به گزارش روز دوشنبه گروه علمی پایگاه خبری و تخصصی شیرینی و شکلات از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، آتش؛ نخستین کشف بزرگ بشر، اکنون پس از هزاران سال، بار دیگر در خط مقدم پیشرفت‌های علمی و فناورانه قرار گرفته است. «کرولس ریاد» (Keroles Riad)، پژوهشگر فوق‌دکتری در آزمایشگاه فناوری انرژی و ذرات در دانشگاه کارلتون (Carleton University)، در مقاله‌ای تحلیلی اعلام کرده است که تولید نانوذرات با استفاده از شعله‌ آتش می‌تواند به دگرگونی صنایع گوناگون از جمله پزشکی، کشاورزی، فناوری اطلاعات و حتی صنعت شراب‌سازی منجر شود.

ریاد که بنیان‌گذار شرکت «او نانوتک سولوشنز» (O Nanotech Solutions) است، از فناوری موسوم به پاشش شعله‌ای پیرولیز (Flame Spray Pyrolysis) برای تولید نانوذرات استفاده می‌کند. در این روش، ترکیبات قابل اشتعال حاوی عناصر فلزی سوزانده می‌شوند تا نانوذرات اکسید فلز تولید شوند. این ذرات در جریان آتش، تنها در چند میلی‌ثانیه شکل می‌گیرند و با کنترل زمان حضور آن‌ها در شعله، می‌توان اندازه و ساختار بلوری‌شان را تنظیم کرد.

مزیت کلیدی این روش، توانایی تولید انبوه نانوذرات در مقیاس صنعتی با هزینه‌ای به‌مراتب کمتر و ایمنی بیشتر نسبت به روش‌های سنتی شیمی مرطوب است. ریاد توضیح می‌دهد که فرایندهای شیمی مرطوب اغلب شامل ساعت‌ها کار با محلول‌ها، جداسازی، حرارت‌دهی و سانتریفیوژ کردن هستند و معمولاً تنها مقادیر اندکی ماده‌ی نانویی تولید می‌کنند. این فرآیندها نه‌تنها پر هزینه‌اند بلکه مقیاس‌پذیر نیستند.

یکی از نمونه‌های بارز، نقاط کوانتومی هستند؛ نانوذراتی با خواص نوری و الکتریکی بی‌نظیر که برنده‌ جایزه نوبل شیمی سال ۲۰۲۳ شدند. این نانوذرات پتانسیل استفاده در سلول‌های خورشیدی، تصویربرداری پزشکی و جذب دی‌اکسیدکربن را دارند، اما هزینه‌ تولید آن‌ها به روش‌های مرسوم می‌تواند به ۴۵ هزار دلار آمریکا برای هر گرم برسد. در مقابل، استفاده از شعله برای تولید این نانوذرات، روشی ارزان، ایمن و قابل توسعه است که می‌تواند راه را برای استفاده‌ گسترده‌ صنعتی هموار کند.

آتش نه‌تنها منبع تولید نانوذرات مفید است، بلکه تاکنون بسیاری از نانوذرات پرکاربرد نیز با استفاده از آن تولید شده‌اند. برای مثال، یک‌سوم وزن لاستیک خودروها از نانوذرات کربن بلک است که به‌کمک آتش تولید می‌شود. همچنین، رنگ سفید دیوارها، پوشش‌های دارویی و الیاف نوری مورد استفاده در اینترنت نیز از نانوذراتی ساخته شده‌اند که در شعله پدید آمده‌اند.

البته آتش می‌تواند ذرات مضری نظیر دوده تولید کند. دوده، که هنگام احتراق ناقص تولید می‌شود، علاوه‌بر سرطان‌زا بودن، سومین عامل مهم گرمایش جهانی پس از دی‌اکسیدکربن و متان شناخته می‌شود. پژوهشگران با استفاده از همین فناوری «پاشش شعله‌ای»، موفق به طراحی فرآیندهایی شده‌اند که می‌تواند تا بیش از ۹۰ درصد از میزان دوده‌ تولیدشده را کاهش دهد.

ریاد همچنین در حال بررسی امکان استفاده از آتش برای تولید گرافن است؛ مقاوم‌ترین ماده‌ شناخته‌شده در مقیاس نانو. او پیش‌تر نشان داده بود که تابش نور فرابنفش می‌تواند گرافن را به ساختارهای مستحکم در مقیاس ماکرو تبدیل کند؛ امری که می‌تواند راه را برای چاپ سه‌بعدی با استفاده از گرافن هموار کند.

با وجود پیشرفت‌ها، همچنان بسیاری از نانوذرات را نمی‌توان به‌کمک آتش تولید کرد. ریاد معتقد است توسعه‌ی دستورالعمل‌ها و فرمول‌های جدید برای ساخت نانوذرات خاص به کمک آتش، می‌تواند تأثیری بزرگ بر آینده نانوپزشکی بگذارد. در حال حاضر، تنها ۳۰ نوع نانوذره مورد تأیید سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) قرار گرفته‌اند که شامل نانوذرات موجود در واکسن‌های کووید-۱۹ و ذرات آهن مورد استفاده در درمان کم‌خونی و بیماری کلیوی است. همه‌ این داروهای نانویی از طریق تزریق مصرف می‌شوند و پژوهش در زمینه‌ داروهای نانویی خوراکی، فرصت‌های بزرگی را در افق پیش‌ رو قرار داده است.

به‌گفته‌ ریاد، استفاده از آتش در تولید نانوفناوری نه‌تنها فرصت‌هایی نوین در فناوری و صنعت خلق می‌کند، بلکه می‌تواند آینده‌ درمان، انرژی، ارتباطات و محیط‌زیست را به‌شکلی بنیادین دگرگون سازد.