Δείτε τι είναι η «Νανοτεχνολογία» σε άλλα λεξικά. Νανοτεχνολογίες: ποιος τις εφηύρε και πότε Τι είναι οι τεχνολογίες νανοπαραγωγής

Η νανοτεχνολογία είναι ένας τομέας θεμελιωδών και εφαρμοσμένης επιστήμης και τεχνολογίας που ασχολείται με έναν συνδυασμό θεωρητικής αιτιολόγησης, πρακτικών μεθόδων έρευνας, ανάλυσης και σύνθεσης, καθώς και μεθόδων παραγωγής και χρήσης προϊόντων με δεδομένη ατομική δομή μέσω ελεγχόμενης χειραγώγησης ατόμων. άτομα και μόρια.

Ιστορία

Πολλές πηγές, κυρίως αγγλόφωνες, συνδέουν την πρώτη αναφορά μεθόδων που αργότερα θα ονομάζονταν νανοτεχνολογία με τη διάσημη ομιλία του Richard Feynman «There’s Plenty of Room at the Bottom», που έκανε το 1959 στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια στην ετήσια έκθεση συνάντηση της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας. Ο Richard Feynman πρότεινε ότι ήταν δυνατή η μηχανική μετακίνηση μεμονωμένων ατόμων χρησιμοποιώντας έναν χειριστή του κατάλληλου μεγέθους, τουλάχιστον μια τέτοια διαδικασία δεν θα έρχονταν σε αντίθεση με τους νόμους της φυσικής που είναι γνωστοί σήμερα.

Πρότεινε να γίνει αυτός ο χειριστής με τον ακόλουθο τρόπο. Είναι απαραίτητο να κατασκευαστεί ένας μηχανισμός που θα δημιουργούσε ένα αντίγραφο του εαυτού του, μόνο μια τάξη μεγέθους μικρότερο. Ο δημιουργημένος μικρότερος μηχανισμός πρέπει και πάλι να δημιουργήσει ένα αντίγραφο του εαυτού του, πάλι μια τάξη μεγέθους μικρότερο, και ούτω καθεξής έως ότου οι διαστάσεις του μηχανισμού είναι ανάλογες με τις διαστάσεις της τάξης ενός ατόμου. Σε αυτήν την περίπτωση, θα χρειαστεί να γίνουν αλλαγές στη δομή αυτού του μηχανισμού, καθώς οι βαρυτικές δυνάμεις που δρουν στον μακρόκοσμο θα έχουν όλο και μικρότερη επιρροή και οι δυνάμεις των διαμοριακών αλληλεπιδράσεων και οι δυνάμεις van der Waals θα επηρεάζουν όλο και περισσότερο τη λειτουργία του ο μηχανισμός.

Το τελευταίο στάδιο - ο μηχανισμός που προκύπτει θα συγκεντρώσει το αντίγραφό του από μεμονωμένα άτομα. Κατ' αρχήν, ο αριθμός τέτοιων αντιγράφων είναι απεριόριστος· θα είναι δυνατό να δημιουργηθεί ένας αυθαίρετος αριθμός τέτοιων μηχανών σε σύντομο χρονικό διάστημα. Αυτά τα μηχανήματα θα μπορούν να συναρμολογούν μακρο-πράγματα με τον ίδιο τρόπο, με ατομική συναρμολόγηση. Αυτό θα κάνει τα πράγματα πολύ φθηνότερα - σε τέτοια ρομπότ (νανορομπότ) θα πρέπει να δοθεί μόνο ο απαιτούμενος αριθμός μορίων και ενέργειας και να γράψουν ένα πρόγραμμα για τη συναρμολόγηση των απαραίτητων αντικειμένων. Μέχρι στιγμής, κανείς δεν έχει καταφέρει να διαψεύσει αυτό το ενδεχόμενο, αλλά κανείς δεν έχει καταφέρει ακόμη να δημιουργήσει τέτοιους μηχανισμούς. Κατά τη διάρκεια της θεωρητικής μελέτης αυτής της πιθανότητας, προέκυψαν υποθετικά σενάρια καταστροφής, τα οποία υποθέτουν ότι τα νανορομπότ θα απορροφήσουν όλη τη βιομάζα της Γης, πραγματοποιώντας το πρόγραμμα αυτοαναπαραγωγής τους (το λεγόμενο «γκρίζο γκάζι» ή «γκρίζο πολτός»).

Οι πρώτες υποθέσεις σχετικά με τη δυνατότητα μελέτης αντικειμένων σε ατομικό επίπεδο βρίσκονται στο βιβλίο «Opticks» του Ισαάκ Νεύτωνα, που δημοσιεύτηκε το 1704. Στο βιβλίο, ο Newton εκφράζει την ελπίδα ότι τα μελλοντικά μικροσκόπια θα μπορέσουν μια μέρα να εξερευνήσουν τα «μυστικά των σωματιδίων».

Ο όρος «νανοτεχνολογία» χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Norio Taniguchi το 1974. Χρησιμοποίησε αυτόν τον όρο για να περιγράψει την παραγωγή προϊόντων σε μέγεθος αρκετών νανόμετρων. Στη δεκαετία του 1980, ο όρος χρησιμοποιήθηκε από τον Eric K. Drexler στα βιβλία του Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology and Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing and Computation.

Τι μπορεί να κάνει η νανοτεχνολογία;

Ακολουθούν μόνο μερικοί από τους τομείς στους οποίους η νανοτεχνολογία υπόσχεται καινοτομίες:

Φάρμακο

Οι νανοαισθητήρες θα προσφέρουν πρόοδο στην έγκαιρη διάγνωση ασθενειών. Αυτό θα αυξήσει τις πιθανότητές σας για ανάκαμψη. Μπορούμε να νικήσουμε τον καρκίνο και άλλες ασθένειες. Παλιά αντικαρκινικά φάρμακα κατέστρεφαν όχι μόνο άρρωστα κύτταρα, αλλά και υγιή. Με τη βοήθεια της νανοτεχνολογίας, το φάρμακο θα παραδοθεί απευθείας στο άρρωστο κύτταρο.

Νανοτεχνολογία DNA– Χρησιμοποιήστε συγκεκριμένες βάσεις DNA και μορίων νουκλεϊκού οξέος για να δημιουργήσετε σαφώς καθορισμένες δομές στη βάση τους. Βιομηχανική σύνθεση μορίων φαρμάκου και φαρμακολογικών παρασκευασμάτων σαφώς καθορισμένης μορφής (διπεπτίδια).

Στις αρχές του 2000, χάρη στην ταχεία πρόοδο στην τεχνολογία κατασκευής σωματιδίων νανο-μεγέθους, δόθηκε ώθηση στην ανάπτυξη ενός νέου τομέα νανοτεχνολογίας - νανοπλασμονική. Αποδείχθηκε ότι ήταν δυνατή η μετάδοση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας κατά μήκος μιας αλυσίδας μεταλλικών νανοσωματιδίων χρησιμοποιώντας τη διέγερση των ταλαντώσεων του πλασμονίου.

Κατασκευή

Οι νανοαισθητήρες των κτιριακών κατασκευών θα παρακολουθούν την αντοχή τους και θα εντοπίζουν τυχόν απειλές για την ακεραιότητά τους. Τα αντικείμενα που κατασκευάζονται με τη χρήση νανοτεχνολογίας μπορούν να διαρκέσουν πέντε φορές περισσότερο από τις σύγχρονες κατασκευές. Τα σπίτια θα προσαρμοστούν στις ανάγκες των κατοίκων, διατηρώντας τους δροσερούς το καλοκαίρι και διατηρώντας τους ζεστούς το χειμώνα.

Ενέργεια

Θα εξαρτηθούμε λιγότερο από το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο. Τα σύγχρονα ηλιακά πάνελ έχουν απόδοση περίπου 20%. Με τη χρήση της νανοτεχνολογίας μπορεί να αναπτυχθεί 2-3 φορές. Λεπτές νανοφίλμ στην οροφή και τους τοίχους μπορούν να παρέχουν ενέργεια σε ολόκληρο το σπίτι (αν, φυσικά, υπάρχει αρκετός ήλιος).

Μηχανολογία

Όλος ο ογκώδης εξοπλισμός θα αντικατασταθεί από ρομπότ - εύκολα ελεγχόμενες συσκευές. Θα μπορούν να δημιουργήσουν οποιουσδήποτε μηχανισμούς σε επίπεδο ατόμων και μορίων. Για την παραγωγή μηχανών, θα χρησιμοποιηθούν νέα νανοϋλικά που μπορούν να μειώσουν την τριβή, να προστατεύσουν εξαρτήματα από ζημιές και να εξοικονομήσουν ενέργεια. Δεν είναι όλοι αυτοί οι τομείς στους οποίους μπορεί (και θα χρησιμοποιηθεί!) η νανοτεχνολογία. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η εμφάνιση της νανοτεχνολογίας είναι η αρχή μιας νέας Επιστημονικής και Τεχνικής Επανάστασης, η οποία θα αλλάξει σε μεγάλο βαθμό τον κόσμο στον 21ο αιώνα. Αξίζει, ωστόσο, να σημειωθεί ότι η νανοτεχνολογία δεν μπαίνει πολύ γρήγορα στην πραγματική πράξη. Δεν λειτουργούν πολλές συσκευές (κυρίως ηλεκτρονικές) «νανο». Αυτό οφείλεται εν μέρει στην υψηλή τιμή της νανοτεχνολογίας και στην όχι πολύ υψηλή απόδοση των προϊόντων νανοτεχνολογίας.

Πιθανώς, στο εγγύς μέλλον, με τη βοήθεια της νανοτεχνολογίας, θα δημιουργηθούν συσκευές υψηλής τεχνολογίας, κινητές, εύκολα ελεγχόμενες που θα αντικαταστήσουν με επιτυχία τον αυτοματοποιημένο, αλλά δύσκολο στη διαχείριση και δυσκίνητο εξοπλισμό του σήμερα. Για παράδειγμα, με την πάροδο του χρόνου, τα βιορομπότ ελεγχόμενα από υπολογιστή θα μπορούν να εκτελούν τις λειτουργίες των σημερινών ογκωδών αντλιοστασίων.

• Υπολογιστής DNA– ένα υπολογιστικό σύστημα που χρησιμοποιεί τις υπολογιστικές δυνατότητες των μορίων DNA. Ο Βιομοριακός Υπολογισμός είναι μια συλλογική ονομασία για διάφορες τεχνικές που σχετίζονται με τον ένα ή τον άλλο τρόπο με το DNA ή το RNA. Στον υπολογισμό του DNA, τα δεδομένα αντιπροσωπεύονται όχι με τη μορφή μηδενικών και μονάδων, αλλά με τη μορφή μιας μοριακής δομής που χτίζεται με βάση την έλικα του DNA. Ο ρόλος του λογισμικού για την ανάγνωση, αντιγραφή και διαχείριση δεδομένων επιτελείται από ειδικά ένζυμα.
• Μικροσκόπιο ατομικής δύναμης– ένα μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης υψηλής ανάλυσης που βασίζεται στην αλληλεπίδραση μιας πρόβολης βελόνας (ανιχνευτής) με την επιφάνεια του υπό μελέτη δείγματος. Σε αντίθεση με ένα μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (STM), μπορεί να εξετάσει τόσο τις αγώγιμες όσο και τις μη αγώγιμες επιφάνειες ακόμη και μέσα από ένα στρώμα υγρού, το οποίο καθιστά δυνατή την εργασία με οργανικά μόρια (DNA). Η χωρική ανάλυση ενός μικροσκοπίου ατομικής δύναμης εξαρτάται από το μέγεθος του προβόλου και την καμπυλότητα του άκρου του. Η ανάλυση φτάνει στην ατομική οριζόντια και την υπερβαίνει σημαντικά κατακόρυφα.
• Κεραία-ταλαντωτής– Στις 9 Φεβρουαρίου 2005 λήφθηκε στο εργαστήριο του Πανεπιστημίου της Βοστώνης μια κεραία-ταλαντωτής διαστάσεων περίπου 1 micron. Αυτή η συσκευή έχει 5.000 εκατομμύρια άτομα και είναι ικανή να ταλαντώνεται σε συχνότητα 1,49 gigahertz, κάτι που της επιτρέπει να μεταδίδει τεράστιες ποσότητες πληροφοριών.

10 νανοτεχνολογίες με εκπληκτικές δυνατότητες

Προσπαθήστε να θυμηθείτε κάποια κανονική εφεύρεση. Πιθανώς, κάποιος τώρα φαντάστηκε έναν τροχό, κάποιος ένα αεροπλάνο και κάποιος ένα iPod. Πόσοι από εσάς έχετε σκεφτεί την εφεύρεση μιας εντελώς νέας γενιάς - της νανοτεχνολογίας; Αυτός ο κόσμος είναι ελάχιστα μελετημένος, αλλά έχει απίστευτες δυνατότητες που μπορεί να μας δώσει πραγματικά φανταστικά πράγματα. Ένα εκπληκτικό πράγμα: ο τομέας της νανοτεχνολογίας δεν υπήρχε μέχρι το 1975, παρόλο που οι επιστήμονες άρχισαν να εργάζονται σε αυτόν τον τομέα πολύ νωρίτερα.

Το ανθρώπινο γυμνό μάτι μπορεί να αναγνωρίσει αντικείμενα μεγέθους έως και 0,1 χιλιοστών. Σήμερα θα μιλήσουμε για δέκα εφευρέσεις που είναι 100.000 φορές μικρότερες.

Ηλεκτρικά αγώγιμο υγρό μέταλλο

Χρησιμοποιώντας ηλεκτρική ενέργεια, ένα απλό υγρό κράμα μετάλλου από γάλλιο, ιρίδιο και κασσίτερο μπορεί να κατασκευαστεί για να σχηματίσει περίπλοκα σχήματα ή κύκλους ανέμου μέσα σε ένα πιάτο Petri. Μπορεί να ειπωθεί με κάποιο βαθμό πιθανότητας ότι αυτό είναι το υλικό από το οποίο δημιουργήθηκε το διάσημο cyborg της σειράς T-1000, το οποίο μπορούσαμε να δούμε στο Terminator 2.

«Το μαλακό κράμα συμπεριφέρεται σαν ένα έξυπνο σχήμα, ικανό να παραμορφώνεται όταν είναι απαραίτητο, λαμβάνοντας υπόψη τον μεταβαλλόμενο περιβάλλοντα χώρο μέσω του οποίου κινείται. Όπως ακριβώς θα μπορούσε να κάνει ένα cyborg από μια δημοφιλή ταινία επιστημονικής φαντασίας», λέει ο Jin Li από το Πανεπιστήμιο Tsinghua, ένας από τους ερευνητές που συμμετείχαν σε αυτό το έργο.

Αυτό το μέταλλο είναι βιομιμητικό, δηλαδή μιμείται βιοχημικές αντιδράσεις, αν και δεν είναι από μόνο του μια βιολογική ουσία.

Αυτό το μέταλλο μπορεί να ελεγχθεί με ηλεκτρικές εκκενώσεις. Ωστόσο, είναι ικανό να κινείται ανεξάρτητα, λόγω της αναδυόμενης ανισορροπίας φορτίου, η οποία δημιουργείται από τη διαφορά πίεσης μεταξύ του μπροστινού και του πίσω μέρους κάθε σταγόνας αυτού του μεταλλικού κράματος. Και παρόλο που οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτή η διαδικασία μπορεί να είναι το κλειδί για τη μετατροπή της χημικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια, το μοριακό υλικό δεν πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή κακών σάιμποργκ σύντομα. Ολόκληρη η «μαγική» διαδικασία μπορεί να συμβεί μόνο σε διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου ή αλατούχο διάλυμα.

Νανοπλαστικές

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Γιορκ εργάζονται για την ανάπτυξη ειδικών επιθεμάτων που θα σχεδιαστούν για να παρέχουν όλα τα απαραίτητα φάρμακα μέσα στο σώμα χωρίς καμία χρήση βελόνων και σύριγγων. Τα έμπλαστρα, τα οποία είναι αρκετά κανονικά σε μέγεθος, είναι κολλημένα στο χέρι σας και παρέχουν μια ορισμένη δόση νανοσωματιδίων φαρμάκου (αρκετά μικρά ώστε να διεισδύουν στους θύλακες των τριχών) μέσα στο σώμα σας. Τα νανοσωματίδια (το καθένα έχει μέγεθος μικρότερο από 20 νανόμετρα) θα βρουν τα ίδια επιβλαβή κύτταρα, θα τα σκοτώσουν και θα αποβληθούν από το σώμα μαζί με άλλα κύτταρα ως αποτέλεσμα φυσικών διεργασιών.

Οι επιστήμονες σημειώνουν ότι στο μέλλον τέτοια νανομπαλώματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την καταπολέμηση μιας από τις πιο τρομερές ασθένειες στη Γη - τον καρκίνο. Σε αντίθεση με τη χημειοθεραπεία, η οποία συχνά αποτελεί αναπόσπαστο μέρος της θεραπείας σε τέτοιες περιπτώσεις, τα νανομπαλώματα θα μπορούν να βρίσκουν και να καταστρέφουν μεμονωμένα καρκινικά κύτταρα αφήνοντας τα υγιή κύτταρα ανέγγιχτα. Το έργο nanopatch ονομάζεται NanJect. Η ανάπτυξή του πραγματοποιείται από τους Atif Syed και Zakaria Hussain, οι οποίοι το 2013, ενώ ήταν ακόμη φοιτητές, έλαβαν την απαραίτητη χορηγία ως μέρος μιας εκστρατείας crowdsourcing για τη συγκέντρωση κεφαλαίων.

Νανοφίλτρο για νερό

Όταν αυτή η μεμβράνη χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με ένα λεπτό πλέγμα από ανοξείδωτο χάλυβα, το λάδι απωθείται, αφήνοντας το νερό σε αυτήν την περιοχή πεντακάθαρο.

Είναι ενδιαφέρον ότι οι επιστήμονες εμπνεύστηκαν τη δημιουργία νανοφίλμ από την ίδια τη φύση. Τα φύλλα του λωτού, γνωστά και ως νούφαρα, έχουν τις αντίθετες ιδιότητες του νανοφίλμ: αντί για λάδι, απωθούν το νερό. Δεν είναι η πρώτη φορά που επιστήμονες κατασκοπεύουν αυτά τα καταπληκτικά φυτά για τις εξίσου εκπληκτικές ιδιότητές τους. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα, για παράδειγμα, τη δημιουργία υπερυδρόφοβων υλικών το 2003. Όσο για το νανοφίλμ, οι ερευνητές προσπαθούν να δημιουργήσουν ένα υλικό που να μιμείται την επιφάνεια των νούφαρων και να το εμπλουτίζει με μόρια ενός ειδικού καθαριστικού παράγοντα. Η ίδια η επίστρωση είναι αόρατη στο ανθρώπινο μάτι. Θα είναι φθηνή η παραγωγή: περίπου 1 $ ανά τετραγωνικό πόδι.

Καθαριστής αέρα για υποβρύχια

Είναι απίθανο κανείς να σκέφτηκε τι είδους αεροπορικά πληρώματα υποβρυχίων πρέπει να αναπνεύσουν, εκτός από τα ίδια τα μέλη του πληρώματος. Εν τω μεταξύ, ο καθαρισμός του αέρα από το διοξείδιο του άνθρακα πρέπει να γίνει άμεσα, αφού σε ένα ταξίδι ο ίδιος αέρας πρέπει να περάσει εκατοντάδες φορές από τα ελαφρά πληρώματα του υποβρυχίου. Για τον καθαρισμό του αέρα από το διοξείδιο του άνθρακα, χρησιμοποιούνται αμίνες, οι οποίες έχουν πολύ δυσάρεστη οσμή. Για να αντιμετωπιστεί αυτό το ζήτημα, δημιουργήθηκε μια τεχνολογία καθαρισμού που ονομάζεται SAMMS (ακρωνύμιο για τα Self-Assembled Monolayers on Mesoporous Supports). Προτείνει τη χρήση ειδικών νανοσωματιδίων που τοποθετούνται μέσα σε κεραμικούς κόκκους. Η ουσία έχει μια πορώδη δομή, λόγω της οποίας απορροφά την περίσσεια διοξειδίου του άνθρακα. Οι διαφορετικοί τύποι καθαρισμού SAMMS αλληλεπιδρούν με διαφορετικά μόρια στον αέρα, το νερό και το έδαφος, αλλά όλες αυτές οι επιλογές καθαρισμού είναι απίστευτα αποτελεσματικές. Μόνο μια κουταλιά της σούπας από αυτούς τους πορώδεις κεραμικούς κόκκους είναι αρκετός για να καθαρίσει μια περιοχή ίση με ένα γήπεδο ποδοσφαίρου.

Νανοαγωγοί

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Northwestern (ΗΠΑ) ανακάλυψαν πώς να δημιουργήσουν έναν ηλεκτρικό αγωγό σε νανοκλίμακα. Αυτός ο αγωγός είναι ένα σκληρό και ανθεκτικό νανοσωματίδιο που μπορεί να διαμορφωθεί για να μεταδίδει ηλεκτρικό ρεύμα σε διάφορες αντίθετες κατευθύνσεις. Η μελέτη δείχνει ότι κάθε τέτοιο νανοσωματίδιο είναι ικανό να μιμηθεί τη λειτουργία «ανορθωτών, διακοπτών και διόδων». Κάθε σωματίδιο πάχους 5 νανόμετρων είναι επικαλυμμένο με μια θετικά φορτισμένη χημική ουσία και περιβάλλεται από αρνητικά φορτισμένα άτομα. Η εφαρμογή ηλεκτρικής εκκένωσης επαναδιαμορφώνει τα αρνητικά φορτισμένα άτομα γύρω από τα νανοσωματίδια.

Οι δυνατότητες της τεχνολογίας, όπως αναφέρουν οι επιστήμονες, είναι άνευ προηγουμένου. Με βάση αυτό, είναι δυνατό να δημιουργηθούν υλικά «ικανά να αλλάζουν ανεξάρτητα για να ταιριάζουν σε συγκεκριμένες εργασίες υπολογιστών». Η χρήση αυτού του νανοϋλικού θα «επαναπρογραμματίσει» τα ηλεκτρονικά του μέλλοντος. Οι αναβαθμίσεις υλικού θα γίνουν τόσο εύκολες όσο και οι αναβαθμίσεις λογισμικού.

Φορτιστής νανοτεχνολογίας

Όταν δημιουργηθεί αυτό το πράγμα, δεν θα χρειάζεται πλέον να χρησιμοποιείτε ενσύρματους φορτιστές. Η νέα νανοτεχνολογία λειτουργεί σαν σφουγγάρι, αλλά δεν απορροφά υγρά. Απορροφά την κινητική ενέργεια από το περιβάλλον και την κατευθύνει απευθείας στο smartphone σας. Η τεχνολογία βασίζεται στη χρήση ενός πιεζοηλεκτρικού υλικού που παράγει ηλεκτρισμό υπό μηχανική καταπόνηση. Το υλικό είναι προικισμένο με νανοσκοπικούς πόρους που το μετατρέπουν σε εύκαμπτο σφουγγάρι.

Η επίσημη ονομασία αυτής της συσκευής είναι «nanogenerator». Τέτοιες νανογεννήτριες θα μπορούσαν μια μέρα να γίνουν μέρος κάθε smartphone στον πλανήτη, ή μέρος του ταμπλό κάθε αυτοκινήτου, και ίσως μέρος κάθε τσέπης ρούχων - τα gadget θα φορτίζονται απευθείας σε αυτό. Επιπλέον, η τεχνολογία έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί σε μεγαλύτερη κλίμακα, όπως σε βιομηχανικό εξοπλισμό. Τουλάχιστον αυτό πιστεύουν οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison, που δημιούργησαν αυτό το εκπληκτικό νανοσπόγγο.

Τεχνητός αμφιβληστροειδής

Η ισραηλινή εταιρεία Nano Retina αναπτύσσει μια διεπαφή που θα συνδέεται απευθείας με τους νευρώνες του ματιού και θα μεταδίδει το αποτέλεσμα της νευρωνικής μοντελοποίησης στον εγκέφαλο, αντικαθιστώντας τον αμφιβληστροειδή και αποκαθιστώντας την όραση στους ανθρώπους.

Ένα πείραμα σε ένα τυφλό κοτόπουλο έδειξε ελπίδα για την επιτυχία του έργου. Το νανοφίλμ επέτρεψε στο κοτόπουλο να δει το φως. Είναι αλήθεια ότι το τελικό στάδιο της ανάπτυξης ενός τεχνητού αμφιβληστροειδούς για την αποκατάσταση της όρασης των ανθρώπων είναι ακόμα μακριά, αλλά η πρόοδος προς αυτή την κατεύθυνση δεν μπορεί παρά να χαίρεται. Η Nano Retina δεν είναι η μόνη εταιρεία που ασχολείται με τέτοιες εξελίξεις, αλλά η τεχνολογία της είναι αυτή που αυτή τη στιγμή φαίνεται να είναι η πιο πολλά υποσχόμενη, αποτελεσματική και προσαρμοστική. Το τελευταίο σημείο είναι το πιο σημαντικό αφού μιλάμε για ένα προϊόν που θα ενσωματωθεί στα μάτια κάποιου. Παρόμοιες εξελίξεις έχουν δείξει ότι τα στερεά υλικά είναι ακατάλληλα για τέτοιους σκοπούς.

Δεδομένου ότι η τεχνολογία αναπτύσσεται σε νανοτεχνολογικό επίπεδο, καταργεί τη χρήση μετάλλων και συρμάτων και επίσης αποφεύγει τη χαμηλή ανάλυση της προσομοιωμένης εικόνας.

Λαμπερά ρούχα

Οι επιστήμονες της Σαγκάης έχουν αναπτύξει αντανακλαστικά νήματα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην παραγωγή ρούχων. Η βάση κάθε νήματος είναι ένα πολύ λεπτό σύρμα από ανοξείδωτο χάλυβα, το οποίο είναι επικαλυμμένο με ειδικά νανοσωματίδια, ένα στρώμα ηλεκτροφωταύγειας πολυμερούς και ένα προστατευτικό κέλυφος από διαφανείς νανοσωλήνες. Το αποτέλεσμα είναι πολύ ελαφριά και εύκαμπτα νήματα που μπορούν να λάμπουν υπό την επίδραση της δικής τους ηλεκτροχημικής ενέργειας. Ταυτόχρονα, λειτουργούν με πολύ χαμηλότερη ισχύ σε σύγκριση με τα συμβατικά LED.

Το μειονέκτημα της τεχνολογίας είναι ότι το «απόθεμα φωτός» των νημάτων εξακολουθεί να είναι αρκετό μόνο για λίγες ώρες. Ωστόσο, οι προγραμματιστές του υλικού πιστεύουν αισιόδοξα ότι θα μπορέσουν να αυξήσουν τον «πόρο» του προϊόντος τους τουλάχιστον χίλιες φορές. Ακόμα κι αν τα καταφέρουν, η λύση μιας άλλης έλλειψης παραμένει υπό αμφισβήτηση. Πιθανότατα θα είναι αδύνατο να πλύνετε ρούχα με βάση τέτοιες νανοκλωστές.

Nanoneedles για την αποκατάσταση των εσωτερικών οργάνων

Τα νανοέμπλαστρα για τα οποία μιλήσαμε παραπάνω έχουν σχεδιαστεί ειδικά για να αντικαθιστούν τις βελόνες. Τι θα γινόταν αν οι ίδιες οι βελόνες είχαν μέγεθος μόνο μερικά νανόμετρα; Αν ναι, θα μπορούσαν να αλλάξουν την κατανόησή μας για τη χειρουργική επέμβαση ή τουλάχιστον να τη βελτιώσουν σημαντικά.

Πιο πρόσφατα, οι επιστήμονες διεξήγαγαν επιτυχείς εργαστηριακές δοκιμές σε ποντίκια. Χρησιμοποιώντας μικροσκοπικές βελόνες, οι ερευνητές μπόρεσαν να εισαγάγουν νουκλεϊκά οξέα στο σώμα των τρωκτικών, προωθώντας την αναγέννηση οργάνων και νευρικών κυττάρων και έτσι αποκαθιστώντας τη χαμένη απόδοση. Όταν οι βελόνες εκτελούν τη λειτουργία τους, παραμένουν στο σώμα και μετά από λίγες μέρες αποσυντίθενται πλήρως σε αυτό. Ταυτόχρονα, οι επιστήμονες δεν βρήκαν παρενέργειες κατά τη διάρκεια επεμβάσεων για την αποκατάσταση των αιμοφόρων αγγείων στους μύες της πλάτης των τρωκτικών χρησιμοποιώντας αυτές τις ειδικές νανοβελόνες.

Αν λάβουμε υπόψη τις ανθρώπινες περιπτώσεις, τέτοιες νανοβελόνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μεταφορά των απαραίτητων φαρμάκων στο ανθρώπινο σώμα, για παράδειγμα, στη μεταμόσχευση οργάνων. Ειδικές ουσίες θα προετοιμάσουν τους περιβάλλοντες ιστούς γύρω από το μεταμοσχευμένο όργανο για ταχεία ανάρρωση και θα εξαλείψουν την πιθανότητα απόρριψης.

3D χημική εκτύπωση

Ο χημικός Martin Burke από το Πανεπιστήμιο του Ιλινόις είναι ο Willy Wonka της χημείας. Χρησιμοποιώντας μια συλλογή μορίων «δομικού υλικού» για διάφορους σκοπούς, μπορεί να δημιουργήσει έναν τεράστιο αριθμό διαφορετικών χημικών ουσιών προικισμένων με κάθε είδους «καταπληκτικές και ταυτόχρονα φυσικές ιδιότητες». Για παράδειγμα, μια τέτοια ουσία είναι η ρατανίνη, η οποία μπορεί να βρεθεί μόνο σε ένα πολύ σπάνιο περουβιανό λουλούδι.

Οι δυνατότητες σύνθεσης ουσιών είναι τόσο τεράστιες που θα επιτρέψει την παραγωγή μορίων που χρησιμοποιούνται στην ιατρική, στη δημιουργία διόδων LED, ηλιακών στοιχείων μπαταρίας και εκείνων των χημικών στοιχείων που ακόμη και οι καλύτεροι χημικοί στον πλανήτη χρειάστηκαν χρόνια για να συνθέσουν.

Οι δυνατότητες του τρέχοντος πρωτότυπου τρισδιάστατου χημικού εκτυπωτή εξακολουθούν να είναι περιορισμένες. Είναι ικανός μόνο να δημιουργήσει νέα φάρμακα. Ωστόσο, ο Burke ελπίζει ότι μια μέρα θα καταφέρει να δημιουργήσει μια καταναλωτική έκδοση της εκπληκτικής συσκευής του, η οποία θα έχει πολύ μεγαλύτερες δυνατότητες. Είναι πολύ πιθανό ότι στο μέλλον τέτοιοι εκτυπωτές θα λειτουργούν ως ένα είδος οικιακών φαρμακοποιών.

Η νανοτεχνολογία αποτελεί απειλή για την ανθρώπινη υγεία ή το περιβάλλον;

Δεν υπάρχουν πολλές πληροφορίες για τις αρνητικές επιπτώσεις των νανοσωματιδίων. Το 2003, μια μελέτη έδειξε ότι οι νανοσωλήνες άνθρακα θα μπορούσαν να βλάψουν τους πνεύμονες ποντικών και αρουραίων. Μια μελέτη του 2004 διαπίστωσε ότι τα φουλερένια μπορούν να συσσωρευτούν και να προκαλέσουν εγκεφαλική βλάβη στα ψάρια. Αλλά και οι δύο μελέτες χρησιμοποίησαν μεγάλες ποσότητες της ουσίας υπό ασυνήθιστες συνθήκες. Σύμφωνα με έναν από τους ειδικούς, τη χημικό Kristen Kulinowski (ΗΠΑ), «θα ήταν σκόπιμο να περιοριστεί η έκθεση σε αυτά τα νανοσωματίδια, παρά το γεγονός ότι επί του παρόντος δεν υπάρχουν πληροφορίες σχετικά με την απειλή τους για την ανθρώπινη υγεία».

Ορισμένοι σχολιαστές έχουν επίσης προτείνει ότι η ευρεία χρήση της νανοτεχνολογίας μπορεί να οδηγήσει σε κοινωνικούς και ηθικούς κινδύνους. Έτσι, για παράδειγμα, εάν η χρήση της νανοτεχνολογίας ξεκινήσει μια νέα βιομηχανική επανάσταση, αυτό θα οδηγήσει σε απώλεια θέσεων εργασίας. Επιπλέον, η νανοτεχνολογία μπορεί να αλλάξει την έννοια του ανθρώπου, αφού η χρήση της θα βοηθήσει στην παράταση της ζωής και θα αυξήσει σημαντικά την ανθεκτικότητα του οργανισμού. «Κανείς δεν μπορεί να αρνηθεί ότι η ευρεία υιοθέτηση των κινητών τηλεφώνων και του Διαδικτύου έχει επιφέρει τεράστιες αλλαγές στην κοινωνία», λέει η Kristen Kulinowski. «Ποιος θα τολμούσε να πει ότι η νανοτεχνολογία δεν θα έχει μεγαλύτερο αντίκτυπο στην κοινωνία τα επόμενα χρόνια;»

Η θέση της Ρωσίας μεταξύ των χωρών που αναπτύσσουν και παράγουν νανοτεχνολογίες

Οι παγκόσμιοι ηγέτες όσον αφορά τις συνολικές επενδύσεις στη νανοτεχνολογία είναι οι χώρες της ΕΕ, η Ιαπωνία και οι ΗΠΑ. Πρόσφατα, η Ρωσία, η Κίνα, η Βραζιλία και η Ινδία έχουν αυξήσει σημαντικά τις επενδύσεις σε αυτόν τον κλάδο. Στη Ρωσία, το ποσό της χρηματοδότησης στο πλαίσιο του προγράμματος «Ανάπτυξη υποδομής νανοβιομηχανίας στη Ρωσική Ομοσπονδία για την περίοδο 2008-2010» θα ανέλθει σε 27,7 δισεκατομμύρια ρούβλια.

Η τελευταία (2008) έκθεση της ερευνητικής εταιρείας Cientifica με έδρα το Λονδίνο, που ονομάζεται Nanotechnology Outlook Report, περιγράφει επί λέξει τις ρωσικές επενδύσεις ως εξής: «Αν και η ΕΕ εξακολουθεί να κατατάσσεται στην πρώτη θέση όσον αφορά τις επενδύσεις, η Κίνα και η Ρωσία έχουν ήδη ξεπεράσει τις Ηνωμένες Πολιτείες. ”

Υπάρχουν τομείς στη νανοτεχνολογία όπου οι Ρώσοι επιστήμονες έγιναν οι πρώτοι στον κόσμο, έχοντας λάβει αποτελέσματα που έθεσαν τα θεμέλια για την ανάπτυξη νέων επιστημονικών τάσεων.

Μεταξύ αυτών είναι η παραγωγή νανοϋλικών υπερδιασποράς, ο σχεδιασμός συσκευών ενός ηλεκτρονίου, καθώς και η εργασία στον τομέα της ατομικής δύναμης και της μικροσκοπίας ανιχνευτή σάρωσης. Μόνο σε μια ειδική έκθεση που πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο του XII Οικονομικού Φόρουμ της Αγίας Πετρούπολης (2008), παρουσιάστηκαν ταυτόχρονα 80 συγκεκριμένες εξελίξεις. Η Ρωσία παράγει ήδη μια σειρά από νανοπροϊόντα που έχουν ζήτηση στην αγορά: νανομεμβράνες, νανοσκόνες, νανοσωλήνες. Ωστόσο, σύμφωνα με τους ειδικούς, στην εμπορευματοποίηση των νανοτεχνολογικών εξελίξεων η Ρωσία υστερεί δέκα χρόνια πίσω από τις Ηνωμένες Πολιτείες και άλλες ανεπτυγμένες χώρες.

Η νανοτεχνολογία στην τέχνη

Μια σειρά από έργα της Αμερικανίδας καλλιτέχνιδας Natasha Vita-Mor πραγματεύονται θέματα νανοτεχνολογίας.

Στη σύγχρονη τέχνη, έχει προκύψει μια νέα κατεύθυνση: η «nanoart» (nanoart) - ένας τύπος τέχνης που σχετίζεται με τη δημιουργία γλυπτών (συνθέσεων) μικρού και νανο-μεγέθους (10 −6 και 10 −9 m, αντίστοιχα) από τον καλλιτέχνη. υπό την επίδραση χημικών ή φυσικών διεργασιών επεξεργασίας υλικών, φωτογράφιση των νανοεικόνων που προκύπτουν χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό μικροσκόπιο και επεξεργασία ασπρόμαυρων φωτογραφιών σε πρόγραμμα επεξεργασίας γραφικών.

Στο γνωστό έργο του Ρώσου συγγραφέα N. Leskov «Lefty» (1881) υπάρχει ένα ενδιαφέρον απόσπασμα: «Αν», λέει, «υπήρχε ένα καλύτερο μικροσκόπιο, το οποίο μεγεθύνει πέντε εκατομμύρια, τότε θα το απολαύσατε». λέει, «για να δούμε ότι σε κάθε πέταλο εμφανίζεται το όνομα του τεχνίτη: ποιος Ρώσος δάσκαλος έφτιαξε αυτό το πέταλο». Μεγέθυνση 5.000.000 φορές παρέχεται από τα σύγχρονα ηλεκτρονικά και ατομικά μικροσκόπια δύναμης, τα οποία θεωρούνται τα κύρια εργαλεία της νανοτεχνολογίας. Έτσι, ο λογοτεχνικός ήρωας Lefty μπορεί να θεωρηθεί ο πρώτος «νανοτεχνολόγος» στην ιστορία.

Οι ιδέες που παρουσίασε ο Feynman στη διάλεξή του το 1959 «There's a Lot of Room Down There» σχετικά με τον τρόπο δημιουργίας και χρήσης νανοχειριστών συμπίπτουν σχεδόν από άποψη κειμένου με την ιστορία επιστημονικής φαντασίας «Mikrorukki» του διάσημου σοβιετικού συγγραφέα Boris Zhitkov, που δημοσιεύτηκε το 1931. Ορισμένες αρνητικές συνέπειες της ανεξέλεγκτης ανάπτυξης της νανοτεχνολογίας περιγράφονται στα έργα των M. Crichton («The Swarm»), S. Lem («Επιθεώρηση επιτόπου» και «Peace on Earth»), S. Lukyanenko («Nothing to Διαιρέστε").

Ο κύριος χαρακτήρας του μυθιστορήματος «Transman» του Yu. Nikitina είναι ο επικεφαλής μιας εταιρείας νανοτεχνολογίας και ο πρώτος άνθρωπος που βίωσε τις επιπτώσεις των ιατρικών νανορομπότ.

Στις σειρές επιστημονικής φαντασίας Stargate SG-1 και Stargate Atlantis, μερικές από τις πιο προηγμένες τεχνολογικά φυλές είναι δύο φυλές «αντιγραφέων», που προέκυψαν ως αποτέλεσμα ανεπιτυχών πειραμάτων που χρησιμοποιούν και περιγράφουν διάφορες εφαρμογές της νανοτεχνολογίας. Στην Ημέρα που η Γη στάθηκε ακίνητη, με πρωταγωνιστή τον Κιάνου Ριβς, ένας εξωγήινος πολιτισμός καταδικάζει την ανθρωπότητα σε θάνατο και σχεδόν καταστρέφει τα πάντα στον πλανήτη με τη βοήθεια αυτοαναπαραγόμενων νανοαντιγραφικών ζωυφίων που καταβροχθίζουν τα πάντα στο πέρασμά τους.

Πρόσφατα ακούτε συχνά τη λέξη «νανοτεχνολογία». Αν ρωτήσετε οποιονδήποτε επιστήμονα τι είναι και γιατί χρειάζεται η νανοτεχνολογία, η απάντηση θα είναι σύντομη: «Η νανοτεχνολογία αλλάζει τις συνήθεις ιδιότητες της ύλης. Μεταμορφώνουν τον κόσμο και τον κάνουν καλύτερο».

Οι επιστήμονες ισχυρίζονται ότι η νανοτεχνολογία θα βρει εφαρμογή σε πολλούς τομείς δραστηριότητας: στη βιομηχανία, στην ενέργεια, στην εξερεύνηση του διαστήματος, στην ιατρική και πολλά άλλα. Για παράδειγμα, μικροσκοπικά νανορομπότ που μπορούν να διεισδύσουν σε οποιοδήποτε κύτταρο του ανθρώπινου σώματος θα μπορούν να θεραπεύσουν γρήγορα ορισμένες ασθένειες και να κάνουν επεμβάσεις που ακόμη και ο πιο έμπειρος χειρουργός δεν μπορεί να κάνει.

Χάρη στη νανοτεχνολογία, θα εμφανιστούν «έξυπνα σπίτια». Σε αυτά, ένα άτομο πρακτικά δεν θα χρειαστεί να ασχοληθεί με βαρετές οικιακές δουλειές. Τα «έξυπνα πράγματα» και η «έξυπνη σκόνη» θα αναλάβουν αυτές τις ευθύνες. Οι άνθρωποι θα φορέσουν ρούχα που δεν λερώνονται· επιπλέον, θα πουν στον ιδιοκτήτη ότι, για παράδειγμα, είναι ώρα για μεσημεριανό γεύμα ή για μπάνιο.

Η νανοτεχνολογία θα επιτρέψει την εφεύρεση εξοπλισμού ηλεκτρονικών υπολογιστών και κινητών τηλεφώνων που μπορούν να διπλωθούν σαν μαντήλι και να μεταφερθούν σε μια τσέπη.

Εν ολίγοις, οι νανοτεχνολόγοι σκοπεύουν πραγματικά να μεταμορφώσουν σημαντικά την ανθρώπινη ζωή.

Τι είναι η νανοτεχνολογία

Τι είναι η νανοτεχνολογία; Και πώς ακριβώς σας επιτρέπουν να αλλάξετε τις ιδιότητες των πραγμάτων;

Η λέξη "νανοτεχνολογία" αποτελείται από δύο λέξεις - "νανο" και "τεχνολογία".

Το "Nano" είναι μια ελληνική λέξη που σημαίνει το ένα δισεκατομμυριοστό του κάτι, όπως ένα μέτρο. Το μέγεθος ενός ατόμου είναι ελαφρώς μικρότερο από ένα νανόμετρο. Και ένα νανόμετρο είναι τόσο μικρότερο από ένα μέτρο όσο ένα συνηθισμένο μπιζέλι είναι μικρότερο από την υδρόγειο. Εάν το ύψος ενός ατόμου ήταν ένα νανόμετρο, τότε το πάχος ενός φύλλου χαρτιού θα φαινόταν σε ένα άτομο ίσο με την απόσταση από τη Μόσχα στην πόλη Τούλα, και αυτό είναι όσο 170 χιλιόμετρα!

Η λέξη «τεχνολογία» σημαίνει τη δημιουργία από τα διαθέσιμα υλικά αυτού που χρειάζεται ένα άτομο.

Και η νανοτεχνολογία είναι η δημιουργία αυτού που χρειάζεται ένας άνθρωπος από άτομα και ομάδες ατόμων (ονομάζονται νανοσωματίδια) χρησιμοποιώντας ειδικές συσκευές.

Υπάρχουν δύο τρόποι για να αποκτήσετε νανοσωματίδια.

Η πρώτη, απλούστερη, μέθοδος είναι «από πάνω προς τα κάτω». Το αρχικό υλικό αλέθεται με διάφορους τρόπους μέχρι το σωματίδιο να γίνει νανομεγέθη.

Το δεύτερο είναι η παραγωγή νανοσωματιδίων με συνδυασμό μεμονωμένων ατόμων, «από κάτω προς τα πάνω». Αυτή είναι μια πιο περίπλοκη μέθοδος, αλλά αυτό είναι που οι επιστήμονες βλέπουν ως το μέλλον της νανοτεχνολογίας.

Ο πρώτος τρόπος για να αποκτήσετε νανοσωματίδια είναι η άλεση του υλικού έως ότου το σωματίδιο αποκτήσει νανομεγέθη. Ο δεύτερος τρόπος για να αποκτήσετε νανοσωματίδια είναι να συνδυάσετε άτομα σε ένα νανοσωματίδιο με διάφορους τρόπους.

Η απόκτηση νανοσωματιδίων χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο θυμίζει εργασία με κιτ κατασκευής. Ως μέρη χρησιμοποιούνται μόνο άτομα και μόρια, από τα οποία οι επιστήμονες δημιουργούν νέα νανοϋλικά και νανοσυσκευές.

Η συζήτηση για τη νανοτεχνολογία είναι πλέον στα χείλη κάθε επιστήμονα. Πώς και γιατί όμως εμφανίστηκαν; Ποιος τα επινόησε; Ας στραφούμε σε έγκυρες πηγές.

Στην πραγματικότητα, δεν υπάρχει ακόμη ορισμός της λέξης «νανοτεχνολογία», αλλά αυτή η λέξη χρησιμοποιείται με επιτυχία όταν μιλάμε για κάτι μινιατούρα. Πιο συγκεκριμένα, υπομικρογραφία: για μηχανές που αποτελούνται από μεμονωμένα άτομα, για νανοσωλήνες γραφενίου, τη μοναδικότητα και την παραγωγή ανθρωπόμορφων ρομπότ βασισμένων σε νανοϋλικά...

Είναι πλέον γενικά αποδεκτό ότι ο όρος και η ονομασία του επίκεντρου της νανοτεχνολογίας προέρχεται από την έκθεση του Richard Feyman «Υπάρχει άφθονο χώρο στο κάτω μέρος». Στη συνέχεια, ο Φάινμαν εξέπληξε το κοινό με γενικές συζητήσεις για το τι θα συνέβαινε αν η μικρογραφία των ηλεκτρονικών που μόλις είχε ξεκινήσει έφτανε στο λογικό της όριο, τον «πάτο».

Για αναφορά: " αγγλικός όρος "Νανοτεχνολογία«προτάθηκε από τον Ιάπωνα καθηγητή Norio Taniguchi στα μέσα της δεκαετίας του '70. τον περασμένο αιώνα και χρησιμοποιήθηκε στην έκθεση «On the Basic Principles of Nanotechnology» (ΕπίοΒασικόςΕννοιατουΝανοτεχνολογία) σε διεθνές συνέδριο το 1974, δηλαδή πολύ πριν από την έναρξη εργασιών μεγάλης κλίμακας στον τομέα αυτό. Υπό την έννοια του, είναι αισθητά ευρύτερο από την κυριολεκτική ρωσική μετάφραση της «νανοτεχνολογίας», καθώς συνεπάγεται ένα μεγάλο σύνολο γνώσεων, προσεγγίσεων, τεχνικών, ειδικών διαδικασιών και των υλοποιημένων αποτελεσμάτων τους - νανοπροϊόντα.

Καθ' όλη τη διάρκεια του δεύτερου μισού του 20ου αιώνα, αναπτύχθηκαν τόσο οι τεχνολογίες σμίκρυνσης (στη μικροηλεκτρονική) όσο και τα μέσα παρατήρησης των ατόμων. Τα κύρια ορόσημα της μικροηλεκτρονικής είναι:

• 1947 - εφεύρεση του τρανζίστορ.
• 1958 - εμφάνιση του μικροκυκλώματος.
• 1960 - τεχνολογία φωτολιθογραφίας, βιομηχανική παραγωγή μικροκυκλωμάτων.
• 1971 - ο πρώτος μικροεπεξεργαστής από την Intel (2250 τρανζίστορ σε ένα υπόστρωμα).
• 1960-2008 - η επίδραση του "νόμου του Moore" - ο αριθμός των συστατικών ανά μονάδα επιφάνειας του υποστρώματος διπλασιαζόταν κάθε 2 χρόνια.

Περαιτέρω μικρογραφία ήρθε ενάντια στα όρια που θέτει η κβαντομηχανική. Όσο για τα μικροσκόπια, το ενδιαφέρον για αυτά είναι κατανοητό. Αν και οι εικόνες ακτίνων Χ βοήθησαν να «δούμε» πολλά ενδιαφέροντα πράγματα - για παράδειγμα, τη διπλή έλικα του DNA - ήθελα να δω καλύτερα μικροαντικείμενα.

Ας ακολουθήσουμε τη χρονολογία εδώ:

1932 - Ο Ε. Ρούσκα ανακάλυψε το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης. Σύμφωνα με την αρχή της λειτουργίας, είναι παρόμοιο με ένα κανονικό οπτικό, μόνο αντί για φωτόνια υπάρχουν ηλεκτρόνια και αντί για φακούς υπάρχει ένα μαγνητικό πηνίο. Το μικροσκόπιο παρείχε μεγέθυνση 14 φορές.
1936 - Ο E. Muller πρότεινε το σχεδιασμό ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου πεδίου με μεγέθυνση μεγαλύτερη από ένα εκατομμύριο φορές. Σύμφωνα με την αρχή της λειτουργίας, είναι παρόμοιο με ένα θέατρο σκιών: στην οθόνη εμφανίζονται εικόνες μικροαντικειμένων που βρίσκονται στην άκρη μιας βελόνας που εκπέμπει ηλεκτρόνια. Ωστόσο, τα ελαττώματα της βελόνας και οι χημικές αντιδράσεις κατέστησαν αδύνατη τη λήψη εικόνας.
1939 - Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης του Ruska άρχισε να μεγεθύνεται 30 χιλιάδες φορές.
1951 - Ο Müller εφηύρε το μικροσκόπιο ιόντων πεδίου και απεικόνισε άτομα στην άκρη μιας βελόνας.
1955 - Η πρώτη εικόνα ενός ατόμου στον κόσμο λαμβάνεται με μικροσκόπιο ιόντων πεδίου.
1957 - Η πρώτη εικόνα ενός μόνο μορίου στον κόσμο που λαμβάνεται με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο πεδίου.
1970 - Εικόνα με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης ενός μόνο ατόμου.
1979 - Οι Binnig και Rohrer (Ζυρίχη, IBM) εφευρίσκουν ένα μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας με ανάλυση όχι χειρότερη από την παραπάνω.

Αλλά το κύριο πράγμα είναι διαφορετικό - «στον κόσμο» των απλούστερων σωματιδίων, η κβαντική μηχανική μπαίνει στο παιχνίδι, πράγμα που σημαίνει ότι η παρατήρηση δεν μπορεί να διαχωριστεί από την αλληλεπίδραση. Με απλά λόγια, γρήγορα αποδείχθηκε ότι με ένα μικροσκόπιο μπορείτε να πιάσετε και να μετακινήσετε μόρια ή να αλλάξετε την ηλεκτρική τους αντίσταση με απλή πίεση.

Στα τέλη του 1989, μια αίσθηση εξαπλώθηκε σε όλο τον επιστημονικό κόσμο: ο άνθρωπος είχε μάθει να χειρίζεται μεμονωμένα άτομα. Ο υπάλληλος της IBM Donald Eigler, ο οποίος εργαζόταν στην Καλιφόρνια, έγραψε το όνομα της εταιρείας του στην επιφάνεια του μετάλλου με 35 άτομα ξένον. Αυτή η εικόνα, που κυκλοφόρησε στη συνέχεια από τα παγκόσμια μέσα ενημέρωσης και έχει ήδη εμφανιστεί στις σελίδες των σχολικών εγχειριδίων, σηματοδότησε τη γέννηση της νανοτεχνολογίας.

Η επανάληψη της επιτυχίας αναφέρθηκε αμέσως (το 1991) από Ιάπωνες επιστήμονες που δημιούργησαν την επιγραφή "PEACE "91 HCRL" (World in 1991 HITACHI Central Research Laboratory). Είναι αλήθεια ότι έκαναν αυτή την επιγραφή για έναν ολόκληρο χρόνο και καθόλου τοποθετώντας άτομα στην επιφάνεια, αλλά αντίθετα - διάλεξαν περιττά άτομα από το υπόστρωμα χρυσού.

Το επίτευγμα του Eigler ήταν δυνατό να επαναληφθεί μόνο το 1996 - στο εργαστήριο της IBM στη Ζυρίχη. Από το 1995, υπήρχαν μόνο πέντε εργαστήρια στον κόσμο που ασχολούνταν με το χειρισμό των ατόμων. Τρεις στις ΗΠΑ, ένα στην Ιαπωνία και ένα στην Ευρώπη. Ταυτόχρονα, τα ευρωπαϊκά και ιαπωνικά εργαστήρια ανήκαν στην IBM, δηλαδή στην πραγματικότητα ήταν και αμερικανικά.

Τι θα μπορούσαν να κάνουν οι Ευρωπαίοι πολιτικοί και γραφειοκράτες σε μια τέτοια κατάσταση; Απλώς φωνάξτε για την επιζήμια φύση της προόδου για το περιβάλλον και τον κίνδυνο των νέων τεχνολογιών στα χέρια των Αμερικανών.

Πού χρησιμοποιείται η νανοτεχνολογία;Η νανοτεχνολογία στον σύγχρονο κόσμο χρησιμοποιείται σε πολλές βιομηχανίες και ποιες από αυτές θα μάθετε σε αυτό το άρθρο. Η Έκθεση Νανοτεχνολογίας περιέχει πολλές χρήσιμες πληροφορίες.

Πού χρησιμοποιούνται οι νανοτεχνολογίες;

Τα επιτεύγματα της νανοτεχνολογίας χρησιμοποιούνται στις ακόλουθες βιομηχανίες:

Εφαρμογή της νανοτεχνολογίας στην ιατρική:εξασφαλίζουν την επιτάχυνση της ανάπτυξης νέων φαρμάκων, δημιουργούν εξαιρετικά αποτελεσματικές μορφές και μεθόδους χορήγησης φαρμάκων στο σημείο της νόσου, προσφέρουν νέα διαγνωστικά εργαλεία και επιτρέπουν μη τραυματικές επεμβάσεις

Η νανοτεχνολογία άρχισε να χρησιμοποιείται στην παραγωγή μοντέρνων ενδυμάτωνπρόσφατα. Μερικοί από τους σχεδιαστές μόδας άρχισαν να συνεργάζονται με επιστήμονες για την παραγωγή μοντέλων των λεγόμενων «λειτουργικών ενδυμάτων». Θα διαφέρει από αυτό που έχουμε συνηθίσει όχι μόνο στην εμφάνιση, αλλά και στις ιδιότητες του υφάσματος από το οποίο είναι φτιαγμένο.
Τα ρούχα που κατασκευάζονται από νανοσωλήνες άνθρακα δεν απαιτούν πλύσιμο, είναι αδύνατο να αρρωστήσετε μέσα τους, δεν επιτρέπουν να περάσουν επιβλαβή αέρια και προστατεύουν από τη σύγχρονη οικολογία. 1 τετρ. Ένα μέτρο υφάσματος κοστίζει περίπου 10 χιλιάδες. $

Εφαρμογή της νανοτεχνολογίας στις κατασκευές. Νανοϋλικά για κατασκευές, αυτόνομες πηγές ενέργειας που βασίζονται σε ισχυρούς ηλιακούς συλλέκτες, νανοφίλτρα για τον καθαρισμό του νερού και του αέρα - αυτά τα επιτεύγματα της νανοτεχνολογίας πρέπει να γίνουν - και ήδη γίνονται! — τα σπίτια μας έχουν γίνει πιο άνετα, πιο αξιόπιστα, πιο ασφαλή. Η προσθήκη νανοσωματιδίων (συμπεριλαμβανομένων των νανοσωλήνων άνθρακα) στο σκυρόδεμα το κάνει αρκετές φορές πιο ισχυρό. Αναπτύσσονται νανοεπικαλύψεις για την προστασία των κατασκευών από σκυρόδεμα από το νερό. Ο χάλυβας, ένα απαραίτητο δομικό υλικό, γίνεται επίσης πολύ πιο ισχυρός όταν προστίθενται νανοσωματίδια βαναδίου και μολυβδαινίου. Το αυτοκαθαριζόμενο γυαλί με νανοσωματίδια διοξειδίου του τιτανίου παράγεται ήδη από τη βιομηχανία. Στο μέλλον, οι επικαλύψεις γυαλιού νανοφίλμ θα ρυθμίζουν βέλτιστα τη ροή του φωτός και της θερμότητας μέσω των παραθύρων. Για την προστασία των κτιρίων από τη φωτιά, οι νανοτεχνολογίες προσφέρουν τόσο νέα μη εύφλεκτα υλικά (για παράδειγμα, μόνωση καλωδίων που περιέχει νανοσωματίδια αργίλου) όσο και «έξυπνα» δίκτυα υπερευαίσθητων αισθητήρων νανοπυρός. Η ταπετσαρία επικαλυμμένη με νανοσωματίδια οξειδίου ψευδαργύρου θα βοηθήσει στον καθαρισμό του δωματίου από τα βακτήρια. Όσον αφορά τις οικιακές συσκευές -ψυγεία, τηλεοράσεις, υδραυλικά, φωτιστικά, εξοπλισμό κουζίνας- το πεδίο εφαρμογών της νανοτεχνολογίας είναι ανεξάντλητο.

Νανοϋλικά στη βιομηχανίαΑυτή τη στιγμή, τα νανοϋλικά είναι τα λιγότερο τοξικά και τα πιο βιοσυμβατά με ένα ζωντανό κύτταρο (άνθρωπο, φυτό, ζώο). Τα παραγόμενα νανοϋλικά βρίσκουν εφαρμογή υψηλής ποιότητας σε σχεδόν κάθε κλάδο:

• καύσιμο (καταλύτες καυσίμου, αύξηση του αριθμού οκτανίων, ελαχιστοποίηση των εκπομπών).
• καλλυντικά (εμπλουτισμός με μικροστοιχεία, βακτηριοκτόνες ιδιότητες).
• υφάσματα, παπούτσια (βακτηριοκτόνες και θεραπευτικές ιδιότητες ρούχων και υποδημάτων).
• βαφή και βερνίκι (βακτηριοκτόνα βερνίκια και χρώματα, ειδικές επικαλύψεις).
• δέρμα (αντιμυκητιακή θεραπεία του δέρματος)?
• ιατρικά (φάρμακα νέας γενιάς, σύμπλοκα νανοβιταμινών μικροστοιχείων).
• στο αγροτοβιομηχανικό συγκρότημα (νανολιπάσματα, πρόσθετα ζωοτροφών, αποθήκευση προϊόντων).
• βιομηχανία τροφίμων (συμπληρώματα διατροφής, σύμπλοκα βιταμινών).
• και επίσης: χαρτοπολτός και χαρτί, χημικά, δημοτικά, ηλεκτρονικά, ενέργεια, μηχανολογία ως πρόσθετο συστατικό πρώτης ύλης που προσδίδει πρόσθετες ιδιότητες στα προϊόντα.

Εφαρμογή της νανοτεχνολογίας στη μηχανολογία
Η αυτοκινητοβιομηχανία είναι μια από αυτές. ότι είναι οι πρώτοι που αντιλαμβάνονται τις καινοτομίες, συμπεριλαμβανομένων των νανοτεχνολογικών. Ήδη σήμερα, ο παγκόσμιος κύκλος εργασιών προϊόντων που χρησιμοποιούν νανοτεχνολογία σε αυτόν τον κλάδο υπολογίζεται σε περισσότερα από 8 δισεκατομμύρια δολάρια. Ακολουθούν μερικά μόνο παραδείγματα για το πώς οι νανοκαινοτομίες μεταμορφώνουν γνωστά στοιχεία ενός αυτοκινήτου. Τα σύνθετα υλικά καθιστούν δυνατό να γίνουν τα μέρη του σώματος δυνατά και ελαφριά. Η προσθήκη νανοσωματιδίων στο καύσιμο αυξάνει την απόδοση της καύσης του, ενώ ταυτόχρονα μειώνει την ποσότητα των επιβλαβών ουσιών που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα. Τα νανοσωματίδια που βρίσκονται στο λάδι συμβάλλουν στην αύξηση της διάρκειας ζωής του κινητήρα: σύμφωνα με ορισμένα δεδομένα, η χρήση τέτοιων προσθέτων μειώνει τη φθορά των εξαρτημάτων κατά 1,5-2 φορές. Νανοσωματίδια άνθρακα (το λεγόμενο μαύρο άνθρακα) προστίθενται στο καουτσούκ των ελαστικών και η αντοχή του αυξάνεται αισθητά. Υγρά κορεσμένα με μαγνητικά νανοσωματίδια δοκιμάζονται για χρήση σε αμορτισέρ με ρυθμιζόμενη ακαμψία. Η νανοτεχνολογία μπορεί να κάνει ένα αυτοκίνητο εντελώς διαφορετικό ακόμα και στην εμφάνιση.

Νανοϋλικά σε ηλιακά κύτταρα– νέες υποσχόμενες εναλλακτικές πηγές ενέργειας Ο εξαντλητικός εφοδιασμός ενέργειας στις ανάγκες της ανθρωπότητας διατηρώντας παράλληλα την πλήρη οικολογική ισορροπία, στην οποία είναι δυνατή η μακροπρόθεσμη βιώσιμη ανάπτυξη της ανθρώπινης κοινωνίας σε αρμονία με το περιβάλλον, μπορεί να επιτευχθεί μόνο με τη χρήση της ανεξάντλητης ενέργειας του το περιβάλλον. Πρώτα απ 'όλα, τέτοιες πηγές είναι: Ενέργεια ηλιακής ακτινοβολίας Θερμική ενέργεια του εσωτερικού της Γης Βαρύτητα

Νανοϋλικά στην πυρηνική παραγωγήΟι στοχευμένες εργασίες στον τομέα της δημιουργίας νανοϋλικών και νανοτεχνολογιών στην πυρηνική βιομηχανία ξεκίνησαν στα μέσα του περασμένου αιώνα, σχεδόν ταυτόχρονα με τη δοκιμή του πρώτου πυρηνικού όπλου το 1949. Επί του παρόντος, η VNIINM αναπτύσσει τεχνολογίες για την παραγωγή λειτουργικών ουσιών και προϊόντων χρησιμοποιώντας νανοτεχνολογίες και νανοϋλικά για πυρηνική, θερμοπυρηνική, υδρογόνο και συμβατική ενέργεια, ιατρικά παρασκευάσματα, υλικά και προϊόντα για την εθνική οικονομία. Μία από τις προϋποθέσεις για την ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας είναι να μειωθεί η ειδική κατανάλωση φυσικού ουρανίου στην παραγωγή ενέργειας, η οποία επιτυγχάνεται κυρίως με την αύξηση της καύσης πυρηνικού καυσίμου. Η ενεργοποίηση της διαδικασίας πυροσυσσωμάτωσης μέσω νανοπρόσθετων μπορεί να είναι μία από τις κατευθύνσεις για τη δημιουργία τεχνολογιών για νέους τύπους οξειδίων ουρανίου-πλουτωνίου και νιτριδίων για πυρηνικά καύσιμα ταχείας ενέργειας.

Νανοϊατρική και χημική βιομηχανίαΜια κατεύθυνση στη σύγχρονη ιατρική που βασίζεται στη χρήση των μοναδικών ιδιοτήτων των νανοϋλικών και των νανοαντικειμένων για την παρακολούθηση, το σχεδιασμό και την τροποποίηση ανθρώπινων βιολογικών συστημάτων σε νανομοριακό επίπεδο. Νανοτεχνολογία DNA - χρησιμοποιεί τις συγκεκριμένες βάσεις μορίων DNA και νουκλεϊκών οξέων για να δημιουργήσει σαφώς καθορισμένες δομές στη βάση τους. Βιομηχανική σύνθεση μορίων φαρμάκου και φαρμακολογικών παρασκευασμάτων σαφώς καθορισμένης μορφής (δι-πεπτίδια).

ΡομποτικήΤα νανορομπότ είναι μηχανές που μπορούν να αλληλεπιδράσουν με ακρίβεια με αντικείμενα νανοκλίμακας ή μπορούν να χειριστούν αντικείμενα σε νανοκλίμακα. Ως αποτέλεσμα, ακόμη και μεγάλες συσκευές όπως ένα μικροσκόπιο ατομικής δύναμης μπορούν να θεωρηθούν νανορομπότ, καθώς χειρίζονται αντικείμενα σε νανοκλίμακα. Επιπλέον, ακόμη και τα συμβατικά ρομπότ που μπορούν να κινούνται με ακρίβεια νανοκλίμακας μπορούν να θεωρηθούν νανορομπότ. Κάθε μέρα ο αριθμός τους στον κόσμο αυξάνεται. Ίσως στο εγγύς μέλλον θα μπορέσουν να αντικαταστήσουν πλήρως ή εν μέρει σχεδόν όλη την ανθρώπινη δραστηριότητα.

Στη χώρα μας, η κυβέρνηση έχει υιοθετήσει πρόγραμμα για την ανάπτυξη της νανοβιομηχανίας. Η λέξη «νανοτεχνολογία» έγινε μόδα μέσα σε μια νύχτα· τα μέσα ενημέρωσης συζητούν ενεργά τις προοπτικές της χώρας υπό το πρίσμα της ανάπτυξης αυτού του πολλά υποσχόμενου επιστημονικού πεδίου. Τι είναι η νανοτεχνολογία και πώς μπορεί να είναι χρήσιμη;

Γνωρίζουμε καλά ότι ένα εκατοστό είναι ένα εκατοστό του μέτρου, ένα χιλιοστό είναι ένα χιλιοστό και ένα νανόμετρο είναι ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου. Νανο- σημαίνει ένα δισεκατομμυριοστό του κάτι.

Νανοτεχνολογία – Αυτές είναι μέθοδοι δημιουργίας νανοδομών που δίνουν σε υλικά και συσκευές χρήσιμες, και μερικές φορές απλά εξαιρετικές ιδιότητες, τεχνολογίες για την κατασκευή υπερμικροσκοπικών δομών από τα μικρότερα σωματίδια ύλης. Η νανοτεχνολογία είναι η ικανότητα δημιουργίας νέων υλικών με καθορισμένες ιδιότητες από τα μικρότερα στοιχεία - άτομα, και με τον καιρό θα αλλάξουν ριζικά τη ζωή μας προς το καλύτερο.

Η νανοτεχνολογία στην ιατρική

Από νανοτεχνολογικές εξελίξειςστην ιατρικήΠεριμένουν επαναστατικά επιτεύγματα στον αγώνα κατά του καρκίνου, ιδιαίτερα των επικίνδυνων λοιμώξεων, στην έγκαιρη διάγνωση και στην προσθετική. Σε όλους αυτούς τους τομείς διεξάγεται εντατική έρευνα. Ορισμένα από τα αποτελέσματά τους έχουν ήδη μπει στην ιατρική πρακτική. Ακολουθούν μόνο δύο εντυπωσιακά παραδείγματα:

Σκοτώνοντας μικρόβια και καταστρέφοντας όγκους, τα φάρμακα συνήθως επιτίθενται σε υγιή όργανα και κύτταρα του σώματος. Εξαιτίας αυτού, ορισμένες σοβαρές ασθένειες εξακολουθούν να μην μπορούν να θεραπευτούν αξιόπιστα - τα φάρμακα πρέπει να χρησιμοποιούνται σε πολύ μικρές δόσεις. Η λύση είναι να χορηγηθεί η επιθυμητή ουσία απευθείας στο προσβεβλημένο κύτταρο χωρίς να επηρεαστούν τα υπόλοιπα.

Για το σκοπό αυτό δημιουργούνται νανοκάψουλες, τις περισσότερες φορές βιολογικά σωματίδια (για παράδειγμα, λιποσώματα), μέσα στα οποία τοποθετείται μια νανόδοση του φαρμάκου. Οι επιστήμονες προσπαθούν να «συντονίσουν» τις κάψουλες σε συγκεκριμένους τύπους κυττάρων που υποτίθεται ότι θα καταστρέψουν διεισδύοντας στις μεμβράνες. Πολύ πρόσφατα, τα πρώτα βιομηχανικά φάρμακα αυτού του τύπου εμφανίστηκαν για την καταπολέμηση ορισμένων τύπων καρκίνου και άλλων ασθενειών.

Τα νανοσωματίδια βοηθούν στην επίλυση άλλων προβλημάτων με τη χορήγηση φαρμάκων στο σώμα. Έτσι, ο ανθρώπινος εγκέφαλος προστατεύεται σοβαρά από τη φύση από τη διείσδυση περιττών ουσιών μέσω των αιμοφόρων αγγείων. Ωστόσο, αυτή η προστασία δεν είναι τέλεια. Ξεπερνιέται εύκολα από μόρια αλκοόλ, καφεΐνης, νικοτίνης και αντικαταθλιπτικών, αλλά μπλοκάρει τα φάρμακα για σοβαρές παθήσεις του ίδιου του εγκεφάλου. Για να τα εισαγάγετε, πρέπει να κάνετε πολύπλοκες λειτουργίες. Μια νέα μέθοδος παροχής φαρμάκων στον εγκέφαλο χρησιμοποιώντας νανοσωματίδια δοκιμάζεται τώρα. Μια πρωτεΐνη που περνά ελεύθερα τον «εγκεφαλικό φραγμό» παίζει τον ρόλο ενός «δούρειου ίππου»: μια κβαντική κουκκίδα (νανοκρύσταλλος ημιαγωγών) «κολλάται» στα μόρια αυτής της πρωτεΐνης και μαζί με αυτήν διεισδύει στα εγκεφαλικά κύτταρα. Προς το παρόν, οι κβαντικές κουκκίδες σηματοδοτούν μόνο ότι ένα εμπόδιο έχει ξεπεραστεί· στο μέλλον, σχεδιάζεται να χρησιμοποιηθούν αυτές και άλλα νανοσωματίδια για διαγνωστικά και θεραπεία.

Το παγκόσμιο έργο της αποκρυπτογράφησης του ανθρώπινου γονιδιώματος έχει ολοκληρωθεί εδώ και καιρό - ένας πλήρης προσδιορισμός της δομής των μορίων DNA που βρίσκονται σε όλα τα κύτταρα του σώματός μας και ελέγχουν συνεχώς την ανάπτυξη, τη διαίρεση και την ανανέωσή τους. Ωστόσο, για ατομική συνταγογράφηση φαρμάκων, για διάγνωση και πρόγνωση κληρονομικών ασθενειών, είναι απαραίτητο να αποκρυπτογραφηθεί όχι το γονιδίωμα γενικά, αλλά το γονιδίωμα του συγκεκριμένου ασθενούς. Αλλά η διαδικασία αποκρυπτογράφησης είναι ακόμα πολύ μεγάλη και δαπανηρή.

Η νανοτεχνολογία προσφέρει ενδιαφέροντες τρόπους επίλυσης αυτού του προβλήματος. Για παράδειγμα, η χρήση νανοπόρων - όταν ένα μόριο διέρχεται από έναν τέτοιο πόρο που τοποθετείται σε ένα διάλυμα, ο αισθητήρας το καταγράφει με μια αλλαγή στην ηλεκτρική αντίσταση. Ωστόσο, πολλά μπορούν να γίνουν χωρίς να περιμένουμε μια πλήρη λύση σε ένα τόσο περίπλοκο πρόβλημα. Υπάρχουν ήδη βιοτσίπ που μπορούν να αναγνωρίσουν περισσότερα από διακόσια «γενετικά σύνδρομα» υπεύθυνα για διάφορες ασθένειες σε έναν ασθενή σε μία ανάλυση.

Η διάγνωση της κατάστασης των μεμονωμένων ζωντανών κυττάρων απευθείας στο σώμα είναι ένα άλλο πεδίο εφαρμογής της νανοτεχνολογίας. Επί του παρόντος δοκιμάζονται ανιχνευτές που αποτελούνται από μια οπτική ίνα πάχους δεκάδων νανόμετρων, στην οποία είναι προσαρτημένο ένα χημικά ευαίσθητο νανοστοιχείο. Ο ανιχνευτής εισάγεται στην κυψέλη και μεταδίδει πληροφορίες σχετικά με την αντίδραση του ευαίσθητου στοιχείου μέσω μιας οπτικής ίνας. Με αυτόν τον τρόπο, είναι δυνατό να μελετηθεί σε πραγματικό χρόνο η κατάσταση διαφόρων ζωνών μέσα στο κύτταρο και να ληφθούν πολύ σημαντικές πληροφορίες σχετικά με παραβιάσεις της λεπτής βιοχημείας του. Και αυτό είναι το κλειδί για τη διάγνωση σοβαρών ασθενειών σε ένα στάδιο που δεν υπάρχουν ακόμη εξωτερικές εκδηλώσεις - και όταν είναι πολύ πιο εύκολο να θεραπευθεί η ασθένεια.

Ένα ενδιαφέρον παράδειγμα είναι η δημιουργία νέων τεχνολογιών για τον προσδιορισμό της αλληλουχίας (καθορισμός της νουκλεοτιδικής αλληλουχίας) των μορίων του DNA. Μία από αυτές τις τεχνικές είναι η αλληλούχιση νανοπόρων, μια τεχνολογία που χρησιμοποιεί πόρους για να μετρήσει σωματίδια μεγέθους υπομικρών έως χιλιοστών που αιωρούνται σε διάλυμα ηλεκτρολύτη. Όταν ένα μόριο διέρχεται από έναν πόρο, η ηλεκτρική αντίσταση στο κύκλωμα του αισθητήρα αλλάζει. Και κάθε νέο μόριο καταγράφεται από την αλλαγή στο ρεύμα. Ο κύριος στόχος που προσπαθούν να επιτύχουν οι επιστήμονες που αναπτύσσουν αυτή τη μέθοδο είναι να μάθουν να αναγνωρίζουν μεμονωμένα νουκλεοτίδια στο RNA και στο DNA.

Ομορφιά και νανοτεχνολογία

Η βιομηχανία ομορφιάς είναι ένας από τους τομείς στους οποίους οι τελευταίες τεχνολογίες εφαρμόζονται ταχύτερα. Οι νανοτεχνολογίες, οι οποίες σχετικά πρόσφατα έπαψαν να χρησιμοποιούνται αποκλειστικά σε τεχνικές συσκευές, μπορούν πλέον να βρίσκονται όλο και περισσότερο σε καλλυντικά προϊόντα. Έχει διαπιστωθεί ότι το 80 τοις εκατό όλων των καλλυντικών ουσιών που εφαρμόζονται στο δέρμα παραμένουν σε αυτό, ανεξάρτητα από το κόστος. Αυτό σημαίνει ότι το αποτέλεσμα της χρήσης τους επηρεάζει κυρίως μόνο την κατάσταση του πολύ πάνω μέρους του δέρματος. Ως εκ τούτου, η επιτυχία της βιομηχανίας καλλυντικών εξαρτάται όλο και περισσότερο από την ανάπτυξη συστημάτων για την παροχή ενεργών συστατικών στα βαθιά στρώματα του δέρματος. Η νανοτεχνολογία ήρθε να βοηθήσει στην επίλυση αυτού του προβλήματος, το οποίο αντιμετωπίζουν εδώ και καιρό οι κοσμετολόγοι. Η γήρανση του δέρματος οφείλεται στο γεγονός ότι η κυτταρική ανανέωση επιβραδύνεται με την ηλικία. Για να τονωθεί η ανάπτυξη νεαρών κυττάρων, ο αριθμός των οποίων καθορίζει την ελαστικότητα του δέρματος, το χρώμα του και την απουσία ρυτίδων, είναι απαραίτητο να δράσουμε στο βαθύτερο, βλαστικό στρώμα του χορίου. Διαχωρίζεται από την επιφάνεια του δέρματος με ένα φράγμα από κεράτινα λέπια, που συγκρατούνται μεταξύ τους από ένα λιπιδικό στρώμα. Αυτό μπορεί να γίνει μόνο μέσω διακυτταρικών χώρων, η διάμετρος των οποίων είναι αμελητέα - όχι μεγαλύτερη από 100 nm. Αλλά η μικροσκοπική «πύλη» δεν είναι το μόνο εμπόδιο. Υπάρχει μια άλλη δυσκολία: οι ουσίες που γεμίζουν αυτά τα κενά δεν επιτρέπουν τη διέλευση υδατοδιαλυτών ενώσεων. Αλλά αυτές οι ουσίες, που ονομάζονται λιπίδια, μπορούν να εξαπατηθούν χρησιμοποιώντας τη νανοτεχνολογία. Μία από τις λύσεις στο πρόβλημα της παροχής βιολογικά δραστικών ουσιών ήταν η δημιουργία τεχνητών «δοχείων», λιποσωμάτων, τα οποία, πρώτον, είναι μικρού μεγέθους, διεισδύουν στους μεσοκυττάριους χώρους και, δεύτερον, αναγνωρίζονται από τα λιπίδια ως «φιλικά». Ένα λιπόσωμα είναι ένα κολλοειδές σύστημα στο οποίο ένας υδατικός πυρήνας περιβάλλεται από όλες τις πλευρές από έναν κλειστό σφαιρικό σχηματισμό. Η υδατοδιαλυτή ένωση που έχει μεταμφιεστεί με αυτόν τον τρόπο περνά ανεμπόδιστα μέσα από το λιπιδικό φράγμα. Τα καλλυντικά με βάση τα λιποσώματα καταπολεμούν τα πρώτα σημάδια γήρανσης του δέρματος – αυξημένη ξηρότητα και ρυτίδες. Τα θρεπτικά συστατικά, χάρη στο σύστημα των λιποσωμικών συμπλεγμάτων, είναι σε θέση να διεισδύσουν αρκετά βαθιά. Αλλά, δυστυχώς, δεν είναι αρκετό για να επηρεάσει σημαντικά τις αναγεννητικές διαδικασίες στο δέρμα. Τα μικκύλια είναι μικροσκοπικά σωματίδια που σχηματίζονται σε διαλύματα και αποτελούνται από έναν πυρήνα και ένα κέλυφος. Ανάλογα με την κατάσταση του διαλύματος και από τι αποτελείται ο πυρήνας και το κέλυφος, τα μικκύλια μπορούν να λάβουν διαφορετικές εξωτερικές μορφές. Τα λιποσώματα είναι ένας τύπος μικκυλίων.

Το επόμενο στάδιο στην ανάπτυξη των αντιγηραντικών καλλυντικών ήταν η δημιουργία ιζήματος. Αυτά τα σύμπλοκα μεταφοράς είναι ακόμη μικρότερα σε μέγεθος σε σύγκριση με τα λιποσώματα και είναι σφαιρικές δομές γεμάτες με βιταμίνες, μικροστοιχεία ή άλλες χρήσιμες ουσίες. Λόγω του μικρού τους μεγέθους, τα νανοσώματα είναι σε θέση να διεισδύσουν στα βαθιά στρώματα του δέρματος. Όμως, παρ' όλα τα πλεονεκτήματά τους, τα νανοσώματα δεν είναι ικανά να μεταφέρουν βιοενεργά σύμπλοκα απαραίτητα για τη σωστή διατροφή των κυττάρων. Το μόνο που μπορούν να κάνουν είναι να μεταφέρουν μια ουσία, για παράδειγμα, μια βιταμίνη. Οι πρόσφατες εξελίξεις στον τομέα της βιοτεχνολογίας κατέστησαν δυνατή τη δημιουργία καλλυντικών που μπορούν όχι μόνο να διεισδύσουν στη ζώνη του βλαστικού στρώματος του χορίου, αλλά και να προκαλέσουν σε αυτό ακριβώς εκείνες τις διαδικασίες που προγραμματίστηκαν στο εργαστήριο. Τα στοχευμένα καλλυντικά που βασίζονται σε νανοσύμπλοκα όχι μόνο μεταφέρουν θρεπτικά συστατικά στα βαθιά στρώματα του δέρματος - ανάλογα με την εργασία, το οπλοστάσιό τους περιλαμβάνει ενυδάτωση, καθαρισμό, απομάκρυνση τοξινών, λείανση ουλών και πολλά άλλα. Επιπλέον, τα νανοσυμπλέγματα δημιουργούνται με τέτοιο τρόπο ώστε η απελευθέρωση βιοδραστικών ουσιών να συμβαίνει ακριβώς στην περιοχή του δέρματος όπου χρειάζονται. Το κύριο πλεονέκτημα τέτοιων καλλυντικών είναι η στοχευμένη πρόληψη της γήρανσης. Εξάλλου, η διόρθωση των διεργασιών που συμβαίνουν στο δέρμα είναι πολύ πιο αποτελεσματική από την καταπολέμηση των αποτελεσμάτων αυτών των διεργασιών. V.