فناوری نانو
تعاریف مختلفی برای فناوری نانو ارائه می شود که مهمترین آن ها به شرح زیر است :
- فناوری نانو عبارت است از هنر دستکاری مواد در مقیاس اتمی یا ملکولی و به خصوص ساخت قطعات و لوازم میکروسکوپی (مانند روباتهای میکروسکوپی)
- فناوری نانو ، توانمندی تولید مواد ، ابزار و سیستم های جدید با درست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی و اتمی و استفاده از خواص آنهاست که در آن سطوح ظاهر می شود . فناوری نانو یک رشته جدید نیست ، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته هاست .
- فناوری نانو فناوری است که بر پایه دستکاری تک تک اتم ها و مولکول ها استوار است بدین منظور که بتوان ساختاری پیچیده را با خصوصیات اتمی تولید کرد .
- فناوری نانو ، توانمندی بهره برداری از خصوصیات و پدیده های جدید حاصله در مقیاس نانو می باشد . به طوری که خصوصیات مواد پس از تبدیل به مقیاس نانو کاملا تغییر می کند .
- اهدافی که دانشمندان در حوزه نانو دنبال می کنند عبارتند از :
1- توسعه فناوری و تحقیقات در سطوح اتمی ، مولکولی و یا ماکرو مولکولی در مقیاس اندازه های 1 تا 100نانومتر.
2- خلق و استفاده از ساختارها ، ابزار و سیستم هایی که به خاطر اندازه کوچکشان ، خواص و عملکرد جدیدی دارند .
3- توانایی کنترل یا دستکاری در سطوح اتمی .
آنچه که فناوری نانو رابا فناوری های دیگر متمایز می کند این است که ، در فناوری نانو تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نیست بلکه زمانی که اندازه مواد در این مقیاس قرار می گیرد ، خصوصیات ذاتی آنها از جمله رنگ ، استحکام ، مقاومت در برابر خوردگی و... تغییر می یابد .
در واقع می توان تفاوت این فناوری را با فناوری های دیگر اینگونه بیان کرد که در فناوری های دیگر سعی در کوچک ساختن ساختارهای بزرگ می کنند ، به طور مثال با جایگزین شدن ترانزیستورها به جای مدارات لامپی اندازه وسایل الکترونیکی کوچک تر شد و نهایتا کیت ها ساخته شد که شامل میلیون ها ترانزیستور می باشند . صنایع میکروالکترونیک از بزرگ به کوچک رسیده اند اما در نانوتکنولوژی از جزء به کل می رسند و بدین ترتیب می توان ساختارهای جدیدی به نام «عناصر پایه» ساخت . عناصر پایه در حقیقت همان عناصر نانو مقیاسی هستند که خواص آنها در حالت نانو مقیاس با خواص شان در مقیاس بزرگتر فرق می کند . این عناصر پایه دارای گوناگونی فراوانی هستند مانند : نانو ذرات ، نانولوله های کربنی ، نانو کپسول ، نانو درخت ، فولرین و... ، که شرح تعدادی از آن ها به اختصار بیان می کنیم .
1- نانو ذرات
اولین و مهمترین عناصر پایه ، نانو ذره است . منظور از نانو ذره ، ذراتی با ابعادی در حدود 1 تا 100 نانومتر و در هر سه بعد می باشد . نانو ذرات می توانند از مواد مختلفی تشکیل شوند ، مانند نانو ذرات فلزی ، سرامیکی و....
فناوری نانو
تعاریف مختلفی برای فناوری نانو ارائه می شود که مهمترین آن ها به شرح زیر است :
- فناوری نانو عبارت است از هنر دستکاری مواد در مقیاس اتمی یا ملکولی و به خصوص ساخت قطعات و لوازم میکروسکوپی (مانند روباتهای میکروسکوپی)
- فناوری نانو ، توانمندی تولید مواد ، ابزار و سیستم های جدید با درست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی و اتمی و استفاده از خواص آنهاست که در آن سطوح ظاهر می شود . فناوری نانو یک رشته جدید نیست ، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته هاست .
- فناوری نانو فناوری است که بر پایه دستکاری تک تک اتم ها و مولکول ها استوار است بدین منظور که بتوان ساختاری پیچیده را با خصوصیات اتمی تولید کرد .
- فناوری نانو ، توانمندی بهره برداری از خصوصیات و پدیده های جدید حاصله در مقیاس نانو می باشد . به طوری که خصوصیات مواد پس از تبدیل به مقیاس نانو کاملا تغییر می کند .
- اهدافی که دانشمندان در حوزه نانو دنبال می کنند عبارتند از :
1- توسعه فناوری و تحقیقات در سطوح اتمی ، مولکولی و یا ماکرو مولکولی در مقیاس اندازه های 1 تا 100نانومتر.
2- خلق و استفاده از ساختارها ، ابزار و سیستم هایی که به خاطر اندازه کوچکشان ، خواص و عملکرد جدیدی دارند .
3- توانایی کنترل یا دستکاری در سطوح اتمی .
آنچه که فناوری نانو رابا فناوری های دیگر متمایز می کند این است که ، در فناوری نانو تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نیست بلکه زمانی که اندازه مواد در این مقیاس قرار می گیرد ، خصوصیات ذاتی آنها از جمله رنگ ، استحکام ، مقاومت در برابر خوردگی و... تغییر می یابد .
در واقع می توان تفاوت این فناوری را با فناوری های دیگر اینگونه بیان کرد که در فناوری های دیگر سعی در کوچک ساختن ساختارهای بزرگ می کنند ، به طور مثال با جایگزین شدن ترانزیستورها به جای مدارات لامپی اندازه وسایل الکترونیکی کوچک تر شد و نهایتا کیت ها ساخته شد که شامل میلیون ها ترانزیستور می باشند . صنایع میکروالکترونیک از بزرگ به کوچک رسیده اند اما در نانوتکنولوژی از جزء به کل می رسند و بدین ترتیب می توان ساختارهای جدیدی به نام «عناصر پایه» ساخت . عناصر پایه در حقیقت همان عناصر نانو مقیاسی هستند که خواص آنها در حالت نانو مقیاس با خواص شان در مقیاس بزرگتر فرق می کند . این عناصر پایه دارای گوناگونی فراوانی هستند مانند : نانو ذرات ، نانولوله های کربنی ، نانو کپسول ، نانو درخت ، فولرین و... ، که شرح تعدادی از آن ها به اختصار بیان می کنیم .
1- نانو ذرات
اولین و مهمترین عناصر پایه ، نانو ذره است . منظور از نانو ذره ، ذراتی با ابعادی در حدود 1 تا 100 نانومتر و در هر سه بعد می باشد . نانو ذرات می توانند از مواد مختلفی تشکیل شوند ، مانند نانو ذرات فلزی ، سرامیکی و....
2- نانو لوله های کربنی
این عنصر پایه در سال 1991 توسط دانشمندان ژاپنی کشف شد و در حقیقت لوله هایی از جنس گرافیک می باشند . این نانو لوله ها دارای اشکال و اندازه های مختلفی هستند و می توانند تک دیواره یا چند دیواره باشند . این لوله ها خواص بسیار جالبی دارند که منجر به ایجاد کاربردهای قابل توجهی از آنها می شوند .
3- نانو کپسول ها
سومین عنصر پایه ، نانوکپسول است . همان طوری که از اسم آن مشخص است ، کپسول هایی هستند که قطر نانومتری دارند و می توان موارد مورد نظر را درون آنها قرار داد و کپسوله کرد . از نانو کپسول ها در پزشکی برای دارورسانی به سلول های بیمار استفاده می شود .
4- فولرین ها :
مهمترین نوع فولرین ها ، 60C نام دارد و آن چنان که از نامش پیداست از 60 اتم کربن تشکیل شده است . این اتم ها به گونه ای در کنار یکدیگر قرار گرفته اند که یک ساختار کروی به دست می دهند . این ماده کاربردهای گوناگونی در صنایع مختلف دارند .
کاربردهای فناوری نانو در صنایع غذایی
کاربردهای نانو
تا کنون نانوتکنولوژی بیشترین کاربرد را در صنایع سنگین ، بهداشت ، نساجی و کشاورزی داشته و در صنایعی نظیر رنگ ، اتومبیل ، کامپیوتر ، شیمی ، تصفیه آب و ... نیز در حال توسعه است . محصولات نساجی حاصل از فناوری نانو در کشورهای آلمان و انگلیس بیشترین رواج را دارند . تولدی کفش ها و لباس هایی که با حفظ گرمای بدن و تاثیر در گردش خون ، باعث کاهش خستگی می شوند نیز از دستاوردهای سحر آمیز علم نانو است . در صنعت الکترونیک با استفاده از نانو تکنولوژی نمایشگرهایی تولید کرده اند که قابلیت دید با زاویه 180 درجه را دارند و پیل های خورشیدی با دوام تر و کارات ، با امید به کاهش واقعی قیمتها ، هم اکنون در حال پیشرفت هستند . برخی از این پیل ها حتی هیدروژن تولید خواهند کرد . در صنعت داروسازی از نانوذرات برای جذب دارو از راه پوست و چشمها (خیلی لذت بخش تر از تزریقات) و استنشاق ، به منظور در امان ماندن از تخریب دارو توسط آنزیم های معده که در شش ها وجود ندارند استفاده می شود ، همچنین از نانوکپسول ها برای پخش تدریجی دارو در بدن برای دارورسانی به سلول های بیمار و کاهش عوارض جانبی استفاده می شود . همچنین به کمک این فناوری ، صنعت رنگسازی توانسته رنگ هایی را تولید کند که با تصفیه هوا به میزان زیادی باعث کاهش آلودگی شهرها می شود .
از فناوری نانو به عنوان «روان کننده جریان سرمایه گذاری» یاد می شود . ورود محصولات متکی بر این فناوری جهشی بس عظیم در رفاه و کیفیت زندگی وتوانائی های دفاعی و زیست محیطی به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابه جایی های بزرگ اقتصادی خواهد شد .
هم اکنون بخش های دولتی و خصوصی کشورهای مختلف جهان مانند ژاپن ، آمریکا ، اتحادیه اروپا ، چین ، هند ، تایوان ، کره جنوبی ، استرالیا ، رژیم صهیونیستی و روسیه در رقابتی تنگاتنگ بر سر کسب پیشتازی جهانی در لااقل یک حوزه از این فناوری به سر می برند . هم اکنون روی هم رفته حدود 30 کشور دنیا در زمینه فناوری نانو دارای «برنامه ملی» یا در حال تدوین آن هستند و طی پنج سال گذشته سرمایه گذاری در آن زمینه را به میزان سه برابر افزایش داده اند .
کاربردی فناوری نانو در غذا و صنایع غذایی را می توان به پنج دسته زیر تقسیم بندی کرد:
- تولید غذا
- بهبود طعم و رنگ
- سلامت غذا
- بسته بندی
- نگهداری غذا
تولید غذا
در بخش تولید می توان در صنعت کشاورزی و هم چنین در ابداع روش های جدید برای تولید غذا از این فناوری بهره گرفت. مانند: به کارگیری نانو حسگرها در شناسایی آفت کش ها، تولید آفت کش های بی خطر، آنتی بیوتیک ها و ژن های گوناگون گیاهان، کاهش اثرات منفی آفت کش های موجود از جمله کاربردهای نانو فناوری در این بخش است.
بهبود طعم و رنگ غذا
متخصصان صنایع غذایی به کمک فناوری نانو توانسته اند در مواد غذایی مختلف خواصی ایجاد کنند که مصرف کننده طعم و بوی خاص احساس کند. مثلاً سس کم چربی تولید کرده اند که مزه چربی می دهد در حالی که چربی ندارد.
سلامت غذا
برای اطمینان از سلامت غذایی، پژوهشگران در پروژه ای از نانو حسگرهای قابل حمل برای یافتن مواد شیمیایی مضر، پاتوژن ها و سم ها در مواد غذایی استفاده کرده اند، با این کار، دیگر نیازی به فرستادن نمونه های مواد غذایی به آزمایشگاه برای تشخیص سلامت و کیفیت محصول در کشتزارها و کشتارگاه ها نیست. همچنین این پروژه، در حال توسعه به کارگیری زیست تراشه های دی ان ای برای کشف پاتوژنهاست. این روش می تواند در تشخیص باکتری های مضر و متفاوت موجود در گوشت یا ماهی و یا قارچ های میوه مؤثر باشد. این پروژه در نظر دارد با گسترش میکروحسگرهای رشته ای، بتواند آفت کش های میوه و سبزیجات را به همان خوبی که شرایط محیطی کشتزارها را کنترل می کند تشخیص دهد. این نوآوری به نام حسگرهای Good Food نامیده می شود.
بسته بندی
بسته بندی چهره کالاست و به همراه مواردی مانند طرح و نام تجاری و کیفیت به نحوی با هم ترکیب می شوند تا کالا به راحتی معرفی شود. بسته بندی در واقع اولین ارتباط مشتری با محصول است. بیشترین کاربردی که نانو در صنعت غذایی دارد مربوط به بسته بندی است.
بسته بندی نانویی:
1- محصول را از صدمات فیزیکی و آلودگی ها حفظ می کند.
2- با کارایی وسیع و مؤثر در برابر انواع زیر ساختارهای زنده می توانند باعث افزایش عمر مفید و ماندگاری دراز مدت محصول شوند.
3- کیفیت ضد میکروبی و خواص ممانعتی آن، بهداشت بهتر، کنترل بیشتر، ممانعت از بی رنگی و خسارت کمتر به ساختار آن را باعث می شود.
4- استحکام در مقابل حرارت. یعنی از فساد و پلاسیدگی میوه ها و سبزی ها در دمای بالا جلوگیری می کند.
5- زمان ماندگاری محصولات در بسته بندی های نانو از سه یا چهار روز به دو تا سه هفته در شرایط دمای محیط بیرون از یخچال افزایش می یابد.
بسته بندی های نانویی به دو دسته تقسیم می شود:
الف) بسته بندی کنترل کننده مواد غذایی با استفاده از نانو ذرات. اکسیژن مسئله سازترین عامل در بسته بندی مواد غذایی است زیرا این عنصر باعث فساد چربی مواد غذایی و هم چنین باعث تغییر در رنگ آنها می شود. در این نوع بسته بندی ها، نانوذرات به صورت زیگزاگ قرار گرفته اند و مانند سدی مانع از نفوذ اکسیژن می شوند. به بیان دیگر مسیری که گاز باید برای ورود به بسته طی کند طولانی می شود. به همین خاطر مواد غذایی در این بسته ها تازگی خود را بیشتر حفظ می کنند.
ب) بسته بندی هوشمند. در این نوع بسته بندی که برای افزایش عمر مفید محصول های غذایی است، سیستم های بسته بندی قادر خواهد بود پارگی ها و سوراخ های کوچک را با توجه به شرایط محیطی (مانند تغییرات دما و رطوبت) ترمیم و مصرف کننده را از فساد مواد غذایی آگاه سازند. در این نوع بسته بندی نانوحسگرهایی وجود دارد که نسبت به گازهایی که از مواد غذایی آزاد و موجب فساد می شوند به شدت حساس بوده و تغییر رنگ می دهند. این تغییر رنگ علامت واضحی از سلامت یا فساد مواد غذایی است. این سیستم به مراتب دقیق تر و مطمئن تر از فروش با تاریخ مصرف است.
نگهداری غذا
الف- ضدعفونی و میکروب زدایی سطوح: نانو می تواند با جابه جا کردن سطح پوشش مواد، از ورود هر نوع زیر ساختارهای زنده یا میکروب به غذا جلوگیری کند و سبب ضدعفونی شدن سطوح غذاها شود.
ب- حفاظت ضد اکسیدان ها: با استفاده از نانو حفره ها می توان از خراب شدن مواد بی ثباتی مثل آنتی اکسیدان های حساس از جمله ویتامین های A، D، E و امگا 3 جلوگیری کرد.
ج- دست کاری و کنترل فعالیت آنزیم ها: نانو حفره ها می تواند در شناسایی و طراحی ساختمان آنزیم ها و کنترل سوخت و ساز آنها با تغییر در ساختار و افزودن ذرات فعال به مواد غذایی استفاده شود.
حتماسربزنيد.