Skatiet, kas ir “nanotehnoloģija” citās vārdnīcās. Nanotehnoloģijas: kas un kad tās izgudroja Kas ir nanoražošanas tehnoloģijas

Nanotehnoloģijas ir fundamentālās un lietišķās zinātnes un tehnoloģiju joma, kas nodarbojas ar teorētisko pamatojumu, praktisko izpētes, analīzes un sintēzes metožu, kā arī produktu ar noteiktu atomu struktūru ražošanas un izmantošanas kombināciju, izmantojot kontrolētas manipulācijas ar indivīdu. atomi un molekulas.

Stāsts

Daudzi avoti, galvenokārt angļu valodā, saista pirmo pieminēšanu par metodēm, kuras vēlāk nodēvēja par nanotehnoloģiju, ar Ričarda Feinmena slaveno runu “There’s Plenty of Room at the Bottom”, ko viņš teica 1959. gadā Kalifornijas Tehnoloģiju institūtā ikgadējā konferencē. Amerikas Fizikas biedrības sanāksme. Ričards Feinmens ierosināja, ka ir iespējams mehāniski pārvietot atsevišķus atomus, izmantojot atbilstoša izmēra manipulatoru, vismaz šāds process nebūtu pretrunā ar mūsdienās zināmajiem fizikas likumiem.

Viņš ieteica veikt šo manipulatoru šādā veidā. Ir nepieciešams izveidot mehānismu, kas radītu sev kopiju, tikai par kārtu mazāku. Izveidotajam mazākajam mehānismam atkal jārada sava kopija, atkal par kārtu mazāka un tā tālāk, līdz mehānisma izmēri ir samērojami ar viena atoma kārtas izmēriem. Šajā gadījumā būs jāveic izmaiņas šī mehānisma struktūrā, jo gravitācijas spēki, kas darbojas makrokosmosā, ietekmēs arvien mazāk, un starpmolekulārās mijiedarbības spēki un van der Vāla spēki arvien vairāk ietekmēs mehānisma darbību. mehānisms.

Pēdējais posms - iegūtais mehānisms saliks savu kopiju no atsevišķiem atomiem. Principā šādu kopiju skaits ir neierobežots, īsā laikā būs iespējams izveidot patvaļīgu skaitu šādu iekārtu. Šīs mašīnas varēs montēt makro lietas tādā pašā veidā, ar atomu montāžu. Tas padarīs lietas daudz lētākas – šādiem robotiem (nanorobotiem) vajadzēs dot tikai nepieciešamo molekulu skaitu un enerģiju, un uzrakstīt programmu nepieciešamo priekšmetu salikšanai. Pagaidām šo iespēju neviens nav spējis atspēkot, taču arī šādus mehānismus nevienam vēl nav izdevies izveidot. Šīs iespējas teorētiskās izpētes laikā radās hipotētiski pastardienas scenāriji, kuros tiek pieņemts, ka nanoroboti absorbēs visu Zemes biomasu, īstenojot savu pašvairošanās programmu (tā saukto “pelēko sūciņu” jeb “pelēko putru”).

Pirmie pieņēmumi par iespēju pētīt objektus atomu līmenī ir atrodami Īzaka Ņūtona grāmatā “Optika”, kas izdota 1704. gadā. Grāmatā Ņūtons pauž cerību, ka nākotnes mikroskopi kādu dienu spēs izpētīt "ķermeņu noslēpumus".

Terminu “nanotehnoloģija” pirmo reizi izmantoja Norio Taniguči 1974. gadā. Viņš izmantoja šo terminu, lai aprakstītu vairāku nanometru lielu produktu ražošanu. Astoņdesmitajos gados šo terminu izmantoja Ēriks K. Drekslers savās grāmatās Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology and Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation.

Ko var darīt nanotehnoloģijas?

Šeit ir tikai dažas no jomām, kurās nanotehnoloģijas sola sasniegumus:

Medicīna

Nanosensori nodrošinās progresu slimību agrīnā diagnostikā. Tas palielinās jūsu izredzes atgūties. Mēs varam uzvarēt vēzi un citas slimības. Vecās vēža zāles iznīcināja ne tikai slimās šūnas, bet arī veselās. Ar nanotehnoloģiju palīdzību zāles tiks nogādātas tieši slimajā šūnā.

DNS nanotehnoloģija– izmantot specifiskas DNS bāzes un nukleīnskābju molekulas, lai uz to pamata izveidotu skaidri noteiktas struktūras. Zāļu molekulu un skaidri noteiktas formas farmakoloģisko preparātu (bispeptīdu) rūpnieciskā sintēze.

2000. gada sākumā, pateicoties nano izmēra daļiņu ražošanas tehnoloģijas straujajam progresam, tika dots stimuls jaunas nanotehnoloģijas jomas attīstībai - nanoplazmonika. Izrādījās, ka elektromagnētisko starojumu iespējams pārraidīt pa metāla nanodaļiņu ķēdi, izmantojot plazmona svārstību ierosmi.

Būvniecība

Ēku konstrukciju nanosensori uzraudzīs to izturību un atklās jebkādus draudus to integritātei. Objekti, kas būvēti, izmantojot nanotehnoloģiju, var kalpot piecas reizes ilgāk nekā mūsdienu struktūras. Mājas pielāgosies iedzīvotāju vajadzībām, vasarā uzturot tās vēsas, bet ziemā siltas.

Enerģija

Mēs būsim mazāk atkarīgi no naftas un gāzes. Mūsdienu saules paneļu efektivitāte ir aptuveni 20%. Izmantojot nanotehnoloģiju, tas var pieaugt 2-3 reizes. Plānas nanoplēves uz jumta un sienām var nodrošināt enerģiju visai mājai (ja, protams, ir pietiekami daudz saules).

Mehāniskā inženierija

Visas apjomīgās iekārtas tiks aizstātas ar robotiem – viegli vadāmām ierīcēm. Viņi spēs radīt jebkādus mehānismus atomu un molekulu līmenī. Mašīnu ražošanā tiks izmantoti jauni nanomateriāli, kas var samazināt berzi, aizsargāt detaļas no bojājumiem un ietaupīt enerģiju. Šīs nav visas jomas, kurās var (un tiks!) izmantot nanotehnoloģiju. Zinātnieki uzskata, ka nanotehnoloģiju parādīšanās ir sākums jaunai Zinātniski tehniskai revolūcijai, kas 21. gadsimtā ļoti izmainīs pasauli. Tomēr ir vērts atzīmēt, ka nanotehnoloģija ļoti ātri neienāk reālajā praksē. Daudzas ierīces (galvenokārt elektronika) nedarbojas "nano". Daļēji tas ir saistīts ar nanotehnoloģiju augsto cenu un ne pārāk augsto nanotehnoloģiju produktu atdevi.

Iespējams, jau tuvākajā nākotnē ar nanotehnoloģiju palīdzību tiks radītas augsto tehnoloģiju, mobilas, viegli vadāmas ierīces, kas veiksmīgi aizstās mūsdienu automatizētās, bet grūti vadāmās un smagnējās iekārtas. Piemēram, ar laiku datorvadāmie bioroboti spēs pildīt pašreizējo lielgabarīta sūkņu staciju funkcijas.

• DNS dators– skaitļošanas sistēma, kas izmanto DNS molekulu skaitļošanas iespējas. Biomolekulārā skaitļošana ir kopīgs nosaukums dažādām metodēm, kas vienā vai otrā veidā saistītas ar DNS vai RNS. DNS skaitļošanā dati tiek attēloti nevis nulles un vieninieku formā, bet gan molekulārās struktūras veidā, kas veidota uz DNS spirāles bāzes. Programmatūras lomu datu lasīšanai, kopēšanai un pārvaldībai veic īpaši fermenti.
• Atomu spēka mikroskops– augstas izšķirtspējas skenējošās zondes mikroskops, kura pamatā ir konsoles adatas (zondes) mijiedarbība ar pētāmā parauga virsmu. Atšķirībā no skenējošā tunelēšanas mikroskopa (STM), tas var pārbaudīt gan vadošas, gan nevadošas virsmas pat caur šķidruma slāni, kas ļauj strādāt ar organiskajām molekulām (DNS). Atomu spēka mikroskopa telpiskā izšķirtspēja ir atkarīga no konsoles izmēra un tā gala izliekuma. Izšķirtspēja sasniedz atomu horizontāli un ievērojami pārsniedz to vertikāli.
• Antena-oscilators– 2005. gada 9. februārī Bostonas Universitātes laboratorijā tika iegūta antena-oscilators, kura izmēri ir aptuveni 1 mikrons. Šai ierīcei ir 5000 miljoni atomu, un tā spēj svārstīties ar 1,49 gigahercu frekvenci, kas ļauj tai pārraidīt milzīgus informācijas apjomus.

10 nanotehnoloģijas ar pārsteidzošu potenciālu

Mēģiniet atcerēties kādu kanonisku izgudrojumu. Iespējams, kāds tagad iedomājās riteni, kāds lidmašīnu un kāds iPod. Cik daudzi no jums ir domājuši par pilnīgi jaunas paaudzes izgudrošanu – nanotehnoloģiju? Šī pasaule ir maz pētīta, taču tai ir neticams potenciāls, kas var sniegt mums patiesi fantastiskas lietas. Apbrīnojama lieta: nanotehnoloģiju joma nepastāvēja līdz 1975. gadam, lai gan zinātnieki sāka strādāt šajā jomā daudz agrāk.

Cilvēka neapbruņota acs spēj atpazīt objektus, kuru izmērs ir līdz 0,1 milimetram. Šodien mēs runāsim par desmit izgudrojumiem, kas ir 100 000 reižu mazāki.

Elektrību vadošs šķidrs metāls

Izmantojot elektrību, vienkāršu šķidru metālu sakausējumu no gallija, irīdija un alvas var izveidot, lai Petri trauciņā veidotu sarežģītas formas vai vēja apļus. Ar zināmu varbūtību var teikt, ka no šī materiāla tika izveidots slavenais T-1000 sērijas kiborgs, ko varējām redzēt Terminator 2.

"Mīkstais sakausējums uzvedas kā gudra forma, kas vajadzības gadījumā spēj deformēties, ņemot vērā mainīgo apkārtējo telpu, caur kuru tas pārvietojas. Tāpat kā to varētu darīt kiborgs no populāras zinātniskās fantastikas filmas,” saka Jin Li no Cinghua universitātes, viens no šajā projektā iesaistītajiem pētniekiem.

Šis metāls ir biomimētisks, kas nozīmē, ka tas imitē bioķīmiskās reakcijas, lai gan pats par sevi nav bioloģiska viela.

Šo metālu var kontrolēt ar elektrisko izlādi. Tomēr tas pats spēj pārvietoties neatkarīgi, jo rodas slodzes nelīdzsvarotība, ko rada spiediena atšķirība starp katra šī metāla sakausējuma piliena priekšpusi un aizmuguri. Un, lai gan zinātnieki uzskata, ka šis process var būt atslēga ķīmiskās enerģijas pārvēršanai mehāniskajā enerģijā, molekulārais materiāls drīzumā netiks izmantots ļaunu kiborgu celtniecībai. Viss “maģiskais” process var notikt tikai nātrija hidroksīda šķīdumā vai sāls šķīdumā.

Nanoplastikas

Pētnieki no Jorkas universitātes strādā pie īpašu plāksteru izstrādes, kas būs paredzēti visu nepieciešamo zāļu ievadīšanai organismā, neizmantojot adatas un šļirces. Plāksteri, kas ir diezgan normāla izmēra, tiek pielīmēti pie rokas un ievada noteiktu zāļu nanodaļiņu devu (pietiekami mazas, lai iekļūtu matu folikulās) jūsu ķermenī. Nanodaļiņas (katra ir mazāka par 20 nanometriem) pašas atradīs kaitīgās šūnas, iznīcinās tās un dabisko procesu rezultātā tiks izvadītas no organisma kopā ar citām šūnām.

Zinātnieki atzīmē, ka nākotnē šādus nanoplāksterus varētu izmantot cīņā pret vienu no briesmīgākajām slimībām uz Zemes – vēzi. Atšķirībā no ķīmijterapijas, kas šādos gadījumos bieži ir neatņemama ārstēšanas sastāvdaļa, nanoplāksteri spēs individuāli atrast un iznīcināt vēža šūnas, atstājot veselās šūnas neskartas. Nanopatch projektu sauc par NanJect. Tās izstrādi veic Atif Syed un Zakaria Hussain, kuri 2013. gadā, vēl būdami studenti, saņēma nepieciešamo sponsorēšanu pūļa piesaistes kampaņas ietvaros, lai piesaistītu līdzekļus.

Nanofiltrs ūdenim

Lietojot šo plēvi kopā ar smalku nerūsējošā tērauda sietu, eļļa tiek atgrūsta, atstājot ūdeni šajā vietā nevainojami tīru.

Interesanti, ka zinātniekus nanofilmas radīšanai iedvesmoja pati daba. Lotosa lapām, kas pazīstamas arī kā ūdensrozes, piemīt nanoplēvei pretējas īpašības: eļļas vietā tās atgrūž ūdeni. Šī nav pirmā reize, kad zinātnieki ir izspiegojuši šos apbrīnojamos augus to tikpat pārsteidzošo īpašību dēļ. Tā rezultātā, piemēram, 2003. gadā tika izveidoti superhidrofobiski materiāli. Runājot par nanoplēvi, pētnieki mēģina izveidot materiālu, kas imitē ūdensrozes virsmu un bagātina to ar īpaša tīrīšanas līdzekļa molekulām. Pats pārklājums cilvēka acij ir neredzams. Tā ražošana būs lēta: apmēram USD 1 par kvadrātpēdu.

Gaisa attīrītājs zemūdenēm

Maz ticams, ka kāds domāja par to, kāda veida zemūdenes apkalpēm ir jāelpo, izņemot pašus apkalpes locekļus. Tikmēr gaisa attīrīšana no ogļskābās gāzes jāveic nekavējoties, jo viena reisa laikā vienam un tam pašam gaisam simtiem reižu jāiziet cauri zemūdenes vieglajām apkalpēm. Lai attīrītu gaisu no oglekļa dioksīda, tiek izmantoti amīni, kuriem ir ļoti nepatīkama smaka. Lai risinātu šo problēmu, tika izveidota attīrīšanas tehnoloģija ar nosaukumu SAMMS (akronīms no pašsamontētiem monoslāņiem uz mezoporu balstiem). Viņa ierosina izmantot īpašas nanodaļiņas, kas ievietotas keramikas granulās. Vielai ir poraina struktūra, kuras dēļ tā absorbē lieko oglekļa dioksīdu. Dažādi SAMMS attīrīšanas veidi mijiedarbojas ar dažādām molekulām gaisā, ūdenī un augsnē, taču visas šīs attīrīšanas iespējas ir neticami efektīvas. Ar vienu ēdamkaroti šo poraino keramikas granulu pietiek, lai notīrītu laukumu, kas vienāds ar vienu futbola laukumu.

Nanovadītāji

Ziemeļrietumu universitātes (ASV) pētnieki ir izdomājuši, kā izveidot elektrisko vadītāju nanomērogā. Šis vadītājs ir cieta un izturīga nanodaļiņa, ko var konfigurēt, lai pārraidītu elektrisko strāvu dažādos pretējos virzienos. Pētījums parāda, ka katra šāda nanodaļiņa spēj atdarināt "taisngriežu, slēdžu un diožu darbību". Katra 5 nanometrus bieza daļiņa ir pārklāta ar pozitīvi lādētu ķīmisku vielu, un to ieskauj negatīvi lādēti atomi. Izmantojot elektrisko izlādi, tiek pārkonfigurēti negatīvi lādētie atomi ap nanodaļiņām.

Tehnoloģijas potenciāls, kā ziņo zinātnieki, ir bezprecedenta. Pamatojoties uz to, ir iespējams izveidot materiālus, "kas spēj patstāvīgi mainīties, lai tie atbilstu konkrētiem datora skaitļošanas uzdevumiem". Šī nanomateriāla izmantošana faktiski "pārprogrammēs" nākotnes elektroniku. Aparatūras jaunināšana būs tikpat vienkārša kā programmatūras jaunināšana.

Nanotech lādētājs

Kad šī lieta ir izveidota, jums vairs nebūs jāizmanto vadu lādētāji. Jaunā nanotehnoloģija darbojas kā sūklis, taču tā neuzsūc šķidrumu. Tas iesūc kinētisko enerģiju no vides un novirza to tieši viedtālrunī. Tehnoloģijas pamatā ir pjezoelektriskā materiāla izmantošana, kas ģenerē elektroenerģiju, atrodoties mehāniskā spriedzē. Materiāls ir apveltīts ar nanoskopiskām porām, kas to pārvērš elastīgā sūklī.

Šīs ierīces oficiālais nosaukums ir "nanoģenerators". Šādi nanoģeneratori kādu dienu varētu kļūt par daļu no katra planētas viedtālruņa vai katras automašīnas informācijas paneļa un, iespējams, par daļu no katras apģērba kabatas - sīkrīki tiks uzlādēti tieši tajā. Turklāt tehnoloģiju ir iespējams izmantot plašākā mērogā, piemēram, rūpnieciskajās iekārtās. Vismaz tā domā Viskonsinas-Medisonas universitātes pētnieki, kuri radīja šo apbrīnojamo nanosūkli.

Mākslīgā tīklene

Izraēlas uzņēmums Nano Retina izstrādā saskarni, kas tieši savienosies ar acs neironiem un pārraidīs neironu modelēšanas rezultātu uz smadzenēm, nomainot tīkleni un atjaunojot cilvēkiem redzi.

Eksperiments ar aklu vistu parādīja cerību uz projekta panākumiem. Nanofilma ļāva vistai redzēt gaismu. Tiesa, mākslīgās tīklenes izstrādes pēdējais posms, lai atjaunotu cilvēku redzi, vēl ir tālu, taču progress šajā virzienā nevar vien priecāties. Nano Retina nav vienīgais uzņēmums, kas nodarbojas ar šādām izstrādnēm, taču tieši viņu tehnoloģija šobrīd šķiet daudzsološākā, efektīvākā un adaptīvākā. Pēdējais punkts ir vissvarīgākais, jo mēs runājam par produktu, kas tiks integrēts kāda cilvēka acīs. Līdzīgi notikumi ir parādījuši, ka cietie materiāli nav piemēroti šādiem mērķiem.

Tā kā tehnoloģija tiek izstrādāta nanotehnoloģiskā līmenī, tā novērš metāla un stiepļu izmantošanu, kā arī ļauj izvairīties no imitētā attēla zemās izšķirtspējas.

Kvēlojošs apģērbs

Šanhajas zinātnieki ir izstrādājuši atstarojošus pavedienus, ko var izmantot apģērbu ražošanā. Katra pavediena pamatā ir ļoti plāna nerūsējošā tērauda stieple, kas ir pārklāta ar īpašām nanodaļiņām, elektroluminiscējoša polimēra slāni un caurspīdīgu nanocauruļu aizsargapvalku. Rezultāts ir ļoti viegli un elastīgi pavedieni, kas var spīdēt savas elektroķīmiskās enerģijas ietekmē. Tajā pašā laikā tie darbojas ar daudz mazāku jaudu, salīdzinot ar parastajiem LED.

Tehnoloģijas trūkums ir tāds, ka diegu “gaismas rezerves” joprojām pietiek tikai dažām stundām. Taču materiāla izstrādātāji optimistiski tic, ka izdosies sava produkta “resursu” palielināt vismaz tūkstoš reižu. Pat ja tas izdodas, vēl viena trūkuma risinājums paliek apšaubāms. Uz šādu nanopavedienu pamata drēbes izmazgāt, visticamāk, nebūs iespējams.

Nanoadatas iekšējo orgānu atjaunošanai

Nanoplāksteri, par kuriem mēs runājām iepriekš, ir īpaši izstrādāti adatu nomaiņai. Ko darīt, ja pašas adatas būtu tikai dažus nanometrus lielas? Ja tā, viņi varētu mainīt mūsu izpratni par operāciju vai vismaz būtiski uzlabot to.

Pavisam nesen zinātnieki veica veiksmīgus laboratoriskos testus ar pelēm. Izmantojot sīkas adatas, pētnieki varēja ievadīt nukleīnskābes grauzēju ķermeņos, veicinot orgānu un nervu šūnu atjaunošanos un tādējādi atjaunojot zaudēto veiktspēju. Kad adatas pilda savu funkciju, tās paliek ķermenī un pēc dažām dienām tajā pilnībā sadalās. Tajā pašā laikā, veicot grauzēju muguras muskuļu asinsvadu atjaunošanas operācijas, izmantojot šīs īpašās nanoadatas, zinātnieki nekonstatēja nekādas blakusparādības.

Ja ņem vērā cilvēku gadījumus, ar šādām nanoadatām var ievadīt cilvēka organismā nepieciešamos medikamentus, piemēram, orgānu transplantācijā. Īpašas vielas sagatavos apkārtējos audus ap transplantēto orgānu ātrai atveseļošanai un novērsīs atgrūšanas iespēju.

3D ķīmiskā druka

Ilinoisas Universitātes ķīmiķis Mārtins Bērks ir ķīmijas Villijs Vonka. Izmantojot “būvmateriālu” molekulu kolekciju dažādiem mērķiem, viņš var radīt milzīgu skaitu dažādu ķīmisku vielu, kas apveltītas ar visdažādākajām “apbrīnojamām un tajā pašā laikā dabīgām īpašībām”. Piemēram, viena no šādām vielām ir ratanīns, ko var atrast tikai ļoti retā Peru ziedā.

Vielu sintezēšanas potenciāls ir tik milzīgs, ka tas ļaus ražot molekulas, ko izmanto medicīnā, LED diožu, saules bateriju elementu un to ķīmisko elementu izveidē, kuru sintezēšanai pat labākajiem planētas ķīmiķiem bija vajadzīgi gadi.

Pašreizējā 3D ķīmiskā printera prototipa iespējas joprojām ir ierobežotas. Viņš spēj radīt tikai jaunas zāles. Tomēr Bērks cer, ka kādu dienu viņam izdosies izveidot savas apbrīnojamās ierīces patērētāju versiju, kurai būs daudz lielākas iespējas. Pilnīgi iespējams, ka nākotnē šādi printeri darbosies kā sava veida mājas farmaceiti.

Vai nanotehnoloģijas apdraud cilvēku veselību vai vidi?

Nav daudz informācijas par nanodaļiņu negatīvo ietekmi. 2003. gadā viens pētījums parādīja, ka oglekļa nanocaurules var sabojāt peļu un žurku plaušas. 2004. gadā veikts pētījums atklāja, ka fullerēni zivīm var uzkrāties un izraisīt smadzeņu bojājumus. Bet abos pētījumos tika izmantots liels vielas daudzums neparastos apstākļos. Pēc viena no ekspertiem, ķīmiķes Kristena Kulinovska (ASV) teiktā, "būtu ieteicams ierobežot šo nanodaļiņu iedarbību, neskatoties uz to, ka pašlaik nav informācijas par to apdraudējumu cilvēku veselībai."

Daži komentētāji arī ir norādījuši, ka nanotehnoloģiju plaša izmantošana var radīt sociālus un ētiskus riskus. Tā, piemēram, ja nanotehnoloģiju izmantošana aizsāk jaunu rūpniecisko revolūciju, tas novedīs pie darbavietu zaudēšanas. Turklāt nanotehnoloģijas var mainīt cilvēka jēdzienu, jo tās izmantošana palīdzēs paildzināt dzīvi un ievērojami palielināt ķermeņa izturību. "Neviens nevar noliegt, ka mobilo tālruņu un interneta plašā ieviešana ir radījusi milzīgas pārmaiņas sabiedrībā," saka Kristena Kuļinovska. "Kurš gan uzdrošināsies teikt, ka nanotehnoloģija tuvākajos gados neatstās lielāku ietekmi uz sabiedrību?"

Krievijas vieta starp valstīm, kas izstrādā un ražo nanotehnoloģijas

Pasaules līderi kopējo investīciju ziņā nanotehnoloģijās ir ES valstis, Japāna un ASV. Pēdējā laikā Krievija, Ķīna, Brazīlija un Indija ir ievērojami palielinājušas investīcijas šajā nozarē. Krievijā programmas “Nanoindustrijas infrastruktūras attīstība Krievijas Federācijā 2008.–2010. gadam” finansējuma apjoms būs 27,7 miljardi rubļu.

Londonā bāzētās pētījumu firmas Cientifica jaunākajā (2008. gada) ziņojumā, ko sauc par Nanotechnology Outlook Report, Krievijas investīcijas ir aprakstītas burtiski šādi: “Lai gan ES joprojām ieņem pirmo vietu investīciju ziņā, Ķīna un Krievija jau ir apsteigušas ASV. ”

Nanotehnoloģijā ir jomas, kurās Krievijas zinātnieki kļuva par pirmajiem pasaulē, iegūstot rezultātus, kas lika pamatu jaunu zinātnes virzienu attīstībai.

To vidū ir ultradisperso nanomateriālu ražošana, viena elektrona ierīču projektēšana, kā arī darbs atomspēka un skenējošās zondes mikroskopijas jomā. Tikai īpašā izstādē, kas notika XII Sanktpēterburgas ekonomikas foruma (2008) ietvaros, vienlaikus tika prezentētas 80 konkrētas norises. Krievija jau ražo vairākus nanoproduktus, kas ir pieprasīti tirgū: nanomembrānas, nanopulverus, nanocaurules. Taču, pēc ekspertu domām, nanotehnoloģiju izstrādņu komercializēšanā Krievija par desmit gadiem atpaliek no ASV un citām attīstītajām valstīm.

Nanotehnoloģijas mākslā

Vairāki amerikāņu mākslinieces Natašas Vitas Moras darbi attiecas uz nanotehnoloģiju tēmām.

Mūsdienu mākslā ir izveidojies jauns virziens: "nanomāksla" (nanomāksla) - mākslas veids, kas saistīts ar mākslinieka mikro un nano izmēra (attiecīgi 10 -6 un 10 -9 m) skulptūru (kompozīciju) veidošanu. materiālu apstrādes ķīmisko vai fizikālo procesu ietekmē, iegūto nanoattēlu fotografēšana ar elektronu mikroskopu un melnbalto fotogrāfiju apstrāde grafiskajā redaktorā.

Krievu rakstnieka N. Ļeskova pazīstamajā darbā “Kreisais” (1881) ir interesants fragments: “Ja,” viņš saka, “būtu labāks mikroskops, kas palielina piecus miljonus, tad tu cienītu” viņš saka: "lai redzētu, ka uz katra pakava ir redzams amatnieka vārds: kurš krievu meistars izgatavojis šo pakavu." 5 000 000 reižu palielinājumu nodrošina mūsdienu elektronu un atomu spēka mikroskopi, kas tiek uzskatīti par galvenajiem nanotehnoloģiju instrumentiem. Tādējādi literāro varoni Leftiju var uzskatīt par pirmo “nanotehnologu” vēsturē.

Feinmena 1959. gada lekcijā “There's a Lot of Room Down There” izklāstītās idejas par to, kā izveidot un izmantot nanomanipulatorus, gandrīz tekstuāli sakrīt ar slavenā padomju rakstnieka Borisa Žitkova zinātniskās fantastikas stāstu “Mikrorukki”, kas publicēts 1931. gadā. Dažas nanotehnoloģiju nekontrolētas attīstības negatīvās sekas ir aprakstītas M. Crichton (“Swarm”), S. Lem (“Pārbaude uz vietas” un “Miers uz zemes”), S. Lukjaņenko (“Nothing to Sadalīt”).

Ju.Ņikitinas romāna “Transmens” galvenā varone ir nanotehnoloģiju korporācijas vadītājs un pirmā persona, kas piedzīvojusi medicīnisko nanorobotu iedarbību.

Zinātniskās fantastikas seriālos Stargate SG-1 un Stargate Atlantis dažas no tehnoloģiski progresīvākajām sacīkstēm ir divas "replikatoru" sacīkstes, kas radās neveiksmīgu eksperimentu rezultātā, izmantojot un aprakstot dažādus nanotehnoloģiju pielietojumus. Filmā The Day the Earth Stood Still, kurā galvenajā lomā ir Keanu Reeves, citplanētiešu civilizācija piespriež cilvēcei nāvi un gandrīz iznīcina visu uz planētas, izmantojot pašizveidojošus nanoreplicējošus kukaiņus, kas aprij visu, kas ir viņu ceļā.

Pēdējā laikā bieži var dzirdēt vārdu “nanotehnoloģija”. Ja pajautātu kādam zinātniekam, kas tas ir un kāpēc nanotehnoloģija ir vajadzīga, atbilde būs īsa: “Nanotehnoloģijas maina matērijas ierastās īpašības. Viņi pārveido pasauli un padara to par labāku vietu.

Zinātnieki apgalvo, ka nanotehnoloģijas atradīs pielietojumu daudzās darbības jomās: rūpniecībā, enerģētikā, kosmosa izpētē, medicīnā un daudz ko citu. Piemēram, sīki nanoroboti, kas spēj iekļūt jebkurā cilvēka ķermeņa šūnā, spēs ātri ārstēt noteiktas slimības un veikt operācijas, kuras nevar paveikt pat vispieredzējušākais ķirurgs.

Pateicoties nanotehnoloģijai, parādīsies “gudrās mājas”. Tajās cilvēkam praktiski nebūs jātiek galā ar garlaicīgiem mājas darbiem. “Viedās lietas” un “viedie putekļi” uzņemsies šos pienākumus. Cilvēki valkās drēbes, kas nesasmērējas, turklāt saimniekam pateiks, ka, piemēram, laiks pusdienot vai ieiet dušā.

Nanotehnoloģijas ļaus izgudrot datortehniku ​​un mobilos telefonus, kurus var salocīt kā kabatlakatiņu un nēsāt kabatā.

Īsāk sakot, nanotehnologi patiešām plāno būtiski pārveidot cilvēka dzīvi.

Kas ir nanotehnoloģija

Kas ir nanotehnoloģija? Un kā tieši tie ļauj mainīt lietu īpašības?

Vārds "nanotehnoloģija" sastāv no diviem vārdiem - "nano" un "tehnoloģija".

"Nano" ir grieķu vārds, kas nozīmē vienu miljardo daļu no kaut kā, piemēram, metra. Viena atoma izmērs ir nedaudz mazāks par nanometru. Un nanometrs ir tikpat daudz mazāks par metru, cik parasts zirnis ir mazāks par zemeslodi. Ja cilvēka augums būtu viens nanometrs, tad papīra lapas biezums cilvēkam šķitīs vienāds ar attālumu no Maskavas līdz Tulas pilsētai, un tas ir pat 170 kilometri!

Vārds “tehnoloģija” nozīmē radīt no pieejamiem materiāliem to, kas cilvēkam nepieciešams.

Un nanotehnoloģija ir cilvēkam nepieciešamā radīšana no atomiem un atomu grupām (tās sauc par nanodaļiņām), izmantojot īpašas ierīces.

Ir divi veidi, kā iegūt nanodaļiņas.

Pirmā, vienkāršāka, metode ir “no augšas uz leju”. Izejmateriāls tiek samalts dažādos veidos, līdz daļiņa kļūst nanoizmēra.

Otrais ir nanodaļiņu ražošana, apvienojot atsevišķus atomus "no apakšas uz augšu". Šī ir sarežģītāka metode, taču to zinātnieki uzskata par nanotehnoloģiju nākotni.

Pirmais veids, kā iegūt nanodaļiņas, ir materiāla slīpēšana, līdz daļiņa kļūst nanoizmēra. Otrs veids, kā iegūt nanodaļiņas, ir dažādos veidos apvienot atomus nanodaļiņās.

Nanodaļiņu iegūšana, izmantojot šo metodi, atgādina darbu ar celtniecības komplektu. Kā daļas tiek izmantoti tikai atomi un molekulas, no kurām zinātnieki rada jaunus nanomateriālus un nanoierīces.

Runas par nanotehnoloģiju tagad ir katra zinātnieka lūpās. Bet kā un kāpēc tie parādījās? Kurš tos izgudroja? Pievērsīsimies autoritatīviem avotiem.

Patiesībā vēl nav pat definīcijas vārdam “nanotehnoloģija”, taču šis vārds tiek veiksmīgi lietots, runājot par kaut ko miniatūru. Precīzāk, subminiatūra: par mašīnām, kas sastāv no atsevišķiem atomiem, par grafēna nanocaurulēm, singularitāti un uz nanomateriāliem balstītu antropomorfu robotu ražošanu...

Tagad ir vispāratzīts, ka termins un nanotehnoloģijas fokusa apzīmējums ir radies Ričarda Feimana ziņojumā “There's Plenty of Room at the Bottom”. Tad Feinmens pārsteidza klausītājus ar vispārīgām diskusijām par to, kas notiktu, ja tikko iesāktā elektronikas miniaturizācija sasniegs savu loģisko robežu, “apakšu”.

Uzziņai: " angļu valodas termins "Nanotehnoloģijas"70. gadu vidū ierosināja japāņu profesors Norio Taniguči. pagājušajā gadsimtā un tika izmantots ziņojumā “Par nanotehnoloģiju pamatprincipiem” (IeslēgtsuzPamataKoncepcijanoNanotehnoloģijas) starptautiskā konferencē 1974. gadā, t.i., ilgi pirms liela mēroga darba uzsākšanas šajā jomā. Savā nozīmē tas ir ievērojami plašāks par “nanotehnoloģijas” burtisko krievu valodas tulkojumu, jo tas ietver lielu zināšanu kopumu, pieejas, paņēmienus, specifiskas procedūras un to materializētos rezultātus - nanoproduktus.

Visā 20. gadsimta otrajā pusē attīstījās gan miniaturizācijas tehnoloģijas (mikroelektronikā), gan līdzekļi atomu novērošanai. Galvenie mikroelektronikas pavērsieni ir:

• 1947. gads - tranzistora izgudrojums;
• 1958. gads - mikroshēmas izskats;
• 1960. gads - fotolitogrāfijas tehnoloģija, mikroshēmu rūpnieciskā ražošana;
• 1971. gads - pirmais mikroprocesors no Intel (2250 tranzistori uz viena substrāta);
• 1960-2008 - "Mūra likuma" efekts - komponentu skaits uz substrāta laukuma vienību dubultojās ik pēc 2 gadiem.

Turpmāka miniaturizācija nonāca pret kvantu mehānikas noteiktajiem ierobežojumiem. Kas attiecas uz mikroskopiem, tad interese par tiem ir saprotama. Lai gan rentgena attēli palīdzēja “redzēt” daudz interesantu lietu, piemēram, DNS dubulto spirāli, es gribēju labāk redzēt mikroobjektus.

Sekosim hronoloģijai šeit:

1932. gads — E. Ruska izgudroja transmisijas elektronu mikroskopu. Pēc darbības principa tas ir līdzīgs parastajam optiskajam, tikai fotonu vietā ir elektroni, bet lēcu vietā magnētiskā spole. Mikroskops nodrošināja palielinājumu 14 reizes.
1936. gads — E. Mullers ierosināja izstrādāt lauka elektronu mikroskopu ar palielinājumu vairāk nekā miljons reižu. Pēc darbības principa tas ir līdzīgs ēnu teātrim: uz ekrāna tiek parādīti mikroobjektu attēli, kas atrodas uz adatas gala, kas izstaro elektronus. Tomēr adatas defekti un ķīmiskās reakcijas neļāva iegūt attēlu.
1939. gads — Ruskas transmisijas elektronu mikroskops sāka palielināt 30 tūkstošus reižu.
1951. gads — Millers izgudroja lauka jonu mikroskopu un adatas galā attēloja atomus.
1955. gads — ar lauka jonu mikroskopu tika iegūts pasaulē pirmais viena atoma attēls.
1957. gads — pasaulē pirmais vienas molekulas attēls, kas iegūts ar lauka elektronu mikroskopu.
1970. gads — viena atoma pārraides elektronu mikroskopa attēls.
1979. gads — Binigs un Rorers (Cīrihe, IBM) izgudroja skenējošo tunelēšanas mikroskopu ar izšķirtspēju, kas nav sliktāka par iepriekš minēto.

Taču galvenais ir savādāk – vienkāršāko daļiņu “pasaulē” stājas spēkā kvantu mehānika, kas nozīmē, ka novērošanu nevar atdalīt no mijiedarbības. Vienkārši sakot, ātri izrādījās, ka ar mikroskopu jūs varat satvert un pārvietot molekulas vai mainīt to elektrisko pretestību ar vienkāršu spiedienu.

1989. gada beigās visā zinātnes pasaulē izplatījās sensācija: cilvēks bija iemācījies manipulēt ar atsevišķiem atomiem. IBM darbinieks Donalds Eiglers, kurš strādāja Kalifornijā, uz metāla virsmas ar 35 ksenona atomiem uzrakstīja sava uzņēmuma nosaukumu. Šis attēls, ko pēc tam izplatīja pasaules mediji un kas jau parādījās skolu mācību grāmatu lapās, iezīmēja nanotehnoloģiju dzimšanu.

Par panākumu atkārtošanos nekavējoties ziņoja (1991. gadā) japāņu zinātnieki, kuri izveidoja uzrakstu “PEACE “91 HCRL” (Pasaules 1991. gadā HITACHI Centrālā pētniecības laboratorija). Tiesa, viņi šo uzrakstu taisīja veselu gadu un nemaz neliekot uz virsmas atomus, bet tieši otrādi - no zelta substrāta izvilka nevajadzīgos atomus.

Eiglera sasniegumu faktiski bija iespējams atkārtot tikai 1996. gadā - IBM Cīrihes laboratorijā. 1995. gadā pasaulē bija tikai piecas laboratorijas, kas nodarbojās ar manipulācijām ar atomiem. Trīs ASV, viens Japānā un viens Eiropā. Tajā pašā laikā Eiropas un Japānas laboratorijas piederēja IBM, tas ir, patiesībā tās bija arī amerikāņu.

Ko šādā situācijā varētu darīt Eiropas politiķi un birokrāti? Vienkārši kliedziet par progresa kaitīgo raksturu videi un jauno tehnoloģiju briesmām amerikāņu rokās.

Kur izmanto nanotehnoloģiju? Nanotehnoloģijas mūsdienu pasaulē tiek izmantotas daudzās nozarēs, un par kurām no tām jūs uzzināsit šajā rakstā. Nanotehnoloģiju pārskatā ir daudz noderīgas informācijas.

Kur tiek izmantotas nanotehnoloģijas?

Nanotehnoloģiju sasniegumi tiek izmantoti šādās nozarēs:

Nanotehnoloģiju pielietojums medicīnā: paātrināt jaunu zāļu izstrādi, radīt ļoti efektīvas formas un metodes zāļu nogādāšanai slimības vietā, piedāvāt jaunus diagnostikas instrumentus un nodrošināt netraumatiskas operācijas.

Nanotehnoloģijas sāka izmantot modes apģērbu ražošanā nesen. Daži modes dizaineri sāka sadarboties ar zinātniekiem, lai ražotu tā saukto “funkcionālo apģērbu” modeļus. Tas atšķirsies no mums ierastā ne tikai pēc izskata, bet arī ar auduma īpašībām, no kura tas ir izgatavots.
Apģērbi, kas izgatavoti no oglekļa nanocaurulēm, nav jāmazgā, tajos nav iespējams saslimt, tie nelaiž cauri kaitīgās gāzes un aizsargā pret mūsdienu ekoloģiju. 1 kv. Auduma metrs maksā aptuveni 10 tūkst. $

Nanotehnoloģiju pielietojums būvniecībā. Nanomateriāli celtniecībai, autonomi enerģijas avoti, kuru pamatā ir jaudīgi saules paneļi, nanofiltri ūdens un gaisa attīrīšanai – šie nanotehnoloģiju sasniegumi būtu jāpadara – un jau tiek darīts! — mūsu mājas ir kļuvušas ērtākas, uzticamākas, drošākas. Nanodaļiņu (tostarp oglekļa nanocauruļu) pievienošana betonam padara to vairākas reizes stiprāku. Tiek izstrādāti nanopārklājumi, lai aizsargātu betona konstrukcijas no ūdens. Tērauds, būtisks būvmateriāls, arī kļūst daudz stiprāks, pievienojot vanādija un molibdēna nanodaļiņas. Rūpniecībā jau tiek ražots pašattīrošais stikls ar titāna dioksīda nanodaļiņām. Nākotnē nanoplēves stikla pārklājumi optimāli regulēs gaismas un siltuma plūsmu caur logiem. Lai aizsargātu ēkas no uguns, nanotehnoloģijas piedāvā gan jaunus neuzliesmojošus materiālus (piemēram, māla nanodaļiņas saturošu kabeļu izolāciju), gan īpaši jutīgu nanouguns sensoru “viedos” tīklus. Tapetes, kas pārklātas ar cinka oksīda nanodaļiņām, palīdzēs attīrīt telpu no baktērijām. Kas attiecas uz sadzīves tehniku ​​– ledusskapjiem, televizoriem, santehniku, apgaismes ķermeņiem, virtuves iekārtām –, nanotehnoloģiju pielietojuma lauks ir neizsmeļams.

Nanomateriāli rūpniecībāŠobrīd nanomateriāli ir vismazāk toksiski un visvairāk bioloģiski saderīgi ar dzīvu šūnu (cilvēka, augu, dzīvnieku). Ražotos nanomateriālus var izmantot gandrīz jebkurā nozarē:

• degviela (degvielas katalizatori, palielinot oktānskaitli, samazinot emisijas);
• kosmētiskais (bagātinājums ar mikroelementiem, baktericīdas īpašības);
• tekstilizstrādājumi, apavi (apģērbu un apavu baktericīdas un ārstnieciskās īpašības);
• krāsas un lakas (baktericīdas lakas un krāsas, speciāli pārklājumi);
• āda (ādas pretsēnīšu apstrāde);
• medicīnas (jaunās paaudzes medikamenti, mikroelementu nanovitamīnu kompleksi);
• agroindustriālajā kompleksā (nanomēsli, barības piedevas, produktu uzglabāšana);
• pārtikas rūpniecība (uztura bagātinātāji, vitamīnu kompleksi);
• un arī: celuloze un papīrs, ķīmiskā, sadzīves, elektronika, enerģētika, mašīnbūve kā papildu izejmateriāla sastāvdaļa, kas piešķir produktiem papildu īpašības.

Nanotehnoloģiju pielietojums mašīnbūvē
Automobiļu rūpniecība ir viena no tām. ka viņi ir pirmie, kas uztver inovācijas, tostarp nanotehnoloģiskās. Jau šobrīd pasaulē nanotehnoloģiju izmantošanas produktu apgrozījums šajā nozarē tiek lēsts vairāk nekā 8 miljardu dolāru apmērā. Šeit ir tikai daži piemēri, kā nanoinovācijas pārveido pazīstamus automašīnas elementus. Kompozītmateriāli ļauj padarīt ķermeņa daļas stipras un vieglas. Nanodaļiņu pievienošana degvielai palielina tās sadegšanas efektivitāti, vienlaikus samazinot atmosfērā izdalīto kaitīgo vielu daudzumu. Eļļā atrodamās nanodaļiņas palīdz palielināt dzinēja kalpošanas laiku: saskaņā ar dažiem datiem šādu piedevu izmantošana samazina detaļu nodilumu 1,5-2 reizes. Oglekļa nanodaļiņas (tā sauktais melnais ogleklis) tiek pievienotas riepu gumijai, un tās izturība ir ievērojami palielināta. Ar magnētiskām nanodaļiņām piesātinātie šķidrumi tiek pārbaudīti izmantošanai amortizatoros ar regulējamu stingrību. Nanotehnoloģijas var padarīt automašīnu pilnīgi atšķirīgu pat pēc izskata.

Nanomateriāli saules baterijās– jauni perspektīvi alternatīvi enerģijas avoti Pilnīgu enerģijas piegādi cilvēces vajadzībām, saglabājot pilnīgu ekoloģisko līdzsvaru, kurā iespējama ilgtermiņa ilgtspējīga cilvēku sabiedrības attīstība harmonijā ar vidi, var panākt tikai izmantojot neizsīkstošo enerģiju vide. Pirmkārt, šādi avoti ir: Saules starojuma enerģija Zemes iekšējās daļas siltumenerģija Gravitācija

Nanomateriāli kodolražošanā Mērķtiecīgs darbs nanomateriālu un nanotehnoloģiju radīšanas jomā kodolrūpniecībā sākās pagājušā gadsimta vidū, gandrīz vienlaikus ar pirmā kodolieroča izmēģināšanu 1949. gadā. Šobrīd VNIINM izstrādā tehnoloģijas funkcionālo vielu un produktu ražošanai, izmantojot nanotehnoloģijas un nanomateriālus kodolenerģijai, kodoltermiskajai, ūdeņraža un konvencionālajai enerģijai, medicīniskos preparātus, materiālus un produktus tautsaimniecībai.Viens no kodolenerģijas attīstības nosacījumiem ir samazināt dabiskā urāna īpatnējo patēriņu enerģijas ražošanā, ko panāk galvenokārt palielinot kodoldegvielas sadegšanu. Saķepināšanas procesa aktivizēšana ar nanopiedevu palīdzību var būt viens no virzieniem jaunu urāna-plutonija oksīdu un nitrīdu veidu tehnoloģiju radīšanai ātras enerģijas kodoldegvielai.

Nanomedicīna un ķīmiskā rūpniecība Mūsdienu medicīnas virziens, kas balstīts uz nanomateriālu un nanoobjektu unikālo īpašību izmantošanu, lai izsekotu, izstrādātu un modificētu cilvēka bioloģiskās sistēmas nanomolekulārā līmenī. DNS nanotehnoloģija – izmanto specifiskas DNS molekulu un nukleīnskābju bāzes, lai uz to bāzes izveidotu skaidri noteiktas struktūras. Zāļu molekulu un precīzi noteiktas formas farmakoloģisko preparātu (bis-peptīdu) rūpnieciskā sintēze.

Robotika Nanoboti ir mašīnas, kas var precīzi mijiedarboties ar nanomēroga objektiem vai manipulēt ar objektiem nanomērogā. Rezultātā pat lielas ierīces, piemēram, atomu spēka mikroskopu, var uzskatīt par nanorobotiem, jo ​​tās manipulē ar objektiem nanomērogā. Turklāt pat parastos robotus, kas var pārvietoties ar nanomēroga precizitāti, var uzskatīt par nanorobotiem. Katru dienu viņu skaits pasaulē pieaug. Varbūt tuvākajā nākotnē tie spēs pilnībā vai daļēji aizstāt gandrīz visu cilvēka darbību.

Mūsu valstī valdība ir pieņēmusi programmu nanoindustrijas attīstībai. Vārds "nanotehnoloģijas" ir kļuvis modē vienas nakts laikā; plašsaziņas līdzekļi aktīvi apspriež valsts perspektīvas, ņemot vērā šīs daudzsološās zinātnes nozares attīstību. Kas ir nanotehnoloģija un kā tā var būt noderīga?

Mēs labi zinām, ka centimetrs ir metra simtdaļa, milimetrs ir tūkstošā daļa, bet nanometrs ir metra miljardā daļa. Nano- nozīmē kaut kā miljardo daļu.

Nanotehnoloģijas – tās ir nano izmēra konstrukciju veidošanas metodes, kas materiāliem un ierīcēm piešķir noderīgas, un dažkārt vienkārši neparastas īpašības, tehnoloģijas supermikroskopisku struktūru izgatavošanai no mazākajām matērijas daļiņām.Nanotehnoloģijas ir iespēja no mazākajiem elementiem radīt jaunus materiālus ar noteiktām īpašībām - atomi, un laika gaitā tie radikāli mainīs mūsu dzīvi uz labo pusi.

Nanotehnoloģijas medicīnā

No nanotehnoloģiju attīstība medicīnā Viņi gaida revolucionārus sasniegumus cīņā pret vēzi, īpaši bīstamām infekcijām, agrīnā diagnostikā un protezēšanā. Visās šajās jomās tiek veikti intensīvi pētījumi. Daži no to rezultātiem jau ir nonākuši medicīnas praksē. Šeit ir tikai divi pārsteidzoši piemēri:

Nogalinot mikrobus un iznīcinot audzējus, zāles parasti uzbrūk veseliem orgāniem un ķermeņa šūnām. Tieši šī iemesla dēļ dažas nopietnas slimības joprojām nevar droši izārstēt - zāles jālieto pārāk mazās devās. Risinājums ir piegādāt vajadzīgo vielu tieši skartajai šūnai, neietekmējot pārējo.

Šim nolūkam tiek veidotas nanokapsulas, visbiežāk bioloģiskās daļiņas (piemēram, liposomas), kurās tiek ievietota zāļu nanodeva. Zinātnieki mēģina “noskaņot” kapsulas noteikta veida šūnām, kuras tām vajadzētu iznīcināt, iekļūstot membrānās. Pavisam nesen parādījās pirmās šāda veida rūpnieciskās zāles, lai apkarotu noteiktus vēža veidus un citas slimības.

Nanodaļiņas palīdz atrisināt citas problēmas, kas saistītas ar zāļu piegādi organismā. Tādējādi cilvēka smadzenes daba nopietni aizsargā no nevajadzīgu vielu iekļūšanas caur asinsvadiem. Tomēr šī aizsardzība nav ideāla. To viegli pārvar alkohola, kofeīna, nikotīna un antidepresantu molekulas, bet tas bloķē medikamentus pašu smadzeņu nopietnu slimību gadījumā. Lai tos ieviestu, ir jāveic sarežģītas darbības. Tagad tiek pārbaudīta jauna metode narkotiku ievadīšanai smadzenēs, izmantojot nanodaļiņas. Proteīns, kas brīvi šķērso “smadzeņu barjeru”, spēlē “Trojas zirga” lomu: šī proteīna molekulām “piestiprinās” kvantu punkts (pusvadītāju nanokristāls), kas kopā ar to iekļūst smadzeņu šūnās. Pagaidām kvantu punkti tikai signalizē, ka ir pārvarēta barjera, nākotnē tos un citas nanodaļiņas plānots izmantot diagnostikā un ārstēšanā.

Vispasaules projekts cilvēka genoma atšifrēšanai jau sen ir pabeigts - pilnīga DNS molekulu struktūras noteikšana, kas atrodas visās mūsu ķermeņa šūnās un nepārtraukti kontrolē to attīstību, dalīšanos un atjaunošanos. Taču individuālai medikamentu izrakstīšanai, iedzimtu slimību diagnostikai un prognozēšanai nepieciešams atšifrēt nevis genomu kopumā, bet gan konkrētā pacienta genomu. Bet atšifrēšanas process joprojām ir ļoti garš un dārgs.

Nanotehnoloģijas piedāvā interesantus veidus, kā atrisināt šo problēmu. Piemēram, nanoporu izmantošana - molekulai izejot cauri šādai šķīdumā ievietotai porai, sensors to reģistrē, mainot elektrisko pretestību. Tomēr daudz var izdarīt, negaidot pilnīgu šādas sarežģītas problēmas risinājumu. Jau tagad ir biočipi, kas vienā analīzē spēj atpazīt vairāk nekā divus simtus “ģenētisko sindromu”, kas izraisa dažādas pacienta slimības.

Atsevišķu dzīvo šūnu stāvokļa diagnostika tieši organismā ir vēl viena nanotehnoloģiju pielietojuma joma. Pašlaik tiek pārbaudītas zondes, kas sastāv no desmitiem nanometru biezas optiskās šķiedras, kurai pievienots ķīmiski jutīgs nanoelements. Zonde tiek ievietota šūnā un caur optisko šķiedru pārraida informāciju par jutīgā elementa reakciju. Tādā veidā ir iespējams reāllaikā pētīt dažādu zonu stāvokli šūnas iekšienē un iegūt ļoti svarīgu informāciju par tās smalkās bioķīmijas pārkāpumiem. Un tā ir atslēga nopietnu slimību diagnosticēšanai stadijā, kad ārēju izpausmju vēl nav – un kad slimību ir daudz vieglāk izārstēt.

Interesants piemērs ir jaunu tehnoloģiju radīšana DNS molekulu sekvencēšanai (nukleotīdu secības noteikšanai). Viena no šīm metodēm ir nanoporu sekvencēšana, tehnoloģija, kas izmanto poras, lai saskaitītu submikronu līdz milimetra izmēra daļiņas, kas suspendētas elektrolīta šķīdumā. Kad molekula iziet cauri porām, mainās elektriskā pretestība sensora ķēdē. Un katra jaunā molekula tiek reģistrēta, mainoties strāvas stiprumam. Galvenais mērķis, ko cenšas sasniegt zinātnieki, kas izstrādā šo metodi, ir iemācīties atpazīt atsevišķus nukleotīdus RNS un DNS.

Skaistums un nanotehnoloģijas

Skaistumkopšanas industrija ir viena no jomām, kurā jaunākās tehnoloģijas tiek pielietotas visātrāk. Nanotehnoloģijas, kuras salīdzinoši nesen pārstāja izmantot tikai tehniskajās ierīcēs, tagad arvien vairāk atrodamas kosmētikas produktos. Konstatēts, ka 80 procenti no visām kosmētiskajām vielām, kas uzklātas uz ādas, paliek uz tās neatkarīgi no izmaksām. Tas nozīmē, ka to lietošanas ietekme galvenokārt ietekmē tikai pašas ādas augšdaļas stāvokli. Tāpēc kosmētikas nozares panākumi arvien vairāk ir atkarīgi no sistēmu izstrādes aktīvo vielu nogādāšanai dziļajos ādas slāņos. Nanotehnoloģijas ir nākušas palīgā, lai atrisinātu šo problēmu, ar kuru jau sen saskaras kosmetologi. Ādas novecošanās ir saistīta ar to, ka ar vecumu šūnu atjaunošanās palēninās. Lai stimulētu jaunu šūnu augšanu, kuru skaits nosaka ādas elastību, krāsu un grumbu neesamību, nepieciešams iedarboties uz dermas dziļāko, germinālo slāni. To no ādas virsmas atdala ragveida zvīņu barjera, ko satur lipīdu slānis. To var izdarīt tikai caur starpšūnu telpām, kuru diametrs ir niecīgs - ne vairāk kā 100 nm. Bet mikroskopiskie “vārti” nav vienīgais šķērslis. Ir vēl viena grūtība: vielas, kas aizpilda šīs spraugas, neļauj ūdenī šķīstošiem savienojumiem iziet cauri. Taču šīs vielas, ko sauc par lipīdiem, var piemānīt, izmantojot nanotehnoloģiju. Viens no bioloģiski aktīvo vielu piegādes problēmas risinājumiem bija mākslīgu “konteineru”, liposomu izveidošana, kas, pirmkārt, ir maza izmēra, iekļūst starpšūnu telpās un, otrkārt, lipīdi atzīst par “draudzīgām”. Liposoma ir koloidāla sistēma, kurā ūdens kodolu no visām pusēm ieskauj slēgts sfērisks veidojums. Šādā veidā noslēptais ūdenī šķīstošais savienojums netraucēti iziet cauri lipīdu barjerai. Kosmētika uz liposomu bāzes cīnās ar pirmajām ādas novecošanās pazīmēm – paaugstinātu sausumu un grumbām. Uzturvielas, pateicoties liposomu kompleksu sistēmai, spēj iekļūt diezgan dziļi. Bet, diemžēl, nepietiek, lai būtiski ietekmētu reģeneratīvos procesus ādā. Micellas ir mikroskopiskas daļiņas, kas veidojas šķīdumos un sastāv no serdes un apvalka. Atkarībā no šķīduma stāvokļa un tā, no kā izgatavots kodols un apvalks, micellas var iegūt dažādas ārējās formas. Liposomas ir micellu veids.

Nākamais posms pretnovecošanās kosmētikas attīstībā bija nogulumu radīšana. Šie transporta kompleksi ir vēl mazāki, salīdzinot ar liposomām, un ir sfēriskas struktūras, kas piepildītas ar vitamīniem, mikroelementiem vai citām derīgām vielām. Pateicoties to mazajam izmēram, nanosomas spēj iekļūt dziļajos ādas slāņos. Bet, neskatoties uz visām priekšrocībām, nanosomas nespēj transportēt bioaktīvos kompleksus, kas nepieciešami pareizai šūnu uzturam. Viss, ko viņi spēj, ir transportēt vienu vielu, piemēram, vitamīnu. Jaunākie sasniegumi biotehnoloģijas jomā ir ļāvuši radīt kosmētiku, kas var ne tikai iekļūt dermas dīgļu slāņa zonā, bet arī izraisīt tajā tieši tos procesus, kas tika ieprogrammēti laboratorijā. Mērķtiecīga kosmētika uz nanokompleksu bāzes ne tikai pārnes barības vielas dziļajos ādas slāņos – atkarībā no veicamā uzdevuma tās arsenālā ietilpst mitrināšana, attīrīšana, toksīnu izvadīšana, rētu izlīdzināšana un daudz kas cits. Turklāt nanokompleksi tiek veidoti tā, ka bioaktīvo vielu izdalīšanās notiek tieši tajā ādas vietā, kur tās ir nepieciešamas. Šādas kosmētikas galvenā priekšrocība ir mērķtiecīga novecošanās novēršana. Galu galā ādā notiekošo procesu korekcija ir daudz efektīvāka nekā cīņa ar šo procesu rezultātiem. V.