نانوتکنولوژي به عنوان يک فناوري قدرتمند، توانايي ايجاد تحول در سيستم کشاورزي و صنايع غذايي آمريکا و سر تاسر دنيا را دارد. نمونه هايي از کاربردها و پتانسيلهاي بالقوه نانوتکنولوژي در کشاورزي و صنايع غذايي، شامل سيستم هاي جديد آزاد کننده دارو براي درمان بيماريها، ابزارهاي جديد بيولوژي سلولي و مولکولي، امنيت زيستي و تضمين سلامتي محصولات کشاورزي و غذايي و توليد مواد جديد مورد استفاده براي شناسايي عوامل بيماريزا و حمايت از محيط زيست مي باشد.
تحقيقات اخير، امکان استفاده از نانوشلها و نانوتيوپها را در سيستمهاي جانوري براي تخريب سلولهاي هدف، به روشني ثابت نموده است. امروزه از نانوپارتيکل ها که اجرام بسيار کوچکتر از حد ميکرون هستند، براي رها سازي داروها و يا ژنها به داخل سلولها استفاده مي کنند و مورد انتظار است که اين تکنولوژيها در 10 الي 15 سال آتي مورد بهره برداري کامل قرار گيرد. با روند رو به رشد تحقيقات اخير، اين پيش بيني منطقي است که در دهه آينده، صنعت نانوتکنولوژي با توسعه بي نظير خود، منجر به ايجاد انقلاب عظيم در بخش پزشکي و بهداشت و همچنين توليدات دارويي دام و آبزيان گردد.
تصور امکان تزريق نانوپارتيکها به دامها و فعال شدن تدريجي ماده موثر همراه با اين نانوذرات در بدن حيوان براي از بين بردن و تخريب سلولهاي سرطاني ، افق تحقيقاتي جديدي را به روي محققان بازکرده است.

? مقدمه:
 

نانوتکنولوژي به عنوان يک فناوري قدرتمند نوين، توانايي ايجاد انقلاب و تحولات عظيم را در سيستم تامين مواد غذايي و کشاورزي ايالت متحده آمريکا و در گستره جهاني دارد. نانوتکنولوژي قادر است که ابزارهاي جديدي را براي استفاده در بيولوژي مولکولي و سلولي و همچنين توليد مواد جديدي، براي شناسايي اجرام بيماري زا معرفي نمايد و بنابراين چندين ديدگاه مختلف در نانوتکنولوژي وجود دارد که مي تواند در علوم کشاورزي و صنايع غذايي، کاربرد داشته باشد.
به عنوان مثال امنيت زيستي توليدات کشاورزي و مواد غذايي، سيستمهاي آزاد کننده دارو بر عليه بيماريهاي شايع، حفظ سلامتي و حمايت از محيط زيست از جمله کاربردهاي اين علم مي باشد.

? علم نانوتکنولوژي چيست؟
 

انجمن ملي نوبنياد نانوتکنولوژي که يک نهاد دولتي در کشور امريکا مي باشد ، واژه نانوتکنولوژي را چنين توصيف مي کند:
تحقيق و توسعه هدفمند، براي درک و دستکاري و اندازه گيريها مورد نياز در سطح موادي با ابعاد در حد اتم ، مولکول و سوپرمولکولها را نانوتکنولوژي مي گويند. اين مفهوم با واحدهايي از يک تا صد نانومتر، همبستگي دارد. دراين مقياس خصوصيات فيزيکي، بيولوژيکي و شيميايي مواد تفاوت اساسي با يکديگر دارند و غالبا اعمال غير قابل انتظار از آنها مشاهده مي شود. در سيستم کشاورزي امروزي، اگردامي مبتلا به يک بيماري خاص شود، مي توان چند روز و حتي چند هفته يا چند ماه قبل علائم نامحسوس بيماري را شناسايي کنند و قبل از انتشار و مرگ و مير کل گله، دامدار را براي اخذ تصميمات مديريتي و پيشگيري کننده آگاه کند و بنابراين مي توان نسبت به مقابله با آن بيماري اقدام نمايد.
نانوتکنولوژي به موضوعاتي در مقياس هم اندازه با ويروسها و ساير عوامل بيماري زا مي پردازد و بنابراين پتانسيل بالايي را براي شناسايي و ريشه کني عوامل بيماري زا دارد. نانوتکنولوژي امکان استفاده از سيستمهاي آزاد کننده داروئي را که بتواند به طور طولاني مدت فعال باقي بماند، فراهم مي کند.
به عنوان مثال استفاده از سيستمهاي آزاد کننده دارو ، مي توان به ايمپلنتهاي ابداع شده مينياتوري در حيوان اشاره کرد که نمونه هاي بزاقي را به طور مستمر کنترل مي کنند و قبل از بروز علائم باليني و تب ، از طريق سيستمهاي هشدار دهنده وسنسورهاي ويژه، مي تواند احتمال وقوع بيماري را مشخص و سيستم خاص ازاد کننده دارو معيني را براي درمان موثر توصيه کنند. طراحي سيستمهاي آزاد کننده مواد دارويي ، يک آرزوي و روياي هميشگي محققان براي سيستمهاي رها کننده داروها، مواد مغذي و پروبيوتيکها بوده و مي باشد.
نانوتکنولوژي به عنوان يک فناوري قدرتمند به ما اجازه مي دهد که نگرشي در سطح مولکولي و اتمي داشته و قادر باشيم که ساختارهايي در ابعاد نانومتر را بيافرينيم.
براي تعيين و شناسايي بسيار جزئي آلودگيهاي شيميايي ، ويروسي يا باکتريايي در کشاورزي و صنايع غذايي معمولا از روشهاي بيولوژيکي، فيزيکي و شيميايي استفاده مي گيرد. در روشهاي اخير نانوتکنولوژي براي استفاده توام اين روشها، يک سنسور در مقياس نانو طراحي کرده اند در اين سيستم جديد، مواد حاصل از متابوليسم و رشد باکتريها با اين سنسورها تعيين مي گردد.
سطوح انتخابي بيولوژيکي، محيطي هايي هستند که عمده واکنشهاي و فعل و انفعالات بيولوژيکي و شيميايي در آن محيط انجام مي شود.
چنين سطوحي همچنين توانايي افزايش يا کاهش قدرت اتصال ارگانيزمها و ملکولهاي ويژه را دارد. از جنبه هاي کاريردي استفاده از اين سطوح، طراحي سنسورها، کاتاليستها، و توانايي جداسازي يا خالص سازي مخلوطهاي بيومولکولها مي باشد. نانومولکولها موادي هستند که اخيرا از طريق نانوتکنولوژي به دست آمده اند و يا در طبيعت موجودند و بوسيله اين ساختارها، امکان دستکاريهاي درسطح نانو و تنظيم و کاتاليز واکنشهاي شيميايي وجود دارد. نانو مواد از اجزاي با سايز بسيار ريز تشکيل شده اند و اجزا تشکيل دهنده چنين ساختارهايي بر خواص مواد حاصل در سطح ماکرو تاثير مي گذارد.
ساختارهاي کروي توخالي (buckey balls ) که با نام ديگر فلورن هم شناخته شده اند، مجموعه از اتمهاي کربن متحدالشکل به صورت کروي هستند که در چنين ساختاري هر اتم کربن به سه اتم کربن مجاورش متصل شده. دانشمندان اکنون به خوبي مي دانند که چگونه يک چنين ساختاري را به وجود آورند و کاربردهاي بيولوژيکي آن امروزه کاملا شناخته شده است. از جمله کاربردهاي چنين ساختارهايي براي رها سازي دارو يا مواد راديواکتيو در محلهاي مبتلا به عوامل بيماريزا مي باشد.
ايده استفاده از60 اتم کربن به جاي 80 اتم، ساختارهاي توخالي را براي آزاد سازي دارو فراهم مي کند. هدف از اين کار در نهايت رسيدن به گروهاي قابل انحلال پپتيدها در آب مي باشد که نتيجتا اين مولکولها به جريان خون راه پيدا مي کنند. نانوتيوپها ساختارهاي توخالي ديگري هستند که از دو طرف باز شده اند و گروه هاي اتمي ديگري به آنها اضافه شده اند و يک ساختار شش گوشه را تشکيل مي دهند. نانوتيوپها مي توانند به عنوان يک ورقه گرافيت در نظر گرفته شوند که به دور يک لوله پيچيده شده اند.
کاربرد پلي مرهاي سنتزي در داروسازي پيشرفتهاي چشمگيري داشته است. سبکي، نداشتن آثار جانبي و امکان شکل دهي پلي مرها، کاربرد آنها را در زمينه پزشکي و دامپزشکي افزايش داده است. در روشهاي دارورساني مدرن، فرآورده شکل دارويي موثر خود را با يک روند مشخص شده قبلي براي مدت زمان معلوم بطور سيستماتيک به عضو هدف آزاد مي کند. پليمرها نه تنها به عنوان منابع ذخيره دارو و غشا و ماتريکس هاي نگهدارنده عمل مي کنند بلکه مي توانند سرعت انحلال آزاد سازي و تعادل دفع و جذب آزاد را در بدن کنترل کنند.
دندريمر(پلي مر) يک طبقه جديد از مولکولهاي سه بعدي مصنوعي هستند که از مسير و راه نانوسنتزي به دست آمده اند که اين دندريمرها از تواليها و شاخه اي تکراري حاصل آمده اند. ساختار چنين ترکبيباتي از يک درجه بالاي تقارن برخوردار است.
نقاط کوانتومي، کريستالهايي در مقياس نانومتري هستند که اساسا در اواسط 1980 براي کاربردهاي اپتوالکترونيک به کاربرده شدند. آنها در طي سنتز شيميايي در مقياس نانو ايجاد مي شوند و از صدها يا هزاران اتم در نهايت يک ماده نيمه هادي معدني تشکيل شده اند که اين ماده به اتمها خاصيت فلورنس مي دهد. وقتي يک نقطه کوانتومي با يک پرتو نور برانگيخته مي شود آنها دوباره نور را منتشر مي کنند. ميزان يک طيف نشري متقارن باريک مستقيم به اندازه کريستال بستگي دارد.
اين بدان معني است که اجرام کوانتومي مي توانند به خوبي براي انتشار نور در طول موجهاي مختلف طراحي شوند. نانوشلها يک نوع جديد از نانوذرات که از هسته دي الکتريک مانند سيليکا تشکيل شده اند که با يک لايه فلزي فوق العاده نازک(به عنوان مثال طلا) پوشش داده شده اند. نانوشلهاي طلا، داراي خواص فيزيکي مشابه به آنهايي هستند که از کلوئيدها طلا ساخته شده اند. پاسخهاي نوري نانوشلهاي طلا به طور قابل توجهي به اندازه نسبي هسته نانوذرات و ضخامت لايه طلا بستگي دارد.
دانشمندان قادرند نانوشلهايي را بسازند که ملکولهاي آنتي ژنها بر روي آنها سوار شوند و در مجموع سلولهاي سرطاني و تومورهاي موجود را تحت تاثير قرار دهند. اين ويژگي مخصوصا در رابط با نانوشلها مي باشد که اين ساختارها قادرند فقط تومورهاي موجود را تحت تاثير قرار دهند و سلولهاي مجاور تومور دست نخورده باقي مي ماند. از طريق حرارتي که به طور انتخابي در سلولهاي توموري ايجاد مي کند منجر به از بين بردن اين سلولها مي شود.

? کاربردهاي نانوتکنولوژي در علوم دامي
 

سلامتي دامهاي اهلي از جمله مسائلي است که با اقتصاد دامداريها در ارتباط مي باشد. يک دامپزشک مي نويسد که علم نانوتکنولوژي توانايي و پتانسيل بالقوه اي بر روي رهيافتهاي آتي دامپزشکي و درمان دامهاي اهلي خواهد داشت . تامين اقلام غذايي براي دامهاي اهلي همواره با افزايش هزينه و نياز به مراقبتهاي خاص دامپزشکي و تجويز دارو و واکسن همراه بوده است و نانوتکنولوژي توانايي ارائه راهکارهاي مناسب براي حل اين معضلات را دارد.

? سيستمهاي سنتيتيک آزاد کننده مواد داروئي
 

امروزه مصرف آنتي بيوتيکها، واکسنها، پروبيوتيکها و عمده داروها از طريق وارد کردن آنها از راه غذا يا آب دامها و يا از راه تزريق عضلاني صورت مي گيرد. رها سازي يک مرحله اي دارو در برابر يک ميکروارگانيزم علارغم تاثيرات درماني و اثرات بازدارنده پيشرفت يک بيماري معمولا با بازگشت مجدد علائم بيماري وتخفيف اثرات دارويي مصرفي همراه است. روشهاي موجود در سطح نانو، قابليت تشخيص و درمان عفونت،اختلالات تغذيه اي و متابوليکي را دارا مي باشد. سيستمهاي سنتتيک رها سازي دارو مي تواند خواص چند جانبه براي حذف موانع بيولوژيکي در افزايش بازده درماني داروي مورد استفاده و رسيدن آن به بافت هدف داشته باشد که از جمله اين خواص مي توان به موارد ذيل اشاره کرد.
1) تنظيم زماني مناسب براي آزاد سازي دارو
2) قابليت خود تنظيمي
3) توانايي برنامه ريزي قبلي
بنابراين در آينده نزديک پيشرفتهاي بيشتر تکنولوژي امکانات زير را فراهم مي کند:
- توسعه سيستمهاي سنتيتيک رها سازي داروها،پروبيوتيکها، مواد مغذي
- افزايش سرعت شناسايي علائم بيماري و کاربرد روشهاي درماني سريع
- توسعه سيستمهاي رها سازي اسيدهاي نوکلئيک و مولکولهاي DNA
- کاربرد نانومولکولها در توليد واکسنهاي دامي

? تشخيص بيماري و درمان دامها
 

تصور امکان تزريق نانوپارتيکها به دامها و فعال شدن تدريجي ماده موثر همراه با اين نانوذرات در بدن حيوان براي از بين بردن و تخريب سلولهاي سرطاني، افق تحقيقاتي جديدي را به روي محققان بازکرده است. محققان دانشگاه رايس مراحل مقدماتي کاربرد نانوشلها را براي تزريق به جريان خون ارزيابي کردند.
اين ذرات نانو به گيرنده هاي غشاسلولهاي سرطاني متصل مي شوند و با ايجاد امواج مادون قرمز باعث بالا رفتن دماي سلولهاي مذکور به 55 درجه و ترکيدن و از بين رفتن تومورهاي موجود مي گردند. همچنين نانوپارتيکهايي که از اکسيدهاي آهن ساخته مي شوند، با ايجاد امواج مگنتيک در محل استقرار سلولهاي سرطاني باعث از بين بردن اين سلولها مي شوند. يکي از اساسي ترين محورهاي تحقيقاتي کنوني، توسعه سيستمهاي رها سازي DNA غيرزنده، با بازدهي مناسب و با حداقل هزينه و عوارض جانبي و سمي مي باشد، که در ژن درماني مورد استفاده قرار مي گيرند.

? اصلاح نژاد دام
 

مديريت تلاقي و زمان مناسب جفتگيري دامها، از جمله مواردي است که در مزارع پرورش گاوشيرده به هزينه و زمان طولاني نياز دارد. از راهکارهايي که اخير مورد استفاده قرار گرفته است، استفاده از نانوتيوپها خاص در داخل پوست مي باشد که زمان واقعي پيک هورمون استروژن و وقوع فحلي را دار دامها نشان مي دهد و لذا با علائمي که سنسورهاي موجود به دستگاه مونيتور مي فرستد، زمان دقيق و واقعي تلقيح را به دامدار نشان مي دهد.
ترجمه و گرد آوري : آرش جوانمرد، مژگان حاج اللهوردي پور، نادر اسدزاده
منبع: http://www.biotech.blogsky.com/1388/11/10/post-81/
پايگاه مقالات علمي پژوهشسراي دانش آموزي شهرستان مراغه
ارسال مقاله توسط كاربر محترم سايت : farabi01