آیا در طبیعت هم فناوری نانو وجود دارد؟
خیلی از جانداران پیش از به وجود آمدن انسان‌های اولیه از پدیده‌های نانو مقیاس بهره برده‌اند. آنچه بشر در قرن بیستم قادر به درک و به کارگیری آن شده است از زمان‌هایی بسیار دور در طبیعت مورد استفاده قرار گرفته است. صدها مورد از پدیده‌های نانومقیاس در محیط اطرافمان وجود دارد. از مارمولک‌هایی که به راحتی بر خلاف نیروی جاذبه بر روی سقف خانه‌ها حرکت می‌کنند تا پروانه‌هایی با بال‌هایی رنگین کمانی و اعجاب برانگیز!
نانوساختارهای طبیعی حاصل اجتماع و آرایش مولکول‌های سازنده آن مواد به گونه‌ای هستند که تحت یک چینش منظم ایجاد یک شبکه با ابعاد نانومتری کنند. از برهمکنش این ساختارهای بسیار کوچک با آب، نور و غیره خواص قابل توجهی ایجاد می‌شود. نانوساختارهای طبیعی بسیاری تا به امروز شناسایی شده‌اند و در ادامه شما را با برخی از این پدیده‌های شگفت‌آور آشنا می‌کنیم.
نانوکامپوزیت‌ها در بدن و پوسته جانداران: از این دسته می‌توان به صدف‌ها، استخوان‌ها و مرجان‌ها اشاره کرد. بیشتر این موارد از کلسیم کربنات‌هایی به وجود آمده‌اند که در اثر خود آرایی (آرایش خود به خودی در راستای تشکیل پایدارترین ساختار) در یک شبکه (مثلا یک شبکه پلیمر طبیعی) یک ساختار سه بعدی منظم و پیچیده را ایجاد کرده‌اند.
اگر در خصوص استخوان‌ها و خواص جالب توجه آنها دقت کنیم متوجه می‌شویم که آنها با وجود استحکام بالا، سبک، منعطف و متخلخل هستند. تحمل وزن استخوان‌ها بالا است. این خواص شگفت‌انگیز نتیجه ساختار و ترکیب جالب توجه استخوان‌ها است. استخوان‌ها متشکل از تارهای کوچک کلاژنی است که با استفاده از ذارت فسفات کلسیم تقویت شده‌اند.
بال حشرات :رنگ‌های چشم نوازی که در بال پروانه‌ها دیده می‌شوند مستقیما با ساختار آنها در ارتباط است. در ساختار بال پروانه‌ها خوشه‌هایی از نانوذرات وجود دارند که به عنوان عامل انتشار نور عمل می‌کنند و حالت رنگین کمانی را در آنها ایجاد می‌کند.
رنگ بال پروانه‌ها عموما دارای رنگ‌های متفاوتی است که تحت تاثیر سطح بال‌ها و برهمکنش آنها با نور مرئی است. بروز حالت رنگین کمانی ناشی از تغییر رنگ یک ماده در زمانی که نور از زوایای متفاوت به آن می‌تابد است. برای این که ذره بتواند عامل خاصیت رنگین کمانی باشد باید در حدود ابعاد نانومتری باشد. برخورد نور با سطح نانومتری ناهموار باعث ایجاد تداخل سازنده و مخرب بین نورها می‌شود. رنگ، شدت و زوایای نور بازتاب شده از یک سطح به غیر از طول موج و زاویه تابش نور، با جنس و ضخامت زیرلایه رابطه مستقیم دارد.
بال پروانه و تصویر کریستال‌های فوتونی آن
تار عنکبوت :تار عنکبوت از مقاوم‌ترین ترکیباتی است که تاکنون شناخته شده است و تقریبا 5 برابر فولاد هم وزن خود مقاومت دارد و در عین حال بسیار سبک و انعطاف‌پذیر است. این خاصیت استثنایی تار عنکبوت تحت تاثیر پروتئین‌های سازنده آن و ساختار نانومتری آنها است. نانورشته‌های در هم تنیده شده تارهای عنکبوت در زیر میکروسکوپ الکترونی در شکل زیر نشان داده شده است. این ساختار نانومتری منبع الهام دانشمندان برای تولید نانوساختارهای در هم تنیده شده فوق مستحکم بوده است.
رشته‌های بسیار کوچک و نانومتری تارهای عنکبوت در زیر میکروسکوپ الکترونی
خاصیت لوتوس (برگ نیلوفر آبی و برگ گل لادن )
نیلوفر آبی از گیاهان بومی آسیا است. برگ‌های این گیاه حتی اگر محیط اطراف آن گلی باشد همواره تمیز هستند. برگ‌های این گیاه می‌توانند آب را به طور کامل پس بزنند، چون سطح برگ‌ها ابرآب‌گریز است. لذا قطرات آب روی سطح برگ می‌غلتند و با حرکت روی سطح برگ آلودگی‌ها و خاک را از سطح جدا کرده و سطح برگ را تمیز می‌کنند. این اثر " اثر خود تمیز شوندگی" نام دارد .
خاصیت آب‌گریزی و ساختار سطح برگ نیلوفر آبی
پس از عکسبرداری از سطح برگ‌ها با میکروسکوپ الکترونی روبشی مشخص شد که روی سطح ناهمواری‌های میکرومتری سطح برگ گل نیلوفر آبی ناهمواری‌هایی نانومتری به طول چند ده نانومتر وجود دارد که باعث تشدید خاصیت آب‌گریزی می‌شود.
پاهای مارمولک: شاید بتوان خاصیت ضد جاذبه پاهای مارمولک را یکی از جالب‌ترین موارد کاربرد عملی مواد نانوساختار دانست. مارمولک می‌تواند به هر سطحی در هر راستایی بچسبد و روی آن حرکت کند بدون آنکه از روی آن بیافتد. مارمولک حین انجام این عمل از هیچ ماده چسبناکی نیز استفاده نمی‌کند و پاهایش حتی در ابعاد میکروسکوپی هم هیچ عضو جذب کننده‌ای ندارد.
به عقیده دسته‌ای از دانشمندان علت این توانایی عجیب مارمولک نانوساختارهای موجود در پای این جاندار است. در سطح پای این جاندار زائده‌های کوچکی به نام اسکانسورها وجود دارد که شامل تعداد زیادی زائده مو مانند است. هر کدام از این موها حدود 100 میکرومتر طول و 5 میکرومتر قطر دارند. می‌توان تصور کرد که چه تعداد زیادی از این نانوساختارها روی هر پای یک مارمولک وجود دارد. هر کدام از این موها خود به هزاران شاخه با قطر 200 نانومتر تقسیم می‌شوند.
در نتیجه با وجود اندازه کوچک پاهای یک مارمولک، سطح تماس بین پای یک مارمولک و سطح زیرین به مقدار قابل توجهی زیاد است.. به علت نیروی واندروالسی موجود بین این شاخه‌ها، اتصال شدیدی بین پای مارمولک و سطح زیرین آن ایجاد می‌شود که باعث چسبیدن مارمولک به سطح می‌شود. خاصیت پاهای مارمولک یک مثال بارز از تاثیر نسبت سطح به حجم بالا در بروز خواص منحصر به فرد نانوذرات است.
ساختار ریز پاهای مارمولکها
مواردی که ذکر شد نشان می‌دهد که اگر چه علم نانو کشف ما در اواخر قرن گذشته است، پیش از این مورد استفاده طبیعت بوده است و جانداران فراوانی در طول زمان بی آنکه ما بدانیم از خواص ذرات در ابعاد نانو بهره برده‌اند.
منبع : edu.nano.ir
