کاربرد نانو در پزشکی و دارو سازی (فیزیک دهم) تاثیر علوم نانو

کاربرد نانو در پزشکی و دارو سازی (فیزیک دهم) تاثیر علوم نانو❶ سوال فیزیک دهم در باره علوم نانو و تاثیر علوم نانو در پزشکی و دارو سازی❶ با توجه به کاربردهای اخیر فناوری نانو در حوزه پزشکی، می‌توان گفت این فناوری، کلیدی برای روش‌های تشخیص پارامترهاست و در ساخت حسگرها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این علم همچنین می‌تواند تولید محصولات بافتی مهندسی شده و مصنوعی را گسترش دهد که کاربرد فراوانی در پزشکی دارند.

با توجه به کاربردهای اخیر فناوری نانو در حوزه پزشکی،  می‌توان  گفت این  فناوری، کلیدی  برای  روش‌های  تشخیص پارامترهاست و در ساخت حسگرها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این علم همچنین می‌تواند تولید محصولات بافتی مهندسی شده و مصنوعی را گسترش دهد که کاربرد فراوانی در پزشکی دارند.

بهبود فرایند کاشت

به جسمی که در داخل بدن در بخش خاصی برای جبران یک وظیفه قرار داده می شود، کاشت یا ایمپلنت اطلاق می شود. به قرار دادن این جسم در داخل بدن نیز  کاشت گفته می شود. کاشت ها کارهای متفاوتی انجام می دهند؛ از جایگزین کردن مفصل زانو و فنرهایی که شریان ها را باز نگاه می دارد، تا دستگاه های پویای کارگذاری شده مانند دستگاه تنظیم ضربان قلب و سمعک (برای جبران کم شنوایی) را می توان در این دسته قرار داد. در تمام این موارد پیوندها باید طوری کارگذاری شوند که با بافت های بدن سازگاری و تعامل نزدیکی داشته باشند. یکی از مسائل کلیدی، اطمینان از چسبیدن سلول های بیمار به کاشت در جایی است که نیاز باشد، مثل اتصال استخوان که به بازسازی بافت آسیب دیده کمک می کند.

برعکس، در جایی دیگر مثل فنرهای بازکننده رگ (استنت) نباید چنین اتفاقی رخ دهد. در چند ساله اخیر مشخص شده است که خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مواد، هر دو در قابلیت چسبیدن سلول ها و بیومولکول ها موثرند. برای مثال حفره های بیشتر در سطح ماده می تواند اتصال سلولی را بهتر کند، در حالی که سطوح کاملاً صاف حداقل میزان به سلول ها را ممکن می کنند. آماده سازی و پوشش سطحی با مولکول هایی مشابه مولکولهای بافت، چسبندگی را زیاد می کند.دراین قسمت هم فناوری نانوجایگاه مناسبی دارد. برای مثال در پیوند تیتانیوم استخوان، پوششی از دی اکسیدتیتانیوم نانوساختار وجود دارد که اتصال به استخوان را بهبود می دهد.

به عنوان نمونه به دو کاربرد زیر می پردازیم:

نانوحسگرهای قابل کاشت در شبکیه چشم

فناوری نانو جهت ساخت نسل جدیدی از وسایل کوچک‌تر و قوی‌تر برای برگرداندن بینایی و شنوایی به کار گرفته می‌شوند. این وسایل اطلاعات را جمع آوری کرده  به پیام‌های الکتریکی که به سیستم عصبی انسان منتقل می‌شوند تبدیل می‌کنند. در مواردی که عصب دهی چشم به مغز آسیب نرسیده اما گیرنده‌ای نوری چشم فعالیت لازم را ندارند، می‌توان با تحریک مصنوعی سلول‌ها، فقدان گیرنده‌ها را جبران کرد. در این حالت پیام‌های عصبی مصنوعی ایجاد شده به مغز رسیده و حس بینایی ایجاد می‌شود و از این رو مقداری از دید ابتدایی شخص برگشت پیدا می‌کند.

ترمیم استخوان با استفاده از نانو سرامیک

نانو سرامیک های با استحکام بالا را می‌توان به یک خمیر قابل جریان و شکل پذیر که به استخوان‌های محکم جریان و شکل پذیر که به استخوان‌های محکم تبدیل می‌شود، تبدیل کرد. در صورتی که در استخوان از این نوع مواد استفاده شود، سازگاری زیستی تا حد بسیار زیادی بالا می‌رود. در ضمن نسبت به سیمان‌های مصنوعی، نانو سرامیک‌ها این قابلیت را دارند که در هر دو نوع استخوان‌هایی که وزن را تحمل می‌کنند و یا وزن را تحمل نمی‌کنند به کاربرده شوند

پوشش های ضدمیکروبی

پوشش های ضدمیکروبی با کمک به کاهش پایداری و گسترش ویروس ها، باکتری ها و قارچ ها می تواند منافع مهمی را در محدوده مراقبت های بهداشتی در برداشته باشد. این قبیل پوشش ها به عنوان مکمل و نه جایگزین برای فرآیندهای گندزدایی و ضدعفونی تجهیزات جراحی و سطوح عامل جراحی (از قبیل داروهای ضدعفونی) به حساب می آیند. پوشش ها می توانند توانایی میکروب ها در چسبیدن و رشد روی سطوحی که در معرض خون  بدن بیمارند را طی فرآیندهای عادی جراحی به حداقل برسانند. این امر با اعمال پوشش هایی از قبیل نانوذرات نقره و دی اکسید تیتانیوم که می توانند میکروب ها را به طور مستقیم از بین ببرند امکان پذیر است. این پوشش ها می توانند در به حداقل رساندن انتشار بیماری در اثر تماس نیز، به بیمار کمک کنند.

بهبود کارایی ادوات وتجهیزات پزشکی

همان طور که در مقدمه ذکر کردیم از دیگر کاربردهای فناوری نانو در حوزه پزشکی می‌توان به بهبود کارایی ابزاری و ادوات پزشکی اشاره کرد. نانوادوات پزشکی قادرند وظایف بسیار پیچیده ای را در داخل بافت های زیستی انجام دهند که از عهده ی ادوات معمول که در مقیاس های بزرگتر ساخته شده اند خارج است.به عنوان مثال ،ادوات پزشکی کوچکتر از 50 نانومتر براحتی می توانند وارد اکثر سلول ها شده وادوات کوچکتر از 20نانومتر می توانند از جداره ی رگ های خونی عبور کنند.در نتیجه نانوادوات براحتی می توانند با مولکول های مستقر برروی سطح یا داخل سلول ها تعامل داشته باشند ،به طوریکه این تعامل منجر به تغییر رفتار وخواص این مولکول ها نگردد.اندازه نانو ادوات عمو ما کوچکتر از اندازه سلول های انسانی واجزای درونی این سلول ها می باشد.به عنوان مثال نانو ادوات ،امکان شناسایی وتصویر برداری از تومورهای سرطانی بسیار کوچک را فراهم می کند ،ادوات فعلی از این قدرت تشخیصی برخوردار نیستند. تاکنون قدم‌های موثری در این زمینه برداشته شده است و پیش بینی می‌شود در سال‌های آینده پیشرفت‌های چشمگیری در این بخش صورت گیرد.

نانوادوات پزشکی قادرند وظایف بسیار پیچیده ای را در داخل بافت های زیستی انجام دهند که از عهده ی ادوات معمول که در مقیاس های بزرگتر ساخته شده اند خارج است

ابزار جراحی هوشمند

وسایل پزشکی مبتنی بر فناوری نانو، جراحان را قادر می‌سازند که کارهایی با دقت و ایمنی بالاتر انجام بدهند و پارامترهای فیزیولوژیکی و بیومکانیکی را با صحت و دقت بیشتری کنترل کند و کارهایی انجام بدهند که قبلاً امکان پذیر نبوده است.

وسایل جراحی مانند چاقو، انبر، گیره و مته به نانو حسگرهای می‌توانند مجهز شوند که قابلیت آن‌ها را افزایش داده و اطلاعات لازم را برای جراح فراهم می‌کند. در این حالت جراحان به طور مداوم اطلاعاتی را از دستگاه‌ها، نوع بافتی که باید برش زده شود و ویژگی های خاص بافت مانند جرم مخصوص، دما، فشار و پیام‌های الکتریکی دریافت می‌کنند که به چگونگی ادامه عمل جراحی کمک می‌کند.

ابزارهای تشخیصی بهبود یافته

فناوری نانو راه حل‌های جدید را جهت افزایش سرعت و صحت شناسایی ژن‌ها و مواد ژنتیکی، جهت کشف داروها و بهبود آن‌ها و تهیه فراورده‌های تشخیصی بیماری‌ها ارائه نموده است.

در فناوری‌های رایج از رنگ‌های فلورسنت جهت نشانه گذاری مولکول استفاده می‌شود و به تجهیزات گرانی مانند لیزر جهت نشان داد واکنش‌های زیستی صورت گرفته و یک میکروسکوپ نوری جهت شناسایی محل اتصال، نیاز است. این رنگ‌ها همیشه حساسیت کافی جهت شناسایی ژن‌ها را ندارند و در مورد ژن‌هایی که از هم تفکیک نشده اند باعث ایجاد پاسخ‌های غلط و غیر پایدار می‌شوند. فناوری نانو توانسته است چندین محصول جدید برای افزایش توانایی در نشان دار کردن و شناسایی ژن‌های نامشخص به بازار عرضه کند.

افق آینده علم پزشکی دستیابی به فناوری هایی است که در نهایت سلامت بشر را تضمین می کنند. موضع این فناوری ها کاملاً پیشگیرانه است، یعنی تشخیص و توقف عوامل ایجاد بیماری در بدن، قبل از آنکه بیماری شروع به فعالیت کند. استفاده از ترکیبات و ساختارهای طبیعی در تحقیقات فناوری نانو جایگاهی ویژه دارد.

پیشگیری

بیشتر مراقبت های بهداشتی درمان هستند نه پیشگیری. آنها اغلب مدتی بعد از اولین عفونت یا زخم صورت می گیرند؛ در حالی که آسیب بافت و درد قبلاً اتفاق افتاده است. گاهی این آسیب جبران ناپذیر است، گاهی نیز یک اثر همیشگی بر جای می ماند، برای مثال از دست دادن عملکرد قسمتی از بدن یا جای زخم و سوختگی آثاری هستند که اثر آنها همیشه می ماند. فناوری نانو از طریق نظارت موثرتر بر سلامتی فردی و تشخیص بیماری ها در مراحل ابتدایی آن و ایجاد محیط های بیمارستانی پاک و ضدعفونی شده اجازه فعالیت باکتری ها و ویروس ها و دیگر میکروب هایی را که عامل بیماری زا هستند نخواهد داد.

معاینه

معاینه وضعیت سلامت بیمار نه تنها در زمان استراحت بعد از عمل های جراحی و درمان مهم است، بلکه برای معاینه معمول موارد خاص نیز حائز اهمیت است. دستگاه های مراقبت، در اندازه گیری مولفه های فیزیولوژی مختلف بدن مانند فشارخون، شیمی خون (میزان قند، هورمون ها و آنتی بادی های خون) ضربان قلب و درجه حرارت بدن بیمار، در هر محلی که بیمار باشد بدون ارسال نمونه ها به آزمایشگاه، انعطاف زیادی دارد. برای تست های پیچیده تر ابزارهای مراقبت با ابزار آزمایشگاه روی تراشه همراه شده و اجازه می دهد که ده ها بلکه صدها بیومولکول مختلف به سرعت اندازه گیری شوند، که این امر به پزشک اجازه می دهد تا در هر محلی که بیمار باشد، بدون خطر از دست دادن نمونه ها و انتظار چند روزه بیمار برای دریافت نتایج از آزمایشگاه وضعیت او را معاینه کند. در این صورت احتمال اشتباه در تشخیص به خاطر ماندن یا خطای آماده سازی نمونه ها در آزمایشگاه نخواهد بود. این امر امکان انجام آزمایش در جاهای دور افتاده را نیز می دهد.

به کمک این تجهیزات می توان بیمارانی از خارج کشور و حتی کشورهای پیشرفته را توسط پزشکان داخلی درمان کرد (برای مثال کنترل بیماری ایدز در کشورهای دیگر). حتی این هدف را دنبال می کنند که تمام این تجهیزات به صورت مخابراتی از محل استقرار بیمار با دفتر دکتر ارتباط داشته باشند و در صورت نیاز به بررسی، دکتر از وضعیت بیمار مطلع شود. در آینده ممکن است چنین ابزاری به صورت بی سیم به کامپیوتری در مطب پزشک شود و به بیماران این امکان را دهد که وضعیت شان توسط دکتر در خانه خودشان در کمال راحتی کنترل شود و نتایج درمان را به راحتی با دکتر در میان بگذارد.در حال حاضرTelemedicineمهمترین دستاورددر حوزه سلامت است.(دربیانی ساده Telemedicine را می توان به نوعی ارائه ی مجموعه خدمات پزشکی با استفاده از تکنولوژی های اطلاعاتی وارتباطی به تمام متقاضیان این خدمات ،به صورت راه دوروفارغ ازمحدودیت زمانی ومکانی تعریف کرد.)

فناوری نانو می تواند از به وجود آمدن عوارض ناخواسته جلوگیری کند. سه محدوده اصلی وجود دارد که فناوری نانو می تواند این انقلاب را ایجاد کند: تشخیص،درمان و پیشگیری.

تشخیص بیماری

هر چه بیماری یا آسیب به بخشی از بدن زودتر تشخیص داده شود، با احتمال زیاد آن درمان موفقیت آمیز خواهد بود. پیشرفت آزمایشگرهای زیستی امکان شناسایی میکروب های عامل بیماری را قبل از ظهور عامل بیماری ممکن می سازد. با توجه به پیشرفت فناوری تصویری می توان به درون بدن شخص نگاه کرد و با دقت بسیار زیادی، محل حضور سرطان و آسیب وارده به بافت های بدن و اندام ها را تعیین کرد. با مراقبت های ویژه، مرحله بهبود بیمار با اطمینان مشخص می شود. این پیشرفت ها نه تنها کیفیت بهتری از زندگی ر ا به ارمغان می آورد، بلکه به سرویس های مقرون به صرفه و موثر سلامت نیز کمک می کند. فناوری نانو راه حل‌های جدید را جهت افزایش سرعت و صحت شناسایی ژن‌ها و مواد ژنتیکی، جهت کشف داروها و بهبود آن‌ها و تهیه فراورده‌های تشخیصی بیماری‌ها ارائه نموده است.در فناوری‌های رایج از رنگ‌های فلورسنت جهت نشانه گذاری مولکول استفاده می‌شود و به تجهیزات گرانی مانند لیزر جهت نشان داد واکنش‌های زیستی صورت گرفته و یک میکروسکوپ نوری جهت شناسایی محل اتصال، نیاز است. این رنگ‌ها همیشه حساسیت کافی جهت شناسایی ژن‌ها را ندارند و در مورد ژن‌هایی که از هم تفکیک نشده اند باعث ایجاد پاسخ‌های غلط و غیر پایدار می‌شوند. فناوری نانو توانسته است چندین محصول جدید برای افزایش توانایی در نشان دار کردن و شناسایی ژن‌های نامشخص به بازار عرضه کند.

محققان در تلاشند تا از نانوذرات مغناطیسی برای تشخیص عوامل بیماری زا استفاده کنند.روش این محققان نیز مانند بسیاری از مها رت هایی که امروزه به کار می رود به آنتی بادی های مناسبی نیاز داردکه به این عوامل متصل می شود.نانوذرات مغناطیسی مانند برچسب به مولکول های آنتی بادی متصل می شوند.اگر در یک نمونه عامل بیماری زای خاصی مانند ویروس مولد ایذ مد نظر باشد،آنتی بادی های ویژه این ویروس که خود به نانو ذرات مغناطیسی متصل هستند به آن ها  می چسبند.

درمان

در حال حاضر، مقابله با بیماری ها معمولاً با روش های کاملاً قدیمی پایه ای صورت می گیرد. روش های نوین به طور بارز همیشه کاملاً موفقیت آمیز نیستند و با راه حل ها و روش های کلی معمولاً به حل دسته خاصی از مسائل می پردازند. افزون بر این مراقبت های بهداشتی امروزه می توانند باعث مشکلات متعددی مانند پس زدن یا عکس العمل نامناسب پیوند عضو شوند.

فناوری نانو می تواند به طرق مختلف، به حل برخی از این مسائل کمک کند. امکان استفاده از داروهای شخصی برای بیماران متناسب با بیماری آن ها فراهم خواهد شد. خطر پس زدن عضو پیوندی با استفاده از نانو پوشش های سازگار با بدن می تواند به کمترین مقدار کاهش یابد و در عین حال راه های جدیدی نیز برای هدایت دقیق داروها به سمت اهداف توسعه یابد.

علم نانو همچنین می‌تواند تولید محصولات بافتی مهندسی شده و مصنوعی را که کاربرد فراوانی در علم پزشکی دارد گسترش دهد. جالب اینکه این بافت‌های مصنوعی می‌توانند حتی از بافت خود شخص به دست آیند. فناوری نانو همچنین راه‌هایی برای تولید اندام‌هایی نظیر شبکیه، بخش حلزونی گوش و زیر لایه‌هایی که الگوی نانویی دارند و برای سرعت بخشیدن به رشد اندام‌ها مؤثرند ارائه داده و بازسازی بافت را ممکن می‌سازد

نانوحسگرها 

عمده فعالیت نانو حسگرها درپزشکی ،حسگرهای تشخیص پزشکی می باشد. نانو حسگرهای بسیار حساس بر روی تراشه قرارمی گیرد تا بتواند کوچک‌ترین علائم نشان‌دهنده سرطان وسایربیماری هارا شناسایی کند.

 پیشرفت های اخیر در نانوحسگرها ریشه در حرفه دندان پزشکی دارد. بزاق، دهان را تمیز و ضدعفونی می کند، با پوسیدگی دندان مقابله می کند و نحوه کار آن دریچه ای به سمت شناسایی کار بدون نقص و سلامت بدن است. بزاق حاوی پروتئین ها، هورمون ها، آنتی بادی ها و دیگر مواد است. گرفتن بزاق کار ساده ای است و نیازی به خطرپذیری، تنش و دخالت آزمایش خون ندارد.

نانو حسگرهای زیستی را برای اندازه گیری چهار سرطان مربوط به مولکول های RNA (ریبونوکلئیک اسید) در بزاق استفاده کرده اند و افراد سالم و افرادی که سرطان دهانی (سرطان از راه دهان) آن ها تشخیص داده شده با دقت 91%  مشخص شده اند. با چنین روش های دقیقی، ممکن است روزی مراکز دندان پزشکی به آشکارسازهای بدون تأخیر برای تشخیص بیماری ها از نمونه های بزاقی مجهز شوند. با تحقیقات در زمینه نانوحسگرهای زیستی ممکن است در آینده ای نزدیک، بیماری های دیگر از جمله انواع سرطان، آلزایمر، آیدز، دیابت و پوکی استخوان از طریق نمونه های بزاقی تشخیص داده شوند.

توانایی به دست آوردن آنالیزهایی با دقت بالا از غشاهای زنده، ابزار بزرگ دیگری از نانوحسگرهای زیستی را در جعبه ابزار پزشکان به وجود می آورد. تراشه های زیستی کمی بزرگ تر از یک تمبر هستند، هر تراشه می تواند آزمایش را برای هزاران نوع ژن مختلف انجام دهد. سطح تراشه ردیف هایی از نقاط میکرومتری دارد که هر کدام ژن خاصی را در بردارند. بیشتر تراشه های حیاتی ژن انسان را دارند. همه ژن ها به کمک روبات های فوق سریع روی تراشه قرار گرفته اند.دراین جا نانو حسگرهای زیستی برای تشخیص حضور بیماری استفاده می شوند. این بیماری ها، هم می تواند بیماری های واگیردار (مثل بیماری های ویروسی و باکتریایی) و بیماری های ژنتیکی (مثل سرطان) باشد. انتخاب مولکول های زیستی (یا بیومولکول یعنی مولکولی که منشاء آن ارگان های زنده هستند) به طبیعت بیماری ها بستگی دارد، اما می تواند یک پروتئین،  DNAیا RNA باشد. همه حسگرها با اتصال دلخواه یک مولکول زیستی به بیومولکول دیگر کار می کنند (مشابه قفل و کلید یا دندانه های زیپ). با اتصال مولکول های زیستی به نانوذات، حسگرها تغییر وضعیت خواهند داد و وضعیت شان توسط دستگاه گزارش می شود.

نانو حسگرهای زیستی دارای این خصوصیات می باشد 

 حساسیت بیشتر: نانوحسگرهای زیستی می توانند حضور میزان خیلی کمی از مولکول های بیماری زا را گزارش دهند. بنابراین بیماری را خیلی زودتر، در مرحله رشد آن آشکار سازند.

عملکرد آسان تر: می توانند سریع و بدون نیاز به خالص سازی نمونه های گرفته شده از بیمار، انجام شوند.

محدوده شناسایی وسیع تر: نانوحسگرهای زیستی با اتصال بیومولکول های مختلف به نانوذرات به طور همزمان، قادر به آشکارسازی بیومولکول های هدف بیشتر و در نتیجه بیماری های بیشتری هستند.

موادی از جمله نقاط کوانتومی که از مواد نیمه رسانا ساخته شده اند، برای تشخیص قابل استفاده هستند. نقاط کوانتومی بسته به ابعادشان می توانند رنگ های مختلفی را منعکس کنند. ذرات طلا معمولاً در آزمایش های الکتریکی یا تغییر رنگ استفاده می شوند. نانوذراتی که از لایه های مواد مختلف تشکیل شده اند، یک اثر رمزی مثل بار کد ایجاد می کنند که این اثر با میکروسکوپ به راحتی خوانده می شود.

نوع دیگری از نانو حسگر ها قابل کاشت یاقطعه های هوشمند هستند که برای بیماران خاص ودروضعیت های مخاطره آمیز به کار می روند و می توانندشیمی خون،علامت های الکتریکی وفشار را کنترل کنند واز طریق ارتباط با وسایل بیرون از بدن،می توان وضعیت درونی بیمار را گزارش نموده ونشان داد که تومور،حمله قلبی،یاعفونت موضعی در شرف تکوین است

نانو روبات‌ها 

نانوروبات ها، روبات‌هایی در اندازه‌های مولکولی‌اند که می‌توانند برایِ کار کردن با ماده‌هایی در ابعادِ کوچک (مثلاً مولکول‌ها، سلول‌ها و اتم‌ها) به کار آیند. نانوروبات‌ها وقتی كه به مرحله كاربردی برسند دنیای علم پزشكی را دگرگون خواهند كرد. با كاربردی شدن این اجزا، نانوداروها با استفاده از آنها می‌توانند وارد بدن شوند، بخش‌های آسیب دیده را شناسایی یا درمان كنند. در این بخش به تازگی محققان در دانشگاه كارنگی ملون توانسته‌اند نانوموتوری تولید كنند كه به راحتی درون رگ‌های انسان حركت می‌كند. این اتفاق را می‌توان نقطه عطفی در بخش پیشرفت نانوموتورها دانست.نانوروبات‌ها هنگام كار در بدن می‌توانند توسط تصویربرداری ام‌آرآی دیده شوند. این نانوربات‌ها ابتدا به بدن یك فرد تزریق می‌شوند و پس از آن به بافتی كه برای آن تعریف شده است، می‌روند. تلاش محققان بر ساخت نانوروبات هایی است که در داخل بدن بتوانند وارد شوند. خود را به موضع مناسبی برسانند و سلول زبانبار را نابود کنند. آن ها باید کاری کنند که این روبات ها با سامانه ایمنی بدن، امواج گرمایی اداره کننده گردش خون و تعادل بدن هماهنگ و سازگار باشند.

نانوروبا ت ها در جراحی های فوق ریز نیز استفاده می شوند. نانوروبات‌ها می‌توانند از طریق رگ‌ها وارد بدن شوند، به جستجوی محل آسیب‌دیده بپردازند و به کمک رایانه و جراح ناظر، بیماری را تشخیص دهند. پس از تشخیص دقیق محل بروز مشکل، با هدایت جراح و با استفاده از بازوهای مجهز نانوربا‌ت‌ عمل جراحی انجام می‌شود. این ربات‌های کوچک نانومتری می‌توانند جراحی‌های دقیقی را نیز در درون سلول (مثل تعویض کروموزوم‌های داخل هسته سلول با کروموزوم‌های جدید) انجام دهند؛ جراحی‌هایی که تا به‌حال هیچ جراح انسانی موفق به انجام آنها نشده‌است.

تصویربرداری 

آشکارسازی پزشکی به پزشکان کمک می کند که آثار تأثیر بیماری و آسیب به بدن را مشاهده کنند. در گذشته این تصویربرداری برای بافت های خاص مثل استخوان ها مطرح بود، اما برای بافت های نرم انجام این فرایند آن چنان آسان نیست. توسعه فناوری نانو کمک می کند که عوامل آشکارسازی جدیدی ایجاد شوند که به طور موثری، بافت های دلخواه را نشان دهند. این عوامل تصویربرداری شامل مولکول هدفی هستند که می تواند به روش خاصی به بافت آسیب دیده یا بیمار متصل شود و یک مولکول آشکار کننده، که می تواند با روش MRI یا XRD ،ماورای صوتی یا روش های دیگر آشکار سازی در بیمارستان ها، شناسایی شود، مشکل آن ها را حل کند. در این راه فولرین ها یا باکی بال ها که قفس هایی از اتم های کربن هستند و می توانند مولکول های آشکار کننده مثل نقاط کوانتومی را در بر بگیرند و به مولکول های هدف نزدیک شوند، پیشگام هستند. در همه موارد عامل آشکارسازی پس از تزریق به بدن بیمار می تواند با دقت بالا جذب بافت آسیب دیده شده و به راحتی موقعیت و وخامت بیماری یا آسیب را به پزشک نشان دهند.

تغییر در خصوصیات دارویی

كاربرد فناوری نانو در پزشكی تاثیرات مهمی دارد. شركت Elan یكی از شركت هایی است كه از فناوری نانو در تغییر ذرات دارویی استفاده می كند. این شركت فرایند آسیاب كردن كریستال های نانو را در اختیار دارد كه اجازه می دهد بعد از این فرایند، ذراتی مانند داروی Sirolimns متعلق به شركت Wyeth كه اجبارا می بایست در فرمولاسیون محلول خوراكی به كار برند، بهبود یافته و آن را بتوانند به فرم قرص ارایه نمایند. یعنی با تهیه ذرات نانو فرم محلول این ماده به فرم جامد تبدیل می شوند. داروی Sirolimns به عنوان یك تضعیف كننده سیستم ایمنی همراه سایر فرآورده های دارویی در موارد پیوند اعضا مانند پیوند كلیه به كار می رود. این شركت مدعی است كه با كاهش سایز ذره سرعت انحلال Sirolimns به مقداری كه بتواند به فرم قرص ارایه شود افزایش می یابد. از نظر تجاری این نوع فناوری آسیاب نمودن فقط مختص داروهای با حلالیت بسیار ضعیف است، اما به عقیده این شركت ۴۰ الی ۵۰ درصد فرآورده های جدید (NCE) تقریبا در این رده قرار می گیرد. فناوری نانو همچنین در زمینه داروهای پپتیدی كه عمدتا برای محفوظ ماندن از متابولیسم می بایست به فرم تزریقی تجویز شوند به كمك آمده است و شرایطی را می تواند فراهم نماید تا آنها را بتوان از طریق سایر روش های داروسازی ونیز مورد پذیرش بیمار تجویز كرد.

شركت Xstal Bio كه با دانشگاه های Glasgow Strathelyde همكاری می كند، توانسته است كریستال های نوینی بسازد كه با ذرات پروتئینی پوشش داده شده اند. مدیر اجرایی شركت Xstal Bio معتقد است كه اغلب شركت ها، برای تهیه ذرات نانو از مسیر خرد كردن ذرات بزرگ تر به ذرات كوچك تر استفاده می كنند، اما آنها فرایندی را در اختیار دارند كه مستقیما ذرات كوچك از آن تهیه می شود، بدون آنكه احتیاج به فرایند زیادتری داشته باشند. این فرمولاسیون انسولین استنشاقی را انجام می دهد. بیماران می توانند به سادگی با اسپری كردن و تنفس آن، پودر خشك انسولین و یا یك پروتئین دیگری را دریافت كنند. برای اینكه این راه تجویز به طور موثر در اختیار باشد، ذرات محتوی آن باید آنقدر ریز باشند تا بتوانند در بخش های عمقی مجاری تنفسی نفوذ كنند والبته آنقدر ریز هم نباشد تامبادا پس از مصرف از دهان و بینی خارج شوند. بنابر این شركت Xstal Bio مسیر اثباتی خاصی را پشت سر گذرانده است و هم اكنون این فرآورده در بیماران تحت آزمایش است. فناوری نانو در زمینه تشخیص ساده بیماری ها، تصویربرداری ها و برآوردسریع از كارایی مصرف دارو در افراد نیز كاربردهایی دارد. به طور كلی این فناوری در تولید اعضای مصنوعی، كاشت داروها، استفاده از تشخیص های فردی در كنترل آزمایش های درون تنی و تشخیصی و داروسازی نوین كاربرد دارد. درخصوص آخرین مواردی كه اشاره شد، یعنی مونیتورینگ تشخیصی و داروسازی، این فناوری قادر است ریز وسیله داروهایی بسازد تا پس از كاشتن آن در بدن و كمك آن، سطح خونی مواد بیولوژیك درون بدن دائما تحت كنترل باشد و در صورت نیاز مقداری دارو آزاد و ارایه شود.

ژن درمانی

یكی دیگر از كاربردهای فناوری نانو در زمینه دارو رسانی ژن هاست. Vector های موجود، ویروس های اصلاح شده روی سیستم ایمنی بدن دارای اثراتی هستند، بنابراین تحقیقات روی ساخت، ذرات نانو كه قابلیت حمل ژن ها را داشته باشند از موارد مورد نیاز می باشد. سایر روش های آزادسازی و دارو رسانی به منظور افزایش تاثیر دارو و كاهش اثرات جانبی آنها نیز وجود دارند كه مورد تحقیق می باشند. به طور مثال كاربرد پوشش هایی كه تحت تابش نور فعال می شوند برای كاربرد داروهای خاص در استخوان ها به كار گرفته می شود از این موارد هستند. این نوع داروها عمدتا به علت نوع پوشش دادن آنها، غیرمحلول باقی می مانند و در استخوان ها جذب می شوند. این پوشش ها پس از قرار گرفتن در معرض نور و تابش به فرم محلول درآمده و اجازه می دهند تا دارو به محل اثر خود رسیده و تاثیر نماید. این تحقیقات همچنین بر روی ذرات مغناطیسی كه به كمك آن بتوان داروها را به محل اصلی هدایت نمود نیز انجام می شوند. پوشش ذرات غیر نانو با پلیمرهایی نظیر پلی اتیلن گلیكول نیز از مواردی است كه به كمك آن داروها را می توان به محل اصلی هدایت نمود. این روش سبب می شود تا اختصاصات دارو تغییر ننماید و دارو از متابولیسم در كبد درامان باقی بماند. این راه دارورسانی نیز به زودی در درمان در دسترس قرار خواهد گرفت. علی رغم آنكه امروزه ممكن است فناوری نانو در مقایسه با علوم رایج و كاربردی بیشتر از یك عبارت باب روز جلب توجه نكند، اما اصلا نباید از توانمندی های آتی آن غفلت كرد.

تحلیل

مهندسی ذرات و دارو رسانی نوین از مهم ترین فصل های مشترك دارو رسانی با فناوری نانو است، به علت پیشرفت در روندهای ساخت ذرات و فرمولاسیون های دارویی امكان دارو رسانی فرآورده های جدید كه عمدتا از نوع پپتیدها و پروتئین ها می باشند امكان پذیر شده است. هم راستای این پیشرفت ها صنعت ساخت پلیمرهای دارویی امكان تهیه حامل های مناسب برای دارو رسانی به محل های اثر مورد نظر را فراهم كرده است. امید است با یك بازنگری كلی پیرامون توانمندی های موجود در مراكز تحقیقاتی داخلی و امكان سنجی برای انجام پروژه های نانو در عرصه دارو رسانی بتوان از ظرفیت های بالقوه در راستای كاربردی نمودن فناوری نانو در دارو رسانی بهره برداری نمود. متقابلا پژوهشگران نیز می بایستی با درك مناسب از موقعیت فراهم شده و توجه صنایع دارویی از این فناوری، خود را به طور علمی و عملی برای ورود در این عرصه مهیا نمایند و با ارایه دستاوردهای قابل كاربرد، حفظ اعتمام متقابل سرمایه گذاران و گسترش روز افزون این رویكرد در بین صنایع دارویی اقدام نمایند.

در دندانپزشکی

یكی از مشكلات موجود در زمینة دندانپزشكی مواد مورد مصرف است. مواد مورد استفاده در دندانپزشكی بایستی از سفتی و مقاومت بالایی برخورداربوده و ظاهری زیبا داشته باشند. فرمولاسیون ضعیف مواد دندانپزشكی باعث ایجاد ناراحتی، عوارض جانبی و افزایش هزینه مراقبتهای سلامتی می گردند. به همین دلیل شركتها و موسسات مرتبط بامراقبتهای دندانپزشكی سعی دارند تا محصولاتی با كیفیت و كارایی بالا تولید نمایند.شبیه همین ویژگی ها بایستی در مورد مواد مورد استفاده در روكشها نیز وجود داشته باشد.

پیشرفت های اخیر در زمینة فناوری نانو بطور قابل توجهی جهت حل این نیازها مورد توجه قرار گرفته اند. یكی از مهمترین نكات در مورد استفاده ازفناوری نانو در جهت رفع این نیازها، امكان تولید نانوذرات مجزا و بدون به هم چسبیدگی است كه امكان توزیع آ نها در رزینها یا روكشها جهت تولید نانوكامپوزیت ها بطور یكنواخت وجود داشته باشد. مواد كامپوزیت پلیمری از زمان آغاز علوم پلیمری تاكنون وجود داشت هاند. از دیرباز این مسئله آشكار شده است كه افزودن پركننده های (فیلرها) با خواص فیزیكی مشابه با ساختار پلیمری می تواند منجر به تولید موادی با خواص جالب و از جمله موادی با خواص مكانیكی تقویت شده، شود. این گونه كامپوزیت های پلیمری دهه ها از جمله مواد اساسی در بازار مواد تجاری دندانپزشكی بوده اند. درحال حاضر از طریق فناوری نانو امكان تهیه نانوفیلرها و نانوكامپوزیت ها فراهم گردیده است. این مواد دارای خواص نوری، مكانیكی و شیمیایی متفاوتی نسبت به میكروكامپوزیت های قدیمی می باشند.فناوری نانو در ترمیمهای دندانی باعث افزایش سختی در عین زیبایی ناحیه ترمیم شده نسبت به مواد قدیمی می شود.امید می رود با استفاده از این فناوری مشكلاتی كه از قبل در زمینه های مختلف دندانپزشكی ازجمله تولید مواد ترمیمی محكم و زیبا وجود داشته است برطرف شود.

خمیردندان هاى سفیدكننده نانویى 

شركت هاى سازنده خمیردندان در رقابت شدید با هم هستند تا خمیردندا ن هایى را ارائه دهند كه مشتریان بیشترى را به خاطر خواصِّ سفید كنندگى بیشتر آن، جذب كند. خمیردندا نهاى تازه توسعه یافته مبتنى بر نانو هیدروكسى آپاتیت (یكى از انواع كلسیم فسفات كه كاربرد زیادى در ساخت و پوشش دهى كاشتنی ها دارد، هیدروكسى آپاتیت است. هیدروكسى آپاتیت،  كاربردهاى فراوانى در پزشكى و دندانپزشكى از جمله جایگزین سازى بافت استخوانی وپوشش دهی کاشتنی های بدن دارد. نانو هیدروکسی آپاتیت خواص مکانیکی بالاتر وزیست سازگاری مطلوب تری نسبت به نمونه های میکرومتری از خود نشان می دهند.)، اثربخشى بسیار عمد ه اى را در زدایش جر مها  از سطح دندان نشان داده اند. این اثرات ممكن است به دلیل خواص ، فیزیكى نانو هیدروكسى آپاتیت باشد كه سطح ویژه بالاترى نسبت به هیدروكسى  آپاتیت با ابعاد میكرو و در نتیجه پتانسیل بالاترى براى جرم زدایى دارد. این سطح ویژه بالاتر در زدایش جر مهاى دندان و  مواد آلى، بسیار مؤثر است. فرضیه دوم برای مكانیزم نانو هیدروكسى آپاتیت ها، تسریع جرم زدایى معدنى است كه در  پركردن تخلخل هاى سطح دندان، درگیر مى شود. بنابراین امكان كاهش تیرگى دندا نها به وجود مى آید. است كه براى دندا نهاى حساس Dent Swiss یكى از خمیردندا نهاى تجارى شده نانویى، خمیردندان ساخت شركت نیز مناسب است.

فناورى نانو می تواند سبب افزایش پیوستگى بین ساختار دندان و ذرات پركن با اندازه نانویى گردد و یك حدِّ واسط طبیعی تر و پایدارتر بین بافتهاى سخت معدنى كارى شده دندان و بیو مواد ترمیمى پیشرفته را به وجود آورد

از مواد تشكیل دهنده این خمیردندان، كلسیم پراكساید است كه در اندازه نانویى به كو چكترین فاصله هاى دندانى نفوذ می کند.رنگدانه هاى دندانى (حاصل از قهوه، چاى یا تنباكو) به رنگ روشن تردر مى آیند. ) به آرامى پلاك دندان را پاكسازى می كنند و به  Papain, Bromelain آنزیم ها (كلسیم پراكساید در انداز ه هاى نانویى) اجازه مى دهند تا بسیار مؤثرتر و كاراتر عمل نماید. كلسیم پراكساید از لحاظ زیستى در دسترس است و این بدان معناست كه به طرز بهترى به دندان متصل شده و اثر شدیدترى خواهد گذاشت. فلوراید از كرم خوردگى دندان جلوگیرى مى نماید.

كاربرد رزین هاى كامپوزیتى و نانوكامپوزیت ها در دندان پزشكى 

در فناورى رزین كامپوزیتى، اندازه ذره و میزان حضور ذرات، بیانگر اطلاعاتى مهم براى بهترین استفاده از مواد كامپوزیتى است. تغییر تركیبات پركننده ، عمده ترین پیشرفت در تكامل رزینهاى كامپوزیتى بوده است. این تغییر در میزان و اندازه پركن است كه عملكرد آن را در جلاپذیرى  وهمچنین پوشش و مقاومت در برابر ترك خوردن  كنترل مى نماید. فناورى نانو می تواند رزینهاى كامپوزیتى با ذرات پركن كوچكتررا براى ما تولید كند كه می تواننددر غلظتهاى بالاتر حل شده و در سیستم رزینى، پلیمریزه شوند. مولكو لهاى این مواد، می توانند طورى طراحى گردند كه هنگام جفت شدن با یك پلیمر، سازگار باشند و خواص منحصر به فردى رامانند خواص فیزیكى، مكانیكى و نورى به وجود آورند.در حال حاضر، اندازه ذرات كامپوزیتى معمول، كه اولاً از انداز ه هاى ساختارى كریستا لهاى هیدروكسى آپاتیت، لوله هاى كوچك دندانى  و میله هاى میناى دندان  بسیا متفاوت است و ثانیاً به عنوان حد واسط بین مواد ترمیمی ماکروسکوپی (0,7 تا 40 نانومتر) وساختار نانوسکوپی دندان (دراندازه های 1تا 10 نانومتر) عمل مى كنند، داراى پتانسیل بالقو ه ای برای  تحقیق در زمینه فناورى نانو هستند. فناورى نانو می تواند سبب افزایش پیوستگى بین ساختار دندان و ذرات پركن با اندازه نانویى گردد و یك حدِّ واسط طبیعی تر و پایدارتر بین بافتهاى سخت معدنى كارى شده دندان و بیو مواد ترمیمى پیشرفته را به وجود آورد.