Президентът на Русия Дмитрий Медведев е уверен, че в страната има всички условия за успешното развитие на нанотехнологиите.
Нанотехнологиите са ново направление в науката и технологиите, което се развива активно през последните десетилетия. Нанотехнологиите включват създаването и използването на материали, устройства и технически системи, чието функциониране се определя от наноструктурата, тоест нейните подредени фрагменти с размери от 1 до 100 нанометра.
Префиксът "нано", който идва от гръцки език ("nanos" на гръцки - гном), означава една милиардна част. Един нанометър (nm) е една милиардна от метъра.
Терминът „нанотехнология“ е измислен през 1974 г. от Норио Танигучи, учен по материали в Токийския университет, който го дефинира като „технология за производство, която може да постигне ултра-висока прецизност и ултра-малки размери... от порядъка на 1 nm...” .
В световната литература нанонауката се разграничава ясно от нанотехнологията. Терминът наномащабна наука се използва и за нанонаука.
На руски език и в практиката на руското законодателство и нормативни документи терминът „нанотехнология“ съчетава „нанонаука“, „нанотехнология“, а понякога дори „наноиндустрия“ (области на бизнеса и производството, където се използват нанотехнологии).
Най-важните компоненти на нанотехнологиите са наноматериали, тоест материали, чиито необичайни функционални свойства се определят от подредената структура на техните нанофрагменти с размери от 1 до 100 nm.
- нанопорести структури;
- наночастици;
- нанотръби и нановлакна
- нанодисперсии (колоиди);
- наноструктурирани повърхности и филми;
- нанокристали и нанокластери.
Наносистемна технология- функционално завършени системи и устройства, създадени изцяло или частично на базата на наноматериали и нанотехнологии, чиито характеристики са коренно различни от тези на системи и устройства за подобно предназначение, създадени по традиционни технологии.
Области на приложение на нанотехнологиите
Почти невъзможно е да се изброят всички области, в които тази глобална технология може значително да повлияе на технологичния прогрес. Можем да назовем само няколко от тях:
- елементи на наноелектрониката и нанофотониката (полупроводникови транзистори и лазери);
- фотодетектори; Слънчеви клетки; различни сензори);
- свръхплътни устройства за запис на информация;
- телекомуникации, информационни и изчислителни технологии; суперкомпютри;
- видео техника - плоски екрани, монитори, видеопроектори;
- молекулярни електронни устройства, включително ключове и електронни схеми на молекулярно ниво;
- нанолитография и наноотпечатване;
- горивни клетки и устройства за съхранение на енергия;
- устройства на микро- и наномеханика, включително молекулярни двигатели и наномотори, нанороботи;
- нанохимия и катализа, включително контрол на горенето, покритие, електрохимия и фармацевтични продукти;
- авиационни, космически и отбранителни приложения;
- устройства за мониторинг на околната среда;
- целенасочена доставка на лекарства и протеини, биополимери и заздравяване на биологични тъкани, клинична и медицинска диагностика, създаване на изкуствени мускули, кости, имплантиране на живи органи;
- биомеханика; геномика; биоинформатика; биоинструментация;
- регистриране и идентифициране на канцерогенни тъкани, патогени и биологично вредни агенти;
- безопасност в селското стопанство и производството на храни.
Компютри и микроелектроника
Нанокомпютър— изчислително устройство, базирано на електронни (механични, биохимични, квантови) технологии с размер на логическите елементи от порядъка на няколко нанометра. Самият компютър, разработен на базата на нанотехнологиите, също е с микроскопични размери.
ДНК компютър- изчислителна система, която използва изчислителните възможности на ДНК молекулите. Биомолекулярното изчисление е сборно наименование за различни техники, свързани по един или друг начин с ДНК или РНК. В ДНК изчисленията данните се представят не под формата на нули и единици, а под формата на молекулярна структура, изградена на базата на спиралата на ДНК. Ролята на софтуер за четене, копиране и управление на данни се изпълнява от специални ензими.
Атомно-силов микроскоп- микроскоп със сканираща сонда с висока разделителна способност, базиран на взаимодействието на конзолна игла (сонда) с повърхността на изследваната проба. За разлика от сканиращия тунелен микроскоп (STM), той може да изследва както проводими, така и непроводими повърхности дори през слой течност, което прави възможна работата с органични молекули (ДНК). Пространствената разделителна способност на атомно-силовия микроскоп зависи от размера на конзолата и кривината на нейния връх. Разделителната способност достига атомна хоризонтално и значително я надвишава вертикално.
Антена-осцилатор- На 9 февруари 2005 г. в лабораторията на Бостънския университет е получена антена-осцилатор с размери около 1 микрон. Това устройство има 5000 милиона атома и е в състояние да осцилира с честота от 1,49 гигахерца, което му позволява да предава огромни количества информация.
Наномедицина и фармацевтична индустрия
Направление в съвременната медицина, основано на използването на уникалните свойства на наноматериалите и нанообектите за проследяване, проектиране и модифициране на човешки биологични системи на наномолекулно ниво.
ДНК нанотехнологии- използват специфични бази на ДНК и молекули на нуклеинова киселина за създаване на ясно дефинирани структури на тяхна основа.
Индустриален синтез на лекарствени молекули и фармакологични препарати с ясно определена форма (бис-пептиди).
В началото на 2000 г. бързият напредък в технологията за наночастици даде тласък на развитието на нова област на нанотехнологиите: наноплазмоника. Оказа се, че е възможно да се предава електромагнитно излъчване по верига от метални наночастици, като се използва възбуждането на плазмонни трептения.
роботика
Нанороботи- роботи, създадени от наноматериали и сравними по размер с молекула, с функции за движение, обработка и предаване на информация и изпълнение на програми. Нанороботи, способни да създават свои копия, т.е. самовъзпроизвеждане се наричат репликатори.
В момента вече са създадени електромеханични наноустройства с ограничена подвижност, които могат да се считат за прототипи на нанороботи.
Молекулярни ротори- синтетични наноразмерни двигатели, способни да генерират въртящ момент, когато към тях се приложи достатъчно енергия.
Мястото на Русия сред страните, разработващи и произвеждащи нанотехнологии
Световните лидери по общи инвестиции в нанотехнологиите са страните от ЕС, Япония и САЩ. Напоследък Русия, Китай, Бразилия и Индия значително увеличиха инвестициите в тази индустрия. В Русия размерът на финансирането по програмата „Развитие на инфраструктурата на наноиндустрията в Руската федерация за 2008 - 2010 г.“ ще възлиза на 27,7 милиарда рубли.
Последният (2008) доклад на базираната в Лондон изследователска фирма Cientifica, наречен Доклад за перспективите на нанотехнологиите, описва руските инвестиции дословно по следния начин: „Въпреки че ЕС все още е на първо място по отношение на инвестициите, Китай и Русия вече изпревариха Съединените щати. ”
Има области в нанотехнологиите, в които руските учени станаха първите в света, като получиха резултати, които поставиха основата за развитието на нови научни направления.
Сред тях са производството на ултрадисперсни наноматериали, проектирането на едноелектронни устройства, както и работата в областта на атомната сила и сканиращата сондова микроскопия. Само на специална изложба, проведена в рамките на XII Санкт Петербургски икономически форум (2008 г.), бяха представени наведнъж 80 конкретни разработки.
Русия вече произвежда редица нанопродукти, които се търсят на пазара: наномембрани, нанопрахове, нанотръби. Въпреки това, според експерти, в комерсиализацията на нанотехнологичните разработки Русия изостава от САЩ и други развити страни с десет години.
Материалът е изготвен въз основа на информация от открити източници
Говоренето за нанотехнологии вече е на устните на всеки учен. Но как и защо са се появили? Кой ги е измислил? Нека се обърнем към авторитетни източници.
Всъщност все още няма определение на думата „нанотехнология“, но тази дума успешно се използва, когато говорим за нещо миниатюрно. По-точно, субминиатюра: за машините, състоящи се от отделни атоми, за графеновите нанотръби, сингулярността и производството на антропоморфни роботи на базата на наноматериали...
Вече е общоприето, че терминът и обозначението на фокуса на нанотехнологиите произлиза от доклада на Ричард Фейман „Има много място на дъното“. Тогава Фейнман изненада публиката с общи дискусии за това какво ще се случи, ако току-що започналата миниатюризация на електрониката достигне своя логичен предел, „дъното“.
За справка: " английски термин "Нанотехнологии"е предложено от японския професор Норио Танигучи в средата на 70-те години. миналия век и е използван в доклада „За основните принципи на нанотехнологиите“ (НанаОсновенКонцепциянаНанотехнологии) на международна конференция през 1974 г., т.е. много преди началото на мащабна работа в тази област. По смисъла си той е значително по-широк от буквалния руски превод на „нанотехнологии“, тъй като предполага голям обем от знания, подходи, техники, специфични процедури и техните материализирани резултати - нанопродукти.
През втората половина на 20-ти век се развиват както технологиите за миниатюризация (в микроелектрониката), така и средствата за наблюдение на атоми. Основните етапи на микроелектрониката са:
- 1947 г. - изобретение на транзистора;
- 1958 г. - появата на микросхемата;
- 1960 г. - технология за фотолитография, промишлено производство на микросхеми;
- 1971 г. - първият микропроцесор от Intel (2250 транзистора на една подложка);
- 1960-2008 г. - ефектът от "закона на Мур" - броят на компонентите на единица площ на субстрата се удвоява на всеки 2 години.
По-нататъшната миниатюризация се сблъска с ограниченията, определени от квантовата механика. Що се отнася до микроскопите, интересът към тях е разбираем. Въпреки че рентгеновите изображения помогнаха да „видя“ много интересни неща - например двойната спирала на ДНК - исках да видя по-добре микрообектите.
Нека следваме хронологията тук:
1932 г. - Е. Руска изобретява трансмисионния електронен микроскоп. Според принципа на действие той е подобен на обикновения оптичен, само че вместо фотони има електрони, а вместо лещи има магнитна намотка. Микроскопът осигурява увеличение от 14 пъти.
1936 г. - Е. Мюлер предлага дизайна на полеви електронен микроскоп с увеличение повече от милион пъти. Според принципа на действие той е подобен на театър на сенките: на екрана се показват изображения на микрообекти, разположени на върха на игла, излъчваща електрони. Дефектите на иглата и химическите реакции обаче направиха невъзможно получаването на изображение.
1939 г. - Трансмисионният електронен микроскоп на Руска започва да увеличава 30 хиляди пъти.
1951 г. - Мюлер изобретява полевия йонен микроскоп и изобразява атоми на върха на игла.
1955 г. - Първото в света изображение на единичен атом е получено с полеви йонен микроскоп.
1957 г. – Първото в света изображение на единична молекула, получено с полеви електронен микроскоп.
1970 – Трансмисионно електронно микроскопско изображение на един атом.
1979 - Binnig и Rohrer (Цюрих, IBM) изобретяват сканиращ тунелен микроскоп с резолюция не по-лоша от горната.
Но основното е друго – „в света“ на най-простите частици влиза в действие квантовата механика, което означава, че наблюдението не може да бъде отделено от взаимодействието. Просто казано, бързо се оказа, че с микроскоп можете да хванете и преместите молекули или да промените електрическото им съпротивление чрез прост натиск.
В края на 1989 г. в научния свят се разпространи сензация: човекът се е научил да манипулира отделни атоми. Служителят на IBM Доналд Айглер, който е работил в Калифорния, изписва името на компанията си върху повърхността на метала с 35 ксенонови атома. Тази снимка, която впоследствие беше тиражирана от световните медии и вече се появи на страниците на училищните учебници, бележи раждането на нанотехнологиите.
Повтарянето на успеха беше незабавно съобщено (през 1991 г.) от японски учени, които създадоха надписа „PEACE „91 HCRL“ (Свят през 1991 г. Централна изследователска лаборатория HITACHI). Вярно, те са правили този надпис цяла година и то съвсем не чрез поставяне на атоми на повърхността, а напротив - извадили са ненужни атоми от златния субстрат.
Беше възможно действително да се повтори постижението на Eigler едва през 1996 г. - в лабораторията на IBM в Цюрих. Към 1995 г. в света имаше само пет лаборатории, занимаващи се с манипулиране на атоми. Три в САЩ, един в Япония и един в Европа. В същото време европейските и японските лаборатории принадлежаха на IBM, тоест всъщност те също бяха американски.
Какво могат да направят европейските политици и бюрократи в такава ситуация? Просто викайте за пагубния характер на прогреса за околната среда и за опасността от новите технологии в американските ръце.
На сайта на британското списание New Scientist основната информация за нанотехнологиите е представена в много удобна форма – под формата на отговори на често задавани въпроси, пише dp.ru.
Какво е нанотехнология?
Терминът „нанотехнология“ трябва да се разбира като комплекс от научни и инженерни дисциплини, които изучават процеси, протичащи в атомен и молекулярен мащаб. Нанотехнологиите включват манипулиране на материали и устройства, толкова малки, че нищо по-малко не може да съществува. Когато се говори за наночастици, те обикновено имат предвид размери от 0,1 nm до 100 nm. Имайте предвид, че размерите на повечето атоми са в диапазона от 0,1 до 0,2 nm, ширината на ДНК молекулата е приблизително 2 nm, характерният размер на кръвната клетка е приблизително 7500 nm, а човешкият косъм е 80 000 nm.
Защо малките обекти придобиват толкова специфични свойства на наномащабно ниво? Например малки групи (наречени клъстери) от златни и сребърни атоми проявяват уникални каталитични свойства, докато по-големите проби обикновено са инертни. А сребърните наночастици демонстрират различни антибактериални свойства и затова обикновено се използват в нови видове превръзки.
Тъй като размерът на частиците намалява, съотношението повърхност към обем се увеличава. Поради тази причина наночастиците много по-лесно влизат в химични реакции. Освен това ефектите на квантовата физика се появяват при нива под 100 nm. Квантовите ефекти могат да повлияят на оптичните, електрическите или магнитните свойства на материалите по непредвидими начини.
Малките кристални образци на някои вещества стават по-здрави, защото просто достигат състояние, в което не могат да се разпаднат, както правят по-големите кристали, когато са подложени на сила. Металите стават подобни в някои отношения на пластмасата.
Какви са перспективите за приложение на нанотехнологиите?
Още през 1986 г. футуристът Ерик Дреслър си представи утопично бъдеще, в което самовъзпроизвеждащите се нанороботи извършват цялата работа, необходима на обществото. Тези малки устройства са в състояние да поправят човешкото тяло отвътре навън, правейки хората практически безсмъртни. Нанороботите също могат да се движат свободно в околната среда, което ги прави незаменими в борбата срещу замърсяването на тази среда.
Очаква се нанотехнологиите да осигурят значителни пробиви в компютърните технологии, медицината, а също и във военното дело. Например медицината е разработила начини за доставяне на лекарства директно в раковите тъкани в малки „нанобомби“. В бъдеще наноустройствата могат да „патрулират“ артериите, противодействайки на инфекциите и осигурявайки диагностика на заболявания.
Американски учени успешно са използвали покрити със злато „нанокуршуми“, за да открият и унищожат неоперабилни ракови тумори. Учените прикрепиха нанобулети към антитела, които могат да се свържат с раковите клетки. Ако нанобулетите са изложени на радиация, близка по честота до инфрачервената, тяхната температура ще се повиши, което спомага за унищожаването на канцерогенните тъкани.
Изследователи от финансирания от американската армия Армейски институт по нанотехнологии в Кеймбридж (САЩ) използват нанотехнологиите, за да създадат принципно нов тип униформа. Целта им е да създадат тъкан, която може да променя цвета си, да отклонява куршуми и енергия на взрива и дори да слепва кости.
Къде се използват нанотехнологиите в момента?
Нанотехнологиите вече се използват в производството на твърди дискове за персонални компютри, каталитични конвертори - елементи на двигатели с вътрешно горене, тенис топки с дълъг експлоатационен живот, както и високоякостни и същевременно леки тенис хилки, инструменти за рязане на метали , антистатични покрития за чувствителна електронна техника и специални покрития за прозорци, осигуряващи тяхното самопочистване.
Как се създават наноустройствата?
В момента има два основни метода за производство на наноустройства.
Надолу нагоре. Сглобяване на наноустройства на принципа „молекула до молекула“, което напомня сглобяването на къща или. Прости наночастици, като титанов диоксид или железен оксид, използвани в козметиката, могат да бъдат произведени чрез химичен синтез.
Възможно е да се създадат наноустройства чрез плъзгане на отделни атоми наоколо с помощта на така наречения атомно-силов микроскоп (или сканиращ тунелен микроскоп), който е достатъчно чувствителен, за да извършва такива процедури. Тази техника беше демонстрирана за първи път от специалисти на IBM - използвайки сканиращ тунелен микроскоп, те изложиха абревиатурата на IBM, като поставиха съответно 35 атома ксенон върху повърхността на никелова проба.
Отгоре надолу. Тази техника предполага, че използваме макроскопична проба и, например, използвайки ецване, създаваме на нейната повърхност обикновени компоненти на микроелектронни устройства с параметри, характерни за наномащаба.
Представляват ли нанотехнологиите заплаха за човешкото здраве или околната среда?
Няма много информация за отрицателните ефекти на наночастиците. През 2003 г. едно проучване показа, че въглеродните нанотръби могат да увредят белите дробове на мишки и плъхове. Проучване от 2004 г. установи, че фулерените могат да се натрупват и да причинят увреждане на мозъка при рибите. Но и двете проучвания са използвали големи количества от веществото при необичайни условия. Според един от експертите, химик Кристен Кулиновски (САЩ), „би било препоръчително да се ограничи излагането на тези наночастици, въпреки факта, че в момента няма информация за тяхната заплаха за човешкото здраве“.
Някои коментатори също предполагат, че широкото използване на нанотехнологиите може да доведе до социални и етични рискове. Така например, ако използването на нанотехнологиите инициира нова индустриална революция, това ще доведе до загуба на работни места. Освен това нанотехнологиите могат да променят концепцията за човек, тъй като използването им ще помогне да се удължи живота и значително да се повиши устойчивостта на тялото.
„Никой не може да отрече, че широкото разпространение на мобилните телефони и интернет доведе до огромни промени в обществото“, казва Кристен Кулиновски. „Кой би се осмелил да каже, че нанотехнологиите няма да имат по-голямо влияние върху обществото през следващите години?“
Какво е нанотехнология?
Публикувано от kur на 29 юни 2007 г. - 22:51 ч.Колкото и странно да звучи този въпрос в наше време, на него ще трябва да се отговори. Поне за себе си. Общувайки с учени и специалисти, занимаващи се с тази индустрия, стигнах до извода, че въпросът все още остава открит.
Някой в Уикипедия го дефинира по следния начин:
Нанотехнологиите са област на приложната наука и технология, която се занимава с изучаване на свойствата на обектите и разработването на устройства с размери от порядъка на нанометър (според системата от единици SI, 10-9 метра).
Популярната преса използва още по-просто и по-разбираемо определение за обикновения човек:
Нанотехнологията е технология за манипулиране на материята на атомно и молекулярно ниво.
(Обичам кратките определения :))
Или ето определението на проф. Г. Г. Еленин (МГУ, Институт по приложна математика на М. В. Келдиш РАН):
Нанотехнологиите са интердисциплинарна научна област, в която се изучават законите на физичните и химичните процеси в пространствени области с нанометрови размери, за да се контролират отделни атоми, молекули, молекулни системи при създаването на нови молекули, наноструктури, наноустройства и материали със специални физични свойства. , химични и биологични свойства.
Да, като цяло всичко е съвсем ясно.. Но нашият (особено отбелязвам, домашен) педантичен скептик ще каже: „Какво, всеки път, когато разтваряме парче захар в чаша чай, не манипулираме ли веществото при на молекулярно ниво?"
И той ще бъде прав. Необходимо е към водещите да се добавят понятия, свързани с „контрол и прецизност на манипулацията”.
Федералната агенция за наука и иновации в „Концепцията за развитие на работата в областта на нанотехнологиите в Руската федерация до 2010 г.“ дава следното определение:
„Нанотехнологиите са набор от методи и техники, които предоставят възможност за създаване и модифициране на обекти по контролиран начин, включително компоненти с размери по-малки от 100 nm, поне в едно измерение, и в резултат на това получаване на фундаментално нови качества, които позволява тяхното интегриране в напълно функциониращи широкомащабни системи; в по-широк смисъл този термин обхваща и методи за диагностика, характерология и изследване на такива обекти.
Еха! Мощно казано!
Или държавният секретар на Министерството на образованието и науката на Руската федерация Дмитрий Ливанов определя нанотехнологиите като:
„набор от научни, технологични и индустриални области, които са обединени в една култура, основана на операции с материя на ниво отделни молекули и атоми.“
Простият скептик е доволен, но скептикът-специалист ще каже: „Не са ли същите тези нанотехнологии, с които традиционната химия или молекулярната биология и много други области на науката непрекъснато се занимават, създавайки нови вещества, в които се определят техните свойства и структура от обекти с нано размери, свързани по определен начин?“
Какво да правя? Ние разбираме какво е „нанотехнология“... чувстваме го, може да се каже... Нека се опитаме да добавим още няколко термина към определението.
Бръсначът на Окам
Нанотехнология: всяка технология за създаване на обекти, чиито потребителски свойства се определят от необходимостта да се контролират и манипулират отделни обекти с нано размери.
Кратко и пестеливо? Нека обясним термините, използвани в определението:
"Всяко":Този термин има за цел да обедини специалисти от различни научни и технологични области. От друга страна, този термин задължава организациите, които контролират бюджета за развитие на нанотехнологиите, да се грижат за финансирането на широк спектър от области. Включително, разбира се, молекулярните биотехнологии. (Без да е необходимо изкуствено да добавяте префикса „нано-“ към името на тези направления). Считам го за доста важен термин за ситуацията с нанотехнологиите у нас на сегашния етап :).
"Потребителски имоти"(можете, разбира се, да използвате традиционния термин „потребителска стойност“ - както желаете): създаването на обекти, използвайки такива усъвършенствани методи като контрол и манипулиране на материята на нанониво, трябва да придаде някои нови потребителски свойства или да повлияе на цената на обекти, в противен случай се обезсмисля.
Също така е ясно, че например нанотръбите, в които един от линейните размери е в областта на традиционните размери, също попадат в това определение. В същото време самите създадени обекти могат да имат всякакъв размер - от „нано“ до традиционен.
"Индивидуален":присъствието на този термин отдалечава дефиницията от традиционната химия и ясно изисква наличието на най-напредналите научни, метрологични и технологични инструменти, способни да осигурят контрол върху индивидуални и, ако е необходимо, дори конкретни нано-обекти. С индивидуален контрол получаваме обекти, които имат потребителска новост. Може да се твърди, че например много от съществуващите технологии за промишлено производство на ултрафини материали не изискват такъв контрол, но това е само на пръв поглед; всъщност сертифицираното производство на ултрафини материали задължително изисква контрол върху размера на отделните частици.
"Контрол", без "Манипулация"разширява дефиницията до т.нар. нанотехнологии от "предишно поколение".
"Контрол"заедно с "Манипулация"разширява определението до напреднали нанотехнологии.
Така че, ако можем да намерим конкретен наноразмерен обект, да контролираме и, ако е необходимо, да променим неговата структура и връзки, тогава това е „нанотехнология“. Ако получаваме обекти с наноразмер без възможност за такъв контрол (върху конкретни нанообекти), то това не е нанотехнология или в най-добрия случай нанотехнология от „предишно поколение“.
"Наноразмерен обект":атом, молекула, надмолекулна формация.
Като цяло, определението се опитва да свърже науката и технологиите с икономиката. Тези. отговаря на постигането на основните цели на програмата за развитие на наноиндустрията: създаване на технологии, базирани на модерни изследователски и производствени методи, както и комерсиализация на постигнатите постижения.
Като цяло за сега бих спрял дотук. А ти?
Http://www.nanonewsnet.ru/what-are-the-nanotechnologies
У нас правителството прие програма за развитие на наноиндустрията. Думата „нанотехнология“ стана модерна за една нощ, медиите активно обсъждат перспективите на страната в светлината на развитието на тази обещаваща научна област. Какво представляват нанотехнологиите и как могат да бъдат полезни?
Знаем добре, че сантиметърът е стотна от метъра, милиметърът е хилядна, а нанометърът е милиардна част от метъра. Нано- означава една милиардна част от нещо.
Нанотехнологии – това са методи за създаване на наноразмерни структури, които придават на материалите и устройствата полезни, а понякога и просто необикновени свойства, технологии за производство на супермикроскопични структури от най-малките частици материя.Нанотехнологиите са способността да се създават нови материали с определени свойства от най-малките елементи - атоми и с течение на времето те коренно ще променят живота ни към по-добро.
Нанотехнологии в медицината
от нанотехнологични разработкив медицинатаТе чакат революционни постижения в борбата с рака, особено с опасните инфекции, в ранната диагностика и в протезирането. Във всички тези области се провеждат интензивни изследвания. Някои от техните резултати вече са навлезли в медицинската практика. Ето само два фрапиращи примера:
Като убиват микроби и унищожават тумори, лекарствата обикновено атакуват здрави органи и клетки на тялото. Поради това някои сериозни заболявания все още не могат да бъдат надеждно излекувани - лекарствата трябва да се използват в твърде малки дози. Решението е да се достави желаното вещество директно до засегнатата клетка, без да се засягат останалите.
За целта се създават нанокапсули, най-често биологични частици (например липозоми), вътре в които се поставя нанодоза от лекарството. Учените се опитват да „настроят“ капсулите към специфични видове клетки, които те трябва да унищожат чрез проникване в мембраните. Съвсем наскоро се появиха първите индустриални лекарства от този тип за борба с някои видове рак и други заболявания.
Наночастиците помагат за решаването на други проблеми с доставката на лекарства в тялото. Така човешкият мозък е сериозно защитен от природата от проникването на ненужни вещества през кръвоносните съдове. Тази защита обаче не е идеална. Лесно се преодолява от молекулите на алкохола, кофеина, никотина и антидепресантите, но блокира лекарствата за сериозни заболявания на самия мозък. За да ги въведете, трябва да извършите сложни операции. Сега се тества нов метод за доставяне на лекарства в мозъка с помощта на наночастици. Протеин, който свободно преминава през „мозъчната бариера“, играе ролята на „троянски кон“: квантова точка (полупроводников нанокристал) е „прикрепена“ към молекулите на този протеин и заедно с него прониква в мозъчните клетки. Засега квантовите точки само сигнализират за преодоляване на бариера, в бъдеще се планира те и други наночастици да се използват за диагностика и лечение.
Световният проект за дешифриране на човешкия геном отдавна е завършен - пълно определяне на структурата на ДНК молекулите, които се намират във всички клетки на нашето тяло и непрекъснато контролират тяхното развитие, делене и обновяване. Но за индивидуално предписване на лекарства, за диагностика и прогноза на наследствени заболявания е необходимо да се дешифрира не геномът като цяло, а геномът на дадения пациент. Но процесът на дешифриране все още е много дълъг и скъп.
Нанотехнологиите предлагат интересни начини за решаване на този проблем. Например използването на нанопори - когато една молекула премине през такава пора, поставена в разтвор, сензорът я регистрира чрез промяна на електрическото съпротивление. Въпреки това може да се направи много, без да се чака пълно решение на толкова сложен проблем. Вече има биочипове, които могат да разпознаят повече от двеста „генетични синдрома“, отговорни за различни заболявания на пациент, в един анализ.
Диагностиката на състоянието на отделните живи клетки директно в тялото е друга област на приложение на нанотехнологиите. В момента се тестват сонди, състоящи се от оптично влакно с дебелина десетки нанометри, към което е прикрепен химически чувствителен наноелемент. Сондата се вкарва в клетката и по оптично влакно предава информация за реакцията на чувствителния елемент. По този начин е възможно да се изследва в реално време състоянието на различни зони вътре в клетката и да се получи много важна информация за нарушенията на нейната фина биохимия. И това е ключът към диагностицирането на сериозни заболявания на етап, когато все още няма външни прояви - и когато е много по-лесно да се излекува болестта.
Интересен пример е създаването на нови технологии за секвениране (определяне на нуклеотидната последователност) на ДНК молекули. Една от тези техники е секвениране на нанопори, технология, която използва пори за преброяване на субмикронни до милиметрови частици, суспендирани в електролитен разтвор. Когато една молекула преминава през пора, електрическото съпротивление във веригата на сензора се променя. И всяка нова молекула се регистрира от промяната в тока. Основната цел, която учените, разработващи този метод, се опитват да постигнат, е да се научат да разпознават отделни нуклеотиди в РНК и ДНК.
Красота и нанотехнологии
Индустрията за красота е една от областите, в които най-бързо се прилагат най-новите технологии. Нанотехнологиите, които сравнително наскоро престанаха да се използват изключително в технически устройства, сега могат да бъдат намерени все повече в козметичните продукти. Установено е, че 80 процента от всички козметични вещества, нанесени върху кожата, остават върху нея, независимо от цената. Това означава, че ефектът от употребата им засяга основно състоянието на най-горната част на кожата. Следователно успехът на козметичната индустрия все повече зависи от развитието на системи за доставяне на активни съставки до дълбоките слоеве на кожата. Нанотехнологиите дойдоха да помогнат за решаването на този проблем, който отдавна стои пред козметолозите. Стареенето на кожата се дължи на факта, че обновяването на клетките се забавя с възрастта. За да се стимулира растежа на млади клетки, чийто брой определя еластичността на кожата, нейния цвят и липсата на бръчки, е необходимо да се въздейства върху най-дълбокия, зародишен слой на дермата. Той е отделен от повърхността на кожата с бариера от рогови люспи, държани заедно от липиден слой. Това може да стане само през междуклетъчните пространства, чийто диаметър е незначителен - не повече от 100 nm. Но микроскопичната „порта“ не е единственото препятствие. Има и друга трудност: веществата, запълващи тези празнини, не позволяват на водоразтворимите съединения да преминат. Но тези вещества, наречени липиди, могат да бъдат измамени с помощта на нанотехнологии. Едно от решенията на проблема с доставянето на биологично активни вещества беше създаването на изкуствени „контейнери“, липозоми, които, първо, са малки по размер, проникват в междуклетъчните пространства и, второ, се разпознават от липидите като „приятелски“. Липозомата е колоидна система, в която водното ядро е заобиколено от всички страни от затворена сферична формация. Маскираното по този начин водоразтворимо съединение преминава безпрепятствено през липидната бариера. Козметиката на базата на липозоми се бори с първите признаци на стареене на кожата – повишена сухота и бръчки. Хранителните вещества, благодарение на системата от липозомни комплекси, могат да проникнат доста дълбоко. Но, за съжаление, не достатъчно, за да повлияе значително на регенеративните процеси в кожата. Мицелите са микроскопични частици, образувани в разтвори и състоящи се от ядро и обвивка. В зависимост от състоянието на разтвора и от какво са изградени ядрото и обвивката, мицелите могат да приемат различни външни форми. Липозомите са вид мицели.
Следващият етап в развитието на козметиката против стареене беше създаването на утайка. Тези транспортни комплекси са още по-малки в сравнение с липозомите и представляват сферични структури, пълни с витамини, микроелементи или други полезни вещества. Поради малкия си размер нанозомите могат да проникнат в дълбоките слоеве на кожата. Но въпреки всичките си предимства, нанозомите не са в състояние да транспортират биоактивни комплекси, необходими за правилното хранене на клетките. Всичко, на което са способни, е да транспортират едно вещество, например витамин. Последните разработки в областта на биотехнологиите позволиха да се създаде козметика, която не само може да проникне в зоната на зародишния слой на дермата, но и да предизвика в нея точно онези процеси, които са програмирани в лабораторията. Целевата козметика, базирана на нанокомплекси, не само пренася хранителни вещества в дълбоките слоеве на кожата – в зависимост от поставената задача, нейният арсенал включва овлажняване, почистване, премахване на токсините, изглаждане на белези и много други. Освен това нанокомплексите са създадени по такъв начин, че освобождаването на биоактивни вещества да става точно в областта на кожата, където са необходими. Основното предимство на такава козметика е целенасоченото предотвратяване на стареенето. В крайна сметка коригирането на процесите, протичащи в кожата, е много по-ефективно от борбата с резултатите от тези процеси. V.