تلفیق فناوری نانو در زندگی روزمره بشر/ صنایعی که بیشترین کاربرد فناوری نانو را دارند

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا، بررسی‌های جهانی از استارتاپ‌ها و اسکیل آپ‌ها نشان می‌دهد اروپای غربی دارای بیشترین تمرکز دانش بنیان‌های فناوری نانو است و رتبه بعدی به آمریکا تعلق دارد.

دستکاری مواد در مقیاس نانو به محققان و شرکت‌ها این امکان را می‌دهد تا خواص مواد مانند وزن سبک، دوام، مقاومت در برابر حرارت و ... را بهبود بخشند. چنین نانوموادی در صنایع مختلف از مراقبت‌های بهداشتی و تولید گرفته تا غذا و مراقبت شخصی کاربرد دارند.

در این گزارش ۱۰ حوزه صنعتی که بیشترین کاربرد فناوری نانو را دارند، معرفی می‌شوند؛

صنایع شیمیایی 

مهندسی نانو و ریزساختار‌های مولکول ها، به تولیدکنندگان مواد شیمیایی اجازه می‌دهد تا عملکرد محصولات خود را بهبود بخشند. همچنین نانوفناوری سنتز شیمیایی را بهینه کرده و مقرون به صرفه بودن تولید مواد شیمیایی را بهبود می‌بخشد. به عنوان مثال، پوشش دادن تجهیزات خانگی با نانوذرات، صافی و مقاومت حرارتی آن را افزایش می‌دهد.

تولید کنندگان همچنین از فناوری نانو برای افزایش عملکرد کاتالیزوری واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌کنند. چارچوب‌های آلی فلزی (MOFs) نانومواد مدولار هستند که به جداسازی انتخابی در صنعت پتروشیمی و تولید هیدروژن کمک می‌کنند. این پیشرفت‌ها عملکرد همه کالا‌ها و مواد شیمیایی صنعتی را که در سراسر صنایع کاربرد دارند، بهبود می‌بخشد.

آب و هوا و محیط زیست

احتراق سوخت فسیلی عامل فشاری است که باعث تغییرات آب و هوایی می‌شود. کاربرد‌های نانو فناوری در مدیریت آب و پسماند، محصولات متعارف و تولید انرژی به طور قابل توجهی انتشار کربن را کاهش می‌دهد. به عنوان مثال، نانو پوشش باعث کاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای از خودرو‌ها می‌شود، در حالی که فناوری نانو در پیل‌های سوختی خورشیدی و هیدروژنی، کارایی انرژی را بهبود می‌بخشد.

اگرچه نانومواد عموماً برای محیط زیست سمی هستند، مدیریت بهتر و بازیافت آنها در پایان عمرشان باعث بهبود پایداری می‌شود. علاوه بر این، راه حل‌های جذب کربن از فناوری نانو برای جمع آوری انتشار کربن در منابع، از جمله صنایع و خانوار‌ها استفاده می‌کنند و ردپای کربن آنها را کاهش می‌دهند.

مراقبت از سلامت 

بسیاری از موسسات مراقبت‌های بهداشتی به دلیل تشخیص اشتباه، اعتماد و زندگی بیمار را از دست می‌دهند. با فناوری نانو، آنها می‌توانند خطا‌های تشخیصی را تا حد زیادی کاهش و عمر بیمار را افزایش دهند. به عنوان مثال، کانتلیور‌ها به عنوان آشکارساز‌ها و دستگاه‌های تشخیصی نشانگر بیماری با حساسیت بالا استفاده می‌شوند. علاوه بر این، استارت‌آپ‌های فناوری نانو، نانو روبات‌هایی را برای تعمیر و جایگزینی ساختار‌های بین سلولی توسعه می‌دهند.

همچنین، چنین ریز روبات‌هایی، مولکول‌های DNA را برای درمان اختلالات ژنتیکی که غیرقابل درمان هستند، ترمیم می‌کنند. در عین حال، صنعت مراقبت‌های بهداشتی از فناوری نانو برای بهبود عملکرد پانسمان زخم، منسوجات جراحی و ایمپلنت‌ها استفاده می‌کند. برخی استارت آپ‌ها پوشیدنی‌های مبتنی بر فناوری نانو را ارائه می‌کنند که با ادغام در لباس‌ها، نظارت از راه دور بیمار را امکان پذیر می‌کنند.

نانو زیست فناوری 

نانو زیست فناوری راه حل‌های زیست فناوری را در مقیاس نانو کوچک می‌کند. با این نوآوری، محققان می‌توانند زیست مولکول‌ها را با نانوذرات بپوشانند و آنها را مستقیماً به هسته سلول برسانند. این باعث افزایش فراهمی زیستی و کارایی تحویل ذرات و در عین حال کاهش هزینه‌های توسعه و ابداع می‌شود. نانوفناوری همچنین امکان سنجش مقرون به صرفه و ویرایش ژن را فراهم می‌کند.

در نتیجه، این امر باعث افزایش تولید و مقاومت در برابر بیماری در زیست فناوری گیاهی می‌شود در حالی که مداخلات مبتنی بر فناوری نانو خطرات اختلالات ژنتیکی را در انسان کاهش می‌دهد. ویرایش ژن مبتنی بر نانو ذرات همچنین جایگزین ناقل‌های ویروسی برای تحویل ایمن‌تر دارو می‌شود، در حالی که شرکت‌های زیست فناوری دارویی از فناوری نانو برای تشخیص بیماری استفاده می‌کنند.

تولید  مواد صنعتی

وقتی مواد صنعتی و شیمیایی با استفاده از فناوری نانو ساخته می‌شوند، عملکرد محصول نهایی در بخش تولید بهبود می‌یابد. این شامل بهبود مقاومت در برابر حرارت، استحکام، دوام و رسانایی الکتریکی است. برای این کار، سازندگان از روش‌های بالا به پایین یا پایین به بالا استفاده می‌کنند که در آن مولکول‌های بزرگ‌تر را به مقیاس نانو تجزیه می‌کنند یا ذرات در مقیاس نانو را از مولکول‌های جداگانه، می‌سازند.

رسوب بخار شیمیایی، اپیتاکسی پرتو مولکولی و پردازش رول به رول، نمونه‌هایی از رویکرد‌های پایین به بالا هستند. نانولوله‌های کربنی به دلیل سبکی و استحکام یکی از نانومواد پرکاربرد برای ساخت قاب دوچرخه، جلیقه ضد گلوله، بدنه قایق بادبانی و ... هستند.

بسیاری از استارت آپ‌ها با همین روش افزودنی‌های صنعتی مبتنی بر نانوکربن تولید می‌کنند که در بسیاری از صنایع کاربرد‌های گسترده دارند. همچنین این فناوری توزیع یکنواخت و توزیع نانوذرات را به شکل فعال تضمین می‌کند. با استفاده از آن، تولیدکنندگان می‌توانند خواص مواد و پارامتر‌های عملکردی مانند استحکام، وزن، هدایت الکتریکی و موارد دیگر را افزایش دهند.

انرژی
از آنجایی که مصرف انرژی هر سال در حال افزایش است و انتقال انرژی تجدیدپذیر مورد اقبال واقع شده است، زنجیره‌های تامین انرژی باید از افزایش ظرفیت و ذخیره سازی اطمینان حاصل کنند. این در درجه اول به دلیل متناوب بودن منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی است. نانومواد تک بعدی با افزایش چگالی انرژی، چرخه عمر و ایمنی سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی مانند باتری‌های لیتیوم یون، با این مسائل مقابله می‌کنند.

از سوی دیگر، نانومواد دو بعدی در کاربرد‌های کاتالیزوری برای تولید انرژی استفاده می‌شود. نانو مواد مهندسی شده در سلول‌های خورشیدی و افزودنی‌های سوخت نانوذره، نمونه‌هایی از این موارد استفاده در بخش انرژی هستند که در آن بازده تبدیل انرژی را بهبود می‌بخشند.

غذا و نوشیدنی
نانومواد و نانوکپسولاسیون به برند‌های مواد غذایی اجازه می‌دهد تا ماندگاری محصولات خود را بهبود بخشند. همین فناوری همچنین در بسته بندی مواد غذایی و نوشیدنی کاربرد‌هایی پیدا می‌کند تا خواص مانع مکانیکی را افزایش دهد. به عنوان مثال، نانومواد در بسته بندی مواد غذایی مقاومت میکروبی را افزایش داده و از فساد آن جلوگیری می‌کند.

استارت آپ‌های نانوفناوری بیشتر پوشش‌های ضد اشعه ماوراء بنفش (UV) و افزودنی‌های جلوگیری از رطوبت را توسعه می‌دهند. نانوحامل‌ها همچنین به عنوان سیستم‌های تحویلی، افزودنی‌های غذایی را بدون به خطر انداختن مورفولوژی حمل می‌کنند. در نهایت، تولیدکنندگان مواد غذایی از نانوذرات برای بهبود تحویل مواد غذایی و بهبود فراهمی زیستی آن استفاده می‌کنند.

نیمه رسانا

اثر اندازه کوانتومی نانومواد نیمه رسانا بر خواص فیزیکی و شیمیایی آنها تأثیر زیادی دارد. این شامل بهبود اتصال، کاهش فاکتور‌های شکل و افزایش بازدهی برق و ... است. بنابراین، چنین نانوذراتی در صنایعی مانند نانودستگاه‌های ساطع کننده نور، موج بَرها و ... کاربرد دارند.

علاوه بر این، نانومواد مانند نانولوله‌های کربنی (CNTs) با کاهش مقاومت الکتریکی، تأخیر انتشار سیگنال را کاهش می‌دهند. در نتیجه، فناوری نانو محاسبات با کارایی بالا (HPC) و فناوری‌های حافظه بسیار متراکم را تقویت می‌کند. شکاف باند وسیع‌تر نانوذرات نیمه رسانا، پایداری شیمیایی آنها را در دما‌های بالا بهبود می‌بخشد و سیستم‌های خنک کننده برای الکترونیک با دمای بالا را حذف می‌کند.

دارو

نانو فناوری دارویی انتقال و توسعه دارو را بهبود می‌بخشد. شرکت‌های داروسازی از طریق نانوکپسوله سازی مولکول‌های دارو، می‌توانند از تحویل مؤثر دارو‌ها به مولکول‌های هدف اطمینان حاصل کنند. این باعث افزایش فراهمی زیستی و آزادسازی کنترل شده مولکول‌های دارو می‌شود. در شیمی درمانی، دارو رسانی با استفاده از نانو روبات، سلول‌های بدخیم خاص را هدف قرار می‌دهد و در نتیجه سمیت سلولی را کاهش می‌دهد.

همچنین، بخش دارو سازی از فناوری نانو در توسعه دارو برای کپسوله کردن ذرات نامحلول و استفاده از آنها به عنوان مولکول دارویی استفاده می‌کند. همچنین کارایی مولکول‌های دارویی موجود را افزایش می‌دهد. نانوذرات تا حد زیادی بر توسعه واکسن تأثیر می‌گذارند. واکسن‌های مبتنی بر mRNA شرکت فایزر برای COVID-۱۹ نمونه‌ای از آن هستند.

مراقبت شخصی

از آنجایی که مصرف کنندگان به طور فزاینده‌ای بر سلامت شخصی تمرکز می‌کنند، شرکت‌های مراقبت شخصی در تلاش هستند تا عملکرد و ایمنی محصول را افزایش دهند. فرمول‌های آرایشی مبتنی بر فناوری نانو با اعمال تأثیر متقابل زیرساخت‌های سلولی، خواص مورد نظر را ارائه می‌کنند. نانومواد مورد استفاده در محصولات مراقبت شخصی شامل نانوزوم ها، لیپوزوم ها، نانوذرات لیپیدی جامد و غیره است.

با بهره مندی از فناوری نانو، تولیدکنندگان لوازم آرایشی قادر به افزایش کارایی در محبوس سازی، نفوذ پوستی، ثبات فیزیکی و موارد دیگر هستند. برخی از استارتاپ‌ها با استفاده از نانومواد، فرمول‌های مؤثرتری برای محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش در ضدآفتاب‌ها ارائه می‌کنند. علاوه بر این، ارائه فرمولاسیون با استفاده از نانوذرات بسیار ایمن‌تر است، زیرا پوست فقط فرمول را جذب می‌کند.