تبلیغات
بیوانفورماتیك,bioinformatics,بیوانفورماتیک - بیو نانو تكنولوژی و بیوانفورماتیك
بیوانفورماتیك,bioinformatics,بیوانفورماتیک
تنها پایگاه آموزش بیوانفورماتیک به زبان فارسی,www.ibp.ir,این ویلاگ زیر مجموعه پرتال بیوانفورماتیک ایرانیان میباشد به آدرس
شنبه 30 تیر 1386

بیو نانو تكنولوژی و بیوانفورماتیك

شنبه 30 تیر 1386

با سلام

همان طور كه میدانید بیوانفورماتیك تقابل بین رشته های زیست شناسی، كامپیوتر ،آمار و ریاضیات كاربردی میباشد با این تفاصیل میتوانیم به كاربردهای وسیعی كه بیوانفورماتیك در علوم مختلف خواهد داشت پی برد.بیوانفورماتیك مكمل رشته بیونانو تكنولو‍‍ژی است یعنی بیوتكنولوژی به نانو تكنولوژی مدل ارائه میدهد و نانو تكنولوژی توسط نرم افزارهای بیوانفورماتیكی میتواند به این سوالات بیولوتكنولوژیست ها پاسخ دهد .از این رو و با رویكردی كه دنیا به سمت بیونانو تكنولوژی پیدا كرده است و از آنجایی كه یك بوانفورماتكسین باید با این شاخه اشنا باشد مقاله ای در این رابطه كه چند مدتی است مشغول آماده سازیش هستم را برایتان در اینجا قرار دادم ....امید وارم مفید بوده باشد

نانوتكنولوژی چیست؟

نانوتكنولوژی، توانمندی مواد، ابزارها و سیستمهای جدید با در دست گرفتن كنترل در سطوح مولكولی و اتمی و استفاده از خواصی است كه در آن سطوح ظاهر می‌شود. از همین تعریف ساده بر می‌آید كه نانوتكنولوژی یك رشته جدی نیست، بلكه رویكردی جدید در تمام رشته‌هاست، بررسی‌ها نشان می‌دهد كه نظام سیستماتیك ماده در مقیاس نانومتری، كلیدی برای سیستم‌های فیزیكی، شیمیایی و بیولوژیكی با ....

برای مطالعه ادامه مطلب در زیر بر روی ادامه مطلب كلیك كنید

نانوتكنولوژی چیست؟

نانوتكنولوژی، توانمندی مواد، ابزارها و سیستمهای جدید با در دست گرفتن كنترل در سطوح مولكولی و اتمی و استفاده از خواصی است كه در آن سطوح ظاهر می‌شود. از همین تعریف ساده بر می‌آید كه نانوتكنولوژی یك رشته جدی نیست، بلكه رویكردی جدید در تمام رشته‌هاست، بررسی‌ها نشان می‌دهد كه نظام سیستماتیك ماده در مقیاس نانومتری، كلیدی برای سیستم‌های فیزیكی، شیمیایی و بیولوژیكی با خواص جدید و بهتر می‌باشد. در مقیاس نانو، ویژگی‌های معمولی مواد تغییر می‌كند. و رفتار سطوح، رفته رفته بر رفتار توده‌ایی ماده غالب می‌شود و قلمروی كاملاً نوین گشوده خواهد شد (مقیاس نانو).

نانو تقریباً همه چیز زندگی ما را تحت تاثیر قرار خواهد داد. از داروهای كه مصرف می‌كنیم. تا توان رایانه هایمان؛ منابع انرژی مورد نیازمان؛ غذایی كه می‌خوریم؛ ماشینی كه می‌رانیم؛ خانه‌هایی كه در آن زندگی می‌كنیم و لباسی كه بر تن داریم و مهمتر آنكه در هر زمینه‌ای كه تصور تغییری را در آن داشته باشیم تاثیرات جدیدی به وجود خواهد آورد كه كسی فكرش را هم نمیكند.

نانو تكنولوژی به عنوان انقلاب صنعتی آینده جهان، در حال تغییر وضعیت كنونی جهان است. در این میان به نظر می‌رسد كه تاثیرات به عنوان رشته ای كه حیات موجودات زنده را دگرگون می‌كند، از اهمیت ویژه ای در بررسی پیامدهای صنعتی و اجتماعی این انقلاب، برخوردار است. در واقع برای بررسی فرصت ها و تهدیدهای نانو تكنولوژی به دلیل اینكه ماهیتی بسیار پیچیده در پیشرفت تكنولوژی كشورها دارند، می باید دانشمندان، سیاستمداران و مردم هر كشور در مورد نانوتكنولوژی مطالعه كنند تا بتوانند با تحلیل صحیح از انقلاب آینده جهان، مسایلی كه پیرامون فرصت‌ها و تهدیدهای نانوبیوتكنولوژی به وجود خواهد آمد را درك نمایند. برای كشور ما نانو تكنولوژی در همه زمینه‌ها و از جمله موارد نظامی بعنوان یك فرصت و در عین حال یك تهدید تلقی می‌شود به این دلیل كه به علت فاصله كم ما با دنیا فرصت خوبی برای تفوق جهانی در این رشته داریم و از طرف دیگر اگر دست بكار نشویم فاصله دیگر كشورها با ما افزایش خواهد یافت و در برابر این پیشرفت جهانی منفعل خواهیم شد.

 

نانوبیوتكنولوژی

نانوبیوتكنولوژی بیش از آنكه شاخه ای از بیوتكنولوژی باشد، شاخه‌ای از نانوتكنولوژی است. بیوتكنولوژی استفاده از سازواره‌های زنده در كاربردهای صنعتی مختلف است ولی نانوتكنولوژی استفاده از قابلیت‌های نانوتكنولوژی در كاربردهای زیستی است. بنابراین واژه نانوتكنولوژی نیز مانند واژه هایی چون «بیومكانیك» و «بیومتریال» به استفاده از تكنولوژی‌های مختلف در كاربردهای زیستی اشاره دارد و نه به استفاده از قابلیت‌های ارگانیزم‌های حیاتی در كاربردهای مختلف صنعتی. البته نانوتكنولوژی ابزاری كارآمد در پیشبرد بیوتكنولوژی بوده و نقش آن در توسعه تحقیقات بیوتكنولوژی حائز اهمیت است، لذا بعضاً همانند «بیوانفورماتیك» به عنوان شاخه‌ای از بیوتكنولوژی نیز مطرح شده است. بنابراین نانوبیوتكنولوژی عبارت است از شاخه ای از نانوتكنولوژی كه در زمینه‌های بیولوژی (ژنتیك مولكولی و سلولی) و بیوتكنولوژی كاربرد یافته است. بدین ترتیب نانوبیوتكنولوژی بعنوان یك رویكرد جدیید و همگرا كننده حوزه های مختلف علوم پایه، فنی مهندسی، كشاورزی و صنایع غذایی، محیط زیست، علوم پزشكی و بیوتكنولوژی بوده و كاربردهای فراوانی خواهد داشت.

نانوبیوتكنولوژی به ما اجازه می‌دهد تا اجزا و تركیبات را داخل سلول‌ها قرار داده و مواد جدیدی را با استفاده از روش‌های جدید مقل خود اسمبلی بسازیم. در روش خوداسمبلی، برای سر هم كردن اجزا، نیاز به روبات یا ابزار دیگری نیست. ایجاد ساختارهایی بر مبنای DNA در علوم پزشكی، دارو سازی، مهندسی ژنتیك و بیوتكنولوژی ایجاد یك تحول و انقلاب جدید در این علوم خواهد بود. تحقیقات گسترده و سرمایه‌گذاری های جهانی در ساخت سیستم‌ها، فرایندها یا فراورده‌های زیر، نشان دهنده رویكرد جدید محققین علوم و صنایع زیستی، صاحبان سرمایه و دولت‌هایی همچون آمریكا، ژاپن، روسیه و كشورهای اروپایی به نانوبیوتكنولوژی است.

- ساخت سیستم‌هایی به منظورهایش دارو در بدن

- ساخت قطعات سازگار برای جایگزینی اعضای بدن

- بیو سنسورهایی به منظور آزمایشگاه‌هایی كامل طراحی شده روی یك تراشه بسیار كوچك

- اتشخیص همزمان چندین بیماری از روی یك قطره خون (براساس تشخیص از روی DNA )

- ساخت یك مولكول بیولوژی ناروماتیك از DNA

- ساخت ابزارهای نانومتری بر پایه DNA

 

 

مثالهایی از كاربردهای فناوری نانو در پزشكی

امروزه از روش‌های داربست یا قالب در علم ارتوژدی و بعضاً در جراحی اعصاب استفاده می‌شود. در این روش قالب راهنمایی خواهد بود برای «هسته گزینی و رشد مواد نانو» بطوری كه بتدریج بافت مورد نظر حاصل می‌گردد. در حال حاضر بهترین مثال كاربرد بیومینرالیزاسیون در جهت رشد استخوان مصنوعی می‌باشد. با استفاده از تیتانیوم كه بصورت مش یا سیلندرهای سوراخ دار ساخته می‌شوند و از نظر جراحی قابلیت پیوند دارند، تشكیل ارگانوآپاتیت عملی شده است. فرض بر آن است كه كریستال‌های جنینی بسیار ظریف توسط سوراخ های ریز به دام افتاده و در پی آن هسته‌هایی از این كریستال‌ها تشكیل شده و شاهد رشد آپاتیت بر روی فلز خواهیم بود. در روش پیشرفته‌تر نیازی به قرارگیری بر ساختمان‌های فلزی ابتدائی (داربست) نیست، بلكه نانوفیبرهای مولكولی، خود مونتاژ و ساخته می‌شوند و در بین رشته ها كریستال‌های هیدروكسی اپاتیت مینزالیزه قرار خواهند گرفت و همانند ساختمان‌های كلاژن استخوان بوجود می‌آید. با ره اندازی این نوع فناوری‌های بیولوژیك و تشكیل چنین مواد پیشرفته به نظر می‌رسد نه فقط دسترسی به فرآورده های مورد نظر ممكن است بلكه به اطلاعاتی دست خواهیم یافت كه می‌توان از طریق آنها به نشانه‌های اثرات ضد التهابی و حمایت‌های نوروتروپیك درون سلول پی برده و امروزه درصدد آن هستند كه علاوه بر ارتوپدی در جراحی اعصاب برای فیوژن مهره‌ها از این فناوری بالفعل استفاده نمایند. بطور اعم با سیستم‌های میكرو الكترومكانیكال و ابزارهای الكترونیك كه هم سازگاری بیولوژیك دارند و از اجزاء مهندسی بافتی می‌باشند آشنا هستیم و می‌دانیم امروزه در بدن انسان در درمان دستگاه‌های مختلف استفاده می‌شوند. این ابزار و وسائل در سطح مولكولی نبوده بلكه در مقیاس ماكرومولكولی( اكثراً پلی مر) می‌باشند و قادر به اعمالی در سطح نانو نیستند.

گر چه در حال حاضر دانش نانوفناوری بسیار ابتدائی می‌باشد و در سطح علوم پایه این مطالعات و پژوهش‌ها پایه ریزی می‌شود ولی چشم انداز آن بسیار امیدوار كننده می باشد و دیری نخواهد پائید كه شاهد این فناوری در كاربرد بالینی باشیم. برای مثال ساخت داروهائی است كه با استفاده از نانوریزداروها بخصوص در عبور از سد خونی مغز در سال 2002 در مجلات علمی دارویی منتشر شده اند. همچنین از مولكول‌هایی كه شبیه درخت دارای شاخ و برگ بوده و برای ژن درمانی یا استفاده در MRI بعنوان كنتر است استفاده می‌شوند. كشف دنریمرها (Dendrimers ) اكتشاف جالبی از فناوری مولكول‌ها می‌باشد. در شروع (Gene therepy  ژن درمانی) برای رساندن ژن مورد نظر به سلول استفاده از ژ ویروس بعنوان حامل مطرح بوده همان گونه كه از سرنگ برای تزریق دارو استفاده می‌شود. امروزه با كشف دنریمرها كه مولكول‌های ساختگی می باشند می توان ژن مورد نظر را به سلول انتقال داد. همچنین از این نانو ریز ذرات می‌توان بعنوان مواد حاجب در MRI استفاده نمود و تصاویر بسیار شفاف دریافت نمود. علاوه بر موارد فوق امروزه از مامبران های (پرده های) اختصاصی برای جدا نمودن تركیبات آلی با وزن بسیار كم از محلول‌های آبی استفاده می‌شود. این نانومامبران قادرند بطور خیلی اختصاصی الترافیلتراسیون، تركیبات سمی را جدا نمایند. سالهاست كه اندیشه بهره‌وری از رایانه‌هایی كه براساس مولكول‌های پروتئینی ساخته خواهد شد مطرح شده است. بر پایه این تفكر اطلاعات در نوكلئوتیدهای DNA كدگذاری می‌شود و در تعقیب آن راه‌های دسترسی به مواد مختلف بیوشیمی ظهور می كند. گر چه دانش ما بصورت میكرو بسیاری از مسائل را ظاهراً از نظر بیماری‌ها مورد بحث و تجزیه و تحلیل قرار داده است، ولی شك نیست كه تقریباً پایة هر پروسة پاتوفیزیولوژیك براساس مولكولی است، مثلاً امروزه بیماری‌های دیابت قندی و ارتریواسكلروز تا حدی شناخته شده است ولی فقط نانوفناوری می‌تواند در شناسائی اختصاصی تحلیل چگونگی تغییرات ریز ذرات در ایجاد بیماری‌ها كمك نماید و با شناخت این تحولات مكانیسم های پیشگیری را می‌توان مورد بررسی و استفاده قرار داد. بطور خلاصه كاربرد نانو فناوری در پزشكی مسلماً در آینده بسیار نزدیك دررسیدن به اهداف اساسی یعنی شناخت پایة بیماری‌ها و راه‌های معابله با آنها دنیای جدیدی را پیش روی ما قرار خواهد داد.

 

برخی از كاربردهای بیوتكنولوژی در پزشكی

با استفاده از فناوری جدید اسكن بار كدها به راحتی می‌توان انواع بیماری‌ها را در كوتاه ترین زمان تشخیص داد.

محققین دانشگاه نورث وسترن با استفاده از نانوفناوری روش جدیدی برای برچسب زدن نشانگرهای بیماری‌ها با استفاده از قطعات كوچك DNA ابداع كرده اند. آن‌ها این روش را بار كدگذاری زیستی نام نهاده اند. از این روش می‌توان برای تشخیص انواع بیماری‌ها، از سرطان گرفته تا آلزایمر و یا تشخیص مواد بیولوژیك سمی مانند عامل سیاه زخم در جریان حملات تروریستی استفاده كرد.

این روش نسبت به روش قدیمی PCR جهت شناسایی و تعیین مقدار DNA در نمونه‌ها، ارزان‌تر، سریع تر، دقیق‌تر و راحت تر می‌باشد.

این روش جدید كه به نام BCA نامیده شده است در طی یكسال آینده بصورت تجاری به بازار عرضه خواهد شد.

برخلاف تست‌های رایج كه به یك یا چند ویال خون جهت انجام تست نیاز است در این روش با یك قطره خون تمام آزمایشات لازم در مدتی كه یك ملاقات با پزشك صورت می‌گیرد، انجام می‌گردد.

این روش بر مبنای استفاده از یكسری كاوشگرهای (PROBES ) شیمیایی كه قابلیت اتصال به شناساگرهای بیماری‌ها را دارند، ابداع شده است. به عنوان مثال اگر بخواهیم از وجود عامل سیاه زخم آگاه شویم، مجموعه ای از كاوشگرها كه قابلیت اتصال به DNA عامل بیماری را دارند، تهیه می‌گردند. یك كاوشگر شامل یك نانوذره مغناطیسی است كه به یك رشتة DNA مكمل یا DNA عامل بیماری متصل شده است. كاوشگر دیگر، از یك نانوذرة طلا نشكیل شده است كه آن هم به یك رشتة DNA مكمل عامل بیماری در خون موجود باشد، نشانگر DNA آن بین این دو كاوشگر احاطه شده و به راحتی با خاصیت مغناطیسی می‌توان آن را جداسازی و شناسایی كرد. این روش جهت شناسایی فكتور كشنده سیاه زخم (فاكتور مرتبط با در معرض قرار گیری با عامل سیاه زخم) مورد تأیید قرار گرفته است. از این روش جهت شناسایی آنتی ژن اختصاصی پروستات (PSA ) كه شناساگر اختصاصی سرطان پروستان است، در مقادیر بسیار كم نیز استفاده شده است بر این اساس برای هر توالی DNA یا پروتئین مرتبط با بیماری‌ها می‌توان یك باركد طراحی كرد.

در آینده انتظار می‌رود با كوچك شدن دستگاه های اسكن كننده باركدها بتوان از این فناوری در خانه ها برای تشخیص ابتلاء به انواع بیماری‌ها استفاده كرد.

 

استفاده از رایانه DNA جهت در درمان سرطان

محققین مؤسسه علوم وایزمن اخیراً یك رایانه DNA ساخته اند كه قادر به شناسایی نشانگرهای سرطان است و در عین حال داروی مناسب درمان سرطان را نیز آزاد می‌سازد. ورودی، خروجی و نرم افزار این رایانه، مولكول‌های DNA می‌باشند. در حالی كه آنزیم‌های سازندة DNA بعنوان سخت افزار آن عمل می‌كنند. رایانه، ورودی را به منظور شناسایی نشانگرهای مولكولی مورد بررسی قرار می‌دهد. نشانگرها می‌توانند توالی‌های جهش یافتة RNA-m و كاهش یا افزایش تولید RNA-m باشند.

این وقایع همگی می‌توانند دلیل وجود سرطان باشند این سیستم، نشانگرها را تك تك مورد ارزیابی قرار می‌دهد و در صورتی كه شرایط مرتبط با بیماری را كشف نكند، پاسخ«خیر» می دهد و در صورتی كه نشانگرها وجود یك بیماری را نشان دهند خروجی آن «بله» است. در این حالت رایانه یك توالی DNA با نقش درمانی تولید كرده و بر میزان بیان ژن اثر می‌گذارد.

این رایانه قادر است میزان رهاسازی دارو را براساس شدن بیماری نیز تنظیم كند. به این منظور رایانه از یكسری مولكول‌های تشخیصی برای هر محاسبه استفاده می‌كند. بعضی از آن ها ممكن است خروجی مثبت تولید كنند در حالی كه بقیه خروجی منفی ایجاد می‌كنند. بعضی از مولكول‌ها به گونه ای طراحی شده اند كه در شرایطی كه تشخیص بیماری مثبت شد، دارو را رها سازند در حالی كه بقیه در شرایط تشخیص مثبت بیماری كاری انجام نمی‌دهند اما در تشخیص منفی بیماری، مولكول‌های خنثی كنندة دارو رها می‌سازند.دانشمندان این عمل را سیستم چك كردن و تعادل نام نهاده اند. این كار برای جلوگیری از ایجاد هر گونه مشكل در روند درمان بیماری‌ها است.

این دانشمندان نشان دادند كه رایانه آن‌ها قادر به شناسایی علائم سرطان پروستات و سرطان ریه است و داروهای مورد نیاز در هر مورد را آزاد می‌سازد.

این افراد معتقدند كه رایانه قادر است تا حدود 15 نشانگر را شناسایی كند. این سیستم، توانایی رهاسازی پروتئین‌ها، مولكول‌هایی طویل DNA یا مولكول‌های آلی را با اهداف درمانی دارا می‌باشد. این مطالعات در خارج از سلول‌ها و محیط بدن و در شرایط آزمایشگاهی صورت گرفته اند مدت زیادی لازم است كه بررسی‌های تكمیلی جهت استفاده از آن درون بدون صورت گیرد.

 

محصولات و زمینه‌های فعالیت بیونانوتكنولوژی

برخی از محصولات و زمینه های فعالیت بیونانوتكنولوژی عبارتند از:

1- بیونانوماشین‌ها: مهمترین زمینة كاربرد بیونانوتكنولوژی، ساخت بیونانوماشین‌ها (ماشین‌های مولكولی با ابعادی در حد نانومتر) است. در یك باكتری هزاران بیونانوماشین مختلف وجود دارد. نمونه آنها، ریبوزوم (دستگاه بسته بندی پروتئین) است كه محصولات نانومتری (پروتئین‌ها) را تولید می‌كند. از خصوصیات خوب بیونانوماشین ها (به عنوان مثال حسگریهای نوری یا آنتی بادی‌ها)، امكان هیبرید كردن آنها با وسایل سیلیكونی با استفاده از فرآیند میكرولبیتوگرافی است، به این ترتیب با ایجاد پیوند بین دنیای نانویی بیونانوماشین‌ و دنیای ماكروی كامپیوتر، امكان حسگری مستقیم و بررسی وقایع نانویی را می توان به وجود آورد. نمونه كاربردی این سیستم، ساخت شبكیة مصنوعی با استفاده از پروتئین باكتبورودپسین است.

2- مواد زیستی (Biomaterial ) كاربرد دیگر بیونانوتكنولوژی، ساخت مواد زیستی مستحكم و زیست تخریب‌پذیر است. از جملة این مواد می توان به DNA و پروتئین‌ها اشاره نمود. موارد كاربرد این مواد و به خصوص در زمینه پزشكی متعدد است. از جمله موارد كاربرد این مواد، استفاده از آنها به عنوان بلوك های سازنده نانومدارها و در نهایت ساخت وسایل نانویی (Nano- Device ) است. همچنین به دلیل خصوصیات مناسب این مواد از انها در ترمیم ضایعات پوستی استفاده می شود.

3- موتورهای بیومولكولی

موتورهای بیومولكولی، موتورهای محركة سلول هستند كه معمولاً از دو یا چند پروتئین تشكیل شده اند و انرژی شیمیایی (عموماً به شكل ATP ) را به حركت (مكانیكی) تبدیل می‌كنند. از جملة این موتورها، می‌توان به پروتئین میوزین (باعث حرك فیلامنت‌ها می‌شود)، پروتئین‌ها درگیر در تعمیر DNA یا ویرایش RNA (به عنوان مثال، آنزیم‌های برشی) و ATPase اشاره كرد. از این موتورها در ساخت نانوروبات‌ها و شبكة هادی‌ها و ترانزیستورهای مولكولی (قابل استفاده در مدارهای الكترونیكی) استفاده می‌شود. از جمله زمینه‌های دیگری كه از بیونانوتكنولوژی استفاده می‌شود، می توان به تكنولوژی دستكاری تك مولكول (single Molecule ) تكنولوژی Drug delivery , Biochip (ساخت نانوكپسول و نانوحفره) تكنولوژی Microfluidics (به عنوان مثال، ساخت (BioNEMS lab on a chip ساخت پمپ‌ها، حسگرها و اهرم‌های نانویی). Nuleic Acid Bioengineering ساخت نانوسیم DNA و یا كاربرد در همسانه سازی و ترانسرمیشن)، Nanobioprocessing (خودساماندهی، دستكاری سلولی و تولید فرآورده‌های زیستی)، حسگرهای زیستی (ارزیابی ایمنی غذا و محیط زیست) و Bioselective surface  مورد استفاده در تكنولوژی‌های جداسازی زیستی)، اشاره نمود.

 

دسته‌بندی كاربردهای فناوری نانو در شاخه بیوشیمی و بیوتكنولوژی

1- نانوبیومواد: مواد جدید همواره یكی از پیشران‌های توان زای كلیدی برای ساخت سیستم‌ها و كاربردهایی با اثرات چشمگیر بوده‌اند. این مواد می‌توانند موانع فرآیندهای قبلی را بشكنند و نهایتاً كاربردهایی با منافع بالقوه جهانی را تولید كنند. مواد در مقیاس نانو، یعنی موادی كه ویژگی‌هایشان در سطح كمتر از میكرو (كوچكتر از 6- 10 ‌m ) یا نانو (9- 10m ) قابل كنترل است. خواص مواد در چنین ابعاد و اندازه‌هایی با مواد متعارف اساساً متفاوت است و به همین لحاظ تحقیقات در حوزة نانو مواد روز به روز فعال تر می‌شود، نانوبیوذرات، ذرات كلوئیدی و جامدی هستند كه شامل اجزاء ماكرومولكولی با اندازه 10- 1000 nmc با شیمی سطح پیچیده هستند. بسته به روش تولید، نانوذرات به شكل نانوكپسول یا نانوكره هستند نانوكره‌ها سیستم‌های ماتریسی می‌باشند در حالی كه نانوكپسول‌ها سیستم‌های وزیكولاراند. نانوكپسول‌ها نانوذراتی هستند كه دارای یك پوسته و فضای خالی داخل آن جهت قرار گرفتن و حمل مواد مورد نظر باشند. فسفولیژیدها با یك سر آب دوست و یك سر آب گریز وقتی در یك محیط آبی قرار می‌گیرند، تشكیل كپسول‌هایی می‌دهند كه سر آب دوست آن در بیرون و سر آب گریز مولكول در درون آن قرار می‌گیرند، از پلیمرهایی مثل لیپید و پروتئین نیز می‌توان برای ساخت نانوكپسول استفاده كرد. درخت سان ها (Denderimeres ): ماكرومولكول‌هایی با ساختار منتظم و پر شاخه سه بعدی، كه به خاطر دانسیته بالای كروه های فعال كاربردهای زیادی دارند. درخت سان ها به دلیل رقابت طراحی و ساخته شدن بادقت كاملاً اتمی بیشترین توانمندی را در مقایسه با نانو حفرات، نانوكپسول‌ها و نانوذرات از خود نشان می‌دهند.

ذرات ویروس مانند (Particles like virus ) (vlps ) بیان نوتركیب ساختمان اصلی پروتئین‌های بسیاری از ویروس‌ها، VLP را تولید می‌كند. چنین ذراتی موروفولوژی شبیه به كپسیدهای خالی از ویروس دارند كه از آن منشاء گرفته اند، بنابراین ساختارشان شبیه به ویروس اصلی است در عین حال غیر فعالند.

پروتئین نانوذرات، اندازه پروتئین‌ها به طور طبیعی كمتر از مقیاس نانو است. بااستفاده از روش‌های سنتز ذرات در نانوتكنولوژی می‌توان پروتئین‌هایی تولید كرد كه در مقیاس نانو باشند. این ذرات نانوپروتئینی در سیستم های انتقال دارو (به عنوان حامل دارو)، ژن درمانی، تولید كرم‌های ضد آفتاب و مواد آرایشی و همچنین در تولید علف كش‌های نانویی كاربرد دارند.

بطور خلاصه نانوبیوموادها به خاطر اندازه كوچكشان بسیار مورد توجه‌اند و كاربردهای بسیاری دارند از جمله:

داروسازی

به كارگیری نانو بیومواد در پاكسازی محیط زیست

استفاده ار نانوبیومواد در محصولات آرایشی و بهداشتی مانند كرم های ضد آفتاب و رنگدانه‌ها، برخی داروها

انتقال ژن وژن درمانی

تولید واكسن

استفاده در علف كش‌ها و سموم نباتی

افزودن طعم و رنگ دلخواه به غذا

آشكار سازی تهدیدهای بیولوژیكی مثل سیاه زخم، آبله و سل و محدوده وسیعی از بیماری‌های ژنتیكی

حفظ سلامت غذا، نانوذرات با چسبندگی خاص قادرند به صورت برگشت ناپذیر به بعضی از انواع باكتری متصل شوند و مانع آلوده كردن میزبان توسط آنها شوند.

نكته ای كه باید توجه شود این است كه برای اینكه سیستم های انتقال (دارو، غذا و ژن) مؤثر بالشند، تركیبات فعال كپسوله كننده باید به مكان‌های مشخص برسند، غلظت شان باید در یك سطح مناسب برای مدت زمان طولانی ثابت باشد و از تجربه نابهنگام آنها جلوگیری شود. نانوذرات توانایی بیشتری در كپسوله كردن و آزاد سازی نسبت به سیستم‌های قدیمی دارند و به خصوص به خاطر اندازه كوچكشان می‌توانند مستقیماً به سیستم گردش خون وارد شوند.

2- نانولوله ها و نانوكامپوزیت‌ها:

نانولوله‌های كربنی اولین نسل محصولات نانو هستند كه در سال 1991 كشف و به جهان عرضه شدند. نانو لوله‌ها از پیچیده شدن ورقه های گرانیت با ساختاری شبیه شانه عسل بدست می‌آیند. این لوله‌ها بسیار بلند و نازك هستند و ساختارهایی پایدار، مقاوم و انعطاف پذیر دارند.

نانولوله‌ها قوی‌ترین فیبرهای شناخته شده اند 100-1 برابر قوی‌تر از واحد وزنی استیل هستند و می توانند جایگزین سرامیك‌های معمولی، آلومینیوم و حتی فلزات در ساخت هواپیما، چرخ دنده ها، یاتاقان‌ها، اجزاء ماشین، دستگاه‌های پزشكی، وسایل ورزشی و دستگاه‌های صنعتی تولید غذا شوند.

مطالعات اخیر پیشنهاد می‌كند كه از نانو لوله‌های كربنی برای اهداف بیولوژیكی مثل كریستالیزاسیون پروتئین‌ها و ساخت بیوراكتورها و بیوسنسورها استفاده شود. نانولوله‌های كربنی در محیط‌های آبی نامحلول‌اند. بنابراین برای كاربردهای بیولوژیكی باید بر این مسأله غلبه كرد.

پیوند گروه‌های Functional به نانولوله‌های كربنی برای كاربردهای پزشكی بسیار مفیدند به عنوان مثال اتصال نانولوله‌ها به یك توالی خاص DNA می‌تواند باعث اتصال به یك پروتئین در سلول سرطانی شود و اتصال هم سلولی به یك بخش دیگر از همان نانولوله می‌تواند یك «پیكان راهنما» برای حمله به سلول سرطانی و نابود كردن آن باشد. نانولوله‌های كربنی به خصوص نانولوله‌های چند لایه با ساختار كاملاً تعریف شده نانویی، می‌توانند برای ساختن بیوسنسورها استفاده شوند.

یك زمینه دیگر كابرد نانولوله‌های كربنی توسعه غشاءهای رسانای الكتریكی است. به خاطر نسبت بالای طول به قطر، نانو لوله‌های كربنی می‌توانند پلیمرهای سنتزی را كه نارسانای الكتریكی هستند، به پلیمرهای رسانا تبدیل كنند، اگر این پلیمرها برای توسعه غشاءهای جدید استفاده شوند میزان جداسازی طعم ها و مواد مغذی افزایش خواهد یافت.

نانولوله های پپتیدی: از ورقه های B پروتئین با تعداد مساوی آمینواسیدها D,L تشكیل شده اند. این ورقه‌ها با خودسامانی از طریق پیوندهای هیدروژانی، تشكیل نانولوله ها را می‌دهند. در این نانولوله‌ها تمام زنجیره های جانبی بر روی سطح خارجی قرار دارد.

خواص سطحی نانو لوله و سوراخ داخلی با تریب آمینو اسیدها تغییر می‌كند و طول آن بستگی به تعداد Residue ها دارد.

برخی از كاربردهای نانولوله‌های پپتیدی در اینجا آورده شده است:

می‌تواند حامل‌های مناسبی برای انتقال دارو باشند.

موادی مثل پروتئین و لیپید یا آنزیم با اتصال به دیواره خارجی آن، از نانولوله پپتیدی یك بیوسنسور می‌سازند.

نانولوله‌های پپتیدی را می‌توان به عنوان پایه ای برای ساخت بیوسرامیك ها مورد استفاده قرار داد. بیوسرامیك ها در ساخت استخوان یا دندان مصنوعی كاربرد بسیار دارند.

نانولوله‌ها پپتیدی می‌توانند پایه ای برای ته نشست مواد معدنی مثل كربنات كلسیم، اكسید آهن، دی اكسید سیلیكون و هیدروكسی آپتیات باشند.

3- نانوفیلترها، نانوسنسورها و مواد هوشمند:

فیلترها بر اساس اندازه منافذشان دسته‌بندی می‌شوند و بر این اساس به میكروفیلترها آلترافیلترها و نانوفیلترها دسته‌بندی می‌شوند. نانو فیلتراسیون در اصل فیلتراسیون با فشار پایین‌تر از اسمز معكوس است، بنابراین قیمت تمام شده نانوفیلترها و انرژی مصرفی كمتر است.

نانو.فیلترها علاوه بر بازریابی عناصری مثل نمك و كلسیم از آب، قادر به بازریابی ویروس‌ها و باكتری‌ها نیز می‌باشند بنابراین می‌توانند در رفع، آلودگی‌های آب های ذخیره نوشیدنی‌انسان ها و آب‌های كشاورزی استفاده شوند.

  • نظرات()