تفكيك واژهها و مفاهيم درمهندسي فرآيند، بيوتكنولوژي و نانوبيوتكنولوژي
دكتر محسن جهانشاهي، عضو هيأت علمي دانشگاه مازندران، در متن زير به بيان توضيحاتي در جهت تفكيك واژهها و مفاهيم در خصوص مهندسي شيمي، بيوتكنولوژي و نانوبيوتكنولوژي پرداخته است:
مهندسي شيمي وگرايش بيوتكنولوژي در آن
به لحاظ نامي كه براي رشته مهندسي شيمي در نظر گرفته شده است، چنين بهنظر ميرسد كه اين رشته شباهتهاي زيادي به رشته شيمي دارد. اما اصولاً ميتوان گفت كه اين رشته به تعبيري به رشتههاي ديگر مهندسي از جمله مهندسي فرآيند و مكانيك نزديكتر است تا شيمي. بهعبارت ديگر شايد نام مهندسي فرآيندهاي شيميايي بيشتر بيانگر اين رشته تحصيلي و تخصصي باشد تا مهندسي شيمي. چنانكه در كشورهاي ديگر، اين رشته تقريباً با همين نام (مهندسي فرآيندهاي شيميايي) معرفي شده است.
بيوتكنولوژي يك مفهوم كلي و يك موضوع بينرشتهاي ميباشد. مهندس شيمي- بيوتكنولوژي فردي است كه از مهندسي شيمي به مبحث بيوتكنولوژي وارد ميشود. بهعنوان مثال در طراحي يك بيورآكتور بايد پارامترهاي مختلفي همچون فشار، دما، pH و نوع رآكتور (حبابي، ستوني يا CSTR) مدنظر قرار گيرد كه تمام اين موارد در رشتة مهندسي شيمي- بيوتكنولوژي مورد بحث قرار ميگيرد. در واقع در مهندسي شيمي- بيوتكنولوژي با فهم و اطلاعات مهندسي پا به عرصة بيوتكنولوژي ميگذاريم؛ در نتيجه يك فرد با تخصص مهندسي قادر خواهد بود كه يك بيورآكتور را طراحي كند.
مثالهاي زيادي وجود دارد كه مهندسي شيمي-گرايش بيوتكنولوژي را از مهندسي شيمي جدا ميكند. يك مثال، استفاده از جاذبهاي مختلف در فرآيند تخليص ميباشد. با توجه به اينكه خوراك يك بستر سيالي در فرآيندهاي شيميايي معمولاً گاز ميباشد و جرم حجمي گاز هم كمتر از مايع است، لذا ذرات جاذب مصرفي هم داراي جرم حجمي خيلي كمي ميباشند؛ با اين وجود جرم حجمي آنها بيشتر از گاز است. اما در موارد مربوط به بيوتكنولوژي نميتوان از اين ذرات استفاده كرد؛ چون خوراك، مايعي است كه جرم حجمي آن حدود يك است، زيرا عمدتاً از آب بهعنوان حلال استفاده ميشود؛ بنابراين بايستي جرم حجمي مادة جاذب، بيشتر از يك باشد (اگر چنين نباشد بههمراه آب از بالاي ستون خارج ميشود). طراحي اين ذرات جاذب برعهدة يك مهندس شيمي- گرايش بيوتكنولوژي ميباشد كه با درايت بتواند ذرات جاذبي را طراحي كند كه علاوه بر دارا بودن شاخصهاي فني و مهندسي از نظر انتقال جرم و حرارت و رعايت موارد بيولوژيك بتواند عمل جذب و دفع را در ستونهاي كروماتوگرافي جذب سيال انجام بدهد و بهنظر ميرسد كه اين دقيقاً يكي از همان نقاطي است كه علوم مهندسي و بيوتكنولوژي را در كنار هم ميطلبد.
نانوتكنولوژي و نانوبيوتكنولوژي
نانوتكنولوژي علمي است كه پيرامون اصلاحات ساختار و بهينهسازي تجهيزات و فرآوردهها در مقياس نانو (9-10) بحث ميكند و بدين طريق پديدهها و موقعيتهاي جديد را بهوجود ميآورد. مولكولها و سيستمهاي بيولوژيك صفاتي دارند كه آنها را براي كاربردهاي نانوتكنولوژي بسيار مناسب ميسازد. عليرغم وعدهها، نانوساختارها، نانوذرات و نانوتجهيزات به اندازه نانوبيولوژي توسعه نيافتهاند.
نانوبيوتكنولوژي دانشي است كه بهتازگي در سطح دنيا ظهور كرده است و بنابراين بيان برخي از مفاهيم در اين خصوص ضروري بهنظر ميرسد.
ساخت نانوبيوذرات عموماً به دو دسته اصلي از بالا به پايين و از پايين به بالا تقسيم ميشود. بهنظر ميرسد كه دنيا در ساخت مواد از بالا به پايين تا حدودي موفق بوده است و از ساخت تودهاي مواد و سپس ريز كردن آنها و رسيدن به بيوذرات در اندازه نانو بهرهها برده و ما نيز بايد با برنامهريزي مدون در ايران، اين مهم را به منصه ظهور برسانيم (البته در مقياس آزمايشگاهي موفق بودهايم و بايد در فاز بعدي به سمت توليد انبوه و صنعتي برويم). ساخت از پايين به بالاي بيوذرات (بهصورت اتم به اتم) در دستور كار مراكز تحقيقاتي جهان قرار دارد و پيشبينيها حاكي از آن است كه ما بتوانيم توليدات قابل توجهاي در اين خصوص تا سال 2015 ميلادي در دنيا داشته باشيم.
همچنين بسياري از محصولات نسل دوم مواد بيولوژيك، نانوذرات ميباشند. لازم بهذكر است كه تركيبات نسل قديم يا نسل اول (First generation) مواد بيولوژيك مانند آنزيمها و پروتئينها ميباشند كه در حال حاضر قادر به تخليص و جداسازي آنها هستيم. اندازة اين مولكولها كمتر از 10 نانومتر ميباشد و حتي به يك نانومتر هم ميرسد. ولي مواد نسل جديد مثل DNA، پلاسميد و يا ويروسها و حاملهاي دارويي اندازهاي در حدود 20 تا 200 نانومتر دارند و در نتيجه روشهاي مورد استفاده در تخليص نسل اول مواد بيولوژيك را نميتوان در مورد اين مواد بهكار برد. بهعنوان مثال فرض كنيد، براي جداسازي يك پروتئين از روشهاي جذب استفاده ميكنيد. بر روي بستر جذب، مادهاي قرار ميگيرد كه بهعنوان جاذب پروتئين عمل ميكند. حال اگر يك نانوذره بزرگ مثل ويروس در اين بستر قرار گيرد، ويروس بهدليل بزرگ بودن اندازه، نميتواند وارد خلل و فرج بستر شده و جذب آن شود و در نتيجه اين بستر نميتواند جهت جداسازي آن مورد استفاده قرار گيرد.
همچنين ميتوان از روشهاي استخراج مايع- مايع بهعنوان مثالي ديگر نام برد. در اينخصوص ميتوان پروتئينها و بهطور كلي ماكرومولكولها را در يكي از فازها (فاز بالا و يا پايين) جدا كرد. اما قوانين پخش محصول به يكي از فازهاي آبي در مورد نانوبيوذرات در مقايسه با پخش ماكرومولكولها متنفاوت ميباشد. بنابراين براي جداسازي اين ذرات بايستي از روشهاي ديگر استفاده كرد كه اين روشها در نانوبيوتكنولوژي بحث ميشوند. به بياني ديگر در نانوبيوتكنولوژي علاوه بر اينكه نگاهمان معطوف به بررسي و ساخت نانوبيوذرات ميشود در روشهاي جداسازي و خالصسازي اين مواد نيز بايد تجديد نظر جدي صورت گيرد. بهعبارتي بايد روشهاي موجود براي نسل اول مواد بيولوژيك را براي استفاده از نسل دوم مواد بيولوژيك (نانوبيوذرات) بهينه كرد.
بيوتكنولوژي يك مفهوم كلي و يك موضوع بينرشتهاي ميباشد. مهندس شيمي- بيوتكنولوژي فردي است كه از مهندسي شيمي به مبحث بيوتكنولوژي وارد ميشود. بهعنوان مثال در طراحي يك بيورآكتور بايد پارامترهاي مختلفي همچون فشار، دما، pH و نوع رآكتور (حبابي، ستوني يا CSTR) مدنظر قرار گيرد كه تمام اين موارد در رشتة مهندسي شيمي- بيوتكنولوژي مورد بحث قرار ميگيرد. در واقع در مهندسي شيمي- بيوتكنولوژي با فهم و اطلاعات مهندسي پا به عرصة بيوتكنولوژي ميگذاريم؛ در نتيجه يك فرد با تخصص مهندسي قادر خواهد بود كه يك بيورآكتور را طراحي كند.
نانوبيوتكنولوژي دانشي است كه بهتازگي در سطح دنيا ظهور كرده است و بنابراين بيان برخي از مفاهيم در اين خصوص ضروري بهنظر ميرسد. 
همچنين ميتوان از روشهاي استخراج مايع- مايع بهعنوان مثالي ديگر نام برد. در اينخصوص ميتوان پروتئينها و بهطور كلي ماكرومولكولها را در يكي از فازها (فاز بالا و يا پايين) جدا كرد. اما قوانين پخش محصول به يكي از فازهاي آبي در مورد نانوبيوذرات در مقايسه با پخش ماكرومولكولها متنفاوت ميباشد. بنابراين براي جداسازي اين ذرات بايستي از روشهاي ديگر استفاده كرد كه اين روشها در نانوبيوتكنولوژي بحث ميشوند. به بياني ديگر در نانوبيوتكنولوژي علاوه بر اينكه نگاهمان معطوف به بررسي و ساخت نانوبيوذرات ميشود در روشهاي جداسازي و خالصسازي اين مواد نيز بايد تجديد نظر جدي صورت گيرد. بهعبارتي بايد روشهاي موجود براي نسل اول مواد بيولوژيك را براي استفاده از نسل دوم مواد بيولوژيك (نانوبيوذرات) بهينه كرد.
