کاربرد‌هاي ابتکاري تا بازاريابي ميـکرو و نـانـوسـيـسـتـم‌هـا
10/07/1385
خلاصه
در سال‌هاي اخير، استفاده از فناوري‌هاي ميکرو در کاربردهاي زيستي افزايش يافته است (بيش از 40 درصد در هر سال). همچنين فناوري‌هاي نانو به سرعت، متداول و رايج شده‌اند. به واسطة‌ توسعه صنعتي ميکروتراشه‌ها، آزمايشگاه‌هاي روي تراشه‌ و نيز پژوهش در زمينه فناوري‌ نانوي زيستي که در آزمايشگاه‌هاي معتبر دانشگاهي انجام مي‌گيرد، آيندة ميکرو علوم زيستي و نيز نانو علوم زيستي روشن و درخشان به نظر مي‌آيد. اخيراً سرمايه‌گذاري‌هاي عمومي و خصوصي در اين زمينه زياد شده است. البته بايد به خاطر داشت که اين دو حيطه، بازارهاي وابسته ولي متفاوتي دارند. به عبارت ديگر بازار ميکروفناوري‌ها بازاري رشد يافته است ولي بازار فناوري‌هاي نانوي زيستي در حال شکل‌گيري است. براي موفقيت در انتقال راهبردهاي اين دانش بنيادي به بازار، بايد فرصت‌هاي خوبي براي نزديک‌تر شدن تحقيقات دانشگاهي به شرکاي صنعتي به وجود آيد.
مقدمه:
امروزه هر فردي که در زمينه علوم خرد (در مقياس کوچک) فعاليت مي‌کند مي‌داند که دو شيوه براي طراحي ميکرو و نانوسيستم‌ها وجود دارد: يکي از بالا به پايين و ديگري از پايين به بالا. هر دو روش در آغاز براي ميکروالکترونيک‌ ايجاد شدند، ولي طي دوسال اخير عبارت فناوري نانوي زيستي متداول و رايج شده است.
هر دو شيوة طراحي اشيا براي فناوري‌هاي‌ نانوي زيستي هدف يکساني دارند که عبارتست از: نزديک شدن به مقياس عملي کوچک‌تر يعني مقياس نانو در علوم حياتي . با استفاده از اين دو مدل که تمام مقياس‌هاي بين اندازه 1 نانومتر و 1 ميکرومتر مي‌توانند توسط آنها پيمايش و بررسي گردد، جامعة علمي قادر مي‌شود تا بر روي رشد و توسعة فناوري‌هاي مبتني بر اين مقياس‌ها تمرکز کند.
به واسطة روش‌هاي بالا به پايين و پايين به بالا، ابزارهاي متفاوتي براي استفاده در بازارهاي علوم حياتي ايجاد شده‌اند. (شکل 1)
با ابزارهاي عمده‌اي که با روش بالا به پايين ساخته مي‌شود مانند ميکروتراشه‌هاي DNA و آزمايشگاه‌هاي روي تراشه، دسترسي به دقتي در حدود ده‌ها نانومتر امکان‌پذير شده است. به وسيلة ابزارهاي عمده‌اي که با روش پايين به بالا ساخته شده‌اند مانند نانوبلورها، نانوکره‌ها و نانوساختارها مي‌توان از يک نانومتر شروع کرده و به مقياس ميکرومتر رسيد. در نتيجه اين دو روش بازارهاي متفاوتي دارند.
بازار ميکروتراشه DNA
ميکرو تراشه‌هاي DNA با پروپ‌هاي DNA پوشانده مي‌شوند و براي آشکار ساختن سطح هيبريداسيون DNA هاي استخراج شده، به کار مي‌روند. امروزه معمولاً رايج است که آشکارسازي با استفاده از نشان‌گذاري زيستي فلورسنت انجام شود. ميکروتراشه DNA نمي‌تواند به تنهايي به کار گرفته شود، لذا بايستي به يک پايه شامل اتاق هيبريداسيون، يک پيمايشگر و نرم افزار خاص متصل گردد تا پروفايل‌هاي حالت ژني را تجزيه و تحليل کند.
استفاده از ميکروتراشه‌هاي DNA امروزه عمدتاً حول دو کاربرد عمده و با ارزش افزوده بالا، يعني کشف دارو و مواد شيميايي گياهي تمرکز يافته است. فايدة اصلي ميکروتراشه‌هاي DNA در اين زمينه‌ها عبارتست از کشف ژن‌ها يا پروتئين‌هاي جديدي که اهداف بالقوه براي ترکيبات فعال مي‌باشند. در طي 15 سال گذشته اين بازار به تدريج به بالندگي رسيده است و امروزه بازيگران شــناختـه شـده‌اي در آن حـضور دارنـد که عمـدتـاً تهيه‌کنندگان تجهيزات هستند ولي در بين آنها تعدادي شرکت‌هاي انفورماتيک زيستي و فناوري زيستي به‌چشم مي‌خورد.
بـراي مـثــال شـرکت آفي متريکس(Affymetrix) بر روي توسعه و بازاريابي ميکروتراشه‌ها و تجهيزات مخصوص ژنتيک تمرکز يافته است. اين شرکت 60 درصد کل بازار تراشة DNA را تحت کنترل دارد که در حدود 750 ميليون دلار آمريکا در سال 2002 تخمين زده شده است.
بازار ميکروتراشة DNA پس از سال 1999 با رشد فزاينده 30 تا 50 درصدي مواجه بوده و اين روند تاکنون نيز حفظ شده است. البته توليدکنندگان تجهيزات بايستي به فعاليت‌هاي خود تنوع ببخشند تا ميزان عرضه و سهم بازار خود را توسعه دهند. اين فقط زماني امکان‌پذير خواهد شد که شرکت‌ها بتوانند به بازارهايي با ارزش افزوده بيشتر مانند صنايع تشخيص طبي، کنترل غذايي يا توسعة باليني دست پيدا کنند. فناوري امروزي در عين تمرکز بسيار بر روي حالت ژني، خيلي گران قيمت نيز هست. نوآوري در دستيابي به اين بازارهاي جديد مستلزم بهبود و بهسازي تراشه‌هاي DNA رايج در بازار، بهينه‌سازي سيستم‌هاي فعلي و طراحي ابزار جديد است که همگي نقش مهمي را ايفا مي‌کنند. خوشبختانه بيشتر نوآوري مورد نياز، توسط شرکت‌هاي فناوري‌نانوي ‌زيستي و نيز تحقيقات دانشگاهي فراهم مي‌گردد. هر دوي آنها قالب‌هاي جديدي را به وجود مي‌آورند که شامل انواع تراشه‌ها و زمينه‌هاي استفاده از آنها مي‌باشند. هم‌چنين هر دو بر روي فناوري‌هاي آزمايشگاه‌هاي روي تراشه متمرکز شده‌اند.

بازار آزمايشگاه روي تراشه
آزمايشگاه روي تراشه نوعي فناوري است که براي طراحي ابزارهاي خاص استفاده نمي‌شود، بلکه موضوعي مبتني بر تجزيه و تحليل‌هاي چند پارامتري و تراشه‌اي مي‌باشد که صرفاًً براي آشکار سازي حالت ژني ايجاد نشده است. طراحي فرآيندهاي تحليلي در سطح مولکولي باعث کاهش هزينه‌ها شده و سرعت تجزيه و تحليل را بالا مي‌برد. امروزه ابزارهاي تجاري محدودي جهت کاربرد در آزمايشگاه‌هاي روي تراشه به کار مي‌روند که اکثر آنها توسط شرکت‌هاي فناوري ‌زيستي مستقر در آمريکا توليد شده‌اند. شرکت فناوري‌هاي آگيلنت (Agilent) و شرکت کاليپر (Caliper) براي ساخت اولين ابزار آزمايشگاه بر روي تراشه همکاري کرده‌اند. اين محصول مي‌تواند پروتئين‌ها، RNA و DNA را تفکيک کرده و تعداد آنها را معين سازد. هم‌چنين از آن مي‌توان براي طراحي آزمايش‌هاي سلولي استفاده کرد. شرکت‌ سفيد(Cepheid) مستقر در آمريکا، کارتريج‌هاي سيالاتي را توليد مي‌کند که مي‌تواند استخراج و مرتب سازي DNA را انجام دهد محصولي که در آينده‌اي نزديک آماده خواهد شد.
آينده فناوري آزمايشگاه روي تراشه متکي است به پيشرفت‌هايي که توسط صنعت ايجاد شده و نيز تجزيه و تحليل‌ها و قالب‌بندي‌هايي که در دانشگاه صورت مي‌گيرد. شرکت CEA در گرنوبل فرانسه در حال ساخت يک آزمايشگاه روي تراشه مبتني بر دي الکتروفورسيس براي دستکاري هزاران سلول زنده مي‌باشد. ديگر آزمايشگاه دانشگاهي، آزمايشگاه علوم الکترونيک‌ طبي دانشگاه فني مونيخ است که مشغول ساخت تراشه حسگر چند پارامتري براي کاربردهاي تصويربرداري و آزمايش ميزان حساسيت شيميايي تومور مي‌باشد. البته قبل از آن که ابزارهاي آزمايشگاه روي تراشه در زمينه‌هاي مختلف به کار گرفته شوند بايد موانع موجود از سر راه کنار رود موانعي همچون طراحي ابزارهايي با کاربرد آسان، مجتمع‌سازي فناوري‌هاي آزمايشگاه روي تراشه به‌صورت يک سيستم و کنترل مشکلات ميکرو مايعات.

بازار نانوبلورها
نانوبلور، بلوري است در اندازه چند نانومتر که خواص الکترو فيزيکي ويژه‌اي دارد. نوع مهم نانوبلور که تاکنون ايجاد شده است نانوبلور نيمه‌هادي فلورسنت مي‌باشد (مانند نقاط کوانتومي با نام تجاري QdotTM محصول شرکت QuantumDotCorp ( . اين بلور‌ها خيلي پايدار بوده و نسبت به فلوئورفورها حساسيت بالاتري دارند و مي‌توانند براي نشان دادن هدف‌هاي خاص استفاده شوند (آنها مي‌توانند به پادتن‌هاي ويژه‌اي چسبانده شوند).
اين خواص جالب بايد به آنها اجازه دهد که فلوئورفورهاي کلاسيک را عوض کنند. خاصيت مهم ديگر تفاوت زياد بين نانوبلور‌هاست که به وسيله تک اشعه ليزر مشخص مي‌شوند. اختلاف بين نانوبلورها به اندازه بلور وابسته است. بنابراين بازار مورد نظر براي نانوبلور‌ها در کوتاه‌مدت به وجود مي‌آيد.
در حال حاضر، تمرکز عمده پژوهش بر توليد نانوبلور‌هاي محلول در آب مي‌باشد که در بسياري از موارد به عنوان معرف در نشان‌گذاري زيستي استفاده مي‌شود. امروزه شرکت‌هاي فناوري زيستي، رشد قابل ملاحظه‌اي کرده به طوري که بازار جديد برخي نانوبلور‌ها مانند پروب‌هاي نانوذره‌اي ساخت شرکت nanosphere نيز مهياست.
به نظر مي‌رسد كه در آينده نشان‌گذاري زيستي در مقياس صنعتي به شدت اهميت پيدا کند. ولي اگر نانوبلور کاربردهايي در ديگر زمينه‌هاي مهم مانند تصويربرداري پزشکي (به عنوان عوامل تشخيص‌دهنده و نشانگرهاي خاص)، دارورساني (به عنوان حامل‌هاي درون سلولي) و درمانگرها (به عنوان معالجه‌هاي سلولي) داشته باشد، ضروري است که با محيط زيست سازگاري داشته باشد.
بازار نانوکره‌ها
محصولاتي که هم اکنون در مقياس نانومتر در حال توسعه مي‌باشند، نانوکره‌هاي مبتني بر تعاملات آبگريز- آب دوست مي‌باشند. سيستم‌هاي مختلفي براي ساخت نانو کره‌ها استفاده مي‌شود ولي سه تا از مهم‌ترين آنها عبارتند از : کد پليمرهاي توده‌اي، درخت‌سان‌ها ونانوامولسيون‌ها.
پتانسيل نانوکره‌ها به عنوان سيستم‌هاي جديد دارورساني (DDSs) مهم است چون ساختار آنها اجازه مي‌دهد تا بتوانند ترکيبات دارويي را به صورت کپسول درآورده و از آنها در برابر عوامل بيروني محافظت کنند. هر سه سيستم طراحي نانوکره‌ها، ويژگي‌هاي جالبي مانند DDS ها دارند. آنها نيمه عمر ترکيبات فعال را در بدن، از طريق آزاد سازي مداوم افزايش مي‌دهند و اندازه کوچکشان به آنها اين اجازه را مي‌دهد تا به راحتي بتوانند از مويرگ‌هاي نازک به خصوص در درون تومورها، عبور کنند. امروزه بعضي محصولات مانند NanoCapTM و MedicelleTM که هر دو را يک شرکت ژاپني به بازار عرضه كرده است به صورت يک محصول تجاري در آمده‌اند.
در آينده نزديک روش‌هاي جديد، نانوکره‌ها را قادر مي‌سازد تا مخصوص يک سلول يا يک گيرنده عمل کنند (البته اگر به پادتن‌ها متصل ‌شوند.) همچنين اين روش‌ها با دارورساني براي يک هدف خاص بهبود چشمگيري در کارآيي روش‌هاي درماني به وجود مي‌آورند. به علت قابليت دسترسي مناسب ترکيبات فعال دارويي، نانوکره‌ها به شدت مورد درخواست شرکت‌هاي بزرگ دارويي قرار گرفته‌اند. استفاده از نانوکره‌ها همچنين مسيري را پيش‌پاي آنها مي‌گذارد تا بتوانند اختراع‌هايشان را بر روي مولکول‌هاي آنها تکرار کنند. زيرا، پيش از اين همة شرکت‌هاي عمده داروسازي، با توجه به روش‌هايي از DSS هاي نانوکره‌اي، اختراعاتي داشته‌اند.
بازار نانوساختارها
امروزه ساختارهاي بزرگ چندين هزار نانومتري به طور وسيعي مورد توجه محققان قرار گرفته‌اند. نانوساختارها گروهي از مولکول‌ها هستند که به وسيله خود مولکول‌ها و يا مونتاژ مکانيکي ايجاد مي‌شوند.
اين نانوساختارها در ابتدا براي صنايع تشخيصي و دارويي از طريق پيشرفت در فناوري‌هاي آزمايشگاه روي تراشه به کار گرفته مي‌شدند. پژوهش‌هاي انجام گرفته قصد دارد حساسيت روش‌هاي آشکار‌سازي را افزايش داده و همچنين پايه و راه‌هاي جديدي براي طراحي آرايه‌ها را به وجود آورد. براي چنين کاري دانشمندان حسگرهاي زيستي و پوشش‌هاي زيست تقليدي (biomimetic) جديدي را طراحي کرده‌اند. شرکت‌هاي فعال در اين عرصه انواع محصولات را در اين زمينه به وجود آورده‌اند. شرکت Nanosys نانوحسگرها را به وجود مي‌آورد، در حالي که شرکت Bioforces Nanosciences در حال ايجاد نانوآرايه‌هاست. مزيت عمده چنين نانوساختارهايي اين است که موجب کاهش اندازة کلي سيستم تجزيه و تحليل شده، سرعت پردازش اطلاعات را افزايش داده و امکان انجام همزمان چندين آناليز را فراهم مي‌کند. اين فناوري‌ها فقط بر روي حالت ژني متمرکز نمي‌شوند بلکه مي‌توانند بر روي فعل و انفعالات سلولي و مولکولي نيز به کار گرفته شوند.
پيشرفت‌هاي بعدي در نانوساختارها دانشمندان را قادر خواهد ساخت که به مهندسي بافت و بازارهاي دارورساني دست پيدا کنند. طراحي ماتريس‌ها و مقلدهاي زيستي (biomimetic) براي کمک به بازسازي اندام و افزايش تحمل بدن نسبت به اندام‌هاي کاشتني به کار مي‌روند. دانشمندان مطمئن هستند که روزي خواهند توانست در ساية فناوري‌هاي‌نانوي زيستي بافت را احيا کنند. در زمينه دارورساني، نانوساختارها براي طراحي داروخانه‌هاي روي تراشه(Pharmacy - on - Chip) به کار گرفته مي‌شوند. به عنوان مثال، تراشه‌ها را مي‌توان در بدن يک فرد ديابتي جاسازي کرد تا با احساس کمبود انسولين در بدن وي، تراشه‌ها به طور مستقيم و بلافاصله انسولين را به دستگاه گردش خون تزريق ‌کنند. در آينده ابزارهايي جهت دارورساني به وجود خواهند آمد مانند نانوربات‌ها که در بدن گشت مي‌زنند تا سلول‌هاي سرطاني، جراحات و لخته‌هاي خوني و.... را يافته و آنگاه داروي مربوطه را که به صورت نانوکره‌هاي کپسولي است را به بدن تحويل دهند. نانوربات‌ها مفهومي است که هنوز با استفاده تجاري فاصله دارد. اين مفهوم حداقل در حال حاضر به صورت يک افسانه و تخيل علمي تصور مي‌شود.
آينده چه مي‌شود؟
نانوسيستم‌ها کاربرد وسيعي در زمينة علوم حياتي دارند. با محصولاتي که تاکنون توليد شده و با پيشرفت‌هايي که منجر به توليد ابزارهاي جديد شده مي‌توان کاربرد آنها را بيشتر احساس کرد. (شکل 2)
آشکار است که به وجود آمدن بازار، خود امري جديد و بسيار اميدوار کننده است. امروزه وقت آن رسيده است که آزمايشگاه‌هاي دانشگاهي امر تحقيقات را به مرحلة همکاري صنعتي پيوند دهند. اين بهترين و سريع‌ترين شيوة انتقال نوآوري از آزمايشگاه به بازار است.
نتيجه‌گيري
در بازار امروز ميکروتراشة DNA، ابدعات و اکتشافات، نقش مهمي در کمک به توليدکنندگان تجهيزات، جهت دستيابي به بازارهاي جديد و نيز کاربردهايي در رشد باليني و تشخيص‌هاي طبي ايفا مي‌کنند.
امروزه بايد ابزارهايي براي ادامه رشد نيرومند بازار طراحي گردد. نوآوري‌اي که در اين بازار مورد نياز است به وسيله شرکت‌هاي فناوري زيستي، آزمايشگاه‌هاي علمي که بر روي قالب‌هاي جديد تراشة DNA فعاليت مي‌کنند، فناوري‌هاي آزمايشگاه روي تراشه و نيز موضوعات جديد در فناوري‌نانوي زيستي فراهم مي‌گردد. با متداول شدن فناوري‌نانوي زيستي، شاهد به وجود آمدن نانواشيا هستيم البته پتانسيل بازار نانواشيا زياد بوده و کاربردهايي در زمينه‌هاي عمده‌اي مانند نشان‌گذاري زيستي، دارورساني و معالجات دارند (شکل2).
اين قبيل فوايد مهم، برنامه‌هاي سرمايه‌گذاري کلان صنعتي بر روي ميکرو و نانوسيستم‌ها را در علوم حياتي باعث شده است. البته قبل از آشکار شدن فوايد اين روش‌ها شرکت‌هاي فناوري زيستي احتياج دارند که با تهيه‌کنندگان تجهيزات و آزمايشگاه‌هاي دانشگاهي که پژوهش‌هاي بنيادي انجام مي‌دهند همكاري داشته باشند.
اين همکاري‌ها در قالب شيوه‌هاي مختلف مي‌تواند سازماندهي شود مانند شرکت‌هاي تحقيق و توسعه، فرصت‌هاي اعطاي مجوز استفاده (ليسانس) داخلي يا خارجي، توزيع سهام دانشگاهي به منظور ارائه پيشرفت‌هاي علمي.
آشنايي با شركت ALCIMED:
ALCIMED (به نشاني اينترنتي: www.alcimed.com) يک شرکت مشاورة اروپايي است که در زمينة علوم حيات و شيمي تخصص دارد. اين شرکت پيشرفت‌هاي فناوري و علمي را در قالب موقعيت‌يابي راهبردي، نوآوري‌هاي بازاريابي و يافته‌هاي مالي ارائه مي‌دهد. از اوايل سال 1993 که اين شرکت در زمينه فناوري‌هاي زيستي صاحب تخصص شد، به تدريج زمينه فعاليت خود را بر پايه علوم حياتي و خيلي از زمينه‌‌هاي کاربردي مانند سلامتي، غذا، لوازم آرايشي، محيط زيست و مواد شيميايي قرار داده است. اعضاي اين شرکت از 51 شيميدان، مهندس و زيست‌شناس تشکيل شده که در هر دو جنبه علمي و اقتصادي داراي سابقه فعاليت هستند. اين شرکت مأموريت‌هاي فوق‌العاده متنوعي در ارتباط با مباحث بازرگاني و علمي دارد که عبارتند از: مطالعات بازاري، تجزيه و تحليل‌هاي راهبردي، طرح‌هاي بازرگاني، ارتقاء توليد و توسعه بازرگاني.

منابع :
Applied Nanoscience 2004: 1(1) 3-6
Resource