1
ستاد ویژه توسعه فناوری نانو Iran Nanotechnology Initiative Council بستن
  • ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

  • بانک اطلاعات شاخص های فناوری نانو

  • سایت جشنواره فناوری نانو

  • سیستم جامع آموزش فناوری نانو

  • شبکه آزمایشگاهی فناوری نانو

  • موسسه خدمات فناوری تا بازار

  • کمیته استانداردسازی فناوری نانو

  • پایگاه اشتغال فناوری نانو

  • کمیته نانو فناوری وزارت بهداشت

  • جشنواره برترین ها

  • مجمع بین المللی اقتصاد نانو

  • اکو نانو

  • پایگاه اطلاع رسانی محصولات فناوری نانو ایران

  • شبکه ایمنی نانو

  • همایش ایمنی در نانو

  • گالری چند رسانه ای نانو

  • تجهیزات فناوری نانو

  • صنعت و بازار

  • باشگاه نانو

فناوری نانو در حیطه فناوری‌های همگرا

افراد مقاله : ‌ مترجم - محمد اصغری

موضوع : سیاستگذاری و ارزیابی کلمات کلیدی : فناوری‌نانو - فناوری همگرا تاریخ مقاله : 1396/06/03 تعداد بازدید : 1160

فناوری‌های همگرا نویدبخش وعده‌های بزرگی هستند که از آن جمله می‌توان به وقوع سومین انقلاب صنعتی، دستیابی به دنیای پایدار و نیز ارتقای توانمندی‌های انسانی اشاره نمود. هرچند موضوعات مرتبط با فناوری‌های همگرا جذاب به ‌نظر می‌رسد، ولی در عین حال می‌توانند مانعی برای تحقق دستاوردهای مورد نظر باشند. علت این امر ماهیت گسترده و نفوذ نسبی فناوری‌های همگراست که سبب می‌شود تصمیم‌گیری صحیح در مورد انتخاب مسیر فعالیت‌ها و نیز محصولات، ابتکارات و فرآیندهایی که باید روی آن‌ها سرمایه‌گذاری شود، پیچیده شود. به عقیده‌ برخی از دانشمندان، فناوری نانو (هر دو زمینه علم و فناوری نانو) زیربنای اصلی چشم‌اندازهای مختلفی است که در فناوری‌های همگرا وجود دارد. فناوری نانو به عنوان حوزه‌ای نویدبخش در اوایل دهه‌ 2000 میلادی به حوزه‌ای چندرشته‌ای و پیشرو با ماهیت تحقیق و توسعه (R&D) مبدل گشته است. بدین ترتیب مراکز تحقیقاتی تخصصی، زنجیره‌های تأمین نوظهور (به علت افزایش مقیاس تولید نانومواد) و کاربردهای چندمنظوره – از پزشکی تا بسته‌بندی مواد غذایی – ایجاد شد. در این گزارش مشخصات فناوری نانو را از منظر ارتباط آن با همگرایی فناوری مورد بررسی قرار خواهیم داد. به عبارت دیگر، مواردی واقعی از همگرایی جریان‌های متعدد فناوری را در محیط‌های تحقیقاتی و مبتکرانه درون آزمایشگاه‌ها و شرکت‌ها بررسی خواهیم کرد. در ادامه، چهار حوزه کاربردی شامل بسته‌بندی پاک، ایمنی و امنیت مواد غذایی، داروها و تجهیزات پزشکی (که فناوری نانو در آن‌ها نقش مهمی را ایفا می‌کند) بررسی خواهد شد. این گزارش به‌وسیله‌ی دبیرخانه کارگروه فناوری ‌نانو (WPN ) آماده شده ‌‌است. گزارش پیش‌رو نسخه نهایی پروژه‌ای است که در زمینه فناوری نانو در حیطه همگرایی فناوری در برنامه کار و بودجه (PWB ) سال 2011-2012 کمیته سیاست‌های علمی و فناورانه (CSTP ) انجام گرفته ‌است. این کمیته گزارش حاضر را در 9 دسامبر 2013 تأیید کرد.


1-1- مقدمه
همگرایی فناوری‌ها از طریق تجمیع شاخه‌های مختلف علمی و کاربردهای فناورانه آن‌ها، امکان ارزش‌آفرینی را فراهم می‌آورد. از اوایل دهه‏ 2000 میلادی، همگرایی در حوزه‏ های توسعه‏ فناوری، نوید‏بخش تغییرات قابل توجهی در صنعت و جامعه بوده ‏است. همگرایی در ابتدا با توجه به اینکه سهم عظیمی در حوزه‏ ارتقا توانمندی‌های انسانی داشت، مطرح شد و اخیراً با راه‏ حل‏های شگرف خود در برابر چالش‏های بزرگ اجتماعی، اهمیت خود را به همگان نشان داده است.

به عقیده‌ برخی از دانشمندان، فناوری نانو (هر دو زمینه علم و فناوری نانو) زیربنای اصلی چشم‌اندازهای مختلفی است که در فناوری‌های همگرا وجود دارد. فناوری نانو به عنوان حوزه‌ای نویدبخش در اوایل دهه‌ 2000 میلادی به حوزه‌ای چندرشته‌ای و پیشرو با ماهیت تحقیق و توسعه (R&D) مبدل گشته است. بدین ترتیب مراکز تحقیقاتی تخصصی، زنجیره‌های تأمین نوظهور (به علت افزایش مقیاس تولید نانومواد) و کاربردهای چندمنظوره –از پزشکی تا بسته‌بندی مواد غذایی– ایجاد شد.

فناوری نانو به عنوان یک فناوری گسترده با قابلیت ایجاد تغییرات بزرگ[7]، از طرق مختلفی با فناوری‏های دیگر ادغام شده و سبب ارزش‌آفرینی می‌شود. با این حال، ارزش به‌وجودآمده در کنار فرصت‌های ایجادشده، چالش‌هایی را نیز به همراه خواهد داشت. این گزارش به کمک مطالعات موردی به این مباحث می‏پردازد و بر اساس مثال‌های کاربردی، مسائل متداولی را که نیازمند اتخاذ سیاست‏گذاری‌ها‌ی بیشتری هستند، برجسته می‏نماید.

1-2- چشم‏ انداز فناوری‏های همگرا و NBIC
واژه‏ ها‏ی «فناوری‏های همگرا» و NBIC - ترکیبی از فناوری نانو (N) ، زیست‌فناوری (B) ، فناوری‏های اطلاعات‌ و ارتباطات (I) و فناوری‏های شناختی (C) – در دهه‏ های اخیر مورد توجه قرار گرفته‏ است. در اوایل دهه‏ 2000 میلادی، سند چشم انداز NBIC ایالات متحده[8]، بحث‏های زیادی را ایجاد نمود و با فعالیت‏های پیشرو در زمینه فناوری نانو، به ویژه در حوزه‏ ‏ کاربردهای ارتقابخش انسان[9] همراه شد.

بازوی تحقیقاتی کمیسیون اروپا[10] (با نام DG Research) به تمایل به‌وجودآمده در ایالات متحده آمریکا برای گسترش این حوزه توجه ویژه‌ای کرد و توصیفات مشخص‏تری را در این حوزه ارائه نمود. این گروه فعالیت خود را با پروژه‌ای آغاز کرد که به گزارش سال 2004 سازمان «فناوری‌ همگرا برای جامعه دانشی اروپا[11]» منجر شد. این گزارش«همگرایی» را به تمامی علوم و فناوری‏ها گسترش داد و مفهوم رویکرد حاکمیتی[12] را در حوزه‌های همگرا[13] توسعه داد.

در گزارش پارلمان اروپا[14] نیز رویکرد مشابهی برای همگرایی در نظر گرفته شده است. این گزارش بر عهده گروه ارزیابی فناوری اروپا[15]‌ بود. مجموعه‌ها و سازمان‌های دیگری نیز مباحثی را پیرامون فناوری‏های همگرا آغاز نموده‌اند. به عنوان مثال، می‌توان به شورای بین‏المللی اداره ریسک (IRGC) [16] و گروه اخلاق اروپا[17] (European Group on Ethics) اشاره کرد.

در حال حاضر واژه NBIC به NBIC2[18] تغییر یافته و به مفهوم اصلی آن نزدیک‌تر شده ‌است. هدف از این کار، آن است که بخش‌ها و رشته‌های دانشگاهی بیشتری در این حوزه گنجانده شده و مسائل همگرایی در مقیاس‌ بسیار بزرگ‌تری نسبت به پژوهش یا توسعه‏ فناورانه در نظر گرفته شوند.

1-3- همگرایی فناوری به عنوان یک فرایند
مفهوم همگرایی فناوری با فناوری‏های همگرا در هم آمیخته‏ شده ‌است. در همگرایی فناوری، رشته‌های علمی یا فناوری‏های کلیدی (فناوری‌ها با قابلیت ایجاد تغییرات بزرگ) آن با سایر رشته‌ها و فناوری‏ها ترکیب می‏شود؛ در نتیجه هم‏افزایی‏ و ارزش‌افزایی جدیدی شکل می‌گیرد. همگرایی فناوری در خود حوزه فناوری نانو نیز مشهود است. به عنوان مثال می‏توان به همگرایی رشته‌های مختلفی نظیر فیزیک، شیمی و مهندسی در مقیاس نانو اشاره کرد.

آنچه همگرایی فناوری را از مفهوم فناوری‏های همگرا متمایز می‏سازد، آن است که همگرایی فناوری به موارد خاصی از همگرایی در سطوح تحقیقاتی و فعالیت‌های نوآورانه اطلاق می‏گردد؛ در حالی که واژه‏ «فناوری‏های همگرا» اغلب در چرخه سیاست‌گذاری و زمانی که تنظیم و اجرای سیاست‏ها جهت تحقق اهداف اجتماعی رده بالا از طریق ادغام فناوری‏ها مدنظر باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرد. همگرایی فناوری، فراتر از تلفیق رشته‌ها و فناوری‏های مختلف است. ارزشی که از طریق همگرایی به وجود می‌آید، ایجاد ایده‏ها، روش‌ها و خروجی‌های کاملاً جدید است.

همگرایی فناوری اغلب برای توصیف روند تحقیقات و ابتکارات واقعی در آزمایشگاه‏ها و شرکت‏ها به کار می‌رود. اعتقاد عمومی بر این است که همگرایی فناوری، همان تبدیل فعالیت‏های چندرشته‏ای به فعالیت‏های میان‌رشته‏ای[19] است. در فعالیت‏های میان‌رشته‏ای، رشته‏های قبلی که از یکدیگر مجزا بوده‏اند به طور هم‏افزایی در کنار یکدیگر قرار می‏گیرند تا فعالیت‌های جدیدی را شکل دهند. در حالی که فعالیت‏های چندرشته‏ای از طریق هم‏افزایی تجربی باعث ارتقای تحقیق‌وتوسعه می‏شوند. این‌گونه فعالیت‏ها، از پتانسیل فراوان موجود در فعالیت‏های میان‌رشته‏ای برخوردار نیستند.

ماهیت میان‌رشته‏ای موضوعات که در بطن همگرایی فناوری وجود دارد، می‏تواند به آزمایشات و راه‏های جدیدی برای انجام فعالیت‌ها منجر شود که تا پیش از آن کشف نشده ‌بودند. استفاده از نتایج همگرایی فناوری‌های آزمایشگاهی (تجربی) و به کارگیری آن در توسعه، نمونه محصولات و عرضه می‏تواند صنایع را به عصر جدیدی از ساخت و تولید هدایت کرده و محصولات جدیدی را عرضه کند. این مبحث در صورتی که به شیوه‌ای‏ مسئولانه توسعه یابد، می‏تواند مزایای پیش‏بینی‌نشده‏ بسیاری را برای جامعه به همراه داشته ‏باشد.

1-4- فرضیات گزارش
اگرچه مشخص نیست میزان تولید دانش و توسعه‏ محصول تا چه حدی متأثر از سیاست‌های فناوری همگرا و NBIC در دستیابی به اهداف اجتماعی رده بالاست، ولی شواهدی وجود دارد که نشان می‏دهد موارد واقعی از همگرایی فناوری و تلاش میان‌رشته‏ای در بعضی از حوزه‏های تحقیقاتی و نوآوری، می‌تواند منجر به ارزش‌آفرینی در آزمایشگاه‏ها و شرکت‏ها ‏شود.

با توجه به چارچوب همگرایی فناوری، در بخش دوم این مقاله، به حوزه‌های کاربردی که در آن‌ها، فناوری نانو در همگرایی شرکت کرده یا انتظار می‌رود آثاری را در این راستا ایجاد کند (به ایجاد همگرایی کمک کند) ، پرداخته شده است. در این بخش، چهار نمونه از حوزه‌های کاربردی که در آن‌ها، همگرایی مرتبط با فناوری نانو وجود دارد مورد مطالعه قرار می‌گیرند. این چهار نمونه عبارتند از: بسته‌بندی پاک، ایمنی و امنیت مواد غذایی، داروها و تجهیزات پزشکی.

بخش سوم و پایانی این مقاله شواهد و تحلیل‏های ارائه‌شده جهت‌شناسایی مسائل کلیدی و مفاهیم سیاست‌گذاری در مبحث همگرایی مرتبط با فناوری نانو را بیان می‏کند و و نحوه مواجهه با آن‌ها را نیز مورد بررسی قرار می‌دهد.

 

2- مثال‌هایی از همگرایی مرتبط با فناوری نانو
چهار حوزه از کاربرد فناوری نانو که در این بخش به عنوان مثال‌هایی خاص از همگرایی مورد بررسی قرار می‏گیرند عبارتند از:

·         بسته‏ بندی پاک و ماندگار (با استفاده از نانومواد زیستی)

·         دارورسانی هدفمند و کنترل‌‏ آزادسازی آن (با استفاده از نانوذرات)

·         فناوری عصبی برای سلامتی و رفاه (با استفاده از نانومواد و حسگرها)

·         ایمنی و امنیت غذایی (با استفاده از حسگرهای پیشرفته)

برای اینکه بتوان با رویکردی هدفمند به مبحث همگرایی فناوری نانو پرداخت، مثال‌های فوق می‌بایست به صورت زیر ساختاربندی شوند:

·         دارای محرک‌های سیاست‌گذاری کلی باشند– نویدها (چرا مردم به آن علاقمندند)

·         تحقیقات علمی را در بر گیرند

·         به توسعه و ساخت محصول منجر شوند

·         بر روی جامعه، مباحث عمومی و مدیریتی تأثیرگذار باشند.

2-1- بسته‏ بندی پاک و ماندگار
در مثال مربوط به مواد با بسته‏بندی پاک، همگرایی فناوری خود را در قالب نانومواد زیستی و کاربردهای آن‌ نشان می‌دهد. اگرچه چالش‌هایی در تجاری‌سازی و توسعه این فناوری وجود دارد، اما چشم‏انداز پژوهشی وسیع و متنوعی نیز در حوزه توسعه محصول به وجود آمده ‌است. این مثال، با هدف توصیف و تبیین پویایی موجود در حوزه فعالی از همگرایی فناوری، شامل فناوری نانو، انتخاب شده ‌است.

2-1-1- محرک‌های سیاست‌‌گذاری کلی – نویدها (چرا مردم به این موضوع علاقه مندند)
حجم زباله‏ای که در بخش کشاورزی و موادغذایی در سراسر جهان تولید می‏شود، نگرانی فزاینده‌ای ایجاد کرده ‌است. در قاره‏ اروپا، صنایع میوه و سبزیجات سالانه به تنهایی حدود 30 میلیون تن زباله تولید می‏کنند. پیش‌بینی‌ها حاکی از آن است که زباله مربوط به بسته‏بندی‏ مواد غذایی روز به روز افزایش می‌یابد، چرا که تقاضا برای سهولت در تهیه مواد غذایی و بسته‏بندی‏های منحصربه‌فرد محصولات تازه مانند میوه‏ها، روز به روز در حال افزایش است. یکی از نمونه‏های تعهد و التزام که در این مورد می‏توان به آن اشاره کرد، مسئله‏ای بود که در انگلستان اتفاق افتاد. دولت انگلستان اعلام کرد «در طی 10 سال، حدود 75 درصد از تمام زباله‏های خانگی باید بازیافت شود» و «در اوایل سال آینده، باید تصمیم بگیریم کدام زباله‏ها ‌با قابلیت بازیافت و تبدیل به کود را از محل دفن زباله‏ها خارج کنیم و نیز چگونه مانع ورود آن‌ها به زباله‌ها شویم».

همچنین در انگلستان، سالانه حدود 1.5 میلیون تن بسته‏بندی وارد سیستم زباله می‏شود که بیش از نیمی از این مقدار مربوط به بسته‏بندی مواد غذایی و نوشیدنی است. هزینه‏ مواد خام مربوطه نیز سالانه حدود 4.5 میلیارد یورو است. این رقم شامل هزینه‏های دفع و بازیابی نمی‏شود و نیز هزینه‏های اجتماعی و زیست‌محیطی مانند هزینه‌های جمع‌آوری پلاستیک‌ها از آب‌های زیرزمینی و تولید دیوکسین[20] ناشی از سوزاندن بسته‏بندی‏های کاغذی و PVC را در بر نمی‏گیرد. این آمار و ارقام نه تنها بیان‌گر آن است که انگیزه‏ای واقعی برای بررسی چالش‏های مربوط به مدیریت بسته‏بندی زباله‏ها وجود دارد، بلکه وسعت و بازه‏ مشکل را نیز به وضوح بیان می‏کند. مدیریت زباله‏ باید به دنبال انتخاب موادی مناسب برای بسته‏بندی غذا به عنوان راهکاری مناسب باشد.

بسته‏بندی به کمک مواد زیستی و زیست تخریب‏پذیر از جمله راهکار‏هایی است که برای حل این چالش‌شناسایی شده‏ است. استفاده از منابع پایدار برای بسته‌بندی مواد غذایی باعث می‌شود بسته‌بندی‌ها در حین تجزیه، به مواد مغذی تبدیل شوند و محصولات کشاورزی را غنی از مواد زیستی مفید کنند. این در حالی است که پلاستیک‏های زیستی استاندارد[21] (یا پلیمرهای زیستی) هنوز نتوانسته‏اند از نظر ویژگی‏های‏ کارکردی با پلاستیک‏هایی که منشأ سوخت‏های فسیلی دارند رقابت کنند. این پلاستیک‏ها مقاومت و نیز نفوذناپذیری لازم در برابر عبور آب یا گاز را ندارند (این امر برای حفظ و نگهداری نوشیدنی‏ها و غذاها بسیار حائز اهمیت است).

نانومواد زیستی خواصی را از خود به نمایش گذاشته‌اند که رقابت‌پذیری این مواد را در مقایسه با مواد حاصل از‏ سوخت‏های فسیلی نشان می‌دهد. این حیطه از نوآوری مواد، ترکیبی از علم نانو و مواد زیستی است. در ادامه پیامد حاصل از همگرایی با فناوری نانو مورد بررسی قرار می‏گیرد. نانومواد زیستی برای بسته‏بندی مواد غذایی سه حوزه کلی را پیشنهاد می‌دهد: 1) نانوکامپوزیت‌های زیستی[22] 2) نانوالیاف زیستی[23] و 3) پوشش‏ها و لایه‏های نازک (فیلم‌های) خوراکی[24]. همچنین زیربخشی در مبحث توسعه‏ محصول آورده شده است که در آن، فعالیت‏هایی برای ظرفیت‌سازی تولید انبوه بعضی از این مواد و رقابت با مواد متداول مبتنی بر سوخت‏های فسیلی شرح داده شده است.

2-1-2- تحقیقات علمی
2-1-2-1- نانوکامپوزیت‌های زیستی
از آنجایی‏که پلاستیک‌ها اغلب با ترکیبی از مواد مختلف ساخته می‌شوند، فرایند بازیافت آن‌ها بسیار پیچیده است. این بدان معناست که بازیافت این مواد به صورت تک مرحله‌ای انجام نمی‌گیرد و لازم است مواد مرکب مذکور، به اجزای سازنده‌اش تقسیم شود. یک راهکار‏ بهتر، تجزیه پلاستیک به صورت زیستی (به جای بازیافت) ‏است (اگرچه اجرای این راهکار نیازمند زیرساخت‏های جدیدی است). این نوع از پلاستیک‏های زیست‏تخریب‏پذیر بر پایه پروتئین‏ها یا قندهایی‏ هستند که از منابع حیوانی یا گیاهی گرفته می‏شوند.

زمانی که پلیمرهای زیستی (مثل سلولز) با نانوذرات رس مخلوط شوند، نانوکامپوزیت‏های حاصل از این ترکیب نسبت به پلیمرهای خالص، خواص تراوایی بهتری نسبت به آب و گاز نشان می‏دهند و پس از اتمام عمر مفیدشان می‏توانند تبدیل به کود شده و به خاک بازگردانده‌ شوند. اسید پلی لاکتیک (PLA) یک پلاستیک زیستی است که پتانسیل بسیاری برای تجاری‌شدن دارد؛ دلیل آن، سهولت تولید این ترکیب از خوراکی‌هایی است که شامل کربوهیدرات‌هایی مانند‏ ذرت، آب پنیر، گندم یا ملاس هستند. تلفیق مواد زیستی با نانومواد یا ساخت آن‌ها با استفاده از فرایندهای نانو، کاربردهای بالقوه‏ای را برای این مواد فراهم آورده‌ است که آن‌ها را قادر می‏سازد با پلاستیک‏های مبتنی بر سوخت‏های فسیلی رقابت کنند.

سایر پلیمرهای زیستی که با نانورس‏ها ترکیب شده‏اند شامل کیتوسان (chitosan) ، نشاسته، کازئین (casein) ، آب پنیر و ژلاتین هستند. پروتئین سویا نیز بسیار مورد توجه قرار گرفته ‏است و دلیل اهمیت آن، ویژگی‌های زیست‏تخریب‏پذیر و ترموپلاستیکی آن است. محدودیت‏های پلیمرهای زیستی شامل شکنندگی و ضعف آن‌ها در ممانعت از عبور رطوبت است که با افزودن روان‌کننده‌ها[25] و مواد تقویت‌کننده می‏توان بر این محدودیت‏ها غلبه نمود. کاربردهای بالقوه‏ این گونه مواد شامل فیلم‏های مانع، پوشش‏ روی پلیمرها و بسته‏بندی‏های کاغذی و نیز پوشش مستقیم مواد خوراکی است.

چنین نانوکامپوزیت‏های زیست‏تخریب‏پذیری می‏توانند در سایر حوزه‏های کشاورزی و غذایی به کار روند که از جمله آن‌ها می‌توان به کاربرد این مواد در مزرعه‏های محلی اشاره کرد (به عنوان مثال، کاغذ بسته‌بندی خوراک و یونجه که در حال حاضر به‌وسیله‌ی کشاورزان می‌تواند دفن یا سوزانده ‏شود). کاربرد این نانوکامپوزیت‏های زیست‏تخریب‏پذیر سالانه حدود 6.5 میلیون تن تخمین زده‏ ‌می‌شود. مواد مزبور را می‌توان به جای سوزاندن، به کود تبدیل نمود و به خاک بازگرداند.

2-1-2-2- نانوالیاف زیستی
یکی دیگر از روش‏های استفاده از فناوری نانو، فرآوری و تبدیل پلاستیک‏های زیستی خالص به الیاف یا نخ‏های نانو است که می‏توان با بافتن آن‌ها مواد مورد نظر را ساخت. این کار به نوعی، یک همگرایی از فناوری‏های فرآوری نانو و تولید پلیمرهای زیستی به‏شمار می‏رود. پلیمرهای زیستی بسیاری از طریق الکتروریسی به ‌صورت الیاف نانو سنتز شده‏اند که از آن جمله می‏توان به کیتوسان، سلولز، کلاژن[26] و زین[27] (ساخته شده از ذرت) اشاره نمود. در برخی از موارد، خواص این مواد نسبت به پلیمرهای متداول برتری دارد. از جمله این خواص، مقاومت حرارتی[28] بسیار بالای آن‌هاست.

به علاوه، بافت‏هایی که از چنین الیافی ساخته می‏شوند دارای ساختار بسیار متخلخل (در حد نانو) هستند و به عنوان ماتریس‌های پشتیبان برای سایر مواد یا اجزای به کار رفته در ساخت مواد چندمنظوره استفاده می‏شوند. زین برگرفته‌شده از ذرت[29]، یک نوع پلیمر زیستی است که به دلیل خواص مقاومتی بالا در برابر آب، پتانسیل زیادی را برای استفاده در زمینه بسته‏بندی دارد. همچنین این ماده در صورتی که با فرایند الکتروریسی به‌صورت نانو الیاف تهیه شود، خواص مکانیکی خوبی از خود به نمایش می‌گذارد.

یکی از جذاب‌ترین مواد از طریق الکتروریسی مخلوط‏های زین و کیتوسان به‌دست می‏آید. طبق گزارش‏ها، این مخلوط برای استفاده در بسته‏بندی‏های فعال و زیست‏فعال، پوشش‏های ضد باکتریایی و ضد قارچ مواد غذایی و در حوزه‏های زیست‏پزشکی و دارویی پتانسیل فوق‏العاده‏ای دارد. در حال حاضر، کیتوسان هنوز هم برای قرارگرفتن به عنوان ماده‏ای در تماس با غذا[30]، به مجوز قانونی نیاز دارد.

2-1-2-3- فیلم‏های نازک و پوشش‏های خوراکی
سومین نوآوری در نانوپلاستیک‏های زیستی، موجب ایجاد خواص جدیدی در مواد پایه زیستی می‌شود و از این طریق راه را برای تولید فیلم‌های خوراکی و زیست‏تخریب‏پذیر با عمر مفید طولانی فراهم می‌کند. با کمک این نوآوری، خواص بسته‏بندی ارتقا یافته و در عین حال زباله‏های بسته‏بندی کاهش می‌یابند. این فیلم‌ها، لایه‏هایی از مواد قابل هضمی هستند که در پوشش غذا (پوشش‌های خوراکی) استفاده می‏شوند یا به عنوان حائلی بین غذا و سایر مواد یا محیط عمل می‏کنند (فیلم‏های خوراکی). می‌توان مواد غذایی را با غوطه‌وری در محلول، یا اسپری یا با استفاده از برس یا اسفنج‏ها پوشش‏دهی نمود. در این حالت فیلم‌‌ها جداگانه ساخته می‏شوند و سپس از طریق یک سیستم بسته‏بندی مواد غذایی، اعمال می‏شوند.

قندها (مثل کیتوسان و سلولز) ، پروتئین‏ها (مثل زین و کلاژن) و چربی‏ها (مثل تری‏گلیسیرید و اسیدهای چرب) می‏توانند به عنوان مواد خوراکی سازنده این فیلم‌ها مورد استفاده قرار گیرند. نانوکامپوزیت‏های زیستی (که از پوره سبزیجات و ‏میوه‏جات ساخته می‏شوند) و ویسکرهای[31] نانومتریِ سلولزی در مقاله‌ای مروری به‌وسیله‌ی آزردو[32] در سال 2009 مورد بحث و بررسی قرار گرفته‌اند. پروتئین‏هایی که برای فیلم و پوشش‏دهی استفاده می‏شوند شامل کازئین، آب پنیر، کلاژن، سفیده تخم مرغ و پروتئین ماهی است. پروتئین دانه‏ سویا، ذرت و گندم نیز می‏توانند به عنوان ماده‏ سازنده‏ فیلم‏های خوراکی مورد استفاده قرار گیرند.

واقعیت این است که بهبود خواص، به دلیل وجود محدودیت‏هایی مانند خواص تراوایی ضعیف این مواد در برابر رطوبت و گاز، شکنندگی و قیمت بالا از پیچیدگی خاصی برخوردار است. تفاوت‏های قابل توجهی بین خواص پلیمرهای زیستی که به عنوان فیلم‏های خوراکی به کار می‏روند با پلیمرهایی که برای پوشش‏دهی استفاده می‏شوند، وجود دارد. به عنوان مثال، فیلم‌های پلی‏ساکارید کم‏هزینه هستند، اما در عوض ویژگی‌های ممانعت‌کنندگی ضعیفی را از خود نشان می‏دهند. لایه‌های پروتئینی، خواص کاربردی قابل قبولی مانند ویژگی‌های خوب شکل‌پذیری (plasticity) و کشسانی (elasticity) دارند و مانع مناسبی در برابر اکسیژن محسوب می‏شوند، اما در برابر آب به عنوان مانع خوبی عمل نمی‌کنند. فیلم‌های لیپیدی خواص خوبی در مقابل رطوبت دارند، اما خواص مکانیکی ضعیفی داشته و در برابر اکسیژن نیز مانع خوبی نیستند.

انتظار می‏رود پژوهش در زمینه‏ نانوکامپوزیت‏های زیستی و استفاده از آن‌ها در فیلم‌های خوراکی تا ده سال آینده روند رو به رشدی داشته باشد. همچنین کاربرد نانوکامپوزیت‏های زیستی، نویدبخش این واقعیت است که استفاده از فیلم‌‏های خوراکی و زیست‏تخریب‏پذیر در بخش غذایی و کشاورزی قابل گسترش است.

2-1-3- توسعه و ساخت محصول
اگرچه در حال حاضر، تعداد اندکی زنجیره‏های تأمین پایدار[33] برای این دسته از مواد پیشرفته وجود دارد، اما تلاش‌ها برای توسعه و ساخت نانومواد زیستی با هدف استفاده در بسته‏بندی مواد غذایی آغاز شده‌ است. افزایش مقیاس در یک فرایند معین بدین معناست که برخی از مواد جدید و بهبود یافته‌ای که در بخش‌های پیشین مورد بررسی قرار گرفته‌اند، باید طی 2 الی 5 سال آینده به میزان قابل توجهی در دسترس باشند و در صورتی‌که در این زمینه، پیشرفت‌های سریعی رخ دهد، این زمان نزدیک‌تر خواهد شد.

به عنوان مثال، فیلم‌های اینوویا[34]، به عنوان بسته‏بندی مواد غذایی با پوشش‌هایی که دارای ذرات نانومتری بوده و قابلیت تبدیل به کود را دارند، توسعه یافته‌اند. استفاده از نانوذرات نشاسته و پلیمرهای مصنوعی[35] در این مواد، سبب بهبود خواص ممانعت‌کنندگی[36] آن‌ها در برابر عبوردهی گازها می‌شود.

رابینسون[37] و سلجوا[38] طی گزارشی عنوان کردند که بعضی از شرکت‏ها (مانند شرکت Nanograde GmbH) نوعی کامپوزیت‏های پلیمری، شامل نانوذرات نقره و کلسیم فسفات را به بازار عرضه کرده‌اند که از خود، فعالیت‏های میکروبی نشان می‏دهند. بعضی از شرکت‏ها نیز نانوذرات را در تولید بسته‏های مواد غذایی مورد استفاده قرار داده‌اند که از بین آن‌ها می‌توان به این موارد اشاره کرد: Sharper Image® در ایالات متحده، A-DO Global در چین، BlueMoonGoods در ایالات متحده، Everin و JR Nanotech Plc در انگلستان.

دستیابی به ارزش‌ها و مزایای علومی که از طریق تحقیق‌وتوسعه حاصل می‏شوند، به پشتیبانی مالی و مدیریتی بستگی دارد. این امر چه در شرکت‌های بزرگ (برای خط جدید توسعه) ‏ و چه برای شروع ‌به‌کار شرکت‌های نوپا/وابسته صادق است.

چالش اصلی پیش‌روی زنجیره‏های تأمین نوظهور، ایجاد ارتباطی نزدیک و موفق میان توسعه‏ فناوری نانو و زنجیره‏‏های بسته‏بندی مواد غذایی است. برای افزایش مقیاس تولید، باید بودجه موردنیاز تأمین شود. تأمین بودجه معمولاً از طریق سرمایه‏ محدود صندوق‌های سرمایه‏گذاری (که اغلب ریسک‏گریز هستند) انجام می‌شود. همچنین افزاش مقیاس تولید می‏تواند به‌وسیله‌ی شرکت‌های بزرگی پشتیبانی شود که در زنجیره‏ تأمین قرار دارند. این شرکت‌ها تمایل به بهره‌برداری هوشمندانه از پیشرفت‏های حاصل در مواد و نیز جلوگیری از ریسک‌های ذاتی[39] دارند که به پایداری مواد در چارچوب همه‏جانبه تولید و توزیع مربوط می‏شود. در خصوص نانو‏مواد زیستی، بایستی امکان تولید مقادیر زیادی از مواد با کیفیتی سازگار و قابل رقابت با تأمین‏کنندگان بازار اثبات شود. جذب سرمایه‏گذاری برای مواد کاملاً جدید نیاز به متقاعد کردن شرکت‏های بسته‏بندی دارد تا در مقیاس بزرگ، بتوان کیفیت متناسب و سازگار را به دست آورد. این بدان معناست که تازه‏کارها باید به دقت نقشه‌ راه پیشرفت خود را ترسیم کنند و قادر باشند مقیاس تولید را به میزان تقاضا افزایش دهند.

یکی از مثال‌های موفق در اروپا، شرکت نانوبیومَتِرز[40] است که در منطقه‏ والنسیا (Valencia) قرار دارد. این شرکت در طی شش سال گذشته، بخش تحقیق‌وتوسعه و قابلیت تولید پودرهای نانورس (واحد تجاری افزودنی به میزان 2500 تن در سال) و نانوکامپوزیت پلیمر-رس (واحد تجاری اکستروژن به میزان 4000 تن در سال) را گسترش داده است. این شرکت به سرعت به یکی از شرکت‌های مهم در زمینه‏ نانومواد زیست‏تخریب‏پذیر برای بخش‏های غذایی، پزشکی و دارویی تبدیل شد که محصولات تجاری آن در حال حاضر در دسترس است. حدود 4 میلیون یورو برای تجهیزات ساخت این شرکت سرمایه‏گذاری شده ‏است. همچنین شرکت نانوبیومَترز نمونه کارهای متنوعی از نانوپلاستیک‏های زیستی با خواص ضد باکتریال و جذب گاز[41]، تهیه کرده‌ است.

تحقیقات در مورد فعالیت‌های شرکت نانوبیومترز از سال 2008 نشان می‌دهد که این فعالیت‌ها مبتنی بر تولید محصولات متعدد با پیچیدگی‌های مختلف بوده ‌است. در این شرکت، راهبرد انتخاب یک خط تولید با عملکرد نسبتاً پایین (در مقایسه با سایر مواد نوآورانه و جدیدی که در ساخت نمونه ‌کارها مورد استفاده قرار می‌گیرند) به کار گرفته شد تا این شرکت بتواند قابلیت ساخت مواد گوناگون را به دست آورد و ضمن توسعه‏ استانداردها و پروتکل‌ها، توجه سرمایه‏گذاران را به خود جلب نموده و تجارتی پایدار ایجاد نماید.

2-1-4- اثرات روی جامعه، مباحث عمومی و مدیریتی
2-1-4-1- مباحث عمومی
در سال‌های اخیر موضوعاتی که به منظور پیش‏بینی و‌شناسایی نگرانی‏های عمومی به‌وسیله‌ی دولت پیگیری می‏شوند افزایش یافته ‏است. در این زمینه، برخی نوآوری‌های ملی نیز انجام شده‏ است. علاوه‌بر این کارگروه OECD در زمینه فناوری نانو، مسائلی پیرامون علاقه‌مندی عمومی در زمینه فناوری نانو‌ را مورد بررسی قرار داده و برای کمک به سیاست‌گذاران و مجریان در این زمینه، «راهنمای برنامه‌ریزی برای همکاری و توسعه‏ عمومی در زمینه فناوری نانو» تهیه نموده ‌است.

استفاده از فناوری نانو در بخش بسته‏بندی و مواد غذایی مباحث بسیاری را در دهه اخیر به راه انداخته است. تعامل بین مصرف‌کنندگان و واحدهای تولید مواد غذایی از اوایل دهه‏ 2000 میلادی به عنوان پاسخی در برابر نگرانی‏های رو به رشد پیرامون سمیت مواد نانو و توسعه‏ سریع آن بود. در این راستا تعداد زیادی از فعالیت‏های مرتبط با نانو نیز راه‌اندازی شده است.

به عنوان مثال، انجمن حرفه‏ای خرده‌فروشان سوئیس با نام IG DHS[42]، شکاف‌ها و خلاءهای قانونی موجود در نانو و واحد غذایی و مسائل مربوط به اعتماد مصرف‏کننده را مورد بررسی قرار داده است. آن‌ها با کمک جامعه نوآوری[43] (یک مرکز مشاوره در حوزه مدیریت ریسک) برخی قوانین و مقررات را توسعه دادند که در سال 2008 به صورت کتبی منتشر گردید. همچنین مهلتی قانونی برای فناوری نانو (به عنوان مثال از سوی گروه ETC) [44] در نظر گرفته شد و انجمن خاک انگلیس[45] بحث‌هایی را پیرامون قوانین و مقرراتی مشخص برای ابلاغ به واحدهای تولید مواد غذایی آلی مطرح کرد.

آژانس استانداردهای غذایی انگلیس[46]، گزارشی از دیدگاه مصرف‏کنندگان پیرامون استفاده از فناوری نانو در غذا و بسته‏بندی غذایی منتشر کرده ‌است. گزارش آن‌ها نتایج کار گروه‏هایی است که در انگلستان، نگرش‏های پیرامون کاربرد نانو در واحدهای غذایی را بررسی می‌کنند. در مطالعه‏ای که پیرامون نگرش عمومی راجع به فناوری نانو در سوییس به‌وسیله‌ی سرجیست[47] و همکاران (2008) و نیز بوری[48] و بلوسی[49] (2008) انجام شده، بر شفافیت اطلاعات تمرکز دارد و به استفاده از نانو در بسته‌بندی غذایی در مقایسه با سایر کاربردهای نانو در صنایع غذایی گرایش دارد.

واضح است که دیدگاه مصرف‏کننده در توسعه‏ تجاری همگرایی فناوری نانو و فناوری زیستی (که در واحد غذایی به کار گرفته شده) ، از اهمیت بسیاری برخوردار است. فعالیت‏های متقابل که نیروی محرکه آن‌ها، آژانس‏های عمومی و دیگر سازمان‌ها هستند، یکی از بخش‏های مهم چشم‏انداز نانوغذاها به شمار می‌رود. شکل و ویژگی این تعاملات نقش به سزایی در ظهور و پذیرش/رد نانوغذاها به‌وسیله‌ی جامعه دارد.

بسته‏بندی مواد غذایی در حال حاضر در کنار سایر بخش‏های واحد غذایی مورد بحث قرار می‏گیرد و به دلیل استفاده از واژه‏ گسترده نانوغذا، بسته‏بندی نیز از جمله موضوعاتی است که در زمینه تقویت مواد غذایی با نانومواد مغذی، استفاده از نانوحسگرها برای تولید غذا و تحقیق ‌و توسعه سموم گیاهی مرتبط با نانو مطرح است.

دستیابی به تعامل عمومی در فناوری‏های همگرا، نیازمند تمرکز بر حوزه‏های کاربردی (سلامت، غذا، سبک زندگی و غیره) است. اگرچه برای جلب اعتماد، بایستی ارتباط مشخصی میان علایق عمومی و طراحی/توسعه‏ واقعی فناوری‏های همگرا وجود داشته ‌باشد.

2-1-4-2- برچسب‌زنی
یکی دیگر از چالش‏های مربوط به نانومواد زیستی در بخش بسته‏بندی، نظارتی است که به صورت خاص به چهار عنصر زیر مربوط می‏شود:

·         مواد در تماس با غذا

·         استفاده از پلاستیک‏ها[50]

·         قانون مصرف‏کننده (برچسب‏زنی)

·         راهنمای ویژه‏ فناوری نانو

نوآوری، تولید و گسترش موارد ذکر شده، به هم‏ترازی و تثبیت این چهار عنصر نیازمند است‌. کاری که به‌وسیله‌ی OECD روی «چارچوب‌های قانونی برای فناوری نانو در مواد غذایی و محصولات پزشکی: خلاصه نتایج از یک ‌فعالیت تحقیقاتی» انجام می‌شود، مروری بر فعالیت‌های ملی در این زمینه است.

EFSA[51] به طور ویژه برای فناوری‏های نانو، یک گروه کاری متخصص در زمینه کاربردهای فناوری نانو در سال 2007 را راه‏اندازی کرده ‌است که شامل افرادی از مقامات ملی حوزه ایمنی غذایی است[52]. نتایج کار این گروه در اوایل سال 2008 در گزارشی با عنوان «نیاز به داده‏های علمی در خصوص کاربرد فناوری نانو و نانومواد موجود در مواد غذایی» منتشر شد که بر اطلاعات مربوط به روش‏های ارزیابی ریسک در نانومواد تأکید داشت.

با پیگیری این گام اولیه، EFSA ابتدا نسخه اولیه‌ای از این کار را منتشر کرد و سپس در فوریه 2009، ایده‏ علمی نهایی خود را در زمینه ریسک‌های بالقوه‏ای که از کاربرد فناوری نانو‏ها در غذا و امنیت غذایی و محیط زیست حاصل می‌شود، منتشر کرد. رویکرد اصلی این بود که استفاده از فناوری نانو برای کاربردهای غذایی به میزان کافی به‌وسیله‌ی مقررات EC/1935/2004[53] کنترل می‌شود و این قانون کلیه موادی که در تماس با مواد غذایی قرار می‌گیرند را شامل می‌شود[54].

موضوعات و مسائل احتمالی که با طرح مبحث برچسب‌زنی به محصولاتی شامل نانومواد به وجود می‌آیند، از چند وجه قابل بررسی هستند. در ژوئن 2009 کنفرانسی به‌وسیله‌ی انجمن مصرف‌کنندگان ماورای اقیانوس اطلس[55] (TACD) که انجمنی متشکل از 80 سازمان مصرف‏کننده‏ اروپایی و امریکایی است، برگزار و به وضوح بیان شد که باید برچسبی از فناوری نانو در مواد غذایی وجود داشته باشد. آن‌ها عنوان کردند که در صورت نبود مقررات خاصی در فناوری نانو، مصرف‏کننده باید فرصت انتخاب بین محصولات غذایی شامل فناوری نانو و سایر گزینه‏ها را داشته باشد. میزان اطلاعاتی که روی برچسب وجود دارد، درجه‏ای که مصرف‏کننده‏ می‏تواند اطلاعات را تفسیر کند و خاص‌بودن این اطلاعات، از جمله مسائل دیگری است که باید حل شوند. در غیر این صورت محصولاتی که با فناوری نانو آمیخته‏اند، ممکن است ناعادلانه کنار گذاشته شده یا بد جلوه داده شوند. این انجمن عنوان کرد که برای انتخاب آگاهانه مصرف‏کنندگان به یک سیستم برچسب‌زنی نیاز است.

درک نقش و تأثیر چنین ‌طرحی، بسیار حائز اهمیت است. ترون- هولست[56] و همکاران (2011) عنوان کردند که برچسب‏زنی به‏تنهایی روند ساده‌ای نیست؛ چرا که مشکلاتی در تقسیم مسئولیت‏ها وجود دارد. به عنوان مثال، یک مصرف‌کننده/شهروند مسئول تصمیم‌گیری در مورد خرید محصولی است که در آن نانومواد به کار رفته است. اما شواهد نشان می‏دهد که سطح دانش کمی در رابطه با فناوری نانو در عموم جامعه وجود دارد. مطالعات بسیاری پیرامون درک عمومی از فناوری نانو انجام گرفته‏ است و اطلاعات حاصل نشان می‏دهد که آگاهی عمومی از فناوری نانو در بهترین شرایط نیز محدود است. به این ترتیب پیش‏بینی اینکه مصرف‏کنندگان چه عکس‏العملی در مقابل برچسب‏ها نشان می‏دهند، دشوار خواهد بود.

این امر واضح است که تنظیم چنین نوآوری‏هایی در همگرایی نانو/زیستی پیچیده است و طبق مثال فوق (که برگرفته از چارچوب اروپایی[57] است) ، مسائل کاربردی قابل‌توجهی در این زمینه وجود دارد که باید در نظر گرفته شود.

2-1-5- ملاحظات کلیدی
چالش‌هایی در حوزه‏ بسته‏بندی مواد غذایی وجود دارد که به مهم‌ترین آن‌ها اشاره می‌شود:

- انواع کاربردهای بالقوه آن چیست؟

- چه راهکار‌هایی برای مدیریت زباله (زیست‏تخریب‏پذیری در سیستم فعلی زباله، به عبارتی بسته‌بندی با قابلیت تبدیل به کود یا ماده خوردنی) وجود دارد؟

- چالش‏هایی که در افزایش مقیاس تولید زنجیره‏های تأمین نانومواد زیستی وجود دارد – شامل توسعه‏ استانداردها و تعیین چارچوب‌های قانونی معین – چه هستند؟

- تعهدات و مسائل عملیاتی چیست؟ به‌کارگیری گسترده برچسب‏هایی مانند نانوغذا برای گسترش فناوری‏هایی با سودآوری و ریسک‏های متفاوت در مقابل مصرف‌کنندگان با فرهنگ‌های متفاوت چه مسائلی در پی دارد؟

2-2- همگرایی نانو برای دارورسانی هدفمند
در این مثال، دارورسانی به عنوان یکی از کاربردهای همگرایی فناوری ارائه می‏شود. دارورسانی نیازمند همگرایی در آزمایشگاه‌ها (از طریق علوم میان‌رشته‏ای) و در سطح صنعتی (در این سطح فناوری‏های جدید دارورسانی در فناوری زیستی و صنایع دارویی مورد استفاده قرار می‌گیرند) است. در این مثال، مطالعات کمّی web of science[58] جهت شفاف‏سازی مسائل مربوط به رشد این حوزه صورت گرفته است.

2-2-1- محرک‌های سیاست‌‌گذاری کلی – نویدها (چرا مردم به این موضوع علاقمندند)
همگرایی نانو در بخش سلامت (نانوپزشکی) ، موضوعی است که در حوزه دارورسانی و مراقبت‌های بهداشتی جدید و ارتقایافته، بسیار خوش آتیه است. با این حال، تعامل میان بازیگران مختلف حوزه نانودارو – شرکت‌های دارویی، تولید کنندگان یا بیماران – پیچیده بوده و منجر به چالش در مسیر نوآوری و ادراک خواهد شد. عدم قطعیت از نقطه نظر ریسک، پذیرش نانوداروها به‌وسیله‌ی بیماران (عمومی) و دامنه تحولات آینده در نانوپزشکی به این معناست که شرکت‌ها و تولیدکنندگان محصولات نانوپزشکی تمایل دارند بسیار محتاطانه عمل نمایند یا ترجیح می‌دهند منتظر ثبات بازار و قوانین باشند.

دارورسانی یکی از مهم‌ترین کاربردهای فناوری نانو در پزشکی است که نشانه‌هایی از همگرایی فناوری را به نمایش می‌گذارد. به این دلیل که ورود فناوری نانو به حوزه دارورسانی می‌تواند از طرق مختلفی رخ دهد و به عنوان بخشی از این فرایند به همراه سایر فناوری‏ها مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به گستردگی کاربرد نانو در دارورسانی زیربخش‏هایی که در ادامه آورده شده‏اند، جامع نیستند ولی با این وجود شواهدی از همگرایی فناوری را در این مبحث نشان می‌دهند.

2-2-2- تحقیقات علمی
حوزه دارورسانی به سرعت در حال توسعه است و توجه دانشمندان، محققان دارویی و صنایع را به خود جلب کرده ‏است. موضوع اصلی در این زمینه، توسعه‏ سیستم‏های دارورسانی است که یک دارو را با ایمنی و دقت به محل مورد نظر برسانند. در واقع، بسیاری از فناوری‏های نوین دارورسانی هر ساله توسعه داده ‌می‏شوند و تقریباً تمام اجزای بدن به عنوان مسیرهای بالقوه تحویل داروهای کلاسیک و جدید مورد مطالعه قرار می‌گیرند.

آینده درخشان روش‌های جدیدی که امروزه برای تحویل داروها، پپتیدها و پروتئین‏هایی با انحلال‏پذیری ضعیف توسعه پیدا کرده‌اند، توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده ‌است. یکی از احتمالات، هدف‌گذاری و دارورسانی با کمک نانوذرات است. به علاوه، فناوری‏های جایگزین در امر دارورسانی با استفاده از فناوری نانو، در حال حاضر مورد مطالعه و توجه بسیاری از محققان قرار گرفته ‌است (چسب‌زخم ترانس‌درمال[59]، نانوتجهیزات، چسب‌های زیستی، ایمپلنت‌ها، سیستم‏های میکروساخت، ادوات کپسوله‌کردن سلول و سیستم‏های دارورسانی جدید از طریق بینی).

پژوهش در دارورسانی مبتنی بر فناوری نانو (NEDD) متنوع و در حال گسترش است و برخی از حوزه‏های فعال در این زمینه عبارتند از: ترکیبات پلیمری، نانوژل‏ها، دندریمرها، لیپوزوم، میسل، نانوذرات چربی، نانوامولسیون‏ها، نانوذرات پلی‏ساکارید (مثل کیتوسان) ، نانوذرات مغناطیسی، نانوذرات سرامیکی، نانوپوسته‏ها، نانواسفنج‏های سیکلودکسترین و نانوبلورها.

در مطالعه‏ای که اخیراً انجام گرفته است، تعداد مقالات در حوزه دارورسانی بر پایه فناوری نانو، به طور پیوسته در حال افزایش بوده و این روند صعودی در سه کشور، یعنی چین، امریکا و اتحادیه اروپا[60] کاملاً مشابه است (شکل 1)

اولین زیرمجموعه در شکل بالا، داروها (یا ژن‏ها یا سایر عوامل فعالی) هستند که می‏توان آن‌ها را به عنوان نتیجه‏ سیستم دارورسانی به کمک فناوری نانو[61] (NEDD) در نظر گرفت (شمای ساده‏ای از این مجموعه در شکل 2 نشان داده شده ‏است). در واقع، داروها به عنوان اولین بخش از کل مجموعه، با سه زیرمجموعه دیگر ارتباط دارند. سه موضوع اصلی در ارتباط با زیرمجموعه دارو عبارتند از: شیمی‏درمانی و عوامل شیمیایی[62]، انحلال، قابلیت حل‌شدن و بارگذاری دارو، و مقاومت در برابر چندین دارو[63]. شیمی‏درمانی و عوامل شیمیایی بیش از 70 درصد از مقالات مربوط به زیرمجموعه دارو را در بر می‏گیرد (که نشان‌دهنده‏ تمرکز بر درمان سرطان هستند).

دومین زیرمجموعه، «نانوحامل‏ها» هستند که حدود نیمی از مجموعه تحقیقات دارورسانی با فناوری نانو را تشکیل می‌دهند. این مقدار نشانگر تمرکز الگوریتم جستجوی مورداستفاده بر روی فناوری‌های مبتنی بر نانو است تا وجه تمایزی میان این روش‌ها ‌و روش‌های دارورسانی سنتی ایجاد شود. بعضی از حوزه‏ها از قبیل نانوذرات طلا، نانوذرات مغناطیسی و پلیمرها، روند پرشتابی را در فعالیت‌های تحقیقاتی نانوحامل‌ها از خود به نمایش گذاشته‌اند.

دو زیرمجموعه دیگر که بیماری و نتایج دارورسانی هستند، روند توسعه مشابهی دارند. تا سال 2007 نرخ مقالات چاپ شده کم بوده ‏است و از همان سال نرخ انتشار مقالات به طور ناگهانی افزایش یافته ‌است. موضوعاتی که شامل فرایند دارورسانی هستند– به‌ویژه RNAi (که شامل تحویل siRNA هستند) ترا آلودگی[64] و تحویل DNA– به سرعت رو به رشد و توسعه بوده است. در زیرمجموعه بیماری، درمان سرطان رایج‏ترین هدف محسوب می‏شود (از بین 61465 رکورد ثبت‏شده‏ WoS، حدود 9666 مورد مربوط به این موضوع هستند؛ اگرچه این جستجو به طور مستقیم، واژگان مرتبط به سرطان را نیز شامل نشده است). روند مقالات برای چهار زیرمجموعه ذکرشده در شکل 3 به نمایش در آمده است.

هرکدام از 21 موضوع اصلی که در جدول 1 آمده ‏است (برگرفته از شکل 3) ، ارتباط نزدیک و تنگاتنگی با یک زیرمجموعه دارد. با این وجود معمولاً به سایر زیرمجموعه‏ها نیز وابسته است. شیمی‌درمانی ارتباط زیادی با زیرمجموعه بیماری دارد. بنابراین تعجب‌آور نیست که حدود نیمی از مقالات در حوزه بیماری مربوط به سرطان است - شیمی‌درمانی مؤثرترین راه درمان سرطان محسوب می‌شود. یکی دیگر از موضوعات مهمی که مرتبط با موضوع‏ سرطان است، مقاومت در برابر چند دارو است. نیمی از مقالات مربوط به این موضوع، مرتبط با درمان سرطان هستند (برای مثال تحقیق بر 2-متوکسی‌استرادیول[65] برای حل معضل مقاومت دارویی در سلول‌های چندگانه میلوما[66]). از سوی دیگر، شایان ذکر است که چندین مرکز تحقیقاتی به طور خاص در این زمینه در حال فعالیت است که از آن جمله می‌توان به دانشگاه تگزاس[67]، دانشگاه ملی سنگاپور[68] و دانشگاه نورث‌ایسترن[69] اشاره نمود.

به علاوه، نیمی از مقالات در حوزه‏ ترا آلودگی و تحویل DNA، بر نانوحامل‏ها (به عنوان حامل ژن، مثل DNA و RNA که ذاتا در مقیاس نانو هستند) تمرکز دارند. باید اشاره کرد که توجه به سمیت سلولی در فرایند دارورسانی، اخیراً مورد توجه قرار گرفته ‏است، به‏گونه‏ای که 35 درصد از مقالات حوزه‏ سمیت سلولی به زیرسیستم نانوحامل‏ها مربوط می‌شود. NEDD مجموعه‌ای کاملاً به هم پیوسته و یکپارچه است که هر زیرمجموعه آن به طور ویژه‌ با سایر زیرمجموعه‏ها در ارتباط بوده و به همین ترتیب به موضوعات مهم دیگر نیز وابسته‏ است. درک میزان پیوستگی بین زیرمجموعه‏ها و موضوعات اصلی، می‏تواند در امر مدیریت تحقیقات در قالب حمایت از روابط بین فعالیت‏ها مفید باشد. 

2-2-3- توسعه و ساخت محصول
همان‌طور که در بالا اشاره شد، توسعه‏ نسل بعدی سیستم‏های پیشرفته‏ و چندمنظوره‏ دارورسانی، موضوع اصلی تمرکز محققان محسوب می‏شود. همچنین، تمرکز بر روی توسعه سیستم‌های دارورسانی‌ای است که هدفمند و قابل ردیابی بوده، اثرات نامطلوب کمی داشته و بتوانند توزیع دارو را کنترل کنند. در این نوع سیستم‌ها سطح بیشتری از همگرایی مشاهده می‌شود.

برای برخی از نواحی بدن مشکلات انتقال دارو و در نتیجه روش‌های جدید برای انتقال دارو به موضوعی قابل توجه تبدیل شده ‏است. به عنوان مثال، انتقال دارو به سیتوپلاسم یک سلول زنده، چالش‏های زیادی به همراه دارد که از آن جمله می‌توان به اجتناب از فرآیندهایی نظیر فیلتراسیون کلیه اشاره کرد. اخیراً این ویژگی را با نام «ویژگی پنهان‌ساز[71]» معرفی می‌کنند.

در اروپا، پروژه‏های بسیاری در زمینه کاربردهای فناوری نانو‏های همگرا در دارورسانی تعریف شده‌ است. به عنوان مثال، در شبکه‏ تحقیقاتی حوزه اروپا پیرامون نانوپزشکی (EuroNanoMed) ، پروژه‏هایی وجود دارد که از جمله آن‌ها می‏توان به موارد زیر اشاره کرد:

-        پروژه‏ Nano4Neuro که در آن ایمپلنت‌هایی با خواص نانو برای احیای نخاع و درمان ضایعات عصبی مورد بررسی قرار می‏گیرد.

-        پروژه‏ DENPEPTHIVT که در آن دندریمرهای مرتبط با پپتید در سلول‏های دندریتی بررسی می‏شود تا بتوان واکسن‏های جدید نانو را برای بیماری ایدز توسعه داد.

-        همچنین پروژه‏ NANOSTEM نیز به منظور ایجاد بستر درمانی ترکیبی برای سلول‏های بنیادی سرطان تعریف شده ‏است.

یکی از جنبه‏های مهم سیستم‏های دارورسانی مبتنی بر فناوری نانو آن است که این سیستم‏ها نمی‏توانند به تنهایی در یک آزمایشگاه تحقیقاتی توسعه یابند و نیازمند اتصال و ارتباط با سایر واحدهایی هستند که دارو را توسعه می‏دهند. با این ارتباط، از پیوستگی روند پیش‌رو اطمینان حاصل می‌شود (پیوند بین دارو و سیستم تحویل آن). این امر نیازمند دانش فارماکوسینتیک[72] داروها (این دانش از مقصد دارو و نحوه واکنش آن با دیگر اجزاء اطلاع می‌دهد) و شناخت کامل بیماری‏ها و اختلالات است تا بازده‏ هدف‌گیری بیشینه شود و اثرات جانبی سمیت به کمترین میزان ممکن کاهش یابد.

حرکت از سمت دارورسانی عمومی به انواع سیستم‏های دارورسانی چندمنظوره برای بیماری‌های خاص یا ناحیه خاصی از بدن، در واقع حرکتی به سمت توسعه‏ سیستم‏های مرتبط با فناوری نانو است. تغییر ظاهر و ماهیت زنجیره‌ ارزش صنایع دارویی با هدف پوشش انواع برنامه‌های کاربردی فناوری نانو و زیست‌فناوری (که معمولاً با فناوری‌های تصویر‌برداری و حسگری پشتیبانی می‌شود) ، به معنای آن است که انواع جدیدی از نوآوری‌ها و حتی شاید مدل‌های کسب‌وکار جدید، در حال توسعه است.

انواع مختلف شرکت‏ها به حوزه آزمایش‌های بالینی وارد شده‌اند که از آن جمله می‏توان به شرکت ‏Magforce (در برلین) و Nanobiotix (در پاریس) اشاره کرد. در هر دوی این شرکت‌ها سیستم دارورسانی مبتنی بر نانو، برای درمان سرطان، در کنار انتخاب دارو‏ها توسعه یافته‌ است. جدول 2 مثال‏هایی از داروهای به کار رفته در آزمایش‌های بالینی را با بهره‏گیری از سیستم‏های دارورسانی مبتنی بر فناوری نانو نشان می‏دهد.

طی هشت سال گذشته، تعدادی انجمن مشترک ظهور کرده‌اند تا با هماهنگ‌سازی بازیگرهای این صنعت، زنجیره‏های ارزش را به وجود آورند. این انجمن‌ها در فضایی مملو از عدم‌قطعیت بالا نسبت به فناوری و گوناگونی اشکال و کاربردهای آن عمل می‏کنند. اگر به اروپا نگاهی داشته باشیم، یکی از بستر‏ها بستر فناوری اروپایی برای نانوپزشکی[73] است. این بستر، شبکه‏ای از تحقیقات عمومی و تحقیق‌ و توسعه بخش خصوصی را فراهم می‌کند که ضمن تعیین برنامه‏های راهبردی (انتظارات رسمی جامعه) ، تدوین نقشه راه را نیز برعهده دارد.

با این حال، تعامل بین واحدهای تحقیق‌وتوسعه در بخش خصوصی و عمومی با مصرف‌کنندگان بالقوه‏ نانوداروها، کمتر مشهود بوده ‏است. تمرکز بر روی مصرف‌کنندگان، هدف کنفرانسی موسوم به CLINAM[74] بوده است که سالانه برگزار می‏شود و جامعه‏ پزشکی (پزشکان و محققان حوزه‏ پزشکی و دارو) در آن گرد هم جمع می‌شوند تا جدیدترین تحقیقات پیرامون نانوداروها را مورد بحث و بررسی قرار دهند و در خصوص آینده‏ بالقوه و مطلوب به بحث بنشینند. علاوه‌بر این، NanoBioRAISE نمونه‏ای از پروژه‌های اروپایی بوده ‌است که با هدف بیان چالش‏های بالقوه اخلاقی و دولتی در مقوله‏ نانوداروها اجرا شده ‌است تا هم‌زمان اطلاعاتی را برای سازمان‌‌های دولتی و شرکت‌های نوآور عرضه کند.

با توجه به کل زنجیره‏ ارزش، پروژه MEDITRANS بر روی ثمربخشی واحد تحقیق‌وتوسعه (R&D) فناوری نانو برای زنجیره‏های ارزش پزشکی تمرکز دارد. این پروژه از مجموعه‌ای متنوع از شرکت‏ها (از جمله شرکت‌های بزرگ دارویی) تشکیل شده است و انتظارات و مسیرهای نوآوری بالقوه پروژه را مورد ارزیابی قرار می‌دهد. این رویکرد می‌تواند به عنوان راهنمایی برای هماهنگ‌سازی زنجیره‌های ارزش عمل کند. سایر فعالیت‏های مشابه، مثل کارگاه‌های تولید استراتژی، در کنسرسیوم تحقیق‌ و توسعه برای نانوپزشکی گنجانده ‌شده ‌است.

پروژه‏ Nanomed، به این منظور سازمان‏دهی شده‌ بود که مجموعه پیشنهاداتی را برای سهام‌داران اروپایی فراهم آورد و به تصمیم‏گیری پیرامون نوآوری‏های نانوپزشکی یاری رساند. به عنوان مثال، ششمین برنامه‏ چارچوب اروپایی در خصوص برتری نانو و علوم حیات[75] (FRONTIERS) ، متشکل از پروژه‏های سازنده ارزیابی فناوری بود تا بتواند نحوه عملکرد بالقوه‏ شرکت‌های سازنده را در قالب زنجیره‏های ارزش، نقش و فعالیت‏ شرکت‌ها و حاکمیت مورد بررسی قرار دهد.

این مثال‌ها نشان می‌دهد برای اینکه بتوان زنجیره‏های ارزش را در نانوپزشکی هماهنگ و کنترل نمود، دست‌اندرکاران و مسئولان تحقیق‌وتوسعه، انجمن‏هایی را تشکیل می‏دهند تا آینده‏ محتمل را به تصویر بکشند و از این نتایج به عنوان سناریوهایی جهت ارزیابی چالش‌های محتمل فنی و نوآوری و نیز مسائل حاکمیتی و اجتماعی استفاده کنند تا در نهایت مسیرهای بهینه‏ای را از آزمایشگاه به سمت بازار مصرفی ترسیم نمایند. برخلاف مطالعه‏ موردی پیشین که پیرامون بسته‏بندی پایدار و سبز بود، به نظر می‏رسد نانودارو، جامعه‏ مصرفی و ساختار صنعتی نسبتاً منسجمی دارد که در ارتباط با تولید و کاربرد فناوری‏های بهداشتی هستند.

2-2-4- اثرات روی جامعه، مباحث عمومی و مدیریتی
با توجه به نگرش‏های اجتماعی به سلامت، ریسک‌پذیری بالاتری در درمان‏های نوین (مانند روش‏های دارورسانی) وجود دارد. این امر نقطه‏ مقابل نقش نوآوری‏ در بخش‏های دیگر است که میزان ریسک در آن‌ها بیشتر از مزایا تصور می‌شود. بخش پیش‌رو بر حوزه مقررات متمرکز بوده و بخش‌هایی را پوشش می‌دهد که در آن نانودارو (به عنوان مبحثی گسترده از همگرایی فناوری که دارورسانی، بخشی از آن است) به‌وسیله‌ی برخی از ساختارهای مقرراتی پیچیده‏ موجود، مدیریت شده است.

2-2-4-1- محیط‏های تنظیم قوانین چندگانه: مثال‌هایی از نانودارو
در حالی که پیش‌بینی می‌شود نوآوری در نانودارو به طور چشم‌گیری بخش مراقبت‏های بهداشتی را دستخوش تغییر نماید، اما به چالش کشیده ‌شدن تصورات، پویایی، استانداردهای موجود (مربوط به مسائل اخلاقی، بیمار و ایمنی محیط‌زیست) و همچنین طرز اداره آن‌ها چندان دور از انتظار نیست[76]. اکثر مطالعات در حوزه مدیریت فناوری نانو برای یافتن ریسک‌ها، قوانین و استانداردها، روی خود فناوری نانو‌ها (عموما نانومواد) تمرکز دارند.

راهکار دیگری که در خصوص فناوری نانو‏های همگرا وجود دارد، درنظرگرفتن کاربردهای بالقوه‏‏ آن‌ها و نحوه مدیریت در راستای کاهش ریسک و افزایش سود و بهره‌وری است. درنظرگرفتن چنین مواردی در حوزه‏‌هایی مانند نانودارو (به عنوان مثال، تحویل دارو) امر مهمی به ‏شمار می‏آید؛ به خصوص زمانی که شکل‌های پیش‌بینی‌شده‌ای از قوانین در حال اجرا باشد (به جای انتظار برای قانون‌گذاری).

مطالعات پیرامون نوآوری حاکی از آن است که یک بازگردانی یا نگاشت (translation) از فناوری‏های نویدبخش به محصولات موجود در جامعه وجود دارد. این بازگردانی در سطح صنعتی و در بخش‌های خاصی از آن اتفاق می‏افتد. بازگردانی اغلب پیکربندیِ پایدار از بازیگرانی است که در فرایند تبدیل یک فناوری اصیل (original technology) به محصولات یا تجهیزات، ارزش‌افزایی می‌کنند.

در شکل 4، فعالیت‌های کلیدی در خلق و ترویج فناوری‌های همگرا در حوزه بهداشت و درمان (شامل فناوری نانو) به تصویر کشیده شده است. در سمت چپ، تولید دانش و مواد جدید در آزمایشگاه‌ها و مراحل توسعه تولید (جایی که فناوری نانو همگرا، به محصول تبدیل می‌شود) نمایش داده شده است. در کنار محیط‌های مقرراتی تولید نانومواد، هر یک از سه مسیر توسعه محصول دارای محیط مقرراتی در حال بلوغی هستند که برای فناوری‌های همگرا طراحی نشد‌ه‌اند.

مرزهای بین محصولات، تجهیزات و درمان‏های پزشکی با پیشرفت روزافزونی که در این حوزه‏ کاربردی ادامه دارد، روز به روز کم‌رنگ‌تر می‌شوند. همگرایی بین این موارد، عمدتاً با نام «محصولات مرزی» شناخته می‏شود و تاکنون رایج‏ترین محصولات مرزی شناخته‌شده، بین تجهیزات پزشکی و محصولات دارویی تولید شده‌اند. برای اینکه تعیین کنیم یک محصول، یک ابزار یا یک دارو است، باید تعریف هر کدام را در کنار ویژگی‏های محصول و نیز عملکرد آن در بدن انسان و هدف نهایی محصول مدنظر قرار دهیم.

ملزومات نظارتی برای فرایندهای پیش از عرضه به بازار و یا پس از آن، متناسب با نوع دسته‏بندی اعمال می‏شود و این کار منجر به تغییراتی در مسیرهای مقرراتی موجود در تجهیزات پزشکی، محصولات پزشکی یا روش‌های درمانی می‌شود. به عنوان مثال، راهنمای تجهیزات پزشکی اروپا[77]، با این فرض تدوین شده‌ است که راهنمای موجود برای تشخیص در شرایط آزمایشگاهی مناسب نیست.

چندین استاندارد هماهنگ برای انواع خاصی از تجهیزات، همانند حالت استاندارد تجهیزات آزمایشگاهی طراحی شده‏اند. در صورتی که از این استانداردها برای تجهیزاتی که در شرایط آزمایشگاهی نیستند استفاده شود، امکان تأیید قانونی وجود ندارد. همچنین در مواردی مطرح شده‏ است که کم‌رنگ‌ترشدن مرزهای سنتی، پتانسیل آن را دارد که صلاحیت سازمان‌ها و نهادهای مسئول ارزیابی و صدور مجوزهای قانونی مربوط به محصولات مرزی را به چالش کشاند.

پزشکی شخصی‌سازی‌شده یکی از حوزه‏های کلیدی است که همگرایی فناوری نانو نویدبخش تحولاتی بالقوه در آن است. بستر‌های دارورسانی چندگانه یک گزینه محتمل برای تغییر از داروهای مرسوم به پزشکی شخصی‌سازی‌شده هستند. همچنین، اگر به زیست‏شناسی مصنوعی (به عنوان یکی دیگر از حوزه‏های فناوری همگرا) بنگریم، انتظار می‏رود داروها در آینده با روش‌های زیست‏شناسی مصنوعی تولید شوند که این امر چالش‏هایی برای قانون‌گذاران و نهادهایی که قصد پیروی از مقررات را دارند به دنبال دارد. از آنجایی‏که چارچوب نظارتی برای زیست‏شناسی مصنوعی همچنان در حال توسعه است، به طور منطقی انتظار می‏رود که تولید دارو با استفاده از یک روش همگرای نانو (زیست‏شناسی مصنوعی) تحت چارچوب نظارتی ارگانیسم‌های اصلاح‌شده‏ ژنتیکی[78] (GMO) قرار گیرد. این امر پیامدهایی را به‏دنبال خواهد داشت، چرا که با این کار حوزه مزبور به روش‌های رایجی که در حاکمیتی GMO وجود دارد مرتبط می‏شود.

2-2-5- ملاحظات کلیدی
دارورسانی مبتنی بر نانو در نتیجه همگرایی موارد زیر، عناصر متعددی را در یک درمان با هم ادغام می‌نماید.

- رشته‏های مرتبط با توسعه‏‏ نانوحامل‏ها[79] (به عنوان مثال علم مواد، زیست‏شناسی مولکولی و علوم دارویی)

- ساختارهای صنعتی (به عنوان مثال به‌کارگیری علم نانو در زیست‌فناوری و صنایع دارویی)

پیچیدگی این نوع همگرایی، ما را به سطح بالایی از همکاری و بحث‏ نیازمند می‌کند تا اولویت‌بندی‌ها مشخص شود و‏ فناوری و نقشه‏راه صنعتی توسعه یابد. مسئله‏‏ کلیدی در این مرحله و نیز به طور گسترده در نانوداروها، مقررات است. از آنجایی‏که بیشتر مثال‏های دارورسانی مبتنی بر نانو، توصیف‌شده در این بخش، در قالب‏های نظارتی مختلفی قرار می‏گیرند، چالشی جدی پیرامون توسعه محصولات در این حوزه وجود دارد.

2-3- فناوری عصبی برای سلامت و رفاه
در ادامه تقاضای فزاینده برای توسعه فناوری‏های عصبی (علم مطالعه آثار دارو بر روی سیستم عصبی – مترجم) مورد بررسی قرار می‌گیرد و یک ناپیوستگی میان شرکت‌های سازنده در زنجیره ارزش به نمایش گذاشته می‌شود. در سطح تحقیقاتی، تمرکز مطالعات روی بهبود عملکرد فصل مشترک سیلیکون- نورون است و در این مطالعات از فناوری‏های نانو به طرق مختلف استفاده می‌شود. این در حالی است که کاربردهای صنعتی همچنان بر بهبود تدریجی فناوری‏های با عملکرد نسبتاً پایین تمرکز دارند. همچنین، به نظر می‏رسد تعاملات عمومی و انعکاس اجتماعی در این حوزه از فناوری‏های همگرا، تنها بخشی از فعالیت‏های واقعی انجام‌شده در آزمایشگاه‏ها یا شرکت‏ها را نشان می‌دهد و به جای آن بر چشم‏انداز NBIC در بهبود زندگی انسان تمرکز دارد.

2-3-1- محرک‌های سیاست‌‌گذاری کلی – نویدها (چرا مردم به این موضوع علاقمندند؟)
از اوایل دهه‏ 2000 میلادی، فناوری‏های عصبی بخشی از چشم‏انداز NBIC و فناوری همگرا به‏شمار می‏رفته‌اند. افزایش عملکرد شناختی انسان با هدف بهبود زندگی بشر و نیز به کارگیری در بخش‏های درمانی همچون اندام‏های مصنوعی پیشرفته، هسته‏ اصلی مباحث NBIC بوده ‏است.

فناوری‏های عصبی در حال حاضر تنها بخش کوچکی از بازار مراقبت‏های بهداشتی را به خود اختصاص داده‏اند و این درحالی است که این بازار رشد خوبی داشته است و احتمالاً این موضوع ‏نشانگر‏ اثر و بازده کم داروهای مربوط به اختلالات عصبی (به عنوان مثال، بیماری آلزایمر و بیماری صرع) است. شواهد میلر[80] (2010) حاکی از این است که تعدادی از شرکت‏های بزرگ دارویی در حال انتقال سرمایه‏ از دارو‏های روانپزشکی به سمت فناوری‏های عصبی هستند. او مثال‏هایی از سرمایه‏گذاری Pfizer (یک شرکت آمریکایی در زمینه فناوری عصبی) در بخش عصبی را در مقاله خود آورده ‌است[81].

در کنار این روند (انتقال از داروهای روان‌پزشکی به سمت فناوری‏های عصبی) ، میزان تقاضا برای مراقبت‌های درمانی در حال افزایش است. این امر نسبت مستقیمی با افزایش جمعیت سالمند (که در آن‌ها اختلالات عصبی غالب است) ، افزایش درک از عملکرد مغز و پیشرفت‏هایی در کشف و‌شناسایی اختلالات روان‌پزشکی دارد.

2-3-2- تحقیقات علمی
رابط الکترونیکی- عصبی از اوایل دهه 1990 با تحقیقات پیشگام پیتر فرومهرز[82] که سلول‏های زنده عصبی را به مدارهای مجتمع[83] متصل نمود، ظهور یافت. سلول‏های عصبی یا نورون‏ها، همانند مدارهای الکتریکی، از طریق پتانسیل الکتریکی با یکدیگر در ارتباطند. بنابراین، ایده استفاده از پتانسیل الکتریکی به عنوان ابزاری برای ارتباط بین یک سلول زنده و یک ماشین، چندان دور از واقعیت نیست.

از هنگامی که کوین وارویک[84] در دانشگاه ردینگ (Reading) انگلستان توانست یک تراشه‏ رایانه‌ای را در عصب‌های بازوی خود بکارد تا بتواند یک دست رباتیک را از راه دور و از طریق اینترنت کنترل نماید، رابط الکترونیکی- عصبی توسعه یافت (این کار مثالی از همگرایی علوم زیستی، اطلاعاتی و شناختی بود). وی این آزمایش را با عنوان «ارتقای بدن انسانی»[85] ارائه کرد.

ملاحظات اخلاقی محدوده وسیعی شامل کاشت‏های ارتقادهنده زندگی معلولان ذهنی و جسمی و ایده‏های ارتقای بدن انسان و افزایش عملکرد آن را در برمی‌گیرند.[86] با این حال، هنوز بحث‌های زیادی درباره وضعیت آینده با وجود ارتقاهای انسانی مطرح می‌شود.

روند تحقیق ‌و توسعه در سطح جهانی تاکنون بیشتر بر رشد و نگهداری سلول‌های عصبی زنده، بر روی آرایه‌هایی از کاوشگرها (پروب‌ها) متمرکز بوده است. بدین ترتیب ارتباطات متعددی با نورون‌ها و برش‌های مغز ایجاد می‌شود. در این حوزه فناوری نانو نقش به سزایی ایفا می‏کند. ویژگی کاربردی سطحی آرایه‏های سیلیکونی به‏گونه‏ای که با سلول‏های عصبی سازگاری زیستی داشته باشند و سلول‏های عصبی را در جای خود نگه‏ دارند (سلول‌های عصبی تمایل به مهاجرت در عرض سطوح دارند) ، چالش اصلی برای سطوح نانویی این آرایه‏ها به شمار می‌رود. همچنین خود کاوشگرهای جراحی به‏تنهایی در اندازه کوچکتر از میکرون بوده و استفاده از روش‌های نانوساخت این تجهیزات، ضروری به نظر می‌رسد.

با این حال، واضح است که تاکنون، کاربرد تجاری انگشت‌شماری برای فناوری‏های عصبی مرتبط با نانو وجود داشته است که در ادامه مورد بحث و بررسی قرار می‌گیرند.

2-3-3- توسعه و ساخت محصول
یکی از حوزه‏هایی که در حال حاضر از فناوری‏های عصبی با عملکرد نسبتاً پایین بهره می‏برد، تحریک عمیق بخش‏های خاصی از مغز برای اختلالات درونی[87] و روانی است. تحریک عمیق مغز (دی‌بی‌اس) ، که در واقع به کارگیری الکترودهای تحریک‏کننده در ساختارهای عمیق مغز مثل هسته‏ ساب‌تالامیک[88] و گلوبوس پالیدوس[89] است، به عنوان روشی برای درمان بیماری پارکینسون، ترمور اسنشیال[90] (essential tremor) و سایر اختلالات حرکتی در چند دهه‏ گذشته گسترش یافته است. این حوزه همچنان در مراحل ابتدایی خود قرار دارد، به‏گونه‏ای که تمرکز بر حوزه‏هایی است که گزینه‌های دارویی در آن‌ها محدود است؛ اگرچه همچنان تاریخچه قابل‌توجه‌ای دارد. از زمانی که نخستین دی‌بی‌اس (DBS) تالاموس برای درمان بیماری پارکینسون به صورت موفقیت‏آمیز صورت پذیرفت، تاکنون بیش از 50.000 بیمار تحت فرایند کاشت الکترودهای محرک عمیق مغز[91] قرار گرفته‌اند. باور بر این است که دی‌بی‌اس نسبت به روش‌های جراحی (مثل برداشت بافت (ablation) و غیرفعال‌سازی اعصاب (lesioning) ) و داروهای عصبی (که اغلب اثرات غیر قابل بازگشتی دارند) مفیدتر دارد. نسبت به سازوکار عملکرد دی‌بی‌اس درک محدودی وجود دارد، اما با این حال، مؤثربودن آن برای تعدادی از اختلالات حرکتی و روانی اثبات شده‏ است.

 با وجود کاربرد خاص دی‌بی‌اس، از نظر بسیاری از محققان، این روش در آستانه‏ به کارگیری در موارد متعدد دیگری است که توجه جراحان مغز و اعصاب، سازندگان تجهیزات پزشکی و نیز قانون‌گذاران را به خود جلب کرده ‏است. دی‌بی‌اس تحت بررسی‏های بالینی است تا بتوان از آن در گستره‏ وسیعی از بیماری‌های عصبی و روانی مثل صرع، اختلال کشیدگی طبیعی عضلانی، سندرم تورت[92]، افسردگی، سردرد خوشه‌ای[93] و اختلالات وسواس فکری و عملی استفاده کرد. آزمایش‌هایی روی تجهیزات عصبی برای بیماری صرع به‌وسیله‌ی شرکت مدترونیک (Medtronic) انجام گرفته ‌است که در آن، از تجهیزات سانته (SANTE، تحریک هسته قدامی تالاموس در صرع) و فناوری دی‌بی‌اس استفاده شده ‌است.

با این حال، توسعه و ساخت محصول در زمینه‌ همگرایی مبتنی بر فناوری نانو همچنان اندک ‌است. چنین نتایجی با توجه به اینکه سرمایه‌گذاری زیادی در بخش تحقیق‌وتوسعه فعالیت‌های مبتنی بر نانو در حوزه‌ رابط‌های الکترونیکی-عصبی انجام‌گرفته، عجیب به نظر می‌رسد. برای بررسی بیشتر این مساله، در بازه‌ زمانی 2008 تا 2009، فعالیت‌هایی در قالب بخشی از برنامه‌ ارزیابی فناوری شبکه‌ اروپایی تعالی (FRONTIER) [94] با همکاری آی‌مِک (IMEC) [95] انجام گرفت. هدف از این کار، بررسی توسعه‌ آتی و بالقوه‌ فناوری تحریک عمیق مغز با تمرکز ویژه بر فناوری نانو بوده است[96]. با توجه به اینکه از فناوری نانو‌های عصبی در توسعه‌ محصول استفاده چندانی نشده است، یک گروه تحقیقاتی در زمینه‌ زیست‌الکترونیک در آی‌مِک، در تلاش است تا مسیرهای احتمالی (منطبق با خط مشی شرکت) منتج به فناوری‌های نوین را بیابد. این گروه امیدوار است که این فناوری‌ها سطح مراقبت‌های بهداشتی را بهبود دهد.

کارگاه یک‌روزه‌ای با حضور جراحان مغز و اعصاب، تولیدکنندگان تجهیزات پزشکی، دانشمندان حوزه‌ نانو، متخصصین در زمینه‌ انتقال فناوری و جامعه‌شناسان برگزار شد تا چالش‌هایی که نوآوری‌های مرتبط با نانو در دی‌بی‌اس با آن‌ها روبرو است را مورد بررسی قرار دهد.

نکته‌ای که باید در نظر گرفت، وجود یک «بازی انتظار[97]» است؛ به این معنا که سازندگان بزرگ تجهیزات پزشکی منتظر پیشرفت‌های تحقیقاتی مؤسسات دیگر هستند و خود به ‌تنهایی سرمایه‌گذاری نمی‌کنند. همچنین یک «بازی پیش‌برد فناوری[98]» نیز وجود دارد که در آن، محققان و شرکت‌های کوچک، فناوری موجود در فاز تحقیقاتی را به سمت بازار هدایت می‌کنند.

از جایگاه مصرف‌کنندگان فناوری که در حقیقت جراحان مغز و اعصاب هستند، به این نکته اشاره شد که فناوری‌های ارتقایافته در جراحی نیاز به منابع بیشتری (که شامل زمان نیز می‌شود) در نظام سلامت دارند. تحلیل هزینه‌ درمان باید دربرگیرنده‌ تمام جوانب از جمله امکانات پیش و پس از درمان باشد. ابزارهای آموزشی نیز مشکلی جدی برای فناوری‌های جدید پزشکی محسوب می‌شوند؛ چرا که سازندگان تجهیزات ملزم به تأمین اطلاعات و آموزش‌ پیرامون محصول ارائه‌شده هستند. عدم هماهنگی میان محققان فناوری عصبی مرتبط با نانو، سازندگان تجهیزات پزشکی و جراحان مغز و اعصاب، مانع از پدیدآمدن یک زنجیره‌ ارزش مشخص می‌شود.

مثال بالا نشان می‌دهد که حتی در گام‌های اولیه استفاده از فناوری عصبی در تحریک عمیق مغز، مشکلات هماهنگی بین اعضای بالادست و پایین‌دست زنجیره‌ ارزش وجود دارد. این مشکلات شامل اعتماد پزشکان به فناوری‌های جدید، وجود پوشش بیمه، مدیریت امکانات، مسائل پیرامون طول عمر فناوری و بیمار، به کارگیری عناصر جدید فناوری در تجهیزات و مدل‌ها و استانداردهایی برای تولید محصولات سازگار و ایمن است. این مسائل برای فناوری نانو‌های همگرا نیز با توجه به ماهیت چندمنظوره‌ آن‌ها تشدید می‌شود.

2-3-4- اثرات روی جامعه، مباحث عمومی و مدیریتی
اکثر مباحث اولیه‌ NBIC در سطح جهانی[99] بر ارتقای عملکرد انسان از هر دو جنبه فردی و اجتماعی متمرکز بوده ‌است. دستاوردهای حوزه پزشکی مانند ایمپلنت‌ها (مانند محرک‌های عمیق مغز که در بالا به آن‌ها اشاره شد) و اندام‌های مصنوعی با کاربردهای پزشکی، اغلب با ایده‌ «تقویت عملکرد ماورای انسان سالم» تلفیق شده ‌است.

پر واضح است که اکثر بحث‌های پیرامون پیامدهای اخلاقی و اجتماعی فناوری‌های همگرا از اوایل دهه‌ 2000 میلادی، عمدتاً بر بهبود عملکرد انسان متمرکز شده‌اند ‌و به مسائل مربوط به حال و آینده احتمالی بی‌توجه بوده‌اند. نوردمن و ریپ[100] تا آنجا پیش می‌روند که وجود ضوابط اخلاقی فرضی (less speculative ethics) کمتری را خواستارند[101]. آن‌ها عنوان می‌کنند، زمانیکه یک تقاضا (یک بازار) برای اصول اخلاقی در فناوری‌های جدید وجود دارد؛ اخلاق‌گرایان، فلاسفه و جامعه‌شناسان، با عرضه‌ بیش از اندازه اصول اخلاقی فرضی به این تقاضا پاسخ می‌دهند. این افراد چنین اصولی را به‌ صورت زیر تعریف می‌کنند:

«اصول اخلاقی فرضی در زمان به جلو جهش می‌کنند. تمرکز این اصول، بر ملاحظات اخلاقی در جهان مملو از مواد پیشرفته، ترانوستیک[102]، گرد و غبار هوشمند در هوش محدوده‌ای و ارتقای انسانی است. اصطلاحات «اگر و آنگاه» توسعه فنی‌‌ احتمالی را عنوان می‌کنند و سپس نتایجی را بیان می‌کنند که به‌نظر می‌رسد خواستار توجه فوری باشند.

«آنچه که در نیمه‌اول جمله وجود دارد، به‌نظر می‌رسد تنها یک احتمال و آینده‌ای فرضی باشد (در بخش اگر) ، سپس به چیزی اجتناب‌ناپذیر در نیمه‌دوم جمله (بخش "آنگاه") تبدیل می‌شود. همچنآنکه در این ساختار فرضیه‌ اولیه جای خود را به یک شیء واقعی می‌دهد، آینده‌ای که فرضی بوده ‌است حال را تحت‌الشعاع خود قرار می‌دهد.»

مروجین اینگونه اصول اخلاقی، اغلب به این نکته اشاره می‌کنند که جامعه (شامل محققان، سیاست‌گذاران، صنعتگران و غیره) بایستی درباره تغییرات بالقوه‌ در مراحل اولیه، تفکر کنند؛ حتی اگر احتمال وقوع این تغییرات بسیار کم باشد.

نوردمن و ریپ با این حال به این مسأله تأکید دارند که بحث‌هایی که در موافقت یا مخالفت با اصول اخلاقی فرضی انجام‌ می‌شود، متأثر از وجود «معضل کلینگریج[103]» است. این معضل بیان می‌کند، در حالی که تغییر خط مشی یک فناوری در مراحل اولیه‌ آن آسان‌تر است، پیش‌بینی نحوه تکامل آن دشوار خواهد بود و این امر ناشی از وضعیت اولیه آن است. عکس این قضیه نیز برقرار است؛ به طوری که در مراحل بعدی، زمانی که یک فناوری به‌ خوبی توسعه یافت، تغییر شکل و عملکرد آن فناوری به‌گونه‌ای که نیازهای مختلفی را برآورده کند، امری دشوار خواهد بود (به عبارتی آینده واضح‌تر است، اما توانایی تغییر آن دشوارتر است).

در سال 1995، یک حد اعتدالی[104] در قالب فرضیه‌سازی (speculation) کنترل‌شده پیرامون مسائل اخلاقی و اجتماعی و نتایج آن‌ها پیشنهاد گردید. در این راستا، طرح فناوری نانو هلند، یک برنامه‌ ارزیابی فناوری (TA-NanoNed) ارائه نمود تا با استفاده از آن ابزارهای مورد نیاز برای فرضیه‌سازی (speculation) کنترل‌شده را فراهم سازد. به این ترتیب سیستم‌ها و روش‌های متعددی برای کنترل فرضیه‌سازی و اتصال آن به پویایی واقعی، توسعه یافت. ارزیابی سازنده‌ فناوری[105] (CTAT) ، که در آن ارزیابی فناوری، بخشی از تولید علوم و حوزه‌های فناوری‌ نوین است، یک نقطه‌ شروع محسوب می‌شد[106]. شکل‌های متفاوتی از این رویکرد در نقاط مختلفی از جمله ایالات متحده (ارزیابی هم‌زمان فناوری) و اروپا (ارزیابی چشم‌انداز[107]) مشاهده می‌شود.

2-3-5- ملاحظات کلیدی
این مثال به تلاش‌های قابل‌توجهی در حیطه‌ همگرایی فناوری‌های عصبی در تحقیق ‌و توسعه علوم طبیعی، توسعه‌ محصولات صنعتی، مطالعات اجتماعی و پژوهش‌های علوم انسانی اشاره دارد. واضح است که در هر کدام از زمینه‌های فوق، وسعت فعالیت فناوری عصبی (مرتبط با نانو) متفاوت خواهد بود که در ادامه به آن‌ها پرداخته می‌شود:

- برای دانشمندان و محققان: هدف در اینجا استفاده از فناوری نانو برای ارتقای عملکرد رابط‌های الکترونیکی- عصبی است.

- برای صنعت: در اینجا تمرکز روی فناوری‌های عصبی با عملکرد پایین است که کاربرد درمانی به دنبال داشته باشند. این موضوع صرف نظر از تمرکز محققان روی فناوری‌های با عملکرد بالا است.

- در سطح علوم اجتماعی: در اینجا تمرکز مباحث بر ارتقای انسان به عنوان چشم‌انداز NBIC است. بنابراین در مورد آینده بسیار فرض‌گرایانه عمل می‌شود و در مقابل بر نگرانی‌های اخلاقی امروزی تمرکز می‌شود.

از آنجایی که مرکز توجه و تمرکز دست اندرکاران و مسئولین مختلف در زنجیره‌های نوآوری و ارزش، با یکدیگر متفاوت است، این تفاوت مانعی برای تحقق اکثر وعده‌های اولیه‌ای است که توسعه‌ فناوری‌های عصبی آن‌ها را به ‌دنبال خواهد داشت.

2-4- ایمنی و امنیت غذایی
این مثال نشان‌دهنده‌ فعالیت‌های تحقیقاتی گسترده و متنوع در زمینه‌ی فناوری‌های حسگری است که همگی ریشه در همگرایی فناوری‌های مرتبط با نانو دارند. این مثال همچنین به این نکته اشاره می‌کند که تاکنون جز مواردی در حوزه‌ فرآوری غذایی و کنترل کیفیت، کاربرد این فناوری‌ها محدود بوده‌ است. در نتیجه، بحث درباره اثرات آن روی جامعه، مباحث عمومی و مدیریت نیز محدود بوده و به جزئیات بیشتری اشاره نشده ‌‌است. تمرکز این مثال بر روی حوزه‌های مهم و بالقوه فناوری حسگرها در زمینه‌ مواد غذایی و نیز چالش‌هایی است که به هنگام افزایش فعالیت‌های مرتبط با توسعه محصول، رخ می‌دهد.

2-4-1- محرک‌های سیاست‌‌گذاری کلی
فناوری نانو‌ نویدبخش ارتقای قابل‌توجه در مقوله‌های عیب‌یابی و حسگری است که در آن، بستر‌های مختلف فناوری نانو برای کاربردهایی در زنجیره تولید مواد غذایی، توسعه می‌یابد (شکل 6 را مشاهده ‌کنید).

در این بخش مثال‌هایی از فناوری‌های حسگر در زمینه‌ تولید، توزیع و امنیت مواد غذایی آورده شده ‌است. این بخش به توسعه‌‌های متنوع در این حوزه نگاهی داشته و به سه زیرمجموعه‌ تقسیم‌ می‌شود:

1- تولیدات کشاورزی

2- فرآوری مواد غذایی

3- بسته‌بندی و توزیع

2-4-2- تحقیقات علمی
در حوزه تولیدات کشاورزی، تجهیزات تشخیصی و حسگرها به مزرعه‌داران این امکان را می‌دهد که از نزدیک، به شرایط محیطی، رشد و سلامت گیاهان و حیوان نظارت داشته ‌باشد. بدین ترتیب به عنوان بخشی از کشاورزی، کشاورزان با اقدام هدفمند، به هنگام و سریع می‌توانند میزان تولید را افزایش و در عین حال، مصرف مواد شیمیایی را کاهش دهند (به عنوان مثال، آنتی‌بیوتیک‌ها، آفت‌کش‌ها و مواد مغذی). حسگرها و تجهیزات تشخیصی امکان اندازه‌گیری متغیرهای مهمی را در کشاورزی فراهم می‌سازند که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

·         وضعیت فیزیولوژیکی محصولات (نرخ رشد، میزان مواد مغذی، میزان رسیده‌شدن محصول، وضعیت بیماری)

·         وضعیت فیزیولوژیکی دام (درجه حرارت بدن، سرعت تنفس، زیست‌شیمی خون، وضعیت بیماری)

·         تشخیص حضور و‌شناسایی آفات و پاتوژن‌ها

·         متغیرهای محیطی (درجه حرارت محیط، میزان آب و مواد مغذی در خاک)

این متغیرها همچنین در اندازه‌گیری‌ اثرات زیست‌محیطی فرایند کشاورزی به ویژه میزان سموم و کودهای شیمیایی در خاک و زه‌آب ضروری هستند. انواع مختلفی از حسگرها و سیستم‌های تشخیصی مبتنی بر فناوری نانو وجود دارند که کاربردهای بالقوه‌ای در صنعت کشاورزی دارند (جدول 3 را مشاهده ‌کنید).

 

 
فناوری میکروسیستم‌ها بالغ است. توسعه‌های فناوری نانو هنوز در مرحله اولیه و تحقیقات کاربردی قرار دارد.
به‌طور بالقوه تمام متغیرهای مطلوب
ندهای حسگر که می‌توانند در یک ناحیه پخش شوند و متغیرهای موضعی را اندازه‌گیری کنند و به یک واحد پردازش مرکزی، گزارش نمایند.
شبکه‌های حسگر
حسگرهای زیستی از مولکول‌های زیستی برای تشخیص اهداف استفاده می‌کنند. با این حال، شکل این حسگرها از نوع مولکول‌های آزاد تا انواعی که محدود به یک بستر هستند (مثل نانوذرات، نانوسیم‌ها، نانولوله‌ها و فیلم‌های نازک) متغیر است. برهم‌کنش بین هدف و حسگر زیستی می‌تواند به طور مستقیم یا غیرمستقیم از روی تغییراتی همچون رنگ، فلورسانس و پتانسیل الکتریکی، اندازه‌گیری شود. زمانی که حسگر به صورت آرایه‌ای قرار می‌گیرد، چندین مولکول زیستی در یک بستر ثابت نگه‌ داشته می‌شوند. این ویژگی امکان اندازه‌گیری تعداد زیادی از اهداف را به صورت هم‌زمان فراهم می‌کند.

در صنایع کشاورزی و محیط زیست آنچه توجه زیادی را به خود جلب کرده ‌است، توسعه‌ فناوری‌های مبتنی بر استیلکولیناستراز[108] و تیروزیناز[109] است. استیلکولیناستراز، آنزیمی است که مسئول دریافت و تحویل سیگنال‌های عصبی در گونه‌های مختلفی از جانداران است و عملکرد آن به‌وسیله‌ی انواع خاصی از آفت‌کش‌ها و همچنین فلزات سنگین، مختل می‌شود. این اختلال را می‌توان به‌وسیله عدم توانایی استیلکولیناستراز در کاتالیزکردن واکنش بستر اندازه‌گیری نمود. علامت مشابه دیگر اسیدی‌شدن بستر است. این افزایش در میزان اسیدی‌بودن را می‌توان از طریق الکتروشیمی یا با استفاده از یک مولکول رنگی که به تغییرات اسیدی/بازی حساس بوده و تغییر رنگ یا فلورسانس از خود نشان می‌دهد، اندازه‌گیری نمود. تیروزیناز می‌تواند به عنوان کاتالیز در اکسایش ترکیبات فنولی عمل کند. این ترکیبات در بسیاری از فاضلاب‌های صنعتی وجود دارند و همچنین به عنوان آفت‌کش مورد استفاده قرار می‌گیرند.

حسگرهای تک مولکولی می‌توانند به یک الکترود متصل شده یا در قالب ماتریس یا هر کپسول دیگری، در محفظه قرار گیرند. برای فناوری‌های مرتبط با نانو، لیپوزوم‌ها، تک‌لایه‌ای‌های خودمونتاژ[110]، نانولوله‌های کربنی و نانوذرات، حسگرهای بالقوه و نویدبخشی محسوب می‌شوند. هر یک از این موارد، با کمک نانوذره قادرند حساسیت بیشتری را فراهم ‌کنند. نانوذره در این فرآیند می‌تواند به تعداد بیشتری از مولکول‌های زیستی اجازه حضور داده یا دسترسی بیشتری به ماده تحت‌شناسایی دهد.

هر روشی که استفاده شود، حساسیت آن بیشتر از حساسیت لازم برای تشخیص کمینه محدوده‌های ایمنی قانونی است. حسگرهای استیلکولیناستراز علاوه‌بر اینکه مختص آفت‌کش‌های خاصی نیستند، تولید ارزانی داشته و برای یک اندازه‌گیری کامل مناسبند. بدین ترتیب ابزاری برای ارزیابی سریع در محیط و در صورت نیاز استفاده از آن در یک آزمایشگاه تحلیلی فراهم می‌آورند. با این حال، تاکنون تلاشی برای استفاده از این حسگرها در محیط واقعی با نمونه‌های ناخالص انجام نشده ‌است.

می‌توان از فناوری‌های آرایه‌ای در مراحل مختلفی از زنجیره‌ غذایی از قبیل تشخیص وجود پاتوژن‌ها در دام یا محصولات، اندازه‌گیری میزان سموم یا مواد مغذی در خاک و نظارت بر کیفیت غذای فرآوری شده استفاده نمود. آرایه‌های زیستی، قابلیت اندازه‌گیری و کمی‌سازی هم‌زمان مواد مختلفی (و در بعضی موارد هزاران مورد) را دارند. این‌‌گونه آرایه‌ها، فناوری کاملی محسوب می‌شوند که به‌وسیله‌ی تعدادی از شرکت‌های مختلف ساخته شده و در حوزه‌های گوناگونی از جمله تشخیص بالینی، نظارت زیست‌محیطی و تحقیقات علوم زیستی کاربرد دارند.

فناوری نانو، حوزه آرایه‌های زیستی را نیز تحت تأثیر قرار داده است. از جمله مزایایی که استفاده از فناوری نانو در این حوزه به دنبال دارد، کوچک‌سازی بیشتر، امکان اندازه‌گیری تعداد بیشتری از متغیرها، حساسیت بالاتر (در نتیجه‌ احتیاج به نمونه کمتر) ، نرخ‌شناسایی سریع‌تر (بنابراین بازخوانی سریع‌تر) و‌شناسایی روش‌های نوین (مانند روش‌های الکترونیک، رنگ‌سنجی، فلوئورسنجی و تغییرات جرم) است.

نانوآرایه‌های زیستی، مولکول‌های زیستی متعددی را به یک بستر متصل می‌کنند؛ به‌گونه‌ای که هریک از این مولکول‌ها به طور جداگانه‌ای قابل آدرس‌دهی هستند. این آرایه‌ها با استفاده از تعدادی مولکول زیستی متفاوت ساخته می‌شوند، اما تمایل دارند روی پروتئین‌هایی (یا بخش‌هایی از پروتئین) نظیر پادتن‌ها و آنزیم‌ها و یا روی DNA و RNA تجمع یابند. این موارد فناوری‌های پیشرفته‌ای هستند که به‌وسیله‌ی شرکت‌های متعددی برای استفاده در علوم‌شناسایی و تحقیقات بنیادی (از جمله پزشکی قانونی و پزشکی) توسعه و عرضه شده‌اند. تاکنون این فناوری‌ها به طور گسترده بر مبنای فناوری‌های میکروسیستمی توسعه‌ یافته‌ و در محیط‌های آزمایشگاهی برای اندازه‌گیری غلظت آنالیت در نمونه‌های شبه‌خالص (به عنوان مثال، نمونه‌های فیلترشده یا بافری) استفاده شده‌اند.

آرایه‌های کانتیلور (انبرک) [111] یکی از جذاب‌ترین کاربردها هستند. این آرایه‌ها مولکول‌های مشخصی را در یک محیط مخلوط‌شناسایی می‌کنند. این‌شناسایی از طریق پیوندهای یک مولکول گزارش‌گر[112] صورت می‌پذیرد که در نتیجه‌ آن، جابه‌جایی جرمی در کانتیلور اتفاق می‌افتد. علاوه‌براین، امکان به‌کارگیری این آرایه‌ها در فازهای گاز یا مایع نیز وجود دارد که منجر به رشد بینی یا زبان الکترونیکی می‌شود. پروژه‌ AWACCS[113] یا سیستم اروپایی خودکار تحلیل‌گر آب با پشتیبانی رایانه (European Automated Water Analyser Computer Supported System) ، مثال جالبی است که در آن یک تراشه‌ زیستی نوری با قابلیت فراهم‌سازی اطلاعات مربوط به حداکثر 32 ماده مختلف تولید شد و عملکرد آن در محیط مورد آزمایش قرار گرفت.

2-4-3- توسعه و ساخت محصول
2-4-3-1- کشاورزی دقیق
امروزه کشاورزی در سطح جهان با مسائل متعددی روبرو است که از جمله آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: (الف) به حداکثر رساندن استفاده از زمین در محیط‌های مختلف (ب) استفاده‌ پایا از منابع، به‌خصوص آب تازه (ج) حصول اطمینان از اینکه فعالیت‌های کشاورزی اثر مخربی بر محیط‌زیست نداشته باشند، به عنوان مثال تجمع آفت‌کش و کود.

از طرفی، فرصت‌هایی برای گسترش کشاورزی به حوزه‌های جدید و بهبود عملکرد در حوزه‌های موجود وجود دارد. به عنوان مثال می‌توان به استفاده از آنچه در گذشته به‌عنوان زباله‌ کشاورزی به شمار می‌رفت، در فرایندهای صنعتی اشاره کرد. یکی از حوزه‌هایی که فناوری نانو همگرا قابلیت مشارکت دارد، بخش «کشاورزی دقیق» است.

ترکیب فناوری اطلاعات و فناوری نانو، اغلب زیست‌فناوری، با بهره‌گیری از سیستم موقعیت‌یابی جهانی و شبکه‌های حسگرها و عملگرهای موجود در سرتاسر یک منطقه زراعی، متغیرهای زیست‌محیطی، محصول و آفتی را اندازه‌گیری و گزارش می‌کند (و در بعضی از موارد به آن پاسخ مناسب می‌دهد). این فناوری‌های تلفیقی به طور مؤثر با فراهم‌سازی داده‌ها و اطلاعات، به کشاورز کمک می‌کند تا تصمیم‌گیری بهتری برای انتخاب نحوه‌ آبیاری، کوددهی، کنترل آفت و حتی برداشت اتخاذ نماید. اگرچه این فرایند پرهزینه است، اما به دلیل تقاضا برای محصول با کیفیت‌تر و ملزومات قانونی فزاینده، در حال رشد است.

2-4-3-2- فرآوری غذایی
طبق گفته‌های مقامات ایمنی غذایی اروپا، در مجموع 5311 نوع بیماری حاصل از موادغذایی در سال 2005 گزارش شده ‌است که در نتیجه‌ آن 47251 نفر بیمار شده‌اند. از این بین 5330 نفر بستری و 24 نفر فوت شده‌اند. اکثر بیماری‌ها ناشی از سالمونلا[114] و کامپیلوباکتر[115] بوده ‌است. بسیاری از این بیماری‌ها ناشی از باکتری‌های انتروتوکسین[116] بوده‌ است که به سادگی از مواد غذایی حذف نمی‌شود و در دماهای پخت‌وپز معمولی پایدار می‌ماند. بخشی از این مشکل را می‌توان به‌وسیله تشخیص فساد مواد غذایی از طریق آلودگی ویروسی، قارچی یا باکتری در مراحل مختلف صنعت فراوری غذایی حل نمود. این عملیات بازار وسیعی را به‌ خود اختصاص داده‌ است که ارزش سالانه آن معادل 1.45 میلیارد یورو است و به طور تخمینی 558 میلیون آزمایش در هر سال انجام می‌گیرد که 70 درصد آن مختص باکتری‌های سالمونلا و لیستریاست. بیش از 90 درصد این آزمایش‌ها در آزمایشگاه‌ها انجام می‌شود اما در عین حال، استفاده از کیت‌های آزمایشگاهی سریع نیز روندی رو به رشد دارد.

به طور کلی، این سیستم‌ها باید قادر به‌شناسایی وجود 10 الی 100 ذره‌ عفونی در هر میلی لیتر باشند. در این راستا، بستر‌های متعددی برای حسگرهای زیستی در حال توسعه هستند که بر اساس موادی با ساختار نانو ساخته شده‌اند. اگرچه تحقیقات بسیاری در زمینه‌ توسعه‌ روش‌های الکترونیکی انجام گرفته است، اما تلاش‌هایی نیز در حوزه‌‌شناسایی با استفاده از تغییر جرم و تغییرات نوری در حال انجام است. در هر یک از این موارد، ماده نانوساختار شامل مولکول‌های زیستی است که قابلیت برهم‌کنش را به ویژه با ماده‌ هدف دارد.

اکثر این فناوری‌ها هنوز در مرحله تحقیقات بنیادی هستند. با این حال، شرکت دارویی BioPhage (در کانادا) ، با همکاری مؤسسه‌ تحقیقاتی زیست‌فناوری NRC، حسگرهایی زیستی‌الکترونیکی را توسعه داده‌اند که قادر به تشخیص و تمییز باکتری‌های مختلف از طریق فرایندی به نام حسگری امپدانسی الکتریکی بستر-سلول[117] است. این حسگر در حال حاضر، در مرحله پیش از تجاری‌سازی است و انتظار می‌رود که کاربردهایی در تشخیص باکتری‌ها در آب، مواد غذایی و سیال‌های زیستی[118] داشته باشد.

2-4-3-3- تحویل و بسته‌بندی غذایی
بسته‌بندی مواد غذایی به منظور حفظ مواد غذایی در محیطی پایدار و محافظت از آن در برابر تغییرات محیطی (مثل رطوبت، نور، اکسیداسیون و تغییرات دمایی) ، تخریب‌های فیزیکی و آلودگی به‌وسیله‌ی میکروارگانیسم‌ها (ماکروارگانیسم‌ها) انجام می‌شود. بسته‌بندی فعال، حوزه‌ای است که در آن فناوری نانو با انفورماتیک همگرا شده و انتظار می‌رود اثر قابل توجهی به دنبال داشته باشد. برچسب‌های‌شناسایی فرکانس رادیویی (RFID) ، حسگرهای دمایی و حسگرهای گاز مبتنی بر نانومواد، در حال توسعه هستند و در بعضی موارد تجاری‌سازی شده‌اند.

هم‌زمان با توسعه سیستم مؤثر بسته‌بندی، پیشرفت‌های حاصل‌شده در‌شناسایی کالاها و کنترل موجودی، این اطمینان را می‌دهد که در کل زنجیره‌ تأمین، تحویل مواد غذایی کارآمد بوده و مواد غذایی در شرایط مناسب نگهداری می‌شوند. چنین پیشرفت‌هایی شامل برچسب‌های RFID برای ثبت نقل‌وانتقالات اجناس در تمام مراحل زنجیره تأمین و برچسب‌های دیگری به منظور‌شناسایی و احراز هویت پنهان یا آشکار اجناس می‌شود.

بسته‌بندی هوشمند از طریق تنظیم یک اثر خارجی یا تولید یک متغیر با قابلیت بازخوانی بصری، به محیط پیرامون خود پاسخ می‌دهد. این سیستم بسته‌بندی از مواد زیر استفاده می‌کند:

·         موادی که می‌توانند محیط داخلی ماده غذایی بسته‌بندی‌شده را تنظیم کنند تا کیفیت غذا حفظ شود (به عنوان مثال، به‌وسیله آزادکردن یا جذب موادی خاص).

·          حسگرهایی که اطلاعاتی در مورد تاریخچه‌ نگهداری و ذخیره‌ ماده غذایی در اختیار قرار می‌دهند یا اطلاعاتی در مورد تازگی مواد غذایی فراهم می‌کنند.

·         موادی که می‌توانند آسیب‌های کوچک در ماده غذایی را ترمیم کنند (خود ترمیم‌شونده).

تنظیم محیط داخلی بسته‌بندی، در ساده‌ترین حالت بر اساس کنترل درجه حرارت مواد غذایی انجام می‌شود. تولیدکنندگان غذاهای سرد و تازه تمایل دارند از شرایط مناسب کالا هنگام رسیدن به دست مصرف‌کننده اطمینان حاصل کنند. با این حال، ناپیوستگی‌های اجتناب‌ناپذیری در زنجیره مواد غذایی سرد وجود دارد. به عنوان مثال این ناپیوستگی می‌تواند ناشی از انتقال کالا بین سیستم‌های مختلف حمل‌ونقل باشد. فناوری‌های مبتنی بر حسگر، باید برای بسته‌بندی یک‌شناساگر قابل رؤیت برای تولیدکننده یا مصرف‌کننده فراهم سازند که به‌وسیله این‌شناساگر، تازگی مواد غذایی و اینکه در شرایط دمایی مناسبی در زنجیره‌ تأمین نگهداری شده‌اند، یا تخریب گشته‌اند یا اینکه بسته‌بندی دارای رخنه است، قابل تشخیص باشد. عوامل اصلی در استفاده از این حسگرها، هزینه، عملکرد مناسب در شرایط مختلف و سازگاری با جنس بسته‌بندی است.

توانایی تشخیص وجود اکسیژن در بسته‌بندی‌ها، به عنوان مثال در بسته‌بندی گوشت تازه، در مرحله اول، به ‌گونه‌ای است که به مصرف‌کننده یا تولیدکننده هشدار می‌دهد که بسته‌بندی مورد نظر دچار مشکل شده است یا خیر؛ حتی اگر هیچ‌گونه علائم ظاهری در آن مشاهده نشود. نحوه عملکرد این سیستم‌ها (بسته‌بندی مواد غذایی) ، مبتنی بر تغییر رنگ ماده رنگی در حضور یا عدم حضور اکسیژن است. یکی از محصولات میکروفناوری‌ تجاری‌ در این زمینه، «چشم ایج‌لس[119]» است که در غیاب اکسیژن به رنگ صورتی و در حضور آن به رنگ آبی در می‌آید.

پیش‌بینی می‌شود که پیشرفت‌های به دست آمده با استفاده از نانوذرات، سیستم‌هایی با حساسیت بالاتر تولید کند که پاسخ در آن‌ها سریع‌تر بوده و تغییر رنگ‌ها با شدت بیشتری رخ دهد. به عنوان مثال، محققان در دانشگاه استرات‌کلاید[120] حسگر اکسیژنی بر اساس لایه پلیمر سلولزی هیدروکسی اتیل ساخته‌اند که حاوی نانوذرات تیتانیم دی‌اکسید و رنگدانه آبی تتراسولفونات است. این حسگر در فرآیند بسته‌بندی، تحت نور ماوراءبنفش قرار می‌گیرد و رنگ آن سفید شده (واکنشی که با تیتانیم دی‌اکسید کاتالیز می‌شود) و تا زمانی که در معرض اکسیژن محیط قرار نگیرد، باقی می‌ماند. در صورت وجود اکسیژن، حتی اگر در تاریکی قرار گرفته باشد، به‌سرعت (در طول سه دقیقه) به رنگ آبی تیره باز می‌گردد.

2-4-4- مشاهدات کلیدی[121]
این حوزه از همگرایی فناوری در سطح تحقیق‌ و توسعه فعالیت زیادی انجام می‌دهد. این در حالی است که توسعه‌ محصولاتی که به ایمنی و سلامت مواد غذایی مربوط می‌شوند، ناچیز ‌است. با اینکه در حوزه مزبور، ارزش افزوده نیز وجود دارد، اما انگیزه‌ کافی برای سرمایه‌گذاری در فناوری‌های نوین کم است.

میان کارگذاران و صاحبان صنعت و محققان، یک شکاف ارتباطی وجود دارد که احتمالاً دلیل آن فرصت‌های نسبتاً کمی است که برای ایجاد چشم‌انداز در این حوزه یا برای شفاف‌سازی نیازمندی‌ها از طرف بازار تقاضا (تولیدکنندگان مواد غذایی و پردازنده‌های آن‌ها) وجود دارد.

انجمن‌های سازمان‌یافته در تعیین چشم‌انداز ممکن (که در اوایل این بخش توضیح داده‌شد) ، نقش مهمی را در حوزه نانودارو ایفا می‌کنند. با این حال تعیین چشم‌انداز، ایجاد ارتباط بین تقاضاهای متعدد و تعیین نقشه راه برای تحقیق‌وتوسعه، همیشه به طور طبیعی انجام نمی‌گیرد. با این حال فضایی برای سیاست‌گذاران وجود دارد که به‌کارگیری اینگونه فعالیت‌ها را مورد بررسی قرار دهند.

3. ملاحظات بالقوه سیاستی برای همگرایی فناوری‌های مربوط به نانو
در ابتدای این گزارش، خلاصه‌ای از معنای «فناوری‌های همگرا» و «همگرایی فناوری» ارائه شد. پس از آن، همگرایی فناوری مربوط به فناوری نانو از طریق مطالعات موردی بررسی گردید. با این حال، باید به این نکته توجه شود که این گزارش تنها بر چهار نمونه از کاربردهای در حال رشد‌ این موضوع تمرکز داشته ‌است. موارد مذکور، شش حوزه‌ دیگر را (برای ملاحظات سیاست‌گذاری بیشتر) پیشنهاد می‌کنند که در ادامه به تشریح هر یک خواهیم پرداخت.

3-1- استفاده از اصطلاح «فناوری‌های همگرا» برای تعیین اولویت‌ها مناسب است اما ممکن است منجر به بن‌بست نوآوری شود.
در بحث مربوط به فناوری‌های همگرا و همگرایی فناوری، تداخلی بین استفاده از این دو واژه وجود دارد. این تداخل نه‌تنها باعث سردرگمی شده بلکه در مسیر نوآوری یک مانع به حساب می‌آید. فناوری‌های همگرا و NBIC، اصطلاحات رایجی هستند که در بحث پیرامون اولویت‌ها و تدوین سیاست‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. اصطلاح همگرایی فناوری، با کمک توصیف مواردی حقیقی از همگرایی در سطوح تحقیقاتی و فعالیت‌های نوآورانه در آزمایشگاه‌ها و شرکت‌ها قابل فهم‌تر است.

بنابراین دو واژه‌ فوق، متناظر با دو مجموعه‌ با پویایی متفاوت هستند: یکی در سطح تدوین سیاست و دیگری در سطح فعالیت‌های تحقیق‌وتوسعه. این واژه‌ها در بحث‌های اولیه پیرامون فناوری‌های همگرا و به طور خاص NBIC، در تهییج و به حرکت درآوردن تعاملات، علاقه‌مندی‌ها و منابع گسترده، مفید بودند. در زمان نگارش این گزارش، دو واژه‌ فناوری‌های همگرا و NBIC در مباحث تعیین اولویت‌ها و توسعه‌ فراگیر سیاست‌گذاری متداول بوده، ولی به‌ندرت در سطح فعالیت‌های تحقیق‌وتوسعه و نوآوری استفاده می‌شده است.

برخی از مطالعات اخیر رابطه‌ میان الفاظ مرتبط با تدوین سیاست و تعیین اولویت‌ها و نیز واقعیت منتج‌شده را از نقطه نظر خروجی آن‌ها مورد بررسی قرار داده‌اند. این تحقیقات نشان می‌دهند که اغراق در این زمینه می‌تواند در واقعیت اثری منفی روی خروجی داشته باشد. به عنوان مثال، در یکی از مطالعات اخیر «بن‌بست نوآوری» بررسی شده ‌است و این موضوع به معنای وضعیتی است که در آن، انتظار زیاد منجر به سرکوب توسعه‌ پژوهش و نوآوری شده‌ است. به طور مشابه، در مطالعه‌ دیگری در موضوع سیاست‌های اتخاذشده برای «فناوری‌های همگرا» نقش ترویج افراطی و ایجاد چشم‌انداز در تعیین اولویت‌های درازمدت و عواقب آن در حوزه «همگرایی فناوری» در سطح تحقیق ‌و توسعه و نوآوری، مورد بررسی قرار گرفته‌ است.

جدول 4 شرایطی کلیدی (از جنس محرک‌ها) را به نمایش می‌گذارد که در آن‌ها ترویج افراطی مفهوم فناوری‌های همگرا باعث ایجاد تنش و مشکل در فرایند نوآوری می‌گردد. در این جدول ستون بازی انتظار محرک‌های مرتبط با فرآیند نوآوری و تحقیق‌وتوسعه را نشان می‌دهد. این در حالی است که سایر ستون‌ها شامل محرک‌های مرتبط با مفهوم فناوری‌های همگراست.

این جدول محرک‌ها و نتایج کلیدی را نشان می‌دهد که براساس مثال‌های قبلی، باعث بروز سختی و مشکل در توسعه تحقیقات و نوآوری می‌شوند. فناوری‌های همگرا با وعده‌های زیادی در خصوص وقوع سومین انقلاب صنعتی، زندگی پایدار و بهبود انسان همراه است و این امر اولویت‌بندی را به شدت تحت تأثیر قرار می‌دهد. در این لحظه، ماهیت گسترده و نامحدود وعده‌ها باعث دشواری درک مزایای احتمالی همگرایی می‌شود. این امر باعث بروز عدم قطعیت برای سرمایه‌گذاری در مسیر درست میان بازیگران می‌گردد و عطش آنان را برای سرمایه‌گذاری (ستون بازی انتظار) در واقعیت از بین می‌برد. شکاف میان وعده‌ها برای دستیابی به اهداف گسترده اجتماعی از یک طرف و دستاوردهای فناورانه تحقیق‌وتوسعه از طرف دیگر کاملاً مشهود است. وعده‌ها و تصاویر ذهنی ِموجود، واقعیت‌های توسعه محصولات و محدودیت‌های موجود در ارتباط با تحقیقات علمی را همان‌طور که در گذشته نیز عنوان شد، در نظر نمی‌گیرند.در حالیکه توسعه‌دهندگان فناوری نگران تحقق اهداف هستند، اغراق و بزرگ‌نمایی برای جذب سرمایه اجتناب‌ناپذیر است. وعده‌ها به صورت افراطی ترویج می‌شوند.
توسعه فناوری به وعده‌هایی بازمی‌گردد که هیچ محدودیتی ندارند. توسعه موفقیت‌آمیز به نیروی وعده‌های گسترده بازمی‌گردد در حالی که شکست در توسعه به سایر عوامل مربوط می‌شود.
وعده‌های گسترده به دنبال تعیین اولویت و جذب سرمایه هستند.

اهداف بلندمدت مهمتر از نوآوری‌های حقیقی هستند.
وعده‌های گستردهِ مطلوب، بازیگران را در بازی نگه می‌دارند اما عدم قطعیت در خصوص رویکرد فناوری‌های خاص و خواسته مشتریان بازیگران مستقل را نسبت به اقدامی واقعی سرد می‌کند.
نتایج و تأثیرات
وعده‌های بسیار گسترده ناگهان به نتیجه نمی‌رسند و فعالیت تنها بر روی دسته کمی از وعده‌های حقیقی ادامه پیدا می‌کند.
برخلاف شکست در توسعه فناوری وعده‌های گسترده از بین نمی‌روند و مشکلات به توسعه‌دهندگان بازمی‌گردد.
به کمک نهادینه‌سازی جزئی، وعده‌های گسترده در پشت پرده به برنامه‌ریزی و جذب سرمایه می‌پردازند.
بازیگران نسبت به وعده‌ای گسترده آگاه می‌شوند اما تا مشخص‌تر شدن شرایط ریسک، سرمایه‌گذاری سنگین در توسعه واقعی را نمی‌پذیرند
مثال‌های تجربی
فناوری همگرا به عنوان یک وعده افراطی در دهه 2000 میلادی متناسب با این محرک‌ها است. وعده‌ها به شدت وابسته به فناوری نانویی هستند که شفافیت و سرمایه کافی دارد
کوین وارویک وعده کاشت‌های انسانی را داد که در راستای ارتقا بشریت به عنوان یکی از اهداف انبیک است. تحقیق‌وتوسعه در حال حاضر بر روی رابط‌های رایانه- عصبی متمرکز شده است.
از ابتدا انبیک بحث‌ها و علایقی را به عنوان پیش‌زمینه برای همگرایی و فناوری نانو برانگیخت. در حال حاضر انبیک 2 در حال انجام این کار است.
در مورد آزمایشگاه روی تراشه شفاف است
 

عدم تطابقی که میان مباحث «فناوری همگرا» و فعالیت‌های‌ نوآورانه واقعی بازیگران وجود دارد، نکته مهمی است که نیاز به بررسی بیشتری دارد. اگر این ناپیوستگی ادامه یابد، خطر محدودشدن نوآوریِ مبتنی بر نمونه‌های همگرایی در حوزه تحقیقاتی به وجود خواهد آمد.

شرکت‌ها ممکن است به بهره‌برداری از دانشی علاقمند باشند که به‌وسیله‌ی تحقیقات همگرا به‌وجود می‌آیند، اما شفافیت لازم را در زیرساخت مورد نیاز برای تولید فناوری (فرایندهای تولید، استانداردها و مقررات و غیره) ندارند. انگیزه‌ کمی برای این شرکت‌ها به‌منظور برداشتن اولین قدم در این حوزه ناشناخته وجود دارد؛ این امر منجر می‌شود که شرکت‌ها راهبرد انتظار را اتخاذ نمایند. هنگامی که این امر به طور جمعی اتفاق می‌افتد، «بن‌بست نوآوری» ایجاد می‌شود[122]. به عنوان مثال، برهم‌کنش‌های نامطمئن و پیچیده و وابستگی‌های بین چندین عامل در نانودارو، محیطی چالش‌برانگیز برای نوآوری و درک عمومی پدید ‌می‌آورد.

عدم قطعیت‌ها در قالب ریسک، پذیرش به‌وسیله‌ی بیماران (عمومی) و رویکرد پیشرفت‌های آتی در نانوپزشکی منجر می‌شود که شرکت‌ها و سازندگان محصولات پزشکی اغلب محتاط هستند و ترجیح می‌دهند منتظر بمانند تا اینکه به‌ سرعت دست به‌کار شوند.

3-2- اثر فناوری نانو به کاربرد آن در زنجیره ارزش بستگی دارد.
تحقیقات پیرامون فناوری نانو شامل دستکاری ساختارهایی در مقیاس نانو و کشف خواص آن‌هاست. این کار منجر به آرایشی گوناگون از نانومواد و نانواجسام می‌شود که نوید‌بخش حضور و فعالیت در بسیاری از حوزه‌هاست (فرایندهای تولید و محصولات آن‌ها).

شکل 6 مثال‌هایی از زنجیره‌های ارزش را نشان می‌دهد که شامل نانوالمان‌های انتخابی تا محصول نهایی احتمالی است. فناوری نانو‌ها به روش‌های گوناگون منجر به تولید محصولات می‌شوند: خود فناوری نانو می‌تواند هسته عملکرد یک محصول باشد (به عنوان مثال، نانوپلیمرهای زیستی می‌توانند یک فناوری کلیدی برای یک محصول محسوب شوند). همچنین فناوری نانو به همراه تعدادی از سایر المان‌های یک فناوری می‌تواند ارزش افزوده ایجاد کند (به عنوان مثال، یک نانوبلور یا نانوحسگر زیستی تنها زمانی می‌تواند مفید باشد که با سایر فناوری‌ها تلفیق شود). فناوری نانو همچنین فناوری‌های فرایندی را قادر می‌سازد تا محصولی را ارتقا دهند (به عنوان مثال، بهبود ایمنی در اثر استفاده از نانوآنتی‌باکتریال‌ها در یک فرایند). این حالت تنها در مواردی صدق می‌کند که فناوری نانو خودش بخشی از محصول نهایی نباشد.

 نکته مهم این است که اثر همگرایی فناوری نانو، به نقش آن در زنجیره‌ نوآوری بستگی دارد. این موضوع برای ارزیابی اثرات اقتصادی- اجتماعی همگرایی فناوری نانو بسیار مهم است که در بخش بعدی توضیح داده می‌شود.

3-3- حوزه صنعتی و زمینه‌های کاربردی، بر مسیرهای مؤثر تأثیرگذار هستند
با توجه به مثال‌هایی که در بخش 2 آورده شد، می‌توان نشان داد که تأثیرات همگرایی فناوری نانو، در زنجیره‌‌های ارزش توزیع شده‌است. همچنین می‌توان عنوان نمود که اثرات اقتصادی – اجتماعی به نانو اختصاص ندارند و بیشتر مختص دامنه هستند.

بنابراین، ارزیابی تأثیرات باید تشخیص دهد که نوآوری و کاربرد (و به همین ترتیب، اثرات فناوری‌های همگرای مرتبط با نانو) توزیع شده‌اند، به ‌طوری که می‌توانند در فاصله‌ زیادی از آزمایشگاه (که دانش از آن محل نشئت می‌گیرد) ارزش افزوده ایجاد کنند. موفقیت و تأثیرات نهایی نیز زمانی حاصل می‌شوند که توسعه‌های مربوط به حوزه‌ نانو در محصولات و فرایندهای واقعی اعمال شوند.

گرچه زنجیره‌های تأثیر می‌توانند طولانی و پیچیده باشند، با این وجود مطالعات در مورد نوآوری و فرایندهای درک اجتماعی فناوری نانو‌ها حاکی از آن است که الگوهایی وجود دارد که طبق آن‌ها، فناوری نانو‌ها بازار تجارت و جامعه را تحت تأثیر خود قرار می‌دهند. اگرچه این مطالعات بر روی فناوری نانو متمرکز است، اما به نتایجی برای همگرایی فناوری مرتبط با نانو منتج خواهد شد. بر اساس یکی از مطالعات انجام شده، مسیرهای تأثیر مشخصی وجود دارند که فناوری نانو‌ها به‌گونه‌ای آن‌ها را طی می‌کنند که بر بازار و جامعه تأثیر می‌گذارند. متن زیر مثالی از چهار مسیری است که برای نانوحسگرها‌شناسایی شده ‌است.

چهار مسیر برای نانوحسگرها

مسیر تأثیر 1: مسیری که به وضوح علامت‌گذاری شده ‌است.

این مسیر زمانی ایجاد می‌شود که ترکیبی از فناوری‌های با عملکرد بالا و بازار اختصاصی کوچک وجود داشته ‌باشد. به عنوان مثال، در کاربردهای فضایی و هوانوردی، طراحی و عرضه وسیع و سازمان‌یافته به این معناست که اثرات از پیش تعیین‌شده‌ فناوری نانوحسگر در حوزه هوانوردی، به وضوح تعریف شده ‌باشد و بتوان آن را پیگیری و ارزیابی نمود. می‌توان از اهداف اولیه مربوط به سطوح آمادگی فناوری، به عنوان شاخص تأثیر استفاده نمود[123].

 

مسیر تأثیر 1 در سازمان‌هایی متداول است که در مقیاس وسیع بر روی نوآوری تمرکز می‌کنند. در مثال هوافضا، سازمان‌هایی نظیر ناسا، ایسا (ESA) ، لاکهید مارتین (Lockheed Martin) و آستریم (Astrium) فرایندهای مهندسی سیستم بزرگی دارند که در طی آن‌ها، فناوری‌های گوناگون در سیستم‌هایی مانند سیستم‌های فضایی و یا هواپیما به‌کار گرفته می‌شود. بدین ترتیب، زنجیره ‌ارزش بسیار ساختاریافته‌ای به وجود می‌آید.

 

مسیر تأثیر 2: جاده‌ای که به جاده‌ای دیگر ختم می‌شود.

این مسیر در زنجیره‌های ارزشی که بسیار ساختاریافته باشند و اتصال شدیدی بین آن‌ها حکم فرما است، پدید می‌آید. در این‌گونه زنجیره‌ها، ظهور فناوری در یک فضا و دامنه کاربردی منجر به کشف کاربرد آن در فضا و دامنه‌ای دیگر می‌شود. یکی از این مثال‌ها می‌تواند فناوری‌های تشخیصی به کاررفته در بیمارستان‌ها باشد. نانوحسگرهای پزشکی (که نیازمند نرخ اشتباه نزدیک به صفر هستند) مورد استفاده برای‌شناسایی عناصر در خون، لنف و ادرار در زمینه‌ کشاورزی نیز کاربردهایی دارند، به طوری که این ابزارهای‌شناسایی به کشاورزان این امکان را می‌دهد که شرایط محیطی، رشد و سلامت گیاهان و حیوانات را از نزدیک تحت نظر بگیرند. اینگونه نانوحسگرها به عنوان بخشی از کشاورزی دقیق یا گلخانه‌ها با فناوری پیشرفته، در تسهیل اقدامات هدف‌دار و پیشگیرانه نقش دارند و منجر به افزایش قابلیت تولید و کاهش استفاده از سموم گیاهی می‌شوند.

با این حال، فهم و درک نانوحسگرها در زمینه‌ کشاورزی، شدیداً به کاربرد آن‌ها در نقاط دیگر، هزینه و قابل اعتمادبودن آن‌ها بستگی دارد. بنابراین، نشانه‌های تأثیر برای مسیر تأثیر 2، به انتقال از یک فضا (که ارزش یک فناوری جدید را نشان داده ‌است) به یک فضای دیگر مربوط است. این مسیر به واسطه اثراتش از مسیر تأثیر 1 جداست، اما امکان دارد دنباله‌رو مسیر 1 باشد. به این ترتیب، پیگیری اثرات مربوط به مسیر 2، نیازمند نظارت بر انشعاب‌های احتمالی از یک فضا به فضایی دیگر است (به عنوان مثال، پزشکی به کشاورزی).

 

مسیر تأثیر 3: مسیری حلقه‌ای مربوط به سیر تکاملی مصرف‌کننده

این مسیر شامل یک سیر تکاملی از فناوری و زمینه‌ استفاده از آن است. در ابتدا تصویری از بازار فناوری نوین به‌وسیله‌ی توسعه‌دهندگان فناوری بر اساس نقش مصرف‌کنندگان موجود و مسئولیت‌های آنان ترسیم می‌شود. پس از معرفی و درک فناوری نوین، تأثیری میان‌مدت در سطح جامعه به وجود می‌آید که شامل تغییراتی در نقش‌ها و مسئولیت‌های مصرف‌کنندگان و توسعه‌دهندگان فناوری (از جمله نهادها و شرکت‌های جدیدی که در زنجیره یا در اطراف آن به وجود می‌آیند) است. امکان به وجودآمدن بازارهای وسیع‌تر/متفاوت (در یک حلقه) و همچنین سایر اثرات ممکن وجود دارد. در ارزیابی اثرات اقتصادی- اجتماعی همراه با فرایندهای نوآوری که از این مسیر پیروی می‌کنند، بایستی این غیرخطی بودن را در نظر گرفت. مثالی از آن، تجهیزات مراقبتی است که برای تشخیص بیماری به‌وسیله‌ی خود فرد و خوددرمانی احتمالی[124] استفاده می‌شود.

این گونه فناوری‌ها باید عملکرد نسبتاً بالایی داشته باشند تا بتوان به آن‌ها اعتماد کرد. بازار فناوری‌های مزبور می‌تواند با تغییر نقش پزشکان، متخصصان مراقبت‌های بهداشتی و بیماران گسترده‌تر شود. مورد جالب در زمینه تجهیزات تشخیصی بیماری، تلاش برای کنترل خوددرمانی در کشور هلند است که باعث شده بیماران محصولات را از طریق اینترنت از یک شرکت در جمهوری چک خریداری کنند. نشانه‌های تأثیر، به اولین مرتبه حلقه‌ توسعه (عملکرد فناوری و نفوذ آن در حوزه‌ مصرف‌کنندگان) مرتبط شده و در قالب نقش‌ها و بازارهای جدید (ایجاد آن‌ها و نرخ تغییرات) ظهور می‌کند.

 

مسیرتأثیر 4: عملکرد پایین و کاربردهای متعدد

این مسیر مربوط به مدل تجاری با عملکرد پایین و در عین حال بازارهای وسیع است. در اینجا، دانشی که از حوزه‌ جدیدی از فناوری تولید شده در ابتدا با کاربردهای نسبتاً ساده‌ فنی به کار گرفته می‌شود. نانوحسگرهای با عملکرد پایین می‌توانند در تعداد زیادی از زنجیره‌های ارزش به‌کار روند و به مقدار کم، ارزش افزوده‌ای برای فناوری‌های موجود ایجاد کنند.

برای مثال یکی از کاربردهای نانوحسگرها در پوشاک، وصله‌هایی است که روی بدن قرار می‌گیرند و به بخشی از لباس تبدیل می‌گردند. حسگرهایی برای نمک (موجود در تعرق) ، ضربان قلب، دما و سایر مشخصات بدن در حال توسعه هستند. در اینجا، نیاز به دقت بالایی وجود ندارد (در مقایسه با نیازهای پزشکی). این نانوحسگرها در صنایع پوشاک برای فعالیت‌های ورزشی یا مراکز تناسب اندام نیز کاربرد دارند. حسگرهای به کار رفته در پوشاک همچنین در راحتی و آسودگی نقش دارند. تقاضا برای چنین محصولاتی کمتر به نیازهای اجتماعی مربوط می‌شود و بیشتر ریشه در رویکرد فرهنگی از جمله سرمایه‌داری، ملاحظات اقتصادی و اهمیت سبک زندگی دارد. اثرات نانوحسگرهایی با عملکرد پایین، نسبتاً گسترده خواهد بود که طی آن، تقاطع زنجیره‌های ارزش مختلفی به‌وجود خواهد آمد.
نقش همگرایی فناوری‌های مبتنی بر نانو می‌تواند در توسعه‌ محصولات خاص فناوری متفاوت باشد و این چالشی برای ارزیابی محسوب می‌شود. همان‌طور که در بالا گفته شد، محتوای دامنه و انواع نوآوری و کاربردهای آن‌ها، اثری روی انواع تأثیرات اقتصادی- اجتماعی می‌گذارند که باید میزان آن را اندازه‌گیری نمود. با درنظرداشتن این امر، بررسی بیشتر روی مسیرهای تأثیر همگرایی فناوری مبتنی بر نانو، ارزشمند خواهد بود.

3-4- تعامل عمومی بایستی در طراحی و استفاده از فناوری‌های همگرا بررسی شود.
انتظار می‌رود تا پنج سال آینده اهمیت تعامل عمومی پیرامون فناوری‌های همگرای مبتنی بر نانو افزایش بیابد. این مسئله به رشد خود فناوری نانو و گسترش استفاده از آن در تجهیزات، دارورسانی، امنیت غذایی و غیره مربوط می‌شود. در این راستا، راهکارهایی برای اقدام مؤثر در OECD (راهنمای برنامه‌ریزی تعامل عمومی و توسعه فناوری نانو) آورده شده ‌است؛ تلاش و تفکر در این حوزه همچنان ادامه دارد.

تعامل عمومی می‌تواند به دو صورت رخ دهد. یکی تعامل در ارتباطات است که برای شفاف‌سازی فعالیت‌های موجود در فناوری‌های همگرا و اطلاع‌رسانی به شهروندان به وقوع می‌پیوندد. تاکنون فعالیت‌های متعددی در راستای تعامل عمومی در حوزه‌ فناوری نانو با هدف ایجاد آگاهی و آموزش انجام شده ‌است.

دومین مسیری که تعامل اجتماعی در آن امکان‌پذیر است، مسیر توسعه و استفاده از فناوری‌های خاص است. در فناوری‌های پزشکی، این مسیر نیازمند مشارکت گروه‌های بیماران است و در زمینه‌های‌ دیگر، سایر عوامل می‌توانند در گسترش این دست فناوری‌های نوین مشارکت کنند. به عنوان مثال، فعالیت‌ها و مشارکت جامعه‌شناسان می‌تواند بسیار مطلوب تلقی شود، به ویژه افرادی که مشغول به مطالعات علم و فناوری (STS) [125]در حوزه مسائل مرتبط با فناوری نانو، فناوری‌های همگرا و فرایندهای مختلف تعاملی و مشارکت در طراحی و توسعه‌ فناوری‌ها هستند.

3-5- مقررات مربوط به فناوری نانو‌های همگرا باید در نظر گرفته شود
فناوری‌های همگرا چالش‌های مقرراتی به همراه دارند. این مسأله به ویژه در حوزه‌های همگرایی در واحدهای مراقبت‌های بهداشتی و به طور خاص در حوزه‌ نانوپزشکی قابل توجه است که در حال حاضر وارد زنجیره‌های ارزش شده یا عامل محرک این زنجیره‌ها بوده و در بعضی موارد به بازار نیز راه یافته‌ است. باید در نظر داشت که حوزه‌های گوناگون همگرایی، ساختارهای مقرراتی و فرهنگ‌های قانون‌گذاری متفاوتی دارند. همچنین باید توجه داشت که نانوپزشکی نیز چالش‌هایی به دنبال دارد.

راهبردها و ساختارهای مقرراتی و قانون‌گذاری به طور پیوسته نیازمند تغییر هستند تا قادر به رویارویی با تغییرات فنی باشند. همگرایی فناوری، نویدبخش تکامل سریع، در مسیرهای متعدد است و بدین ترتیب ممکن است نیاز به ایجاد ابزارهای قانونی و مقرراتی باشد که توانایی پاسخ سریع در حوزه‌های متعدد را داشته باشد. در نتیجه بررسی راهکارهای دولتی و زمان‌بندی آن‌ها در نمونه‌هایی از‌ فناوری‌های همگرا که فناوری نانو در آن‌ها نقش ایفا می‌کند، مفید است.

نکته آخری که در کار اخیر دسمولین کانسلیر[126] عنوان شده قابل توجه است. بر اساس این نکته، تدابیری که برای منع تاگ‌سازی (Cloning) انسان[127] اتخاذ شده‌، مشکلش بیشتر مربوط به استفاده‌ حقیقی از روش‌های تاگ‌سازی است نه دانشی که در این روش وجود دارد. بدین ترتیب، منع شبیه‌سازی انسان، تأثیری بر آزادی تحقیق در این حوزه نداشته و انتشار دانش حاصل را با محدودیت روبرو نمی‌سازد. این رویکرد برای مقررات فناوری‌های مبتنی بر همگرایی دارای کاربرد غیراخلاقی (یا ممنوعه) مشکل‌ساز است. سیاست‌گذاران باید در فرایند تدوین قانون به قانون‌گذاری در حوزه «کاربرد» در مقابل قانون‌گذاری در حوزه «دانش» توجه نمایند. پیش‌بینی می‌شود این اختلاف بین قانون‌گذاری در حوزه کاربرد و دانش یکی از مسائل بحث‌برانگیز باشد.

3-6- نقش تحقیق و نوآوری مسؤولانه
وجود ریسک‌های بالقوه‌ نانومواد در حوزه سلامت و محیط زیست نیاز به «سیستم پیش‌بینی» یا «توسعه و نوآوری مسؤولانه» را افزایش داده است. در اصل، این گونه موارد در تلاشند تا توسعه و گسترش فناوری‌های مضر را محدود کنند.

مباحث رایج پیرامون توسعه‌ و نوآوری مسؤولانه، بین مداخلاتی که عموماً روی کنترل فناوری‌ها با سیاست‌های مقرراتی متمرکزند و آن‌هایی که در تلاشند تا توسعه‌های فنی و علمی را ترغیب کرده یا محدود سازند (که به ترتیب مطلوب و نامطلوب تلقی می‌گردند) تمایز قائل می‌شوند. تلاش‌هایی که برای محدودسازی سطوح مختلف تحقیق‌‌وتوسعه انجام شده‌، بسیار قابل توجه است. از جمله آن‌ها می‌توان به درخواست تعلیق تحقیق ‌‌و توسعه روی نانوذرات و تحقیقات زیست‌شناسی مصنوعی اشاره کرد. همچنین می‌توان به اصول پژوهش برای تحقیقات علوم نانو که در سال 2008[128] به‌وسیله‌ی کمیته‌ اروپا ارائه شد اشاره نمود؛ این گزارش مرجعی را برای تحقیقات مسؤولانه فراهم آورد.

علاقه به تحقیق و نوآوری مسؤولانه به احتمال زیاد ادامه خواهد یافت. در فوریه 2013، کمیته‌ اروپایی گزارشی با عنوان «گزینه‌هایی برای تقویت تحقیق و نوآوری مسؤولانه»[129] منتشر و چهار پروژه کلان را در این موضوع راه‌اندازی نمود[130]. در حوزه همگرایی فناوری مبتنی بر نانو، اتخاذ سیاست‌های «سیستم پیش‌بینی» به علت وجود مسیرهای تأثیر بی‌شمار برای توسعه‌های مبتنی بر نانو، پیچیده خواهد بود. با این وجود برای اجتناب از بحث و جدل عمومی تلاش‌هایی برای گسترش راهکارهای توسعه مسؤولانه لازم است.

4- نتیجه‌گیری
در همگرایی فناوری، جوامع جدیدی در حال پیدایش پیرامون ترکیب نوین فناوری‌ها هستند که بعضی از آن‌ها به صورت بالقوه، تأثیرات مهمی را بر روی نوآوری در دامنه‌های کاربردی وسیع به همراه دارند. در این گزارش چهار مثال از همگرایی مبتنی بر نانو مورد بررسی قرار گرفت.

در بخش سوم این مقاله با بررسی مطالعات موردی، برخی توصیه‌ها را برای توسعه‌ سیاست‌گذاری به طور خلاصه بیان کردیم. این پیشنهادها شامل کاهش انتظارات بلندپروازانه به درجه‌ معقولی از واقع‌گرایی، ارزیابی تأثیرات و تمرکز سیاست‌های قوی بر تعامل عمومی، مقررات و توسعه‌ مسؤولانه است.

با این حال، سیاست‌گذاران زمانی که این پیشنهادهای سیاستی را در نظر می‌گیرند، باید محتاطانه عمل کنند. طراحی سیاست‌های مربوط به فناوری‌های همگرا و نوظهور، با توجه به روند پرشتاب نوآوری و تغییر، پیچیده ‌است و روندهای بلندمدت به سادگی قابل‌شناسایی نخواهند بود. به علاوه، همواره تعمیم یک مسأله از تعداد محدودی موارد مطالعه‌شده به کل مجموعه، خطرناک است.

همچنین باید این موضوع را در نظر داشت که متغیرهای کشوری و منطقه‌ای، نقش کلیدی در تعیین کاربردی‌ترین نکاتی دارند که از این گزارش می‌توان برداشت کرد. روندی که طی آن همگرایی فناوری پدید آمده و منجر به تولید محصولات و فرایندهای نوین در حوزه‌های کاربردی متعدد می‌گردد، به طور خاص به شرایط محیطی بستگی دارد. اگرچه برخی از نکات کلی که در این گزارش آورده شده، به عنوان مثال، درنظرگرفتن نیاز به تعامل عمومی بیشتر و توسعه‌ پایدار احتمالاً درست است، اما پاسخ‌های سیاست به این دسته از موارد، به شدت به محیط اجتماعی، سیاسی و اقتصادی که بر آن‌ها حاکم است، بستگی دارد.

در زمان تدوین سیاست‌ها، این گزارش توصیه می‌کند که مداخلات سیاستی در حوزه همگرایی فناوری مبتنی بر نانو، روی موارد زیر متمرکز باشند:

- موارد خاصی از همگرایی (به عنوان مثال، حوزه‌های تحقیقاتی خاص مثل نانوزیست‌فناوری یا زیست‌شناسی مصنوعی)

- در ادامه زنجیره‌های معین ارزش (به عنوان مثال، فناوری عصبی و دارورسانی هدفمند)

- تلاش‌هایی که برای ورود فناوری‌ها به حوزه‌های کاربردی مشخص، متناظر با نیازهای اجتماعی، انجام می‌پذیرد (به عنوان مثال، نانوغذا و بسته‌بندی سازگار با محیط زیست)

 
منبع


NANOTECHNOLOGY IN THE CONTEXT OF TECHNOLOGY CONVERGENCE, Directorate for Science, Technology and INNOVATION,Committee for Scientific and Technological Policy, 25-Sep-2014

 www.great-project.eu/presentation/kickoff