نقشه راه فناوری نانو

کمیسیون اروپا

 

درختسانها

 

دبیرخانه ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

گروه آیندهاندیشی

عنوان گزارش: نقشه راه فناوری نانو اروپا – بخش درختسانها

مترجم: علی عباسی

ویراستار علمی: مرتضی مغربی

گرافیست: امیر حسینزاده

آدرس دبیرخانه: تهران – خیابان ستارخان- خیابان حبیب اله- بلوار گلها- بلوک 5 -

مجتمع صادقیان- ساختمان شماره 2 دفتر همکاریهای فناوری- دبیرخانه ستاد ویژه توسعه

فناوری نانو

معرفی گزارش:

یک کنسرسیوم بینالمللی متشکل از هفت کشور اروپایی با همکاری کمسیون اروپا اقدام به تهیه سلسله گزارشهایی با عنوان نقشه راه نانو نمودهاند که به ترسیم نقشه راه کاربردهای مرتبط با فناوری نانو تا سال 2015 اختصاص دارند. این

گزارشها در سه حوزه زیرتهیه شدهاند:

* مواد

* سیستمهای پزشکی و سلامتی

* انرژی

 

در گزارش دیگری با عنوان گزارش سنتز، مروری کلی بر سه گزارش مجزای نقشه راه انجام شده تا دیدی جامع ازقابلیتهای فناورینانو در سه بخش بسیار مهم مواد، سیستمهای پزشکی و سلامتی، و انرژی ارائه گردیده و ارتباطات و تشریک مساعی بیشتری بین این سه بخش ایجاد شود.

بخش مواد خود شامل چهار گزارش زیر است:

1 )درختسانها

2 )روکشها و فیلمهای نازک

3 )نانوذرات و نانوکامپوزیتها

4 )مواد نانوحفرهای

 

به صورت خلاصه میتوان اطلاعات زیررا از این گزارشها استخراج نمود:

1 .پیشبینی وضعیت مورد انتظار برای آینده توسعه کاربردهای مختلف در سالهای 2010 و 2015

2 .زمینههای اصلی تحقیقاتی و نانومواد مناسب هر صنعت

3 .موانع اصلی موفقیت در هرزمینه کاربردی

4 .پیشبینی قیمتها و حجم تولید جهانی نانومواد

5 .نگرانیهای زیستمحیطی، بهداشتی، و سلامتی هر عرصه

6 .نیازهای آتی بازار در هربخش کاربردی

 

میتوان اطلاعات موجود در این گزارشها را به دو دسته کلی تقسیم کرد. دسته اول اطلاعاتی هستند که نیاز به بومیسازی نداشته و به علاوه با توجه به کمبود نیروی متخصص در داخل کشور، امکان استخراج آنها به صورت اختصاصی برای کشور وجود ندارد. در این مورد باید از اطلاعات موجود در گزارشها به صورت مستقیم بهره برد.

دسته دوم شامل اطلاعاتی هستند که مختص کشور ما نبوده و باید با الهامگیری از روشهای به کار رفته در این پروژه، این اطلاعات را برای کشور استخراج کرد.

به طور خلاصه کاربردهای این گزارشها را میتوان در سه مورد زیر بیان کرد:

1 )تعریف برنامه های آینده برای فناوری نانو در ایران

2 )ارزیابی امکانپذیری پروژه ها در داخل کشور

3 )الهام گرفتن از آنها برای اجرای یک پروژه سریع تقشه راه در ایران

 

با توجه به اهمیت ترسیم یک نقشه راه کلی برای فناوری نانو در کشور و وجود اطلاعات ارزشمند در این گزارشها، گروه مطالعاتی آیندهاندیشی تصمیم به ترجمه این گزارشها و ارائه آنها به صورت مدون نمود. حاصل این تلاش به صورت گزارشهای مجزایی منتشر شدهاند که گزارش پیش رو مربوط به بخش درختسانها از این سلسله گزارشها میباشد.

گروه مطالعاتی آیندهاندیشی

علی عباسی

 

 

1 -مقدمه

 پیشزمینه- 1-1

که بخشی از هزینه آن توسط کمیسیون اروپایی تأمین شـده اسـت، تعیـین نقـشه راه 1 هدف پروژه نقشه راه نانو (NRM) برای کاربردهای مرتبط با فناوری نانو در سه زمینه میباشد:

* مواد

* سیستمهای پزشکی و سلامتی

* انرژی

در این پروژه، یک کنسرسیوم متشکل از هفت کشور اروپایی به اضافه اسرائیل، توان خود را جمع کرده انـد تـا محـدوده زمانی مربوط به توسعه فناوری را در این زمینه ها تا سال 2015 تحت پوشش قرار دهند . نتایج این پروژه مـیتوانـد توسـط هر نهاد اروپایی علاقهمند در زمینه برنامهریزی راهبردی تحقیق و توسعه شامل فناوری نانو، مورد استفاده قرار گیرد . البتـه یکی از استفادهکنندگان بالقوه این نتایج، خود کمسیون اروپایی است که می توانـد از آن در تهیـه هفتمـین برنامـه اصـلی اروپا (FP7 (برای تحقیق وتوسعه فناوری بهره گیرد.

برای اطلاعات بیشتردر مورد پروژه NRM لطفاً به سایت زیر مراجعه نمایید:

www.nanoroadmap.it

 اهداف- 2-1

هدف اولیه NRM تهیه سناریوها و نقشه های راه یکپارچهای است که بتواند به نهادهای اروپایی در جهـت بهینـه کـردن نتایج مثبت فناوری نانو در جامعه کمک نموده و اطلاعات مورد نیاز را در مورد آینده توسعه این فناوری و زمان به نتیجه رسیدن آن در اختیار آنها قرار دهد.

استفادهکنندگان کلیدی این پروژه عمدتاً صنایع اروپایی شامل SMEهـا، سـازمانهـای تحقیقـاتی، و همچنـین نهادهـای عمومی به طور کلی، و کمسیون اروپایی به طور اخص میباشد.

این گزارش یکی از سه گزارش نهایی NRM میباشد (همراه با گزارشاتی در زمینه سیـستمهـای پزشـکی و بهداشـت وانرژی) که هدف آن ایجاد یک دید کلی از زمینههای خاص انتخاب شده برای تعیین نقشه راه میباشد.

1-3 -روش کار

1-3-1 -جمعآوری و تولید اطلاعات موجود مرتبط

در اکتبر 2004 گزارشی منتشر شد که مهم ترین گزارش اولین مرحله پروژه به حساب می آمد. این گزارش بر جمعآوری و تولید اطلاعات منابع عمومی 31 کشور مبتنی بوده و به عنوان گزارش اصلی افتتاحیه اولین کنفرانش بین المللی NRM که چهارم تا پنجم نوامبر 2004 در رم برگزار گردید، منتشر شد . کل گزارش را مـی تـوان بـه صـورت رایگـان از سـایت پروژه دریافت کرد.

این گزارش مروری بر انواع مختلف نانومواد داشته، هر نانوماده را تعریف کرده، مشخـصات برجـسته آن را بیـان نمـوده، بازار و کاربردهای فعلی و آینده آن را شرح دا ده، کشورهای پیشرو در هر زمینه را معرفی کرده و در نهایت، فعالیت های

اصلی تحقیق و توسعه را در هر زمینه توضیح میدهد. این گزارش مروری نیز برزمینه های غیر فنی (جنبه های اجتماعی، قانونی، اخلاقی، بهداشتی و سلامتی و همچنین جنبه های اقتصادی و نیازمندیهای زیر ساخت ی) دارد. در ایـن گـزارش 12 بخش که شاید از نظر اصطلاحی و تقسیم بندی مواد همسان نیز نمی باشند جـای داده شـده انـد. لیـست زیـرمـورد توافـق گروههایی قرار دارد که در پروژه NRM همکاری داشتهاند. (تقسیم بندی مشابهی در این گزارش نیزدیده میشود):

1 -مواد نانو ساختاری

2 -نانوذرات/ نانوکامپوزیتها

3 -نانوکپسولها

4 -مواد نانوحفرهای

5 -نانوالیاف

6 -فولرینها

7 -نانوسیمها

8 -نانولولههای کربنی تکجداره و چندجداره

9 -درختسانها

10 -الکترونیک مولکولی

11 -نقاط کوانتومی

12 -فیلمهای نازک

 موضوعات انتخاب- 2-3-1

هدف اصلی دیگر این گزارش ایجاد مبنایی برای بحث و انتخاب چهار زمینه از دوازده زمینه فوق برای تعیین نقشه راه میباشد. انتخاب اولیه این چهار عنوان در طول اولین کنفرانس بین المللی در نوامبر 2004 صورت پذیرفت. پس از یک مباحثه دقیق که در آن متخصصین بین المللی فناوری نانو حضور داشتند چهار عنوان انتخاب شدند که به تأیید کمیسیون اروپایی نیز رسیدند. عناوین انتخاب شده عبارت بودند از :

1 -مواد نانوحفرهای

2 -نانوذرات/ نانوکامپوزیتها

3 -درختسانها

4 -فیلمهای نازک و روکشها

1-3-3 -جزئیات نقشه راه

برای تهیه و اجرای نقشه راه از یک روش مشابه روش دلفی (که ازاین به بعد با نام پنل دلفی خوانده خواهد شد) استفاده شده است. در این روش از دو چرخه استفاد شده است که این دو چرخه برای هر چهار مورد یکسان بوده است. روش دلفی شامل موارد زیربود :

1 -انتخاب افراد متخصص بین المللی در این زمینه (برای اطلاع بیشتر ضمیمه را ببینید)

2 -ایجاد یک پرسشنامه مطلوب آنلاین برای هرموضوع برای تهیه نقشه راه

3 -پخش پرسشنامهها و جمعآوری پاسخ متخصصین (اولین چرخه)

4 -تهیه یک سند نقشه راه اولیه مبتنی بر اطلاعات جمعآوری شده از متخصصان و مصاحبه شخصی با برخی از

این متخصصان.

5 -دادن این سند نقشه راه اولیه به متخصصان و گرفتن نظر آنان (چرخه دوم).

6 -تهیه شرح کامل نسخه نهایی نقشه راه.

برای هر یک از چهار زمینه ذکر شده در بالا یک نقشه راه تهیه شده است. این نقشههای راه در هشت همایش ملی و یک کنفرانس بین المللی که در سه ماهه چهارم سال 2005 برگزار گردید ارائه شده اند.

1-4 -ساختار این گزارش

این گزارش با تعریف درختسانها آغاز شده (بخش 2-1 (و سپس ویژگیهای جالب توجه آنها بیان گردیده است (بخش 2-2 (در جایی که امکان داشت کاربردهای بالقوه مربوط به ویژگیهای درختسانها (نسبت به دیگر نانومواد) آورده شده است. بخش 2-3 شامل سه مرحله سنتز (2-3-1 ،(عاملدار کردن (2-3-2 ،(و کاربردها (2-3-3 (میباشد.

برای هر یک از این مراحل جزئیات فناوریهای مربوطه و موانع اصلی موجود بر سر راه این فناوریها که به وسیله متخصصین گزارش شده است، بیان گردیدهاند. همچنین تا حد امکان روشهای غلبه بر این موانع نیز آورده شدهاند. در بخش کاربردها فهرستی از معمولترین کاربردهای درختسانها که در کل دنیا در مورد آنها تحقیق شده است ذکر گردیدهاند. همچنین با استفاده از نمودارها (که مبتنی بر نظریات متخصصین میباشد) سعی شده است تا یک دید کلی از وضعیت تخمینی توسعه این کاربردها در سالهای 2005 ،2010 و 2015 ارائه شود. همچنین با استفاده از یک نمودار، ریسک موجود در رشد پیش بینی شده بازار برای هر کاربرد در طی دهه آینده نشان داده است. در بخش 2-4 تخمینی

از میزان تکامل و رشد قیمت و حجم تولید جهانی انواع مشخصی از درختسانها ذکر گردیدهاند. بخش 5-2 به طور خلاصه مروری بر جنبه های غیر فنی درختسانها دارد. ما بر روی این بخش تمرکز زیادی نداشتیم، چرا که پروژههای دیگری قبلاً این موضوع را تحت بررسی قرار دادهاند. بخش نهایی (2-6 (شامل نتیجهگیری و پیشنهادات میباشد. این بخش مروری بر کاربردهای مربوط به درختسانها داشته (2-6-1 (موقعیت اروپا را در این زمینه ارزیابی نموده (2-6 -

2 (و پس از نتیجهگیری نهایی پیشنهاداتی را در این زمینه ارائه کرده است (2-6-3 .(در بخش ضمیمه در انتهای این گزارش لیستی از افراد شرکتکننده در پنل دلفی و همچنین برخی اطلاعات آماری مورد نیاز آورده شده است. در این گزارش بخشهایی از متن هایلایت شده یا به صورت رنگی در آمدهاند تا توجه خواننده را به خود جلب نمایند. بخشهای "هایلایت" شده بخشهایی هستند که طبق نظرW&W برای هفتمین برنامه اصلی تحقیق اروپا مناسب میباشند و باید مد نظر قرار گیرند.

2 -نقشه راه درختسانها

2-1 -تعریف درختسانها

یک درختسان ماکرومولکولی است که دارای ساختار سهبعدی با شاخههای زیاد میباشد. این شاخهها باعث میشوند که عملکرد سطحی و انطباقپذیری این مولکولها بسیار زیاد باشد. یک درختسان معمولاً از یک مولکول هستهای چندکارکردی تشکیل میشود که اطراف آن شاخههای زیادی قرار گرفته و در انتهای هر شاخه گروههایی قرار دارند که به نام گروههای انتهایی نامیده میشوند. یک درختسان را میتوان تقریباً از هر چیزی که بتواند شاخه تشکیل بدهد ساخت (اتمهای فلزی، گروههای آلیفلزی یا مواد آلی خالص) درختسانها میتوانند بسته به مادهای که از آن ساخته میشوند و همچنین نحوه تشکیلشان خصوصیات متفاوتی داشته باشند. درختسانها با یک روش گام به گام و از طریق یک فرآیند خودآرایی تسلسلوار ستنز میشوند که طی آن هربار تکرار فرآیند منجر به ایجاد درختسانهای نسل بعدی میشود. زمانی که تعداد این مراحل افزایش مییابد، مولکول به شکل کروی نزدیکتر میشود.

پلیمرهای با شکل درختسان به عنوان چهارمین گروه اصلی معماری ماکرومولکولی (همراه با معماری خطی دارای پیوند عرضی و شاخهدار) شناخته میشوند و از چهار زیر گروه تشکیل میشوند :

 2 1 -ابرشاخهایهای غیرمنظم

3 2 -درختگونهای پیوندی

دندرونها- 3 4

درختسانها- 4 5

بیشتر مطالب این گزارش در زمینه درختسانها میباشد. تفاوت اصلی مابین درختسانها و دیگر پلیمر های پر شاخه این است که در درختسانها هر یک از واحدهای مونومری حداقل یک گروه عاملی دارند که موجب ایجاد شاخه بیشتر گردند. ساختارهای پرشاخه را میتوان حد واسط بین درختسانها و پلیمرها خطی در نظر گرفت. برخی ساختارهای پرشاخه (صرف نظر از مرکز معماری آنها) ساختاری شبیه درختسان ها دارند، با این تفاوت که کنترل پارامترها همانند درختسانها ساده نمیباشد. سنتز این نوع از ساختارها آسانتر بوده و از سوی دیگر میتوانند منجر به تولید مشتقاتی با نقصهای ساختاری مشخص و مفید گردند. هزینه پایین تولید پلیمرهای پر شاخه منجر به این شده است

که در برخی کاربردهایی که هزینه در آن اهمیت زیادی دارد (مانند صنعت خودرو)، این مولکولها (در استفاده به  (یکسان بودن 6 عنوان افزودنی کامپوزیت) به درختسانها ترجیح داده شوند. با این حال در حالت های دیگر یکنواختی شکل و اندازه مولکولها) و واکنشپذیری بالا (محلهای واکنشی متعدد) درختسانها موجب ایجاد مزیتهایی میگردند که هزینه بالای آنها را توجیه میکند.

2-2 -ویژگیهای بسیار برجسته درختسانها

بنا به نظر اکثر متخصصین (90 (%درختسانها را میتوان انطباق پذیرترین ساختارهای واحدهای ساختاری نانومقیاس سنتزی شناخت که از نظر ساختاری و ترکیبی به راحتی قابل کنترل میباشند. در مقایسه با سایر ساختارهای سنتزی نانومقیاس (پلیمرهای معمولی، باکی بالها، یا نانولولههای کربنی) درختسانها هم نامحدود بوده و هم تنوع ساختاری محدودی دارند. با این حال باید بیان شود که بسیاری از مراحل سنتزی که برای ساخت درختسانها میتوانند به کار روند، برای سنتز باکی بالهای عاملدار نیز قابل استفاده میباشند. اما درختسانها از همان مراحل اولیه سنتز قابلیت تغییر را دارا میباشند.

 2 Random Hyperbranched

3 Dendrigrafts

4 Dendron

5 Dendrimers

6 Monodispersity

درختسانهای گوناگون به دلیل دارا بودن معماری و ساختار متفاوت ویژگیهای فیزیکی شیمیایی و زیستی ارزشمندی دارد.

این ویژگیها منجر به ایجاد کاربردهای وسیعی میگردند که از طریق استفاده از ماکرومولکولهای خطی معمولی این کاربردها امکانپذیر نمیباشند. در درختسانها امکان کارکردی نمودن انتخابی و همچنین کنترل ویژگیهای وابسته به اندازه به روشی بسیار دقیق و یکنواخت امکان پذیرمیباشد.

 

 

طبق نظر متخصصین شرکتکننده در پنل دلفی مهمترین ویژگیهای درختسانها (به ترتیب اهمیت) عبارتند از:

چند ظرفیتی بودن

خارجیترین لایه یک درختسان کارکردهای متفاوت را به آسانی میپذیرد و در نتیجه امکان اضافه نمودن گروههای عاملی مختلف به این لایه وجود دارد. چندظرفیتیبودن از این لحاظ که میتواند موجب ایجاد کارکردهای متفاوتی شود، مفید میباشد.

این ویژگی همچنین برای ایجاد برهمکنشهای چندگانه با گیرندههای زیستی دارای اهمیت بسیار زیادی میباشد که به عنوان مثال از این خاصیت میتوان در طراحی عوامل درمانی ضد ویروسی استفاده نمود. با استفاده از درختسانها به عنوان پایهای برای ایجاد کپیهای متعدد از گروه یا گروههای سطحی، فعالیتهای زیستی جدیدی کشف شدهاند که ویژگیهای دارویی منحصر به فردی دارند. میتوان لیگاندهای مختلفی را به درختسانها متصل نموده و از آنها به عنوان عوامل انتقال دهنده ژن استفاده نمود. به عنوان مثال میتوان از لیگاندهایی که تنها سطح یک سلول خاص را

تشخیص میدهند، همراه با لیگاندهایی که فرار از آندوزومها را تسهیل مینمایند، استفاده نمود. عاملدار کردن محیطی نیز میتواند منجر به کوپلیمرهایی با خواص جالب (همانند ویسکوزیته، پایداری، و غیره) شود. پرکنندههای درختسانی قبلاً به طور گستردهای در کامپوزیتها و سایر مواد مورد استفاده قرار گرفتهاند تا چنین خصوصیتی را تغییر دهند.

ویژگیهای یک درختسان را به راحتی میتوان از طریق تغییر گروه انتهایی آن تغییر داد. (به عنوان مثال تغییر گروههای انتهایی بر روی یک اسکلت مشابه منجر به ایجاد حلالیت در حلالهای آلی، CFC ،و یا حلالیت درون آب میگردد. ایجاد گروههای عاملی فلزی در محیط پیرامون درختسانها کاربردهایی از جمله در کاتالیزورها را دربردارد.

کاربردهای دیگر عبارتند از حسگری، بسترهای نانومقیاس، رسانایی یونی و کاربردهای الکترونیکی و فوتونیکی (همانند افزایش انتقال الکترونی: اثر تقویتی؛ یا برای کاربردهای نوری: هدایت نور از طریق یک مجرای قیفی). عاملدار کردن ساده نیز کلیدی برای ایجاد سازگاری با مواد دیگر میباشد (مثلاً درون ابزارهای الکترونیکی) که بنا بر گفته محققان مزیت کلیدی درختسانها نسبت به سایرمواد/فناوریها میباشد.

نقاط زیاد انجام واکنش نیزمی تواند به درخـتسـانهـا امکـان تغلـیظ مـواد را بدهـد . ایـن خاصـیت در تغلـیظ اسـیدهای نوکلوئیک جهت شناسایی آنها بدون تق ویت سیگنال (یعنی با PCR ،(و همچنین در کنار هم نگـه داشـتن چنـدین عامـل ایجاد تباین در MRI به کار میرود.

کنترل ساختار، اندازه و شکل شاخهدار شدن درختسانها کاملاً قابل پیشبینی بوده و ساختارهای سه بعدی با معماری بسیار منظم به وجود مـی آورنـد.

این ویژگی با کاربردهایی همچون مدلسازی پروتئینها و کاتالیزورها مرتبط مـیباشـد.کنتـرل انـدازه نیـزدر کاربردهـای دارویی اهمیت زیادی دارد؛ چرا که مولکولهـای بـا انـدازه متفـاوت، ویژگـی هـای دارویـی متفـاوتی دارنـد . پلیمرهـای درختسان مانند دیگری همچون پلیمرهای شاخهدار شده یا ساختارهای ت رکیبـی درخـتسـان- پلیمـر خطـی مـی تواننـد نسبت به درختسانهای خالص قابلیت بیشتری برای کاربردهای پزشکی داشته باشند . اما قابلیت اصـلی مـورد نیـاز بـرای کاربردهای زیستی، توانایی رهاسازی یک محصول خالص می باشد. به همین دلیل سنتز سـاختار ترکیبـی درخـتسـانهـا برای چنین کاربردهایی عموماً با سنتزدرختسان شروع شده و سپس فاز ترکیب نمودن صورت میگیرد.

پایداری شکل درختسانها بسیار مهم است؛ چرا که این پایداری امکان این را به وجود مـیآورد کـه کارکردهـا را نـه تنها روی سطح درختسان، بلکه درون ساختار آن نیز جای داد . این برای برخـی کاربرد هـا هماننـد حـسگری از اهمیـت حیـاتی برخـوردار اسـت. در حـسگری، پایـداری سـاختار درخـتسـانهـا مـیتوانـد مـانع از تجمـع خـود بـه خـودی کروموفورهایی شود که در سطح درخت سان قرار داشته و مسئول ایجاد فلوئورسانس می باشند. بدین ترتیـب ذره قابلیـت نشر فلوئورسانس خود را حفظ می کند. علاوه براین، درختسانهای دارای ساختار محکـم و ثابـت، حفـرات مشخـصی

دارند. این امر برای ایجاد برهمکنشهای تعریفشده میان درختسان و مولکولهای میهمان ضروری میباشد.

را فراهم میآورد. شبهبلورهای مـایع معـدنی بـه دلیـل دارا 7 در بلورهای مایع، این خاص یت امکان ایجادشبهبلورهای مایع بودن خواص ویژهای همچون خواص مکانیکی و نوری، مورد توجه زیادی قرار دارنـد. بنـا بـر گفتـه برخـی متخصـصان، درختسانها تنها مولکولهای آلی میباشند که چنین خواصی را دارا می باشند. به علاوه، درختسانها قابلیـت اسـتفاده در نمایشگرهای انعطافپذیر را دارند. خودآرایی نرم درختسانها امکان ایجاد خواص الکترونیکی مورد نظر را با دقتی همانند سیستمهای زیستی ایجاد میکند (چندعاملی بودن یا داشتن کارکرد چندگانه ). بنا بـر اظهـار متخصـصان، طراحـی

ابزارهای ماکرومولکولی (همانند ماشینها، موتورها و غیره) به احتمال زیاد با مشارکت درختسـانهـا صـورت خواهـد گرفت. این مولکولها گام بزرگی در جهت ایجاد سیستمهای نانوساختاری پیچیده ایفا مینمایند.

یکنواختی

فرآیند سنتز مرحلهای امکان ساخت درختسانهایی با اندازه کاملاً یکسان و عوامـل سـطحی کـاملاً مـشخص را فـراهم میآورد. این یکنواختی ابزاری در اختیار محققان قرار می دهد که بتوانند با اندازههای قابل تغییر کاملاً تعریـفشـده کـار کنند. آرایش حسابشده اجزا به درختسانهایی با شکل و اندازه مطلوب منجر میشود که میتوانند قابلیتهـای حمـل و نفوذ متفاوتی داشته باشند . این ویژگـی در کاربردهـایی همچـون سـنتز مولکـولهـای حامـل، اسـتفاده در بـسترها و در کاربردهای الکترونیکی مفید میباشد.

بنا بر گفته برخـی متخصـصان، یکنـواختی مهمتـرین تفـاوت میـان درخـتسـانهـا و پلیمرهـا اسـت . سـاختارهای کـاملاً تعریفشده، مخصوصاً در کاربردهای زیستی و پزشکی حائز اهمیت میباشند.

قابلیت حمل مواد علاوه بر حمل مواد بر روی سطح، حفرات درونی درختسانها میتوانند از طریق کپسوله کردن و جذب، برای حمل و یا ذخیرهسازی انواع مختلفی از فلزات، مولکولهای آلی و معدنی به کار رونـد. عامـلدار کـردن مناسـب (از نظـرنـوع و درجه) میتواند منجر به ظرفیت مطلوب حمل مواد گرد د. این ویژگی درختسانها آنها را برای کاربردهای دارورسـانی و ساخت ابزارهای الکترواپتیکی یا مغناطیسی مناسب می سازد. این ویژگی همچنین به درختسانها این امکان را میدهد

کـه مـواد مختلفـی همچـون نـانوذرات و فلـزات را ذخیـره نمـوده و از رسـوب آنهـا جلـوگیری نماینـد. بـدین ترتیـب مجموعههایی به وجود میآیند که برخی آنها را نانوراکتور مینامند. امکان حمل مواد رنگی درون درختسـانهـا روش جدیدی را برای نشانگذاری ایجاد نمودهاست. همچنین این مواد در پلیمرهای رنگی حاوی درختسانها بهکار رفتهانـد (درختسانها بهتر از مواد رنگی خام با پلیمرها مخلوط شده و با آنها پیونـد ایجـاد مـی کننـد). قابلیـت جابـه جـایی مـواد درختسانها را به یک حامل بالقوه جذاب در ساختارهای زیستی و مواد خاص تبدیل کرده است.

زیستسازگاری/سمیت پایین

برخی سیستمهای درختسانی سمیت بسیار کمی از خود نشان می دهند (درختسانهای حامل گروههای آنیونی سـمیت کمتری نسبت به انواع مشابه حامل گروه های کاتیونی از خود نشان می دهند). عموماً درختسانها هنگام تزریق به بدن یا استفاده معمولی، سیستم ایمنی بدن را تحریک نمی نمایند (البته خیلی کم و قابل اغماض ). این ویژگیها باعـث مـی شـود درختسانها برای دارورسانی و نشانگذاری زیستی بسیار مناسب باشند . در این زمینههـا، زیـستسـازگاری هـم از نظـر سمیت کمتر و هم از نظر زیست تخریبپذیری دارای اهمیت حیاتی است. البته میتوان درختسانهـا را از مـواد زیـستی

همچون DNA نیزتولید نمود.

 (شاخهای) قابلیت زیادی در بسیاری از روش های درمانی دارند. بنابراین زیستسازگاری آنها 8 پلیمرهای درختسانمانند از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است . با این حال، نه تمام درختسانها غیرسمی بوده و نه همه آنها سمی میباشند. تنهـا برخی از آنها این ویژگیها را دارند. همانگونه که بیان شد درختسانهای حاوی گـروههـای کـاتیونی مـیتواننـد سـمی باشند.

قابلیت انتقال مواد: انتقال مواد ژنتیکی به درون سلول

تنوع شیمیایی بالای درختسانها این امکان را به وجود می آورد که بتوان ماکرومولکولهایی را طراحی نمود کـه قـادر باشند از غشاها عبور کنند . درختسانها در محصولات فعلی بـه کـار رفتـه انـد (مـثلاً در انتقـال مـواد ژنتیکـی بـه داخـل یوکاریوتها درون بدن موجود زنده). امکان استفاده از این محصولات همراه با مزایای درختسانها در این زمینه، قـبلاً به اثبات رسیده است.

2-3 -مسیر استفاده از درختسانها

این بخش مراحل مختلف استفاده از درختسانها را مورد بررسی قرار می دهد: سنتز، عاملدار کـردن، و بـهکـار گیـری. درختسانها بسته به نوع ساختاری که محقق نیاز دارد و کاربردی که در آن مورد استفاده قرار خواه ند گرفـت، پـس از سنتز، عاملدار میشوند و در نهایت در محصول مورد نظربه کار گرفته میشوند:

با این حال باید در نظرداشت که این فرآیند همیشه یک فرآیند خطی و دارای مراحل مستقل از هم نمیباشد. در بسیاری از حالتها، هر یک از کاربردهای درختسانها دارای یک یا چند فرآیند ویژه تولید، خالص سازی، و عامـلدار کـردن میباشد تا ویژگیهای مورد نظر با کمترین زمان و ه زینه (مواد) و یا بهترین کارکرد و کیفیت (پزشکی زیستی) به دسـت آید. بنابراین بهینه کردن تمام این مراحل به صورت مستقل از هم ممکن نبوده و باید به صورت یکپارچه عمل شود.

 درختسانها سنتز- 1-3-2

درختسانها را با روشهای مختلفی میتوان سنتز نمود. با این حال، روش های سـنتزی همگـرا و واگـرا معمـول تـرین و توسعهیافتهترین روشهای سنتزی میباشند. بنا برگفته متخصصین شرکت کننده در پنل دلفی، موانع اصلی موفقیت سـنتز درختسانها عبارتند از قیمت بالا (برخی درختسانهای با قیمت مناسب به زودی به بازار عرضه خواهند شد ) و برخـی موانع فنی. چالشهای فنی عمده برای سنتز درختسانها (هم همگرا و هم واگرا ) در ایجاد روشهـای کنتـرل فرآینـد و روشهای تشخیص و تجزیه محصول نهایی میباشد، به نحوی که فرآیند تولید تکرارپذیر بوده و محصول به دست آمده

دارای خلوص بالا و کاملاً مشخص باشد . پیشبینی زمان غلبه بر این موانع بسیار دشوار می باشد؛ چرا که مسائل فنی ذکـر شده در بالا برای هرنوع جدیدی از درختسانها دوباره تکرار میشود. بنابراین، این امربـستگی زیـادی بـه زمـانی دارد که بهکارگیری هر ساختار جدیدی از درختسانها پیگیری شود. نوع کاربرد درختسانها، مهم بودن یـ ا نبـودن حجـم تولید انبوه و قیمت پایین آن را تعیین می کند. در حالتهای محدود، فقدان تجهیزات توسعه یافته نیز میتوانـد یـک مـانع برای سنتز باشد.