Venemaa president Dmitri Medvedev on kindel, et riigis on olemas kõik tingimused nanotehnoloogia edukaks arendamiseks.
Nanotehnoloogia on teaduse ja tehnoloogia uus suund, mis on viimastel aastakümnetel aktiivselt arenenud. Nanotehnoloogia hõlmab materjalide, seadmete ja tehniliste süsteemide loomist ja kasutamist, mille toimimise määrab nanostruktuur ehk selle järjestatud killud, mille suurus jääb vahemikku 1-100 nanomeetrit.
Eesliide "nano", mis pärineb kreeka keelest ("nanos" kreeka keeles - gnome), tähendab ühte miljardit osa. Üks nanomeeter (nm) on üks miljardik meetrist.
Termini "nanotehnoloogia" võttis 1974. aastal kasutusele Tokyo ülikooli materjaliteadlane Norio Taniguchi, kes määratles selle kui "tootmistehnoloogiat, mis suudab saavutada ülikõrge täpsuse ja üliväikesed mõõtmed... suurusjärgus 1 nm...” .
Maailmakirjanduses eristatakse nanoteadust selgelt nanotehnoloogiast. Nanoteaduse kohta kasutatakse ka terminit nanomõõtmeline teadus.
Vene keeles ja Venemaa õigusaktide ja regulatiivsete dokumentide praktikas ühendab termin "nanotehnoloogia" "nanoteaduse", "nanotehnoloogia" ja mõnikord isegi "nanotööstuse" (äri- ja tootmisvaldkonnad, kus nanotehnoloogiaid kasutatakse).
Nanotehnoloogia olulisemad komponendid on nanomaterjalid, see tähendab materjale, mille ebatavalised funktsionaalsed omadused on määratud nende nanofragmentide järjestatud struktuuriga, mille suurus on vahemikus 1 kuni 100 nm.
- nanopoorsed struktuurid;
- nanoosakesed;
- nanotorud ja nanokiud
- nanodispersioonid (kolloidid);
- nanostruktureeritud pinnad ja kiled;
- nanokristallid ja nanoklastrid.
Nanosüsteemi tehnoloogia– funktsionaalselt terviklikud süsteemid ja seadmed, mis on täielikult või osaliselt loodud nanomaterjalide ja nanotehnoloogiate baasil ja mille omadused erinevad radikaalselt traditsiooniliste tehnoloogiate abil loodud sarnase eesmärgiga süsteemide ja seadmete omadustest.
Nanotehnoloogia rakendusvaldkonnad
Peaaegu võimatu on loetleda kõiki valdkondi, kus see globaalne tehnoloogia võib tehnoloogilist arengut oluliselt mõjutada. Võime nimetada vaid mõned neist:
- nanoelektroonika ja nanofotoonika elemendid (pooljuhttransistorid ja laserid);
- fotodetektorid; Päikesepatareid; erinevad andurid);
- ülitihedad infosalvestusseadmed;
- telekommunikatsioon, info- ja arvutustehnoloogia; superarvutid;
- videotehnika - lameekraanid, monitorid, videoprojektorid;
- molekulaarsed elektroonikaseadmed, sealhulgas lülitid ja elektronahelad molekulaarsel tasemel;
- nanolitograafia ja nanoimprintimine;
- kütuseelemendid ja energiasalvestid;
- mikro- ja nanomehaanika seadmed, sh molekulaarmootorid ja nanomootorid, nanorobotid;
– nanokeemia ja katalüüs, sealhulgas põlemiskontroll, katmine, elektrokeemia ja farmaatsiatooted;
- lennundus-, kosmose- ja kaitserakendused;
- keskkonnaseire seadmed;
- ravimite ja valkude sihipärane kohaletoimetamine, biopolümeerid ja bioloogiliste kudede tervendamine, kliiniline ja meditsiiniline diagnostika, tehislihaste, luude loomine, elusorganite implanteerimine;
- biomehaanika; genoomika; bioinformaatika; bioinstrumenteerimine;
– kantserogeensete kudede, patogeenide ja bioloogiliselt kahjulike mõjurite registreerimine ja tuvastamine;
- ohutus põllumajanduses ja toiduainete tootmises.
Arvutid ja mikroelektroonika
Nanoarvuti— elektroonilistel (mehaanilistel, biokeemilistel, kvant-) tehnoloogiatel põhinev arvutusseade, mille loogiliste elementide suurus on suurusjärgus mitu nanomeetrit. Nanotehnoloogia baasil välja töötatud arvuti ise on samuti mikroskoopiliste mõõtmetega.
DNA arvuti- arvutussüsteem, mis kasutab DNA molekulide arvutusvõimalusi. Biomolekulaararvutus on koondnimetus erinevatele tehnikatele, mis on ühel või teisel viisil seotud DNA või RNA-ga. DNA-arvutuses ei esitata andmeid nullide ja ühtede kujul, vaid DNA spiraali baasil üles ehitatud molekulaarstruktuuri kujul. Andmete lugemise, kopeerimise ja haldamise tarkvara rolli täidavad spetsiaalsed ensüümid.
Aatomijõu mikroskoop- kõrge eraldusvõimega skaneeriva sondi mikroskoop, mis põhineb konsoolnõela (sondi) interaktsioonil uuritava proovi pinnaga. Erinevalt skaneerivast tunnelmikroskoobist (STM) suudab see uurida nii juhtivaid kui ka mittejuhtivaid pindu isegi läbi vedelikukihi, mis võimaldab töötada orgaaniliste molekulidega (DNA). Aatomjõumikroskoobi ruumiline eraldusvõime sõltub konsooli suurusest ja selle tipu kumerusest. Eraldusvõime ulatub aatomi horisontaalselt ja ületab seda oluliselt vertikaalselt.
Antenn-ostsillaator- 9. veebruaril 2005 saadi Bostoni ülikooli laboris antenn-ostsillaator, mille mõõtmed on umbes 1 mikron. Sellel seadmel on 5000 miljonit aatomit ja see on võimeline võnkuma sagedusel 1,49 gigahertsi, mis võimaldab edastada tohutul hulgal teavet.
Nanomeditsiin ja farmaatsiatööstus
Kaasaegse meditsiini suund, mis põhineb nanomaterjalide ja nanoobjektide ainulaadsete omaduste kasutamisel inimese bioloogiliste süsteemide jälgimiseks, kujundamiseks ja muutmiseks nanomolekulaarsel tasemel.
DNA nanotehnoloogia- kasutada spetsiifilisi DNA aluseid ja nukleiinhappemolekule, et luua nende põhjal selgelt määratletud struktuure.
Ravimimolekulide ja selgelt määratletud kujul farmakoloogiliste preparaatide (bis-peptiidid) tööstuslik süntees.
2000. aasta alguses andis nanoosakeste tehnoloogia kiire areng tõuke uue nanotehnoloogia valdkonna arengule: nanoplasmoonika. Selgus, et elektromagnetkiirgust on võimalik edastada mööda metalli nanoosakeste ahelat, kasutades plasmoni võnkumiste ergastamist.
Robootika
Nanorobotid- nanomaterjalidest loodud ja molekuliga võrreldavad robotid, millel on liikumise, teabe töötlemise ja edastamise ning programmide täitmise funktsioonid. Nanorobotid, mis on võimelised looma endast koopiaid, st. isepaljunemist nimetatakse replikaatoriteks.
Praeguseks on juba loodud piiratud liikuvusega elektromehaanilisi nanoseadmeid, mida võib pidada nanorobotite prototüüpideks.
Molekulaarsed rootorid- sünteetilised nanosuurused mootorid, mis on võimelised tekitama pöördemomenti, kui neile rakendatakse piisavalt energiat.
Venemaa koht nanotehnoloogiaid arendavate ja tootvate riikide seas
Nanotehnoloogiasse tehtud koguinvesteeringute osas on maailmas liidrid ELi riigid, Jaapan ja USA. Viimasel ajal on Venemaa, Hiina, Brasiilia ja India oluliselt suurendanud investeeringuid sellesse tööstusharusse. Venemaal on programmi "Nanotööstuse infrastruktuuri arendamine Vene Föderatsioonis aastateks 2008–2010" raames rahastatud 27,7 miljardit rubla.
Viimases (2008. aasta) Londonis asuva uuringufirma Cientifica aruandes nimega Nanotechnology Outlook Report kirjeldatakse Venemaa investeeringuid sõna-sõnalt järgmiselt: „Kuigi EL on investeeringute osas endiselt esikohal, on Hiina ja Venemaa juba USAst mööda saanud. ”
Nanotehnoloogias on valdkondi, kus Venemaa teadlased said maailmas esimesteks, saades tulemusi, mis panid aluse uute teadussuundade arengule.
Nende hulgas on ultradisperssete nanomaterjalide tootmine, üheelektrooniliste seadmete projekteerimine, aga ka töö aatomjõu ja skaneeriva sondi mikroskoopia vallas. Vaid XII Peterburi majandusfoorumi (2008) raames toimunud erinäitusel esitleti korraga 80 konkreetset arendust.
Venemaal toodetakse juba mitmeid nanotooteid, mis on turul nõutud: nanomembraanid, nanopulbrid, nanotorud. Nanotehnoloogiliste arenduste kommertsialiseerimises jääb Venemaa aga ekspertide hinnangul USA-st ja teistest arenenud riikidest maha kümne aasta võrra.
Materjal koostati avatud allikatest pärineva teabe põhjal
Nanotehnoloogiast räägitakse nüüd iga teadlase huulil. Aga kuidas ja miks need ilmusid? Kes need leiutas? Pöördugem autoriteetsete allikate poole.
Tegelikult pole veel isegi sõna “nanotehnoloogia” definitsiooni, kuid seda sõna kasutatakse edukalt, kui räägitakse millestki miniatuursest. Täpsemalt subminiatuur: üksikutest aatomitest koosnevatest masinatest, grafeeni nanotorudest, singulaarsusest ja nanomaterjalidel põhinevate antropomorfsete robotite tootmisest...
Nüüdseks on üldtunnustatud, et nanotehnoloogia fookuse mõiste ja nimetus pärineb Richard Feymani raportist "There’s Plenty of Room at the Bottom". Seejärel üllatas Feynman publikut üldiste aruteludega selle üle, mis juhtuks, kui just alanud elektroonika miniaturiseerimine saavutaks oma loogilise piiri ehk “põhja”.
Viitamiseks: " ingliskeelne termin "Nanotehnoloogia"pakkus välja Jaapani professor Norio Taniguchi 70ndate keskel. eelmisel sajandil ja seda kasutati aruandes “Nanotehnoloogia aluspõhimõtetest” (PealaPõhilineKontseptsioonkohtaNanotehnoloogia) rahvusvahelisel konverentsil 1974. aastal, s.o ammu enne laiaulatusliku töö algust selles valdkonnas. Oma tähenduses on see märgatavalt laiem kui "nanotehnoloogia" sõnasõnaline venekeelne tõlge, kuna see hõlmab suurt hulka teadmisi, lähenemisviise, tehnikaid, spetsiifilisi protseduure ja nende materialiseeritud tulemusi - nanotooteid.
20. sajandi teisel poolel arenesid nii miniaturiseerimistehnoloogiad (mikroelektroonikas) kui ka vahendid aatomite vaatlemiseks. Mikroelektroonika peamised verstapostid on:
- 1947 - transistori leiutamine;
- 1958 - mikrolülituse välimus;
- 1960 - fotolitograafia tehnoloogia, mikroskeemide tööstuslik tootmine;
- 1971 - Inteli esimene mikroprotsessor (2250 transistorit ühel substraadil);
- 1960-2008 - "Moore'i seaduse" mõju - komponentide arv substraadi pindalaühiku kohta kahekordistus iga 2 aasta järel.
Edasine miniaturiseerimine sattus vastu kvantmehaanika seatud piiridele. Mis puudutab mikroskoope, siis huvi nende vastu on mõistetav. Kuigi röntgenpildid aitasid “näha” palju huvitavat – näiteks DNA kaksikheeliksit –, tahtsin mikroobjekte paremini näha.
Jälgime siin kronoloogiat:
1932 – E. Ruska leiutas ülekandeelektronmikroskoobi. Tööpõhimõtte järgi sarnaneb see tavalisele optilisele, ainult footonite asemel on elektronid ja läätsede asemel magnetpool. Mikroskoop võimaldas 14-kordse suurenduse.
1936 – E. Muller pakkus välja enam kui miljonikordse suurendusega elektronmikroskoobi disaini. Toimimispõhimõtte järgi sarnaneb see varjuteatriga: ekraanile kuvatakse elektrone kiirgava nõela otsas paiknevate mikroobjektide kujutised. Nõelavead ja keemilised reaktsioonid muutsid aga kujutise saamise võimatuks.
1939 – Ruska thakkas suurendama 30 tuhat korda.
1951 – Müller leiutas väljaioonmikroskoobi ja pildistas aatomeid nõela otsa.
1955 – välja ioonmikroskoobiga saadi maailmas esimene pilt ühest aatomist.
1957 – Maailma esimene pilt ühest molekulist, mis saadi välja elektronmikroskoobiga.
1970 – ülekandeelektronmikroskoobi pilt ühest aatomist.
1979 – Binnig ja Rohrer (Zürich, IBM) leiutasid skaneeriva tunnelmikroskoobi, mille eraldusvõime on sama hea kui ülalmainitud.
Peaasi on aga teisiti – kõige lihtsamate osakeste “maailmas” tuleb mängu kvantmehaanika, mis tähendab, et vaatlust ei saa eraldada interaktsioonist. Lihtsamalt öeldes selgus kiiresti, et mikroskoobiga saab haarata ja liigutada molekule või muuta nende elektritakistust lihtsa survega.
1989. aasta lõpus levis üle kogu teadusmaailma sensatsioon: inimene oli õppinud üksikute aatomitega manipuleerima. IBMi töötaja Donald Eigler, kes töötas Californias, kirjutas 35 ksenooni aatomiga metalli pinnale oma ettevõtte nime. See pilt, mis hiljem maailma meedias ringlema läks ja juba kooliõpikute lehekülgedele on ilmunud, tähistas nanotehnoloogia sündi.
Edu kordumisest teatasid kohe (1991. aastal) Jaapani teadlased, kes lõid pealdise “PEACE “91 HCRL” (maailm 1991. aastal HITACHI keskne uurimislabor). Tõsi, nad tegid seda pealdist terveks aastaks ja üldsegi mitte aatomeid pinnale asetades, vaid vastupidi - nad noppisid kullasubstraadist välja mittevajalikud aatomid.
Eigleri saavutust oli võimalik tegelikult korrata alles 1996. aastal - IBMi Zürichi laboris. 1995. aasta seisuga oli maailmas vaid viis aatomitega manipuleerimisega tegelevat laborit. Kolm USA-s, üks Jaapanis ja üks Euroopas. Samal ajal kuulusid Euroopa ja Jaapani laborid IBM-ile, st tegelikult olid need ka ameeriklased.
Mida saaksid Euroopa poliitikud ja bürokraadid sellises olukorras teha? Lihtsalt karjuge edusammude kahjulikust olemusest keskkonnale ja uute tehnoloogiate ohust Ameerika kätes.
Briti ajakirja New Scientist kodulehel on põhiteave nanotehnoloogia kohta välja toodud väga mugaval kujul – korduma kippuvatele küsimustele vastuste näol, kirjutab dp.ru.
Mis on nanotehnoloogia?
Mõistet "nanotehnoloogia" tuleks mõista kui teadus- ja tehnikadistsipliinide kompleksi, mis uurivad aatomi- ja molekulaarsel skaalal toimuvaid protsesse. Nanotehnoloogia hõlmab nii väikeste materjalide ja seadmetega manipuleerimist, et midagi väiksemat ei saa eksisteerida. Nanoosakestest rääkides mõeldakse tavaliselt suurusi vahemikus 0,1 nm kuni 100 nm. Pange tähele, et enamiku aatomite suurused jäävad vahemikku 0,1–0,2 nm, DNA molekuli laius on ligikaudu 2 nm, vereraku iseloomulik suurus on ligikaudu 7500 nm ja juuksekarva laius on 80 000 nm.
Miks omandavad väikesed objektid sellised spetsiifilised omadused nanoskaala tasemel? Näiteks kulla ja hõbeda aatomite väikestel rühmadel (nn klastritel) on ainulaadsed katalüütilised omadused, samas kui suuremad proovid on tavaliselt inertsed. Ja hõbeda nanoosakestel on selged antibakteriaalsed omadused ja seetõttu kasutatakse neid tavaliselt uut tüüpi sidemetes.
Kui osakeste suurus väheneb, suureneb pinna ja mahu suhe. Sel põhjusel sisenevad nanoosakesed keemilistesse reaktsioonidesse palju kergemini. Lisaks ilmnevad kvantfüüsika efektid tasemetel alla 100 nm. Kvantefektid võivad mõjutada materjalide optilisi, elektrilisi või magnetilisi omadusi ettearvamatul viisil.
Mõnede ainete väikesed kristalsed isendid muutuvad tugevamaks, kuna nad lihtsalt jõuavad olekusse, kus nad ei saa puruneda nii, nagu suuremad kristallid jõuga kokku puutudes. Metallid muutuvad mõnes mõttes sarnaseks plastikuga.
Millised on nanotehnoloogia rakendamise väljavaated?
Juba 1986. aastal nägi futurist Eric Dressler ette utoopilist tulevikku, kus isepaljunevad nanorobotid täidavad kogu tööühiskonnale vajaliku. Need pisikesed seadmed on võimelised parandama inimkeha seestpoolt väljapoole, muutes inimesed peaaegu surematuks. Nanorobotid võivad ka keskkonnas vabalt liikuda, mistõttu on nad asendamatud võitluses selle keskkonna saastamisega.
Nanotehnoloogialt oodatakse olulisi läbimurdeid arvutitehnoloogias, meditsiinis ja ka sõjalistes küsimustes. Näiteks on arstiteadus välja töötanud viisid ravimite toimetamiseks otse vähikoesse väikeste "nanopommide" kujul. Tulevikus võiksid nanoseadmed arterites "patrullida", tõrjudes nakkusi ja pakkudes haiguste diagnostikat.
Ameerika teadlased on edukalt kasutanud kullaga kaetud "nanokuulikesi", et leida ja hävitada opereerimata vähikasvajaid. Teadlased kinnitasid nanokuulid antikehadele, mis on võimelised vähirakkudega kokku puutuma. Kui nanokuulid puutuvad kokku infrapunale lähedase sagedusega kiirgusega, tõuseb nende temperatuur, mis aitab hävitada kantserogeenseid kudesid.
USA armee rahastatud Cambridge'i (USA) armee nanotehnoloogia instituudi teadlased kasutavad nanotehnoloogiat põhimõtteliselt uut tüüpi vormiriietuse loomiseks. Nende eesmärk on luua kangas, mis suudab muuta värvi, tõrjuda kuulid ja plahvatuse energiat ning isegi liimida luid.
Kus nanotehnoloogiaid praegu kasutatakse?
Nanotehnoloogiat kasutatakse juba personaalarvutite kõvaketaste, katalüsaatorite - sisepõlemismootorite elementide, pika kasutuseaga tennisepallide, aga ka ülitugevate ja samas kergete tennisereketite, metallide lõikamise tööriistade tootmisel. , antistaatilised katted tundlikele elektroonikaseadmetele ja spetsiaalsed katted akendele, mis tagavad nende isepuhastumise.
Kuidas nanoseadmeid luuakse?
Praegu on nanoseadmete valmistamiseks kaks peamist meetodit.
Alla üles. Nanoseadmete kokkupanek “molekulilt molekuli” põhimõttel, mis meenutab maja kokkupanemist või. Lihtsaid nanoosakesi, näiteks kosmeetikas kasutatavat titaandioksiidi või raudoksiidi, saab toota keemilise sünteesi teel.
Üksikuid aatomeid ringi lohistades on võimalik luua nanoseadmeid nn aatomjõumikroskoobi (või skaneeriva tunnelmikroskoobi) abil, mis on selliste protseduuride tegemiseks piisavalt tundlik. Seda tehnikat demonstreerisid esmakordselt IBM-i spetsialistid - skaneeriva tunnelmikroskoobi abil panid nad paika IBM-i lühendi, asetades vastavalt 35 ksenooni aatomit nikliproovi pinnale.
Ülevalt alla. See meetod eeldab, et kasutame makroskoopilist proovi ja näiteks söövitamise abil loome selle pinnale tavalisi mikroelektroonikaseadmete komponente, mille parameetrid on iseloomulikud nanoskaalale.
Kas nanotehnoloogia ohustab inimeste tervist või keskkonda?
Nanoosakeste negatiivse mõju kohta pole palju teavet. 2003. aastal näitas üks uuring, et süsiniknanotorud võivad kahjustada hiirte ja rottide kopse. 2004. aasta uuring näitas, et fullereenid võivad kaladel koguneda ja põhjustada ajukahjustusi. Kuid mõlemas uuringus kasutati ebatavalistes tingimustes suures koguses ainet. Ühe eksperdi, keemik Kristen Kulinowski (USA) sõnul "oleks soovitatav piirata kokkupuudet nende nanoosakestega, hoolimata asjaolust, et praegu puudub teave nende ohu kohta inimeste tervisele."
Mõned kommentaatorid on ka väitnud, et nanotehnoloogia laialdane kasutamine võib kaasa tuua sotsiaalseid ja eetilisi riske. Näiteks kui nanotehnoloogia kasutamine käivitab uue tööstusrevolutsiooni, toob see kaasa töökohtade kadumise. Lisaks võib nanotehnoloogia muuta inimese kontseptsiooni, kuna selle kasutamine aitab pikendada eluiga ja suurendab oluliselt keha vastupidavust.
"Keegi ei saa eitada, et mobiiltelefonide ja Interneti laialdane kasutuselevõtt on toonud ühiskonnas kaasa tohutuid muutusi," ütleb Kristen Kulinowski. "Kes julgeks väita, et nanotehnoloogial pole lähiaastatel ühiskonnale suuremat mõju?"
Mis on nanotehnoloogia?
Avaldatud kur 29. juunil 2007 - 22:51.Ükskõik kui kummaliselt see küsimus meie ajal ka ei kõlaks, tuleb sellele vastata. Vähemalt enda jaoks. Selle valdkonna teadlaste ja spetsialistidega suheldes jõudsin järeldusele, et küsimus jääb endiselt lahtiseks.
Keegi Wikipedias määratles selle järgmiselt:
Nanotehnoloogia on rakendusteaduse ja -tehnoloogia valdkond, mis tegeleb objektide omaduste uurimisega ja nanomeetri suurusjärgus mõõtmetega seadmete arendamisega (SI ühikute süsteemi järgi 10-9 meetrit).
Populaarne ajakirjandus kasutab tavainimese jaoks veelgi lihtsamat ja arusaadavamat määratlust:
Nanotehnoloogia on tehnoloogia ainega manipuleerimiseks aatomi- ja molekulaarsel tasandil.
(Mulle meeldivad lühikesed määratlused :))
Või siin on professor G. G. Elenini (MSU, M. V. Keldyshi Rakendusmatemaatika Instituut RAS) määratlus:
Nanotehnoloogia on interdistsiplinaarne teadusvaldkond, milles uuritakse füüsikaliste ja keemiliste protsesside seaduspärasusi nanomeetri mõõtmetega ruumipiirkondades, et juhtida üksikuid aatomeid, molekule, molekulaarsüsteeme uute molekulide, nanostruktuuride, nanoseadmete ja spetsiaalsete füüsikaliste omadustega materjalide loomisel. , keemilised ja bioloogilised omadused.
Jah, üldiselt on kõik üsna selge.. Aga meie (eriti märgin, kodumaine) pedantne skeptik ütleb: "Mis, iga kord, kui lahustame teeklaasis tüki suhkrut, kas me ei manipuleeri selle ainega molekulaarne tase?"
Ja tal on õigus. Juhtivatele mõistetele on vaja lisada "manipulatsiooni kontrolli ja täpsusega".
Föderaalne teadus- ja innovatsiooniagentuur esitab "Vene Föderatsiooni nanotehnoloogia valdkonna töö arendamise kontseptsioonis aastani 2010" järgmise määratluse:
"Nanotehnoloogia on meetodite ja tehnikate kogum, mis võimaldab luua ja muuta kontrollitud viisil objekte, sealhulgas komponente, mille suurus on alla 100 nm, vähemalt ühes mõõtmes, ning selle tulemusena omandada põhimõtteliselt uued omadused, mis võimaldama nende integreerimist täielikult toimivatesse suuremahulistesse süsteemidesse laiemas tähenduses, see mõiste hõlmab ka selliste objektide diagnoosimise, iseloomustamise ja uurimise meetodeid.
Vau! Jõuliselt öeldud!
Või defineerib Vene Föderatsiooni haridus- ja teadusministeeriumi riigisekretär Dmitri Livanov nanotehnoloogiat järgmiselt:
"Teaduslike, tehnoloogiliste ja tööstuslike valdkondade kogum, mis on ühendatud üheks kultuuriks, mis põhineb operatsioonidel ainega üksikute molekulide ja aatomite tasemel."
Lihtne skeptik on rahul, aga skeptik-spetsialist ütleb: „Eks need samad nanotehnoloogiad tegelevad pidevalt traditsioonilises keemias või molekulaarbioloogias ja paljudes teistes teadusvaldkondades, luues uusi aineid, milles määratakse nende omadused ja struktuur. teatud viisil ühendatud nano-suuruste objektide abil?
Mida teha? Me mõistame, mis on "nanotehnoloogia". Me tunneme seda, võiks öelda.. Proovime lisada definitsioonile veel paar terminit.
Occami habemenuga
Nanotehnoloogia: igasugune tehnoloogia selliste objektide loomiseks, mille tarbijaomadused on määratud üksikute nanosuuruses objektide juhtimise ja manipuleerimise vajadusega.
Lühike ja säästlik? Selgitame definitsioonis kasutatud termineid:
"Igasugune": See termin on mõeldud erinevate teadus- ja tehnoloogiavaldkondade spetsialistide ühitamiseks. Teisest küljest kohustab see termin nanotehnoloogia arendamise eelarvet kontrollivaid organisatsioone hoolitsema paljude valdkondade rahastamise eest. Sealhulgas muidugi molekulaarsed biotehnoloogiad. (Ilma vajaduseta nende juhiste nimele kunstlikult lisada eesliidet “nano-”). Pean seda üsna oluliseks terminiks nanotehnoloogia olukorra kohta meie riigis praegusel etapil :).
"Tarbijaomadused"(muidugi võite kasutada traditsioonilist terminit "kasutajaväärtus" - nagu soovite): objektide loomine selliste täiustatud meetodite abil nagu aine juhtimine ja manipuleerimine nanotasandil peaks andma uusi tarbijaomadusi või mõjutama toote hinda. objektid, muidu muutub see mõttetuks.
Samuti on selge, et selle määratluse alla kuuluvad ka näiteks nanotorud, mille üks lineaarsetest mõõtmetest asub traditsiooniliste mõõtmete piirkonnas. Samal ajal võivad loodud objektid ise olla mis tahes suurusega - "nano" kuni traditsioonilise.
"Isikisik": selle termini olemasolu eemaldab definitsiooni traditsioonilisest keemiast ja nõuab selgelt kõige arenenumate teaduslike, metroloogiliste ja tehnoloogiliste vahendite olemasolu, mis suudavad tagada kontrolli üksikute ja vajadusel isegi konkreetsete nanoobjektide üle. Just individuaalse kontrolliga saame esemeid, millel on tarbijale uudne. Võib väita, et näiteks paljud olemasolevad tehnoloogiad ülipeente materjalide tööstuslikuks tootmiseks ei vaja sellist kontrolli, kuid see on vaid esmapilgul; tegelikult nõuab ülipeente materjalide sertifitseeritud tootmine tingimata kontrolli üksikute osakeste suuruse üle.
"Kontroll", ilma "Manipuleerimine" laiendab definitsiooni nn. "eelmise põlvkonna" nanotehnoloogia.
"Kontroll" koos "Manipuleerimine" laiendab määratlust arenenud nanotehnoloogiatele.
Seega, kui me suudame leida konkreetse nanosuuruses objekti, juhtida ja vajadusel muuta selle struktuuri ja seoseid, siis on see “nanotehnoloogia”. Kui me saame nanosuuruses objekte ilma sellise kontrolli võimaluseta (konkreetsete nanoobjektide üle), siis see ei ole nanotehnoloogia või parimal juhul "eelmise põlvkonna" nanotehnoloogia.
"Nanosuuruses objekt": aatom, molekul, supramolekulaarne moodustumine.
Üldiselt püüab definitsioon siduda teaduse ja tehnoloogia majandusega. Need. vastab nanotööstuse arenguprogrammi põhieesmärkide saavutamisele: kõrgtasemel uurimis- ja tootmismeetoditel põhinevate tehnoloogiate loomine, samuti saavutatud saavutuste kommertsialiseerimine.
Üldiselt ma praegu lõpetaksin sellega. Ja sina?
Http://www.nanonewsnet.ru/what-are-the-nanotechnologies
Meie riigis on valitsus vastu võtnud nanotööstuse arendamise programmi. Sõna "nanotehnoloogia" on muutunud üleöö moes, meedias arutatakse selle paljutõotava teadusvaldkonna arengu valguses aktiivselt riigi väljavaateid. Mis on nanotehnoloogia ja kuidas see võib olla kasulik?
Teame hästi, et sentimeeter on sajandik meetrist, millimeeter on tuhandik ja nanomeeter on meetri miljardik. Nano- tähendab miljardit millestki.
Nanotehnoloogia – need on nanosuuruses struktuuride loomise meetodid, mis annavad materjalidele ja seadmetele kasulikke ja mõnikord lihtsalt erakordseid omadusi supermikroskoopiliste struktuuride tootmiseks kõige väiksematest aineosakestest. aatomid ja aja jooksul muudavad need meie elu radikaalselt paremaks.
Nanotehnoloogia meditsiinis
Alates nanotehnoloogilised arengud meditsiinis Nad ootavad revolutsioonilisi saavutusi võitluses vähi, eriti ohtlike infektsioonidega, varajases diagnoosimises ja proteesides. Kõigis neis valdkondades tehakse intensiivseid uuringuid. Mõned nende tulemused on juba jõudnud meditsiinipraktikasse. Siin on vaid kaks silmatorkavat näidet:
Tappes mikroobid ja hävitades kasvajaid, ründavad ravimid tavaliselt terveid organeid ja keharakke. Just seetõttu ei saa mõnda tõsist haigust ikka veel usaldusväärselt ravida – ravimeid tuleb kasutada liiga väikestes annustes. Lahenduseks on soovitud aine toimetamine otse kahjustatud rakku, ilma ülejäänud osa mõjutamata.
Selleks luuakse nanokapslid, enamasti bioloogilised osakesed (näiteks liposoomid), mille sisse asetatakse ravimi nanodoos. Teadlased üritavad kapsleid "häälestada" teatud tüüpi rakkudele, mida nad peaksid membraanidesse tungides hävitama. Üsna hiljuti ilmusid esimesed seda tüüpi tööstuslikud ravimid teatud tüüpi vähi ja muude haiguste vastu võitlemiseks.
Nanoosakesed aitavad lahendada muid probleeme ravimite kohaletoimetamisega organismis. Seega on inimese aju looduse poolt tõsiselt kaitstud mittevajalike ainete tungimise eest läbi veresoonte. See kaitse pole aga täiuslik. Sellest saavad kergesti üle alkoholi, kofeiini, nikotiini ja antidepressantide molekulid, kuid see blokeerib ravimeid aju enda tõsiste haiguste korral. Nende tutvustamiseks tuleb teha keerulisi operatsioone. Nüüd katsetatakse uut meetodit ravimite ajju toimetamiseks nanoosakeste abil. "Ajubarjääri" vabalt läbiv valk mängib "Trooja hobuse" rolli: selle valgu molekulide külge "kinnitub" kvantpunkt (pooljuhtnanokristall), mis koos sellega tungib ajurakkudesse. Praegu annavad kvantpunktid vaid märku, et edaspidi on barjäär ületatud, neid ja teisi nanoosakesi plaanitakse kasutada diagnostikas ja ravis.
Ülemaailmne inimgenoomi dešifreerimise projekt on juba ammu lõpule viidud - DNA molekulide struktuuri täielik kindlaksmääramine, mis leiduvad meie keha kõigis rakkudes ja kontrollivad pidevalt nende arengut, jagunemist ja uuenemist. Ravimite individuaalseks väljakirjutamiseks, pärilike haiguste diagnoosimiseks ja prognoosimiseks on aga vaja dešifreerida mitte genoom üldiselt, vaid konkreetse patsiendi genoom. Kuid dekrüpteerimisprotsess on endiselt väga pikk ja kallis.
Nanotehnoloogia pakub selle probleemi lahendamiseks huvitavaid viise. Näiteks nanopooride kasutamine – kui molekul läbib sellise lahusesse asetatud poori, registreerib andur selle elektritakistuse muutuse järgi. Siiski saab palju ära teha, ootamata nii keerulise probleemi täielikku lahendust. Juba on olemas biokiibid, mis suudavad ühe analüüsi käigus ära tunda enam kui kakssada „geneetilise sündroomi“, mis põhjustavad patsiendil erinevaid haigusi.
Üksikute elusrakkude seisundi diagnostika otse kehas on nanotehnoloogia teine rakendusvaldkond. Hetkel katsetatakse sonde, mis koosnevad kümnete nanomeetrite paksusest valguskiust, mille külge on kinnitatud keemiliselt tundlik nanoelement. Sond sisestatakse rakku ja edastab optilise kiu kaudu teavet tundliku elemendi reaktsiooni kohta. Nii on võimalik reaalajas uurida rakusiseste erinevate tsoonide seisukorda ja saada väga olulist infot selle peenbiokeemia rikkumiste kohta. Ja see on võti tõsiste haiguste diagnoosimiseks staadiumis, mil väliseid ilminguid veel pole - ja kui haigust on palju lihtsam ravida.
Huvitav näide on uute tehnoloogiate loomine DNA molekulide sekveneerimiseks (nukleotiidjärjestuse määramiseks). Üks neist tehnikatest on nanopooride järjestamine, tehnoloogia, mis kasutab poore elektrolüüdilahuses suspendeeritud submikroni suuruste kuni millimeetri suuruste osakeste loendamiseks. Kui molekul läbib poori, muutub anduri ahelas elektritakistus. Ja iga uus molekul registreeritakse voolu muutuse järgi. Peamine eesmärk, mida seda meetodit arendavad teadlased püüavad saavutada, on õppida ära tundma üksikuid nukleotiide RNA-s ja DNA-s.
Ilu ja nanotehnoloogia
Ilutööstus on üks valdkondi, kus uusimaid tehnoloogiaid kõige kiiremini rakendatakse. Nanotehnoloogiaid, mida suhteliselt hiljuti enam ainult tehnilistes seadmetes ei kasutata, võib nüüd üha enam leida kosmeetikatoodetest. On kindlaks tehtud, et 80 protsenti kõikidest nahale kantud kosmeetilistest ainetest jääb sellele sõltumata maksumusest. See tähendab, et nende kasutamise mõju mõjutab peamiselt ainult naha ülemise osa seisundit. Seetõttu sõltub kosmeetikatööstuse edu üha enam aktiivsete ainete naha sügavamatesse kihtidesse viimise süsteemide väljatöötamisest. Nanotehnoloogia on tulnud appi selle probleemi lahendamisel, mis on kosmeetikuid pikka aega silmitsi seisnud. Naha vananemine on tingitud asjaolust, et rakkude uuenemine aeglustub koos vanusega. Noorte rakkude kasvu stimuleerimiseks, mille arv määrab naha elastsuse, selle värvuse ja kortsude puudumise, on vaja tegutseda pärisnaha sügavaimas, idukihis. Seda eraldab nahapinnast sarvjas soomuste barjäär, mida hoiab koos lipiidikiht. Seda saab teha ainult rakkudevaheliste ruumide kaudu, mille läbimõõt on tühine - mitte üle 100 nm. Kuid mikroskoopiline "värav" pole ainus takistus. On veel üks raskus: neid lünki täitvad ained ei lase vees lahustuvatel ühenditel läbi pääseda. Kuid neid aineid, mida nimetatakse lipiidideks, saab nanotehnoloogia abil petta. Üheks lahenduseks bioloogiliselt aktiivsete ainete kohaletoimetamise probleemile oli kunstlike "konteinerite", liposoomide loomine, mis esiteks on väikese suurusega, tungivad rakkudevahelisse ruumi ja teiseks tunnistavad lipiidid neid "sõbralikeks". Liposoom on kolloidne süsteem, milles vesipõhist südamikku ümbritseb igast küljest suletud sfääriline moodustis. Sel viisil maskeeritud vees lahustuv ühend läbib takistamatult lipiidbarjääri. Liposoomidel põhinev kosmeetika võitleb naha esimeste vananemismärkidega – suurenenud kuivuse ja kortsudega. Tänu liposomaalsete komplekside süsteemile suudavad toitained tungida üsna sügavale. Kuid kahjuks mitte piisavalt, et oluliselt mõjutada naha regeneratiivseid protsesse. Mitsellid on mikroskoopilised osakesed, mis moodustuvad lahustes ja koosnevad südamikust ja kestast. Sõltuvalt lahuse olekust ja sellest, millest südamik ja kest on valmistatud, võivad mitsellid võtta erinevaid väliseid vorme. Liposoomid on mitsellide tüüp.
Järgmine etapp vananemisvastase kosmeetika väljatöötamisel oli setete teke. Need transpordikompleksid on liposoomidega võrreldes veelgi väiksemad ja on sfäärilised struktuurid, mis on täidetud vitamiinide, mikroelementide või muude kasulike ainetega. Väikese suuruse tõttu on nanosoomid võimelised tungima naha sügavamatesse kihtidesse. Kuid hoolimata kõigist oma eelistest ei ole nanosoomid võimelised transportima rakkude õigeks toitumiseks vajalikke bioaktiivseid komplekse. Kõik, milleks nad on võimelised, on transportida ühte ainet, näiteks vitamiini. Hiljutised arengud biotehnoloogia vallas on võimaldanud luua kosmeetikat, mis mitte ainult ei suuda tungida dermise idukihi tsooni, vaid põhjustab selles täpselt neid protsesse, mis olid laboris programmeeritud. Nanokompleksidel põhinev sihipärane kosmeetika ei vii toitaineid ainult naha sügavatesse kihtidesse – olenevalt ülesandest on selle arsenalis niisutamine, puhastamine, toksiinide eemaldamine, armide silumine ja palju muud. Lisaks luuakse nanokompleksid nii, et bioaktiivsete ainete vabanemine toimub täpselt selles nahapiirkonnas, kus neid vajatakse. Sellise kosmeetika peamine eelis on vananemise sihipärane ennetamine. Lõppude lõpuks on nahas toimuvate protsesside korrigeerimine palju tõhusam kui nende protsesside tulemustega võitlemine. V.