الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 25000 تومان
(ایران ترجمه - irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۲۲
کد مقاله
MDSN22
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
مقدمه ای بر نانو تکنولوژی و کاربردهای آن در پزشکی
نام انگلیسی
Introduction to Nanotechnology and Its Applications to Medicine
تعداد صفحه به فارسی
۱۴
تعداد صفحه به انگلیسی
۵
کلمات کلیدی به فارسی
نانو تکنولوژی ، پزشکی
کلمات کلیدی به انگلیسی
Nanotechnology, Medicine
مرجع به فارسی
دانشگاه کالیفرنیا، دپارتمان بیومهندسی و چشم پزشکی
انستیتو مهندسی بیو پزشکی و پرشکی عصب شناسی – الزویر
مرجع به انگلیسی
Departments of Bioengineering and Ophthalmology, Whitaker Institute for Biomedical, Engineering and Neurosciences Program, University of California, San Diego, LaJolla, California
کشور
ایالات متحده
مقدمه ای بر نانو تکنولوژی و کاربردهای آن در پزشکی
نانو تکنولوژی را می‌توان بعنوان علم و مهندسی به کار گرفته شده در طراحی، ترکیب، توصیف صفات اختصاصی و کاربرد مواد و ابزارهایی که کوچکترین سازمان کاربردی آنها، در حداقل یک بعد، در مقیاس نانومتر یا یک میلیاردم متر است، تعریف کرد. در این مقیاسها در نظر گرفتن مولکولهای مجزا و گروهی متعامل مولکولها در ارتباط با ویژگیهای ماکروسکوپی حجمی مواد یا ابزار از اهمیت زیادی برخوردار است چرا که سبب ایجاد کنترل بر ساختار مولکولی بنیادین شده وخود سبب ایجاد کنترل بر ویژگیهای فیزیکی وشیمیای ماکروسکوپی می‌شود. کاربردهای پزشکی و فیزیولوژی در این مقوله نیازمند آن است که مواد و ابزارهای طراحی شده با مجموعه‌ای در مقیاسهای مولکولی، با درجه بالایی از خصوصیات مربوطه، در تعامل باشند. این امر را می‌توان به عنوان کاربردهای پزشکی مخصوص بافت و سلول، طراحی شده برای دستیابی به حداکثر تاثیرات درمانی با حداقل عوارض جانبی، در نظر گرفت. در این نقد مهمترین ابعاد فنی و علمی نانو تکنولوژی معرفی شده و برخی از کاربردهای پزشکی آن مورد بحث قرار گرفته اند.
نانو تکنولوژی و مهندسی نانو به منظور ایجاد پیشرفتهای چشم‌گیر در فناوری و علم در رشته‌های مختلف از جمله پزشکی و فیزیولوژی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. به عبارت دیگر می‌توان آنها را به عنوان علم و فناوری موجود در طراحی (ترکیب) توصیف صفات اختصاصی و کاربرد مواد و ابزارهایی نام برد که کوچکترین سازمان کاربردی آنها، در حداقل یک بعد، در مقیاس نانومتر، از چند تا چند صد نانومتر، می‌باشند. یک نانومتر برابر است با یک میلیاردم متر که از نظر مرتبه بزرگی سه برابر کوچکتر از یک میکرون است که خود به صورت تقریبی برابر مقیاس حجمی یک مولکول است (برای مثال یک مولکول DNA برابر ۵/۲ نانومتر طول دارد در حالیکه یک اتم سدیم در حدود ۲/۰ است). برای درک بهتر اهمیت مرتبه بزرگی اجازه دهید تا این دیدگاه را با توجه به حرکت از یک میکرون به مقیاس نانومتر با ذکر مثالی در نظر گیریم که با توجه به داشتن سرعت در مرتبه سه هیچکس برای رفتن از نیویورک به ساندیگو حتی قدمی نیز نباید بردارد ولی با تغییر در مرتبه بزرگی سرعت به میزان یک واحد (مساوی تغییر سرعت از راه رفتن به حالت رانندگی کردن) این مسیر دو روز طول خواهد کشید. پرواز که از نظر مرتبه بزرگی دو مرتبه از راه رفتن سریعتر است، شما را در عرض چند ساعت به آن سوی ایالات متحده می‌رساند و با یک هواپیمای ماورای صوت این سفر در چند دقیقه طول خواهد کشید. ( راه رفتن در یک مسیر مستقیم بین این دو شهر ۵/۴ کیلومتر در ساعت به مدت ۴۲ روز طول خواهد کشید ).
مقدمه ای بر نانو تکنولوژی و کاربردهای آن در پزشکی
تاثیر پتانسیل نانو تکنولوژی ارتباط مستقیمی با مقیاسهای فضایی و زمانی دارد، یعنی مواد و ابزار مهندسی شده در مقیاس نانومتر در بردارنده بکارگیری تحت کنترل الگوهای اجزای واحد مولکولهای و اتمها و چگونگی سازماندهی آنها برای تشکیل زیرلایه ماکروسکوپی می‌باشد. این بدان معناست که زیرلایه مهندسی شده نانو، برای نمایش ویژگیهای بسیار خاص و کنترل خصیصه‌های شیمیایی و فیزیکی، که در نتیجه کنترل سنتز مولکولی و اسمبلی یا ترکیب آنها می‌باشد، را می‌توان طراحی نمود.
این مواد و ابزارها برای بکارگیری در پزشکی وفیزیولوژی را می‌توان در تعامل با سلولها و بافتها در سطح مولکولی با قابلیت کارکرد بالا طراحی کرد، که در نتیجه این مضمون ایجاد کننده درجه‌ای از یکپارچگی بین سیستم‌های تکنولوژی وزیست شناسی می‌باشد که در گذشته امکان‌پذیر نبوده است. جالب است بدانید که نانو تکنولوژی به خودی خود بعنوان یک نظام علمی خاص ظهور کرده نیست، بلکه تعامل علوم سنتی از قبیل: شیمی، فیزیک علم مواد و زیست شناسی، به منظور کنار هم قرار دادن مهارتهای هم سو و مورد نیاز برای توسعه این فناوری‌های منحصر بفرد، برجسته است.
در این نقد مهمترین رویکردهای ترکیبی به کار رفته در نانو تکنولوژی معرفی شده‌اند، و فناوری نوظهور و در حال توسعه برای کاربردهای پزشکی و زیست شناسی مورد نقد قرار گرفته‌اند.
بخش اول نگاهی کلی نسبت به روشهای ترکیبی نانو تکنولوژی داشته وتلاش خواهد کرد تا این احساس را ایجاد کند که چگونه می‌توان در چنین مقیاس کوچکی فعالیت کرد. بخش دوم بر برخی از چالشهای مهندسی منحصر بفرد تاکید خواهد داشت که به وسیله چنین مقیاسهای فضایی کوچکی تحمیل شده اند. بخش سوم به بحث پیرامون برخی کاربردهای کلی نانو تکنولوژی در پزشکی و زیست شناسی که اکنون در حال توسعه‌اند می‌پردازد.
این مقاله مقدمه‌ای بر این علم نوظهور است. مقالات بعدی در بخش عصب شناسی جراحی بر پتانسیل نانو تکنولوژی موجود که برای درمان نارسایی‌های سیستم عصبی مرکزی به کار می‌روند تمرکز دارد و به بحث پیرامون چالشهای منحصر بفردی که سیستم عصبی مرکزی یا CNS ارائه می‌کند، می‌پردازد.
مقدمه ای بر نانو تکنولوژی و کاربردهای آن در پزشکی
رویکردهای ترکیبی و گردآوری
روشهای متفاوت برای ترکیب مواد و ابزارهای مهندسی نانو می‌تواند مراحل گاز، مایع یا جامد را هماهنگ کرده و یکسری تکنیک‌های تجربی که فراتر از یک نقد مختصر است را در بر گیرد. بطور کلی اکثر روشهای ترکیبی را می‌توان به دو رویکرد عمده تقسیم کرد: از «بالا به پایین» از «پایین به بالا» و البته ترکیب هر دوی این مورد.
تکنیک‌های از بالا به پایین با مواد ماکروسکوپی یا گروه مواد آغاز شده و اجزای دارای مقیاس کوچکتر را در آنها بکار می‌برد. بهترین مثال موجود از رویکرد بالا به پایین تکنیک عکسبرداری بوسیله چاپ سنگی است که از طریق صنعت نیمه رسانا برای ایجاد مدارهایی بوسیله الگوهای حکاکی در سیلیکون ایجاد شده است. این روند بطور کل بوسیله پوشش دادن یک قطعه سیلیکون با نوعی فوتورزیست، یا یک نوع پلیمر حساس به مواد شیمیایی عکسبرداری، آغاز می‌گردد که در اثر برخورد با نور لیزر با طول موجهای خاص سخت می‌شود. سپس نمونه‌ها با یک لیزر بر سطح سیلیکون پوشیده شده بوسیله فوتورزیست کشیده شده، به گونه‌ای که می‌توان فوتورزیست اضافی را پاک کرد و از سیلیکون در معرض قرار گرفته بعنوان الکترود استفاده کرد. سیم‌های آلومینیمی، پس از برطرف کردن فوتورزیست سخت شده، بر روی الگوهای حکاکی قرار می‌دهند تا ترانزیستورها ایجاد شوند، رویکرد مشابهی برای توسعه حفره‌های مرتبط میکروسکوپی در مایع آگار (agar) با استفاده از قالب برای مطالعه ارتباط نورون و استروسیت مورد استفاده قرار گرفته است. کشت سلولی در جایی شروع می‌شود که نورونها در یک حفره و استروسیت‌ها در حفره مجاور قرار دارند و بوسیله کانالی که انتشار عوامل قابل حل شدن در آن امکان دارد به هم متصل شده‌اند. این نمونه‌ای از تکنیک چاپ سنگی بکار برده شده در زیست‌شناسی سلولی است. دیگر انواع تکنیک‌های چاپ سنگی نانو از قبیل چاپ سنگی نانوی dip pen و چاپ سنگی نانوی میکروسکوپی نیروی اتمی‌الکتروستاتیک می‌باشند که در آنها مولکولهای واحد بترتیب ته نشست یا تغییر یافته و بر این اساس می‌توانند ویژگی‌هایی مقیاس نانو واقعی را در مواد مختلف ایجاد کنند.
رویکردهای از پایین به بالا از سوی دیگر با طراحی و ترکیب مولکولهای سفارشی که توانایی خود اسمبلی یا خود سازماندهی در ساختارهای مزومقیاس و ماکرومقیاس با مرتبه بالاتری را دارند، آغار می‌شود. چالش موجود در ترکیب یا سنتز مولکولهایی است که بصورت خود به خود بر روی تغییر تحت کنترل عامل فیزیکی یا شیمایی خاص اسمبل شوند، برای مثال تغییر در PH یا غلظت یک محلول خاص یا بکارگیری یک میدان الکتریکی. مکانیزمهای فیزیکی که سبب خود گردآوری یا خود اسمبلی می‌شوند، یا به عبارت دیگر نیروهای محرکی که این مولکولها را به سوی خود گرد آمدن در ساختارهای سازمان یافته هدایت می‌کنند، به دلیل تبادلات مولکولی رقابتی و ترمودینامیک از جمله نیروهای هیدروفیلیک یا هیدروفوبیک، دسته‌بندی هیدروژن و تبادلات وان در والز است که تلاش دارند تا سطوح انرژی را برای ساختارهای مختلف مولکولی به حداقل برسانند. ترفندی که در اینجا بکار می‌رود طراحی سیستم‌هایی است که بطور خود به خود در ساختارهای بزرگتر ماکروسکوپی، که نشانگر ویژگیهای مطلوب فیزیکی و شیمیایی که بوسیله خود مولکولهای سازنده نمایش داده نشده است، گرد می‌آیند.
یک رویکرد ترکیبی مرتبط که در راستای کاربردهای زیست‌شناسی است، همانا ایجاد تکنیک‌هایی است که از ساختارهای موجود برای هدایت ایجاد هسته و رشد مواد دارای ساختار نانو استفاده می‌کنند. مثال مناسب برای این موضوع عبارت است از کاربردهای معدنی سازی یا بیومینرال زیستی از قبیل رشد بیومیتیک استخوان مصنوعی. این مهم بوسیله القاء ساختار ارگانوپاتیت در ساختارهای تیتانیوم از قبیل فلز ورقه شده، شبکه‌ها یا سیلندرهای سوراخ‌دار بوسیله پیش جذب سطحی بر روی فلز اسید پلی ال‌لیسین یا پلی ال‌گلوتامیک در هنگام تماس با شکل فلزی یک غشاء دو لایه پلی یونیک حاصل می‌شود. اینگونه تصور می‌شود که گیر افتادن کریستالهای نارس ریز و شکل‌گیری بعدی این کریستالهای اصلی همان چیزی است که سبب رشد واقعی اپاتیت (گروه مواد معدنی فسفات کلسیم) می‌گردد. دیگر تکنیک‌های مربوطه تلاش دارند تا از روالهای شبیه سازی و تقلیدی در موارد مرتبط با فوق ساختار استخوان بدون نیاز به ته نشست ساختارهای فلزی موجود بوسیله القاء خود ترکیبی و شکل‌گیری نانوفیبرهای مولکولی که در لا به لای آن کریستالهای هیدروکسید پاتیت معدنی شده یا همان ساختارهایی که شبیه به فوق ساختار اختلاط رنگهای مختلف استخوان است، اقدام کنند. با توسعه این فناوری‌ها، انتظار می‌رود که این مواد پشرفته تنها ویژگیهای مکانیکی مطلوب را تامین ننموده، بلکه در ویژگیهای علامت دهنده سلولی کاربردی از قبیل حمایت نوروتروفیک یا تاثیرات ضد تورم دخالت داشته باشند. در کنار بسیاری از کاربردهای ارتوپدی، این نکته نیز برای جراحان اعصاب می‌تواند جذاب باشد که در چه زمانی ترکیب نخاعی محرز می‌گردد.
مقدمه ای بر نانو تکنولوژی و کاربردهای آن در پزشکی
ملاحظات فضایی و دمایی
می‌بایست به این نکته توجه شود که موانع اصلی مهندسی و علمی در توسعه کاربردهای نانوتکنولوژی ریشه در اندازه ذاتی و مقیاسهای زمانی مورد بررسی قرار گرفته، از یک تعداد جزئی تا حدود یکصد نانومتر در فضا و از یک میلیاردم ثانیه تا فمتو ثانیه (۱ کوادریلیوم ثانیه) در مقیاس زمانی، چنانچه نوسانات پیوند اتمی‌را می‌بایست مورد توجه قرار داد، است (مرتبه بزرگی یک فمتو ثانیه ۶ بار کوچکتر از یک نانو ثانیه ، یا یک میلیاردم نانو ثانیه یا ۱۵-۱۰ ثانیه که بطور باورنکردنی کوچک است). از آنجاییکه بلوک‌های ساختاری مولکولی مورد بررسی، چنین مقیاسهای کوچکی دارند، این زیر لایه‌ها دارای سطوح فضایی و دمایی مختلفی هستند که در دامنه‌های مختلف با سطوح مختلف قرار گرفته‌اند (برای مثال مرتبه بزرگی ۶ برای وسیله‌ای که فوق ساختار مقیاس نانو دارد اما یک ساختار ماکروسکوپی میلیمتری را دارا می‌باشد). بنابراین برای مطالعه و تحقیق در خصوص این نظامهای پیچیده و فنی، ابزار آزمایشی و تئوریکی بسیار پیچیده مورد نیاز است.
به ویژه به تصویر کشیدن، تعیین ویژگی‌ها و بکارگیری مواد و ابزارها نیازمند تکنیک‌های کمی‌و ذهنی پیچیده با شفافیت دمایی و فضایی در مقیاس ۶-۱۰ (اندازه میکرون- یک سلول قرمز دارای قطر ۷ میکرونی است) و زیر سطح مولکولی می‌باشد. به علاوه این تکنیک‌ها برای درک رابطه و تعامل بین مقیاسهای نانوسکوپی و مزوسکوپی یا ماکروسکوپی که یکی از اهداف مهم و ویژه کاربردهای بیولوژیکی است، از اهمیت زیادی برخوردار می‌باشند. با پیشرفت و توسعه بیشتر نانوتکنولوژی، توسعه موازی این تکنیک‌های دارای ویژگی فیزیکی خاص نیز ضرورت دارد:
نمونه‌هایی در خصوص ابزارهای لازم موجود عبارتند از: الف) منابع اشعه ایکس سینکروترون با تمرکز بالا (یعنی ۱-۲) برای پراش اشعه ایکس و تکنیک‌های مرتبط که اطلاعات ریزساختار مولکولی با بررسی مستقیم ساختار اتمی‌اتمها ارائه می‌کنند. ب) میکروسکوپی اسکن الکترون و تونلینگ که امکان داشتن تصاویر سه‌بعدی در ساختارهای نانو را ایجاد می‌کند. پ) و در تکنیک‌های بررسی و نظارت در جای طبیعی که امکان ارزیابی گرد آوری و رشد توده‌های ساختاری را ایجاد می‌کند، از قبیل انعکاس پراش الکترون دارای انرژی بالا (RHEED). آنچه که در پس RHEED نهفته است یک پرتو الکترون پر انرژی است که با زاویه‌ای خاص به داخل نمونه تابانده شده و بوسیله ردیابهای موجود در نمونه دریافت می‌شود. ساختار اتمی‌مواد مورد بررسی سبب ایجاد اختلال در مسیر الکترونهای پر سرعت شده و تولید نمونه‌های متفاوتی از خطوط الکترونی در یک ردیاب صفحه فسفری می‌شود. این نمونه‌های خطوط هستند که بعدها به ایجاد ساختار اتمی‌ماده منجر می‌شوند. سرانجام اینکه این تکنیک‌ها در کنار دیگر تکنیک‌های موجود نه تنها برای بررسی ساختار مواد مورد نیاز می‌باشند، بلکه برای مطالعه تعامل بین این مواد و سلولها و بافت‌هایی که برای داشتن تعامل با آنها طراحی شده‌اند نیز بکار می‌روند، چرا که تنها ابزارهایی هستند که برای مشاهده آنچه که در این مقیاسهای فوق‌العاده کوچک در حال رخ دادن است، در اختیار داریم.
پیشرفتهای اخیر در مهندسی بافت که در مقیاسهایی وسیع‌تر از مقیاسهای نانو رخ داده‌اند در برگیرنده سیستم‌های میکروالکترومکانیک (MEMS) و ابزارهای الکترونیکی سازگار زیستی هستند که دارای پتانسیل بسیار مناسبی برای بهبود درمان بسیاری از نارسایی‌ها می‌باشند. به هر حال علیرغم وجود این پتانسیل، این رویکردها همگی با مهندسی مولکولی جرم یا بکاربری شیمیایی ساختارهای ماکرو مولکولی که توانایی بکارگیری ساختار نانو را ندارند وابسته هستند. مواد مهندسی شده نانو و ابزارهایی که برای ایجاد تعامل با سلولها و بافتها و یا انجام فعالیت‌های خاص زیست‌شناسی طراحی شده‌اند، می‌بایست یکپارچگی بسیار بیشتری بین فناوری و سیستم‌های فیزیولوژیکی ارائه کنند و سرانجام می‌بایست به راهبردهای پزشکی و گزینه‌های درمانی سودمند تبدیل شود. در حال حاضر نانو تکنولوژی کاربردی در پزشکی و فیزیولوژیکی در مراحل ابتدایی خود به سر می‌برد و تمامی‌تحقیقات در مراحل ابتدایی قرار دارند. هنوز با کاربردهای پزشکی موثر آن سالها فاصله وجود دارد. علیرغم همه اینها سرعت و وسعت تحقیقات بسیار چشم‌گیر است.
یکی از نمونه‌های چنین کاربردی در برگیرنده سیستم‌های ارسال داروی ویژه (بخصوص برای موانع کمبود خون در برخی موارد) با استفاده از ذرات نانو یا سیستم‌های لوله‌ای دو لایه خود گرد آمده بسیار منفذدار است. طبقه دیگر کاربردهای تحت توسعه، دندریم‌های کاربردی شده شیمیایی یا مولکولهای با ساختار شاخه‌ای هستند که می‌توان از آنها بعنوان بلوک‌های ساختار مولکول برای عوامل درمان ژن یا بعنوان عوامل متضاد تصویری رزونایس مغناطیسی (MRI) استفاده کرد. دندریم‌ها، مولکولهای جذاب برای کاربردهای درمان ژن مفید هستند، چرا که آنها وسیله تحویل یا ارسال غیر ویروسی برای DNA می‌باشند که تمایل دارد تا خود را به شاخه‌های دندریم بپیچاند. عوامل متضاد MRI مبتنی بر دندریم سبب ایجاد آرامش زیاد می‌شود. غشاءهای خاص برای جدایی ترکیبات ارگانیک کم وزن از محلولهای آبی بوسیله پر کردن منافذ غشاءهای میکروفیلتراسیون و الترافیلتراسیون با مولکولهای پلیمری کاربردی که در مجاورت ترکیباتی که می‌بایست فیلتر شوند قرار دارد، ایجاد می‌شوند. این غشاء نانو می‌تواند امکان الترافیلتراسیون دقیق ترکیبات سمی‌فیزیولوژیکی را ایجاد کند.
به علاوه تحقیقات زیادی در خصوص ابزار نانوی کاربردی بیولوژیکی از قبیل توسعه واکنش زنجیر DNA / Polymerase یا کامپیوترهای مولکولی مبتنی بر پروتئین که اطلاعات را در توالی نوکلئوتید مولکولهای DNA یا در ساختارهای سوم پروتئین کدبندی کرده و بوسیله دنبال کردن یک سری مسیرهای واکنشی بیوشیمی‌محاسباتی را انجام می‌دهند، صورت گرفته است. بخش مورد توجه دیگر موتورهای مولکولی خود اسمبلی آینده بیومیمتیک (Biomimetic) می‌باشد، چرا که آنها از اجزاء مولکولی متفاوتی که خود به خود در کنار هم قرار گرفته و یک ساختار کاربردی را ایجاد می‌کنند، تشکیل شده‌اند که می‌توان مطالعات زیادی را به روی آنها انجام داد و برای تولید نانو موتورهای ترکیبی که می‌توانند با زیست‌شناسی در تعامل باشند می‌توان از آنها استفاده کرد. این کاربردها نشان دهنده تنها تعدادی از تحقیقات در حال ظهور فناوری نانو در خصوص پزشکی و فیزیولوژی است. توسعه فناوری‌های نانو همواره به منظور روندهای سلولی عمومی‌از قبیل مسیرهای راهنمای همه‌جاگیر که ممکن است سیستم‌های فیزیولوژیکی بسیاری از آن سود ببرند و یا در خصوص برخی بیماری‌ها و نارسایی‌های خاص از قبیل دیابت ملیتوس و یا آرتریو سلورسیس سودمند باشد، پیگیری شده‌اند. سرانجام امر اینکه هر روند پاتو فیزیولوژیک دارای یک نشانه مولکولی است، و این از چنین حقیقت اساسی نشات می‌گیرد که پتانسیل بسیار زیادی در زمینه کاربردهای نانو تکنولوژی در پزشکی وجود دارد که در حال شکل‌گیری می‌باشد.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
