نانومتر وجود دارند. دن دریمرز در ساخت پوششها، جوهر و حمل دارو به بدن کاربرد فراوانی دارند. همچنین در تصفیه خانه ها به منظور بدام انداختن یونهای فلزات که می توان به وسیله فیلترهای مخصوص از آب جدا شوند از این مواد استفاده می شود.
ذرات کوانتمی: مطالعات در مورد ذرات کوانتمی در سال۱۹۷۰ شروع شد و در سال۱۹۸۰ این گروه از مواد نانوی نیمه هادی ساخته شدند. اگر ذرات این نیمه هادی ها به اندازه کافی کوچک شوند، تاثیرات کوانتمی ظاهر شده و می توانند میزان انرژی الکترونها و حفره ها را کاهش دهند. از آنجایی که انرژی با طول موج ارتباط مستقیم دارد در نتیجه خواص نوری مواد بصورت بسیار حساس قابل تنظیم خواهد شد و می توان با کنترل ذرات، جذب یا دفع طول موج خاص در یک ماده را امکان پذیر ساخت.
به تازگی با ردگیری مولکولهای بیولوژی با کنترل سطح انرژی این ماده، کاربردهای جدیدی از آن کشف شده است. در حال حاضر استفاده از مواد نانو رو به افزایش است و به علت خواص بسیار ویژه آنها، تحقیقات در یافتن مواد جدید همچون گذشته ادامه دارد.
کاربرد فناوری نانو
فناوری نانو به سه زیر شاخه بالا به پایین، پایین به بالا (روش های ساخت) و نانو محاسبات (روش های مدل سازی و شبیه سازی) تقسیم بندی می شوند که هر کدام از این روش ها نیز به شاخه های گوناگون تقسیم می شوند .
کاهش اندازه میکرو ساختاری مواد موجود می تواند تاثیرات بزرگی را به وجود آورد. مثلاً همان طور که اندازه دانه یا کریستال در یک فلز به سمت نانو مقیاس حرکت می کند، نسبت اتم های موجود بر روی مرزهای دانه های این جسم جامد افزایش پیدا می کند و آنها رفتاری کاملاً متفاوت از اتم هایی که روی مرز نیستند بروز می دهند. رفتار آنها شروع به تحت تاثیر قرار دادن رفتار ماده می کنند و در نتیجه در فلزات، افزایش استحکام، سختی، مقاومت الکتریکی، ظرفیت حرارتی ویژه، بهبود انبساط حرارتی و خواص مغناطیسی و کاهش رسانایی حرارتی دیده می شود.
در اختلاط شدید از انواع همزن های دور بالا، همگن سازها، آسیاب های کلوییدی و غیره می توان برای تهیه قطرات ریز یک مایع در مایع دیگر (نانو کپسول ها) سود جست. البته عوامل فعال سطحی (خودآرایی) نقش کلیدی در ایجاد و پایداری این نانو امولسیون ها دارد.
در روش استفاده از آسیاب گلوله ای با آسیا و یا پودر کردن می توان برای ایجاد نانو ذرات استفاده کرد. خواص نانو ذرات حاصل تحت تاثیر نوع ماده آسیاکننده، زمان آسیا و محیط اتمسفری آن قرار می گیرد. از این روش می توان برای تولید نان ذراتی از مواد استفاده کرد که با روش های دیگر به آسانی تولید نمی شوند. البته آلودگی حاصل از مواد محیط آسیاب کننده هم می تواند مشکل ساز باشد.
نانو ذرات در حال حاضر از طیف وسیعی از مواد ساخته می شوند. معمول ترین آنها نانو ذرات سرامیکی بوده که به بخش سرامیک های اکسید فلزی (نظیر اکسیدهای تیتانیوم، روی، آلومینیوم و آهن و نانو ذرات سیلیکاتی (عموماً به شکل ذرات نانو مقیاسی رس) تقسیم می شود. طبق تعریف حداقل باید یکی از ابعاد آنها کمتر از ۱۰۰ نانومتر باشد. نانو ذرات سرامیکی فلزی یا اکسید فلزی معمولاً اندازه یکسانی از دو یا سه نانو متر تا ۱۰۰ نانو متر – در هر سه بعد دارند شاید شما انتظار دارید که چنین ذرات کوچکی در هوا معلق بمانند اما در واقع آنها به وسیله نیروهای الکترواستاتیک به یکدیگر چسبیده و به شکل پودر بسیار ریزی رسوب می کنند. کاربردهای بازارپسند این نانو مواد بسیار زیاد است.
خردایش یک فرآیند منحصر به فردی است که در محدوده وسیعی از کابردهای صنعتی جهت تولید ذرات ریز کاربرد دارد اما بسیار مشکل است که توسط خردایش، ذرات را به سایز بسیار ریز تبدیل کنیم و علاوه بر این، خردایش بسیار ریز به علت ظرفیت پایین آسیا و مصرف انرژی بالا، بسیار گران است.
بنابراین افزایش در کارآیی خردایش، تاثیر مفید اساسی بر روی مصرف انرژی خردایش و هزینه خواهد داشت. برای رسیدن به این هدف، انتخاب آسیای مناسب و عملیات در شرایط بهینه آسیا کردن لازم و ضروری به نظر می‏رسد. در این جهت از آسیای سانتریفیوژ استفاده می شود که، یک آسیای با قدرت بالا بوده و می‏تواند جهت خردایش بسیار ریز مواد مورد استفاده قرار گیرد.
این آسیا با به کارگیری نیروهای سانتریفیوژ تولید شده توسط دوران محور لوله آسیا در یک چرخه فعالیت می‏کند.
همچنین در فناوری نانو میتوان توسط فرآیند شیمی مکانیکی ترکیبات اکسی فلوراید لانتانیوم (Loaf) را در حد سایز بسیار ریز نانو به دست آورد. اکسی فلوراید لانتانیوم می تواند یک فعال کننده، ماده میزبان فسفر، کاتالیزور برای جفت شدن اکسایشی متان و یا اکسایش هیدروژن زدایی متان باشد. این ماده توسط دو روش مهم ترکیب می شود. اولین شیوه، فرآیند ترکیبی حالت جامد تحت فشار و حرارت بالا بوده و فعل و انفعالات مستقیمی را در بین مواد موجب می شود و دیگری فرآیند electro_winning است که جهت آماده سازی به یک محلول آبدار و یا یک نمک گداخته نیاز دارد. در این روش های ترکیبی، از فلوراید لانتانیوم یا آمونیوم فلوراید به عنوان یک منبع فلوراید مورد استفاده قرار می گیرد که طبعاً دارای هزینه بالایی نیز است.
روش جایگزین دیگر جهت ترکیب مواد کاربردی بدون استفاده از گرما می باشد. در این روش تنها از یک دستگاه خردایش با قدرت بالا نظیر آسیای Planetary استفاده می شود، به طوری که در این روش مسائل آلودگی های زیست محیطی به حداقل رسیده و دلیل آن عدم وجود مواد مضری چون فلوئورین در گازهای خروجی آن است. جهت جلوگیری از وجود ناخالصی های ناشی از پوشش گلوله های مورد استفاده در آسیا در زمان خردایش، از گلوله های از جنس زیرکنیوم استفاده می شود که در مقابل سائیدگی مقاوم است .
مضرات نانو
هر چند که گفته مى شود نانوفناورى قابلیت تولید و کاربرد فناورى هاى تمیزتر را دارا است؛ اما در کاربرد نانومواد یا ریزمواد باید احتیاط لازم را به عمل آورد. مطالعات نشان مى دهد افرادى که در معرض انتشار نانومواد قرار دارند ممکن است به عارضه هایى دچار شوند و همچنین تخلیه نانوذرات به آب نیز سبب آلودگى هاى سمى زیست محیطى مى شود. در این نوشتار جهت آشنایى بیشتر خوانندگان گرامى با سایر جنبه هاى علم و فناورى رو به رشد نانو یکى از کامل ترین و جدیدترین مطالعاتى که در زمینه خطرات نانوذرات انجام شده و هم اکنون در مجله Journal of Cleaner Production زیر چاپ است؛ به صورت خلاصه ترجمه و ارائه شده است.
ویژگى بارز نانوفناورى استفاده آن از ذرات بسیار کوچکى است که حداقل یکى از ابعاد آنها کمتر از ۱۰۰ نانومتر باشد. گفته شده است که نانوفناورى مى تواند مواد زائد و آلودگى ها را از محیط حذف کند حتى مى تواند به طور فزاینده اى از مصرف و هدر رفتن منابع جلوگیرى کند که این خود مى تواند سبب شود قیمت تمام شده بسیارى از محصولات و فرآیندها کاهش یابد. از سوى دیگر نانوفناورى این قابلیت را دارد که با فراهم آوردن امکان انتخاب گرى بالا در واکنش هاى شیمیایى، بهره ورى در مصرف انرژى و کاهش تولید مواد زائد را موجب شود. با این وجود مطالعات نشان مى دهد که این فناورى نوظهور آنچنان که گفته مى شود بى خطر نیست
. اصولاً ما با سه دسته نانومواد سروکار داریم. دسته اول که مهم ترین و قدیمى ترین آنها کربن سیاه یا کربن بلاک است که در ساختن لاستیک و نیز در صنایع چاپ به کار مى رود. کاربردهاى جدید این نانوماده در صنایع دیگرى چون صنایع پوششى، نساجى، سرامیک، شیشه و… گزارش شده است. تنها افرادى که در این صنایع کار مى کنند مى توانند در معرض این دسته از نانومواد قرار بگیرند. دسته دوم شامل نانوذراتى است که در مواد دارویى و آرایشى بهداشتى به کار مى روند که بالنسبه عموم افراد ممکن است از آنها استفاده کنند. دسته سوم نانوذراتى هستند که به صورت ناخواسته به عنوان محصول فرعى بعضى از فرآیندها- مانند سوختن سوخت هاى دیزلى، گداختن فلزات و حرارت دادن پلیمرها تولید مى شوند، که به این دسته نانوذرات غیرتولیدى نیز گفته مى شود. امروزه بیشتر نانوذرات تولیدى از اکسیدهاى فلزى، سیلیکون و کربن ساخته مى شوند. بیشتر نانوذرات دارو رسان از چربى ها و ساختارهایى با پایه پلى اتیلن گلیکول ساخته شده اند.
نانوشیمی، یکی از شاخه‌های دانش شیمی است که به بررسی شیمی مواد، در مقیاس ذره‌ای نانومتری می‌پردازد. این دانش در زمینه‌های مختلفی از جمله سوخت، پلیمر، رنگ، ساخت و ساز، پوشاک، دارو، خوراک و به طور کلی هر آنچه که به شیمی و مهندسی شیمی مربوط می‌شود،کاربرد دارد. به طور کلی توجه به کلیه علوم و فناوری‌های موجود در مقیاس نانو و کار و تولید در این مقیاس برای دستیابی به فراورده‌های با کیفیت و کمیت بهتر به عبارتی ارزانتر، محکمتر، سبکتر و کاراتر می‌باشد.
بیوتکنولوژی و مهندسی شیمی
 کلمات کلیدی: بیوتکنولوژی، ارتباط بیوتکنولوژی و مهندسی شیمی، کاربردها، جنبه های مشترک
 صحبت درباره بیوتکنولوژی و شناخت آن به عنوان یک عرصه هر چند جوان اما گسترده علم، نیازمند بحث طولانی و دقیق می باشد که در صورت امکان و در فرصتهای بعد به آن پرداخته خواهد شد. در اینجا صرفاّ با بیان تعاریفی از آن و بحث اجمالی در باره توانایی های آن سعی می شود به نقش مهندسی شیمی در این عرصه و همچنین نقش بیوتکنولوژی به عنوان یکی از زمینه های اصلی مهندسی شیمی در آینده نه چندان دور پرداخته شود و این دو رشته تخصصی در تعامل با یکدیگر مورد بررسی قرارگیرند.
بیو تکنولوژی (Biotechnology) ، یک کلمه مرکب است که از دو کلمهBio و Technology تشکیل شده است. Bio به معنای حیات به کارمی رود.برای Technolgy نیز تعارف گوناگونی وجود دارد از جمله:
« تکنولوژی ، عالیترین دستاورد عینیت و ذهنیت بشری است.»
و یا « تکنولوژی ، تبلور کار انسان در ابزا ر است.»
در جستجوی تعریف بیوتکنولوژی به سادگی می توان به تعارف بالا مراجعه کرده و به صورت خلاصه ترجمه زیر را برای لغت بیوتکنولوژی ارائه داد: « صنایع زیستی »
اما صنایع زیستی به چه معناست و چه کاربردها و چه توانایی هایی دارد؟ به این منظور به چند تعریف گوناگون که برای این عرصه علمی ارائه شده است اشاره می شود:
«بیوتکنولوژی یا صنایع زیستی عبارت از مجوعه فنونی است که با یاری گرفتن از جانداران به ویژه میکروبها و تک سلولها( سلولهای جانوری، گیاهی ، انگلها، باکتریها، قارچهاو مخمرها) محصولات متنوعی در ارتباط با علوم پزشکی ، کشاورزی و صنایع تولید می کند.»
با توجه به اینکه بحث حاضر مربوط به ارتباط بین بیوتکنولوژی و مهندسی شیمی است بیش از این در مورد جزئیات فراوانی که در بیوتکنولوژی می تواند مطرح شود از جمله: چرایی بیوتکنولوژی ، علت توجه روز افزون به آن، علت استفاده از موجودات زنده و مسائل بیشمار دیگر بحث نکرده وبه مساله اصلی پرداخته می شود. بدین منظور ابتدا به صوت اجمالی به کاربردها و ویژگی ها بیوتکنولوژی می پردازیم:
-تولید فرآورده های غذایی
-تولید آنزیم های گوناگون با کاربرد در صنایع غذایی و دارویی
-تولید انرژی
-تولید فرآورده های ویژه دارویی ( آنتی بیوتیکها و پروتئینها) که از طرق عادی امکان تولید آنها میسر نیست.
-تصفیه بیولوژیکی آبهای آلوده و پسابها
-استخراج فلزات و مواد کانی ارزشمند و…
همان طور که مشخص است، بیوتکنولوژی به مانند مهندسی شیمی دارای کاربردهای فراوان و اکثراّ در زمینه هایی مشترک با آن می باشد.
از این طریق می توان به ارتباط موجود بین این دو رشته پی برد. هدف این دو تخصص در نهایت تولید یک فرآورده است. تفاوت در اینجاست که در مهندسی شیمی کلاسیک، موجودات زنده نقشی نداشته و در مهندسی بیوتکنولوژی، این موجودات نقش اساسی دارند. بدین ترتیب می توان بیوتکنولوژی را به عنوان مسیر ارتباطی بین تکنولوژی بدون حیات به تکنولوژی وابسته به حیات معرفی کرد.
«بیوتکنولوژی بکار گیری فرآیندها و تبدیلات بیولوژیکی در مقیاس صنعتی جهت تولید مواد بیوشیمیایی یا تسهیل تولید فرآورده های مختلف می باشد.»
تا اینجا با تعریف بیوتکنولوژی به ارتباط دو رشته تخصصی مهندسی شیمی و بیوتکنولوژی به صورت اجمالی پرداخته شد در قسمت بعد به نقش مهندسی شیمی در بیوتکنولوژی پرداخته می شود.
یک ماده در فرایندهای بیوتکنولوژی نیز به مانند هر فرآورده دیگر مستلزم گذشتن از مراحل گوناگونی می باشد. مانند مرحله پژوهش آزمایشگاهی و تحقیقاتی، تولید یک ماده در آزمایشگاه، تولید نیمه صنعتی یک فرآورده و بررسی فاکتورهای عملیاتی و اقتصادی و درنهایت تولید صنعتی. به غیر از مرحله اول که مربوط به متخصصان علوم زیستی مانند زیست شناسی، میکروب شناسی بیوشیمی و مهندسی ژنتیک است، در قسمتهای بعدی که مربوط به کارهای صنعتی است، نیازمبرم به مهندسی شیمی و تخصص آن احساس می شود. طراحی فرآیندها و دستگاههای لازم در فرآیند بیولوژیکی که توانایی ایجاد شرایط برای تولید بهینه از نظر اقتصادی و کیفی داشته باشد از وظایف اصلی یک مهندس شیمی مسلط به اصول بیوتکنولوژی می باشد. همچنین طراحی فرآیندهایی مانند جداسازی و خالص سازی از وظایف اصلی یک مهندس شیمی می باشد و اینها همه بیانگر نقش اساسی مهندسی شیمی در تولید فرآورده های بیولوژیکی می باشد.
بحث در این مورد به صورت خاص بسیار طولانی و تخصصی می تواند باشد که از حوصله این گفتار خارج است و در فرصتهای بعدی تا حد امکان به آن پرداخته خواهد شد.
در نهایت و به عنوان نتیجه بحث می توان چنین بیان داشت که مهندسی بیوتکنولوژی با توجه به قابلیتهای فراوانی که دارد از جمله پائین بودن هزینه های تولید در آن، عدم ایجاد آلودگی و همچنین امکان ایجاد در نقاط مختلف کره زمین این قابلیت را دارد که بعضی بحرانهای موجود در دنیای امروز را تا حدودی برطرف کند و یا از بین ببرد.
به بيان ديگر اين نوع فناوري چيزهايي را كه در اختيار داريم با خصوصيات جديد در اختيار قرار مي دهد و يا آنها را از مسيرهاي نويني مي سازد. اما گويا صنايع داروسازي از مدت ها قبل به ساخت ذرات ريز مشغول بوده اند. به نظر پروفسورBuckton، طي سخنراني كه در كنفرانس علوم دارويي انگلستان(BPC)
انجام داد ادعا نمود كه فناوري نانو در داروسازي اصطلاح تازه به كار گرفته شده اي براي فناوري توليد ذرات در اندازه ميكروني(particles Micro) است كه از سال ها قبل تهيه و ساخته مي شده اند. پس چه چيزي در اين بين جديد خواهد بود؟ به عقيده مدير اجرايي موسسه فناوري نانو انگليس، دستيابي و ساخت دستگاه هاي آناليز پيشرفته و ابداع روش هاي آناليز نوين سبب مي شود تا ما بتوانيم رفتار مواد را به دقت مورد شناسايي قرار دهيم و از اين رهگذر بتوانيم آنها را با ظرافت خاصي دستكاري كنيم.
کاربرد نانو شیمی در دارو سازی
كاربرد فناوري نانو در پزشكي تاثيرات مهمي دارد. شركت Elan يكي از شركت هايي است كه از فناوري نانو در تغيير ذرات دارويي استفاده مي كند. اين شركت فرايند آسياب كردن كريستال هاي نانو را در اختيار دارد كه اجازه مي دهد بعد از اين پروسس، ذراتي مانند داروي Sirolimns متعلق به شركت Wyeth كه اجبارا مي بايست در فرمولاسيون محلول خوراكي به كار برند، بهبود يافته و آن را بتوانند به فرم قرص ارايه نمايند. يعني با تهيه ذرات نانو فرم محلول اين ماده به فرم جامد تبديل مي شوند. داروي Sirolimns به عنوان يك تضعيف كننده سيستم ايمني همراه ساير فرآورده هاي دارويي در موارد پيوند اعضا مانند پيوند كليه به كار مي رود. اين شركت مدعي است كه با كاهش سايز ذره سرعت انحلال Sirolimns به مقداري كه بتواند به فرم قرص ارايه شود افزايش مي يابد. از نظر تجاري اين نوع فناوري آسياب نمودن فقط مختص داروهاي با حلاليت بسيار ضعيف است، اما به عقيده اين شركت 40 الي 50 درصد فرآورده هاي جديد (NCE) تقريبا در اين رده قرار مي گيرد. فناوري نانو همچنين در زمينه داروهاي پپتيدي كه عمدتا براي محفوظ ماندن از متابوليسم مي بايست به فرم تزريقي تجويز شوند به كمك آمده است و شرايطي را مي تواند فراهم نمايد تا آنها را بتوان از طريق ساير روش هاي داروسازي ونيز مورد پذيرش بيمار تجويز كرد.
شركت Xstal Bio كه با دانشگاه هاي Glasgow Strathelyde همكاري مي كند، توانسته است كريستال هاي نويني بسازد كه با ذرات پروتئيني پوشش داده شده اند. مدير اجرايي شركت Xstal Bio معتقد است كه اغلب شركت ها، براي تهيه ذرات نانو از مسير خرد كردن ذرات بزرگ تر به ذرات كوچك تر استفاده مي كنند، اما آنها فرايندي را در اختيار دارند كه مستقيما ذرات كوچك از آن تهيه مي شود، بدون آنكه احتياج به فرايند زيادتري داشته باشند. اين فرمولاسيون انسولين استنشاقي را انجام مي دهد. بيماران مي توانند به سادگي با اسپري كردن و تنفس آن، پودر خشك انسولين و يا يك پروتئين ديگري را دريافت كنند. براي اينكه اين راه تجويز به طور موثر در اختيار باشد، ذرات محتوي آن بايد آنقدر ريز باشند تا بتوانند در بخش هاي عمقي مجاري تنفسي نفوذ كنند والبته آنقدر ريز هم نباشد تامبادا پس از مصرف از دهان و بيني خارج شوند. بنابر اين شركت Xstal Bio مسير اثباتي خاصي را پشت سر گذرانده است و هم اكنون اين فرآورده در بيماران تحت آزمايش است. فناوري نانو در زمينه تشخيص ساده بيماري ها، تصويربرداري ها و برآوردسريع از كارايي مصرف دارو در افراد نيز كاربردهايي دارد. به طور كلي اين فناوري در توليد اعضاي مصنوعي، كاشت داروها، استفاده از تشخيص هاي فردي در كنترل آزمايش هاي درون تني و تشخيصي و داروسازي نوين كاربرد دارد. درخصوص آخرين مواردي كه اشاره شد، يعني مونيتورينگ تشخيصي و داروسازي، اين فناوري قادر است ريز وسيله داروهايي بسازد تا پس از كاشتن آن در بدن و كمك آن، سطح خوني مواد بيولوژيك درون بدن دائما تحت كنترل باشد و در صورت نياز مقداري دارو آزاد و ارايه شود.
ژن درماني
يكي ديگر از كاربردهاي فناوري نانو در زمينه دارو رساني ژن هاست.
Vector هاي موجود، ويروس هاي اصلاح شده روي سيستم ايمني بدن داراي اثراتي هستند، بنابراين تحقيقات روي ساخت، ذرات نانو كه قابليت حمل ژن ها را داشته باشند از موارد مورد نياز مي باشد. ساير روش هاي آزادسازي و دارو رساني به منظور افزايش تاثير دارو و كاهش اثرات جانبي آنها نيز وجود دارند كه مورد تحقيق مي باشند. به طور مثال كاربرد پوشش هايي كه تحت تابش نور فعال مي شوند براي كاربرد داروهاي خاص در استخوان ها به كار گرفته مي شود از اين موارد هستند. اين نوع داروها عمدتا به علت نوع پوشش دادن آنها، غيرمحلول باقي مي مانند و در استخوان ها جذب مي شوند. اين پوشش ها پس از قرار گرفتن در معرض نور و تابش به فرم محلول درآمده و اجازه مي دهند تا دارو به محل اثر خود رسيده و تاثير نمايد. اين تحقيقات همچنين بر روي ذرات مغناطيسي كه به كمك آن بتوان داروها را به محل اصلي هدايت نمود نيز انجام مي شوند. پوشش ذرات غير نانو با پليمرهايي نظير پلي اتيلن گليكول نيز از مواردي است كه به كمك آن داروها را مي توان به محل اصلي هدايت نمود. اين روش سبب مي شود تا اختصاصات دارو تغيير ننمايد و دارو از متابوليسم در كبد درامان باقي بماند. اين راه دارورساني نيز به زودي در درمان در دسترس قرار خواهد گرفت. علي رغم آنكه امروزه ممكن است فناوري نانو در مقايسه با علوم رايج و كاربردي بيشتر از يك عبارت باب روز جلب توجه نكند، اما اصلا نبايد از توانمندي هاي آتي آن غفلت كرد.
تحليل
مهندسي ذرات و دارو رساني نوين از مهم ترين فصل هاي مشترك دارو رساني با فناوري نانو است، به علت پيشرفت در روندهاي ساخت ذرات و فرمولاسيون هاي دارويي امكان دارو رساني فرآورده هاي جديد كه عمدتا از نوع پپتيدها و پروتئين ها مي باشند امكان پذير شده است. هم راستاي اين پيشرفت ها صنعت ساخت پليمرهاي دارويي امكان تهيه حامل هاي مناسب براي دارو رساني به محل هاي اثر مورد نظر را فراهم كرده است. اميد است با يك بازنگري كلي پيرامون توانمندي هاي موجود در مراكز تحقيقاتي داخلي و امكان سنجي براي انجام پروژه هاي نانو در عرصه دارو رساني بتوان از ظرفيت هاي بالقوه در راستاي كاربردي نمودن فناوري نانو در دارو رساني بهره برداري نمود. متقابلا پژوهشگران نيز مي بايستي با درك مناسب از موقعيت فراهم شده و توجه صنايع دارويي از اين فناوري، خود را به طور علمي و عملي براي ورود در اين عرصه مهيا نمايند و با ارايه دستاوردهاي قابل كاربرد، حفظ اعتمام متقابل سرمايه گذاران و گسترش روز افزون اين رويكرد در بين صنايع دارويي اقدام نمايند.
فصل سوم
تنمتنم
میسل ها و کاربرد آنها در دارورسانی
شرکت در آزمون
برای شرکت در آزمون می بایست وارد سیستم شوید
میسل ها ابزاری هستند که از کشف آنها زمان بسیار درازی می گذرد. ولی امروزه این ساختارهای زیستی نقشی مهمی در سیستمهای دارورسانی نوین پیدا کرده اند. در این جا ما به تعریف میسل، دلایل تشکیل میسل، تعریف سورفاکتانت ها و پلیمرها که عناصر سازنده میسل ها می باشندو اهمیت CMC و عوامل موثر بر روی آن در تشکیل میسل می پردازیم. علاوه بر این، انواع میسلها به خصوص میسلهای پلیمری پرکاربرد، انواع روشهای دارورسانی با این میسلها، و در آخر انواع دارورسانی بوسیله میسلها شرح داده خواهد شد.
1- مقدمه
امروزه علم پزشکی پیشرفتهای شگرفی کرده است تا بدانجا که هر روزه نامها و اصطلاحات نوینی را می شنویم که برای ما جدید و نامأنوس می باشد. از نام یک تکنیک درمانی جدید گرفته تا یک وسیله یا ابزار درمانی نوین. در این جا ما به تشریح یکی از این ابزار در سیستم های دارورسانی نوین می پردازیم بنام میسل. میسل ها ابزاری هستند که به علت اهمیتشان بعنوان حاملهای دارویی در دارورسانی نوین، آشنایی با ساختار و ویژگیها و همچنین کاربردهایشان امری ضروری می نماید. میسل چیست؟ چرا به این نام خوانده میشود؟ در کجا به کار میرود؟ علت اهمیت آنها چیست؟ به چند دسته تقسیم میشود؟ و … سوالاتی است که در این جا ما بدان پاسخ خواهیم داد.
2- تاریخچه
توانایی محلوهای صابونی بعنوان پاک کننده (detergent) برای قرنها مشخص بود. اما فقط در اوایل قرن بیستم بود که اساس چنین محلولهایی بصورت علمی مطالعه گردید. کارهای ابتدایی در این حوزه بوسیلهJames William McBain در دانشگاه بریستول (University of Bristol) انجام گرفت. در اوایل سال 1913 وی وجود یونهای کلوئیدی را فرض نمود تا رسانش خوب الکترولیت محلولهای سدیم پالمیتات را توضیح دهد [1]. این تحرک بالای یونها بطور خود به خود دسته هایی را که بعدها میسل نامیده شدند را تشکیل می داد. کلمه میسل از زیست شناسی قرض گرفته شد و بعدها بوسیله G.S. Hartley در کتاب کلاسیکش Paraffin Chain Salts: A Study in Micelle Formation معروف گشت.
3- تعریف میسل و چگونگی تشکیل آن
در ابتدا باید با مفهوم میسل آشنا شد. میسل تراکم مولکولهای سورفاکتانت انتشار یافته دریک مایع کلوئیدی است که این سورفاکتانتهای یونی یک جاذبه الکترواستاتیک به یونهایی دارند که آنها را در محلول احاطه کرده اند (که بعدها به عنوان یونهای متقابل شناخته شدند). فرایند تشکیل میسل بعنوان میسلاسیون شناخته می شود. شکل 1 نمایی شماتیک از اجتماع سورفاکتانتها به دور خود و تشکیل میسل (میسلاسیون) را نشان می دهد.
شکل 1- نمایی شماتیک از میسلاسیون سورفاکتانتها
در یک میسل معمولی در حلال آبی، ناحیه سر آبدوست عناصر سازنده آن در تماس با حلال اطراف و همزمان نیز ناحیه دم های منفرد آبگریز آن در مرکز میسل تشکیل توده می دهد. میسلها فقط هنگامی که غلظت سورفاکتانت بیشتر از غلظت بحرانی تشکیل میسل (CMC) و دمای سیستم بیشتر از دمای بحرانی میسل(critical micelle temperature) یا دمای کرافت (Krafft temperature) شود تشکیل میشوند که در ادامه بحث مفصل پیرامون آن توضیح داده خواهد شد. تشکیل میسل میتواند با قوانین ترمودینامیک تشریح کرد: میسلها میتوانند بخاطر توازن بین آنتروپی و آنتالپی بطور خود به خودی تشکیل شوند. در آب، اثر آبگریز (Hydrophobic effect) نیرویی برای تشکیل میسل وارد میکند با وجود این حقیقت که تجمع مولکولهای سورفاکتانت دور هم آنتروپی را کاهش میدهد. در غلظتهای خیلی پایین لیپید، فقط مونومرها در محلول حقیقی (true solution) وجود دارند. هنگامیکه غلظت لیپید افزایش می یابد به نقطه ای می رسد که سهم نامطلوب آنتروپی (unfavorable entropy contribution) مشتق شده از انتهای آبگریز مولکول غالب می شود. در این نقطه زنجیره های هیدروکربنی لیپیدها باید از تماس با آب دور شوند. بنابراین لیپیدها شروع به تشکیل میسل می کنند. بطور کلی در بالاتر از مقدار CMC، آنتروپی نهایی اجتماع مولکولهای سورفاکتانت کمتر از آنتروپی نهایی محبوس شدن مونومرهای سورفاکتانت بوسیله مولکولهای آب می باشد. سهم آنتالپی



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید