نانوسيم چيست؟

شايد هنوز ساخت تراشه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي کامپيوتري که براي ايجاد سرعت محاسباتي بالا به جاي جريان الکتريسيته از نور استفاده مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند، تشخيص انواع سرطان و ساير بيماريهاي پيچيده فقط با گرفتن يک قطره خون، بهبود و اصلاح کارت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي هوشمند و نمايشگرهاي LCD ؛ تنها يک رويا برايمان باشد و اين مسائل را غير واقعي جلوه دهد اما محققين آينده قادر خواهند بود تمام اين روياها را به حقيقت تبديل کنند و دنيايي جديد از ارتباطات و تکنولوژي را بواسطه معجزه نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها به ارمغان آورند.
تا کنون با نانوساختارهاي مختلفي از جمله نانولوله‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي کربني، نانوذرات و نانوکامپوزيت آشنا شده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ايد؛ يکي ديگر از نانوساختارهايي که امروزه مطالعات و تحقيقات بسياري را به خود اختصاص داده است نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها است.
عموماً سيم به ساختاري گفته مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود که در يک جهت (جهت طولي) گسترش داده شده باشد و در دو جهت ديگر بسيار محدود شده باشد. يک خصوصيت اساسي از اين ساختارها که داراي دو خروجي مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌باشند رسانايي الکتريکي مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌باشد. با اعمال اختلاف پتانسيل الکتريکي در دو انتهاي اين ساختارها و در امتداد طولي شان انتقال بار الکتريکي اتفاق مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌افتد.
ساخت سيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هايي در ابعاد نانومتري هم از جهت تکنولوژيکي و هم از جهت علمي بسيار مورد علاقه مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌باشد، زيرا در ابعاد نانومتري خواص غير معمولي از خود بروز مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌دهند. نسبت طول به قطر نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها بسيار بالا مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌باشد. ( L>>D ) مثال‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هايي از کاربرد نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها عبارتند از: وسايل مغناطيسي، سنسورهاي شيميايي و بيولوژيکي، نشانگرهاي بيولوژيکي و اتصالات داخلي در نانوالکترونيک مانند اتصال دو قطعه ابر رساناي آلومينيومي که توسط نانوسيم نقره صورت مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گيرد.

انواع نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها:

1. نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي فلزي: اين نانوساختارها به دليل خواص ويژ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اي که دارند نويدبخش کارايي زيادي در قطعات الکترونيکي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند.
توسعه الکترونيک و قدرت يافتن در اين زمينه بستگي به پيشرفت مداوم در کوچک کردن اجزاء الکترونيکي است. با اين حال قوانين مکانيک کوانتومي، محدوديت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ تکنيک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي ساخت و افزايش هزينه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي توليد ما را در کوچکتر کردن تکنولوژي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي مرسوم و متداول محدود خواهد کرد. تحقيق فراوان در مورد تکنولوژي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي جايگزين علاقه فراواني را متمرکز مواد در مقياس نانو در سال‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي اخير کرده است. نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي فلزي بخاطر خصوصيات منحصر به فردشان که منجر به کاربرد گوناگون آنها مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود، يکي از جذاب‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ترين مواد مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌باشند.
نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها ميتوانند در رايانه و ساير دستگاههاي محاسبه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گر کاربرد داشته باشند. براي دستيابي به قطعات الکترونيکي نانومقياس پيچيده، به سيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي نانومقياس نياز داريم. علاوه بر اين، خود نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها هم مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌توانند مبناي اجزاي الکترونيکي همچون حافظه باشند.
2. نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي آلي: اين نوع از نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها، همانطور که از نامشان پيداست، از ترکيبات آلي به‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌دست مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌آيند.
علاوه بر مواد فلزي و نيمه رسانا، ساخت نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها از مواد آلي هم امکان‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پذير است. به تازگي، ماده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اي بنام «اليگوفنيلين وينيلين» براي اين منظور در نظر گرفته شده است.
ويژگي اين سيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها (نظير رسانايي و مقاومت و هدايت گرمايي) به ساختار مونومر و طرز آرايش آن بستگي دارد.
3. نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي هادي و نيمه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هادي: ساختار شيميايي اين ترکيبات باعث بوجود آمدن خواص جالب توجهي ميشود.
آينده نانوتکنولوژي به توانايي محققين در دستيابي به فنون ساماندهي اجزاي مولکولي و دستيابي به ساختارهاي نانومتري بستگي دارد. محققين اکنون توانسته‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند با تقليد از طبيعت به ساماندهي پروتئين‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي حاصل از خمير مايه براي توليد نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي هادي دست يابند. ساماندهي اجزاي زنده در طبيعت، بهترين و قديمي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ترين نمونه ساخت «پائين به بالا» است و لذا مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌توان از آن براي فهم و نيز يافتن روش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هائي براي ساخت ادوات الکترونيکي و ميکرومتري استفاده کرد. تا کنون از فنون ساخت «بالا به پائين» استفاده مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شد که اين فنون در مقياس نانومتري اغلب پر زحمت و هزينه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌بر است و تجاري‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌سازي نانوتکنولوژي به روشهاي آسان و مقرون به صرفه نياز دارد که بهترين الگوي آن هم طبيعت پيرامون ماست؛ فقط کافي است کمي چشمانمان را باز کنيم و با دقت بيشتري اطرافمان را بنگريم.
4. نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي سيليکوني: اين نوع از نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها سمي نيست و به سلولها آسيبي نمي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌رسانند.
اين نوع از نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها بيشترين کاربرد خود را در عرصه پزشکي مانند تشخيص نشانه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي سرطان، رشد سلول‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي بنيادي و ... نشان داده است که در ادامه به آن مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پردازيم.

نمونه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اي از نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي سيليکوني
روشهاي ساخت نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها:

1. تکنيک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي ليتوگرافي
• ليتوگرافي نوري: در اين روش از تغييرات شيميايي در يک ماده سخت شونده در اثر نور استفاده ميشود. از يک سري ماسک‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي نوري براي تعريف مناطق فعال شونده در اثر نور استفاده ميشود. يکي از محدوديت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي اين تکنيک محدوده پراش موج نوري است. طول موج نوري که در حاضر در صنايع استفاده ميشود در حدود nm 248ميباشد ولي با طراحي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي دقيق مالک و به کارگيري بسيار دقيق پليمرهاي سخت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شونده ميتوان به ابعاد کمتر nm 100 هم رسيد.
• ليتوگرافي با اشعه الکتروني: در اين روش عمدتا از يک پليمر سخت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شونده و قرار دادن آن بر يک پايه استفاده ميشود. آنگاه يک اشعه الکتروني با انرژي بالا بر روي سطح تابيده ميشود با تابش اشعه الکتروني طرح مورد نظر شکل داده ميشود. پس از يونيزه شدن ماده و حل شدن پليمر توسط حلال‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي شيميايي طرح مورد نظر براي ساخت نانو سيم حاصل ميشود.
• ليتوگرافي با پراب روش: ليتوگرافي با استفاده از پراب روشيپ براي ساخت نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي زير nm100 بکار ميروند. پراب‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي الکتروني مانند ميکروسکوپ نيروي اتمي(AFM) و يا ميکروسکوپ روش تونلي (STM) از انتخاب‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي اين روش براي ساخت نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها ميباشد.
از مزاياي روشهاي ليتوگرافي انعطاف اين روش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها در الگوسازي براي نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها ميباشد. بعبارت ديگر با اين روشها ميتوان به نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها هر شکل قابل ترسيم را داد.
2. رسوب الکتروشيميايي در حفرات: روشهاي الکتروشيميايي بطور گسترده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اي براي ساخت نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها استفاده ميشود. يک الگوي مناسب بايد حفراتي يکنواخت و بلند داشته باشد، قطر حفرات در اين نوع الگو از چند نانومتر تا nm 20 ميتواند داشته باشد.
فناوري نانو ، نويد کنترل خواص جديدي از مواد را مي دهد که زائيده ابعاد نانو مقياس ذرات است ، همين خواص باعث شد شرکتهاي خصوصي ، دولتها و سرمايه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گذاريهاي خطرپذير جهان در سال 2005 حدود 15ميليارد دلار در اين فناوري سرمايه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گذاري کنند، همچنين براساس پيش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌بيني‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي صورت گرفته بازار کالاهاي توليدي مبتني بر اين فناوري در سال 2015 به رقم 6.2 ميليارد دلار ميرسد. توليد اين محصولات نيازمند نانومواد ،اندازه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گيري و فناوريهاي ساخت است. صنعت الکترونيک در تجاري سازي فناوري نانو پيشگام است. نانوالکترونيک شامل نيمه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هادي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي کمتر از nm 90 ،اشکال جديدي از حافظه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي داراي نيمه هادي ، حافظه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي اطلاعاتي نانوالکترومکانيکي، نمايشگرهاي آلي ، نمايشگرهاي نشر ميداني،نانو لوله‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي کربني، حسگرهاي مختلف و پاره‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اي از ادواتي که اکنون در حال ساخت براي به کارگيري در ابزارآلات الکترونيکي ميشود. طبق برآورد بازار تجهيزات نانوالکترونيک در سال 2005 نزديک 60 ميليارد دلار بوده و به نظر مي رسد تا سال 2010 به 250ميليارد دلار برسد. بازار نانومواد ونانوابزار مورد استفاده در توليد اين تجهيزات 108ميليارد دلار بوده که از اين رقم 10درصد آن مربوط به نانومواد ،ابزارها، تجهيزاتي مانند ليتوگرافي ماورابنفش دور، ليتوگرافي چاپ نانو ،کاتاليستها و نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها است.

کاربردهاي نانوسيم:

کاربرد نانوسيم در تشخيص بيماريها: از نانوسيم هايي که از مواد مورداستفاده در تراشه رايانه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي امروزي مثل سيليکون و نيتريد گاليون ساخته شده است ميتوان براي تشخيص بيماريها استفاده کرد . شايد بپرسيد ابزار رايانه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها چه ارتباطي به تشخيص بيماري و بدن انسان دارد ، بدن انسان نيز همانند يک رايانه بايد حسگرهايي داشته باشد که بتواند در صورت بروز مشکل و خطا و يا وجود مواد سمي به ابزارهاي هشداردهنده خارجي اخطار دهد و درصدد رفع آن برآيد همانند يک رايانه که اگر مسيري اشتباه را در آن اجرا کنيد و يا ويروسي در آن پيدا شود پيغام (ERROR) ميدهد اما اين کار چگونه امکان پذير است؟!
دانشمندان موفق شدند نانوسيمهاي انعطاف‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پذير و طويلي را توليد کنند که طولهاي متغير اين نانوسيمها بين 1 تا nm100 و يا حتي در ميليمتر ميباشد و از لحاظ مقايسه حدود هزار مرتبه باريکتر از موي انسان است. بلندي ، انعطاف‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پذيري و استحکام اين نانوسيمها خصوصيات ويژه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اي را به آن مي بخشد . به عنوان مثال نازک بودن وطويل بودن باعث افزايش سطح آن ميشود . لذا از اين ساختارها مي توان در طراحي حسگرهاي بسيار سريع و حساس استفاده کرد. اين نانوسيم ها توانايي توليد اشعه ماوراي بنفش نامرئي را دارد ، نور از يک انتها وارد نانوسيم شده و از انتهاي ديگر شروع به تابيدن ميکند. نانوسيمها بدون هيچ اتلافي اين نور را به طور موثري عبور ميدهد. و در مسير خود اگر به يک عامل بيماري‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌زا يا ماده سمي برخورد کند نانوسيم شروع به تابيدن ميکند و سيستم هشدار دهنده بسيار سريعي را ايجاد ميکند و اين ميتواند بيماري را زودتر وسريعتر از هر آزمايشي تشخيص دهد.
استفاده از نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها در رگ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي خوني براي تحريک اعصاب مغزي: هميشه انتقال فرستنده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي کوچک به درون رگ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها و هدايت آنها بطرف محل‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي موردنظر را در فيلم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي تخيلي ديده بوديم اما هيچ باور نمي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کرديم که روزي اين را در واقعيت ببينيم.!

محققين توانسته‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هايي از جنس پلاتين که ضخامت آن 100 برابر نازکتر و ظريفتر از موي انسان است را ابداع کنند. آنها اين نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها را به داخل رگ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي خوني مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌فرستند و توسط دوربين کوچکي آنها را بطرف اعصاب مغزي هدايت مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند. اين روش براي کمک به يافتن علل مختلف و پيدايش بيماري‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هاي عصبي از جمله پارکينسون بسيار مفيد است. در گذشته براي يافتن علل مختلف پيدايش بيماريهاي قلبي و عصبي، بدن را در هر نقطه مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شکافتند تا علت بيماري را بيابند، اما امروزه با گسترش فن‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌آوري نانوتکنولوژي هر وسيله‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اي را مي‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌توان بصورت ظريف، نازک و حساس، اختراع و ابداع کرد و حتي آن را به درون ظريف‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ترين رگ نيز فرستاد.
تنها مشکلي که محققان را کمي دچار سردرگمي کرده است تعدد رگهاي خوني و سيستم گردش خون و عصب هاي فراوان در محدوده مغز است که فرستادن اين نانوسيم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها را کمي دشوار کرده است اما محققين درصدد يافتن راهي براي حل آن وساختن نانوسيمهاي دقيق‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌تر هستند.
استفاده از نانوسيمهاي سيليکوني براي هدفمند کردن رشد سلولهاي بنيادين : توليد و رشد بافتها و سلولهاي مورد نياز براي بيماران نيازمند اهدافي است که دانشمندان در عرصه پزشکي همواره به دنبال آن هستند، از جمله ابزاري که ميتواند اين هدف را تحقق بخشد نانوسيم هاي سيليکوني است. نانوسيم ها همچون تختي از ميخها هستند که به صف شده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند و قابليت تغيير شکل و رشد را دارند ، براي اين منظور از طيفي وسيعي از تحريکات مکانيکي و شيميايي بعنوان فاکتور رشد استفاده مي کنند اما به تازگي توانسته‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند از محرکهاي الکتريسيته نيز استفاده کنند و اميدوارند که استفاده از پالسهاي الکتريکي در سلولها با استفاده از آرايه رساناي نانوسيمها در آينده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اي نزديک بعنوان شيوه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اي ارزشمند براي تحت تاثير قرار دادن سلولهاي بنيادين بکار روند.
منبع:WWW.nanoclub.ir
/خ