Maailmas on käimas nanotööstusesse investeerimise buum. Suurem osa investeeringutest nanotehnoloogiasse tuleb USA-st, EL-ist, Jaapanist ja Hiinast. Teaduspublikatsioonide, patentide ja ajakirjade arv kasvab pidevalt. Prognooside kohaselt luuakse 2015. aastaks 1 triljoni dollari väärtuses kaupu ja teenuseid, sealhulgas kuni 2 miljoni töökoha loomine.
Venemaal on haridus- ja teadusministeerium loonud nanotehnoloogiate ja nanomaterjalide probleemi ametkondadevahelise teadus- ja tehnikanõukogu, mille tegevus on suunatud tehnoloogilise pariteedi säilitamisele tulevikumaailmas. Nanotehnoloogiate arendamiseks üldiselt ja nanomeditsiini arendamiseks valmistatakse ette föderaalse sihtprogrammi vastuvõtmist nende arendamiseks. See programm hõlmab pikemas perspektiivis mitmete spetsialistide koolitamist.
Kokkuvõtte teises peatükis kirjeldatud nanomeditsiini edusammud saavad erinevatel hinnangutel kättesaadavaks alles 40-50 aasta pärast. Mitmed hiljutised avastused, arendused ja investeeringud nanotööstusesse on aga viinud selleni, et üha enam analüütikuid on seda tähtaega 10-15 aasta võrra allapoole nihutanud ja võib-olla pole see piir.
Nanotehnoloogia laiemalt ja eriti nanomeditsiini edusammude abil saab võimalikuks nanoseadmete implanteerimine inimese ajju, suurendades oluliselt inimese teadmisi ja tema mõtlemise kiirust. Need prognoosid, sealhulgas isikliku surematuse saavutamise potentsiaal, said üheks peamiseks teguriks uue filosoofilise liikumise – transhumanismi – tekkes, mille järgi inimliik pole evolutsiooni kroon, vaid vahelüli. See liik peab oma intellektuaalseid ja füüsilisi võimeid veel radikaalselt suurendama.
Muidugi käivad probleemid käsikäes saavutustega – näiteks nanomaterjalide biosobivus ja see, et vähe on uuritud, nanoosakeste ja mikroseadmete organismi sattumise võimalikud kahjulikud tagajärjed inimese tervisele. Nanotehnoloogia ohtude kohta on avaldatud võrreldamatult vähem teaduslikke uurimusi kui nende paremust ja vajalikkust kinnitavaid töid.
Nanomeditsiin ja nanotehnoloogia üldiselt on uued valdkonnad ning nende kahjulike mõjude kohta on vähe eksperimentaalseid tõendeid. Eriti murettekitav on teadmiste puudumine selle kohta, kuidas nanoosakesed inimkehas toimuvatesse biokeemilistesse protsessidesse integreeruvad. Hiljutises ajakirjas Medical Journal of Australia avaldatud artikkel viitab sellele, et nanomeditsiini ohutuseeskirjad võivad nõuda ainulaadseid riskihindamise meetodeid, võttes arvesse toodete uudsust ja mitmekesisust, konstrueeritud nanoosakeste suurt liikuvust ja reaktsioonivõimet ning et nende kasutuselevõtt praktikas põhjustab diagnostika hägustumist. ja terapeutiliste "ravimite" klassifikatsioonid ja "raviseade". Praegu räägivad mõned teadlased nanomeditsiini veelgi globaalsematest probleemidest, seavad kahtluse alla selle tõelise teaduse olemasolu, nende hulgas on üks maailma juhtivaid nanotoksikoloogia eksperte – Gunther Oberdoester, MKÜ keskkonnameditsiini osakonna toksikoloogiaprofessor. Rochester. "Paljudes mõttes on nanomeditsiini lubadused laiutamine. Tõepoolest, paljud asjad tunduvad väga paljulubavad, kuid seni on tehtud ainult loomkatseid, et näidata, kuidas see toimib,“ ütleb Oberdoester.
Lisaks patsientidele avalduvatele ilmsetele võimalikele riskidele on nanomeditsiiniga seotud ka teisi toksikoloogilisi riske. Samuti on probleeme nanojäätmete kõrvaldamisega ning nanomeditsiini ja -materjalide tootmisest tingitud keskkonnareostusega. "Neid võimalikke riske tuleb samuti hoolikalt hinnata, " ütleb Oberdoster. "Seda pole veel tehtud."
Vene teadlased avastasid, et inimkeskkonnas on tohutul hulgal bioloogiliselt aktiivseid nanoosakesi, mis satuvad inimkehasse ilma meditsiinilise järelevalveta ega mõjuta inimkeha just parimal viisil. Näiteks polüstüreeni nanoosakeste sissehingamine ei põhjusta mitte ainult kopsukoe põletikku, vaid provotseerib ka veresoonte tromboosi. On tõendeid, et süsiniku nanoosakesed võivad põhjustada südamehäireid ja pärssida immuunsüsteemi aktiivsust. Akvaariumi kalade ja koertega tehtud katsed on näidanud, et fullereenid, mitme nanomeetri läbimõõduga mitmeaatomilised sfäärilised süsiniku molekulid, võivad hävitada ajukude. Nanoosakeste tungimine biosfääri on tulvil palju tagajärgi, mida pole veel infopuuduse tõttu võimalik ennustada.
Paljud inimesed usuvad, et nanomeditsiini areng toob kaasa mitmeid sotsiaalseid probleeme. Nanotehnoloogiliste arengute ja ennustuste valdkonna klassik Eric Drexler märkis, et replikaatorite tootmise tehnoloogia loomine võib kaasa aidata näiteks despootlikele valitsemisvormidele (elanikkonna jälgimise korraldamine, inimkeha kontrollimine ja meel).
Sotsiaalne ebavõrdsus võib suureneda eelkõige nanotehnoloogia saavutuste meditsiinis juurutamise esimestel etappidel, mil uute ravimite ja meetodite hind on veel üsna kõrge. See süvendab mõningaid moraalseid probleeme, mis tänapäeva meditsiinis juba eksisteerivad.
Oodatava eluea märkimisväärne pikenemine tingib vajaduse pensioniseaduste läbivaatamist ja süvendab maakera ülerahvastatuse probleemi.
Meie riigi peamiseks probleemiks on üleminek teaduslikelt laboriuuringutelt majanduslikult tasuvale tööstuslikule tootmisele. Kui maailmapraktikas on investeeringud nanotehnoloogiasse kõige tulusamad, siis Venemaal on endiselt vähe eraettevõtteid ja eraisikuid, kes otsustavad nanotehnoloogiasse investeerida.
Veel üks laialdaselt arutatud probleem on see, mida Drexler nimetab "halliks nässu" probleemiks. Räägime võimalikust kontrolli kaotamisest nanoosakeste üle, mis hakkavad kontrollimatult paljunema. Teadlased usuvad aga, et selle probleemi lahendamine polegi nii keeruline, eriti võrreldes nende osakeste loomise põhiprobleemiga.
Nanotehnoloogia muudab inimkonna elu põhjalikult ja loob igale inimesele uusi väljavaateid mitte ainult majapidamismugavuste, vaid ka tervise valdkonnas. Nanotehnoloogia positiivne mõju kõikidele inimelu valdkondadele kaalub kahtlemata üles ohud, mis kaasnevad selle konkreetsete rakendustega ja mis nõuavad konkreetseid ettevaatusabinõusid.
Nanotehnoloogia ei seisne ainult teaduse ja tehnika saavutustes. Selle teaduse tekkimine tähistab põhjapanevaid muutusi maailma tundmises ning erinevate teadusharude ja erinevate tööstusharude koosmõjus. Nanotehnoloogia on teaduse ja tehnoloogia arengu interdistsiplinaarne suund. See ühendab endas füüsika, keemia, bioloogia, arvutiteaduse ja kahtlemata on nanotehnoloogia vallas tegemata palju suuri avastusi, mis võivad olemasolevat maailma muuta.
Järeldus
Võime järeldada, et nanotehnoloogia on järk-järgult hõivamas meie elus üha olulisemat kohta. Nanotehnoloogia toomine meie ellu võib selle oluliselt lihtsamaks muuta ning nanotehnoloogia areng meditsiini vallas aitab võidelda inimkonna kõige kohutavamate haigustega nagu vähk. Kauges tulevikus võib nanomeditsiini areng viia isegi surematuse saavutamiseni. Nanotehnoloogia rakendusvaldkondi on palju. Ja nende tehnoloogiate rakendusala suureneb iga päevaga ja tõotab palju muud huvitavat.
Samas ootavad paljud nanotehnoloogialt järgmist “tööstusrevolutsiooni”, mille mikro- või arvutitehnoloogiad kunagi tootsid. Jah, need suudavad lahendada mõned meie pakilised probleemid, kuid nanotehnoloogia osas on endiselt liiga palju ebaselget. Siiani pole täiesti selge, kui kahjutud on nanomaterjalid inimestele ja millised kõrvalmõjud neil võivad olla – teisisõnu, millised piirangud nende kasutamisele kehtivad. Olemasolevate tehnoloogiate täiustamine sellisele tasemele, et saaks rääkida tehnilisest revolutsioonist, võtab ikka palju aega.
Võime kindlalt öelda, et nanotehnoloogia on tulevikuteadus.
Bibliograafia.
1. Razumovskaja I.V. Nanotehnoloogia: õpik. Kasu. Valikkursus M.: Bustard, 2009.
2. Nanotehnoloogiat käsitlev veebisait Nanotehnoloogia uudistevõrk /// link kehtib 18.04.2011
3. Veebiajakiri “Commercial Nanotechnology” /// link kehtib 18.04.2011
4. Vene elektrooniline nanoajakiri “Russian Nanotechnologies” /// link kehtib 18.04.2011
5. Nanotehnoloogiate/nanotehnoloogiate teadusteabe portaal/link kehtib alates 18.04.2011
6. Föderaalne Interneti-portaal “Nanotehnoloogiad ja nanomaterjalid” /// link kehtib 18.04.2011
7. Nanotehnoloogia arengu väljavaated Venemaal ///files/journalsf/item/20061107123532.pdf link kehtib 18.04.2011
8. Kultuuride entsüklopeedia Déjà vu ///main.htmllink kehtib 18.04.2011
9. Futura veebiajakiri // / home.php3 link kehtib alates 18.04.2011
10. R. P. Feynman, “There’s Plenty of Room at the Bottom”, Engineering and Science (California Institute of Technology), veebruar 1960, lk 22-36. Loengu tekst on kättesaadav Internetis aadressil http://nano .xerox.com/nanotech/feynman.html Venekeelne tõlge, mis on avaldatud ajakirjas "Chemistry and Life", nr 12, 2002, lk 21-26.
12. Yu. D. Semchikov. "Dendrimeerid – uus polümeeride klass." Sorose haridusajakiri. 1998. nr 12, lk 45-51.
13. Robert A. Freitas Jr., "Uuriv disain meditsiinilises nanotehnoloogias: mehaaniline kunstlik punalible", tehisrakud, vereasendajad ja Immobil. Biotehnoloogia. 26 (1998): 411-430.
14. "Mikrokiipide võlu." "Teaduse maailmas", november, 2002, lk 6-15.
15. Biopolümeeride skaneeriva sondi mikroskoopia. Ed. I. V. Yaminsky. M., "Teadusmaailm", 2007.
17. Isaac Asimov, "Kas keegi on seal?" Ace Books, New York, 1967.
18. Robert C.W. Ettinger, The Prospect of Immortality, Doubleday, NY, 1964. Venekeelne tõlge: Robert Ettinger. Surematuse väljavaated. M., "Teadusmaailm", 2003
19. Robert A. Freitas Jr., "Nanomeditsiin". Vol. 1: Basic Capabilities". Landes Bioscience, Austin, Tx, 2009. Venekeelne tõlge on avaldamiseks ettevalmistamisel.
20. R. F. Feynman, "Kas teete nalja, Mr. Feynman?", toim. "Regulaarne ja kaootiline dünaamika", 2001
21. A. MacKinnon, "Kvanthammasrattad: lihtne mehaaniline süsteem kvantrežiimis", Nanotechnology 13 (oktoober, 2002) 678-681. Tekst on saadaval veebis aadressil http://arxiv.org/abs/cond-mat/0205647.
22. “Kvantarvutus: plussid ja miinused” (kogumik). Iževsk, 1999.
23. S.D Howe. Nanotehnoloogia: aeglane revolutsioon. Forrester Research Corporation, august 2002, Cambridge, Maryland, USA, 21 lk.
24. S.B. Nesterov. Nanotehnoloogia. Praegune seis ja väljavaated. "Uued infotehnoloogiad". XII rahvusvahelise üliõpilaskooli-seminari aruannete kokkuvõtted - M.: MGIEM, 2004, 421 lk, lk 21-22.
25. I.V. Artjuhhov, V.N. Kemenov, S.B. Nesterov. Biomeditsiinilised tehnoloogiad. Ülevaade töö seisu ja suuna kohta. 9. teadus-tehnilise konverentsi "Vakuumteadus ja -tehnoloogia" materjalid - M.: MIEM, 2002, lk. 244-247
26. I.V. Artjuhhov, V.N. Kemenov, S.B. Nesterov. Nanotehnoloogia, bioloogia ja meditsiin. 9. teadus-tehnilise konverentsi "Vakuumteadus ja -tehnoloogia" materjalid - M.: MIEM, 2002, lk. 248-253
27. http://refdb.ru/look/1075853.html
28. http://www.gradusnik.ru/rus/doctor/nano/w57k-nanomed1/
29. http://dok.opredelim.com/docs/index-13571.html
30. http://www.uran.donetsk.ua/~masters/2012/fknt/osipova/library/article5.htm
NanoImpactis avaldatud uue uuringu kohaselt on taimed mürgiste nanoosakeste suhtes tundlikumad, kui nende vanemad on kasvanud saastunud pinnases. Tulemused rõhutavad nanomaterjalide taimedele mõju käsitlevate uuringute täiustamise ja laiendamise tähtsust.
Teises ajakirjas NanoImpact avaldatud artiklis hoiatavad teadlased, et meie teadmised nanotehnoloogia kasutamisega seotud riskidest põllumajandusele ja nanomaterjalide mõjule taimedele, eriti toidukultuuridele, ei ole piisavad ning on aeg need ümber mõelda.
Nanotehnoloogiatööstus kasvab jätkuvalt kiires tempos. See põhineb pisikeste osakeste kasutamisel, mille suurus on üks miljardindik meetrist, mitmesuguste tehnoloogiliste rakenduste jaoks – päikesekaitsekreemidest patareideni.
Nanoosakesi kasutatakse tuhandetes kaubanduslikes toodetes, mistõttu on võimatu peatada nende akumuleerumist keskkonda. Kuid erinevalt paljudest teistest materjalidest võivad need olla väga reaktsioonivõimelised ning avaldada ainulaadset mõju inimeste tervisele ja ohutusele ning keskkonnale.
Nanoosakeste üheks oluliseks lõpp-punktiks on põllumullad. Nanoosakesed kantakse pinnasesse kastmise ja väetamise teel reoveepuhastitest. Seetõttu võivad põllukultuurid kokku puutuda rohkem nanoosakestega mullas, kus nad kasvavad.
Veelgi enam, nanotehnoloogial on potentsiaal muuta põllumajandust samal viisil, nagu see on muutnud revolutsiooni meditsiinis ja kommunikatsioonis, nii et teadlased peavad mõistma, kuidas see mõjutab mitte ainult praegu kasvatatavaid taimi, vaid ka tulevasi põllukultuure.
"Peame praegu uurima nanoosakeste mõju taimede kasvule," ütles dr Jason S. White USA Connecticutis asuvast põllumajanduskatsejaamast, kes on üks teadlastest, kes nõuab rohkem uuringuid. "Igal tehnoloogial on nii riske kui ka eeliseid ning isegi juhtudel, kui kasu võib olla tohutu, tuleb riske hoolikalt uurida. Nanoosakeste mõju kohta mitme põlvkonna taimedele on vaja rohkem uurida."
Dr Ma Texas A&M ülikoolist ja teised teadlased uurisid tseeriumoksiidi nanoosakeste mõju taimede tervisele ja saagikusele kolme põlvkonna taimedel – see on esimene kord, kui nii põhjalik uuring tehti. Nad kasvatasid kolme põlvkonda taimi Brassica rapa tseeriumoksiidiga saastunud pinnases ning uuris nanoosakeste mõju taimede kasvule ja paljunemisele. Nende tulemused näitasid, et selline kokkupuude vähendas seemnete kvaliteeti ja kannatasid järgmised taimede põlvkonnad ning saagikus vähenes. Ka järgnevatel põlvkondadel ilmnes samades kasvatustingimustes rohkem stressi märke kui nende "vanematel".
"Meie uuring laiendab oluliselt arusaamist taimede ja nanoosakeste vastastikmõjudest ja nanoosakeste mõjust põllukultuuridele kui enamik varasemaid uuringuid," ütles dr Ma.
Nende baasil loodud aineid nimetatakse nanomaterjalideks ning nende valmistamise ja kasutamise meetodeid nanotehnoloogiateks. Palja silmaga näeb inimene umbes 10 tuhande nanomeetrise läbimõõduga objekti.
Almanahh "Understanding Nanotechnology" Understanding Nanotechnology märgib, et hoolimata sellest, et termin "nanotehnoloogia" on viimastel aastatel muutunud väga populaarseks, on isegi selle teaduse ja tehnoloogia haru arengut toetanud inimestel sageli väga ligikaudne ettekujutus. millest me räägime. On märkimisväärne, et sõna “nanotehnoloogia” ei esine Ameerika inglise keele Websteri sõnaraamatu 1966. aasta akadeemilises sõnastikus, vaatamata sellele, et nanosfääris oli selleks ajaks uuritud juba üsna pikka aega.
USA eraldas president Bill Clintoni ajal esimest korda märkimisväärseid eelarvevahendeid nanotehnoloogia arendamiseks. Clinton selgitas seda fakti teatanud kõnes (peetud 2000. aastal), et nanotehnoloogia võimaldab luua suhkrukuubi suurusest ainetükist materjali, mis on terasest kümme korda tugevam. Seda määratlust peetakse praegu vulgaarseks ja äärmiselt primitiivseks, kuid pole mingit garantiid, et praegused nanotehnoloogia määratlused ei vananeks nähtavas tulevikus ega näe välja nagu painajalik anakronism. Tõenäoliselt annab suurima ellujäämisvõimaluse USA riikliku teadusfondi direktori Rita Colwelli definitsioon: "Nanotehnoloogia on värav teise maailma."
Ülemaailmsed kulutused nanotehnoloogiaprojektidele ületavad praegu 9 miljardit dollarit aastas. Ameerika Ühendriigid teevad praegu ligikaudu ühe kolmandiku kõigist ülemaailmsetest investeeringutest nanotehnoloogiasse. Teised suuremad tegijad selles valdkonnas on Euroopa Liit ja Jaapan. Selle valdkonna uuringuid tehakse aktiivselt ka endise NSV Liidu riikides, Austraalias, Kanadas, Hiinas, Lõuna-Koreas, Iisraelis, Singapuris, Brasiilias ja Taiwanis. Prognoosid näitavad, et 2015. aastaks võib nanotehnoloogiatööstuse erinevates sektorites töötajate koguarv ulatuda 2 miljoni inimeseni ning nanomaterjalide abil toodetud kaupade koguväärtus on vähemalt mitusada miljardit dollarit ja võib-olla läheneb 1 triljonile dollarile.
Nanotehnoloogia jaguneb tavaliselt kolme tüüpi. Nanoosakeste tööstuslik kasutamine autovärvides ja autokosmeetikas on näide "inkrementaalsetest" nanotehnoloogiatest. "Evolutsioonilisi" nanotehnoloogiaid esindavad nanomõõtmelised andurid, mis kasutavad kvantpunktide (läbimõõduga 2–10 nanomeetrit) fluorestseeruvaid omadusi ja süsinik-nanotorude elektrilisi omadusi (läbimõõt 1–100 nanomeetrit), kuigi need arengud on alles lapsekingades. "Radikaalsed" nanotehnoloogiad pole veel ilmunud, neid saab näha ainult ulmepõnevikutes. Samuti peaksime eeldama nende kolme tehnoloogia lähenemist.
Üleminek laboratoorselt tootmiselt masstootmisele on aga täis märkimisväärseid väljakutseid ning materjalide usaldusväärne töötlemine nanoskaalal nõutaval viisil on endiselt väga raske majanduslikult teostatav. Praegu kasutatakse nanomaterjale kaitsvate ja valgust neelavate katete, spordivarustuse, transistoride, valgusdioodide, kütuseelementide, ravimite ja meditsiiniseadmete, toiduainete pakendimaterjalide, kosmeetika ja rõivaste valmistamiseks. Juba praegu lisatakse diislikütusele tseeriumoksiidil põhinevaid nanolisandeid, mis võimaldab tõsta mootori efektiivsust 4-5% ja vähendada heitgaaside saasteastet. 2002. aastal kasutati Davis Cupil esmakordselt nanotehnoloogia abil loodud tennisepalle.
Kokku kasutab Ameerika tööstus ja teiste arenenud riikide tööstus praegu nanotehnoloogiat vähemalt 80 tarbekaupade rühma ning üle 600 tüüpi tooraine, komponendi ja tööstusseadmete tootmisprotsessis. Ameerika Ühendriikides kasvasid ainuüksi föderaalsed kulutused nanotehnoloogia programmidele ja projektidele 464 miljonilt dollarilt 2001. aastal 1 miljardile dollarile 2005. aastal. Kongressi uurimisteenistuse andmetel kavatseb USA 2006. aastal eraldada selleks otstarbeks 1,1 miljardit dollarit. Veel 2 miljardit dollarit kulutasid 2005. aastal Ameerika korporatsioonid samadel eesmärkidel (nanolaboreid lõid sellised ärihiiglased nagu HP, NEC ja IBM, ülikoolid ja üksikute riikide ametiasutused).
Pilvetu nanohomme
Viimastel aastatel on nanotehnoloogia rakenduste kohta avaldatud palju optimistlikke prognoose. Materjalide omadused nanoskaalas erinevad suurtest skaaladest, kuna nanoskaalal on pindala mahuühiku kohta äärmiselt suur. Nanotehnoloogia võib radikaalselt muuta praegu mikroelektroonikas, optoelektroonikas ja meditsiinis kasutatavaid meetodeid. Seetõttu on nanotehnoloogial tõeliselt hiiglaslik potentsiaal.
Tuntud teadlane Jay Storrs HallJ. Populaarteadusliku raamatu "Nanofuture" autor Storrs Hall väidab, et nanotehnoloogia muudab radikaalselt kõiki inimelu valdkondi. Nende põhjal saab luua kaupu ja tooteid, mille kasutamine toob kaasa revolutsiooni tervetes sektorites. Nende hulka kuuluvad nanosensorid keemia- ja biotehnoloogiatööstuse mürgiste jäätmete tuvastamiseks, ravimid, keemilised sõjavahendid, lõhkeained ja patogeensed mikroorganismid, samuti nanoosakeste filtrid ja muud puhastusseadmed, mis on loodud nende eemaldamiseks või neutraliseerimiseks.Veel üks näide paljulubavatest nanosüsteemidest lähitulevikus on elektrimagistraalid süsiniknanotorudel põhinevad kaablid, mis juhivad kõrgepingevoolu paremini kui vasktraadid ja kaaluvad samal ajal viis kuni kuus korda vähem Nanomaterjalid vähendavad oluliselt autode katalüsaatorite maksumust, mis puhastavad heitgaasid kahjulikke lisandeid, kuna nende abiga on võimalik nendes seadmetes kasutatava plaatina ja muude väärtuslike metallide tarbimist 15-20 korda vähendada. On põhjust arvata, et nanomaterjalid leiavad laialdast rakendust nafta rafineerimistööstuses ja sellistes uutes biotööstuse valdkondades nagu genoomika ja proteoomika.
Füüsik Ted Sargent, raamatu "The Dance of Molecules" autor konkreetsete patogeenide vastu. Raamatu Fantatic Voyage: Live Enough To Live Ever autor Ray Kurzweil ennustab, et on võimalik luua nanoroboteid, kes suudavad inimkeha sees "elada", kõrvaldades kõik tekkivad kahjustused või ennetades nende tekkimist.
Teoreetiliselt võib nanotehnoloogia anda inimesele füüsilise surematuse tänu sellele, et nanomeditsiin suudab lõputult taastada surevaid rakke. Ajakiri Scientific American ennustab, et lähiajal ilmuvad postmargi suurused meditsiiniseadmed. Piisab nende haavale kandmisest. See seade teeb iseseisvalt vereanalüüsi, määrab, milliseid ravimeid tuleb kasutada ja süstib need verre.
Eeldatavasti ilmuvad esimesed nanotehnoloogial põhinevad robotid juba 2025. aastal. Teoreetiliselt on võimalik, et nad suudavad valmis aatomitest konstrueerida mis tahes objekti. Nanotehnoloogial on potentsiaali põllumajandust revolutsiooniliselt muuta. Molekulaarrobotid suudavad toota toitu, asendades põllumajandustaimi ja loomi. Näiteks on teoreetiliselt võimalik toota piima otse rohust, jättes mööda vahepealsest lülist – lehmast. Nanotehnoloogia võib ka keskkonna olukorda stabiliseerida. Uut tüüpi tööstus ei tekita planeeti mürgitavaid jäätmeid. Uskumatud väljavaated avanevad ka infotehnoloogia vallas. Nanorobotid suudavad ellu äratada ulmekirjanike unistuse teiste planeetide koloniseerimisest – need seadmed suudavad luua neile inimese eluks vajaliku elupaiga. Forbes/Wolfe Nanotech Reporti toimetaja Josh Wolfe kirjutab: "Maailm lihtsalt ehitatakse uuesti üles. Nanotehnoloogia raputab kõik planeedil paika."
Lühike nanoajalugu
Teadusajaloolane Richard D. Booker märgib, et nanotehnoloogia ajalugu on äärmiselt raske luua kahel põhjusel – esiteks selle kontseptsiooni enda “hägusus”. Näiteks nanotehnoloogia ei ole sageli "tehnoloogia" selle sõna tavalises tähenduses. Teiseks on inimkond alati püüdnud nanotehnoloogiat katsetada, ise seda teadmata.
Raamatu "Sissejuhatus nanotehnoloogiasse" autor Charles P. Poole toob illustreeriva näite: Briti muuseumis asub nn "Lycurgus Cup" (tassi seintel on kujutatud stseene selle suure Sparta seadusandja elust), valmistatud Vana-Rooma käsitööliste poolt – see sisaldab klaasile lisatud kulla ja hõbeda mikroskoopilisi osakesi. Erineva valgustuse korral muudab tass värvi – tumepunasest helekuldseks. Sarnaseid tehnoloogiaid kasutati keskaegsetes Euroopa katedraalides vitraažakende loomisel.
Kreeka filosoofi Demokritost võib pidada nanotehnoloogia isaks. Umbes 400 eKr. Esmalt kasutas ta aine väikseima osakese kirjeldamiseks sõna "aatom", mis tähendab kreeka keeles "purustamatu". 1661. aastal avaldas Iiri keemik Robert Boule artikli, milles kritiseeris Aristotelese väidet, et kõik Maal koosneb neljast elemendist – veest, maast, tulest ja õhust (tolleaegse alkeemia, keemia ja füüsika filosoofiline alus). Boyle väitis, et kõik koosneb "kehadest" - üliväikestest osadest, mis erinevates kombinatsioonides moodustavad erinevaid aineid ja esemeid. Seejärel aktsepteerisid teadusringkonnad Demokritose ja Boyle'i ideed.
Ilmselt esimest korda uusaja ajaloos saavutas nanotehnoloogilise läbimurde Ameerika leiutaja George Eastman (hiljem asutas kuulsa firma Kodak), kes tootis fotofilme (see juhtus 1883. aastal).
1905. aastal Šveitsi füüsik Albert Einstein avaldas artikli, milles ta tõestas, et suhkrumolekuli suurus on ligikaudu 1 nanomeeter.
1931. aastal Saksa füüsikud Max Knoll ja Ernst Ruska lõid elektronmikroskoobi, mis võimaldas esmakordselt uurida nanoobjekte.
1968. aastal Ameerika ettevõtte Bell teadusdivisjoni töötajad Alfred ChoAlfred Cho ja John ArthurJohn Arthur töötasid välja pinnatöötluse nanotehnoloogia teoreetilised alused.
1974. aastal Jaapani füüsik Norio Taniguchi tõi teaduskäibesse sõna "nanotehnoloogia", mida ta tegi ettepaneku nimetada alla ühe mikroni suuruseid mehhanisme. Kreekakeelne sõna "nos" tähendab "päkapikke" ja viitab miljarditele terviku osadele.
1981. aasta Saksa füüsikud Gerd Binnig ja Heinrich Rohrer lõid mikroskoobi, mis suudab näidata üksikuid aatomeid.
1985. aastal Ameerika füüsikud Robert Curl, Harold KrotoHarold Kroto ja Richard SmalleyRichard Smalley on loonud tehnoloogia, mis võimaldab täpselt mõõta ühe nanomeetrise läbimõõduga objekte.
1986. aastal Nanotehnoloogia sai laiemale avalikkusele tuntuks. Ameerika futurist Eric DrexlerEric Drexler avaldas raamatu, milles ennustas, et nanotehnoloogia hakkab peagi aktiivselt arenema.
1989. aasta Donald Eigler IBMi töötaja Donald Eigler pani oma ettevõtte nime ksenooni aatomitega.
1993. aasta Ameerika Ühendriikides hakati välja andma Feynmani auhinda, mis on oma nime saanud füüsik Richard P. Feynmani järgi, kes pidas 1959. aastal prohvetliku kõne, milles väitis, et paljud teaduslikud probleemid saavad lahenduse alles siis, kui teadlased õpivad aatomitase. 1965. aastal pälvis Feynman Nobeli preemia oma uurimistöö eest kvantelektrodünaamika valdkonnas, mis on praegu üks nanoteaduste valdkondi.
1998 Hollandi füüsik Seez Dekker lõi nanotehnoloogial põhineva transistori.
1999. aasta Ameerika füüsikud James TourJames Tour ja Mark ReedMark Reed tegid kindlaks, et üksikmolekul võib käituda samamoodi nagu molekulaarahelad.
aasta 2000. USA administratsioon toetas riikliku nanotehnoloogia algatuse loomist. Nanotehnoloogiauuringud on saanud valitsuse rahastuse. Seejärel eraldati föderaaleelarvest 500 miljonit dollarit.
2001 – Mark A. Ratner, raamatu "Nanotechnology: A Gentle Introduction to the Next Big Idea" autor, usub, et nanotehnoloogia sai inimelu osaks 2001. aastal. Seejärel toimus kaks olulist sündmust: mõjukas teadusajakiri Science nimetas nanotehnoloogiat "aasta läbimurdeks" ja mõjukas äriajakiri Forbes nimetas seda "uueks paljutõotavaks ideeks". Tänapäeval kasutatakse nanotehnoloogiaga seoses perioodiliselt väljendit "uus tööstusrevolutsioon".
Fantoomne ähvardus
Ajalugu näitab vaieldamatult, et vaevalt kõik kasulikud leiutised ning teadus- ja tehnikaarengud mitte ainult ei aita kaasa majanduse arengule, vaid seavad inimkonna ka uutele ja mõnikord raskesti ennustatavatele ohtudele.
2004. aastal avaldas Credit Suisse First Boston analüütilise aruande nanotehnoloogia tuleviku kohta. Selles öeldakse, et nanotehnoloogia on klassikaline "üldotstarbeline tehnoloogia". Muud üldotstarbelised tehnoloogiad – aurumasinad, elekter ja raudteed – said tööstusrevolutsioonide aluseks. Seda tüüpi uuendused saavad tavaliselt alguse väga tooretest tehnoloogiatest, mille kasutusvõimalused on piiratud, kuid levivad seejärel kiiresti teistesse eluvaldkondadesse. Sellega algab "loomingu hävitamise protsess" (protsess, mille käigus uus tehnoloogia või toode pakub uusi võimalusi ja paremaid lahendusi, mille tulemusena asendatakse täielikult eelmine tehnoloogia või toode, kuna auru asendas elekter ja telegraafi asemel elektronpost). . Lähitulevikus loominguline hävitamine mitte ainult ei jätku, vaid kiireneb ning selle keskmes on nanotehnoloogia. Järeldus: "Enamik ettevõtteid, mis on loetletud praeguses Dow Jonesi tööstuskeskmises, ei ole tõenäoliselt seal kahekümne aasta pärast."
Eric Drexler Eric Drexler, Foresight Institute uurimistöö asutaja ja juht, raamatu “Loomise mootorid” autor, rõhutab, et tänapäeval maksab tööstustoote ostja selle disaini, materjalide, tööjõu, tootmiskulude, transpordi, ladustamise ja müügi eest. organisatsioon. Kui nanotehased suudavad igal ajal ja igal pool toota laia valikut tooteid, muutub enamik neist toimingutest tarbetuks. Seetõttu pole teada, kuidas nanotootmine hindu ja töötuse määra mõjutab. Nanotehnoloogia tootmise paindlikkus ja võimalus toota kardinaalselt paremaid tooteid tähendab, et tavatooted ei suuda paljudes valdkondades konkureerida nanotehaste toodetega. Kui nanotehase tehnoloogia kuulub ühele organisatsioonile või on selle kontrolli all, võib see viia "uue monopoliseerimiseni".
Vastutustundliku nanotehnoloogia keskus ennustab, et nanotehnoloogiatooted on tänapäevaste standardite järgi ülimalt väärtuslikud. Monopol võimaldab tehnoloogiaomanikel kehtestada kõikidele toodetele kõrged hinnad, et teenida suurt kasumit. See aga tähendab, et miljonid abivajajad ei saa juurdepääsu elutähtsale odavale tehnoloogiale. Aja jooksul vähendab konkurents hindu, kuid monopoli tekkimine on tõenäoline. Pealegi ei ole maailma "vaestel" riikidel suutlikkust nanouuringuid rahastada. Samuti on ebatõenäoline, et nanotehnoloogiale lubatakse eksisteerida reguleerimata kommertsturg.
Probleemil on ka teisi aspekte. Terroristid ja kurjategijad, kes saavad juurdepääsu nanotehnoloogiale, võivad põhjustada ühiskonnale märkimisväärset kahju. Keemia- ja bioloogilised relvad on ohtlikumad ja neid on palju lihtsam peita. Kaugelt tapmiseks on võimalik luua uut tüüpi relvi, mida on väga raske avastada või neutraliseerida. Raskemaks muutub ka kurjategija tabamine pärast sarnase kuriteo toimepanemist. Teisalt saab riik uusi võimalusi. Teoreetiliselt on võimalik luua väga väikeseid ja odavaid superarvuteid, mis suudavad käivitada vargsi ja käimasolevaid rahvastiku seireprogramme. Üsna tagasihoidlike kuludega saab toota tohutul hulgal jälgimisseadmeid. Tänu võimalusele ehitada miljardeid keerulisi seadmeid mõne dollari kogumaksumusega, saab iga ühele inimesele rakendatavat automatiseeritud tehnoloogiat rakendada kõigile. Kõik füüsilise või psühholoogilise kontrolli stsenaariumid, mis kasutavad nanotehnoloogia äärmuslikke võimalusi, näevad välja ulmelised ja ebausutavad.
Uued asjad ja muudatused harjumuspärases elukorralduses võivad viia ühiskonna aluste lõdvenemiseni. Näiteks meditsiiniseadmed, mis võimaldavad suhteliselt lihtsalt muuta aju struktuuri või stimuleerida teatud ajuosasid tekitama efekte, mis jäljendavad igasugust vaimset tegevust, võivad saada "nanotehnoloogia sõltuvuse" aluseks.
Nanotehnoloogial on ka helge sõjaline tulevik. Praegu tehakse maailmas sõjalist uurimistööd kuues põhivaldkonnas: "nähtamatuse" loomise ja vastu võitlemise tehnoloogiad, energiaressursid, iseparandussüsteemid (näiteks võimaldavad tanki või lennuki kahjustatud pinda automaatselt parandada või muuta selle värv), sideseadmed, samuti seadmed keemiliste ja bioloogiliste mõjurite tuvastamiseks. 1995. aastal ütles endine staabiülemate ühendkomitee liige David E. Jeremiah: „Nanotehnoloogial on potentsiaali radikaalselt muuta jõudude tasakaalu, rohkem kui isegi tuumarelvadel.”
Võib ette kujutada väikseima putuka suurust (umbes 200 mikronit) seadet, mis suudab leida kaitsmata inimesi ja süstida neile mürke. Botuliintoksiini surmav annus on 100 nanogrammi ehk umbes 1/100 kogu seadme mahust. 50 miljardit sellist relva – millest piisab iga inimese tapmiseks Maal – võiks hoida kohvris. Tulirelvad muutuvad palju võimsamaks - ja kuulid muutuvad koduks. Lennundustehnoloogia võiks olla palju kergem ja parem, valmistatud vähese metalliga või üldse mitte, muutes selle radari abil tuvastamise palju keerulisemaks. Sisseehitatud arvutid võimaldavad teil distantsilt aktiveerida mis tahes tüüpi relvi ja kompaktsemad energiaallikad parandavad oluliselt lahingurobotite võimalusi.
Analüütik Tom McCarthy, artikli “Molecular Nanotechnology and the World System” autor, väidab, et nanotehnoloogia aitab vähendada üksikute riikide majandusliku mõju taset. Sõjaliste operatsioonide ajal eelistavad armeed hävitada inimesi, mitte sõjavarustust või tööstusettevõtteid. Nanotehnoloogia võimaldab korraldada tööstuslikku tootmist ka piirkondades, kus puuduvad maavarad. Need muudavad väikesed rühmad täiesti iseseisvaks, mis võib kaasa aidata riikide kokkuvarisemisele.
Riskianalüüs
USA ja teised riigid püüavad hinnata nanotehnoloogia kasutamise ja täiustamise riske. USA-s on nanomaterjalide kasutamisest tulenevate võimalike ohtude analüüsi rahastamine aga endiselt väga väike.
Arenevate nanotehnoloogiate projekti ekspertide hinnangul on nende kogusumma vaid 39 miljonit dollarit - see tähendab, et ainult 4% kõigist nanotehnoloogia assigneeringutest tuleb föderaalkassast. Üsna tagasihoidlik on ka projektide arv, millele neid vahendeid eraldatakse – ligikaudu 160.
USA Esindajatekoja Teaduskomitee kuulamisel väitsid keskkonnaliikumiste ja tööstuskorporatsioonide esindajad üksmeelselt, et nanomaterjalide kasutamise keskkonna- ja meditsiiniaspektide väljaselgitamise kulud peaksid moodustama 10–20 protsenti kõigist valitsuse nanotehnoloogiale tehtavatest kulutustest. .
Selline olukord on juba põhjustanud ekspertide poolt palju murettekitavaid hoiatusi. Nanoosakesed tungivad kergesti inimese ja looma kehasse läbi naha, hingamisteede ja seedetrakti. Nüüd pole kahtlust, et mõned nanoobjektid võivad avaldada toksilist mõju erinevate kudede rakkudele. Eelkõige avaldavad sellist mõju süsiniknanotorud, mida peetakse lähituleviku üheks paljutõotavamaks nanomaterjaliks.
Olukorra teeb keeruliseks asjaolu, et paljusid nanostruktuure toodetakse rohkem kui ühel viisil. See asjaolu suurendab ohtude hulka, millega nanotehnoloogiatööstuse töötajad võivad kokku puutuda või juba kokku puutuvad. Teisest küljest annab see alust eeldada, et väliselt on samadel nanotoodetel, mis on valmistatud erinevate tehnoloogiate abil, inimestele ja nende keskkonnale erinev mõju.
2004. aasta detsembris moodustas USA Keskkonnakaitseagentuuri teaduspoliitika nõukogu ekspertide töörühma, kelle ülesandeks oli valmistada ette valge raamat nanotehnoloogia ohtude kohta. Täpselt aasta hiljem avaldati selle dokumendi mustandversioon.
Valge raamatu projekti autorid alustavad oma analüüsiobjekti määratlemisega. Nad defineerivad nanotehnoloogiat kui "uurimis- ja arendustegevust aatomi-, molekulaarsel ja makromolekulaarsel tasandil suurusskaalas ühest kuni saja nanomeetrini; tehisstruktuuride, -seadmete ja -süsteemide loomist ja kasutamist, millel on oma üliväikeste mõõtmete tõttu oluliselt uued omadused ja funktsioonid; ainega manipuleerimine aatomikauguse skaalal." See määratlus on piisavalt lai, et hõlmata mitte ainult olemasolevaid materjale ja tooteid, vaid ka neid süsteeme, mis ilmuvad alles kümne kuni kahekümne aasta pärast.
Seni on aga teave nanoosakeste keskkonda viimise kontrollimatute tagajärgede kohta üsna napp. Valge raamatu projekti autorid rõhutavad vajadust need infolüngad võimalikult kiiresti täita. Nad rõhutavad, et nanoosakeste käitumise tõsine uurimine keskkonnas on alles hiljuti alanud. Teada on näiteks, et nanoosakesed võivad koguneda õhku, pinnasesse ja reovette, kuid selliste protsesside täpseks modelleerimiseks pole teadusel veel piisavalt andmeid. Nanoosakesed võivad hävida valguse ja kemikaalide toimel, samuti kokkupuutel mikroorganismidega, kuid neid protsesse ei mõisteta veel hästi. Nanomaterjalid läbivad reeglina keemilisi muundumisi kergemini kui suuremad sama koostisega objektid ja on seetõttu võimelised moodustama seni tundmatute omadustega kompleksseid ühendeid. See asjaolu suurendab nanoobjektide tehnoloogilisi väljavaateid ja sunnib samas pöörama erilist tähelepanu nendega kaasnevatele riskidele.
Veel üks vähe uuritud valdkond on nanoosakeste kokkupuute tagajärjed elusrakkude ja kudedega. Pole kahtlust, et paljudel nanomaterjalidel on toksiline toime. Näiteks polüstüreeni nanoosakeste sissehingamine ei põhjusta mitte ainult kopsukoe põletikku, vaid provotseerib ka veresoonte tromboosi. On tõendeid, et süsiniku nanoosakesed võivad põhjustada südamehäireid ja pärssida immuunsüsteemi aktiivsust. Akvaariumi kalade ja koertega tehtud katsed on näidanud, et fullereenid, mitme nanomeetri läbimõõduga mitmeaatomilised sfäärilised süsiniku molekulid, võivad hävitada ajukude. Nanoosakeste tungimine biosfääri on tulvil palju tagajärgi, mida pole veel infopuuduse tõttu võimalik ennustada.
Valge raamatu autorid soovitavad tungivalt kiirendada suuremahulisi uuringuid, mille eesmärk on selgitada keskkonna nanoosakestega reostusega kaasnevaid ohte ja riske. Eelkõige tuleb välja selgitada, millistel viisidel toimub nanoosakeste biolagundamine ja kuidas see mõjutab ökoloogilisi ahelaid eluslooduses.
Clarence Davis jõudis sarnastele järeldustele. Clarens Davies, Woodrow Wilsoni keskuse teadur, raporti "Nanotehnoloogia mõju juhtimine" autor. Ta märgib, et nanotehnoloogia on "uus reaalsus", mis ei allu veel valitsuse reguleerimisele. Olemasolevaid seadusi on selleks äärmiselt raske kasutada. Seetõttu on hädavajalik luua põhimõtteliselt uus seadusandlus, uued mehhanismid ja reguleerivad institutsioonid (sh rahvusvahelised) – vastasel juhul võib džinn pudelist välja pääseda ja selle tagajärjed võivad olla kõige ebameeldivamad.
Teadlased ja eksperdid on viimasel ajal hakanud mõistma nanotööstuse ja nanotoodete reguleerimata arenguga kaasnevaid ohte ja riske, mis tulenevad nanomaterjalide mürgisusest elussüsteemidele ja ebapiisavast uuringust selles küsimuses. Ja edasi toimub tänapäevase tootmise radikaalne ümberkujundamine, kõik inimelu valdkonnad nanotehnoloogia mõju all.
Need väljavaated jäävad aga realiseerimata ilma tõhusa kontrollita nanotehnoloogia kasutamise negatiivsete tagajärgede üle. Õigemini, muutused on märkimisväärsed, kuid nendes domineerivad reaalsed kahjulikud tagajärjed.
Võib öelda veelgi tugevamalt: turvasüsteemi tõhusus määrab, kas inimkond jääb ellu 21. sajandil. See probleem on terrorismi ja massihävitusrelvade kasutamisega seotud ohtudest ees.
Loomulikult on nanotehnoloogia ohutuse probleemil oma eripärad, mis on seotud eelkõige sellega, et nanomaterjalid muutuvad üldtunnustatud ja tungivad igapäevaellu, meditsiini, spordi-, tsiviil- ja sõjavarustusse, riietesse, jalatsitesse, toitu jne. Need tehnoloogiad on interdistsiplinaarsed ja sektoritevahelised ning seetõttu võime neilt oodata edu ja riske kõigis inimtegevuse valdkondades. Kuid kõige selle juures, inimkonna poolt 20. sajandil kogutud positiivsete ja negatiivsete kogemustega rahumeelsete ja mitterahulike aatomite kasutamisel, saab selles tööstusharus välja töötatud metoodika üle kanda muidugi mitte mehaaniliselt inimese ja looduse kaitsele. nanotehnoloogiast.
See tähendab, et algusest peale tuleks teha ohutushinnang kogu tsükli kohta, mis tahes nanotehnoloogia ja nanomaterjalide kohta, mida praktikas rakendatakse: katseetapis pilootarenduste ohutus, tööstuslik tootmine, kõigis kasutusvaldkondades, ohutus õnnetused tehnoloogia peatamisel nanomaterjale sisaldavate jäätmete ladustamisel ja matmisel. Mainisime ühte ekstravagantset, ähvardavat ja harjumatut ohtu raamatu teises peatükis, käsitledes nanotehnoloogia pioneeride Eric Drexleri ja Robert Smalley vaidlust. Räägime isepaljunevate, "paljunevate" molekulaarsete robotite koostajate kontrolli alt väljumisest. Nad on võimelised jätkama autonoomses režiimis koos piisava energiavarustusega lõputut keskkonna toorainest isemontaaži tööd, taastama, töötlema keskkondi, mis satuvad uute kokkupanijate hulka või nagu E. Drexler ütleb piltlikult, "halli" mustuse sisse. Teoreetiliselt on see protsess, s.o. eksponentsiaalne kasv, võib jätkuda seni, kuni saadaolev energia ja materjalid on ammendatud. Rõõmsameelne väljavaade! Kuid see on praegu vaid teooria.
E. Drexler mitte ainult ei arutanud seda võimalust üksikasjalikult ja tegi üldiselt ettepaneku määratleda ettevaatusabinõud, mida kõik nanotehnoloogia arendamisega seotud riigid peaksid vabatahtlikult võtma.
Traditsioonilisemad ohutüübid hõlmavad nanoosakeste keemilisi omadusi, mis võivad elussüsteemidega suhelda. Nagu ioniseeriva kiirguse puhul, moodustavad nanoosakesed rakus superaktiivseid osakesi – erineva iseloomuga radikaale, tugevaid oksüdeerivaid aineid (peroksiidid, singletthapnik), mis võivad häirida raku elutähtsaid protsesse, mõjutades DNA-d, RNA-d ja teisi raku bioloogilisi objekte. kamber.
Nanoosakeste dosimeetria elusorganismides on väga oluline, mis nõuab spetsiaalseid täppisinstrumente ja eritehnikaid. Kuna nanoosakeste spetsiifiliste, sealhulgas toksikoloogiliste omaduste ilmnemine on seotud neile iseloomuliku väga kõrge pinna ja ruumala või massi suhtega, võetakse seda S/V väärtust sageli elussüsteemile avalduva võimaliku mõju füüsiliseks mõõduks. Ja loomulikult on väga oluline osakeste keemiline struktuur, geomeetria ja suurusjaotus.
1. Nanoosakeste (NP) ülekanne inimkehas ja keskkonda (ES).
OS-i sisenevate NP-de allikad.
Nanoosakesed keskkonnas ei ole uus nähtus. Praeguseks on lisaks looduslikele nanoosakeste allikatele palju tahtmatu inimtegevusest tingitud keskkonnareostuse allikaid. Nanotehnoloogia ajastu algusega lisandub neile hulk tahtlikult loodud nanoobjektide allikaid, mis satuvad erinevatesse looduskeskkondadesse.
2. Nanoosakeste inimkehasse sisenemise teed.
Nanoobjektide sisenemine inimkehasse ei erine teiste saasteainete sisenemisest ja toimub:
- - hingamisteede kaudu (kodutekstiil);
- - vee ja toiduga läbi sooletrakti;
- - läbi naha (riided, aluspesu) ja limaskestade kaudu;
- - saastunud pindadelt.
Samal ajal võivad nanoobjektid inimkehasse sattuda mitte reostusena, vaid muudel põhjustel:
- - nanomeditsiini, nanokosmeetika, nanotekstiili kasutamisel;
- - pideval kokkupuutel majapidamisesemete ja nanoobjekte ja nanoosakesi sisaldavate materjalidega.
Vähesed ebasüstemaatilised uuringud nanoobjektide mõju kohta loomadele ja inimestele võimaldavad siiski teha järgmisi järeldusi, mida tuleb arvesse võtta:
- - ühekordne nanoobjektide sattumine looma kehasse põhjustab soovimatuid muutusi, mille intensiivsus sõltub nanoobjektide kontsentratsioonist;
- - nanoobjektid kipuvad kogunema elunditesse ja kudedesse (luuüdi, kesk- ja perifeerse närvisüsteemi närvirakud, lümfisõlmed, aju, kopsud, maks, neerud).
Nanoobjektid tungivad elavasse rakku, ületades plokkbarjäärid. Seda tehes saavad nad:
- - mõjutada elusraku komponente, häirides seda peamiselt aktiivsete osakeste tekke tõttu (radikaalid, hapniku erinevad vormid, peroksiidid);
- - tungida metakondritesse ja blokeerida nende aktiivset funktsiooni;
- - põhjustada DNA kahjustusi, blokeerida ribosoomide aktiivsust.
Nanotehnoloogia kasutamisest tulenevate ohtude probleemi tõsidust on viimasel ajal mõistnud paljud teadlased ja avaliku elu tegelased üle maailma. Alates 2006. aastast hakati välja andma spetsiaalset ajakirja Nanotoxicology; Selle probleemiga tegelevad USA riiklikud terviseinstituudid, keskkonnakaitseagentuur EPA, riiklik vähiinstituut NCI jt. Venemaal on nanotööstus ise endiselt väga nõrk ja sellest tulenevalt puudub selle probleemi üle korralik ja süsteemne kontroll. Samas saame välismaalt arvukalt nanotooteid (ravimid, toiduained, tekstiil, kosmeetika jne) kümnete miljardite DS-i väärtuses, mis ei läbi mingit erisertifikaati. Vajalik on spetsiaalne sõltumatu kontrolliteenistus, mis on varustatud kaasaegsete mõõteriistadega ning toimib eriseadusandluse raames ja pideva avaliku kontrolli all.
Avaldatud USEPA, EVSCENIHR ja NRG, samuti Rahvusvahelise Riskijuhtimise Nõukogu (JRGC) poolt aastatel 2006–2007. aruannetes rõhutatakse nanotehnoloogia ja nanomeditsiini võimalike ohtude kohta eksperimentaalsete andmete vähesust.
Seni on tehtud ainult loomade peal uuringuid, mille eesmärk oli välja selgitada nanoobjektide tööpõhimõtted.
Nanotoksilisuse probleemi võib süvendada asjaolu, et nanoobjektide toksilisus ei ole lihtne üleminek sama keemilise struktuuriga puistematerjalide toksilisuselt nanoskaalale. Kordame, et nanoosakestel on oma olemuselt erinevad füüsikalis-keemilised omadused, mis sõltuvad mitte ainult nende suurusest, vaid ka kleepuvatest, katalüütilistest, optilistest, elektrilistest, kvantmehaanilistest omadustest, mis ei sõltu mitte ainult nanoosakeste suurusest, vaid ka nende geomeetriast. suurusjaotus ja nende organiseerituse järjekord nanoobjektis.
Veelgi enam, kemikaalid, mis ei avalda oma tavapärasel nanoosakeste kujul toksilisust, võivad avaldada toksilisust nanoosakeste kujul. Tüüpiline näide. Inertne süsinik oma tavalisel kujul avaldab toksilisust fullereeni, süsinik-nanotorude kujul. Sarnane metamorfoos toimub metallioksiidide (titaan) puhul.
- - mürgisus sõltub nanoosakeste kontsentratsioonist organismis ja nende pindalast;
- - toksilisus sõltub nanoosakeste füüsikalis-keemilisest vormist;
- - toksilisus sõltub nanosüsteemist, milles nanoosakesed sisalduvad;
- - nanoosakeste toksilisus on suurem kui mikroosakestel;
- - nanoosakesed on kahjulikud nii loomadele kui ka taimedele;
- - praktiliselt puuduvad andmed nanoosakeste ja nanoobjektide mõju kohta inimestele ja ökosüsteemidele tervikuna või populatsioonidele ökosüsteemi osana.
Praegu toodetakse maailmas 2000 originaalset nanomaterjali. Nende 10 kasutusaasta jooksul ei ole ühtki tüüpi nende ohutust täielikult uuritud.
Tabel 1. Nanotehnoloogia ohud ja nende ületamise viisid
|
Oht |
Lahendused |
||
|
spetsiifiline |
|||
|
Nanoseadmete kasutamine |
Lihtsalt karda: esimesed nanoseadmed ei ilmu enne 2015.–2020 |
Tehke teavitustööd ja populariseerige asjakohaseid nanotehnoloogiaid |
|
|
Nanotoksilisus |
Teated nanoobjektide kahjulikust mõjust, katseandmete puudumine |
Nanotoksilisuse mehhanismidest |
|
|
Nanoobjektide mõju DNA-le ja genoomsetele protsessidele |
Aruanded nanoobjektide mõjust DNA-le, eksperimentaalsete andmete puudumine |
Täiendavate eksperimentaalsete uuringute läbiviimine, teoreetiliste ideede kujundamine |
|
|
H2O tungimine rakkudesse ja koeorganitesse |
Teated H2O läbitungimisest läbi biomembraanide, eksperimentaalsete andmete puudumine |
Täiendavate eksperimentaalsete uuringute läbiviimine, teoreetiliste ideede kujundamine |
|
|
mittespetsiifiline |
|||
|
Uus ja ebatavaline |
Lihtsalt hirm |
Viige läbi nanotehnoloogia alast teavitustööd |
|
|
Raha kaotamine teadmata kasu saamiseks |
Vähene töö kasu-kahju analüüsiga |
Nanotehnoloogiate kasutamisest saadava kasu ja kahju suhte uurimise korraldamine |
|
|
Nanotehnoloogia analüüsi ja riskihindamise alane töö puudumine |
Nanotehnoloogiate analüüsi ja riskihindamise uuringute korraldamine |
||
|
Ebakindlus, ebaseaduslikkus |
Õigusliku ja reguleeriva raamistiku puudumine |
Nanotehnoloogiate tootmist ja ringlust reguleerivate seadusandlike ja regulatiivsete dokumentide väljatöötamine |
Lisaks ohutusele tekivad nanotehnoloogia kasutamisest moraalsed ja eetilised probleemid eelkõige meditsiini, kosmeetika, kodumasinate, rõivaste, kodutekstiili, sõjavarustuse jms puhul.
Ühiskonna käsutuses peab olema täielik, objektiivne ja selge teave nanotehnoloogia eeliste ja puuduste kohta ning osalema strateegiliste küsimuste lahendamisel, mida esindavad ekspertkogukond ja avalik-õiguslikud organisatsioonid.
Tuleb tunnistada, et kogu maailmas on nanotehnoloogiate ohutusega seotud teadusuuringud nende väljatöötamisest ja turustamisest oluliselt maha jäänud. Ja nanotehnoloogia kasutuselevõtu eetiliste, õiguslike ja sotsiaalsete tagajärgede väljaselgitamise kulud jäävad järsult maha inimeste tervisele ja keskkonnale avaldatava mõju uurimisest.
Seda tingimust tuleb planeedi tasandil kiiresti muuta, kui me ei taha rikkuda meie ühist tsivilisatsiooni; seadusandluse kaudu rahvusvahelisel ja föderaalsel tasandil.
Nanotehnoloogia bioohutuse probleemidele pühendatud konverentsil tegid teadlased valitsusele ettepaneku võtta vastu teatud eeskirjad nanotööstuse toodete kontrollimiseks.
Paljude riikide valitsused korraldavad tänapäeval spetsiaalseid konverentse ja eraldavad märkimisväärseid rahasummasid nanotehnoloogia mõju uurimiseks keskkonnale.
Üks küsimusi, mida küsivad nii teadlased kui ka tavalised inimesed, eriti megalinnade elanikud, on õhk, mida me sisse hingame. Pole saladus, et tohutu hulga haiguste, kroonilise bronhiidi ja astma esinemist, sealhulgas selle haiguse kaasasündinud juhtumeid, seletatakse tööstusettevõtete ja kodumasinate toksiliste ja saastunud heitkogustega atmosfääri.
Sellega seoses viivad teadlased läbi uuringuid nanoosakeste käitumise kohta atmosfääris ja inimeste poolt nende sissehingamise tagajärgede kohta. Laboratoorsete närilistega tehtud katsete tulemusena selgus hingamisteede epiteelirakkude kõrge tundlikkus nanoosakeste suhtes, mis kogunesid katseloomade ninakäikudesse, põhjustades nohu ja muid raskemaid haigusi.
Vähem tähelepanu ei tõmba ka nanomaterjalide keskkonnamõju probleem. Nii viidi läbi uuring viie peamise nanomaterjalitüübi, sealhulgas nanotorude, kvantpunktide ja pallide keskkonnariskide kohta. Teadlased on tuvastanud erinevat tüüpi saastumise riskid erinevate protsesside, sealhulgas ravimite tootmise ja nafta rafineerimise jaoks. Saadud andmete põhjal järeldab keskkonnaprofessor artiklis, et nanomaterjalide loomine kujutab endast väiksemat ohtu kui praegused tööstusprotsessid.
Pinnasesse sattuvad nanoosakesed ei põhjusta ökosüsteemile märgatavat kahju. Viidi läbi mitmeid katseid, mille käigus pandi fullereene erinevat tüüpi pinnasesse ning seejärel uuriti nende käitumist ja mõju mikroorganismidele ja mineraalidele. Fullereenid on raami sfäärilised hulktahukad, mis koosnevad korrapärastest viisnurkadest ja kuusnurkadest, mille tippudes on süsinikuaatomid. Märkimisväärsed muutused võivad taimsete toiduahelate elementidele saatuslikuks saada. Kuid vaatlustulemused näitasid, et see ei tekita negatiivset dünaamikat: mikroorganismid on elus ja terved, ainete tasakaal ei muutu.
Nanotehnoloogia aitab mõistagi kaasa inimkonna tehnilisele progressile – teadlased annavad regulaarselt aru uutest õnnestumistest, mis võivad muuta inimeste elu ja igapäevaelu paremaks. Nanotehnoloogia abil välja töötatud nanoosakesed võivad aidata ravida vähki, kuid mõned nanoosakesed, vastupidi, võivad põhjustada vähki inimkehas. Titaandioksiidi (TiO2) nanoosakesed, mida praegu leidub paljudes toiduainetes, akumuleeruvad kehas ja põhjustavad süsteemseid geneetilisi kahjustusi. Titaandioksiidi (TiO2) nanoosakesed põhjustavad ühe- ja kaheahelalise DNA katkestusi ning põhjustavad ka kromosoomikahjustusi.
Kui titaani nanoosakesed sisenevad kehasse, kogunevad nad erinevatesse organitesse, kuna kehal pole mehhanisme nende eemaldamiseks. Väikese suuruse tõttu tungivad nad kergesti rakkudesse ja hakkavad nende elemente mõjutama.
Nanoosakeste kasutamise ulatus kosmeetikatoodete tootmisel kasvab iga aastaga ning tootjate sõnul pole selles midagi halba. Mõned keskkonnakaitsjad võtavad teistsuguse seisukoha. Nanoosakeste kasutamine kosmeetikas pole vähem kahjulik kui arseeni ja plii lisandid, usuvad rahvusvahelise keskkonnaorganisatsiooni Friends of the Earth Austraalia esindajad. Teadlased leidsid nanoosakesi kõigist juhuslikult valitud toote katserühmadest.
Nanotehnoloogiat kasutatakse kosmeetikas palju laiemalt, kui tarbijad arvavad. Lisaks nanoosakeste sisaldusele sisaldas seitsekümmend protsenti testitud toodetest keemilisi võimendajaid, mis hõlbustavad nanoosakeste naha kaudu vereringesse tungimist. Paljud populaarsed kosmeetikatootjad ja kaubamärgid pole süüdistustest pääsenud. Nanoosakesi leiti Clinicu, Lacomi, L'Oreali, Max Factori, Revloni, Yves Saint Laurent'i toodetest, vaatamata sellele, et neid koostises loetletud ei olnud. Kuid kosmeetikatootja Christian Dior ei lisanud nanoosakesi ainult kosmeetikatoodete koostisesse. tooteid, vaid märkisid need ka koostisosade loetelus.
Uuringu tulemused viitavad selgelt uute kosmeetikavahendite ohtlikkusele. 2009. aastal kehtestas Euroopa Liit seaduse, mille kohaselt peavad kõik nanomaterjale ja nanoosakesi sisaldavad päikesekaitsekreemid 2012. aastaks läbima testimise.
See juhtum ei ole esimene kord, kui keskkonnakaitsjad ja teadlased tõstatavad tänapäeva nanotehnoloogiaga kaasneva ohu teema. Eelkõige usuvad mõned teadlased, et nanoosakeste ilmumine atmosfääri tööstuslikus mastaabis võib muuta Maa kliimat ning hoiatavad ka nanotehnoloogia abil loodud toidu söömise ohtude eest.
Ameerika teadlased on avastanud Maa atmosfäärist märkimisväärse koguse nanoosakesi, mis aina suurenevad. Nende arvates võivad päikesekiiri peegeldavad nanoosakesed tõsiselt muuta planeedi kliimat, põhjustades järjekordse jääaja.
Ameerika teadlaste viimaste tähelepanekute kohaselt sisaldab meie planeedi atmosfäär juba märkimisväärsel hulgal silmale nähtamatud, kuid ilmastikuprotsesse mõjutada võivad nanoosakesi.
Nanoosakeste arv kasvab erinevates maailma paikades, kuid miks see juhtub, jääb saladuseks. Teadlased on uurinud küsimust, kuidas nanoosakesed tekivad ja kuidas nende arv erinevate orgaaniliste aurudega suhtlemisel suureneb.
Siiski õnnestus neil teada saada, et teatud tüüpi orgaaniline aine kasvab atmosfääris kiiresti. Kui neid koguneb suurtes kogustes, peegeldavad nad päikesevalgust tagasi kosmosesse – omamoodi vastupidine kasvuhooneefekt. Lisaks märgivad teadlased, et nanoosakeste levik õhus võib süvendada selliseid haigusi nagu astma, emfüseem ja muud kopsuhaigused.