موضوع مقاله: نانواینفورماتیک | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # نانواینفورماتیک | مقدمه: نانواینفورماتیک، به‌کارگیری علم اینفورماتیک (علوم داده و اطلاعات) در حوزهٔ فناوری نانو است. | ## بخش 1: نانواینفورماتیک | این رشته، که حوزه‌ای میان‌رشته‌ای محسوب می‌شود، متضمن توسعهٔ روش‌ها و ابزارهای نرم‌افزاری برای درک و فهم هرچه بهتر نانومواد، خواص آن‌ها، و تعاملاتشان با موجودیت‌های زیستی است و به کارایی هرچه بیشتر در بهره‌گیری از این اطلاعات کمک شایانی می‌نماید. تفاوت بنیادین این شاخه با شیمی‌اینفورماتیک در این است که نانومواد غالباً شامل مجموعه‌های غیریکنواختی از ذرات هستند که دارای توزیعی از خواص فیزیکی می‌باشند و این توزیع می‌بایست به‌دقت تعیین و مشخص گردد. زیرساخت نانواینفورماتیک دربرگیرندهٔ هستی‌شناسی‌هابرای نانومواد، قالب‌های ذخیره‌سازی پرونده و مخازن داده‌ای است. نانواینفورماتیک دارای کاربردهایی در بهبود گردش کار در تحقیقات بنیادی، فرآیندهای ساخت و تولید، و همچنین حوزه‌های سلامت محیط زیست است. مقدمه در حالی که مواد شیمیایی مرسوم صرفاً بر اساس ترکیب شیمیایی و غلظت آن‌ها تعریف و تعیین می‌شوند، نانوذرات دارای خواص فیزیکی دیگری هستند که برای توصیف کامل آن‌ها باید اندازه‌گیری شوند. علاوه بر این، فرآورده‌های نانوذرات اغلب غیریکنواخت هستند و دارای توزیعی از این خواص می‌باشند که این توزیع نیز باید مشخص گردد. این خواص در مقیاس مولکولی، بر خواص شیمیایی و فیزیکی ماکروسکوپی و همچنین اثرات بیولوژیکی نانوذرات تأثیر می‌گذارند. این ویژگی‌ها هم در مشخصه‌یابی تجربی نانوذرات و هم در نمایش آن‌ها در یک سیستم اینفورماتیک از اهمیت بسزایی برخوردارند. توسعه و پیاده‌سازی سازوکارهای مؤثر برای جمع‌آوری، اعتبارسنجی، ذخیره‌سازی، اشتراک‌گذاری، تحلیل، مدل‌سازی و به‌کارگیری اطلاعات. تأیید این امر که تصمیمات مقتضی اتخاذ شده و برآیندهای مطلوب مأموریت، در نتیجهٔ به‌کارگیری اطلاعات مذکور، محقق گشته‌اند. ابتکارات نانواینفورماتیک در پی هماهنگ‌سازی توسعهٔ استانداردسازی داده‌ها و روش‌های اینفورماتیک هستند. نقش هستی‌شناسی‌ها در علوم اطلاعات در بستر علوم اطلاعات، یک هستی‌شناسی عبارت است از بازنمایی رسمی دانش در یک حوزهٔ تخصصی، که از سلسله مراتب اصطلاحات شامل تعاریف، صفات (ویژگی‌ها) و روابط میان آن‌ها بهره می‌برد. | ## بخش 2: نانواینفورماتیک | در اروپا، قالب‌های دیگری به تصویب رسیده‌اند که توسط مؤسسهٔ طب کار و همچنین مرکز تحقیقات مشترک برای پروژهٔ نانورِگ (NANoREG) توسعه داده شده‌اند. ابزارها نانواینفورماتیک تنها به گردآوری و اشتراک‌گذاری اطلاعات در مورد فناوری‌های نانو محدود نمی‌شود، بلکه دارای ابزارهای مکمل متعددی است که برخی از آن‌ها از شیمی‌اینفورماتیک و بیوانفورماتیک نشأت می‌گیرند. پایگاه‌های داده و مخازن اطلاعات طی دههٔ گذشته، پایگاه‌های داده و مخازن گوناگون نانومواد که به صورت عمومی در دسترس هستند، به منظور پشتیبانی از نانواینفورماتیک و مدل‌سازی سمّیت‌شناسی (توکسیکولوژی) ایجاد شده‌اند.این پایگاه‌های داده غالباً، داده‌های استانداردشدهٔ فیزیکوشیمیایی، زیستی و سمّیت‌شناختی (توکسیکولوژیک) را دربارهٔ نانومواد مهندسی‌شده ذخیره می‌کنند و مجموعه‌داده‌های آماده برای مدل‌سازی را برای جامعهٔ علمی فراهم می‌آورند تا بازاستفاده از داده‌ها میسر گردد. با توجه به محدودیت دسترسی به داده‌ها در وظایف نانواینفورماتیک، گردآوری (کیوریت کردن) مجموعه‌داده‌های بزرگ و ذخیره‌سازی آن‌ها در مخازن قابل دسترس، به منظور پشتیبانی از مدل‌سازی محاسباتی، ارزیابی مقرراتی و پژوهش‌های داده‌محور، در اولویت قرار دارد. نانواینفورماتیک و نانومدل‌سازی زیست‌مولکولی، مسیری را برای درمان مؤثر سرطان فراهم می‌آورند. مدل سازی و(NanoQSAR) نانواینفورماتیک، که به‌عنوان یک فرایند گردش کار (Workflow Process) در نظر گرفته می‌شود، مطالعات تجربی را با استفاده از داده‌ها، فراداده‌ها، واژگان کنترل‌شده و هستی‌شناسی‌ها تجزیه و تحلیل می‌کند تا پایگاه‌های داده را تغذیه نماید؛ بدین ترتیب، روندها، الگوها و نظریه‌ها کشف خواهند شد تا به‌عنوان ابزارهای محاسباتی پیش‌بینی‌کننده به کار روند. مدل‌ها در هر مرحله دخیل هستند؛ برخی مادی (مانند آزمایش‌ها، مواد مرجع و موجودات مدل) و برخی انتزاعی (مانند هستی‌شناسی، فرمول‌های ریاضی) می‌باشند، و هدف همگی، بازنمایی سامانهٔ هدف است. مدل‌ها می‌توانند در طراحی تجربی مورد استفاده قرار گیرند، ممکن است جایگزین آزمایش شوند، یا چگونگی تغییر یک سامانهٔ پیچیده را در طول زمان شبیه‌سازی نمایند. در حال حاضر، نانواینفورماتیک به دلیل فرصت‌های بزرگ فناوری نانو در کاربردهای پزشکی و همچنین اهمیت تأییدیه‌های مقرراتی (رگولاتوری) برای تجاری‌سازی محصولات، بسطی از بیوانفورماتیک محسوب می‌شود. در این موارد، مدل‌های مورد هدف (که اهداف آن‌ها محسوب می‌شوند) ممکن است فیزیکوشیمیایی باشند؛ برای مثال، برآورد یک ویژگی بر اساس ساختار (رابطهٔ کمی ساختار-ویژگی، QSPR)، یا زیستی باشند؛ مانند پیش‌بینی فعالیت زیستی بر اساس ساختار مولکولی (رابطهٔ کمی ساختار-فعالیت، QSAR) یا توسعهٔ یک شبیه‌سازی در طول زمان (سم‌شناسی مبتنی بر فارماکوکینتیک فیزیولوژیک، PBTK).هر یک از این مدل‌ها برای توسعهٔ داروهای با مولکول‌های کوچک و با پشتوانهٔ مجموعهٔ عظیمی از متون علمی مورد بررسی قرار گرفته‌اند. ذرات با موجودیت‌های مولکولی متفاوت‌اند، به ویژه از آن رو که دارای سطوحی هستند که سیستم‌های نام‌گذاری و توسعهٔ مدل‌های QSAR/PBTK را با چالش مواجه می‌سازند. سازمان همکاری و توسعهٔ اقتصادی (OECD) معیارهای پذیرش مقرراتی را کدگذاری نموده است، و نقشه‌های راهنمای همراه با کارگاه‌های آموزشی پشتیبان برای هماهنگ‌سازی تلاش‌های بین‌المللی وجود دارند. | ## بخش 3: نانواینفورماتیک | جوامع (علمی) جوامع فعال در حوزهٔ نانواینفورماتیک شامل خوشهٔ ایمنی نانوی اتحادیهٔ اروپا، گروه کاری نانوفناوری برنامهٔ ملی اینفورماتیک سرطان از سوی انستیتوی ملی سرطان ایالات متحده، و جوامع تحقیقاتی نانوفناوری مشترک ایالات متحده و اتحادیهٔ اروپا می‌باشند. افرادی که در حوزهٔ نانواینفورماتیک مشغول به فعالیت هستند، را می‌توان بر اساس روش‌ها و داده‌های نانواینفورماتیک، در چهار دسته از نقش‌ها و مسئولیت‌ها جای داد: مشتریانی که هم به روش‌های تولید داده، و هم به خود داده‌ها، یا به هر دوی آن‌ها نیاز دارند؛ و این افراد هستند که کاربردهای علمی و روش‌های مشخصه‌یابی، و همچنین نیازهای داده‌ای را برای اهداف مد نظر خود، مشخص می‌سازند. تحلیل‌گرانی که روش‌ها و مدل‌هایی را برای تحلیل و تفسیر داده‌ها توسعه داده و به کار می‌گیرند که با کیفیت و کمیت داده‌ها سازگار بوده و نیازهای مشتریان را برآورده سازند. اما غالباً، افراد زیادی باید با یکدیگر تعامل داشته باشند، در حالی که نقش‌ها و مسئولیت‌های آن‌ها در فواصل، سازمان‌ها و زمان‌های قابل توجهی گسترش می‌یابد. ارتباط مؤثر در سراسر هر یک از دوازده پیوند (در هر دو جهت در طول هر شش تعامل دوتایی) که میان مشتریان، خالقان، گردآورندگان و تحلیل‌گران مختلف وجود دارد، حائز اهمیت است. تاریخچه این جمله نشان می‌دهد که نانواینفورماتیک ابتدا به عنوان یک راهکار برای مدیریت حجم فزایندهٔ داده‌های تولیدشده در حوزهٔ نانوتکنولوژی مطرح شده است. یکی از کارگاه‌های آموزشی بین‌المللی اولیه که بحث‌های قابل توجهی در مورد نیاز به اشتراک‌گذاری تمامی انواع اطلاعات دربارهٔ فناوری نانو و نانومواد در آن صورت گرفت، اولین سمپوزیوم بین‌المللی پیامدهای بهداشت شغلی نانومواد بود که در ۱۲ تا ۱۴ اکتبر ۲۰۰۴ در هتل پالاس شهر باکستون، واقع در دربی‌شر بریتانیا برگزار شد. گزارش آن کارگاه، شامل ارائه‌ای با عنوان 'مدیریت اطلاعات برای ایمنی و سلامت فناوری نانو' بود که توسعهٔ یک کتابخانهٔ اطلاعات نانوذرات (NIL) را تشریح می‌کرد و خاطرنشان ساخت که تلاش‌ها برای تضمین سلامت و ایمنی کارگران و عموم مردم در حوزهٔ فناوری نانو، می‌تواند از طریق یک رویکرد هماهنگ در مدیریت اطلاعات به طور چشمگیری تقویت شود. کتابخانهٔ اطلاعات نانوذرات در پی آن، به عنوان یک نمونه برای اشتراک‌گذاری داده‌های مشخصه‌یابی نانومواد به صورت مبتنی بر وب عمل نمود. انستیتوی ملی سرطان ایالات متحده در سال ۲۰۰۹ یک چشم‌انداز خام (اولیه) از آنچه در آن زمان هنوز اینفورماتیک فناوری نانو نامیده می‌شد، تهیه نمود که ابعاد مختلف آنچه را که نانواینفورماتیک می‌بایست در بر بگیرد، ترسیم می‌کرد. | ## جمع‌بندی | این امر متعاقباً با دو نقشهٔ راه (Roadmaps) دنبال شد، که راه‌حل‌های موجود، نیازها و ایده‌هایی را در مورد چگونگی توسعهٔ بیشتر این حوزه تشریح می‌کردند: نقشهٔ راه نانواینفورماتیک ۲۰۲۰ و نقشهٔ راه نانواینفورماتیک اتحادیهٔ اروپا و ایالات متحده ۲۰۳۰.