يمكننا تعريف المواد النانوية Nanomaterials بأنها تلك الفئة المتميزة من المواد المتقدمة التي يمكن إنتاجها بحيث تتراوح مقاييس أبعادها أو أبعاد حبيباتها الداخلية بين 1 نانومتر و 100 نانومتر، كما هو مبين في الشكل (1 – 3). وقد أدى صغر أحجام ومقاييس تلك المواد إلى أن تسلك سلوكا مغايرا للمواد التقليدية كبيرة الحجم التي تزيد أبعادها على 100 نانومتر، وأن تتوافر بها صفات وخصال شديدة التميز لا يمكن أن توجد مجتمعة في المواد التقليدية. وتُعد المواد النانوية هي مواد البناء للقرن الحادي والعشرين ولبناته الأساسية والركن المهم من أركان تكنولوجيات القرن الحادي والعشرين (تكنولوجيا النانو التكنولوجيا الحيوية، تكنولوجيا المعلومات والاتصالات) والتي تعتبر معيارا لتقدم وحضارة الأمم ومؤشرا لنهضتها.

هذا، وتتنوع المواد النانوية من ناحية المصدر، حيث تختلف باختلاف نسبها، كأن تكون مواد عضوية أو غير عضوية أو مواد طبيعية أو مُخلقة. هذا وتُعد جميع أنواع المواد الهندسية المعروفة مثل العناصر الفلزية وسبائكها Metals and Metal Alloys، أشباه الموصلات Semiconductors، والأكاسيد والمعادن Oxides and Minerals وكذلك البوليمرات Polymers تعد بمنزلة المواد الأولية التي تعتمد عليها تكنولوجيا النانو في تحضير وإنتاج المواد والأجهزة النانوية. وتمنح المادة الصفة «النانوية» إذا ما كانت مقاييس أحد أبعادها – بعد واحد على الأقل – ما دون 100 نانومتر.

وتتأثر جميع الأنظمة، سواء كانت أنظمة بيولوجية أو كيميائية أو فيزيائية بالتغييرات التي تطرأ على أبعاد وأحجام المواد، بل ويمتد هذا التصغير ليهيمن على النمط الذي تسلكه هذه المواد النانوية في التفاعلات الكيميائية والبيولوجية المختلفة. فعلى سبيل المثال فإن حواجز الدم الواصل للمخ Blood–Brain Barrier المكلفة بصدّ وحجز أي أجسام غريبة من أن تصل إلى المخ من خلال الدورة الدموية، تقف عاجزة عن منع جسيمات المواد النانوية من أن تصل إلى المخ، على الرغم من أن نظام الحجز أو المنع هذا يعمل بكفاءة مع الأجسام الكبيرة نسبيا التي تصل أحجامها إلى عدة مايكرومترات، لذا فقد استفيد من هذه الظاهرة في تخليق عقاقير وجسيمات دوائية تصل مباشرة إلى المخ بهدف توصيل الدواء إليه أو إزالة تجلط دموي به من دون أن يتم اعتراضها أو حجبها. إذن نستطيع القول إن صغر أحجام هذه المواد النانوية قد أهلها لأن تخدع حواجز الدم الواصل إلى المخ، وأن تتسلل من خلالها كي تصل إلى الهدف وتتعامل معه تعاملا مباشرا.

الشكل (1 – 3): توضح الصورة التي على يمين الشكل صورة مأخوذة بواسطة الميكروسكوب النافذ الإلكتروني عالي الدقة High–Resolution Transmission Electron Microscope HRTEM لعينة مؤلفة من مجموعة حبيبات نانوية لسبيكة فلزية من سبائك الزركونيوم – نيكل – ألومنيوم Zr₆₀ Ni₂₅ Al₁₅ تم تحضيرها بواسطة مؤلف هذا الكتاب مع فريق عمله في العام 2003. ويلاحظ بالشكل أن أبعاد أقطار الحبيبات المشار إليها بالأسهم لا تتجاوز 3 نانومترات. وتوضح الصورة التي على اليسار مدى الاتساق والترتيب الذري الداخلي لحبيبة من تلك الحبيبات ⁵.

لا شك في أن تلك الصفات والخواص غير المسبوقة قد أهلت المواد النانوية لاعتلاء قمة. هرم المواد الجديدة، فأصبحت قاسما مشتركا في الصناعات والتطبيقات المختلفة، حيث تعاظم تأثيرها منذ أوائل هذا القرن لتمثل ثورة تكنولوجية أطلق عليها اسم تكنولوجيا النانو Nanotechnology. وتوظف المواد النانوية في مختلف المجالات، مثل مجال الطب وصناعة الأدوية والعقاقير الطبية، مجال العلاج والفحص الطبي، وكذلك في مجال الحفاظ على البيئة ومعالجة الملوثات البيئية وإزالتها. ويمتد توظيف المواد النانوية لتدخل في صناعة مكونات أجهزة الحاسبات الآلية الإلكترونيات والحساسات Sensors الدقيقة. هذا بالإضافة إلى دخولها في صناعة الأدوات المختلفة والمعدات الثقيلة والخفيفة على حد سواء. ويعد مجال الطاقة الجديدة والمتجددة أحد أهم المجالات المستفيدة، حيث يتحقق الاعتماد على المواد النانوية في تصنيع الخلايا الشمسية Solar Cells وبطاريات الوقود Fuel Cells.

_____________________________
هوامش

(5) M. Sherif El–Eskandarany, J. Saida, and A. Inoue, Acta mater, Vol. 51 (2003) pp. 1481–1492.