مروری بر کاربردها در سال 2015

شکل زیر خلاصهای از وضعیتهای مورد انتظار توسعه کاربردهای مختلف درختسانها را در سال 2015 نشان میدهد.

شکلها ومتن موجود در این بخش عمدتاً براساس نظرات متخصصان شرکت کننده در پنل دلفی تهیه شده است.

تا سال 2015 بسیاری از کاربردهایی که در حال حاضـر در مرحلـه توسـعه قـرار دارنـد، وارد بـازار شـده، ولـی همچنـان ایدههای جدید زیادی وجود خواهند داشت که انتظار رس یدن به بازار را دا رند. با اینحـال، برخـی زمینـه هـای خـاص در الکترونیک و پزشکی زمان بیشتری را برای توسعه نیاز خواهند داشت . در مورد کاربردهای مرتبط با سلامتی وبهداشـت، این امر میتواند به دلیل آزمایشات طولانی بالینی و اخذ مجوزهای رسمی لازم بـرای اسـتفاده از محـصولا ت مـورد نظـر باشد.

ایدههای تحقیقاتی در آینده شامل نانوابزارها نیز خواهند بود که ممکن است تـا سـال 2015 بـه فـاز تحقیقـات کـاربردی برسند.

خطرات مورد انتظار برای رشد بازار در دهه بعد نمودار زیرتخمینی از خطرات (فنی و بازار) موجود در زمینه توسعه را در برابرتخمینی از رشد بـازار کاربردهـای خـاص

در دهه آینده نشان میدهد.

هدف کلی نمودار زیر مقایسه موقعیـت نـسبی کاربردهـای مختلـف مـی باشـد. بـرای برخـی از کاربردهـا، بـازار موجـود محصولات مرتبط با درختسانها صفر میباشد، در حالی که برخی دیگر از کاربردها، بازار قابل ملاحظـه ای دارنـد. بـه علاوه، مرحله توسعه کاربردهای مختلف، بر روی میزان ریسک تـ أثیر دارد (بـه طـور معمـول، هـر چـه کـاربرد پیـشرفت بیشتری داشته باشد، ریسک آن کمتر است ). با این حال، ممکن است برخـی کاربردهـا بـرای رسـیدن بـه بـازار بـا موانـع سختتری مواجه شوند (مثل تایید توسط FDA برای کاربردهای پزشکی)

شکل زیر عمدتاً بر اساس نظرات متخصصان شرکت کننده در پنل دلفی تهیه شده است . کاربردهایی که در گوشه پـایین سمت چپ شکل قرار گرفتهاند، ریسک کمتری دارند؛ اما از آنجایی که انتظار نمیرود بازار مرتبط با آنهـا در طـی دهـه آینده رشد زیادی داشته باشد، پس قابلیت سود پایینی نیز دارند .کاربردهای گوشه پایین سمت راست (ریسک بالا، رشـد بازار پایین) نیاز به حمایت زیادی برای توسعه دارند . در گوشه بالا سمت چپ (ریسک پایین، رشد بازار بالا ) جالبترین کاربردها مشاهده میشوند. در گوشه بالا سمت راست کاربردهایی مشاهده می شـوند کـه در حـین داشـتن ریـسک بـالا، رشد بازار تصاعدی را دارند (اگر توسعه این کاربردها با موفقیت انجام شود).

مشاهده میشود که هیچ کاربردی به طور مشخص در گوشه پـایین سـمت راسـت (کاربردهـای کـاملاً غیرجـذاب) قـرار ندارد. در گوشه بالا سمت چپ (کاربردهای بسیار جذاب) کاربردهای پزشـکی (هماننـد عوامـل تبـاین تـصویر MRI و تشخیص پزشکی) و همچنین کاربردهـای مـصرفی (هماننـد رنگدانـههـا، رنـگهـا، چـسبهـا، جوهرهـا و تونرهـا) قـرار میگیرند. روند معمولی که در شکل مشاهده می شود این است که کاربردهایی بـا رشـد بـازار ی بـالا، عمومـاً از ریـسک بالایی نیزبرخوردارند.

2-4 -تخمین قیمت و میزان تولید جهانی

با وجودی که پیشبینی دقیق آینده در زمینه فناوریهایی همانند درختسانها، که هنـوز جـای پیـشرفت زیـادی دار نـد، بسیار مشکل است، اما تخمین قیمت و میزان تولید جهانی انواع خاصی از این درخت سان میتواند مفید باشد. شکلهـای زیر بر اساس اطلاعات ارائه شده توسط متخصصان شرکت کننده در پنل دلفی رسم شده اند. این متخصصان تلاشی قابـل ستایش جهت ارائه اطلاعات روشن برای این بخش از خود نشان دادهاند.

در حالی که محققان دانشگاهی عموماً با این نوع از اطلاعات (تخمینها) سر و کار ندارند، شرکت ها نیز (بیشتر به دلایـل رقابتی) مایل به ارائه اطلاعات نیستند . به علاوه، پیشرفتهای فناوری میتوانند منجر به جهـش هـای کـوچکی در قابلیـت تولید شوند که حتی خود شرکتها نیزهنوز آن را پیشبینی نمیکنند. از دیگر سو، موانع فنی نیزمیتواننـد میـزان تقاضـا برای درختسان را کاهش داده و از این طریق، انگیزه لازم برای توسعه ظرفیت تولید را نیز پایین بیاورند.

به علاوه، تقریباً در تمام زمینه هایی که درختسانها کاربرد دارند، فناوریهای رقیبی وجود دارنـد کـه بـه طـور وسـیعی تجاری بوده و میتوانند مانع از ارائه راه حلهای مبتنی بر درختسان شوند. بنا بر گفته متخصصان، زمینه هایی که احتمـال موفقیت تجاری پایدار درختسانها در آنها بالاست، عرصههایی میباشند که به شدت وابسته به خواص منحصر بـه فـرد درختسان، همانند چند ظرفیتی بودن، میباشند.

شکلهای زیر تنها باید به عنوان نشانه ای از روندهای حاکم بر قیمت و حجم تولید انواع خاصی از درختسانها مد نظـر قرار گیرند. برای درختسانهای یک خانواده (بسته به نسل، کیفیت و...)، تغییراتی در قیمـت وجـود خواهـد داشـت . بـه همین دلیل این دادهها باید به عنوان مقادیرمیانگین در نظر گرفته شوند.

در دارورسانی هدفمند به کار می روند. همچنین این درختسـانهـا بـه دلیـل امکـان بـالای 14 درختسانهای L – لیسین تولید، پایداری و سازگاری زیستی بیشتر در مقایسه با سایر انواع درختسانهـا، در کـرمهـای ضـدمیکروب فعلـی مـورد استفاده قرار میگیرند. اتصال ویروسها و باکتریها به میزبـان انـسانی آنهـا و یـا محـیط اطـراف، از طریـق ایجـاد پیونـد چندظرفیتی صورت میگیرد. این نوع از درخت سان یک پایه ایدهآل برای توسعه مـواد ضـد میکـروب یـا ضـد ویـروس چندظرفیتی میباشند تا بتوانند در فرآیند اتصال میکروبها و ویروسها دخالت نمایند.

درختسانهای PAMAM کاربردهای بیشماری دارند. این درختسانها در عوامل کاتالیزوری و بـه عنـوان پایـه ای برای نانوراکتورها در حبابها به کار میروند. آنها همچنین در دارورسانی هدفمند نیز به کـار مـی رونـد. در ایـن حالـت مولکولهای درختسان (اگر به درستی طراحی شوند) به عنوان نـانوظرفهـای سـنتزی دقیـق و نانوچـارچوبهـایی کـه سیستم ایمنی بدن را فعال نمیکنند، عمل مینمایند. این مواد همچنین ظرفیت بالایی برای حمل مواد دارند.

درخـتسـانهـا PAMAM همچنـین بـه عنـوان عوامـل ایجـاد تبـاین در MRI بـه کـار مـیرونـد. ارزش افـزوده ایـن درختسانها در اینجا به این دلیل است که موجب افزایش تفکیـکپـذیری و شـفافیت تـصویر بـرای نمونـه هـای دارای غلظت پایین میگردند. درختسانهای مبتنی بر PAMAM با گروههای عاملی مـشخص مـی تواننـد بـه عوامـل ایجـاد شفافیت متصل شده یا مقادیر زیادی از آنها را در خود ذخیره نمایند.

درختسانهای PAMAM همچنین میتوانند زمانی که به جذب کمپلکسهای با انـدازه نـانومتری توسـط سـلول نیـاز میباشد، به عنوان عوامل انتقال دهنده عمل کنند . درختسانهای با اندازه کمی کوچکتر برای این کاربرد بسیار مناسـب میباشند. بر اساس اطلاعات ذکر شده در برخی از منابع، حجم درخت سان مورد نیاز برای این کاربرد را میتوان در حـد محدودههای پایین کیلوگرمی تخمین زد. این نوع درختسان را میتوان در فرآیند تشخیص و همچنین در مدلـسازی بـه عنوان تقلیدی از پروتئین/آنزیم مورد استفاده قرار داد.

2-5 -جنبههای غیرفنی

این بخش به جنبههای غیرفنی درخـتسـانهـا همچـون مـسائل مربـوط بـه بهدا شـت، ایمنـی و محـیط زیـست (HSE،( نیازمندیهای زیرساختی/تجهیزاتی، هزینههای دستگاهی و غیره اختصاص دارد.

جنبههای مربوط به بهداشت، ایمنی ومحیط زیست (HSE (

در گزارشی به نام «فناوریهای نانو: خطرات و فرصتها»که اخیراً توسط Cientifica منتشر شـده اسـت، بیـان گردیـده است که «بسیاری از مراکز دانشگاهی و شرکت ها از روش نامناسبی برای نشان دادن اثرات مواد نانومقیاس استفاده نموده و راه را برای ادعاهای بعدی باز گذاشته اند. به همین دلیل بسیاری از شرکت ها شاهد افزایش قابل ملاحظه حق بیمه خـود میباشند».

بنا بر گفته نویسندگان این گزارش، نگرانیها و عدم قطعیتها در مـورد مـسائل مربـوط بـه جنبـه هـای سـلامتی و ایمنـی افزایش یافته و منجر به پذیرش کندتر نانومواد از طرف صنعت گردیده اسـت . بنـابراین «شـرکتهـا بـرای اطمینـان از بـه دسـت آوردن منـافع حاصـل از فنـاوری نـانو و دور مانـدن از خطـرات آن، بایـد رونـدهای کنـونی را در هـردومبحـث سمشناسی و قوانین مربوط به این فناوری جدید درک نمایند و این کار باید به سرعت انجام گیرد».

زمانی که از متخصصان شرکت کننده در پنل دلفـی در مـورد نیـاز بـه مطالعـه اثـرات HSE مربـوط بـه انـواع خاصـی از درختسانها سوال شد، 65 درصد آنها بر این باور بودند که این مطالعات باید صورت گیرد.

بنا بر گفته متخصصان، مساله اصلی که در اینجا باید مورد توجه قرار گیرد این است که چه کسی با نانومواد کار می کنـد و چقدر این مواد جدید هستند . احتمالاً درختسان به وسیله شرکتهایی وارد بـازار خواهنـد شـد کـه تجربـه خـوبی در زمینه وارد نمودن مواد شیمیایی جدید (دقیقاً مثل درختسانها)بـه بـازار دارنـد . در نتیجـه خطـرا ت ایـن مـواد بـه وسـیله روشهای ثابتشدهای برای این منظور مورد ارزیابی قرار گرفته و مشمول قوانین مربوط به مـواد شـیمیایی خواهنـد شـد .

نانومواد دیگری که ممکن است موجب ایجاد خطر شون د (همانند نانوذرات، نانولولهها، باکیبالها و غیـره)، غالبـاً شـامل زمینهها و گروههایی با تجربه کمتر می باشند. احتمال اینکه درختسانها موجب ایجـاد شـگفتی در زمینـه HSE شـوند، بسیار پایین است.

نیازهای زیرساختی

زمانی که در مورد زیرساخت های مورد نیاز برای ک ار روزانه فنـاوری نـانو سـوال شـد، بـسیاری از شـرکت کننـدههـا (75درصد) در پنل دلفی بیان نمودند که آنها دسترسی کافی به این زیرساختها را دارند (این دسترسی هم داخلی بوده و هم

از طریق همکاریهای موجود میباشد). تنها 25 درصد از آنها در این زمینه مشکل داشتند.

هزینه های دستگاهی

در زمینه روند هزینههای مورد نیاز برای تجهیزات مرتبط با درختسانهـا 72 درصـد متخصـصان شـرکت کننـده در پنـل دلفی بیان نمودند که این قیمت ها تقریباً ثابت میباشد. 17 درصد متخصصان بـر ایـن بـاور بودنـد کـه قیمـت هـا در حـال افزایش بوده و 11 درصد نیز عقیده داشتند که قیمتها در حال کاهش میباشد.

فعالیتهای مرتبط با درختسانها در سازمانهای صنعتی

درختسانها در سالهای اخیر از طریق انجمن های علمی صنعتی علاقهمندی زیادی را به خود جـذب نمـوده انـد. شـکل زیر (که اطلاعات آن از متخصصان پنل دلفی جمع آوری شده است) فعالیتهای جاری سازمانهای صـنعتی را در زمینـه درختسانها نشان میدهد. مشاهده میشود که شرکتها، تحقیقات داخلی را با تجاری سـازی محـصولات خـود و / یـا

فروش محصولات خود به سازمانهای دیگر درهم میآمیزند.

نتیجهگیری- 6-2

 مرتبط کاربردهای- 1-6-2

هعمانگونه که قبلاً بیان شد، کاربردهای بالقوه درختسانها بـسیار زیـاد اسـت . تجـاریسـازی کاربردهـای بخـش مـواد (جوهرها، رنگها، کامپوزیتها و غیره) سریعتر بوده اما در بسیاری از حالت ها فناوریهای رقیب برای آنها وجود دارد.

زمینه کاربردهای پزشکی هنوز در مراحل اولیه خود قرار دارد، ام ا درختسانها در این زمینه بیشترین قابلیـت را داشـته و فناوریهای رقیب کمتری برای آن وجود دارد . با در نظر گرفتن اینکه درختسانها اساساً امکان مهندسی در اندازه هـا و مقیاسهای زیستی را فراهم می نمایند، این نوع کاربردها تعجبآور نمیباشند. کاربردهایی هماننـد عو امـل انتقـالدهنـده مواد ژنتیکی، عوامل تباین تصویر MRI یا عوامل ضدمیکروب/ضدویروس/ضدانگل در مرحله توسعه کامل قرار داشـته و چندین شرکت و گروه تحقیقی این کاربردها را در دنیا دنبال می کنند. به علاوه، هزینههای رو بـه رشـد ایـن کاربردهـا عاملی است که در زمینه پزشکی چند ان محدودکننده نمیباشند، در حالی که در مورد کاربردهای دیگر اینچنین نیـست .

این امر باعث رشد انفجاری اختراعات ثبت شده در این زمینه در چند سال اخیر شده اسـت (در ایـالات متحـده بیـشتر از اروپا).

تحقیق بر روی درختسانها به عنوان عوامل تباین تصویردر MRI) اولیهترین کاربرد درختسانها در پزشکی) قابلیت بسیار زیادی را در این زمینه نشان داده است. استفاده از درختسانها در این زمینه امکان تصویربرداری و تـشخیص بهتـر اعضا، رگها و تومورها را فراهم نموده است . به عنوان مثال قابلیت عالی مشاهده نفوذپذیری رگ ها و عملکرد کلیـههـا، امکان تشخیص زودهنگام مشکل حاد کلیوی را فراهم می نماید. مزیت کلیدی درختسانها در این زمینه، قابلیت اتصال محکم آنها به چندین عامل تباین تصویرمی باشد که تباین تصویردر این حالت افزایش مییابد. فلزات سمی محـافظ نیـز برای این منظور به کار میروند. البته در یک فناوری رقیب برای MRI از فولرینها استفاده شده است.

درختسانها همچنین به عنوان عوامل انتقالدهنده مواد ژنتیکی نیزبه کار رفتهاند. درختسانها PAMAM کـه دارای گروههای آمینه سطحی با بار مثبت برای رهایش اسیدهای نوکلوئیک به کارفتـه انـد. در حـال حاضـر لیپیـدهای کـات یونی معمولترین عامل برای انتقال siRNA میباشند. این لیپیدها از طریق ایجاد یک حامل دارای بار مثبـت بـرای اسـیدهای نوکلوئیک دارای بار منفی، آنها را به درون سلول منتقل مینمایند. در مقایسه با لیپیدهای کاتیونی، ایـن عوامـل مبتنـی بـر پلیمر، بهره انتقال بالاتری داشته و برای بیشتر انواع سلول ها، سمیت کمتری دارند. تحقیـق بـر روی درخـتسـانهـا بـرای ایجاد یک عامل رهایش موثرتر و انطباقپذیرتربا سطح سمیت پایینتر، همچنان ادامه دارد.

سایر کاربردهای زیستی نیز توجه زیادی به خود جلب کرده اند. رهایش هدفمند دارو یکی از زمینه های بالقوه اسـتفاده از درختسانها میباشد. امکان بالای کنترل ساختار درختسانها آنها را به حامل های ایدهآلی برای عوامل فعـال دارویـی تبدیل کرده است. داروهایی که درون درختسانهـا کپـسوله شـده یـا بـه روی سـطح آنهـا متـصل شـده انـد عبارتنـد از سیسپلاتین، دوگزوروبیسین، آدریامیسین، متوترگزات، 5-فلوئوروراسـیل، ایبـوپروفن و نیفـدیپین. اگـر ایـن کـاربرد بـا موفقیت توسعه یابد، نتایج بزرگی دربرخواهد داشت . درختسانها مـیتواننـد جـایگزین پلیمرهـا شـده و در عـین حـال مزیتهایی همچون تعداد زیاد گروه های سطحی یکسان، قدرت بالای کپسوله کردن و شیمی قاب ل کنترل در سـطح بـالا را داشته باشند. فراتـر از تمـام اینهـا، عـواملی همچـون بودجـه تحقیقـاتی بـالا و فـشار تجـاری سـازی بـالایی کـه توسـط شرکتهایی همچون Dendritech اعمال میشود، در توسعه این کاربرد تأثیرخواهند داشت.

درختسانهای چندعاملی و مخلوط درختسانهای مختلف نیز قابلیتهای منحصربه فردی دارنـد. یـک مثـال سـاده از سیستم رهایش هدفمند محصولی با دو بخش زیر است : بخش اول یک مولکول هدفگیر است که گیرنده سطح سـلول را هدف میگیرد و بخش دوم ماده ای است که توسط این سیستم حمل می شود (همانند دارو، عامل تبـاین تـصویر، اجـزای ژنتیکی و غیره). این دو عملکرد را می توان در یک درختسان ترکیب نمود، اما یک مسیر سنتزی راحـت تـر ایـن اسـت که درختسانها را به صورت مستقل برای هر عملکرد عامل دار نموده و سـپس آنهـا را در یـک مخلـوط بـه هـم وصـل

نماییم. درختسانهای چندعاملی در حال تهیه میباشند که میتوانند سلول هدف را شناسایی نمایند، مـاده مـورد نظـر را در محل مخصوص رها نمایند، عملکرد ماده رها شده را بر روی سلول های هدف ارزیـابی نمـوده و نتیجـه حاصـل را بـه خارج از بدن انتقال دهند (چهار عملکرد در یک درخت سان). ناسا در حال تهیه درختسانهای سه کارکردی مـیباشـد را تشخیص داده و سـپس در صـورت مثبـت بـودن مـرگ 15 که بتوانند گلبولهای سفید را شناسایی نموده، مرگ سلولی سلولی، شروع به ایجاد فلورسانس نمایند. با استفاده از این روش میتوان با یک روبشگر ساده شـبکیه چـشم آسـیبهـای ناشی از تشعشع را در فضانوردان به طور زودهنگام تشخیص داد.

راهکار ترکیب نمودن درختسانهای با عملکرد مختلف برای تولید یک عامل ابرمولکولی، امکـان ایجـاد یـک «جعبـه ابزار» متشکل از درختسانهای با عملکرد متفاوت را فـراهم مـی آورد. در ایـن حالـت مـی تـوان در شـرایط مختلـف بـا ترکیب نمودن درختسانهای با عملکرد متفاوت، کارکرد مورد نظر را به دست آورد.

باید به خاطر داشت که کاربردهای پزشکی قبل از تجاری سازی و ورود به بازار باید توسـط سـازمان هـای مربوطـه (مـثلاً FDA در ایالات متحده) تأیید شوند. FDA در جولای 2003 اجازه آزمایـشات بـالینی مربـوط اولـین داروی مبتنـی بـر درختسان را صادر نمود. این ماده که Vivagel نام داشته و یک ماده ضدویروس برای جلوگیری از ابـتلا بـه ایـدز در زنان میباشد، توسط شرکت استرالیایی Starpharma توسعه یافته است. فاز اول آزمایشات بـالینی Vivagel در حـال حاضر در حال انجام میباشد.

کاربرد دیگری که توجه زیادی را به خود جلب کرده است، الکترونیک میباشد که در این زمینه، حسگری از زمینههای دیگر جلوتر میباشد. کارهای خوبی نیزدر زمینه ماکرومولکولهای جذب کننـده و نـشر کننـده نـور انجـام شـده اسـت .

IBM علاقه زیادی در زمینه کاربرد درختسانها در الکترونیک مولکولی و میکروالکترونیک داشته و در ایـن عرصـه، اختراعات زیادی را نیز به ثبت رسانده است . تلاش زیادی برای استفاده از شکل سه بعـدی درخـتسـانهـا جهـت ایجـاد

تخلخل در مواد با ثابت دی الکتریک پایین (عایق نمودن بالا) و همچنین استفاده از درختسانها در قطعات الکترونیکی پلاستیکی در حال انجام میباشد.

چندین محصول تجاری مبتنی بـر درخـتسـانهـا وجـود دارد کـه در حـال ورود بـه بـازار مـی باشـند. شـرکت سـوئدی Perstorp مواد درختسان مانندی را به فروش می رساند که کاربردهـای زیـادی دارد؛ مـواد لعـابی (جـلا) بـا عملکـرد بسیار خوب تنها یکی از کاربردهای این مواد می باشد. شرکت DSM در هلند، یک ماده جدید مبتنی بر درخـتسـان را ارائه نموده است که می تواند باعث کاهش مراحل فرآیند تولید کاغذ شده و این فرآیند را موثرتر نموده و سازگاری آن را با محیط زیست افزایش دهد.