نانو بیوتکنولوژی

[amin2295]

دوستان هر کسی اطلاعات در این مورد داره بهم بگه.ممنون از همگی.

[galaxy]

نانوبیوتکنولوژی، بیش از آنکه شاخه ای از بیوتکنولوژی باشد، شاخه ای از نانوتکنولوژی است. توضیح این مطلب که بیوتکنولوژی، استفاده از سازواره های زنده در کاربردهای صنعتی مختلف است ولی نانوبیوتکنولوژی، استفاده از قابلیت های نانوتکنولوژی در کاربردهای زیستی است. بنابراین واژه نانوبیوتکنولوژی نیز همانند واژه هایی چون "بیومکانیک" و "بیومتریال"، به استفاده از تکنولوژی های مختلف در کابردهای زیستی اشاره دارد و نه به استفاده از قابلیت های ارگانیزم های حیاتی در کاربردهای مختلف صنعتی. البته نانوبیوتکنولوژی، ابزاری کارآمد در پیشبرد بیوتکنولوژی بوده و نقش آن در توسعه تحقیقات بیوتکنولوژی حائز اهمیت است؛ لذا بعضاً همانند "بیوانفورماتیک"، به عنوان شاخه ای از بیوتکنولوژی نیز مطرح شده است:

طبق تعریف، نانوتکنولوژی تولید کارآمد مواد، دستگاه ها و سیستم ها با کنترل ماده در مقیاس نانومتری می باشد و اساس آن بر مبنای توانایی کار در سطح مولکولی و اتم به اتم و ایجاد ساختارهای بزرگ بوده که موجب بهره برداری از خواص و پدیده های نوظهوری می شود که در مقیاس نانو توسعه یافته اند.
بررسی ها نشان می دهد که نظام سیستماتیک ماده در مقیاس نانومتری، کلیدی برای سیستم های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی با خواص جدید و بهتر می باشد. نانوبیوتکنولوژی عبارت است از شاخه ای از نانوتکنولوژی که در زمینه های بیولوژی (ژنتیک مولکولی و سلولی) و بیوتکنولوژی کاربرد یافته است. بدین ترتیب نانوبیوتکنولوژی به عنوان یک رویکرد جدید و همگراکننده حوزه های مختلف علوم پایه، فنی مهندسی، کشاورزی و صنایع غذایی، محیط زیست، علوم پزشکی و بیوتکنولوژی بوده و کاربردهای فراوانی خواهد داشت.
نانوبیوتکنولوژی به ما اجازه می دهد تا اجزا و ترکیبات را داخل سلول ها قرار داده و مواد جدیدی را با استفاده از روش های جدید مثل خود‌اسمبلی بسازیم. در روش خوداسمبلی، برای سرهم کردن اجزا، نیاز به روبات یا ابزار دیگری نیست.
ایجاد ساختارهایی بر مبنای DNA در علوم پزشکی، داروسازی، مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی، ایجاد یک تحول و انقلاب جدید در این علوم خواهد بود. تحقیقات گسترده و سرمایه گذاری‌های جهانی در ساخت سیستم‌ها، فرایندها یا فراورده‌های زیر، نشان دهنده رویکرد جدید محققین علوم و صنایع زیستی، صاحبان سرمایه و دولت هایی همچون آمریکا، ژاپن، روسیه و کشورهای اروپایی به نانوبیوتکنولوژی است:
۱) ساخت سیستم‌هایی به­منظور رهایش دارو در بدن ۲) ساخت قطعات سازگار برای جایگزینی اعضای بدن ۳) بیوسنسورهایی به­منظور آزمایشگاه­های کامل طراحی‌شده روی یک تراشه بسیار کوچک ۴) تشخیص همزمان چندین بیماری از روی یک قطره خون (براساس تشخیص از رویDNA) ۵) ساخت یک مولکول بیولوژی ناروماتیک از DNA ۶) ساخت ابزارهای نانومتری بر پایه DNA. اجزای سازنده بدن از مولکول‌هایی چون پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک، لیپیدها و کربوهیدرات ها با خواص منحصربه‌فرد تشکیل شده است. اعمال فیزیکوشیمیایی داخل سلول ها و اجزای بدن در مقیاس نانو، کنترل و هدایت می شوند. بررسی ها نشان می دهد که تحقیقات در بخش نانوبیوتکنولوژی تاثیرات زیادی در حوزه های پزشکی، داروسازی، ژنتیک مولکولی و بیوتکنولوژی داشته و خواهد داشت؛مثلاً:نانوبیوتکنولوژ� � می تواند با فرمولاسیون جدید داروها و مشخص کردن مسیرهایی برای رهایش دارو، موجب بهینه‌کردن کاربرد و مصرف دارو شود. نانوذرات این امید را می دهند که دارو دقیقاً به بافت های مشخصی برسد. در ژن‌درمانی نیز با استفاده از داروهای نانو (نانوذرات)، می توان نوع خاصی از سلول ها را هدف گیری کرد. نانوذرات قادرند اسیدهای نو کلئیک را به سلول های مشخص و حتی جزء مشخصی از سلول (سیتو­پلاسم یا هسته) و یا هر جا که لازم باشد، تحویل دهند.همچنین تحقیقات نشان می دهد که استفاده از ابزارها و سیستم های نانوساختاری می تواند فرآیند آزمایشگاهی کنونی توالی ژن ها و تشخیص حالت ژن را بسیار کارآمد کرده و قطعاً تشخیص ساختار ژنتیک فردی، روش های شناسایی و درمان بیماری ها را دچار انقلاب خواهد کرد. با توجه به اهمیت رشته های DNA در ژنتیک مولکولی و بیوتکنولوژی و با عنایت به اینکه DNA یک ساختار بسیار مهم و مناسب برای کاربردهای نانوتکنولوژی است، تحقیقات زیادی در مورد ایجاد اشکال پیوندی با استفاده از مولکول های DNA شاخه دار و پایدار انجام شده است. این شاخه در توسعه تکنولوژی های جدید مربوط به تشخیص و درمان زودتر بیماری ها، تولید داروهایی هدفمند و با تاثیرات جانبی بسیار اندک، تولید محصولات اختصاصی بیوتکنولوژی در صنایع کشاورزی، تولید بیوسیستم ها، بیومواد و سرامیک های سازگار با محیط، نانوبیوسنسورها، دستگاه‌هایی برای تشخیص و کاهش اثرات سلاح های بیوشیمایی و میکروبی، تکنولوژی های جدید مربوط به ژنومیک و الگوبرداری و تحلیل DNA، نانوبیوتکنولوژی نشان داده است که می تواند نقش اصلی را ایفا کند. قطعاً توانمندی‌های بدست آمده از این طریق در بالا بردن بهداشت جامعه و فرد و طولانی شدن عمر انسان ها، رفع تنگنا های موجود در تولید داروها و تولید مواد غذایی و مبارزه با سلاح های بیولوژیکی و تولید داروهای مربوط به درمان کامل سرطان، ایدز، آلزایمر وMS موثر است و به‌عنوان یک فرصت در ایجاد توانمندی برای تولید سلاح‌های جدید ژنتیکی و بیولوژیکی، وارد شدن به حریم خصوصی افراد (شناسایی بیماری های ژنتیکی و دست یابی به قابلیت های فردی و استعداد افراد) از طریق آزمایش های مرتبط با ژنومیک انسانی و ایجاد موجودات ناشناخته از طریق تولید DNA مصنوعی، به عنوان یک تهدید برای کشورها محسوب می شود،در نتیجه نانوتکنولوژی به عنوان انقلاب صنعتی آینده جهان، در حال تغییر وضعیت کنونی جهان است. در این میان به نظر می رسد که تاثیرات نانوبیوتکنولوژی به عنوان رشته ای که حیات موجودات زنده را دگرگون می کند، از اهمیت ویژه ای در بررسی پیامدهای صنعتی و اجتماعی این انقلاب، برخوردار است. به نظر می رسد که برای بررسی فرصت ها و تهدیدهای نانوبیوتکنولوژی به دلیل اینکه ماهیتی بسیار پیچیده در پیشرفت تکنولوژی کشورها دارند، می باید دانشمندان، سیاستمداران و مردم هر کشور در مورد نانوتکنولوژی مطالعه کنند تا بتوانند با تحلیل صحیح از انقلاب آینده جهان، مسایلی که پیرامون فرصت ها و تهدیدهای نانوبیوتکنولوژی به وجود خواهد آمد را درک نمایند. در خاتمه باید به این نکته توجه داشت که تاثیرات نانوبیوتکنولوژی در همه نقاط جهان یکسان نبوده و بسته به میزان تحقیقات، سرمایه گذاری و تلاش سیاستمداران و اعتماد ملت ها، متغیر خواهد بود.در ایران وزارت بهداشت، درمان و آموزش پزشكي، در ميان شاخه‌هاي مختلف كاربرد نانوتكنولوژي در پزشكي نيز اقدام به تعيين اولويت مشخص نموده است تا بتوان منابع محدود موجود را بر روي اهداف روشني متمركز ساخت. محور فعاليت‌هاي تحقيقاتي وزارت بهداشت در حوزة نانو تكنولوژي، تشخيص و درمان سرطان با استفاده از تكنيك‌هاي نانويي دارورساني ( Drug Delivery ) قرار داده شده است.

منبع:iran-biotech

[حسین متقی]

بيو تکنولوژي در اوائل قرن بيستم وارد عرصه جهاني شد ليکن مهندسي بيوفرايند بعد از جنگ جهاني دوم و با توليد صنعتي پني سيلين به روش تخمير وارد معادلات علمي تجاري و اقتصادي جهان گرديد. بيو تکنولوژي يک مفهوم کلي و يک موضوع بين رشته اي مي باشد که دامنه و سيعي از علم (مهندسي، پزشکي، کشاورزي، صنايع غذايي ...) را شامل مي شود. شايد يکي از تعاريف ساده و نزديک به ذهن در بيوتکنولوژي انواع دسته بند يهاي محصولات حاصل از تخمير باشد که به چهار دسته مهم تقسيم مي شود:
• مولکولهاي کوچک ( (Small Molecules
• ماکرو مولکولها (مانند آنزيمها و پروتئين ها)
• مواد ساده سلولي (مانند مخمر نان)
• محصولات کمپلکس (مانند غذاهاي تخميري و محصولات کشاورزي)
ماکرومولکولها که از مهمترين اين محصولات مي باشند بخش بسيار وسيعي از فرايندهاي بالا دستي و پايين دستي بيو تکنولوژي را به خود اختصاص داده و بيو تکنولوژي نيز بيشترين پيشرفت و توسعه را به اين دست از محصولات اختصاص داده است. به لحاظ اهميت و گستره اين محصولات لقب نسل اول مواد و يا محصولات بيو تکنولوژيکي ( First Generation ) را مي توان به آنها اطلاق نمود.
اما در سالهاي اخير علاقه مندي بشر به نسل ديگري از محصولات بيو تکنولوژيکي روز بروز افزون شده و تا جايي که تکنيکهاي بالا دستي و پايين دستي را کاملا تحت شعاع خود قرار داده است. امروزه نياز فراواني براي توليد، بازيافت و خالص سازي نانو بيو مواد (محصولات) نظير پلاسميد DNA و ويروس ها براي ژن درماني، اسمبلي ماکرومولکولها (مانند پروتئين نانو ساختارها) بعنوان حامل دارو و ذرات ويروس مانند (Virus-like particle) براي استفاده در واکسن ها ( Vaccine components ) وجود دارد و محققين خود را مواجه با مشکلات و معضلات جديدي در اين خصوص مي بينند. نانو بيو مواد بواسطه اندازه ويژه شان (با قطر10-300 نانو متر) ، شيمي سطح پيچيده و ارگانيزمهاي دروني شان تکنيکهاي بلا دستي و پايين دستي گسترش يافته براي نسل اول مواد بيولوژيکي را به مخاطره انداخته و روش هاي جديدي را براي توليد و بازيافت طلب مي نمايند. به همين منظوربا يک دسته بندي منطقي ميتوان اين دست از محصولات بيو تکنولوژيکي را نسل دوم ( Second Generation ) محصولات ناميده و راه کارهاي جديد را در مواجهه با آنها جستجو نمود.

نانوتكنولوژي مجموعه‌ي است از فناوري‌هايي كه بصورت انفرادي يا با هم جهت در به كارگيري و يا درك بهتر علوم مورد استفاده قرا رمي‌گيرند. بعضي از اين فناوري‌ها هم‌اكنون در دسترس‌اند و بعضي نيز در حال توسعه و پيشرفت مي‌باشند كه ممكن است در طي سالها و يا دهه‌هاي بعد مورد استفاده واقع شوند. بيوتكنولوژي جزء فناوري‌هاي در حال توسعه مي‌باشد كه با به كارگيري مفهوم نانو به پيشرفتهاي بيشتري دست خواهد يافت. يک تعريف کلاسيک از تعامل بيوتكنولوژي و نانوتكنولوژي بصورت زير بيان مي گردد:
" بيوتكنولوژي به نانوتكنولوژي مدل ارئه مي دهد در حالي که نانوتكنولوژي با در اختيار گذاشتن ابزار براي بيوتكنولوژي آنرا براي رسيدن به اهدافش ياري مي رساند."
پر واضح است که تعامل بيوتكنولوژي و نانوتكنولوژي ويا به تعبيري نانوبيوتكنولوژي بسيار فراتر از اين مي باشد. شايد بتوان گفت نانوبيوتكنولوژي استفاده از قابليت هاي نانو در کاربردهاي زيستي است و اين شاخه از فناوري به ما اجازه مي دهد تا اجزا و ترکيبات را داخل سلولها بصورت عام قرار داده و يا با استفاده از روش هاي جديد خو آرايي و مکان آرايي در موج اول نانوبيوتكنولوژي نانو بيو مواد را ساخته و با تکنيکهاي پيشرفته به خالص سازي و بازيافت آنها بپردازيم. بي گمان زمينه ها و فازهاي بعدي اين فناوري جديد به توليد وسايل نانو بيو ( موج دوم ) و در نهايت به ارائه ماشين هاي هوشمند و روباط ها منجر خواهد شد ( موج سوم ) که کاربردهاي فراواني در حوزه هاي مهم بيوتكنولوژي مانند پزشکي، کشاورزي و صنايع غذايي خواهند داشت.
سوالي که به ذهن متواتر شده و محققان و متخصصان به علوم بيوتكنولوژي ونانو بيوتكنولوژي را متوجه آن کرده است اين است که مرز بيوتکنولوژي و نانوبيوتکنولوژي در کجاست ؟
اگرچه اين دوفناوري هم پوشانيهاي زيادي دارند و به تعبيري داراي مرزهاي نامشخص ( ( Fuzzy مي باشند اما شايد دسته بندي محصولات بيوتکنولوژيکي به نسل اول و نسل دوم کمک قابل توجه اي به اين موضوع بنمايد .حوزه اي از فناوري که با توليد، باز يافت و بکارگيري نسل دوم مواد و محصولات بيوتکنولوژيکي سروکار دارد ، همان نانوبيو موادي که توليد و بازيافت و خالص سازيشان خصوصا" در ابعاد صنعتي به شدت تکنيک هاي موجود را به مخاطره انداخته و روشهاي نوين را مي طلبد، مي تواند محدوده کاري نانوبيوتکنولوژي و يا بيونانوتکنولوژي باشد .
با تقسيم بندي اولويت هاي تحقيقاتي نانوبيوتکنولوژي به سه موج نانو بيو مواد، نانو وسايل و نانو ماشين ها (همانگونه که در متن بالا به آن اشاره شد) ، لزوم تمايز بيو تکنولوژي و نانو بيو تکنولوژي بطور وضوح در محدوده کاري موج اول نانو بيو تکنولوژي خود را نمايان مي سازند چون بي ترديد موج هاي دوم و سوم اين فناوري هم پوشاني بسيار ناچيزي با بيوتکنولوژي به معناي عام خواهند داشت.
اما موضوع بعدي که ضرورت شفاف سازي و بيان وا ژه ها در آن مهم مي باشد تشابه و تمايز نانوبيوتکنولوژي و بيونانوتکنولوژي مي باشد. به بيان ديگر اصولا فرقي بين اين دو واژه وجود دارد و اگر چنين است اين تمايزات چيست؟
براي ساخت تمام نانو مواد ها (ذرات ها) همواره دو روش در نانو تکنولوژي مد نظر مي باشد، ابتدا روشهاي بالا به پايين Top down) ) وسپس روش هاي پايين به بالا ( (Bottom up . نانو بيو ذرات نيز از اين قاعده مثتثني نبوده و بوسيله يکي از اين دو روش توليد مي شوند. اگر يک نانو بيو محصول از روش هاي بالا به پايين توليد شود، به بيان ديگر با تکيه بر اصول و مباني اصلي بيو تکنولوژي، و در ادامه با روش هاي اصلاح شده خالص سازي و بازيافت که با کمک تکنيکهاي جديد توسعه يافته و براي محصولات نسل دوم (نانو بيو مواد ها) بکار گرفته مي شود به محصول نهايي ( (End product تبديل شود، به اين مجموعه از فناوريها بيونانو تکنولوژي اطاق مي شود. به عنوان مثال بيوراکتوري را در نظر بگيريد که يک سلول حيواني خاص در آن کشت داده شده و در شرايط ويژه رشد نمايد. محصول مورد نظر يک ويروس درون سلولي مي باشد که براي استفاده در ژن درماني با درجه خلوصي ويژه مورد نياز مي باشد. بدين ترتيب نانو بيو محصول مورد نظر در درون سلول توليد شده و سپس بازيافت مي شود (از بالا به پايين). از طرفي ديگر اگر با بهره وري مستقيم از فناوري نانو يک نانو بيو محصول از پايين به بالا ساخته شود مي توان اين حوزه از فناوري نانو را نانوبيو تکنولوژي دانست. مثال واضح آن توليد تمام نانو بيو ذرات از طريق خود آرايي و مکان آرايي مي باشد که بادر کنارهم قرارگرفتن اجزا تشکيل دهنده، محصول مطلوب توليد مي شود. اسمبلي ماکرومولکولها و بطور خاص پروتئين نانو ساختارها از مثال هاي جالب توليد از پايين به بالاي نانو بيو مواد مي باشد که مي توانند بعنوان حاملهاي دارو استفاده شوند. بکارگيري اين روش در ابعاد آزمايشگاهي خوشبختانه در داخل کشور آغاز شده و در حال گسترش وتکامل مي باشد.
بطور کل بنظر مي رسد که دنيا در ساخت مواد از بالا به پايين تا حدودي زيادي موفق بوده است و از ساخت توده اي مواد وبازيافشان (بيونانو تکنولوژي) و رسيدن به بيوذرات در اندازه نانو بهره ها برده و ما نيز بايد با برنامه ريزي مدون در داخل اين مهم را گسترش داده و تقويت نماييم ( البته در اندازه هاي آزمايشگاهي موفق بوده ايم و بايد در فاز بعدي به سمت توليد انبوه و صنعتي برويم ). ساخت از پايين به بالاي بيوذرات در دستور کار مراکز تحقيقاتي جهان قرار دارد و پيش بيني ها حاکي از آن است که دنيا بتواند به توليدات قابل توجه اي در اين خصوص تا سال 2015 ميلادي دست يابد.
بمانند مبحث قبلي (مرزهاي بيو تکنولوژي و نانوبيو تکنولوژي) با عبور از موج اول تحقيقات و توليدات، اهميت شفاف سازي واژه ها بين بيونانو تکنولوژي ونانو بيو تکنولوژي نيز کم رنگ شده ونانو بيو تکنولوژي تا حد زيادي موج هاي دوم و سوم تحقيقات و فعاليتها را در انحصار خود قرار مي دهد.
محققان همواره براي رسيدن به اهداف ريز و درشت علمي تحقيقاتي خود نيازمند به دسته بندي ها و اولويت بنديها مي باشند. با توفيقات نسبتا" خوبي که در زمينه هاي تحقيقاتي بيونانو تکنولوژي در فرايندهاي بالا دستي بوجود آمده است، لزوم توجه بيشتر به فرايندهاي پايين دستي بيونانو تکنولوژي بيش از پيش نمايان مي شود. البته نياز پژوهش گران به بهينه سازي توليد نانو بيو مواد در ابعاد صنعتي همچنان از دغدغه هاي جدي در سالهاي آينده مي باشد.
در کنار بيونانو تکنولوژي که به تعبيري مقدم بر نانو بيوتکنولوژي مي باشد، بايد با جديت به نانو بيوتکنولوژي و سه موج مهم آن پرداخت و بر اساس اولويتهاي مطرح شده براي رسيدن به اهداف کوتاه مدت، ميان مدت و بلند مدت برنام ريزي نمود تا بتوان همگام با ديگران در جهان شعار تعلق قرن بيست و يکم به نانو تکنولوژي را منصه ظهور رساند.
منبع:http://www.nano.ir/