شبيه سازي باز توليدي بسيار گران است و اميد انجام مطلوب آن بسيار كم است. علاوه برآن رشد تومورها در آن به سرعت انجام مي شود و كوچكترين بيماري براي اين نوع حيوانات، مي تواند منجر به مرگ شود. اكثر اين حيوانات رشد غيرطبيعي دارند و گاه به دلايل نامشخص به يك باره مي ميرند

شبيه سازي(cloning)يكي از پيشرفته ترين دست يافته هاي بشر در زمينه علم پزشكي و مهندسي ژنتيك است كه هر مرحله پيشرفت آن جنجال هاي بسيار زيادي را به همراه دارد. صرف نظر از پيامدهاي اخلاقي شبيه سازي كه در اين مجال مورد بحث ما نيست، در اين مقاله سعي شده است بيشتر به خود شبيه سازي و روش هاي آن پرداخته شود. روش هايي كه شبيه سازي انسان فقط بخشي از آنهاست و حوزه بسيار گسترده اي را شامل مي شود.
امكان شبيه سازي انسان زماني مطرح شد كه دانشمندان اسكاتلندي در مؤسسه روسلين، «دالي» را توليد كردند. «دالي» كه به «دالي گوسفنده» شهرت داشت گوسفندي بود كه توليد آن در سراسر دنيا با عكس العمل هاي متفاوتي از لحاظ علمي و اخلاقي مواجه شد. اين كار كه در سال 1997 از سوي مجله نيچر به عنوان مهم ترين تحقيق علمي سال برگزيده شد، در كنار نگراني هاي اخلاقي بسيار زيادي كه در برداشت- چه از سوي علماي مسيحيت و اسلام و چه از سوي مقامات كشورهاي مختلف- افق جديدي در علم ژنتيك پيش روي دانشمندان گشود و اميدواري هاي زيادي براي بهبود زندگي بشر ايجاد كرد. به دليل حساسيتي كه توليد دالي در برداشت، رسانه ها توجه خاصي به پديده شبيه سازي نشان دادند، اما اين نوع شبيه سازي تنها يك نوع خاص از چندين روش شبيه سازي موجود در علم پزشكي و ژنتيك است كه به شبيه سازي بازتوليدي مشهور است. علاوه بر اين نوع شبيه سازي، چند نوع ديگر شبيه سازي هم وجود دارد كه مي توان از آن ها علاوه بر باز توليد يك ارگانيزم خاص در انجام ديگر تحقيقات پزشكي هم استفاده كرد.
در اين مقاله به طور كلي در مورد سه نوع شبيه سازي بحث خواهيم كرد:
فناوري دي ان اي باز تركيب شده
در اين قسمت مي توان فناوري دي ان اي باز تركيب شده، شبيه سازي دي ان اي، شبيه سازي مولكولي يا شبيه سازي ژني را در كنار هم دسته بندي كرد، چون همه از يك پروسه مشترك پيروي مي كنند. انتقال دستواره (تكه اي از دي ان اي اصلي كه براي تكثير از آن جدا مي شود) از يك ارگانيزم به يك عنصر ژنتيك خود همانندساز مانند پلازميد باكتريايي. دانشمنداني كه بر روي يك ژن خاص كار مي كنند معمولاً از پلازميد باكتريايي براي توليد كپي هاي چند گانه همان ژن استفاده مي كنند. پلازميدها كروموزوم هاي اضافي خود همانندساز مولكول دايره اي دي ان اي هستند كه جدا از ژنوم هاي معمولي باكتريايي هستند. پلازميدها و ديگر گونه هاي ناقل شبيه سازي، توسط محققان ژنوم انسان براي تكثير ژن ها و ديگر تكه هاي كروموزوم كه مواد شناسايي كافي براي تحقيق بيشتر توليد مي كنند استفاده مي شوند.
براي شبيه سازي يك ژن، يك تكه از دي ان اي كه ژن مورد نظر را شامل مي شود از دي ان اي كروموزومي توسط آنزيم هاي محدود كننده جدا مي شود و سپس با يك پلازميد كه توسط همان آنزيم هاي محدود كننده جدا شده است، تركيب مي شود. هنگامي كه يك تكه از دي ان اي كروموزومي به ناقل شبيه سازي در آزمايشگاه وصل مي شود، به آن مولكول دي ان اي بازتركيب شده گفته مي شود. با انتقال اين مولكول به سلول ميزبان مناسب، دي ان اي باز تركيب شده در كنار دي ان اي سلول ميزبان باز توليد مي شود.
شبيه سازي باز توليدي
شبيه سازي بازتوليدي فناوري است براي توليد يك حيوان كه از همان هسته دي ان اي بهره مي برد كه حيواني ديگر در همان زمان يا پيش از آن، آن هسته دي ان اي را داشته يا دارد. دالي گوسفند معروف اسكاتلندي ها با همين روش شبيه سازي شده بود. در اين پروسه كه انتقال هسته سلول تكثير شونده نام دارد، دانشمندان مواد ژنتيك هسته يك سلول بالغ اهدا كننده را به يك تخم كه هسته و همين طور مواد ژنتيك آن جدا شده اند منتقل مي كنند. اين تخم كه دي ان اي يك سلول اهدا كننده را در خود دارد بايد با جريان هاي شيميايي يا الكتريكي مراقبت شود تا براي تقسيمات سلولي تحريك شود. هنگامي كه جنين شبيه سازي شده به سطح مناسبي از پيشرفت مي رسد به رحم يك ميزبان مؤنث منتقل مي شود جايي كه تا تولد به پيشرفت خود ادامه مي دهد. موجودي كه با روش انتقال هسته توليد مي شود، نمونه شبيه سازي شده واقعي حيوان اهدا كننده نيست و فقط دي ان اي كروموزومي و هسته اي آن همانند حيوان اهدا كننده است.
در اين زمينه موفقيت پروژه دالي بسيار چشمگير است چرا كه اثبات كرد مواد ژنتيك يك سلول بالغ مي توانند براي توليد يك ارگانيزم جديد كامل مورد استفاده قرار گيرند. پيش از اين دانشمندان بالاتفاق تصور مي كردند هنگامي كه سلولي به كبد، قلب، استخوان يا هر نوع ديگري از بافت هاي بدن تخصيص داده مي شود، ديگر استفاده از آنها در بافت هاي ديگر امكان ندارد و ديگر ژن هايي كه در سلول بودند و نيازي به آنها نبود غيرفعال مي شوند. برخي محققين براين باورند كه اشتباه يا كامل انجام ندادن پروسه باز برنامه ريزي، سبب مرگ، نقص عضو و معلوليت حيوانات شبيه سازي شده خواهد شد.
شبيه سازي درماني
اين شبيه سازي كه به شبيه سازي جنيني هم معروف است در واقع توليد جنين هاي انساني براي استفاده در تحقيقات است. هدف از انجام اين شبيه سازي توليد انسان هاي شبيه سازي شده نيست، بلكه هدف كشت سلول هايي است كه مي توانند در تحقيقات پيشبردي انسان و همچنين درمان بيماري ها مورد استفاده قرار گيرند. اين سلول ها براي محققان بيومكانيك بسيار با اهميت هستند براي اين كه مي توان از آن ها براي توليد هر نوع سلولي كه در بدن انسان وجود دارد استفاده كرد. اين سلول ها پس از گذشت 5 روز از تقسيم تخم، از آن استخراج مي شوند. پروسه استخراج باعث از بين رفتن جنين مي شود كه اين مسأله نگراني هاي اخلاقي فراواني را در پي دارد. محققان اميدوارند روزي اين سلول هاي ساختگي، جايگزين مناسبي براي سلول هايي شوند كه بر اثر بيماري هايي نظير آلزايمر، سرطان و... از بين رفته اند.
پس از آشنايي جزيي با روش هاي مختلف شبيه سازي، اين سؤال مطرح مي شود كه اصلاً چرا انسان بايد شبيه سازي شود؟ و يا اين كه آيا تا به حال هيچ انساني شبيه سازي شده است؟ در مورد شبيه سازي انسان بايد گفت كه تا به حال هيچ انساني از كشت سلول هاي يك انسان ديگر توليد نشده است. اما در مورد اين كه چرا انسان بايد شبيه سازي شود، اين گروه از دانشمندان موارد ذيل را ذكر مي كنند. يكي از كاربردهاي شبيه سازي مي تواند براي زوج ناباروري اتفاق بيفتد كه تمايل بسيار زيادي به بچه دارند. اين بچه كه از يكي از والدين شبيه سازي مي شود، مسلماً در دوران كودكي فشارهاي فيزيولوژيكي بسيار زيادي را متحمل خواهد شد. كاربرد ديگر شبيه سازي مي تواند شبيه سازي استعدادهاي بشري براي چند نسل باشد. مثلاً مي توان با استفاده از دي ان اي اينشتين، وي را شبيه سازي كرد، اما هيچ تضميني نيست كه اينشتين جديد همانند آلبرت با هوش ما همان راهي را برگزيند كه اينشتين به خاطر آن به شهرت رسيده است. يكي ديگر از موارد شبيه سازي، توليد جنين هاي تحقيقاتي است كه پيش تر بدان اشاره شد.
با همه علاقه اي كه بشر به شبيه سازي دارد، اين پديده داراي خطرات و ايراداتي است كه به صورت مختصر به آنها اشاره خواهد شد. شبيه سازي باز توليدي بسيار گران است و اميد انجام مطلوب آن بسيار كم است. نزديك به 90 درصد اقدام هاي شبيه سازي در اين زمينه به نتيجه نمي رسند و براي انجام يك شبيه سازي موفق، بايد نزديك به 100 بار انتقال هسته اي صورت گيرد و در همين يك مورد موفق هم، حيوان شبيه سازي شده نسبت به عفونت ها بسيار غيرمقاوم است. نمونه آن هم دالي بود كه بر اثر عفونت ريه مرد. علاوه برآن رشد تومورها در آن به سرعت انجام مي شود و كوچكترين بيماري براي اين نوع حيوانات، مي تواند منجر به مرگ شود. اكثر اين حيوانات رشد غيرطبيعي دارند و گاه به دلايل نامشخص به يك باره مي ميرند.
از ميان حيواناتي كه تاكنون شبيه سازي شده اند، مي توان به گوسفند ها، موش ها، گاو ها و حيوانات خانگي از قبيل گربه اشاره كرد. اما يكي از وسوسه انگيزترين شبيه سازي ها، شبيه سازي حيوانات ما قبل تاريخ مانند دايناسورها است، بدين ترتيب كه با استفاده از دي ان اي بازمانده از آنها در سنگواره ها، آن ها را شبيه سازي كرد. هنگامي كه اين فرضيه مطرح شد، موافقت ها و مخالفت هاي زيادي با آن شد، اما اين التهابات به زودي فروكش كرد، چون اين موجودات بيش از 65 ميليون سال پيش از بين رفته اند و اين در حالي است كه دي ان اي، فقط 10 هزار سال عمر مي كند. نظريه بعدي شبيه سازي ماموت ها بود كه كمتر از 10 هزار سال پيش زندگي مي كرده اند. با اين حال پيدا كردن دي ان اي مناسب ماموت ها غيرممكن به نظر مي رسد. با اين تفاسير شبيه سازي موجودات منقرض شده فعلاً امكان ناپذير است. البته شايد روزي فرزندان شبيه سازي شده دانشمندان امروزي بتوانند دايناسورها را هم اهلي كنند.

در سالهاي اخير، نانو الياف به علت دارا بودن ويژگي هاي منحصر به فرد در صنايع مختلف از جمله فيلتراسيون هوا مورد توجه قرار گرفته اند. در يک طرح پژوهشي دوساله ، لايه هاي مختلفي از الياف نانو با قطر و ضخامت مختلف به روش الکتروريسي تهيه شده و در يک سيستم آزمايشگاهي آزمون فيلتر که براي تعيين ويژگي هاي فيلتر طراحي و ساخته شده بود، بررسي و آزمايش شد.

نتايج به دست آمده از اين طرح تحقيقاتي که از سوي محققان واحد علوم و تحقيقات دانشگاه آزاد اسلامي انجام شد، نشان مي دهد فيلترهاي ساخته شده از الياف نانو قابليت بسيار بالايي در فيلتراسيون ذرات آلوده دارند و از راندمان بالاتري در مقايسه با فيلترهاي سلولزي معمولي برخوردارند. با استفاده از الياف نانو مي توان فيلترهاي تميز شونده با راندمان بالا و وزن کمتر طراحي و توليد کرد که در نتيجه سبب مي شود تفاوت محسوسي را در روش فيلتراسيون نسبت به استفاده از فيلترهاي متداول ليفي ايجاد کنيم. با کاهش قطر الياف پليمري از ميکرومتر به نانومتر، خواص منحصر به فردي مانند نسبت سطح به حجم بسيار بالا، انعطاف پذيري و خواص مکانيکي عالي در الياف ايجاد مي شود که سبب گسترش کاربرد آنها خواهد شد. به طور کلي ، نانو ذرات يا نانو مواد به موادي گفته مي شود که حداقل يک بعد نانو داشته باشند.
نانوالياف ها نويد دهنده انقلابي بزرگ در فناوري هستند که زماني مشابه آن را فيبرهاي نوري ايجاد کردند.الياف نانومتري داراي قطر نانومتري هستند، در حالي که طول آنها به چندين کيلومتر هم مي رسد. از آنجايي که الياف توليد شده به روش الکتروريسندگي داراي قطري در محدوده 50 - 500 نانومتر هستند، در حيطه نانو فناوري مورد توجه قرار گرفته اند.تاکنون روشهاي متعددي براي توليد الياف نانومتري در نظر گرفته شده است که از ميان آنها روش الکتروريسندگي علاوه بر سادگي از بازده بالاتري برخوردار است و مي توان گفت اين روش تنها روشي است که در آينده مي توان از آن براي توليد نانو الياف به صورت هم جهت و پيوسته استفاده کرد. در روشهاي محصول توليد الياف با قطر بزرگتر ابتدا مذاب پليمري با اعمال نيروهاي مکانيکي تحت کشش قرار مي گيرد و از داخل حديده خارج مي شود و در نهايت رشته اي از الياف به دست مي آيد. در فرآيند الکتروريسندگي نيز مانند روشهاي توليدي معمول ، سيال مورد نظر به صورت مذاب و يا محلول پليمري تحت کشش قرار مي گيرد. اما اين کشش برخلاف روشهاي معمول که از طريق نيروي مکانيکي خارجي ايجاد مي شود، به کمک نيروهاي الکترواستاتيک و باردار کردن محلول و يا مذاب پليمري ايجاد خواهد شد. نوع پليمر انتخاب شده به کاربرد آن بستگي دارد.

از تصور تا واقعيت

به گفته مهندس شميم ضرغام و مهندس امير توکلي ، دانش آموختگان کارشناسي ارشد مهندسي نساجي دانشگاه آزاد اسلامي ، در اين طرح تحقيقاتي علاوه بر بررسي فرآيند الکتروريسندگي و توليد نانوالياف نايلوني ، متغيرهاي موثر بر فرآيند نيز بررسي شد. قطر الياف نانو به پارامترهاي مختلفي مانند غلظت پليمر، ولتاژ الکتريکي اعمال شده ، فاصله ، دبي جريان ، قطر سوزن و نوع جمع کننده بستگي دارد. اين پژوهشگران با بهينه سازي شرايط فرآيندي موثر بر توليد الياف نانو در شرايط آزمايشگاهي ، موفق به توليد اليافي با قطر کمتر از 100 نانومتر شدند. هر چه الياف توليدي ظريف تر باشند، خواص مطلوب تري از خود بروز مي دهند. به دليل همراستا بودن الياف در اين نمونه ، استحکام مکانيکي آن نيز افزايش يافت. يکي از مشکلات فرآيند توليد الياف نانو به روش الکتروريسندگي ، نبود يکنواختي در ميزان کشيدگي الياف است که با کنترل پارامترهاي تاثيرگذار مي توان اين مشکل را از ميان برداشت.مطالعات انجام شده نشان مي دهد با توجه به امکانات و قابليت هاي موجود در کشور، دستيابي به دانش فني توليد اين مواد در مقياس صنعتي و نيمه صنعتي امکان پذير خواهد بود.

فيلترهايي از جنس نانو الياف

به گفته توکلي ، يکي ديگر از طرحهاي پژوهشي در اين زمينه کاربرد نانو الياف پليمري در فيلتراسيون هواست که پس از مطالعه متغيرهاي موثر بر فيلتراسيون هوا و براساس تجارب به دست آمده در فرآيند توليد نانوالياف ، عوامل مختلف انتخاب و بررسي شد. براي بررسي ارتباط ميان متغيرهاي فيلتر با متغيرهاي وابسته به آن لازم است تاثير متغيرهاي فوق را با استفاده از يک دستگاه آزمون بررسي کنيم.بنابراين ، دستگاه آزمون فيلتر مناسبي در مقياس آزمايشگاهي براي نخستين بار در کشور طراحي و ساخته شد و سپس نمونه ها در شرايط معين مورد آزمايش قرار گرفتند. در اين طرح پژوهشي ، قابليت الياف نانو در فيلتراسيون با فيلترهاي متداول و مکانيزم عملکرد آنها مقايسه شد. آزمايش هاي گوناگون نشان داد الياف نانو از قابليت بسيار بالايي براي استفاده در فيلتراسيون برخوردارند و مي توانند به عنوان يک لايه مکمل به انواع فيلترها اضافه شوند. برخلاف فيلترهاي معمولي ، لايه الياف نانو توانايي فيلتراسيون ذرات در مقياس ميکرون را دارد که با استفاده از آن مي توان فيلترهاي ارزان قيمت و با کارايي بالا به دست آورد.
مکانيزم فيلتراسيون الياف نانو با الياف معمولي متفاوت است. همين ويژگي سبب گسترش محدوده کاربرد اين الياف در جوانب مختلف زندگي روزمره انسان ها شده است ,به گفته ضرغام ، در اين پژوهش به کمک فرآيندهاي طراحي شده ، اثر پارامترهاي تاثيرگذار و مهم بررسي شد و چگونگي تنظيم آنها براي توليد محصولي قابل قبول مورد مطالعه قرار گرفت. از دستاوردهاي اين پژوهش مي توان به طراحي و ساخت تجهيزات الکتروريسندگي براي توليد الياف بي بافت و کاربرد اين الياف در ساخت فيلتراسيون هاي مورد استفاده در صنايع مختلف اشاره کرد.

نانو الياف در خدمت فناوري

ويژگي متمايز اين الياف سبب مي شود نانو الياف پلميري به عنوان مواد مناسبي در زمينه هاي مختلف صنعتي استفاده شوند که از آن جمله مي توان به کاربرد اين الياف در ساخت نانو کامپوزيت هاي پليمري ، صنايع فيلتراسيون ، نظامي و پزشکي اشاره کرد.امروزه استفاده از الياف نانو براي ساخت لباسهاي محافظ در مقابل عوامل شيميايي و بيولوژيکي ، ساخت فيلترهايي با ويژگي هاي متفاوت و همچنين نانو کامپوزيت هاي پليمري به صورت کاربردي مطرح شده است. پيش بيني مي شود استفاده از اين الياف در فيلتراسيون تحول عظيمي را در اين بخش به وجود آورد.
به گفته توکلي ، اگر از يک فيلتر با کيفيت بالا در فرآيند فيلتراسيون هوا استفاده شود، ذرات تا مقياس 300 نانومتر در اين سطح محبوس خواهند شد و بازده اين فرآيند به 99.97 درصد ارتقاء خواهد يافت.هر چند اندازه منافذ قرار گرفته روي اين گونه فيلترها کوچک و ضخامت فيلتر در محدوده اي است که اجزاي فوق العاده کوچک را نيز به دام مي اندازد؛ اما در اين نوع فيلتراسيون لازم است جريان هوا با فشار وارد شود. در غير اين صورت توانايي فيلتراسيون کاهش مي يابد و همانند يک فيلتر معمولي عمل مي کند.با استفاده از لايه نازکي از الياف نانو مي توان فرايند فيلتراسيون را در فشار هواي معمولي و جريان هواي کم با کيفيتي مشابه فيلترهايي از جنس الياف شيشه اي انجام داد.به گفته ضرغام ، قطر الياف نانوي مورد استفاده در اين نوع فيلترها به کمتر از يک ميکرون مي رسد که همين امر باعث زياد شدن نسبت سطح به حجم ، کوچک شدن منافذ و در نهايت تخلخل بالا مي شود. اين فيلترها مي توانند با وجود کارايي بسيار بالا در فيلتراسيون ذرات ريز، افت فشار را نيز به حداقل برساند. اين ويژگي سبب افزايش کارايي فيلتر، کاهش افت فشار و افزايش طول عمر آن مي شود.براي مثال ، نانو فيلترهاي مورد استفاده در صنايع خودروسازي سبب صرفه جويي در مصرف سوخت و انرژي ، سوختن کامل بنزين در موتور، کاهش آلودگي هوا و مشکلات زيست محيطي و کاهش هزينه ها مي شود. اين در حالي است که با ورود هواي تميز به داخل موتور اتومبيل ، بازده موتور افزايش و ورود ذرات آلوده به داخل موتور کاهش مي يابد.

آينده در تسخير نانو

انسان ها در معرض يک انقلاب اجتماعي قدرتمند و تسريع شده قرار گرفته اند که تا حدودي ناشي از توسعه نانو فناوري در زمينه هاي مختلف زندگي است. در آينده اي نه چندان دور، دانشمندان قادر به ساخت اولين آدم آهني در مقياس نانو مي شوند که حتي مي تواند همانندسازي کند و طي چند سال با توليد 5 ميليارد تريليون نانو روبات ، تقريبا تمامي فرآيندهاي صنعتي و نيروي کار کنوني از رده خارج خواهد شد. با اين تحول عظيم ، کالاهاي مصرفي به وفور يافت مي شود، در حالي که ارزان ، شيک و بادوام خواهد بود. دارو درماني جهشي سريع و کوانتومي را تجربه مي کند، سفرهاي فضايي مقرون به صرفه خواهد شد و به طور کلي سبک زندگي در جهان به صورت زيربنايي متحول شده و الگوهاي رفتاري انسان ها نيز بناچار تحت تاثير اين روند قرار خواهد گرفت.