به كارگيري فناوري نانو در محيط زيست؛ آري يا نه ؟

نانوتكنولوژي بعنوان يك فنا وري كاربردي در دهه‌هاي اخير مورد توجه قرار گرفته است. كاربرد اين فناوري در حوزه هاي مختلف، متفاوت است. اين فناوري با توليد محصولات متنوع در بخش هاي شيمي، انرژي و محيط زيست كاربرد فراواني دارد. البته قبل از استفاده از محصولات اين فناوري در محيط زيست، لازم است ارزيابي دقيقي از تأثيرات مثبت و منفي كاربردآنها بر محيط زيست صورت گيرد. در مطلب زير به برخي جنبه‌هاي مثبت و منفي استفاده از فناوري نانو در محيط زيست پرداخته شده است.

مقدمه:

فناوري نانو از همگرايي علوم فيزيك، شيمي و زيست شناسي به وجود آمده است. نانو داراي ريشه يوناني مي‌باشد. اين فنا وري توانايي كار در سطح اتم و ايجاد ساختارهايي كه نظم مولكولي كاملاً جديدي دارند را فراهم مي آورد. ماده اصلاح شده در مقياس نانو، خصوصيات جديد و مفيدي را دارا مي‌گردد كه قبلاً در آن مشاهده نمي‌شد.
بسياري از متخصصان، محققان، مهندسان و دانشمندان علوم اجتماعي و سياستمداران معتقدند كه فناوري نانو موجب تغييرات مهمي در جامعه مي‌شود و اين تغييرات مي‌‌تواند به اهميت تغييرات حاصل از ساخت كامپيوتر ارزيابي شوند. فناوري نانو اين امكان را ايجاد مي‌كند كه مواد جديدي توليد كنيم، موادي كه به صورت بالقوه مي‌تواند اثرات مثبت يا منفي روي محيط زيست و بهداشت داشته باشند.

1- تأثيرات سودمند فناوري نانو بر محيط زيست

فناوري هاي اميدبخش شامل حسگرها يا سنسورها و ساير دستگاه هاي به كار رفته براي آشكار سازي آلودگي و برطرف نمودن آنها مي باشد. برخي كاربردهاي سودمند فناوري نانو در ذيل آورده شده است:

- سنسورها ياحسگرها

انواع گسترده‌اي از حسگرهاي زيستي و روش هاي مربوطه در طي چند سال گذشته در بازار معرفي شده‌اند. اين دستگاههاي آناليتكي از عناصر تشخيص بيولوژيكي تشكيل مي‌شوند كه با آشكارسازي هاي سيگنال مرتبط هستند (مثلاً آنزيمها، ميكروارگانيزم‌ها و غيره). اين دستگاهها نسبت به حضور و غلظت آناليست واكنش داده و پاسخي قابل اندازه‌گيري توليد مي‌كنند. نانو مواد و نانو ساختار‌هاي جديد مانند نانوذرات، نانوكريستال‌ها، نانو لوله‌هاي كربني، نانوالياف و فيلم نازك بعنوان دستگاه هاي حسگر مشخص شده‌اند، نانوذرات كاربردهاي بسياري در سنسورها دارند.
نانوذرات، نانوكريستال‌هاي نيمه‌ هادي درخشان و نقاط كوانتومي دسته‌اي از نانوحسگرهايي هستند كه توانايي آشكار كردن سموم موجود در محيط را دارند و مشخص شده است كه نانو كريستال‌ها و نقاط كوانتومي همراه با پادتن‌ها مي‌توانند بطور همزمان چهار نوع سم را آشكار نمايند.
اين نوع نانوسنسورها براي آشكارسازي همزمان چند آلاينده در نمونه‌هاي آب يا خاك با ظرفيت آشكارسازي حساسيت بالا به كار مي‌رود، تحقيقات زيادي بر روي نانوساختارهاي لوله‌اي و متخلخل از قبيل نانو لوله‌هاي كربني انجام شده است، اين نانوساختارها در حسگرهاي زيستي براي افزايش كيفيت و فعاليت بيومولكول هاي ساكن استفاده مي‌شوند. خواص ابعادي، شيمي سطح و الكترونيك نانولوله‌هاي كربني آنها را به موادي ايده‌ال براي استفاده در حسگرهاي شيميايي و بيوشيميايي تبديل نموده است.
پيش‌بيني مي‌شود كه فناوري نانو موجب افزايش حساسيت حسگرها و توليد ارزان و خودكار آنها گردد و بتواند در آزمايشگاه و خارج از آن جهت آشكارسازي سريع مواد سمي و بيماريزا ( پاتوژن ) به كار رود.
نسل جديدي از نانوذرات به منظور حذف هيدروكربنهاي آروماتيك چندحلقه‌اي كه به سختي از آب يا خاك آلوده حذف مي‌شوند، طراحي شده است.

- غشاي نانو فيلتراسيون

استفاده از غشاي نانوفيلتراسيون جهت حذف نمك هاي چندظرفيتي عناصري مانند كلسيم، آهن، منگنز، اورانيوم و برخي آفت كشها، راهكار ديگري است كه توسط فناوري نانو ارائه مي‌گردد.
تصفيه آبهاي سطحي و زيرزميني و نيز حذف ميكروارگانيزم ها و كاهش تيرگي و سختي آب و دفع شوري و نمك زدايي آب از ديگر فوايد فنا وري نانو مي‌باشد.

- نانو ذرات

وجود نانوذرات در رنگ ها باعث مي‌شود كه رنگها با خواص مطلوب و بهبوديافته با مصرف حلال هاي كمتر توليد شوند. فعاليت سطحي بالاي نانو ذرات نشان دهنده يكي از جالب ترين خصوصيات اين مواد مي‌باشد كه مي‌تواند كاربردهاي وسيعي در صنعت داشته باشد.
انتظار مي‌رود فناوري نانو نقش مهمي در حذف آلاينده‌ها ايفا كند، اصلاح خاك آلوده با استفاده از اين فناوري به راحتي صورت پذيرد و همچنين در توسعه فرآيند توليد سبز كه انتشار و توليد مواد زائد را كاهش ‌دهد، مهم واقع شود. فناوري نانو موجب كاهش مصرف مواد خام مورد نياز شده و بنابراين از منابع طبيعي محافظت مي‌نمايد. بطور كلي فناوري نانو با كارآمدكردن دستگاه ها و ابزار مورد استفاده در بخش هاي مختلف و نيز با كاهش مصرف ماده خام و انرژي گامي مؤثر در جهت حفاظت از منابع طبيعي و محيط زيست برداشته است.

2- تأثيرات مخرب فناوري نانو بر محيط زيست

ذرات نانو و فناوري نانو جداي از مفيد بودن مي‌توانند داراي خطرات احتمالي نيز باشند، بنابراين بايد مسائل مرتبط با ايمني و خطرات احتمالي همراه با اين روش هاي جديد را در نظر گرفت. ذرات نانو ممكن است سرعت جهش(mutation) باكتريها را افزايش دهند و تهديدي بالقوه براي محيط زيست و سلامت انسان باشند. عليرغم اينكه فناوري نانو محصولات موجود را مؤثرتر و كارآمدتر مي‌نمايد، اندازه اين ذرات كه جزء خواص مهم آنها است، مي تواند سلامتي و محيط زيست را تهديد ‌نمايد. اين ذرات از گرده‌هاي گل گياهان و مواد حساسيت زاي معمولي نيز كوچكتر هستند و مي‌توانند توليد حساسيت نمايند. اين ذرات مي‌توانند به سيستم دفاعي و ايمني بدن موجودات زنده و انسان حمله كنند. بعضي از اين ذرات مي‌توانند پس از تنفس به كيسه‌هاي هوايي ريه‌ها آسيب برسانند كه در اين بين ماكروفاژها سعي مي‌كنند تا آنها را از بين ببرند و مانع از عبور اين ذرات و ورود آنها به خون شوند وليكن ماكروفاژها در تشخيص ذرات با قطر كمتر از 70 نانومتر دچار مشكل مي‌شوند و اين ذرات مي‌توانند به آساني در خون نفوذ نمايند. گزارش شده است كه نانوذرات مانند كربن سياه و دي‌اكسيدتيتانيوم كه در فرآيندهاي صنعتي كاربرد زيادي دارند و به آلودگي هوا نيز كمك مي‌كنند، موجب ايجاد التهاب و جراحت هاي پوستي شده و در ريه باقيمانده و انباشته مي‌گردند. ذرات اكسيدروي و دي‌‌اكسيد تيتانيوم باعث توليد راديكال هاي آزاد در سلول پوستي شده و به DNA آسيب مي‌رسانند و اين آسيب به DNA موجب جهش (mutation) مي‌شود و تغييراتي در ساختمان پروتئين به وجود مي‌آورد كه ممكن است باعث سرطان و تومور شود.
بنظر مي‌رسد كه اكتيويته سطح و اندازه ذره عوامل اصلي در سمي بودن نانو ذرات ‌باشند. منابع احتراق مانند اجاق هاي خوراكپزي گازي، احتراق گاز صنعتي و انواع وسايل گرم كننده خانگي موادي را توليد مي‌كنند كه محتوي صدها يا هزاران نانولوله كربني هستند و ساختارهاي نانو كريستالي دارند. شواهد حاكي از آن است كه نانولوله‌هاي كربني فرآوري نشده مي‌توانند آئروسل را در طي جابجا كردن به وجود آورند. كارخانجاتي كه موادي بر پايه نانولوله‌هاي كربني مانند فولرن توليد مي‌كنند، مي‌توانند باعث از بين رفتن گلوتامين و آسيب اكسيداتيو بر مغز ماهيان شوند. همچنين فولرن در خاك مي‌تواند حركت كرده و توسط كرم هاي خاكي جذب شود و به اين ترتيب وارد زنجيره غذايي شود.
نانوذرات طبيعي احتراق احتمالاً مهمترين منبع توليد ذرات نانوي طبيعي در محيط‌زيست مي‌باشند. انتشار نانوذرات مهندسي شده در محيط ‌زيست خطرناك‌تر از ذرات طبيعي است، زيرا آنها مواد جديدي هستند و انسان‌ها و موجودات زنده ديگر ممكن است داراي مكانيزم هاي دفاعي كافي در مقابل آنها نباشند. بررسي‌ها نشان مي‌دهد كه بطور كلي ذرات نانوكربني و دي‌اكسيدتيتانيوم سمي‌تر از ذرات بزرگ همان مواد هستند.

جمع بندي و تحليل

در سالهاي اخير، پيشرفتهاي سريع علوم و فنون به وي‍‍ژه در زمينه نانوتكنولوژي، تحولاتي بزرگ را در زمينه هاي پزشكي، كشاورزي، صنعت، محيط زيست و علوم پايه زيستي در پي داشته است.
امروزه نقش نانوتكنولوژي در همه ابعاد روشن است، اما جنبه ديگر اين توانمندي، خطرات احتمالي مرتبط با استفاده از محصولات فناوري نانو است كه در صورت رعايت نكردن قوانين و مقررات خاص ايجاد مي شود. بنابراين ضمن تاكيد بر اهميت فناوري نانو، لازم است آيين نامه هايي جهت انجام ايمن و سالم استفاده از محصولات نانو تهيه و تدوين گردد تا بر اساس آن بتوان كنترل و نظارت بر كليه فعاليتهاي نانوتكنولوژي را اعمال كرد. در واقع دولتها موظفند كه علاوه بر تدوين استراتژي ملي و تصويب چارچوب سازماني براي نانوتكنولوژي، شرايط قانوني تحقيق و توسعه را مشخص نمايند. از اينرو پيشنهاد مي شود يكي از اين زيرساختهاي قانوني، قانون ايمني نانو (nanosafety) باشد. در واقع، ايمني نانو به سياستها و روشهاي اتخاذ شده جهت اطمينان ازكاربرد بي خطر محصولات نانو از نظر محيط زيست و سلامت انسان اطلاق مي شود. از اينرو تدوين اين سياستها و قوانين امري ضروري بنظر مي رسد. كما اينكه در حال حاضر در برخي از كشورهاي پيشرفته مانند ايالات متحده امريكا، انگلستان، فرانسه، آلمان و ژاپن قوانين ايمني نانو وجود دارد و در هر يك از بخش هاي مرتبط با محصولات نانو كميته هايي مشغول فعاليت مي باشند. كشورهايي مانند چين و هند نيز قوانيني در اين مورد وضع كرده اند و در حال سازماندهي كميته ها مي باشند. از اينرو تدوين اين قوانين و برنامه ريزي جهت سازماندهي كميته هاي مرتبط، در كشور ما نيز امري ضروري بنظر مي رسد.