موضوعات جدید پایان نامه در حوزه های نوین نانوتکنولوژی

موضوعات پروپوزال و پایان نامه در حوزه ی نانو

در این بخش به موضوعات مرتبط با علوم و فناوري نانو می پردازیم. این حوزه بسیار گسترده است به نحوی که چندی زیر مجموعه از رشته های دانشگاهی را درگیر می کند. موضوعات مرتبط با فناوری نانو در رشته هایی مانند، میکروبیولوژی، بهداشت محیط، محیط زیست، ژنتیک، انگل شناسی، قارچ شناسی، سلولی مولکولی و پزشکی کاربرد گسترده دارد. پایان نامه های در حوزه نانوتکنولوژی با حمایت های مالی و انواع مختلف حمایت های دیگر توسط سازمان فناوری نانو همراه است، ضمن اینکه موضوعات این حوزه جزء موضوعات نو به حساب آماده و مقالات استخراج شده از آن در مجلات معتبر با ایمپکت فاکتور بالا قابلت اکسپت و چاپ خواهد داشت.

در ادامه سعی شده است تا چشم اندازه در این زمینه به شما عزیزان ارائه شود تا بتوانید برای انتخاب موضوع تصمیم گیری نمائید.

مقدمه

علم و فناوري نانو توانايي به دست گرفتن كنترل ماده در ابعاد نانومتري (ملكولي) و بهره برداري از خواص و پديده هاي اين بعد در مواد، ابزارها و سيستم هاي نوين است. در واقع فناوري نانو واژه اي است كلي كه به تمام فناوري هاي پيشرفته در عرصه كار در ابعاد بسيار كوچك يعني چيزي در حدود يك ميلياردم متر اطلاق مي شود. در حقيقت كاربرد فناورين انوا ز كاربرد عناصر پايه آن هم در حداقل اندازه شان نشأت مي گيرد. هر كدام از اين عناصر پايه، ويژگي هاي خاصي دارند كه استفاده از آن ها در زمينه هاي مختلف، موجب ايجاد خواص جالبي مي شود. به عنوان مثال از جمله كاربردهاي نانوذرات مي توان به دارورساني هدفمند و ساده، بانداژهاي بي نياز از تجديد، شناسايي زودهنگام و بي ضرر سلول هاي سرطاني و تجزيه آلاينده هاي محيط زيست اشاره كرد. همچنين نانولوله هاي كربني داراي كاربردهاي متنوع ديگري همچون تصويربرداري زيستي دقيق، شناسايي جداسازي كاملا اختصاصي DNA، ژن درماني اين ها تنها مواردي از كاربردهاي بسيار زيادي هستند كه براي عناصر پايه قابل تصور است. چرا كه امروزه به هر شاخه از علم كه مي نگريم ردپايي از فناوري نانو را مي بينيم. در واقع در حال حاضر فناوري هاي زيست محيطي، كشاورزي، تصفيه آب، انرژي، پزشكي و داروسازي، صنايع هوافضا و صنايع نظامي، نساجي و پوشاك، ارتباطات، خودروسازي، حمل و نقل و مواد پيشرفته همگي به كمك علم نانو متحول شده اند. به دليل گستردگي كاربرد فناوري نانو، در اينجا تنها به نقش اين علم در عرصه پزشكي مي پردازيم. به طور كلي فناوري نانو در ۳ محدوده اصلي پيشگيري، تشخيص و درمان كاربرد دارد و مي تواند وضعيت سلامت نسل هاي بعدي را متحول سازد.

سیستم های نوین دارو رسانی برای درمان سرطان

در حال حاضر، درمان سرطان شامل روش های تهاجمی از قبیل استفاده از کاتر برای انجام شیمی درمانی، شیمی درمانی اولیه برای کوچک کردن توده های سرطانی موجود، جراحی برای خارج کردن تومور در صورت امکان و پرتودرمانی است. هدف از شیمی درمانی و پرتودرمانی از بین بردن سلول های سرطانی است که به دلیل رشد و تقسیم بسیار سریعتری که نسبت به سلول های سالم بدن دارند، حساسیت بیشتری به داروهای شیمی درمانی و پرتوها نشان میدهند. تحقیقات موجود در زمینه شیمی درمانی به دنبال تهیه حامل های دارویی با مسیرهای ورود دارویی متفاوت، یافتن هدف های درمانی جدید از قبیل رگهای خونی تغذیه کننده بافت توموری و توسعه اشکال دارویی هدفمند و اختصاصی هستند. کارایی یک روش درمانی به طور مستقیم به توانایی آن در کشتن سلول های سرطانی بستگی دارد به گونه ای که سلول های سالم بدن تحت تاثیر قرار نگیرند.

دارو رسانی هدفمند

دارو رسانی هدفمند شامل نمونه سازی فعال و غیر فعال می باشد. در هدفمند سازی فعال عامل درمانی یا حامل به بافت یا سلول مشخصی متصل میشودولی در هدفمند سازی غیر فعال عامل دارویی به همراه حامل به صورت غیر فعال به سلول وبافت هدف میرسد.می توان نانوذرات را طوری طراحی کرد که از سد های بیولوژیکی که داروهای سنتی توانایی عبور ندارند، به راحتی عبور کنند. مطالعات نشان داده است که نانوذرات پس از اینکه اتصالهای محکم توسط اثر هایپراسموتیک مانیتول باز شدند، از سد خونی مغزی عبور می‌کنند. بنابراین می‌توان با این روش داروهای آهسته‌رهش را برای درمان بیماریهای سختی مانند تومور مغزی دارورسانی کرد.

هدف گیری غیر فعال

نانوسیستم ها قادربه استفادهاز ویژگی های ساختاری بافت تومور، برای هدفگیری غیرفعال هسنند. هنگامیکه حجم تومور به mm³ 2 یا بیشتر می رسد، دچار محدودیت نفوذپذیری می گردد. این محدودیت، بر روی قابلیت جذب غذا، مواد زائد و اکسیژن رسانی به سلول ها، اثر می گذارد. بافت توموری به منظور غلبه بر این مشکل، فرایند رگ زایی را شروع می کند. از ویژگی های این پدیده، می توان به ناهنجاری در غشای پایه، فقدان پریست های پوشش دهنده اندوتلیال و در نتیجه شکل گیری رگ های نشت کننده حاوی منافذ و پنجره های به اندازه بین ۱۰۰ تا ۱۲۰۰ نانومتر اشاره کرد. اندازه منافذ با توجه به نوع تومور متفاوت است. به علاوه به دلیل فقدان سیستم لنفاتیک کارامد در بافت توموری، فشار میان بافتی در مرکز تومورها بیشتر از محیط اطراف است. این افزایش فشار داخلی، موجب ایجاد جریان رو به بیرون سیال میان بافتی می گردد و در نتیجه انتشار دارو به مرکز تومور را کاهش می دهد. مشخص شده است که بافت توموری قادر است پرتئین های پلاسما را به دام بیاندازد و از محصولات حاصل از تجزیه آنها جهت رشد خود استفاده کند.

هدف گیری فعال

هدف گیری فعال با اتصال مولکولهای هدف گیرنده به سامانه های دارورسانی این امکان را فراهم می کند که بتوان دارو را بصورت کاملا اختصاصی به بافت توموری، درون سلول های سرطانی، اندامک های درون سلولی ویا مولکولهای اختصاصی در سلول های سرطانی منتقل کرد. این روش حامل های دارویی را به سمت کربوهیدراتهای سطحی، گیرنده ها و آنتیژن های اختصاصی بافت هدف هدایت می کند و به خصوص در درمان تومورهای اولیه که هنوز متاستاز نکرده اند، مورد توجه است.

آنتی‌بادی‌های مونوکلونال

آنتی‌بادی‌های مونوکلونال اولین وکارآمدترین گروه مولکول‌های هدف گیرنده هستند که قابلیت اتصال به آنتی‌ژن‌های اختصاصی تومور را دارند. توسعه آنتی‌بادی‌های ضدسرطان در گرو شناسایی آنتی‌ژن‌های مناسب است. یک آنتی‌ژن مناسب، در سطح همه سلولهای سرطانی بیان می‌شود، اما در سطح سلول‌های سالم وجود ندارد. برای درمان لنفومای B،Rituximab در سال ١٩٩٧ مورد تایید FDA (سازمان جهانی غذاودارو) قرار گرفت. آنتی‌بادی دیگری که در درمان سرطان سینه استفاده می‌شود trastuzumab است. این آنتی‌بادی به گیرنده Her2 متصل می‌شود و بیان بالایی در، حدود ٢٠-٣٠ درصد از زنان مبتلا به سرطان سینه نشان می‌دهد.تحقیقات نانوتکنولوژی پزشکی در سال های اخیر بر اتصال این آنتی‌بادی‌ها به سطح نانوسامانه‌های دارویی متمرکزشده تا عوامل شیمی‌درمانی با کمک آنتی‌بادی‌ها، به طور اختصاصی به سلول‌های سرطانی هدایت شوند. به عنوان مثال Rituximab و trustuzumab به نانوذرات پلی‌لاکتیک متصل شده‌اند. این هدف گذاری ورود نانوذرات به درون سلول را به میزان ٦ برابر افزایش می‌دهد.

مطالعات ویروسی

خصوصیت ضد باکتریایی نانوذرات فلزی به­طور گسترده­ای مورد بررسی قرار گرفته است اما ویژگی ضد ویروسی آنها توسعه داده نشده است. بیماری­های ایجاد شده توسط ویروس­ها، مشکلات زیادی از نظر اجتماعی و اقتصادی به وجود آورده است. نانوذرات های فلزی را می­توان به عنوان سیستم ضد وروسی با مزیت هسته فلزی و یا پوسته لیگاندی در نظر گرفت.

نانوذرات نقره، فعالیت ضدوروسی در برابر HIV-1 دارای غلظت­های غیر سمی نشان می­دهند. با انجام تعدادی از روش­های in vitro، عملکرد ضدویروسی نانودرات نقره علیه HIV-1 کشف شده است. آشکار شده که نانوذرات نقره، فعالیت ضد ویروسی را در مرحله اولیه همانند سازی ویروس، اغلب به­صورت عامل کشنده ویروس یا مهار کننده ورود ویروس نشان می­دهند. نانوذرات نقره از اتصال ویریون وابسته به CD4، الحاق و ایجاد عفونت جلوگیری نموده به­عنوان عامل موثر کشنده ویروس دربرابر هردو ویروس مرتبط با سلول و بدون ارتباط با سلول عمل می­نمایند. علاوه­براین، نانوذرات نقره، مراحل پس از ورود چرخه زندگی HIV-1 را مهار می­نمایند. می­توان نتیجه گرفت که این خصوصیات، آنها را به عامل دارای طیف وسیعی تبدیل نموده که مستعد القای مقاومت نبوده و می­توانند علیه تنوع گسترده­ای از سویه­های HIV-1 درحال گردش به کار روند.

فعالیت ضد قارچی نانوذرات فلزی

در سال­های اخیر، چند عفونت قلرچی شدید باعث مرگ و میر در بیماران سرکوب ایمنی، شده­­اند که این بیماران به درمان شدید مانند درمان آنتی­بیوتیک با طیف وسیع نیاز پیدا کرده­اند. مطالعات محدودی در زمینه فعالیت ضد قارچی نانوذرات فلزی وجود دارند. اثرات کشندگی و متوقف کردن قارچ مربوط به نانوذرات نقره دربرابر مخمرهای پاتوژن، عفونت­های قارچی مهلکی در بیماران تحت مراقبت شدید ایجاد نموده است. نانوذرات نقره، فعالیت ضد قارچی بالایی علیه گونه­های کاندیدای پاتوژن دارند. فعالیت ضد قارچی نانوذرات های نقره ، قابل مقایسه با نقره یونی می­باشد. اثرات ضد فارچی نانوذرات نقره کروی، در درماتوفیت­ها بررسی شده است. Nano-Ag ، فعالیت شدیدی علیه ایزوله­های بالینی و سویه­های ATCC Trichophyton mentagrophytes و گونه­های کاندیدا نشان داده است. فعالیت nano-Ag قابل مقایسه با آمفوتریپسین B و فلوکونازول می­باشد.فعالیت ضد قارچی نانوذرات نقره به اثرات آنها بر روی میسیلیوم نسبت داده می­شود.

نانوذرات ضد میکروبی

فعالیت ضد باکتریایی به ترکیباتی مربوط می­شود که باکتری­ها را به­طور موضعی کشته یا رشد آنها را بدون سمی بودن برای بافت اطراف، کاهش می­دهند. اکثر عوامل ضد باکتریایی، ترکیبات شیمیایی هستند که نمونه آنها بتا-لاکتام­ها (مانند پنی­سیلین)، سفالوسپورین­ها یا کارباپنم­ها می­باشد. همچنین محصولات طبیعی خالص مانند آمینوگلیکوزیدها و آنتی­بیوتیک­های سنتتیک مانند سولفونامیدها اغلب استفاده می­گردند. درکل، عوامل را می­توان به باکتریساید که باکتری­ها را می­کشند یا باکتریوستاتیک که رشد باکتری­ را کند می­کنند، تقسیم نمود. عوامل ضد باکتریایی، بهترین­ها برای جنگ با بیماری­های عفونی هستند. باوجوداین، با مصرف گسترده و نحوه نامناسب کاربرد آنها، مقاومت باکتریایی به داروها بروز کرده و پدیده شایعی شده است. مقاومت اغلب براساس فرایندهای تکاملی برای مثال درحین آنتی­بیوتیک درمانی ایجاد می­گردد و به مقاومت قابل انتقال منجر می­شود. علاوه­براین، انتقال افقی ژن ازطریق کانژوگاسیون، ترانسداکشن یا ترانسفورماسیون، روشی برای ایجاد مقاومت هستند. چنین سویه­های مقاومی معمولا به نام سوپرباگ (superbug) معروف بوده و در بروز بیماری که سال­ها تحت کنترل بوده، شریک هستند. یک نمونه رایج، سویه­ها باکتریایی ایجاد کننده توبرکلوزیس (TB) هستند که به درمان ضد باکتریایی موجود، مقاوم می­باشند. درحقیقت، تخمین زده می­شود که تقریبا نیم میلیون از موارد جدید توربرکلوز مقاوم چند دارویی (MDR-TB) [1] درسال به وجود می­آید. در این میان، آنزیم جدیدی به نام Delhimetallo-b-lactamase-1 (NDM-1) مسئول مقاومت باکتریایی نسبت به محدوده وسیعی از ضد باکتری­های بتا-لاکتام است و به نظر می­رسد اکثر ایزوله­های دارای NDM-1 به تمام آنتی­بیوتیک­های درون وریدی استاندارد، مقاوم هستند. بنابراین، به دلیل این­که باکتری­ها مقاومت باکتریایی دربرابر عوامل رایج ضد باکتریایی نشان می­دهند، بیماری­های عفونی هنوز یکی از بزرگ­ترین چالش­های سلامتی جهانی هستند. علاوه­براین، معایب عوامل ضد باکتریایی رایج تنها مربوط به پیشرفت مقاومت دارویی چندگانه نیستند بلکه عوارض جانبی هم دخیل می­باشند. مقاومت دارویی، تجویز دوز بالای آنتی­بیوتیک­ها را افزایش داده که اغلب سمیت غیر قابل تحمل را به وجود می­آورد. این امر موجب توسعه استراتژی­های جایگزینی شده است. ازمیان آنها، مواد دارای مقیاس نانو، جزء عوامل ضد باکتریایی نوین هستند. مخصوصا چند گروه از NOهای ضد میکروبی و حامل­های دارای اندازه نانو برای دارو رسانی، اثربخشی خود را در درمان بیماری­های عفونی ثابت کرده­اند. چرا نانوذرات ویژگی­های بهبودیافته­ای را نسبت به عوامل ضد باکتریایی آلی کلاسیک ارائه داده­اند؟ یک دلیل به ناحیه سطحی زیاد نسبت به حجم آنها بستگی دارد که باعث ظهور خصوصیات جدید مکانیکی، شیمیایی، الکتریکی و معناطیسی آنها شده است. در این مورد، نانوذرات در مبارزه با باکتری­ها جالب عمل می­کنند. نخست درمورد ویژگی­های خاص باکتری­ها و تفاوت­های مهم بین سویه­های مختلف بحث می­نماییم. نحوه از بین بردن باکتری­ها شدیدا به مکانیسم­های نانوذرات علیه باکتری­ها، باکتری­های مقاوم به دارو و مکانیسم­های دفاعی آنها بستگی دارد.

دي اكسيدتيتانيم از اكسيدهاي فلزي است كه درزندگي روزمره كاربرد فراواني دارد.اين ماده پودرسفيدرنگي است كه داراي سه فازكريستالي آناتيس، روتايل وبروكيت است.پودراين ماده به عنوان رنگدانه سفيد درصنعت استفاده مي شود. گاف انرژي (شكاف پيوندي Band Gap) نوع آناتيس اين ماده حدود ۲/۳ الكترون ولت است كه مي تواند نورفرابنفش را جذب كند،ازاين خاصيت مي توان به عنوان جاذب نورفرابنفش دركرم هاي ضدآفتاب استفاده كرد..تحقيقات نشان مي دهد كه تركيبي ازساختار روتيل و آناتاز هم ازساختار روتيل و هم از ساختار آناتاز فعاليت بيشتري دارد. دوخاصيت مهم اين ماده كه آنرا در زندگي بسيار كارا و مفيد مي سازد، خواص فوتو كاتاليستي وفوق آب دوستي آن است. از اين دو خاصيت براي تصفيه آب و فاضلاب ها، حذف آلودگي هوا و ساختمان ها، تسريع واكنش هاي فوتو شيميايي مانند تو ليد هيدروژن، ساخت سطوح و لايه هاي ضد مه و شيشه هاي خودتميز شونده استفاده مي شود.

مصارف دارویی و پزشكي نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم

پودر دی اکسید تیتان (روتیل) که از آن پراکسید تیتان، سالسیلات تیتان و تانات تیتان تهیه می کنند، عملی همانند اکسید روی بر روی پوست بدن ایجاد می کند .دی اکسید تیتان برای التیام سوزش های پوستی ساخت قاب کپسول های دارویی و پوشش قرص ها نیز استفاده می شود .ازاين نانوذرات براي دارورساني هدفمند استفاده مي كنند.

نانوذرات تیتانیوم دی‌اکساید می‌توانند برخی از سلول‌های سرطانی را نابود کنند. ساخت نانودارویی برای سرطان مغز  یکی از پیشرفت‌هایی است که برای درمان مؤثرتر سرطان مغز صورت گرفته، دانشمندان ایلینویز تکمیل اولین نانوذراتی را گزارش کرده‌اند که سلول‌های سرطانی مغز را یافته، تخریب می‌کنند، بدون آنکه به سلول‌های سالم آسیبی برسانند. دانشمندان توجه ویژه‌ای به جست‌وجوی راهی برای درمان بیماریGBM (گلیوبلاستومای مولتی‌فورمی) دارند که اغلب موجب مرگ در طول فرایند تشخیص می‌شود. مطالعات نشان می‌دهد که نانوذرات تیتانیوم دی‌اکساید  می‌توانند برخی از سلول‌های سرطانی را هنگامی که به ‌صورت شیمیایی در معرض نور فرابنفش قرار بگیرند، نابود کنند. دانشمندان، مشکلات زیادی در ساخت نانوذراتی به عرض یک پنجاه هزارم قطر موی انسان داشته‌اند که بتواند سلول‌های سرطانی را شناسایی کرده، وارد آنها شود. راه حل جدید دانشمندان، شامل اتصال شیمیایی نانوذرات تیتانیوم دی‌اکساید به یک آنتی‌بادی است که سلول‌های GBM را شناسایی کرده و به آنها می‌چسبد. چنانچه سلول‌های GMB انسانی کشت ‌شده در معرض این «نانوبیوهیبریدها» قرار گیرند، نانوذرات مذکور، حدود ۸۰ درصد از این سلول‌های سرطانی مغر را پس از پنج دقیقه که در معرض نور سفید متمرکز قرار گیرند، نابود می‌کند.  این نانوذرات می‌توانند هنگام انجام عمل جراحی، در درمان سرطان مغز امیدوارکننده باشند.

مهار رشد سلول‌هاي سرطاني به‌کمک نانوذرات دي‌اکسيدتيتانيم:  پژوهشگران با مشاهده نتايج واکنش نانوذرات دي‌اکسيد تيتانيوم با پروتئين ميکروتوبول مغز گوسفند، روشي را براي مهار رشد سلول‌هاي سرطاني پيشنهاد کردند. براي مطالعه اثر نانوذرات دي‌اکسيد تيتانيوم بر مکانيسم سلول‌ها، از واکنش نانوذرات دي‌اکسيد تيتانيوم با پروتئين ميکروتوبول مغز گوسفند استفاده شده است. اين پروتئين شباهت زيادي با نوع انساني آن دارد و غير از مغز در همه بافت‌هاي بدن يافت‌ مي‌شود. از سويي ديگر، اين پروتئين نقش زيادي در مکانيسم سلول‌ها داشته و هرگونه اختلال در آن، به‌عنوان عاملي مضر براي بدن به‌شمار مي‌آيد. در اين پژوهش، نانوذره دي‌اکسيد تيتانيوم، يکبار تحت اشعه UV و بار ديگر بدون اشعه UV قرار گرفت که نتايج حاکي از آن است که نانوذره‌اي که تحت UV قرار گرفته‌است، باعث بريده شدن و از بين رفتن سلول‌هاي پروتئين نام برده، مي‌شوند. از اين‌رو، از نتايج اين پژوهش، مي‌توان در مهار رشد سلول‌هاي سرطاني بهره گرفت.

اثر نانوذرات دي اکسید تیتانیوم و نوع فتوکاتالیستی آن بر تشکیل بیوفیلم قارچی

امروزه تکنولوژي مدرن امکان استفاده از وسایل جدید پزشکی را فراهم آورده است. استفاده از کاتترهاي وریدي، ادراري، دریچه هاي پروستتیک، مفاصل مصنوعی و پروتز ها و سایر ایمپلنت ها در علوم پزشکی متداول می باشند. گزارشات نشان می دهد که حداقل نیمی از عفونت هاي بیمارستانی در ارتباط با وسایل پزشکی می باشند که عواقب این گونه عفونت ها در برخی موارد بسیار وخیم بوده به طوري که به برداشت و حذف این وسایل پزشکی می انجامد و حتی در مراحل پیشرفته منجر به مرگ و میر بیماران می شود.

میکروارگانیسم هاي مختلف که توانایی تشکیل بیوفیلم را بر روي سطوح دارند می توانند بر روي ابزارهاي پزشکی تجمع یابند و با کلنیزاسیون و ایجاد عفونت مشکلات خاصی را در در مان ایجاد کنند. از جمله این میکروارگانیسم ها گونه هاي کاندیدا هستند که توانایی تشکیل بیوفیلم بر روي مواد سنتتیک را دارا می باشند. این امر نه تنها موجب پایداري عفونت هاي قارچی می شود بلکه می تواند با تسهیل چسبندگی سایر میکروارگانیسم ها منجر به بیماري هاي قارچی گردد.