تلفیق بیوتکنولوژی با فناوری نوظهور نانوتکنولوژی ، مباحث جدیدی را بین محققان ، هم در سطح دانشگاهی و هم در حوزه صنعت بوجود آورده است. نتیجه این تلفیق ، ظهور بیونانوتکنولوژی به عنوان یک زمینه تحقیقاتی بین رشته‌ای است که به سرعت در حال رشد و توسعه است و با مقوله علم و مهندسی در سطح مولکول ارتباط دارد. تنها تفاوتی که بین بیونانوتکنولوژی و بیوتکنولوژی وجود دارد این است که طراحی و ساخت در مقیاس نانو جزء لاینفک پروژه‌های بیونانوتکنولوژی است در حالی که در پروژه‌های بیوتکنولوژی ، نیازی به فهم و طراحی در حد نانو نیست.

مقایسه نانوبیوتکنولوژی و بیوتکنولوژی

برخلاف تعریف بیوتکنولوژی که به معنی فناوری استفاده از موجودات و اجزای موجودات زنده در راستای نیازهای صنایع مختلف است و همچنین برخلاف تعاریف واژه‌هایی چون بیومتریال و بیومکانیک که معمولا به معنی استفاده از قابلیتهای فناوریهای مواد و یا مکانیک در کاربردهای زیستی است، در تعریف بیونانوتکنولوژی ، هم کاربرد ابزارهای بیولوژیکی به عنوان سازمان دهنده و ماده اولیه جهت ساخت محصولات و مواد نانویی ، مورد توجه است و هم کاربرد محصولات تولیدی تکنولوژی نانو ، جهت مطالعه وقایع درون سلولهای زنده و تشخیص و معالجه بیماریها.

آنچه مسلم است ظهور این زمینه تحقیقاتی ، حاصل تغییر عقیده بسیاری از محققان در استفاده از راهکارهای پایین به بالا Bottom-Up approach به جای استفاده از راهکار بالا به پایین Top-Down approach جهت ساخت وسایل و مواد بسیار ریز است. در راهکارهای بالا به پایین نانوتکنولوژی ، سعی بر این است که وسایل موجود مرتبا کوچک‌تر شوند به این راهکار ، نانوتکنولوژی مکانیکی نیز گفته می‌شود. اما در راهکار پایین به بالا ، هدف ایجاد ساختارهای ریز از طریق اتصال اتمها و مولکولها به یکدیگر است در این راهکار از الگوهای بیولوژیکی بهره گیری می‌شود.

محصولات و زمینه‌های فعالیت بیونانوتکنولوژی

بیونانوماشین‌ها

مهمترین زمینه کاربرد بیونانوتکنولوژی، ساخت بیونانوماشین ها یا ماشین های مولکولی با ابعادی در حد نانومتر است. در یک باکتری هزاران بیونانوماشین مختلف وجود دارد. نمونه آنها ، ریبوزوم دستگاه بسته بندی پروتئین است که محصولات نانومتری پروتئین ها را تولید می کند. از خصوصیات خوب بیونانوماشین ها به عنوان مثال حسگرهای نوری یا آنتی بادی ها ، امکان هیبرید کردن آنها با وسایل سیلیکونی با استفاده از فرآیند میکرولیتوگرافی است. به این ترتیب با ایجاد پیوند بین دنیای نانویی بیونانوماشین و دنیای ماکروی کامپیوتر ، امکان حسگری مستقیم و بررسی وقایع نانویی را می توان بوجود آورد. نمونه کاربردی این سیستم ، ساخت شبکیه مصنوعی با استفاده از پروتئین باکتریورودوپسین است.

مواد زیستی

کاربرد دیگر بیونانوتکنولوژی ، ساخت مواد زیستی مستحکم و زیست تخریب پذیر است. از جمله این مواد می توان به DNA و پروتئین ها اشاره کرد. موارد کاربرد این مواد و به خصوص در زمینه پزشکی متعدد است. از جمله موارد کاربرد این مواد ، استفاده از آنها به عنوان بلوک های سازنده نانومدارها و در نهایت ساخت وسایل نانویی Nano-Device است.

موتورهای بیومولکولی

موتورهای بیومولکولی ، موتورهای محرکه سلول هستند که معمولا از دو یا چند پروتئین تشکیل شده اند و انرژی شیمیایی عموما به شکل ATP را به حرکت مکانیکی تبدیل می کنند. از جمله این موتورها ، می توان به پروتئین میوزین باعث حرکت فیلامنت ها می شود، پروتئینهای درگیر در تعمیر DNA یا ویرایش RNA به عنوان مثال ، آنزیم های برشی و ATPase اشاره کرد. از این موتورها در ساخت نانو روبات ها و شبکه هادی ها و ترانزیستورهای مولکولی قابل استفاده در مدارهای الکترونیکی استفاده می شود.

اهداف بیونانوتکنولوژی و نانوبیوتکنولوژی

اگر به مفهوم و هدف دو زیرشاخه نانوتکنولوژی یعنی بیونانوتکنولوژی و نانوبیوتکنولوژی نگاه شود، می‌توان فهمید که اهداف هر دو شاخه یعنی تولید محصولاتی که جهت مطالعه سیستم‌های زنده بکار می‌روند و همچنین فرآیندها و مقیاس فعالیت هر دو شاخه یعنی مقیاسهای در سطح نانو ، تقریبا یکسان است. بنابراین می‌توان این دو شاخه را به صورت کلی با نام نانوبیوتکنولوژی نامید. منتها زمانی که بطور صرف ، از الگوها و مواد زیستی جهت ساخت وسایل در ابعاد نانو استفاده می‌شود، بهتر است پیشوند «بیو» مقدم بر پیشوند «نانو» بیاید.

در این حالت ، کاربرد واژه بیونانوتکنولوژی تخصصی‌تر از واژه نانوبیوتکنولوژی خواهد بود. می‌توان بیونانوتکنولوژی را شکلی خاص از نانوبیوتکنولوژی دانست که مبنای آن ، استفاده از موادزیستی برای مثال پروتئینها یا DNA جهت ساخت وسایل نانویی است اما در هنگام استعمال واژه نانوبیوتکنولوژی ، استفاده از ابزارهای نانویی در کاربردهای بیولوژیک نیز مورد نظر خواهد بود. بار دیگر تٲکید می‌شود که کاربرد هر کدام از این دو واژه ، تا حد زیادی سلیقه‌ای‌ است و به زمینه تخصصی محققان مختلف بستگی دارد.

نتیجه‌گیری و چشم انداز

بیونانوتکنولوژی یک حوزه نوین ناشی از تلفیق علوم زیستی و مهندسی در حوزه نانو است که افقهای جدیدی را در زمینه ساخت و توسعه سیستمهای تلفیقی بوجود آورده و محققان را امیدوار کرده است که بتوانند از این تلفیق ، در ساخت نانوساختارهایی استفاده کنند که در آنها از مولکولهای بیولوژیکی به عنوان اجزای سیستم مورد نظر استفاده شود. به عنوان مثال ، از استراتژی طراحی بیولوژیک مثلا ، حالت زیپ مانند مولکول دورشته ای DNA بتوانند در ساخت چارچوب های جداشدنی و الگویی برای چینش Assembly پایین به بالای فرآیندی که طی آن ، سازماندهی مولکولی ، بدون دخالت نیروی خارجی صورت می گیرد مواد معمول تر استفاده کنند.این توانمندی نه تنها در حل مسائل مهمی در علوم زیستی چون کاوش و شناسایی دقیق ساختار موجودات زنده کاربرد خواهد داشت، بلکه می تواند محققان را در رفع چالشهای عمده مهندسی همچون نیاز به تکنیکهای نوین جهت سنتز مواد و دستکاری آنها یاری دهد و به این ترتیب دنیای نانو را به دنیای ماکرو وصل کند. به عبارت دیگر این شاخه مهم علمی یعنی بیونانوتکنولوژی ، به زودی قابلیت کاربرد در حوزه های مختلف غیرزیستی و حوزه های کاربردی ماکرو را خواهد داشت کاربردهایی که هر چند در حوزه زیستی نیستند ولی الهام گرفته از فرآیندهای زیستی Bio-inspired هستند.