چالش کرونا ویروس و ضرورت توسعه فناوری نانو

متن حاضر ترجمه بخشی از مقاله دکتر غلامعلی منصوری (استاد دانشگاه ایلینویز، شیکاگو، آمریکا) است که در
تاریخ 24 آگوست 2021 در https://arxiv.org/abs/2108.00820v2 منتشر شده است.

• دو مشکل بزرگ چالش برانگیز پیش روی بشریت امروزی وجود دارد که عبارتند از: همه‌گیری بیماری کرونا که در اواخر سال 2019 شروع شد و بحران زیست‌محیطی ناشی از احتراق سوخت‌های فسیلی که باعث افزایش بیش از حد گازهای گلخانه‌ای در جو می‌شود. در حالی که به نظر می‌رسد مشکل اول، به دلیل کاهش سفرهای افراد، خود یک راهکار موقت برای مشکل دوم شده است؛ با این حال، حل واقعی هر دو مشکل نیاز به تصمیمات علمی، فناوری و اجتماعی-اقتصادی جامع نیاز دارد. در این گزارش به نقش فناوری نانو و مواد نانومقیاس در حل چالش کرونا ویروس نگاه می‌کنیم.

از اواخر سال 2019، یکی از نگرانی‌های اصلی در سراسر جهان، مشکلات مرتبط با بیماری همه‌گیر کروناویروس بوده‌است. این بیماری قطعا یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های قرن بیست و یکم برای کل جهان است. همه ویروس‌ها، از جمله کرونا ویروس، موجودیت‌هایی در مقیاس نانو هستند. کروناویروس شکل کروی یا بیضوی دارد (شکل بالا) و گفته می‌شود که در شرایط مختلف شکل پلئومورفیک (نامنظم و متغیر) را نیز به خود می‌گیرد. قطر آن حدود 60 تا 140 نانومتر است که نزدیک به محدوده نانومقیاس (100-1 نانومتر) است.

• جای تعجب نیست که علاقه زیادی به یافتن کاربردهای اصول فناوری نانو همراه با زیست شناسی برای مبارزه با ویروسی که باعث این بیماری می‌شود وجود داشته است. در ادبیات مربوط به توسعه واکسن‌های mRNA COVID-19، بیان شده است که نانوذرات لیپیدی، که برای دهه‌ها در دست کار بود، به‌عنوان وسیله‌ای برای حمل دارو استفاده می‌شود و توسعه این واکسن‌ها را برای نجات جان انسان‌ها تسریع می‌کند. مشخص شده است که این مداخلات پزشکی از فناوری نانو برای تقلید از طبیعت برای عبور از سیستم ایمنی برای ارائه درمان به سلول‌های هدف استفاده می‌کنند. اگر سیستم ویرایش ژن برای درمان بیماری‌های ژنتیکی با استفاده از ابزار CRISPRدر آینده موفقیت‌آمیز باشد، توصیه می‌شود فناوری نانوحامل برای رساندن واکسن به بدن انسان مورد توجه محققان قرار گیرد. در حالی که چنین تلاش‌های علمی در طراحی واکسن‌ها کاملاً مفید به نظر می‌رسد، نیاز به مطالعات قابلیت اطمینان در مورد اثربخشی واکسن نیز وجود دارد، مشابه آنچه که برای تحویل نانودارو از نظر مدت زمان مصونیت تولید شده و نیاز احتمالی به تکرار یا تزریقات تقویت کننده آن انجام شده است.
• علاوه بر تلاش‌ها برای توسعه واکسن‌های مبتنی بر فناوری نانو، اخیراً تلاش‌های مبتنی بر فناوری نانو برای مصونیت بیشتر مردم از COVID-19 - مهم‌ترین مشکل بهداشت عمومی فعلی- صورت گرفته است. علاوه بر توصیه برای فاصله گذاری اجتماعی، توصیه شده است که از محافظ صورت و احتمالا دست استفاده کنیم.

• چنین الزامی در برابر COVID-19 و سایر سطوح و پاتوژن‌های موجود در هوا، طراحی و تولید محافظ صورت و دست مبتنی بر فناوری نانو را به همراه داشت. نانوالیاف و نانوذرات برای طراحی برخی از ماسک‌ها برای بهبود عملکرد ضد ویروسی آن‌ها استفاده شده‌اند. با کشف انواع نانوذرات (نانولوله‌های کربنی، الماس‌ها، فولرن‌ها، گرافن، نانوذرات طلا، نقاط کوانتومی، نانوذرات نقره، نانوساختارهای دی‌اکسید تیتانیوم و غیره)، حوزه وسیعی از تشخیص‌های پزشکی حل‌نشده وجود دارد که باید مورد ارزیابی مجدد قرار گیرند. قبل از استفاده از نانوذرات در طراحی ماسک‌های صورت و سایر وسایل حفاظتی، علاوه بر نقش آنها در کشتن باکتری‌ها و ویروس‌ها، مهم است که بدانیم پس از آزاد شدن ذره در بدن چه اتفاقی برای آن می‌افتد.
• با توجه به محبوبیت گرافن، یک نانو ماده جدید، که کاربردهای جالبی به ویژه در حوزه الکترونیک نوری پیدا کرده است، برخی گروه‌ها گرافن را به عنوان یک نانو ماده جدید که دارای خواص ضد ویروسی و ضد باکتریایی است نیز در نظر گرفته‌اند. سپس، ماسک‌هایی حاوی گرافن با محافظت در برابر ادعاهای COVID-19 طراحی، تولید و فروخته شد و توسط بزرگسالان و کودکان در مدارس و مهدکودک‌های خاص مورد استفاده قرار گرفت. با این حال، در 2 آوریل 2021، وزارت بهداشت کانادا، بخش دولت کانادا که مسئول سیاست ملی بهداشت است، توصیه‌ای صادر کرد که در آن ذکر شد: «ماسک‌های صورت حاوی گرافن ممکن است خطراتی برای سلامتی داشته باشند». اما در 13 ژوئیه 2021 اطلاعیه جدیدتری را منتشر کرد که در آن ذکر شد: «ماسک های صورت گرافن تولید شده توسط .Shandong Shengquan New Materials Co می‌توانند فروش خود را در کانادا از سر بگیرند.

• مطالعات قبلی نشان داده‌اند که نانولوله‌های کربنی دست‌نخورده یا اصلاح‌نشده می‌توانند باعث فیبروز ریوی/اسکار ریه و التهاب ریه در حیوانات و مدل‌های سلولی پس از قرار گرفتن در معرض استنشاق به روشی مشابه آزبست شوند. با این حال، مطالعات نشان می‌دهد که گرافن می‌تواند روزی به عنوان یک حسگر زیستی الکترونیکی برای آزمایش‌های سریع و قابل اعتماد برای ویروس‌هایی مانند SARS-CoV-2 مورد استفاده قرار گیرد. در یک بررسی اخیر محققان به آخرین تحقیقات برای یافتن هیجان‌انگیزترین کاربردهای بالقوه گرافن در تست‌های مراقبت نقطه‌ای پرداختند. این شامل آزمایش‌های تشخیصی برای ویروس مسئول COVID-19، و نیز تشخیص سایر ویروس‌ها، باکتری‌ها و حتی تومورهای سرطانی است.
• لازم به ذکر است که تحقیقات مختلف نشان داده‌است که از میان دیگر نانوسیستم‌ها، نانوساختارهای TiO2و نانوذرات نقره نیز برای مبارزه با باکتری‌ها و ویروس‌ها موثر هستند. در نظر گرفتن این نانوساختارها و سایر نانوساختارها در طراحی سپرهای انسانی محافظ نیاز به تجزیه و تحلیل دقیق از نظر اثربخشی و اثرات بلندمدت احتمالی بر روی پوست و ریه‌های استفاده‌کنندگان و هم‌چنین بر روی محیط‌زیست دارد.