برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۵/۲۷ تا ۱۳۹۷/۰۶/۰۲

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۳,۷۰۹
  • بازدید این ماه ۶۳
  • بازدید امروز ۱
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۱۰۰
  • قبول شدگان ۷۹
  • شرکت کنندگان یکتا ۶۰
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۷۷
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

مقالات منتخب ماهنامه نانو

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

کاربردهای فناوری نانو در شیلات

نانوذرات به ذراتی گفته می‌شود که حداقل یکی از ابعاد آن‌ها در محدوده nm ۱۰۰-۱ باشد. نانوذرات خواص جدیدی از خود نشان می‌دهند که مربوط به نسبت سطح‌ به ‌حجم بالای آن‌ها است. ذراتی با اندازه نانو از میلیون‌ها سال قبل روی کره‌زمین وجود داشته‌اند، اما اخیراً - با توجه به افزایش دانش و توانایی بشر در تولید این ذرات و استفاده از آن‌ها - این ذرات توجه زیادی را به خود معطوف کرده‌اند. امروزه از نانوذرات در گستره وسیعی از علوم و صنایع مختلف استفاده می‌شود، ازجمله در الکترونیک، پزشکی، داروسازی، لوازم آرایشی و بهداشتی، تولید انرژی، محیط ‌زیست، کاتالیزورها، و غیره. فناوری نانو برای ایجاد انقلاب در کشاورزی و علوم مرتبط با آن، مانند آبزی‌پروری و صید آبزیان، پتانسیل شگرفی دارد. کاربردهای فناوری نانو مانند نانوسنسورها، نانوواکسن‌ها، و دارورسانی هوشمندانه توانایی حل‌کردن بسیاری از مشکلات مرتبط با سلامت، تولیدمثل، و پیشگیری و درمان بیماری‌ها، حتی بیماری‌های آبزیان، را داراست. این مقاله مروری بر کاربردهای فناوری نانو در آبزی‌پروری، صید آبزیان، و فراوری محصولات شیلاتی است.
1. مقدمه
فناوری نانو به انقلاب فناوری در هزاره جدید منجر شده است و کاربردهای آن پتانسیل عظیمی برای تاثیرگذاری بر جهان دارد. حوزه کاربردهای این فناوری از کالاهای مصرفی گرفته تا الکترونیک، فناوری اطلاعات، بیوتکنولوژی، صنایع هوافضا و... را شامل می‌شود [۱]. به بیان ساده‌تر، فناوری نانو تقریباً تمام جنبه‌های زندگی بشر را تحت‌تاثیر قرار خواهد داد. نانوذرات رایج‌ترین عناصر در علم و فناوری نانو هستند و خواص جالب‌توجه آن‌ها باعث شده است که کاربردهای بسیار متنوعی در صنایع شیمیایی، پزشکی و دارویی، الکترونیک، و کشاورزی داشته باشند. از کاربردهای نانوذارت می‌توان به استفاده از آن‌ها به‌عنوان کاتالیزورهای قدرت‌مند اشاره کرد؛ این نانوکاتالیزورها راندمان واکنش‌های شیمیایی را به‌شدت افزایش می‌دهند و همچنین به‌میزان چشمگیری از تولید مواد زاید در واکنش‌های فرعی جلوگیری می‌کنند. به‌کارگیری نانوذرات در تولید مواد مختلف می‌تواند منجر به افزایش استحکام آن‌ها بشود، وزن‌شان را کم‌ کند، و مقاومت شیمیایی و حرارتی آن‌ها را بالا برد. ازطرفی، نانوذرات قادر به ایجاد تغییرات اساسی در واکنش مواد در برابر نور و تشعشعات هستند. همچنین از نانوذرات در ساخت انواع ساینده‌ها، رنگ‌ها، و لایه‌های محافظتی جدید و بسیار مقاوم برای شیشه‌ها، عینک‌ها، کاشی‌ها، و غیره استفاده شده است. در حال حاضر، شرکت‌های زیادی نانوذرات را به‌شکل پودر، اسپری، و پوشش تولید می‌کنند. این تولیدات کاربردهای فراوانی در قسمت‌های مختلف دارند [۲]. نانوذرات، باتوجه به خواص منحصربه‌فرد فیزیکی و شیمیایی‌شان، می‌توانند در بسیاری از مطالعات بیولوژیکی و زیست‌محیطی مورد استفاده قرار بگیرند و به‌همین دلیل، توجه زیاد دانشمندان و محققان را به خود جلب کرده‌اند [۳]. علاوه ‌بر این، نانوذرات در علم آبزی‌پروری، صید آبزیان، و همچنین در فراوری محصولات شیلاتی کاربرد دارند. در این‌جا به برخی از این کاربردها اشاره خواهد شد.

2. کاربرد نانوذرات در آبزی‌پروری
1.2. تصفیه و پاک‌سازی آب
از نانوذرات می‌توان برای حذف آلاینده‌های موجود در آب، ازطریق تصفیه فاضلاب‌ها، استفاده کرد. نانوذرات کربن یا آلومینیوم با مواد افزودنی زئولیت و آهن می‌توانند در آبزی‌پروری برای حفظ شرایط هوازی و حذف آلاینده‌هایی چون نیتریت، نیترات و آمونیاک مفید واقع شوند. بسیاری از استخرهای پرورش ماهی به انواع باکتری‌ها آلوده هستند و ازطرفی، امروزه مسئله مقاومت آنتی‌بیوتیکی درمقابل داروهای آنتی‌بیوتیک مطرح است؛ از همین رو، محققان در یک آزمایش استفاده از نانوذرات نقره جهت حذف باکتری‌های Lactococcusgarvieae و Streptococcus iniae از آب را بررسی نمودند. نتایج نشان داد که این روش یک روش مناسب برای ضدعفونی‌‌سازی آب استخرهای پرورش ماهی در برابر باکتری‌ها است [۴]. امروزه برخی کمپانی‌ها محصولاتی را بر پایه فناوری نانو برای تصفیه یا فیلتراسیون آب تولید کرده‌اند. به‌عنوان مثال، شرکت Argonide در آمریکا موفق به تولید فیلترهای آبی شده که قادر است بسیاری از میکروارگانیزم‌ها و باکتری‌های آب را از بین ببرد [۵].

2.2. نانوذرات افزایش‌دهنده رشد ماهی
در بحث آبزی‌پروری میزان رشد آبزیان از مهم‌ترین مسائل محسوب می‌شود، زیرا با افزایش رشد ماهی، مدت نگهداری آن و درنتیجه هزینه نگهداری کاهش می‌یابد. بعضی از عناصر غذایی محدودکننده رشد هستند و درصورت وجود آن‌ها در جیره غذایی آبزی، میزان رشد هم افزایش می‌یابد. در این راستا، محققان آکادمی علوم روسیه گزارش داده‌اند که وقتی ماهیان جوان کپور و تاسماهی را با نانوذرات آهن تغذیه کردند، رشد آن‌ها تا ۳۰ درصد در کپور و ۲۴ درصد در تاسماهی افزایش پیداکرد [۶]. همچنین نشان داده شده که نانوذرات سلنیوم (nano-Se) موجود در جیره غذایی می‌‌تواند به افزایش وزن نهایی ماهی، افزایش سطح آنتی‌اکسیدان، و افزایش غلظت سلنیوم در ماهیچه‌ها منجر شود [۷].

3.2. نانوواکسن‌ها (Nano-vaccines)
شیوع بیماری‌ها یک مشکل عمده در آبزی‌پروری محسوب می‌شود. امروزه راهکار درمان برخی بیماری‌های آبزیان با واکسن‌ها مطرح است. استفاده از امولسیون‌های روغنی در ساخت واکسن‌ها می‌تواند عوارض جانبی به‌همراه داشته باشد. استفاده از حامل‌های نانوذرات مثل کیتوسان و پلی‌لاکتیت‌کوگلیکولید اسید (PLGA) منجر به ایجاد سطح بالایی از ایمنی نه‌ فقط دربرابر بیماری‌های باکتریایی بلکه در برابر بیماری‌های ویروسی می‌شود. واکسینه‌کردن ماهیان می‌تواند با استفاده از نانوکپسول‌های حاوی نانوذرات انجام شود. مزیت این روش آن است که مواد با این روش تجزیه نمی‌شوند و نانوکپسول‌ها، که حاوی رشته‌های کوتاهی از DNA هستند، بعد از ورود به آب، می‌توانند وارد سلول‌های ماهی شوند [۸]. دلایل گوناگونی برای استفاده از نانوذرات به‌عنوان دارو وجود دارد؛ ازجمله: بهبود دسترسی به داروهایی که خواص جذب کمی دارند [۹]؛ افزایش زمان اثر دارو و پایداری آن در روده؛ کنترل میزان و زمان رهاسازی داروها [۱۰]؛ و افزایش پراکنش دارو در سطح مولکولی و درنتیجه، افزایش جذب آن.

4.2. ژن‌رسانی(Gene delivery)
توسعه سیستم‌های انتقال‌دهنده ژن منجر به توانایی محققان در برطرف‌نمودن آسیب‌های ژنتیکی شده است. امروزه سیستم‌های انتقال‌دهنده غیرویروسی به‌خاطر ایمنی بالاتر نسبت به وکتورهای ویروسی، پایداری، و نیز توانایی تولید آن‌ها در مقادیر زیاد، بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. در آزمایش‌ها دیده شده که استفاده از نانوذرات کیتوسان باعث افزایش کارایی عملیاتgene delivery می‌شود؛ همچنین استفاده از پیونددهنده‌های مناسب برای کمپلکس کیتوسانDNA- به افزایش بیشتر این کارایی می‌انجامد [۱۱].

5.2. دارورسانی هوشمندانه
دارورسانی عبارت است از رساندن دارو در یک زمان معین و با دوز کنترل‌شده به اهداف دارویی خاص؛ این فرایند باعث کاهش عوارض جانبی و درمان سریع و اختصاصی بیماران می‌شود [۱۲]. امروزه از روش‌های تزریق یا دارورسانی با تغذیه جهت پیشگیری از بیماری‌های ماهیان یا درمان این بیماری‌ها استفاده می‌شود. استفاده از روش‌ها و وسایل دارورسانی با سایز نانو می‌تواند راهی برای ‌شناسایی و درمان بیماری‌ها و عفونت‌ها باشد. از مزایای این روش می‌توان موارد زیر را نام برد: قابلیت برنامه‌ریزی، امکان کنترل زمان دارورسانی، و امکان بررسی تاثیرات ناشی از داروها یا واکسن‌ها [۱۳]. در دهه گذشته، فناوری نانو مجموعه جدیدی از ابزارها را برای ‌شناسایی، عکس‌برداری، و دارورسانی در بیماری‌های سرطانی فراهم کرده است. امروزه وکتورهایی نانویی با قابلیت کنترل مولکولی دقیق، هدفگیری انتخابی تومورهای سرطانی، و انتقال داروها به تومورها بسیار مورد توجه قرارگرفته‌اند. مهم‌ترین چالش‌ها برای تجویز نانوذرات به درون سیستم گردش خون عبارتند از جلوگیری از ‌شناسایی آن‌ها توسط سیستم ایمنی بدن، رساندن دارو‌ها به سلول‌ها و ارگان‌های موردنظر باتوجه به انتخاب دقیق جایگاه عمل دارو، و کاهش عوارض جانبی [۱۲]. نانوذرات شامل نانوسفرها و نانوکپسول‌هایی با اندازه nm ۲۰۰-۱۰، به‌فرم جامد، که آمورف یا کریستالی هستند. نانوکپسول‌ها سیستم‌های وزیکولی هستند که در آن‌ها دارو در حفره‌ای قرار می‌گیرد که اطراف آن با یک غشای پلیمری احاطه شده است، درحالی‌که نانوسفرها سیستم‌های ماتریکسی هستند که در آن‌ها دارو به‌صورت فیزیکی و یکنواخت در حامل پراکنده شده است. نانوذرات علاوه ‌بر دارورسانی، به‌عنوان حامل DNA در ژن‌درمانی و پروتئین‌درمانی از مسیرهای خوراکی بسیار مورد توجه قرارگرفته‌اند. در میان حامل‌های دارورسان لیپوزوم‌ها اهمیت ویژه‌ای دارند. لیپوزوم‌ها درواقع وزیکول‌های لیپیدی ساده‌ای هستند که از مولکول‌های فسفولیپید تشکیل شده‌اند و شامل یک هسته آبی‌اند که در میان یک یا تعداد بیشتری لایه فسفولیپیدی احاطه شده است.

3. کاربرد نانوذرات در صید آبزیان 
همان‌طور که گفته شد، فناوری نانو در صنایع مختلفی جا باز کرده است. در حال‌حاضر، به استفاده از محصولات و علم فناوری نانو در پرورش و صید آبزیان توجه ویژه‌ای شده است. امروزه بحث استفاده از قلاب‌هایی خاص که با رنگ‌های نانویی پلی‌ایمیدی (Polyimide) پوشیده شده‌اند و، با انعکاس نور در جهت‌های مختلف، ماهی‌ها را جذب می‌کنند برای صید آبزیان بسیار مطرح است. این قلاب‌های پوشیده‌شده با نانوپلی‌ایمید باعث افزایش جذب و صید ماهیان، تا سه ‌برابر قلاب‌های معمولی، می‌شوند و می‌توانند صید ماهی را به‌‌میزان چشمگیری افزایش دهند [14].

4. کاربرد نانوذرات در فراوری محصولات شیلاتی
در سال‌های اخیر، فناوری نانو در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار گرفته است، اما استفاده از این فناوری در صنایع غذایی اولین‌بار توسط یک سازمان آمریکایی (United States Department of Agriculture: USDA)، در سال ۲۰۰۳، مطرح شد. اکنون انتظار می‌رود که فناوری نانو بتواند صنایع غذایی را با تغییر نحوه تولید، فراوری، بسته‌بندی، و حمل‌ونقل محصولات تحت‌تاثیر قراردهد. اصطلاح پرکاربرد «Nanofood» درواقع به‌معنای تمام تکنیک‌ها یا ابزارهای فناوری نانو است که طی پرورش، تولید، فراوری، و بسته‌بندی غذاها استفاده می‌شود، نه به‌معنای تولید یا اصلاح غذا با نانوذرات. استفاده از نانوذرات در بسته‌بندی محصولات کشاورزی و شیلاتی منجر به ایجاد سطوح ضدباکتریایی یا ضدقارچی در بسته‌بندی‌ها شده است. هدف اولیه فیلم‌های بسته‌بندی مواد غذایی جلوگیری از خشک‌شدن محصولات غذایی و، در عین حال، جلوگیری از رسیدن رطوبت یا اکسیژن زیاد به آن است. محصولی که به‌تازگی به‌وسیله فناوری نانو و با این اهداف تولید شده «Hybrid System» نام دارد؛ این محصول مانع ورود رطوبت و گازها به داخل بسته‌بندی می‌شود و بنابراین، از فاسدشدن غذا هم جلوگیری می‌کند [۱۵]. یک بخش مهم در فراوری محصولات شیلاتی تولید نانوکپسول‌ها است که برای تامین مواد مغذی غذاها مورد توجه قرار گرفته است؛ دیگر بخش مهم افزودن نانوذرات افزایش‌دهنده جذب مواد مغذی است. محققان این مسئله را در یک نانوایی در غرب استرالیا مورد آزمایش قرار داده‌اند. آن‌ها نانوذرات حاوی روغن ماهی تون را وارد نان‌ها کردند؛ این میکروکپسول‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده بودند که تنها در معده گشوده می‌شدند و درواقع، از رهاسازی بوی بد روغن ماهی جلوگیری می‌شد. این فراوری، به‌نوبه ‌خود، می‌تواند تحولی عظیم در صنایع‌ غذایی محسوب شود [۱۶]. کاربردهای فناوری نانو در صنعت فراوری محصولات شیلاتی به موارد مختلفی ازجمله ‌شناسایی باکتری‌ها در بسته‌بندی‌ها، تولید چاشنی‌های قوی‌تر، و افزایش کیفیت رنگ ماهی مربوط می‌شود.

5. نتیجه‌گیری
فناوری نانو به رقابتی بدیع در سطح جهان تبدیل شده است. حی کشورهایی که در برخی زمینه‌ها از کشورهای صنعتی عقب افتاده‌اند بار دیگر این فرصت را یافته‌اند که در عرصه‌ای جدید با کشورهای پیشرفته به رقابت بپردازند. باتوجه به رشد روزافزون فناوری نانو، محققان رشته‌ها و زمینه‌های مختلف سعی در استفاده از آن داشته‌اند. براساس کاربردهایی که در این‌ مقاله مورد بررسی قرار گرفت، می‌‌شود گفت که نانوذرات می‌توانند با ایجاد شرایط بهتر بهداشتی در استخرهای پرورش ماهی به افزایش تولید ماهی منجر شوند؛ همچنین با استفاده از قلاب‌های نانویی ویژه می‌توان میزان صید آبزیان را افزایش داد. بعد از دستیابی به ماهی (چه با پرورش و چه با صید)، نانوذرات می‌توانند با فراهم‌آوردن بسته‌بندی‌های مناسب، ارائه مطلوب محصولات به مشتریان را تضمین ‌کنند. به‌علاوه، همان‌طورکه اشاره شد، با تولید نانوکپسول‌ها و واردنمودن ذرات مغذی آبزیان به غذاهای روزانه، می‌توان آن‌ها را وارد سبد غذایی مردم نمود. همان‌طورکه از مقاله برمی‌آمد، این‌ها مواردی از کاربرد نانوذرات در آبزی‌پروری، صید، و فراوری ماهی بودند. گفتنی است که باتوجه به نوظهوربودن فناوری نانو، هنوز از خطرات احتمالی این ذرات برای محیط‌زیست و سیستم‌های زیستی ارزیابی دقیقی صورت نگرفته است. نانوذرات به‌طور طبیعی از ابتدا در کره‌زمین وجود داشته‌اند و موجودات زنده در طی تکامل، با نانوذرات طبیعی سازگار شده‌اند؛ با این حال، از آن‌جا که نانوذرات مصنوعی تولید بشر هستند و در فرایند تکامل وجود نداشته‌اند، در حال حاضر، نگرانی زیادی پیرامون آلودگی موجودات زنده با آن‌ها وجود دارد. بنابراین، در کنار تمامی مزایای حاصل از نانوذرات باید به خطرسازبودن آن‌ها برای موجودات زنده هم توجه داشت و نباید با مشاهده برخی دستاوردهای فناوری نانو از مضرات احتمالی آن چشم‌پوشی کرد.

منابـــع و مراجــــع

1. D.M Goncalves, R.D Liz, D Girard, The scientific world journal, vol. 11, (2011).

2. K Aschberger, C Micheletti, B Sokull-Klüttgen, F.M Christensen, Environment International, vol. 37, No 6, (2011).

3. W.T Liu,. Journal of bioscience & bioengineering, Vol. 102, No. 1, (2006).

4. M Raissy, M Ansari, African Journal of Microbiology Research, Vol. 5, No. 25 (2011

5. http://www.argonide.com/nanoceram.htm

6. http://www.etcgroup.org/en/materials/publications.html?pub

7. X Zhou, Y Wang, Q Gu, W Li, Aquaculture, Vol. 291, (2009).

8. S Rajeshkumar, C Venkatesan, M Sarathi, V Sarathbabu, J Thomas, K AnverBasha, A.S Sahul-Hameed, Fish & Shellfish Immunology, Vol. 26, (2009).

9. A.T Florence, A.M Hillery, N Hussain, P.U Jani, Journal of Controlled Release, Vol, 36 (1995).

10. J.H Eldridge, C.J Hammond, J.A Meulbroek, J.K Staas, R.M Gilley, T.R Tice, Journal of Controlled Release, Vol, 11 (1990).

11. E Tomlinson, A.P Rolland, Journal of Controlled Release; Vol. 1, (1996).

12. N.G Portney, M Ozkan, Anal BioanalChem; 384: 620–630, (2006).

13. J Dutkiewicz, M Kucharska, Elsevier, Science, (1992).

14. M.A Rather, R Sharma, M Aklakur, S Ahmad, N Kumar, M Khan, V.L Ramya, Fisheries & Aquaculture Journal, Vol. 2011, (2011).

15. T Joseph, M Morrison, A Nanoforum report, Institute of Nanotechnology, (2006).

16. http://www.foodscience.afisc.csiro.au/foodfacts/foodfacts11-fishoil.htm