–146

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
TOC o “1-3” h z u فصل اول PAGEREF _Toc395003708 h 1مقدمه PAGEREF _Toc395003709 h 2تاریخچه فناوری نانو PAGEREF _Toc395003710 h 2تعریف استاندارد PAGEREF _Toc395003711 h 5فناوری نانو چیست؟ PAGEREF _Toc395003712 h 6فصل دوم PAGEREF _Toc395003713 h 9ساختار و مفاهیم کلی نانو تکنولوژی PAGEREF _Toc395003714 h 10کاربرد فناوری نانو PAGEREF _Toc395003715 h 15مضرات نانو PAGEREF _Toc395003716 h 17بیوتکنولوژی و مهندسی شیمی PAGEREF _Toc395003717 h 19کاربرد نانو شیمی در دارو سازی PAGEREF _Toc395003718 h 22ژن درمانی PAGEREF _Toc395003719 h 24تحلیل PAGEREF _Toc395003720 h 25فصل سوم PAGEREF _Toc395003721 h 26میسل ها و کاربرد آنها در دارورسانی PAGEREF _Toc395003722 h 271- مقدمه PAGEREF _Toc395003723 h 272- تاریخچه PAGEREF _Toc395003724 h 283- تعریف میسل و چگونگی تشکیل آن PAGEREF _Toc395003725 h 284- سورفاکتانت PAGEREF _Toc395003726 h 305- غلظت بحرانی تشکیل میسل (CMC) PAGEREF _Toc395003727 h 316-  حلال پوشی PAGEREF _Toc395003728 h 36بحث و نتیجه گیری PAGEREF _Toc395003729 h 37فصل چهارم PAGEREF _Toc395003730 h 38نانو ذرات مغناطیسی در دارو رسانی هدفمند PAGEREF _Toc395003731 h 39۲- ذرات مغناطیسی PAGEREF _Toc395003732 h 422-1- ذرات تک دامنه (دمین) PAGEREF _Toc395003733 h 432-2-سوپر پارا مغناطیسی PAGEREF _Toc395003734 h 432-4- فروفلوئید(سیال مغناطیسی) PAGEREF _Toc395003735 h 453- ویژگی های نانوذرات مغناطیسی برای مصارف پزشکی PAGEREF _Toc395003736 h 454- مزایای نانوذرات مغناطیسی برای مصارف پزشکی PAGEREF _Toc395003737 h 461-4- اندازه PAGEREF _Toc395003738 h 464-3-واکنش رزونانسی به تغییرات میدان PAGEREF _Toc395003739 h 485-مشخصات ذرات مغناطیسی در کاربردهای پزشکی PAGEREF _Toc395003740 h 485-1-2-ذرات بر پایه کبالت PAGEREF _Toc395003741 h 495-1-3-ذرات مغناطیسی بر پایه آهن PAGEREF _Toc395003742 h 495-2-شکل ذرات PAGEREF _Toc395003743 h 49بحث و نتیجه گیری PAGEREF _Toc395003744 h 51نانو ذرات مغناطیسی در دارو رسانی هدفمند PAGEREF _Toc395003745 h 52مقدمه PAGEREF _Toc395003746 h 526-پارامترهای موثر در طراحی نانوذره مغناطیسی PAGEREF _Toc395003747 h 537- پوشش دار کردن نانوذرات مغناطیسی PAGEREF _Toc395003748 h 563-2-7- پوشش SiO2 PAGEREF _Toc395003749 h 588- مراحل فعالیت حامل های مغناطیسی PAGEREF _Toc395003750 h 582-8- ورود به بدن ونزدیک کردن به بافت PAGEREF _Toc395003751 h 602-3-8-هدف یابی فعال PAGEREF _Toc395003752 h 633-3-8-طراحی نانو ذرات برای هدف یابی فعال PAGEREF _Toc395003753 h 642-3-3-8-اندازه ذره PAGEREF _Toc395003754 h 653-3-3-8-شکل نانوذره PAGEREF _Toc395003755 h 65بحث و نتیجه گیری PAGEREF _Toc395003756 h 65منابع 67
فصل اول
مقدمهفناوری نانو یکی از آخرین دستاوردهای علمی است. طبق بررسی های شورای پژوهش های اجتماعی _ اقتصادی انگلستان، فناوری نانو از جمله موارد رو به گسترش و مورد توجه اجتماعی _ اقتصادی است. بحث هایی کم و بیش در زمینه کاربرد این نوع فناوری چه منتقدانه و یا طرفدارانه وجود دارد. بیشترین اشکالی که منتقدان در این زمینه وارد می کنند، ترس از انباشته شدن کره زمین از وجود موادی است که ممکن است این فناوری در پی داشته باشد و به نوعی خطرناک باشد. اما نقطه نظر طرفداران سرسخت این نوع فناوری بیشتر متوجه تاثیر مثبت آن در ارتقای زندگی، تولیدات جدید و توسعه گرانه و تولید محصولات ارزان تر است.
تاریخچه فناوری نانودر 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.
فناوری نانو چیست؟
به طور کلی این فناوری عبارت از کاربرد ذرات در ابعاد نانو است. یک نانومتر، یک میلیاردم متر است. از دو مسیر به این ابعاد می توان دسترسی پیدا کرد. یک مسیر دسترسی از بالا به پایین و دیگری طراحی و ساخت از پایین به بالا است. در نوع اول، ساختارهای نانو با کمک ابزار و تجهیزات دقیق از خرد کردن ذرات بزرگ تر حاصل می شوند. در طراحی و ساخت از پایین به بالا که عموما آن را فناوری مولکولی نیز می نامند، تولید ساختارها، اتم به اتم و یا مولکول به مولکول تولید و صورت می گیرند. به عقیده مدیر اجرایی موسسه نانوتکنولوژی انگلستان، فناوری نانو ادامه و گسترش روند مینیاتوریزه کردن است و به این طریق تولید مواد، تجهیزات و سامانه هایی با ابعاد نانو انجام می شود. درحقیقت فناوری نانو به ما امکان ساخت طراحی موادی را می دهند که کاملا دارای خواص و اختصاصات جدید 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 دومساختار و مفاهیم کلی نانو تکنولوژییکی 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 نانوفناوری 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 نانوهر 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 بیان دیگر این نوع فناوری چیزهایی را که در اختیار داریم با خصوصیات جدید در اختیار قرار می دهد و یا آنها را از مسیرهای نوینی می سازد. اما گویا صنایع داروسازی از مدت ها قبل به ساخت ذرات ریز مشغول بوده اند. به نظر پروفسورBuckton، طی سخنرانی که در کنفرانس علوم دارویی انگلستان(BPC)
انجام داد ادعا نمود که فناوری نانو در داروسازی اصطلاح تازه به کار گرفته شده ای برای فناوری تولید ذرات در اندازه میکرونی(particles Micro) است که از سال ها قبل تهیه و ساخته می شده اند. پس چه چیزی در این بین جدید خواهد بود؟ به عقیده مدیر اجرایی موسسه فناوری نانو انگلیس، دستیابی و ساخت دستگاه های آنالیز پیشرفته و ابداع روش های آنالیز نوین سبب می شود تا ما بتوانیم رفتار مواد را به دقت مورد شناسایی قرار دهیم و از این رهگذر بتوانیم آنها را با ظرافت خاصی دستکاری کنیم.
کاربرد نانو شیمی در دارو سازی
کاربرد فناوری نانو در پزشکی تاثیرات مهمی دارد. شرکت Elan یکی از شرکت هایی است که از فناوری نانو در تغییر ذرات دارویی استفاده می کند. این شرکت فرایند آسیاب کردن کریستال های نانو را در اختیار دارد که اجازه می دهد بعد از این پروسس، ذراتی مانند داروی Sirolimns متعلق به شرکت Wyeth که اجبارا می بایست در فرمولاسیون محلول خوراکی به کار برند، بهبود یافته و آن را بتوانند به فرم قرص ارایه نمایند. یعنی با تهیه ذرات نانو فرم محلول این ماده به فرم جامد تبدیل می شوند. داروی Sirolimns به عنوان یک تضعیف کننده سیستم ایمنی همراه سایر فرآورده های دارویی در موارد پیوند اعضا مانند پیوند کلیه به کار می رود. این شرکت مدعی است که با کاهش سایز ذره سرعت انحلال Sirolimns به مقداری که بتواند به فرم قرص ارایه شود افزایش می یابد. از نظر تجاری این نوع فناوری آسیاب نمودن فقط مختص داروهای با حلالیت بسیار ضعیف است، اما به عقیده این شرکت 40 الی 50 درصد فرآورده های جدید (NCE) تقریبا در این رده قرار می گیرد. فناوری نانو همچنین در زمینه داروهای پپتیدی که عمدتا برای محفوظ ماندن از متابولیسم می بایست به فرم تزریقی تجویز شوند به کمک آمده است و شرایطی را می تواند فراهم نماید تا آنها را بتوان از طریق سایر روش های داروسازی ونیز مورد پذیرش بیمار تجویز کرد.
شرکت Xstal Bio که با دانشگاه های Glasgow Strathelyde همکاری می کند، توانسته است کریستال های نوینی بسازد که با ذرات پروتئینی پوشش داده شده اند. مدیر اجرایی شرکت Xstal Bio معتقد است که اغلب شرکت ها، برای تهیه ذرات نانو از مسیر خرد کردن ذرات بزرگ تر به ذرات کوچک تر استفاده می کنند، اما آنها فرایندی را در اختیار دارند که مستقیما ذرات کوچک از آن تهیه می شود، بدون آنکه احتیاج به فرایند زیادتری داشته باشند. این فرمولاسیون انسولین استنشاقی را انجام می دهد. بیماران می توانند به سادگی با اسپری کردن و تنفس آن، پودر خشک انسولین و یا یک پروتئین دیگری را دریافت کنند. برای اینکه این راه تجویز به طور موثر در اختیار باشد، ذرات محتوی آن باید آنقدر ریز باشند تا بتوانند در بخش های عمقی مجاری تنفسی نفوذ کنند والبته آنقدر ریز هم نباشد تامبادا پس از مصرف از دهان و بینی خارج شوند. بنابر این شرکت Xstal Bio مسیر اثباتی خاصی را پشت سر گذرانده است و هم اکنون این فرآورده در بیماران تحت آزمایش است. فناوری نانو در زمینه تشخیص ساده بیماری ها، تصویربرداری ها و برآوردسریع از کارایی مصرف دارو در افراد نیز کاربردهایی دارد. به طور کلی این فناوری در تولید اعضای مصنوعی، کاشت داروها، استفاده از تشخیص های فردی در کنترل آزمایش های درون تنی و تشخیصی و داروسازی نوین کاربرد دارد. درخصوص آخرین مواردی که اشاره شد، یعنی مونیتورینگ تشخیصی و داروسازی، این فناوری قادر است ریز وسیله داروهایی بسازد تا پس از کاشتن آن در بدن و کمک آن، سطح خونی مواد بیولوژیک درون بدن دائما تحت کنترل باشد و در صورت نیاز مقداری دارو آزاد و ارایه شود.
ژن درمانی
یکی دیگر از کاربردهای فناوری نانو در زمینه دارو رسانی ژن هاست.
Vector های موجود، ویروس های اصلاح شده روی سیستم ایمنی بدن دارای اثراتی هستند، بنابراین تحقیقات روی ساخت، ذرات نانو که قابلیت حمل ژن ها را داشته باشند از موارد مورد نیاز می باشد. سایر روش های آزادسازی و دارو رسانی به منظور افزایش تاثیر دارو و کاهش اثرات جانبی آنها نیز وجود دارند که مورد تحقیق می باشند. به طور مثال کاربرد پوشش هایی که تحت تابش نور فعال می شوند برای کاربرد داروهای خاص در استخوان ها به کار گرفته می شود از این موارد هستند. این نوع داروها عمدتا به علت نوع پوشش دادن آنها، غیرمحلول باقی می مانند و در استخوان ها جذب می شوند. این پوشش ها پس از قرار گرفتن در معرض نور و تابش به فرم محلول درآمده و اجازه می دهند تا دارو به محل اثر خود رسیده و تاثیر نماید. این تحقیقات همچنین بر روی ذرات مغناطیسی که به کمک آن بتوان داروها را به محل اصلی هدایت نمود نیز انجام می شوند. پوشش ذرات غیر نانو با پلیمرهایی نظیر پلی اتیلن گلیکول نیز از مواردی است که به کمک آن داروها را می توان به محل اصلی هدایت نمود. این روش سبب می شود تا اختصاصات دارو تغییر ننماید و دارو از متابولیسم در کبد درامان باقی بماند. این راه دارورسانی نیز به زودی در درمان در دسترس قرار خواهد گرفت. علی رغم آنکه امروزه ممکن است فناوری نانو در مقایسه با علوم رایج و کاربردی بیشتر از یک عبارت باب روز جلب توجه نکند، اما اصلا نباید از توانمندی های آتی آن غفلت کرد.
تحلیل
مهندسی ذرات و دارو رسانی نوین از مهم ترین فصل های مشترک دارو رسانی با فناوری نانو است، به علت پیشرفت در روندهای ساخت ذرات و فرمولاسیون های دارویی امکان دارو رسانی فرآورده های جدید که عمدتا از نوع پپتیدها و پروتئین ها می باشند امکان پذیر شده است. هم راستای این پیشرفت ها صنعت ساخت پلیمرهای دارویی امکان تهیه حامل های مناسب برای دارو رسانی به محل های اثر مورد نظر را فراهم کرده است. امید است با یک بازنگری کلی پیرامون توانمندی های موجود در مراکز تحقیقاتی داخلی و امکان سنجی برای انجام پروژه های نانو در عرصه دارو رسانی بتوان از ظرفیت های بالقوه در راستای کاربردی نمودن فناوری نانو در دارو رسانی بهره برداری نمود. متقابلا پژوهشگران نیز می بایستی با درک مناسب از موقعیت فراهم شده و توجه صنایع دارویی از این فناوری، خود را به طور علمی و عملی برای ورود در این عرصه مهیا نمایند و با ارایه دستاوردهای قابل کاربرد، حفظ اعتمام متقابل سرمایه گذاران و گسترش روز افزون این رویکرد در بین صنایع دارویی اقدام نمایند.
فصل سومتنمتنم
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- مقدمهامروزه 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- تاریخچهتوانایی 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 آندر 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 –perature) یا دمای کرافت (Krafft –perature) 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 نیز مهم است، مانند تعامل الکترواستاتیک که بین بخشهای باردار سورفاکتانتها اتفاق می افتد [3]. در کل برای انجام شدن خود به خودی یک واکنش باید آنتالپی نهایی مثبت وآنتروپی منفی باشد. در بخش بعد با عبارت سورفاکتانت آشنا میشویم تا درک بهتری از این مولکولهای سازنده میسل ها بدست بیاوریم.
4- سورفاکتانتمفهوم عبارت سوفاکتانت چیست؟ عبارت سورفکتانت ترکیبی از عبارت (( عوامل فعال سطحی )) میباشد [5]. معمولاً ترکیبات آلی هستند که دوگانه دوست (آمفی فیلیک) می باشند، بدین معنا که آنها هم دارای گروه آبگریز (دم آنها) و هم گروه آبدوست (سر آنها) هستند (شکل 1). بنابراین سورفاکتانتها هم دارای ترکیبات غیر قابل حل در آب (محلول در روغن) میباشند و هم ترکیبات محلول در آب هستند. خیلی از ویژگیهای قابل توجه فیزیکوشیمیایی سیستمهای سورفاکتانتی مایع، همچون کاربردهای ویژه بسیارشان را می توان مرتبط با همزمانی تمایل گروه های غیر قطبی در اجتناب تماس با آب و قسمتهای قطبی که گرایش شدیدی به هیدراته شدن دارند، دانست که یکی از نتیایج آن بسط توده به انواع مختلف توده های بزرگتر بنام میسل (که از کلمه لاتین micelleبمعنی ذره کوچک (small bit) ) ویا فاز کریستالی مایع است. گروه های آبگریز غیر محلول ممکن است به خارج از فاز آبی (بداخل هوا یا فاز روغنی) وارد شوند، در حالیکه سر گروه های محلول در آب (آبدوست) آنها در داخل فاز آبی باقی بمانند. تجمع این سورفاکتانتها و تشکیل میسل ، بشدت بصورت تعاونی و شبیه فاز انتشار می باشد. به غلظتی که در آن این میسل ها شروع به تشکیل شدن می کنند غلظت بحرانی تشکیل مسیل ( CMC = Critical Micellization Concentrations) گویند. وقتی میسل ها شروع به تشکیل شدن کردند دم آنها تشکیل یک هسته و سر یونی آنها یک پوسته بیرونی می سازد که تماس با آب را بهبود می بخشد (شکل 1 و 7 ) [6]. مشخص گردیده است که نه تنها حضور بخشهای آبدوست وآبگریز مشخص، بلکههمچنین ویژگیهای دیگر مانند عوامل مربوط به طرز استقرار فضایی اتمها، برای فرایند تراکم امری قطعی هستند. تجمع گسترده تعاونی تنها برای مواد دوگانه دوست با زنجیره آلکیلی طویل دیده شده است، در حالیکه ترکیباتی با گروه های غیر قطبی حجیم شبیه دی پالمیتوئیل لسیتین (dipalmitoyl lecithin) و آئروسل OT (Aerosol OT) ارتباطی به میسلی شدن در محلول آبی نشان ندادند.چنین ترکیباتی اغلب به دوگانه دوستهای متورم (swelling amphiphiles) ارجاع داده میشوند در مقابل با سورفاکتانتهای شاخص تشکیل دهنده میسل که به آنها غیر تورمی (nonswelling) می گویند. تمایز بارزی بین دو نوع گفته شده وجود ندارد، وشرایط ممکن است بطور قابل ملاحظه ای با دما تغییر کند. یکی دیگر از تقسیم بندیهای مفید مواد دوگانه دوست مربوط به گروهای قطبی میباشد، که به یونی (کاتیونی یا آنیونی) و غیر یونی (دوقطبی) تقسیم میشوند. حال که با مفهوم سورفاکتانت آشنا شدیم، در بخش بعدی با توجه به اهمیت مقدار CMC در تشکیل میسلها، به تشریح کامل آن و عوامل موثر بر آن میپردازیم.
5- غلظت بحرانی تشکیل میسل (CMC)Critical Micelle Concentration (CMC):به علت اهمیت فاکتور CMC در تشکیل شدن میسلها توسط مولکولهای دوگانه دوست، ضروری است با این فاکتور و عوامل تاثیر گذار بر روی آن آشنا شد. در غلظتهای پایین خیلی از ویژگیهای فیزیکوشیمیایی مانند ضریب خود انتشاری (self-diffusion coefficients) ، فعالیت، کدورت، رسانایی، کشش سطحی و ویژگیهای طیفی NMR (رزونانس مغناطیسی هسته) نشان میدهد که هیچ تجمع قابل ملاحظه ای از سورفاکتانت وجود ندارد. بیشتر از CMC، تغییر این ویژگیها دلالت بر این است که بسط تجمع به توده های بزرگتر آغاز شده است. مفهوم CMC معنی دقیق مدل تفکیک فازی تشکیل میسل می باشد. در سورفاکتانتهایی که CMC پایین تری دارند تشکیل میسل به سرعت انجام میگیرد که این امر در مورد سورفاکتانتهای با CMC بالا مشاهده نمی شود. در این قسمت به علت اهمیت مقدار CMC در تشکیل میسل، به عوامل موثر بر آن میپردازیم.1-5- تغییرات CMC بوسیله ساختارهای شیمیایی
1-1-5- طول زنجیره هیدروکربنی: برای سورفاکتانتهای تک زنجیره آلکیلی، فاکتور اولیه و مهم تعیین مقدار CMC، اندازه طول بخش آبگریز می باشد. وابسته بودن CMC به تعداد اتمهای کربن در زنجیره آلکیلی میتواند برای رده های مختلف مولکولهای دوگانه دوست بکار رود.2-1-5- وجود زنجیره های جانبی و همچنین پیوند های دوگانه: مشاهده شده که وجود زنجیره های جانبی و همچنین پیوند های دوگانه منجر به افزایش CMC در قیاس با ترکیبات N-آلکیل مشابه میشود. برای سدیم آلکیل سولفاتها CMC هنگامیکه گروه سولفات از انتهای زنجیره حرکت میکند افزایش می یابد.3-1-5- وجود حلقه بنزنی:اضافه کردن یک حلقه بنزنی منجر به کاهش CMC میشود. 4-1-5- جانشینی گروه های قطبی: جانشینی گروه های قطبی در زنجیره آلکیلی با افزایش CMC همراه است. وجود گروه OH– باعث افزایش CMC میشود.
5-1-5- زنجیره های فلوروکربنی:فلوریزاسیون (واکنش شیمیایی ورود فلور به داخل یک ترکیب شیمیایی [9]) جزئی یا کلی تاثیرات قابل توجهی بر روی CMC می گذارد. فلوریزاسیون کامل باعث کاهش CMC میشود. در مقابل، فلوریزاسیون جزئی CMC را افزایش میدهد. انحراف شدید از رفتار ایده آل در شکل 2 نشان داده شده است . بطور مشخص رفتار غیر ایده آل همچنین در مخلوط هیدروکربنها و سورفاکتانتهای فلوروکربنی نیز دیده میشود.

شکل 2- CMC هیدروکربنها، فلوروکربن و سورفاکتانتهای بطور جزئی فلورینه شده مختلف بعنوان عمل نسبت فلورین به هیدروژن. خط افقی نسبت بین فلورین به فلورین + هیدروژن را نشان میدهد. در مقدار 0.5 این نسبت،بیشترین انحراف از رفتار ایده آل بدست آمده است. CMC های بدست آمده رابطه ی بین سورفاکتانتهای هیدروکربنی را نشان می دهد. خط راست، رفتار ایده آل را نشان میدهد.
6-1-5- گروه های قطبی: با توجه به ماهیت گروه های قطبی، تاثیر اصلی از بار این گروه های قطبی نشأت می گیرد. چنانکه در یک زنجیره آلکیلی طویل سورفاکتانت غیر یونی، CMC بسیار پایین تری نسبت به همان زنجیره سورفاکتانتی ولی بصورت یونی دارد. سورفاکتانتهای دو قطبی (Zwitterionic surfactants) بطور معمول در بین این دو گروه قرار می گیرند. در سورفاکتانتهای یونی تفاوت نسبتاً کوچکی بین گروه های سر قطبی وجود دارد. برای غیر یونی ها، CMC ممکن است بطور مشخص بوسیله اندازه و ماهیت گروه های آبدوست مورد تاثیر قرار گیرد. برای سورفاکتانتهای یونی CMC با اضافه شدن گروه های یونی افزایش میابد. برای مثال CMC مولکول C10CH(COOK)2برابر 0.13 مولار در حالیکه برای مولکول C11COOK برابر 0.024 مولار میباشد.
7.2.5. یونهای مقابل (Counterion):ظرفیت یون مقابل بر CMC تاثیر شدیدیمی گذارد در حالیکه باقی فاکتورها تاثیر کوچکی بر یون ساده غیر آلی میگذارد. CMC دودسیل سولفاتهای مختلف (dodecylsulfate) با یون مقابل دوظرفیتی (مانند +Ca2+, Mg2+,Pb2+,Zn2) در حدود 2 میلی مولار در حالیکه دودسیل سولفاتهای قلیایی، CMC در حدود 8 میلی مولار دارند. 2-5- تغییرات CMC با پارامترهای تشدیدی
1-2-5- دما: تغییرات دمایی تاثیر کمتری بر CMC در قیاس با اغلب پدیده های شیمیایی تعاونی دیگر دارد. با تغیر دما انواع متعددی از رفتار مشاهده می شود: CMC ممکن است با افزایش دما، افزایش یا کاهش بیابد یا به حداقل برسد. مثالهای از وابستگیهای دمایی در شکل 3 آورده شده است.

شکل 3- تغییرات CMC با تغییرات دما برای (a)  مولکول CH3(CH2)11SO4Na و برای (b) مولکول CH3(CH2)9(OCH2CH2)5OH در نمودار نشان داده شده است[12].
2-2-5- فشار: وابستگی CMC به فشار حتی در فشارهای خیلی بالا ضعیف میباشد. به عنوان نمونه سدیم دودکانوات (sodium dodecanoate) در شکل 4 آمده است [13].

شکل 4- رابطه تغییرات CMC را با تغییرات فشار نشان میدهد [13].
3-2-5-الکترولیتهای ساده افزوده شده:تاثیر نمکهای غیر آلی بر روی CMC برای سیستمهای غیریونی کوچک است، در حالیکه برای سورفاکتانتهای یونی بزرگ می باشد.4-2-5- اضافه شده غیر الکترولیتها و دوگانه دوستها: همانطور که انتظار میرود تاثیر غیرالکترولیتهای اضافه شده با توجه به قرار گرفتن در میسل یا در دورن محلول میسلی کاملاً متفاوت میباشد.حال که با CMC آشنا شدیم در قسمت بعد به تشریح حلال پوشی سورفاکتانتها و میسلها تشکیل شده در حلالهای آبی می پردازیم.
6-  حلال پوشیمولکولهای منفرد سورفاکتانتی که در سیستم هستند ولی جزئی از میسل نیستند را مونومر می نامند. میسلهای لیپیدی یک اجتماع مولکولی را نشان می دهندکه در آن تک تک اجزاء بصورت ترمودینامیکی در حال تعادل با مونومرهای همان گونه در محیط اطراف آن هستند. در آب (صرف نظر از اینکه سورفاکتانها بعنوان مونومرها یا جزئی از میسل باشند) سر آبدوست مولکولهای سورفاکتانت همیشه در تماس با حلال می باشد. اما دم آب گریز مولکولهای سورفاکتانت در هنگامیکه جزئی از یک میسل باشند، تماس کمتری با مولکولهای آب دارند تا پایداری بیشتری بدست آید. این پایه ای برای تحریک پر انرژی برای تشکیل میسل می باشد. در مقابل مونومرهای سورفاکتانتی با مولکولهای آب احاطه می شوند که این مولکولهای آب که بوسیله پیوند هیدروژنی به هم متصل شده اند، ایجاد یک قفس بدور این مولکولهای سورفاکتانتی می کنند. این قفس آبی شبیه هیدارتهای کلاتره (clathrate hydrates) است. این هیدارتهای کلاتره کریستالهای جامد بر پایه آب هستند که بطور فیزیکی شبیه کریستالهای یخ می باشند. هیدارتهای کلاتره یا ترکیبات کلاتره در جایی بکار می رود که مولکول میزبان آب و مولکولهای میهمان بطور معمول گاز یا مایع باشد [14]. شکل 5 نمایی شماتیک از این هیدراتهای کلاتره نشان می دهد. این مولکولهای آب دور تا دور مولکول میهمان را گرفته و با اتصالات هیدروژنی که با هم دارند مانند نرده های یک قفس این مولکولهای میهمان را احاطه کرده و در درون خود محبوس می کنند. این مولکولهای میهمان می توانند مولکولهای کوچک غیر قطبی (بطور نمونه گاز)، یا مولکولهای قطبی با بخشهای بزرگ آبگریز باشند. مقدار حلالیت لیپیدها بوسیله سهم نامطلوب آنتروپی (unfavorable entropy contribution) مشخص میگردند.

شکل 5- نمایی شماتیک از هیدراتهای کلاتره نشان میدهد. در این شکل، مولکولهای آب مانند یک قفس 
مولکولهای گاز را احاطه نموده اند.
بحث و نتیجه گیریامروزه محققان علوم نانو به دنبال ابزارهای دارورسان با خصوصیات مناسب برای ورود دارو به بدن می باشند. یکی از این ابزارهای مهم و نوین برای حمل دارو میسلها هستند که از تراکم مولکولهای سورفاکتانت انتشار یافته دریک مایع کلوئیدی تشکیل می شوند. در این جا پس از بیان تاریخچه به چگونگی تشکیل میسل، اجزاء، شرایط تشکیل و پایداری آن، پرداخته شد. یکی از فاکتورهای مهم در تشکیل میسل توسط مولکولهای دوگانه دوست تعیین غلظت بحرانی میسل یا CMC می باشد که فاکتور وشرایط تاثیرگذار برآن مورد بررسی قرار گرفت. CMC به وسیله ساختار شیمیایی و پارامترهای تشدیدی تحت تاثیرقرار میگیرد.
فصل چهارمنانو ذرات مغناطیسی در دارو رسانی هدفمند
شرکت در آزمون
برای شرکت در آزمون می بایست وارد سیستم شوید
نانوذرات مغناطیسی یکی از مهمترین و پرکاربردترین انواع نانومواد می باشند که ویژگی های منحصر به فردشان موجب ایجاد کارایی های خاص آنها نسبت به سایر نانوساختارها می شود. این ذراتدر شاخه های مختلف قابل کاربردهستند. اما نقش آنها در زیست – پزشکی به ویژه در زمینه دارورسانی قابل توجه است به آن جهت که مغناطیس ذاتی آنها بسیاری از کارها از جمله هدف یابی را تسهیل می کند که این خود در دارورسانی بسیار مهم و ضروری می باشد.
در جا حاضر سعی شده است اطلاعات کلی پیرامون نانو ذرات مغناطیسی و ویژگی های ذرات در کاربری های زیست – پزشکی داده شود و در ادامه به طور خاص برروی ویژگی های این ذرات در دارورسانی توجه شده است و کاربردهای مختلف آنها مورد بررسی قرار گرفته است.همچنین اهمیت پوشش دار کردن نانو ذرات مغناطیسی به عنوان یک نیاز اساسی برای کاربردهای پزشکی، اشاره شده است. در ادامه، نحوه ی بارگذاری دارو در نانوذرات مغناطیسی،ورود ذرات به بدن،هدف یابی وآزادسازی دارو بحث شده است و در نهایت بحث مختصری در ارتباط با فارموکینتیک داروها و سمیت آنها در بدن ارائه شده است.
۱- مقدمه
سیستم های دارورسانی بر پایه فناوری نانو به سبب تغییر فارموکنتیک دارو،افزایش مدت زمان حضور دارو در جریان خون،کاهش سمیت و افزایش نیمه عمر دارو موجب بهبود چشمگیر در درمان های دارویی شده اند.تمام این ویژگی ها ازانتقال هدفمند دارو میسر می شود که در این بین نقش نانو ذرات مغناطیسی (MNP= Magnetic nanoparticles) به عنوان حامل های دارورسانی به خاطرداشتن ویژگی های منحصر به فرد علاوه بر ویژگی های معمول در سایر نانومواد پررنگ تر است .نانوذرات مغناطیسی که بخش بزرگی از نانومواد را به خود اختصاص می دهند پتانسیل انقلاب در بخش تشخیص و درمان های کلینیکیبه سبب خواص منحصر به فرد از جمله مومنتوم تشدید شده مغناطیسی و سوپر پارا مغناطیسی و قدرت برهم کنش های زیستی درسطوح سلولی و ملکولی را دارا می باشند.استفاده پزشکی از پودرهای مغناطیسی به دوران یونان باستان و روم برمیگردد، ولی به شکل اصولی و تحقیقاتی از سال ١٩٧٠ در علوم بیولوژی و پزشکی استفاده شد[1] وپیش بینی می شود این ذرات در آینده نقش چشمگیری در رفع احتیاجات حیطه سلامت بشریت خواهند داشت [2].MNP ها با تکیه بر فناو ری نانو محدوده گسترده ای از کاربردهای تشخیصی و درمانی در بیماری هایی از جمله سرطان،بیماری های قلبی و عصبی را تسهیل کرده اند[3]. نانوذرات مغناطیسی به فراوانی در تحویل هدفمند عوامل درمانی استفاده می شود وبر اساس هدف یابی دارویی مغناطیسی (MDT= Magnetic drug targeting) که شامل تمایل قوی بین لیگاند و گیرنده می باشدیا ازطریق جذب مغناطیسی بافت خاص عمل می کنند[2]. MNPها به سبب امکان کنترل از راه دورعوامل درمانی در انتقال ذرات به بافت مورد نظر بسیار قابل توجه هستند، وبه همین سبب آنها را حامل های هدفمند مغناطیسی می نامند(MTC= magnetic targeted carriers).خواص منحصر به فرد این نوع از نانوذرات شامل سوپر پارامغناطیسی، فوق اشباعیت و پذیرفتاری مغناطیسی می باشد کهاز خصوصیات مغناطیسی ذاتی آنها منشا می گیرد.از سویی دیگر با استفاده از پوشش های سطحی مختلف می توان خواص زیست – پزشکی مطلوب و پایداری را برای این ذرات ایجاد کرد و از اثرات پارتیکوکنتیک و سمیت نانوذرات مغناطیسی ناشی از برهم کنش های آنها با سلول یا پروتئین های بیولوژیکی ممانعت کرد که منجر به افزایش زیست سازگاری نانوذرات مغناطیسی می شود[4].
از کاربرد های نانوذرات مغناطیسی در پزشکی می توان به موارد زیر اشاره کرد :• انتقال هدفمند ترکیب مورد نظر از جمله ژن،دارو،سلول بنیادی،پروتئین و آنتی بادی به بافت وسلول هدف • تصویر برداری بر پایه رزونانس مغناطیسی[4].
• درمان سرطان با روش هایپرترمی[1].
• جداسازی سلول ها و ماکروملکول ها و تخلیص سلولی[4].
• -کاربرد در زیست حسگر ها
• امکان ردیابی ذرات در شرایط برون تن( in vitro)ودرون تن ( in vivo) از طریق تصویر برداری تشدید مغناطیسی (MRI= magneticresonance imaging)
• آزمایش های ایمونوسیتو شیمیایی
شکل 1کاربرد های نانو ذرات مغناطیسی در زیست – پزشکی را نشان می دهد.

شکل 1- کاربرد های نانو ذرات مغناطیسی در زیست – پزشکی
۲- ذرات مغناطیسیذرات مغناطیسی مواد فاز جامد پاسخ دهنده به مغناطیس هستند که می توانند به شکل نانوذره منفرد یا تجمعی از ذرات میکرو و نانو باشند.هر کدام از انواع نانوذرات در زمینه خاصی استفاده می شوند.ترکیب،سایز و مسیر سنتز نانو ذرات مغناطیسی با توجه به نوع کاربری آنها متفاوت است اما ذرات سوپر پارامغناطیس، فرو و فری برای انواع کاربردهای دارورسانی قابل استفاده هستند. اینگونه مواد به دلیل گشتاور مغناطیسی واحد شبکه و ساختار دمین ها شدیدا از میدان مغناطیسی خارجی متاثر می شوندبه نحوی که در غیاب میدان مغناطیسی خارجی به صورت یک ذره غیر فعال عمل می کنند.تک دمین بودن و سوپرپارامغناطیسی ازویژگی های نانوذرات مغناطیسی هستند که منشا بسیاری از خواص منحصر به فردشان می باشد.
2-1- ذرات تک دامنه (دمین)دیواره های دمین دارای یک پهنای مشخصی هستند و گروهی از اسپین های هم جهت را که به شکل هماهنگ عمل می کنند در قالب یک ناحیه(دمین)جدا می کنند. شکل گیری و پایداری دمین ها با مصرف انرژی همراه است. وقتی اندازه ذره به قطر بحرانی کاهش می یابد ذرات تک دامنه تشکیل می شوند که تشکیل دیواره در این شرایط از نظر انرژی مناسب نیست .
مطمئناً درک و کنترل خواصمغناطیسی نانوذرات، مکانیسم خواص ‏مغناطیسی مواد و طراحی و کنترل آن را روشن خواهدساخت. نانوذرات مغناطیسی، به دلیل کاهش ‏حوزه‌های مغناطیسی و در نتیجه ایجاد خاصیتسوپر پارامغناطیس آینده‌ی درخشانی دارند.
2-2-سوپر پارا مغناطیسیخواص سوپر ‏پارامغناطیس نانو ذرات مستقیماً تحت تاثیر آنیزوتروپی مغناطیسی نانوذرات است.‏ هنگامی که ممان مغناطیسی نانو ذرات در جهت محور آسان بلور است، مقدار انرژیآنیزوتروپی ‏مغناطیسی (EA‏) کمینه می‌شود. در نانوذرات مغناطیسی کروی، آنیزوتروپی بلور مغناطیسی برابر باآنیزوتروپی ‏مغناطیسی کل است. این آنیزوتروپی به عنوان سدی برای تغییر جهت مغناطیسیاست. هنگامی که ‏اندازه نانوذرات تا حد آستانه‌ایی کاهش می‌یابد،‏EA‏ برابر با انرژی فعال‌سازی ‏گرمایی ‏‎(KBT)‎‏ می‌شود. با وجود سد انرژی آنیزوتروپی کوچک، جهت مغناطیسی نانوذرات به راحتی ‏توسط انرژی فعال‌سازی گرمایی ویا میدان مغناطیسی خارجی تغییر می‌کند. اگر انرژی گرمایی بیشتر ‏از ‏EA‏ باشد، تمام جهات و ممان مغناطیسی در جهات کاتوره‌ایی قرار می‌گیرند. اساساً رفتار کلی‏نانوذرات مغناطیسی مانند اتم‌های سوپر پارامغناطیس است. اگرچه نانوذرات هنوز خاصیت مغناطیسی ‏کمی دارند هر ذره مانند یک اتم پارامغناطیس عمل می‌کند، اما ممان مغناطیسی بزرگی دارد. چنین ‏رفتاری، سوپر پارامغناطیس نامیده می‌شود(شکل 2). در ماده‌ی سوپر پارامغناطیس، جهت مغناطیسی نانوذرات به ‏جای جهت خاصی، سریعاً در حال تغییراست. دمایی که سد انرژی آنیزوتروپی مغناطیسی نانوذرات ‏همیشه بر اثرژی فعال سازی گرمایی غلبه می‌کند، دمای بلوکه نامیده می‌شود.

Leave a Reply

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *