ماهي تقنية النانو وكيف تعمل؟

معظمنا لا يتفاعل مع مقياس النانو في حياتنا اليومية، ليس على حد علمنا، على أي حال، فالمقياس النانوي صغير بشكل لا يصدق، وأقرب أن يكون إلى الخيال، بسبب صغره الشديد.

النانومتر هو مقياس المسافة، وعلى وجه الدقة فهو يساوي جزء من المليار من المتر، هذا يعني أنه إذا كان المتر يعادل حجم كوكب الأرض، فإن النانومتر سيكون بحجم حبة العنب.

باختصار، تقنية النانو هي استخدام التكنولوجيا لتجميع وتفكيك ومعالجة الأشياء على هذا النطاق الصغير، وهذا يعني التحكم في الجزيئات الفردية، أو حتى الذرات الفردية، على سبيل المثال، يمكنك وضع حوالي أربعة جزيئات ماء بشكل متراصف في نانومتر واحد.

وبالطبع، جزيئات الماء، مثلها مثل أي شيء آخر بهذا الحجم، لا تريد بالضرورة الاصطفاف بطريقة منتظمة، وهذا ما يجعل العمل في هذا المجال صعباً للغاية.

في الواقع، تقنية النانو ليست حقاً مجالاً خاصاً بحد ذاته، فهو النقطة التي تندمج فيها الكيمياء مع الفيزياء النووية، كما تلعب فيزياء الكم دوراً مهماً أيضاً في هذا المجال، ويمكن أن تجد البيولوجيا الجزيئية طريقها أيضاً إلى مرحلة المقياس النانوي.

إن خيط واحد من الحمض النووي، وهو في الحقيقة وسيط كثيف وغني لتخزين المعلومات، يبلغ عرضه حوالي 2 نانومتر، وهذا يدل على القوة الهائلة لعالم الأشياء الصغيرة جداً، ونظراً لصعوبة تطوير تكنولوجيا النانو وتنفيذها، تتراوح استخداماتها المحتملة من الدوائر الطبية إلى الدوائر الكهربائية المصنوعة يدوياً وحتى 'الروبوتات الحية'، وهذه هي البداية فقط.

حسناً، لا يزال هذا سؤالاً مفتوحاً أمام الإجابات الممكنة، يكمن جزء من الصعوبة في القدرة على التمييز بين المواد الخام، الذرات أو الجزيئات الفردية، والآلات النانوية التي تتلاعب بهذه الذرات، ذلك لأن الآلات نفسها مكونة من ذرات وجزيئات تتفاعل مع المواد بشكل مختلف تماماً عن الآلات التي نعرفها والتي تعمل على النطاق الكبير مثل الذراع الآلية، فلا تستطيع الآلات النانوية الإمساك والرفع والدفع بنفس الطريقة بسبب التأثيرات القوية للكيمياء الكهربائية على هذا النطاق البالغ الصغر.

ومع ذلك، يمكن أن توفر هذه العقبات أيضاً فرصاً جديدة، على سبيل المثال، Cas9 هو إنزيم قادر على اتباع التعليمات الوراثية عند قطع خيط من الحمض النووي في مكان معين، اكتشف العلماء كيفية استخدام هذه الآلة النانوية الطبيعية لإصلاح تلف الحمض النووي بدقة، ويوضح هذا أنه، من حيث المبدأ على الأقل، يمكن ترتيب الذرات والجزيئات بطريقة معينة بحيث تتصرف كآلات يمكن التحكم فيها على المستوى النانوي، وإذا كنا قد استطعنا بناء آلة نانوية واحدة، فيمكننا بناء آلات أخرى أيضاً.

من المجالات المهمة للاهتمام روبوتات النانو ذاتية التكرار، والهدف من هذه الآلات هو بناء المزيد من النسخ منها، إن روبوت نانوي واحد يتلاعب بذرة واحدة في كل مرة سيستغرق وقتاً طويلاً بشكل غير عملي لتجميع أي شيء كبير الحجم، لكن روبوت نانوي واحد يمكنه عمل نسخة من نفسه في ساعة سينتهي به الأمر بأكثر من 16 مليون نسخة من نفسه بعد يوم واحد، ويمكن أن تعمل هذه الآلات معاً لتجميع منتجات أكبر في وقت أقل، أو هذا هو الأمل على أي حال.