X
تبلیغات
رایتل

بیوتکنولوژی

امین جعفری طهرانی (کارشناس ارشد بیوتکنولوژی)

بیوتکنولوژی ، بیونانو تکنولوژی ، نانو بیو تکنولوژی

 

بیوتکنولوژی در اوایل قرن بیستم وارد عرصه جهانی شد. لیکن مهندسی بیوفرایند بعد از جنگ جهانی دوم و با تولید صنعتی پنی سیلین به روش تخمیر وارد معادلات علمی، تجاری و اقتصادی جهان شد. بیوتکنولوژی یک مفهوم کلی و یک موضوع بین رشته ای است که دامنه وسیعی از علم (مهندسی، پزشکی، کشاورزی، صنایع غذایی . . .) را شامل می شود. شاید یکی از تعاریف ساده و نزدیک به ذهن در بیوتکنولوژی، انواع دسته بندیهای محصولات حاصل از تخمیر باشد که عمده ترین آن شامل مولکول های کوچک (Small Molecules) ، ماکرومولکولها (مانند آنزیمها و پروتئین ها) ، مواد ساده سلولی(مانند مخمرنان) و محصولات کمپلکس(مانند غذاهای تخمیری و محصولات کشاورزی) است.

ماکرومولکولها که از مهمترین محصولات حاصل از تخمیر به شمار می آیند، بخش بسیار وسیعی از فرایندهای بالادستی و پایین دستی بیوتکنولوژی را به خود اختصاص داده و بیوتکنولوژی نیز بیشترین پیشرفت و توسعه را به این دست از محصولات اختصاص داده است. به لحاظ اهمیت و گستره این محصولات، لقب نسل اول مواد و یا محصولات بیوتکنولوژیکی (First Generation) را می توان به آنها اطلاق کرد.

اما در سالهای اخیر علاقه مندی بشر به نسل دیگری از محصولات بیوتکنولوژیکی افزون شده، تا جایی که تکنیکهای بالا دستی و پایین دستی را کاملاً تحت شعاع خود قرار داده است. امروزه نیاز فراوانی برای تولید، بازیافت و خالص سازی نانو بیومواد (محصولات) نظیر پلاسمید DNA و ویروس ها برای ژن درمانی، اسمبلی ماکرومولکولها (مانند پروتئین نانو ساختارها)، بعنوان حامل دارو و ذرات ویروس مانند (Virus-like particle) برای استفاده در واکسن ها (Vaccine Components) وجود دارد و محققین، خود را مواجه با مشکلات و معضلات جدیدی در این خصوص می بینند. نانو بیو مواد بواسطه اندازه ویژه شان (با قطر10-300 نانومتر)، شیمی سطح پیچیده و ارگانیزمهای درونی شان، تکنیکهای بالا دستی و پایین دستی گسترش یافته برای نسل اول مواد بیولوژیکی را به چالش طلبیده و روش های جدیدی را برای تولید و بازیافت طلب می کنند. به همین منظور با یک دسته بندی منطقی می توان این دست از محصولات بیو تکنولوژیکی را نسل دوم (Second Generation) محصولات نامیده و راه کارهای جدید را در مواجهه با آنها جستجو کرد.

تعریف:
نانوتکنولوژی مجموعه ای است از فناوری هایی که بصورت انفرادی یا با هم برای به کارگیری و یا درک بهتر علوم مورد استفاده قرار می گیرند. بعضی از این فناوری ها هم اکنون در دسترس و بعضی نیز در حال توسعه و پیشرفت اند که ممکن است در طی سالها و یا دهه های بعد مورد استفاده واقع شوند. بیوتکنولوژی جزو فناوری های در حال توسعه است که با به کارگیری مفهوم نانو به پیشرفتهای بیشتری دست خواهد یافت.یک تعریف کلاسیک از تعامل بیوتکنولوژی و نانو تکنولوژی بصورت زیر بیان می شود:

»بیوتکنولوژی به نانو تکنولوژی مدل ارایه می دهد، در حالی که نانوتکنولوژی با در اختیار گذاشتن ابزار برای بیوتکنولوژی آنرا برای رسیدن به اهدافش یاری می رساند.«

پر واضح است که تعامل بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی و یا به تعبیری نانوبیوتکنولوژی بسیار فراتر از این است. شاید بتوان گفت نانو بیوتکنولوژی مترادف با استفاده از قابلیت های نانو در کاربردهای زیستی است. این شاخه از فناوری به ما اجازه می دهد تا اجزا و ترکیبات را داخل سلولها بصورت عام قرار داده و یا با استفاده از روش های جدید خود آرایی و مکان آرایی در موج اول نانو بیوتکنولوژی، نانو بیو مواد را ساخته و با تکنیکهای پیشرفته به خالص سازی و باز یافت آنها بپردازیم. بی گمان زمینه ها و فازهای بعدی این فناوری جدید به تولید وسایل نانو بیو (موج دوم) و در نهایت به ارایه ماشین های هوشمند و روبات ها منجر خواهد شد (موج سوم)که کاربردهای فراوانی در حوزه های مهم بیوتکنولوژی مانند پزشکی، کشاورزی و صنایع غذایی خواهند داشت.
سؤالی که به ذهن متواتر شده و محققان و متخصصان علوم بیوتکنولوژی و نانو بیوتکنولوژی را متوجه آن کرده، این است که مرز بیوتکنولوژی و نانو بیوتکنولوژی در کجاست؟
اگر چه این دو فناوری هم پوشانیهای زیادی دارند و به تعبیری دارای مرزهای نامشخص (Fuzzy) هستند، اما شاید دسته بندی محصولات بیوتکنولوژیکی به نسل اول و نسل دوم کمک قابل توجهی به این موضوع کند. حوزه ای از فناوری که با تولید، باز یافت و بکارگیری نسل دوم مواد و محصولات بیوتکنولوژیکی سروکار دارد، همان نانوبیوموادی که تولید و بازیافت و خالص سازیشان خصوصاً در ابعاد صنعتی به شدت تکنیک های موجود را به مخاطره انداخته و روشهای نوین را می طلبد، می تواند محدوده کاری نانوبیوتکنولوژی و یا بیونانو تکنولوژی باشد.
با تقسیم بندی اولویت های تحقیقاتی نانو بیوتکنولوژی به سه موج نانو بیومواد، نانو وسایل و نانو ماشین ها، لزوم تمایز بیوتکنولوژی و نانو تکنولوژی بطور وضوح در محدوده کاری موج اول نانو بیوتکنولوژی خود را نمایان می سازد. چون بی تردید موج های دوم و سوم این فناوری هم پوشانی بسیار ناچیزی با بیوتکنولوژی به معنای عام خواهند داشت.
اما موضوع بعدی که ضرورت شفاف سازی و بیان واژه ها در آن مهم است، تشابه و تمایز نانوبیوتکنولوژی و بیونانو تکنولوژی است. به بیان دیگر اصولاً فرقی بین این دو واژه وجود دارد و اگر چنین است این تمایزات چیست؟

برای ساخت تمام نانو موادها(ذرات) همواره دو روش در نانوتکنولوژی مد نظر است. ابتدا روشهای بالا به پایین (Top down) و سپس روش های پایین به بالا (Bottom up) . نانو بیو ذرات نیز از این قاعده مستثنا نبوده و از طریق یکی از این دو روش تولید می شوند. اگر یک نانو بیو محصول از روش های بالا به پایین تولید شود، به بیان دیگر با تکیه براصول و مبانی اصلی بیوتکنولوژی، و در ادامه با روشهای اصلاح شده خالص سازی و بازیافت – که با کمک تکنیکهای جدید توسعه یافته و برای محصولات نسل دوم (نانو بیوموادها) بکار گرفته می شود به محصول نهایی (End Product) تبدیل شود، به این مجموعه از فناوریها بیونانو تکنولوژی اطلاق می شود. به عنوان مثال بیو راکتوری را در نظر بگیرید که یک سلول حیوانی خاص در آن کشت داده شده و در شرایط ویژه رشد کند. محصول مورد نظر یک ویروس درون سلولی است که برای استفاده در ژن درمانی با درجه خلوصی ویژه مورد نیاز است. بدین ترتیب نانو بیو محصول مورد نظر در درون سلول تولید شده و سپس بازیافت می شود (از بالا به پایین). از طرف دیگر اگر با بهره گیری مستقیم از فناوری نانو یک نانو بیو محصول از پایین به بالا ساخته شود، می توان این حوزه از فناوری نانو را نانو بیوتکنولوژی دانست. مثال واضح آن تولید تمام نانو بیو ذرات از طریق خود آرایی و مکان آرایی است که با در کنار هم قرار گرفتن اجزای تشکیل دهنده، محصول مطلوب تولید می شود. اسمبلی ماکرومولکولها و بطور خاص پروتئین نانو ساختارها از مثال های جالب تولید از پایین به بالای نانو بیو مواد است که می توانند بعنوان حاملهای دارو استفاده شوند. بکارگیری این روش در ابعاد آزمایشگاهی خوشبختانه در داخل کشور آغاز شده و در حال گسترش و تکامل است.

بطور کل بنظر می رسد که پژوهشگران دنیا در ساخت مواد از بالا به پایین تا حدود زیادی موفق بوده و از ساخت توده ای مواد و بازیافتشان (بیونانو تکنولوژی) و رسیدن به بیوذرات در اندازه نانو بهره گرفته اند. ضروری است در ایران نیز با برنامه ریزی مدون، این مهم را گسترش داد و تقویت کرد. (البته پژوهشگران ایرانی در اندازه های آزمایشگاهی موفق بوده اند و باید در فاز بعدی به سمت تولید انبوه و صنعتی بروند). ساخت از پایین به بالای بیوذرات در دستور کار مراکز تحقیقاتی جهان قرار دارد و پیش بینی ها حاکی از آن است که دنیا بتواند به تولیدات قابل توجهی در این خصوص تا سال2015 میلادی دست یابد.
همانند مبحث قبلی (مرزهای بیوتکنولوژی و نانو بیوتکنولوژی) با عبور از موج اول تحقیقات و تولیدات، اهمیت شفاف سازی واژه ها بین بیونانوتکنولوژی و نانو بیوتکنولوژی نیز کم رنگ شده و نانو بیوتکنولوژی تا حد زیادی موج های دوم و سوم تحقیقات و فعالیتها را در انحصار خود قرار می دهد.
محققان همواره برای رسیدن به اهداف ریز و درشت علمی تحقیقاتی خود به دسته بندی ها و اولویت بندیها نیاز دارند. با توفیقات نسبتاًَ خوبی که در زمینه های تحقیقاتی بیونانو تکنولوژی در فرآیندهای بالا دستی بوجود آمده است، لزوم توجه بیشتر به فرآیندهای پایین دستی بیونانو تکنولوژی بیش از پیش نمایان می شود. البته نیاز پژوهشگران به بهینه سازی تولید نانو بیو مواد در ابعاد صنعتی همچنان از دغدغه های جدی در سالهای آینده است.
در کنار بیو نانو تکنولوژی که به تعبیری مقدم بر نانو بیو تکنولوژی است، باید با جدیت به نانو بیوتکنولوژی و سه موج مهم آن پرداخت و براساس اولویت های مطرح شده برای رسیدن به اهداف کوتاه مدت، میان مدت و بلند مدت برنامه ریزی کرد تا بتوان همگام با دیگران در جهان، شعار تعلق قرن بیست و یکم به نانو تکنولوژی را به منصه ظهور رساند.

منبع : ماهنامه نفت پارس شماره 59

تاریخ ارسال: شنبه 10 بهمن‌ماه سال 1388 ساعت 11:16 ق.ظ | نویسنده: امین جعفری طهرانی | چاپ مطلب
نظرات (0)
برای نمایش آواتار خود در این وبلاگ در سایت Gravatar.com ثبت نام کنید. (راهنما)
نام :
پست الکترونیک :
وب/وبلاگ :
ایمیل شما بعد از ثبت نمایش داده نخواهد شد