کاربرد نانوتکنولوژی در علوم دامی

نانوتکنولوژی به عنوان یک علم جدید، توانایی ایجاد تغییر و تحول اساسی در کشاورزی و سیستمهای غذایی را در سراسر دنیا دارد. نمونه هایی از عملکرد های بالقوه ی نانوتکنولوژی در علم مهندسی و کشاورزی و سیستمهای غذایی، موادی مانند سیستمهای درمان بیماریها، ابزارهای جدید برای زیست سلولی و مولکولی با حفاظت سیستمهای کشاورزی و غذایی، مواد جدید برای تشخیص عامل بیماریزا و محیط زیست را در بر می گیرد.
طی یک سری تحقیقات، قابلیت استفاده از نانو شل و نانو تیوب را در سیستم های حیوانی، برای ردیابی و تخریب سلولهای هدف به اثبات رسیده است. در حال حاضر، اگر یک حیوان تحت تاثیر بیماری قرار گیرد، ممکن است روزها، هفته ها و ماهها در این حالت باقی بماند و علائم ظاهری مشاهده نشود و نتوان بیماری را تشخیص داد؛ مسلما در این مدت بیماری گسترش خواهد یافت و ممکن است به یک گله آسیب بزند. با کمک علم نانوتکنولوژی می توان ویروسها و یا سایر عوامل عفونی را از روی مقیاسها و اندازه های آنها تشخیص داد و قبل از بروز علائم، به تشخیص مناسب رسید. برای مثال، سیستم های درمانی هوشمند را می توان در بدن حیوان کار گذاشته و مقدار طبیعی بزاق را اندازه گیری نمود و قبل از پیشرفت تب، سیستم های کنترل شده و هشدار دهنده می تواند وجود بیماری را نشان دهد و دامپزشک را نسبت به شروع درمان آگاه ساخت. در کشاورزی، روندهای بنیادی و اساس زندگی از طریق تحقیقات در سطوح زیست سلولی و مولکولی کشف شده اند؛ نانوتکنولوژی اجازه پیشرفت در علم کشاورزی و در زمینه هایی مانند تبدیل ضایعات غذایی به انرژی، جلوگیری از بیماری و درمان بیماریها در حیوانات، ایجاد فرآورده های جانبی مفید از طریق فرایند های آنزیمی و پیشرفت بیشتر در علم تولید را به ما خواهد داد.

کاربردهای تکنولوژی در سلامت حیوانات، یک موضوع مهم بوده و به صورت بالقوه راه حلهایی را اندیشیده است، اگر چه نیاز به تحقیقات بیشتر در این زمینه احساس می شود. نانوتکنولوژی افق وسیعی را در مورد تجویز دارو، تشخیص و درمان بیماری و تولید مثل روبروی ما قرار می دهد. وسایل نانو متری که قادر به تشخیص و درمان عفونت، تشخیص کمبودهای تغذیه ای و یا سایر مشکلات مرتبط با سلامت را قبل از بروز نشانه ها، به صورت بالینی خواهند داشت. سیستم های هوشمند تجویز دارو، دارای خصوصیاتی مثل تنظیم از راه دور، خود تنظیمی، کنترل زمان و برنامه ریزی از قبل هستند. سیستم های هوشمند می تواند اثرات داروها، واکسن ها و مکمل های غذایی را پیگیری کند. تشخیص و درمان بیماری با تزریق ذرات نانو متری به حیوان و سپس نابود کردن سلولهای توموری با فعال کردن عوامل کشنده ی تومور، با تاباندن نور در بدن حیوانات امکان پذیر خواهد بود.
طی یک تحقیق، با استفاده از نانو شلهای تزریق شده به درون جریان خون حیوان همراه با عوامل نشان دار به کار برده شده در نانو شلها، ردیابی و چسبیدن ذرات نانو به سطوح گیرنده های سلولهای سرطانی، به انجام رسیده است. تاباندن نور مادون قرمز روی بدن حیوان، دمای سلولها را تا ۵۵ درجه سانتیگراد بالا می برد که باعث سوختگی و کشته شدن سلولهای توموری می شود.

روش دیگر، استفاده از نقطه های کوانتومی است که به درون سیستم گردش خون حیوان تزریق می شوند و این توانایی را دارند که سلول های بیمار را شناسایی کنند. کوانتوم با تابیده شدن نور تحریک می شود و با افزایش دمای سلول به مقدار کافی، باعث مرگ سلولهای توموری می شود. یکی دیگر از مسائل مهم، تولید مثل حیوان است که نانو تیوبهایی را در زیر پوست حیوان کار می گذارند و زمان دقیق تغییرات سطوح استریل را نشان می دهد. نانو تیوب ها به عنوان وسایل پیگیری سیکل جنسی، در حیوانات به کار می رود؛ زیرا این نانو تیوب ها توانایی تشخیص و چسبیدن به آنتی بادیهای استریل را در زمان سیکل جنسی توسط فلورسانس مادون قرمز دارند. علائم صادر شده از این حسگر به عنوان قسمتی از سیستم کنترل و پیگیری مرکزی برای نشان دادن زمان زایش ثبت می شود.
برخی از کاربردهای نانو تکنولوژی در حوزه علوم دامی شامل استفاده از نانو ذرات نقره (نانوسیلورها) در افزایش بهداشت دام و جایگاه های پرورش دام و طیور می باشد. نانوذرات نقره به عنوان ضدعفونی کننده قوی (ضد باکتری و سایر عوامل عفونی) مطرح بوده و با توجه به پایداری آنها و عدم مصرف این ذرات (عدم نیاز به تهیه مجدد) استفاده از آنها در ضدعفونی کردن جایگاه های نگهداری دام و طیور کاربرد گسترده ای یافته است. در فرآوری محصولات لبنی نیز استفاده از فیلترها بسیار مرسوم است. نانوفیلترها، امکان عبور انتخابی ذرات خاص را فراهم آورده و از این رو فرآوری مورد نظر را ممکن می سازند.
همچنین با توجه به کاربرد برخی آنزیمها و پروتئین های خاص در جیره های دام و طیور که بمنظور افزایش عملکرد و تاثیر در بافتی مشخص استفاده می شوند و معمولا در دستگاه گوارش بخوبی جذب نمی شوند، لذا استفاده از نانوکپسول ها برای پوشش دار کردن و محافظت از آنها تا رسیدن به بافت هدف، موثر خواهد بود. به طور کلی برخی از مهمترین عناوین کاربردی نانوتکنولوژی در کشاورزی و دامپروری به صورت زیر خلاصه می شود :
۱٫ استفاده از نانوحسگرها در بخشهای مختلف سیستمهای پرورش دام و طیور و شناسایی انفرادی دامها
۲٫ استفاده از نانوحسگرها و نانوبیوحسگرها در ماشین‌های شیردوشی
۳٫ شتاب تحقیقاتی در اصلاح نژاد انواع دام ، طیور و آبزیان مؤثر
۴٫ تولید خوراک‌های غیربیولوژیک و داروهای دامی
۵٫ نانو واکسیناسیون DNA با استفاده از نانوکپسول‌ها و روش‌های التراسوند
سلامتی دامهای اهلی از جمله مسائلی است که با اقتصاد دامداریها در ارتباط می باشد. یک دامپزشک می نویسد که “علم نانوتکنولوژی توانایی و پتانسیل بالقوه ای بر روی رهیافتهای آتی دامپزشکی و درمان دامهای اهلی خواهد داشت”. تامین اقلام غذایی برای دامهای اهلی همواره با افزایش هزینه و نیاز به مراقبتهای خاص دامپزشکی و تجویز دارو و واکسن همراه بوده است و نانوتکنولوژی توانایی ارائه راهکارهای مناسب برای حل این معضلات را دارد.

● سیستمهای سنتیتیک آزاد کننده مواد داروئی
امروزه مصرف آنتی بیوتیکها، واکسنها، پروبیوتیکها و عمده داروها از طریق وارد کردن آنها از راه غذا یا آب دامها و یا از راه تزریق عضلانی صورت می گیرد. رها سازی یک مرحله ای دارو در برابر یک میکروارگانیزم علارغم تاثیرات درمانی و اثرات بازدارنده پیشرفت یک بیماری معمولا با بازگشت مجدد علائم بیماری وتخفیف اثرات دارویی مصرفی همراه است. روشهای موجود در سطح نانو، قابلیت تشخیص و درمان عفونت،اختلالات تغذیه ای و متابولیکی را دارا می باشد. سیستمهای سنتتیک رها سازی دارو می تواند خواص چند جانبه برای حذف موانع بیولوژیکی در افزایش بازده درمانی داروی مورد استفاده و رسیدن آن به بافت هدف داشته باشد که از جمله این خواص می توان به موارد ذیل اشاره کرد.
۱) تنظیم زمانی مناسب برای آزاد سازی دارو
۲) قابلیت خود تنظیمی
۳) توانایی برنامه ریزی قبلی
بنابراین در آینده نزدیک پیشرفتهای بیشتر تکنولوژی امکانات زیر را فراهم می کند:
ـ توسعه سیستمهای سنتیتیک رها سازی داروها،پروبیوتیکها، مواد مغذی
ـ افزایش سرعت شناسایی علائم بیماری و کاربرد روشهای درمانی سریع
ـ توسعه سیستمهای رها سازی اسیدهای نوکلئیک و مولکولهای DNA
ـ کاربرد نانومولکولها در تولید واکسنهای دامی

● تشخیص بیماری و درمان دامها
تصور امکان تزریق نانوپارتیکها به دامها و فعال شدن تدریجی ماده موثر همراه با این نانوذرات در بدن حیوان برای از بین بردن و تخریب سلولهای سرطانی، افق تحقیقاتی جدیدی را به روی محققان بازکرده است. محققان دانشگاه رایس مراحل مقدماتی کاربرد نانوشلها را برای تزریق به جریان خون ارزیابی کردند.
این ذرات نانو به گیرنده های غشاسلولهای سرطانی متصل می شوند و با ایجاد امواج مادون قرمز باعث بالا رفتن دمای سلولهای مذکور به ۵۵ درجه و ترکیدن و از بین رفتن تومورهای موجود می گردند. همچنین نانوپارتیکهایی که از اکسیدهای آهن ساخته می شوند، با ایجاد امواج مگنتیک در محل استقرار سلولهای سرطانی باعث از بین بردن این سلولها می شوند. یکی از اساسی ترین محورهای تحقیقاتی کنونی، توسعه سیستمهای رها سازی DNA غیرزنده، با بازدهی مناسب و با حداقل هزینه و عوارض جانبی و سمی می باشد، که در ژن درمانی مورد استفاده قرار می گیرند.

● اصلاح نژاد دام
مدیریت تلاقی و زمان مناسب جفتگیری دام ها، از جمله مواردی است که در مزارع پرورش گاوشیرده به هزینه و زمان طولانی نیاز دارد. از راهکارهایی که اخیر مورد استفاده قرار گرفته است، استفاده از نانوتیوپها خاص در داخل پوست می باشد که زمان واقعی پیک هورمون استروژن و وقوع فحلی را دار دامها نشان می دهد و لذا با علائمی که سنسورهای موجود به دستگاه مونیتور می فرستد، زمان دقیق و واقعی تلقیح را به دامدار نشان می دهد.
نانوتکنولوژی منجر به انقلاب فناوری در هزاره اخیر خواهد شد و کاربردهای آن پتانسیل عظیمی برای تاثیر در جهان دارد و تقریبا تمام جنبه های زندگی بشر را تحت تاثیر قرار خواهد داد. با توجه به نیاز روز افزون بشر به منابع انرژی، مشکلات آلودگی محیط زیست و افزایش خواص سمی مواد شیمیایی، این علم به کمک بشر آمده است تا تولید موادی با بالاترین سطح کیفیت را نماید و کوچکی اندازه آنها سبب کاهش میزان آلودگی در محیط می گردد که این مواد معمولا سمیت پایین دارند و سبک وزن بودن آنها سبب کار آمدتر کردن از لحاظ انرژی می شود و از طرف دیگر تولید انبوه آنها معمولا هزینه ی پایین تری را در بر دارد و از سوی دیگر این نانو ساختارها و یا نانو مواد نیمه عمر طولانی تر و محصولات هوشمندتر و کم خطرتری خواهند داشت که در نهایت سبب صرفه اقتصادی بالایی در تولیدات آنها خواهد بود. این علم در واقع سبب ارتقا سطح کیفیت علوم مختلف پزشکی، دامپزشکی، علوم زیستی، کشاورزی و صنایع غذایی و غیره شده است.