مفاهيم تقنية النانو

يعد إريك دريكسلر (Richard) هو أول من قام بصياغة مفهوم تقنية النانو عام 1975م، والذي أوضح أن الفكرة الأساسية لتقنية النانو تقوم على أن الكون كله مكون من ذرات وجزيئات وأنه لابد من نشوء تقنية للسيطرة على هذه المكونات الأساسية، وإذا عرفنا تركيب المواد يمكن صناعة أي مادة أو أي شيء بواسطة وصف “مكوناتها الذرية: ورصها الواحدة إلى جانب الأخرى (بغدادي، 2020).

والنانو Nano كلمة يونانية الأصل تعنى القزم “Dwartf” وتستعمل للتعبير عن جزء من المليار من وحدة القياس في الرياضيات، ونانو متر هو جزء من مليار من المتر الواحد، أما علوم النانو فهي مشتقة من نانو متر وهو علم تعديل الجزيئات أو الذرات لصنع منتجات جديدة، ويطلق هذا التعبير على أي تقنية تعمل على مستوى المقاسات فائقة الصغر (عيد، 2021).

وتعرف تقنية النانو بالمواد التي تتراوح أبعادها أو حبيباتها الداخلية بين (1 و100) نانومتر وقد أدى صغر حجمها إلى أن تسلك سلوكًا مغايرا للمواد التقليدية كبيرة الحجم التي تزيد أبعادها عن 100 نانومتر (محمد، 2017).

أهمية تقنية النانو

إن تقنية النانو علم سريع التطور في فهم المادة والتحكم بها، وقد تزامن النمو المتواصل للتطبيقات المكتشفة للمواد النانونية مع التأثيرات الكامنة لتلك المواد في المجال الصحي والبيئي نظرًا لخصائصها الفردية وغير المتوقعة، فتقنية النانو تقدم رؤية جديدة بمقياس النانو في مجالات الأحياء والكيمياء والبيئة والطب الحيوي، وغيرها من علوم، حيث تمثل هذه التقنية خصائص فردية في سطحها وحفزها ومغنطتها بشكل لم يسبق له مثيل من قبل (Sahin & Ekli, 2013).

وتأتي أهمية تقنية النانو في التعليم بشكل عام وتعليم الأحياء بشكل خاص مما يلي: (بغدادي، 2020؛ عياد، 2017):

• إنتاج الوسائل التعليمية المجسمة كالنماذج والعينات، حيث تؤدي صناعتها من مواد أو مركبات نانوية لجعلها أكثر صلابة وذات مرونة أعلى مع كونها أخف وزنًا.
• إنتاج الأجهزة التعليمية كالتلفزيون التعليمي والمجاهر والشاشات وأجهزة عرض البيانات باستخدام مواد نانوية ذات خواص ميكانيكية وإلكترونية وكهربائية جديدة.
• تحسين كفاءة أجهزة الموبايل والحاسبات الشخصية المستخدمة في التعليم، وذلك من خلال الشحن السريع للطاقة وحفظها لفترات طويلة من خلال استخدام بطاريات مصنعة بتقنية النانو.
• تقنية النانو ستنعكس في صغر حجم على أجهزة الاتصال والكوابل المستخدمة في الشبكات التعليمية المحلية والدولية وزيادة كفاءتها.

وتحظى تقنية النانو اليوم باهتمام كبير في التطبيقات الطب الحيوي إذ تتيح هذه التقنية العديد من الاستخدامات في المجال الطبي لاستبدال الأنسجة، وإعادة بناء الأعضاء وتطوير إجراءات تشخيصية وعلاجية فعالة مع الحد الأدنى من الآثار الجانبية (Chin et al., 2022)، وتم استخدام العديد من الجسميات النانوية في الطب الحيوي مثل الذهب وأكسيد الحديد والفضة والأنابيب النانوية الكربونية وأكسيد الزنك والألومينا والسيليكا والتيتانيوم وتعلب الجسيمات النانوية المعدنية (المجسمات النانوية الفضة والذهبية) بخصائصها الفريدة دورًا مهمًا في منع تكوين الجلطات الدموية، وإذابتها وإنتاج دعامات لتوسيع الشرايين (Humaira et al., 2022).

كما تستخدم علوم تقنية النانو في العلاج الجيني الذي يتضمن إدخال جينات جديدة في الخلايا وإصلاح أو استبدال الجينات، كما أثبتت تقنية النانو أنها واحدة من أكثر الطرق فعالية توصيل الأحماض النووية العلاجية للخلايا المستهدفة وكذلك الكشف المبكر عن الأمراض وخاصة السرطان وعلاجه. ويمكن استخدام أصداف نانو الذهب لمكافحة الأورام السرطانية بحقنها في مكان الورم وتسليط الأشعة الحمراء عليه فتمتص أصداف نانو الذهب الحرارة فترتفع درجة حرارتها وتدمر الورم دون إلحاق الضرر بالخلايا السليمة (Modi et al., 2022).

كما توجد العديد من التطبيقات لتقنية النانوية التي يمكن استخدامها في دراسة علم الأحياء ومنها: (عيد، 2021)

• المختبر المحمول أو الشريكة المحمولة: المخبر المحمول رمز عام يشير إلى أي نوع من الأجهزة المحمولة التي تستهدف تقليل أو تصغير العمليات الكيميائية والبيولوجية وما هو إلا حساس يمكنه إجراء العديد من التحاليل باستخدام شريحة مفردة لا يزيد حجمها عن عدة سنتيمترات مربعة يمكن تشبيهها بشريحة التليفون، ومن أمثلة التحاليل التي يمكن إجراؤها في المختبر على شريحة النانو: الاكتاف والتقدير الكمي الفوري للبكتريا والفيروسات والخلايا السرطانية من خلال الاختبارات المناعية، ولاستخلاص الداتا من الخلايا بطريقة بسيطة وتحليل الأحماض النووية.
• الحساسات البيولوجية: يمكن تعريف الحساس البيولوجي بأنه أداة مراقبة إلكترونية تستخدم مواد بيولوجية كخلية بكتيرية كاملة أو أنزيم أو جسم مضاد للكشف عن مواد بيولوجية أو كيميائية في الجسم أو البيئة، أو قياس تغيرات فسيولوجية معينة في جسم الكائن الحي وذلك بتحويل التغيرات الكيموحيوية إلى إشارات كهربائية يتم تكبيرها وقياسها ومن هذه الحساسات البيولوجية:
  • الوشم النانوي: يمكن لحبر الوشم النانو مراقبة نسبة السكر في الوقت الفعلي ويستخدم حبر وشم النانو حبرًا مصنوعًا من جزيئات النانو تبلغ أحجامها (120) نانومتر، لمراقبة مستوى السكر في الدم حيث يستخدم في الوشم على جلد المريض، ويتغير لون هذا الوشم بتغير تركيز السكر في الدم.
  • البكتيريا كحساس بيولوجي: من خلال هندستها وراثيًا تنتج استجابات في صورة إشارات يمكن قياسها كالإشارات الضوئية للكشف عن أي تغيير كيميائي أو فيزيائي.

قضايا ومخاوف تقنية النانو

على الرغم من الإيجابيات العديدة لتقنية النانو وتطبيقاتها إلا أن هناك بعض المخاطر والقضايا التي يمكن أن تنجم عنها، وتتعلق هذه المخاوف بحجمها المتناهي في الصغر، كما أن هناك بعض المخاوف بشأن جزيئات النانو الحرة التي تنبعث في الهواء أو الماء خلال عملية الإنتاج أو تنبعث كنفايات عن عملية الإنتاج ومن ثم تتجمع في التربة والماء والحياة النباتية، فيجب حينئذ أن يتم إعادة تدويرها أو التخلص منها على أنها نفايات وهو ما يسمى بالتلوث النانوي (الاسكندراني وآخرون، 2016).

ويجري المعد القومي للسلامة المهنية والصحة العديد من الأبحاث حول كيفية تفاعل الجزيئات النانوية مع أنظمة جسم الانسان أو أثناء الاستخدام الصناعي للمواد النانوية، وقامت منظمة الأغذية والزراعة ومنظمة الصحة العالمية بدعوة لتقييم المخاطر الراهنة المتعلقة بقضية الأغذية (عبد الرحمن، 2013).

ويمكن تلخيص المخاطر التي يمكن أن تنجم عن تقنية النانو بما يلي (محمد، 2018):

1. المخاطر المتعلقة بالخصوصية عندما تصبح أجهزة الاستشعار المصغرة في كل مكان.
2. المخاطر البيئية التي يمكن أن تنجم عن إطلاق الجسميات النانوية في البيئة المحيطة.
3. مخاطر متعلقة بالسلامة والأمن من تعرض العاملين والمستهلكين للجسيمات النانوية.
4. مخاطر مستقبلية والمضاعفات الذاتية للآلات النانوية.

استخدام تقنية النانو وتنمية الخيال العلمي

يتوافق تطبيق تقنية النانو في تدريس العلوم مع الرؤية الجديدة لما ينبغي أن تكون عليه المناهج والبرامج التعليمية وطرق تدريس العلوم وما تضمنته من استراتيجيات جديدة تركز على تقنية التعليم، وتعزيز التعلم الذاتي، وتنمي المهارات الحياتية القائمة على أسلوب حل المشكلات والتفكير الإبداعي والناقد، والذي يدعم النظرة الحديثة القائمة على دمج وتكامل هذه العلوم تمهيدًا لتدريس وتعليم العلوم الثانوية بصورة متكاملة، بهدف توظيف المفاهيم الثانوية في العلوم في عقول الطلاب، كثقافة قادمة بقوة لتغير كثيرا من مناحي الحياة (درويش وأبو عمرة، 2017). حيث تساعد تقنية النانو الطلاب على الوعي بالمفاهيم الأساسية حيث إنها تعرض أدق التفاصيل المتعلقة بخصائص المواد الطبيعية وغير الطبيعية التي تدرس بمواد العلوم، كما أنها تعرضها بصور مجسمة بالاستعانة بالوسائط المتعددة لدمج الواقع الفعلي بالواقع الافتراضي الذي بدوره قد يحفز الخيال العلمي لدى الطلاب.

ويمثل الخيال العلمي أحد أهم الأنشطة العقلية التي وهبها الله تعالى للإنسان، منه يتصور الإنسان أشياء لا وجود لها، وترتبط ارتباطًا وثيقًا بالواقع الذي نعيش فيه، كما يرتبط الخيال العلمي ارتباطًا وثيقًا بالتفكير، حيث إن القدرة على التخيل ترتبط بأسلوب التفكير من حيث القدرة على فهم الأبنية والعمليات المعرفية وعلى جدولة وتنظيم الأنشطة والاتصال وتخيل البدائل وتخطي الحواجز والعقبات والحصول على أفكار جديدة (الناقة وكلاب، 2016).

ويعد الخيال العلمي الخطوة الأولى لتنمية الإبداع والابتكار، إذا ما أخذ ما يلزمه من الرعاية والاهتمام وتوفير المناخ المناسب خاصة في مرحلة التعليم الأساسي، نظرًا لما يتميز به الطلاب في هذه المرحلة من خيال واسع وحب الاستطلاع، فعندما يمارسون الخيال العلمي يكون بإمكانهم صياغة فرضيات وأفكار جديدة لتطوير جهاز أو حل مسألة أو مشكلة من المشكلات وهنا تأتي تنمية القدرة على تصور ما ستكون عليه الأشياء في المستقبل مما يجعلهم مبدعين في خيالهم وتفكيرهم (متولي وإسماعيل وعبد الفتاح، 2019). لذلك فإن تنمية الخيال العلمي من خلال برامج تعليمية قائم على تقنية النانو في العلوم يمكن أن يسهم في جعل الطلاب أكثر قدرة على استخدام خيالهم العلمي في الإبداع والابتكار في مجال العلوم.

 

---

المراجع:

1. الإسكندراني، محمد؛ نايفة، منير؛ زياتو، ألفريد؛ صالح، محمود (2016). التلوث النانوي: الأخطار وسبل المواجهة. الأمن والحياة بجامعة نايف العربية للعلوم الأمنية، 36(414)، 36-46.
2. بغدادي، منال محمد (2020). درجة الوعي بتقنية النانو لدى معلمات العلوم في المرحلة الثانوية بمدينة مكة المكرمة. مجلة القراءة والمعرفة، 20(225)، 13-164.
3. درويش، عطا حسن؛ أبو عمرة، هالة حميد (2017). مستوى المعرفة بتطبيقات النانو تكنولوجي لدى طلبة كليات التربية تخصص علوم في جامعات غزة واتجاهاتهم نحوها. مجلة الجامعة الإسلامية للدراسات التربوية والنفسية، 26(1)، 200-229.
4. عبد الرحمن، أحمد عوف (2013). طب النانو: تكنولوجيا النانو وتطبيقاتها في الطب. القاهرة: الهيئة المصرية العامة للكتاب.
5. عياد، فؤاد إسماعيل (2017). درجة الوعي بتكنولوجيا النانو لدى معلمي التكنولوجيا وأثر وحدة مقترحة في تنمية التحصيل المعرفي والرضا عن التعلم لدى طلبة جامعة الأقصى بغزة. مجلة جامعة الأقصى، 21(1).
6. متولي، أمل سامي؛ إسماعيل، مجدي رجب؛ عبد الفتاح، محمد عبد الرزاق (2019). فاعلية استخدام استراتيجيات تجهيز ومعالجة المعلومات في تدريس العلوم لتنمية الخيال العلمي والإنجاز المعرفي لدى تلاميذ المرحلة الإعدادية. مجلة القراءة والمعرفة، (213)، 285-305.
7. الناقة، صلاح أحمد؛ كلاب، هبه زكريا (2017). فعالية برنامج قائم على الخيال العلمي في تنمية المفاهيم ومهارات التفكير البصري في العلوم لدى طالبات الصف الثامن الأساسي بغزة. مجلة الجامعة الإسلامية للدراسات التربوية والنفسية، 25(2)، 41-65.
8. عيد، سماح محمد (2021). برنامج مقترح في علوم وتكنولوجيا النانو (NST) لتنمية مهارات التفكير التقويمي والوعي بقضايا تكنولوجيا النانو وتطبيقاتها البيولوجية والبيئة لدى الطالب معلم العلوم. المجلة العلمية لكلية التربية بجامعة أسيوط، 37(12)، 380-437.
9. محمد، عبير عبد الصمد (2018). برنامج مقترح في النانو تكنولوجي قائم على المعمل الافتراضي وأثره في تنمية المفاهيم العلمية لطلاب كلية التربية. مجلة البحث العلمي في التربية، 10(19)، 501-471.
10. محمد، منال علي (2017). برنامج مقترح في علوم وتكنولوجيا النانو وأثره في تنمية التحصيل وتقدير العلم والعلماء واتخاذ القرار لدى طالبات الأقسام العلمية بكلية التربية جامعة حفر الباطن. المجلة العلمية لكلية التربية بجامعة أسيوط، 33(5)، 40-88.
11. Chin, B.L.F., Juwono, F.H. & Yong, K.S.C. (2022). Nanotechnology and Nanomaterials for Medical Applications. In: Mubarak N.M., Gopi S., Balakrishnan P. (eds) Nanotechnology for Electronic Applications. Materials Horizons: From Nature to Nanomaterials. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-16-6022-1_4
12. Humaira, M., SunishthaS, Y., Sidra, A., Yadav, B., Muhammad, S. & Khurshid M. (2022). Applications of nanotech nology in biological systems and medicine. Nanotechnology for Hematology. Blood Transfusion, and Artificial Blood: Micro and Nano Technologies, 215-235.
13. Modi, S.; Prajapati, R.; Inwati, G.K.; Deepa, N.; Tirth, V.; Yadav, V.K.; Yadav, K.K.; Islam, S.; Gupta, P.; Kim, D.-H. (2022). Recent Trends in Fascinating Applications of Nanotechnology in Allied Health Sciences. Crystals, (12) 39. https://doi.org/10.3390/ cryst12010039.
14. Sahin, N. & Ekli, E. (2013). Nanotechnology awareness, opinions and risk perceptions among middle school students. International Journal of Technology and Design Education, 23(4), 867-881.