الشيتوزان : عبارة عن مادة تتكون أساسا من مادة الكايتين (chitin) والتي تعتبر سلسلة من الكربوهايدرات المتصلة والتي تستخلص من الهيكل الخارجي للصدفيات والمحار والأسماك الصدفية البحرية كمثل “الجمبري” حيث تطحن هذه المواد الصدفية والقشريات مع بعضها البعض ومن ثم تخضع لعملية كيميائية مبسطة تعتنى بانتزاع ماده الأسيتيل (De-Acetyaltion) وبعد انتزاع هذا الجزء تصبح التركيبة الأساسية للشيتوزان جاهزة حيث تصبح مادة الشيتوزان تحمل شحنات موجبة من الأمونيوم والتي تعمل على جذب جزيئات أي مادة بجانبها أو بقربها تحمل شحنات سالبة وتتميز بمقاومتها للبكتيريا وانعدام السمية وقابليتها للتّحلل، وهي مواصفات جعلتها من المرونة بحيث يسهل توظيفها في أكثر من استخدام.
علم النانوتوكنولوجى : هو علم وتقنية صناعة جزيئات صغيرة الحجم في المستوي الذري من موادها الأساسية لإستخدامها في مجالات وصناعات عديدة مثل الأدوية والغذاء والإلكترونيات ومستحضرات التجميل. وكلمة (نانو) هي كلمة يونانية تعني القزم أو متناهي الصغر. وتقدر وحدة النانو بأنها واحد من المليار من المتر حيث يتم التعامل مع المواد التي يقع حجم قطرها في المدى من 100 – 1نانو متر وهي تقنية لديها القدرة على تغيير المجتمع لإنشاء وتخليق مواد جديدة وفريدة من نوعها ، كالأجهزة والتطبيقات الجديدة وحتى الآلآت وفي مجالات الهندسة والتكنولوجيا، والتصوير، والقياس وتتميز المواد الناتجة عن النانو بإختلاف خواصها الفزيائية والكيميائبة والبيولوجية في نواح أساسية ومهمة حيث يمكن أن تكتسب هذه المواد خصائص جديدة عن تلك التي كانت تمتلكها في حالتها العادية، فمثلا يمكن أن تزداد صلابتها وقوتها أوتعزيز توصيلها للكهرباء والحرارة أو زيادة خواصها المغناطيسية ويمكن أيضا أن يحدث تغيرفي ألوانها حسب أحجامها ونتيجة لهذه المميزات يمكن الإستفادة منها في توجيه تكنولوجيا النانو نحو تخليق مواد وأجهزة ونظم محسنة.
أهم الاستخدامات التطبيقيه
1 – فى المجال الطبى
– حاملات دواء نانوية محضرة من بوليمرات طبيعية أبرزها الكيتوزان.
– استعمال الشيتوزان في تغلف الادوية المأخوذة عن طريق الفم
– تقنية الجسيمات النانوية هي تقنية صياغة يتم استغلالها بشكل متزايد للتغلب على قيود توصيل الدواء عن طريق الفم. فالجسيمات النانوية لها العديد من المزايا مثل حجم الجسيمات الصغير ، مساحة السطح الكبيرة والسطح القابل للتعديل. حجم الجسيمات الصغيرة معروف جيدًا بزيادة معدل ذوبان الأدوية. تحميل الدواء على بوليمر الكيتوزان مفيداً في إطلاقه ببطء للمكان المستهدف إلى جانب هذه المزايا ، يمكن أن تزيد من ثبات الجهاز الهضمي للأدوية المتقبلة للحمض مقارنة بأنظمة توصيل الأدوية الأخرى مثل الجسيمات الشحمية والأنظمة القائمة على الدهون .
– تشبه الى حد كبير في تركيبتها تركيبة الألياف النباتية والتي تسمى بالسليلوزوهي تشبه المغناطيس بشكل عام حيث انها تحمل شحنات موجبة على طول أليافها فتعمل على جذب أي شحنة سلبية مجاورة لها كمثل الدهون والافرازات الصفراوية والتي عرف عنها انها تتكون من جزيئات متصلة وتحمل شحنات سالبة في بيئة المعدة والجسم فعند تناول الوجبات الغذائية والتي تحتوي على بعض الدهون والبروتينات والمواد الأخرى, تعمل الشيتوزان على امتصاص او جذب بعض هذه الدهون اليها قبل أن تتحلل هذه الدهون مما يمنع من امتصاصها الى داخل جسم الانسان وهنا يجدر التنويه الى ان قدرة الشيتوزان على الامتصاص تصل الى حوالي 6 الى 10 مرات ضعف حجمها , مما يعطيها قدرة عالية جدا على الامتصاص والانتفاخ بشكل عام وعند امتصاصها لهذه الدهون في المعدة تنتفخ مادة الشيتوزان وتتحول الى ما يشبه الكتلة الدهنية اللزجة الكبيرة والتي تعمل على رفع لزوجة البيئة كاملة في المعدة والأمعاء في الجهاز الهضمي عند الانسان كما وأنها في هذه الأثناء تصبح أقل ذوبانية ولا تدخل بسهولة الى جسم الانسان الداخلي وكما أنها أيضا وبسبب زيادتها للزوجة تخفف أيضا من امتصاص الدهون الى داخل الجسم فان فكرة تقليل امتصاص الدهون من الطعام تعمل على نقطتين ايجابيتين مهمتين وهما أولا انها تحمي من زيادة امتصاص الدهون مما يقلل من امكانية الزيادة بالوزن بسبب الطعام الحديث , كما أنها تخفف من نسبة تكون الكوليستيرول وامتصاصه في جسم الانسان من الطعام الحديث هذا طبعا يساعد بشكل مباشر على تخفيف الوزن والكوليستيرول لأن الجسم وبدلا من ان يضيع وقته وطاقته في حرق وتصريف الدهون والكوليسترول الجديدة والآتية من الطعام يعمل بدل ذلك على حرق وتصريف الدهون القديمة المتراكمة في الجسم وتصريف الكوليستيرول القديم ويجد مجالا أوسع لصرف والتخلص من هذه المواد المتراكمة كما ان هذه المادة لا تحرمك من أكل الدهون, فأنت تستطيع أن تتناول وجبات بها بعض الدهون (بشكل طبيعي وليس بشكل مبالغ) ولكنك لن تمتصها الى داخل جسمك.
– ولأنها لا تمتص الى داخل جسم الانسان وتبقى في محيط الجهاز الهضمي (الا نسبة بسيطة جدا منها هي التي تمتص) فانها لا تزيد أي نوع من الكالوريس calories من الوجبات الغذائية مهما زادت كمية تناولها أي بمعنى تناول ما تشاء منها ولكن معدل الكالوري سيبقى صفر ولأنها نوع من الألياف العامة فانها تعمل وتحمل على خصائص تنظيفية عامة للجهاز الهضمي وتمتص السموم المتراكمة في داخله كمثل باقي أنواع الألياف العامة, وبوجود السوائل معها وبسبب انتفاخها فانها تعطي بعض المفعول الخافض للشهية أيضا عند تناولها قبل الطعام بمدة معينة حوالي ربع ساعة الى 20 دقيقة او أكثر حتى وتستخدم أيضا لصحة الجهاز الهضمي بشكل عام وبحالات الامساك المزمن لأنها ألياف بطبيعة الحال, كما أنها تستخدم لدعم علاجات الكوليستيرول.
– خفض الوزن وقطع الشهية
– منع امتصاص الدهون من الطعام وخاصه الكوليستيرول
– صحة الجهاز الهضمي والامساك المزمن
– تنظيف الجهاز الهضمي من السموم المتراكمة
– المساعدة في التئام الجروح عن طريق تحفيز تكون الجلطات الدموية
– تضاف أيضا مادة الشينوزان على اللصقات التي تستخدم للجروح خارجيا للمساعدة على التئامها
2 – فى المجال الزراعى
– تغليف أسمدة النيتروز المستخدمة مع محصول القمح مما ساعد على إطلاقها ببطء في الأرض ولا سيما الرملية منها فأدى لزيادة الإنتاج.
– في تغليف أسمدة النيتروز المستخدمة مع محصول القمح، ما ساعد على إطلاقها ببطء في الأرض، لا سيما الرملية منها، فأدى لزيادة الإنتاج.
– تحميل السّماد على بوليمر الكيتوزان مما سمح باستخدامه في التربة الرملية التي لا تسمح مسامها بالاحتفاظ بالسماد.
– تنظيف المياه من السموم عن طريق رشها على الماء لكي تمتص أي أملاح معدنية زائدة أو سموم بها
3 – فى مجال الاغذيه
– تصنيع أغلفة الكيتوزان مثالية بسبب خصائصها الممانعة لنفوذ الغازات التي تعزى إلـى الروابط بين جزيئاته ومن خصائص أغلفة الكيتوزان أنها ذات بنية متجانسة ومستقرة غيـر نفـوذة للماء و المرونـة وقابليـة التـشكيل و تتحلّل أغلفة الكيتوزان حيوياً بفضل إنزيمات الشيتوزانـيز المختـصة بالروابط التي تربط جزيئات الشيتوزان وتوجد هذه الإنزيمات في العديد من الأحياء الدقيقة منها بكتيريا التربـة كمـا تُفرز من قبل الفطريات والنباتات وبعض أنواع الفيروسـات وهي صالحة للاستهلاك البشري حيث ان وظيفته الأساسية هي حفظ اللّحوم الطّازجة أو المجمدة مدة طويلة وحمايه المنتج من الميكروبات وهي غير قابلة للهضم في جسم الإنسان.
– إعداد أغلفة لحفظ الأغذية باستخدام هذه المادة مع جزيئات أكسيد الزنك في حجم النانو، لتعظيم فوائد الكيتوزان كمادة مثبطة للنشاط البكتيري.
– الكيتوزان، بوليمر طبيعي، ومن ثمّ فهو لن يتفاعل مع المواد الغذائية ولن يسبب اضرارا صحيه
– يتم إستخدام تقنية النانوتكنولوجى في تجهيز الأغذية وتغليفها مع الإهتمام بجودتها وسلامتها حيث تستخدم في تطوير الأغذية من حيث لونها أو نكهتها أو خصائصها وفقا للإحتياجات الغذائية المطلوبة فضلاً عن إنتاج أقوى المنكهات، الملونات والإضافات الغذائية . وعلاوة على ذلك، يمكن تخفيض تكاليف المكونات المضافة للأغذية وزيادة العمر الإفتراضي للمنتجات الغذائية بإستخدام هذه التكنولوجيا . كما يمكن إطالة العمر الإفترضى للمنتج وكذلك تحسين نوعية الغذاء .
4 – فى المجال الصناعى
– توجد عدة تطبيقات صناعية للكيتوزان، منها استخدامها في إزالة الملوثات الميكروبية والعناصر الثّقيلة والملوثات.
-اعداد تركيبة مشكّله من الكيتوزان في حجم النانو مع تطعيمها بنسب من عنصري الفضة والنحاس، من ثمّ إضافة الكربون الأنبوبي النانوي متعدد الطبقات.
5 – فى مجال الاستزراع السمكى
– تعتبر تقنية النانوتوكنولوجى ذات أهمية كبيرة في وقتنا هذا لما لها من تطبيقات هائلة ومفيدة جدا في جميع المجالات بالإستزراع السمكي كمجال التغذية والأعلاف .تم البدء في استخدام تقنية النانوتوكنولوجى في مجال الإستزراع السمكى علي المستوي التجريبي في جميع تخصصاته ومن هذه التطبيقات هو إستخدامها في مجال التغذية والأعلاف وذلك للمساهمة في تنمية هذا القطاع لتلبية متطلبات السوق ورفع إنتاجية الأسماك بمختلف أنواعها .
– تم إنتاج أعلاف أسماك أكثر فعالية لجميع أنواع الإستزراع السمكى عن طريق إستخدام تقنية لنانوتوكنولوجى وذلك عن طريق تحسين جودة الخصائص الكيميائية والفيزيائية والغذائية للأعلاف ومكوناتها في مختلف مراحل التصنيع . حيث تعتمد الأسماك في تغذيتها على الأعلاف التي تقدم لها في صورة حبيبات والتي بدورها تحتوي على جميع متطلبات الأسماك الغذائية اليومية من بروتين ودهون وكربوهيدرات ومعادن وفيتامينات .
– لإستخدام تقنية النانوتوكنولوجى في تصنيع الأعلاف وزيادة جودتها حيث يتم معاملة مكونات العلف بتقنية لنانوتوكنولوجى وجعلها كجسيمات نانوية والذي بدوره سيرفع من القيمة الغذائية لحبيبات الأعلاف وذلك سيسهل مرورها وإمتصاصها داخل أنسجة أمعاء الأسماك ويعطي السمكة أفضل إستفادة من الغذاء ويقلل من كمية الفضلات الغير مهضومه التي تخرج من الأسماك وبالتالي تحافظ على جودة مياه الإستزراع السمكى من إرتفاع المواد العضوية بها .
– عن طريق هذه التقنية يمكن عمل أعلاف صغيرة الحجم يقاس قطرها بالميكرون خاصة لإستخدامها في مجال التفريخ حيث أن الأعلاف الموجودة لا يستطيع السمك الصغير التعامل معها أو التهامها لصغر حجم الفم وكبر حجم حبيبة العلف لذلك تسهل تقنية النانوتوكنولوجى عمل أعلاف خاصة لهذه الأحجام الصغيرة مما يعمل على زيادة أحجام الزريعة والإصباعيات بصورة أسرع ويقلل من حجم الفقد في هذه الزريعة أو الإصباعيات مما يعمل علي زيادة الربح.
– معاملة المعادن الموجودة بداخل الوجبة الغذئية للأسماك بتقنية النانو وذلك يؤدي إلى تعظيم الإستفادة منها داخل جسم الأسماك بصورة أكبر حيث إنها ستصل إلي خلايا الأسماك المستهدفة بصورة أسهل وأسرع مقارنةً إذا ما كانت أكبر حجماً. وهذا يسرع عملية تمثيلهم الغذائي داخل جسم الأسماك.
– تغليف حبيبات الأعلاف بطبقة من مواد غير ضارة معاملة بتقنية النانو لزيادة بقاء حبيبات الأعلاف في الماء لفترة طويلة جداً بدون تفتت أو ذوبان وبالتالي نقلل من الفقد الكبيرفي الأعلاف وضمان جودة المياه .
– تغليف الفيتامينات بمواد نانومترية للمحافظة عليها من درجات الحرارة والضوء أثناء عملية التصنيع لزيادة الإستفادة منها .
– استخدام بعض العناصر معاملة بتقنية النانو كمحفزات نمو مثل استخدام جزيئات الحديد المعامله بتقنيه النانو و جزيئات السيلينيوم المعاملة بتقنية النانو ايضا تؤدي الي تحفيز النمو وزيادة عالية في وزن الجسم النهائي وتحسين خواص مضادات الأكسدة .
– إستخدام بعض المواد المعاملة بتقنية النانو كإضافات غذائية لتحسين الهضم والإمتصاص في الثروة الحيوانية .
– إضافة بعض المواد المضادة للفطريات والبكتريا على أكياس حفظ أعلاف الأسماك للحفاظ عليها من الكائنات الضارة وحمايتها وضمان جودة تخزينها.
– تأثير استخدام مستويات مختلفة من جزيئات الشيتوزان النانومتريه كإضافات غذائية لعلائق إصبعيات البلطي النيلي على الاداء الانتاجي ومعاملات الهضم ومؤشرات المناعة
– تحسين النمو وكفاءة الاستفادة من الاعلاف باستخدام مركبات نانومتريه.
– تحسين أنزيمات الهضم مثل الليبيز والاميليز بعد استخدام مركبات الشيتوزان النانومترية.
– تحسين المناعة الذاتية باستخدام مركبات النانوشيتوزان.
– استخدام مركبات الشيتوزان النانومترية تمنع نمو البكتريا الهوائية واللاهوائية.
– تحسين جوهري في مكونات خلايا الدم بشكل عام سواء خلايا الدم البيضاء او الحمراء، وايضا تحسن في وظائف الكبد والكلي.
– اضافة النانو شيتوران في علائق الاسماك ادي الى خفض تعداد بكتريا الامعاء سواء كانت الهوائية او اللاهوائية وبناءا عليه فان استخدام مركب نانو شيتوزان كإضافة للعلف يعمل علي تحسين النمو وامتصاص الغذاء عن طريق تحسين انزيمات الهضم ومنع البكتريا الضارة كما تعمل على تعزيز المناعة بشكل واضح.
– ويعتبر النانو شيتوزان من أرخص وأسهل المواد النانوية والتي تتوفر بصورة سهله في الاسواق كما ان طريقة اضافتها سهله جدا بحيث تذوب في كمية معلومة من المياه ثم تضاف بمعدل 5 جم لكل كجم علف بعد التصنيع. والأمنه على صحة الاسماك ولا يكون لها متبقيات ضارة بصحة المستهلكين بالإضافة الى ذلك فان مركبات الشيتوزان هي مركبات ذات خاصية فريدة قادرة على منع النمو البكتيري الضار وتحسن من مناعة الاسماك ضد العديد من الامراض، فهي بالإضافة الى كونها اضافة غذائية فهي تستخدم في العديد من الصناعات الدوائية.
د/ مصطفى صفوت عبده – باحث أول بمعهد بحوث الصحه الحيوانيه – بالمعمل الفرعى بكفرالشيخ – بكتريولوجى – مركز البحوث الزراعية -مصر
