الكترونيك بيو ملكولي

موضوع: نانو دانش و فنون مقياس نانو

ظهور هر فناوري جديد، انتظاراتي براي تحول در صنعت و شيوة زندگي به وجود مي آورد. به عنوان مثال، با ظهور فناوري هاي اطلاعات و ارتباطات (IT) تغييرات شگرفي در زندگي بشر به وجود آمد. با وجود اينترنت، شكل و ساختار تحقيقات و مطالعات از درون كتابخانه ها به پشت رايانه ها انتقال يافت. داد و ستد با پول جاي خود را به داد و ستد با كارت هاي اعتباري داد و حتي ارتباط ميان ملت ها راحت تر و آسان تر شد، تا جايي كه انسان ها مي توانند در جهان امروز، همچون يك دهكدة كوچك، با يكديگر ارتباط داشته باشند.

ظهور فناوري هاي نانو در هر يك از رشته هاي علمي و فني هم مي تواند تغييرات گسترده اي را ايجاد كند. يكي از اين عرصه ها الكترونيك است. تقريباّ از چهل سال پيش تا كنون، شاهد رشد شتاباني در رايانه هاي الكترونيكي بوده ايم. قدرت رايانه ها با گذشت زمان نسبت به حالت هاي اوليه زيادتر و در عين حال حجم ترانزيستورهاي آنها كمتر شده است. البته بايد توجه کرد که كاهش حجم ترانزيستور تا اندازه اي امكان پذير است و بخصوص با روش هاي فعلي به آخرين حد کوچک کردن نزديک مي شويم و به زودي به بن بست مي رسيم. اصول علم الكترونيك امروزي بر اساس حركت آماري الكترون ها و اتم هاست. اين اصول به ما اجازه نمي دهند تا هر اندازه که بخواهيم فرايند کوچک سازي حجم ترانزيستورها را ادامه دهيم. در عصر نانوفناوري، بررسي اصول الكترونيك در اندازة کوچک تر از 30 نانومتر امکان پذير نيست، زيرا در اين مقياس، ديگر پديده هاي آماري جوابگو نخواهند بود. براي رسيدن به اين حدّ کوچک سازي، بايد از علم و تكنيك هاي جديد براي ادامة رشد الكترونيك استفاده كرد. يكي از روش هاي جديد، الكترونيك بيوملكولي است.

در حقيقت، الكترونيك بيوملكولي بر اين اصل استوار است كه امكان ايجاد سيستم ها و رايانه هاي مختلف در اثر اختلاط مباني فيزيك و رياضي با دانستني هاي زيست شناسي وجود دارد. براي مثال مي توان به ساختن اعصاب مصنوعي اشاره كرد.

اعصاب مصنوعي

موجودات زنده براي انجام اغلب فعاليت هاي خود به سيستم هاي شيمياييِ سازمان يافته اي چون فتوسنتز و اكسيداتيو و... وابسته اند.

يك سلول از گياهان سبز آلي را در نظر بگيريد. بيشتر اندامك هاي اين گياهان شامل همين سيستم هاي شيميايي سازمان يافته هستند. يكي از مهمترين اين اندامك ها كه نقش سوخت و ساز را در گياهان به عهده دارد «ميتوكُندري» است. فرآيندهاي كسب انرژي در طبيعت، ديرزماني است كه مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. مجموع اين مطالعات بيانگر آن است كه سيستم هاي مبدل انرژي، ساز و كار واحدي دارند. نقل و انتقال الكترون هاي پُرانرژي به واسطه ي كاهش تدريجي در انرژي آزاد، در نهايت به شكل خاصي از تركيبات مي انجامد كه انرژي لازم را براي فرآيندهاي حياتي تأمين مي كنند. اين الكترون هاي پُرانرژي، يا محصول جذب انرژي نوراني هستند (فتوسنتز)، يا از اكسيداسيون مواد غذايي (تنفس سلولي) پديد مي آيند. در تنفس سلولي، الكترون هاي حاصل به طور عمده توسط مولكول «نيكوتين آميد آدنين دي نوكلئوتيد» (NADH) به صورت يون هيدريد (H+) به زنجيره ي انتقال الكترون ها در غشاي داخلي ميتوكُندري وارد مي شوند. اكسيداسيون يون هيدريد اكسيژن كه به تشكيل مولكول آب مي انجامد انرژي زا است. حال اگر اين واكنش به صورت فرآيندهاي متعدد اكسيداسيون و احيا در غشاي داخلي ميتوكُندري انجام شود، انرژي حاصل در نهايت در مولكول هاي ATP ذخيره خواهند شد. ATP منبع انرژي سلول است.

امروزه به واسطه ي اطلاعاتي كه در ارتباط با نقل و انتقالات الكتروني غشاي داخلي ميتوكُندري و ساختارهاي مربوطه داريم، مي توانيم به چنين سيستمي از نقطه نظر فناوري توجه كنيم. در واقع قصد داريم كه از اين سازوكار توليد انرژي در صنايع الكترونيك استفاده كنيم. در اين رابطه مي توان به پژوهش هايي اشاره كرد كه در آنها از طريق مهندسي پروتئين هاي ناقل الكترون ساختارهايي طراحي و ساخته مي شوند كه در نهايت امكان بهره وري در صنايع بيوحسگر و بيوالكترونيك را داشته باشند.