Prezydent Rosji Dmitrij Miedwiediew jest przekonany, że kraj ma wszelkie warunki do pomyślnego rozwoju nanotechnologii.
Nanotechnologia to nowy kierunek nauki i technologii, który aktywnie rozwija się w ostatnich dziesięcioleciach. Nanotechnologie obejmują tworzenie i wykorzystanie materiałów, urządzeń i systemów technicznych, o funkcjonowaniu których decyduje nanostruktura, czyli jej uporządkowane fragmenty o wielkości od 1 do 100 nanometrów.
Przedrostek „nano”, który pochodzi z języka greckiego („nanos” po grecku – gnom), oznacza jedną miliardową część. Jeden nanometr (nm) to jedna miliardowa metra.
Termin „nanotechnologia” został ukuty w 1974 r. przez Norio Taniguchi, naukowca zajmującego się materiałami na Uniwersytecie Tokijskim, który zdefiniował ją jako „technologię produkcyjną, która pozwala osiągnąć bardzo wysoką precyzję i bardzo małe wymiary... rzędu 1 nm…”.
W literaturze światowej nanonaukę wyraźnie odróżnia się od nanotechnologii. Termin nauka w skali nano jest również używany w odniesieniu do nanonauki.
W języku rosyjskim oraz w praktyce rosyjskiego ustawodawstwa i dokumentów regulacyjnych termin „nanotechnologia” łączy w sobie „nanonaukę”, „nanotechnologię”, a czasem nawet „nanoprzemysł” (obszary biznesu i produkcji, w których stosowane są nanotechnologie).
Najważniejszymi składnikami nanotechnologii są nanomateriały, czyli materiały, o których niezwykłych właściwościach użytkowych decyduje uporządkowana struktura ich nanofragmentów o wielkości od 1 do 100 nm.
- struktury nanoporowate;
- nanocząstki;
- nanorurki i nanowłókna
- nanodyspersje (koloidy);
- powierzchnie i folie nanostrukturalne;
- nanokryształy i nanoklastry.
Technologia nanosystemów- funkcjonalnie kompletne systemy i urządzenia powstałe w całości lub w części w oparciu o nanomateriały i nanotechnologie, których cechy radykalnie różnią się od systemów i urządzeń o podobnym przeznaczeniu, tworzonych przy użyciu tradycyjnych technologii.
Obszary zastosowań nanotechnologii
Niemożliwe jest wymienienie wszystkich obszarów, w których ta globalna technologia może znacząco wpłynąć na postęp technologiczny. Możemy wymienić tylko kilka z nich:
- elementy nanoelektroniki i nanofotoniki (tranzystory półprzewodnikowe i lasery;
- fotodetektory; Ogniwa słoneczne; różne czujniki);
- ultragęste urządzenia rejestrujące informacje;
- technologie telekomunikacyjne, informacyjne i komputerowe; superkomputery;
- sprzęt wideo - telewizory płaskie, monitory, projektory wideo;
- molekularne urządzenia elektroniczne, w tym przełączniki i obwody elektroniczne na poziomie molekularnym;
- nanolitografia i nanoimprinting;
- ogniwa paliwowe i urządzenia magazynujące energię;
- urządzenia mikro- i nanomechaniki, w tym silniki i nanomotory molekularne, nanoroboty;
- nanochemia i kataliza, w tym kontrola spalania, powlekanie, elektrochemia i farmaceutyka;
- zastosowania lotnicze, kosmiczne i obronne;
- urządzenia monitorujące środowisko;
- ukierunkowane dostarczanie leków i białek, biopolimerów oraz gojenie tkanek biologicznych, diagnostyka kliniczna i medyczna, tworzenie sztucznych mięśni, kości, implantacja żywych narządów;
- biomechanika; genomika; bioinformatyka; bioinstrumentacja;
- rejestracja i identyfikacja tkanek rakotwórczych, patogenów i czynników biologicznie szkodliwych;
- bezpieczeństwo w rolnictwie i produkcji żywności.
Komputery i mikroelektronika
Nanokomputer— urządzenie obliczeniowe oparte na technologiach elektronicznych (mechanicznych, biochemicznych, kwantowych) o wielkości elementów logicznych rzędu kilku nanometrów. Sam komputer, opracowany w oparciu o nanotechnologię, również ma mikroskopijne wymiary.
Komputer DNA- system komputerowy wykorzystujący możliwości obliczeniowe cząsteczek DNA. Obliczenia biomolekularne to zbiorcza nazwa różnych technik związanych w taki czy inny sposób z DNA lub RNA. W obliczeniach DNA dane są reprezentowane nie w postaci zer i jedynek, ale w postaci struktury molekularnej zbudowanej na podstawie helisy DNA. Rolę oprogramowania do odczytu, kopiowania i zarządzania danymi pełnią specjalne enzymy.
Mikroskop sił atomowych- mikroskop z sondą skanującą o wysokiej rozdzielczości, oparty na oddziaływaniu igły wspornikowej (sondy) z powierzchnią badanej próbki. W przeciwieństwie do skaningowego mikroskopu tunelowego (STM) może badać zarówno powierzchnie przewodzące, jak i nieprzewodzące, nawet przez warstwę cieczy, co umożliwia pracę z cząsteczkami organicznymi (DNA). Rozdzielczość przestrzenna mikroskopu sił atomowych zależy od wielkości wspornika i krzywizny jego końcówki. Rozdzielczość sięga atomowej w poziomie i znacznie ją przewyższa w pionie.
Oscylator antenowy- 9 lutego 2005 roku w laboratorium Uniwersytetu Bostońskiego uzyskano antenę-oscylator o wymiarach około 1 mikrona. Urządzenie to ma 5 miliardów atomów i może oscylować z częstotliwością 1,49 gigaherca, co pozwala mu przesyłać ogromne ilości informacji.
Nanomedycyna i przemysł farmaceutyczny
Kierunek we współczesnej medycynie polegający na wykorzystaniu unikalnych właściwości nanomateriałów i nanoobiektów do śledzenia, projektowania i modyfikowania układów biologicznych człowieka na poziomie nanomolekularnym.
Nanotechnologia DNA- wykorzystywać określone zasady cząsteczek DNA i kwasów nukleinowych do tworzenia na ich podstawie jasno określonych struktur.
Przemysłowa synteza cząsteczek leków i preparatów farmakologicznych o ściśle określonej postaci (bis-peptydy).
Na początku 2000 roku szybki postęp w technologii nanocząstek dał impuls do rozwoju nowej dziedziny nanotechnologii: nanoplazmonika. Okazało się, że możliwe jest przesyłanie promieniowania elektromagnetycznego wzdłuż łańcucha nanocząstek metali za pomocą wzbudzenia oscylacji plazmonowych.
Robotyka
Nanoroboty- roboty stworzone z nanomateriałów i wielkością porównywalną do cząsteczki, posiadające funkcje poruszania się, przetwarzania i przekazywania informacji oraz wykonywania programów. Nanoroboty zdolne do tworzenia kopii samych siebie, tj. samoreprodukujące nazywane są replikatorami.
Obecnie stworzono już nanourządzenia elektromechaniczne o ograniczonej mobilności, które można uznać za prototypy nanorobotów.
Wirniki molekularne- syntetyczne silniki o wielkości nano zdolne do wytwarzania momentu obrotowego po przyłożeniu do nich wystarczającej energii.
Miejsce Rosji wśród krajów rozwijających i produkujących nanotechnologie
Światowymi liderami pod względem całkowitych inwestycji w nanotechnologię są kraje UE, Japonia i USA. W ostatnim czasie znacząco zwiększyły inwestycje w tę branżę Rosja, Chiny, Brazylia i Indie. W Rosji kwota dofinansowania w ramach programu „Rozwój infrastruktury nanoprzemysłowej w Federacji Rosyjskiej na lata 2008 - 2010” wyniesie 27,7 miliarda rubli.
Najnowszy raport (2008) londyńskiej firmy badawczej Cientifica, zatytułowany Nanotechnology Outlook Report, opisuje rosyjskie inwestycje dosłownie w następujący sposób: „Chociaż UE nadal zajmuje pierwsze miejsce pod względem inwestycji, Chiny i Rosja już wyprzedziły Stany Zjednoczone. ”
Istnieją obszary nanotechnologii, w których rosyjscy naukowcy jako pierwsi na świecie uzyskali wyniki, które położyły podwaliny pod rozwój nowych trendów naukowych.
Należą do nich produkcja ultradyspersyjnych nanomateriałów, projektowanie urządzeń jednoelektronowych, a także prace z zakresu sił atomowych i mikroskopii z sondami skanującymi. Dopiero na specjalnej wystawie zorganizowanej w ramach XII Forum Ekonomicznego w Petersburgu (2008) zaprezentowano jednocześnie 80 konkretnych wydarzeń.
Rosja produkuje już szereg nanoproduktów, na które jest zapotrzebowanie na rynku: nanomembrany, nanoproszki, nanorurki. Jednak zdaniem ekspertów pod względem komercjalizacji osiągnięć nanotechnologicznych Rosja pozostaje o dziesięć lat w tyle za Stanami Zjednoczonymi i innymi krajami rozwiniętymi.
Materiał został przygotowany w oparciu o informacje pochodzące z otwartych źródeł
Rozmowy o nanotechnologii są teraz na ustach każdego naukowca. Ale jak i dlaczego się pojawiły? Kto je wymyślił? Sięgnijmy do wiarygodnych źródeł.
Tak naprawdę nie ma jeszcze nawet definicji słowa „nanotechnologia”, ale słowo to z powodzeniem jest używane, gdy mowa o czymś miniaturowym. A dokładniej subminiatura: o maszynach składających się z pojedynczych atomów, o nanorurkach grafenowych, osobliwości i produkcji robotów antropomorficznych w oparciu o nanomateriały...
Obecnie powszechnie przyjmuje się, że termin i określenie obszarów zainteresowań nanotechnologii wywodzi się z raportu Richarda Feymana „Na dole jest mnóstwo miejsca”. Następnie Feynman zaskoczył publiczność ogólnymi dyskusjami na temat tego, co by się stało, gdyby rozpoczęta miniaturyzacja elektroniki osiągnęła swój logiczny kres, „dno”.
Na przykład: " Termin angielski „Nanotechnologia„został zaproponowany przez japońskiego profesora Norio Taniguchi w połowie lat 70-tych. ubiegłego wieku i został wykorzystany w raporcie „O podstawowych zasadach nanotechnologii” (NAthePodstawowyPojęciezNanotechnologia) na międzynarodowej konferencji w 1974 r., a więc na długo przed rozpoczęciem zakrojonych na szeroką skalę prac w tym obszarze. W swoim znaczeniu jest zauważalnie szersze niż dosłowne rosyjskie tłumaczenie „nanotechnologii”, ponieważ implikuje duży zasób wiedzy, podejść, technik, specyficznych procedur i ich zmaterializowanych rezultatów - nanoproduktów.
Przez całą drugą połowę XX wieku rozwijały się zarówno technologie miniaturyzacji (w mikroelektronice), jak i sposoby obserwacji atomów. Główne kamienie milowe mikroelektroniki to:
- 1947 - wynalezienie tranzystora;
- 1958 - pojawienie się mikroukładu;
- 1960 - technologia fotolitografii, produkcja przemysłowa mikroukładów;
- 1971 - pierwszy mikroprocesor firmy Intel (2250 tranzystorów na jednym podłożu);
- 1960-2008 - działanie „prawa Moore'a” - liczba składników na jednostkę powierzchni podłoża podwajała się co 2 lata.
Dalsza miniaturyzacja napotkała ograniczenia wyznaczone przez mechanikę kwantową. Jeśli chodzi o mikroskopy, zainteresowanie nimi jest zrozumiałe. Chociaż zdjęcia rentgenowskie pomogły „zobaczyć” wiele ciekawych rzeczy – na przykład podwójną helisę DNA – chciałem lepiej zobaczyć mikroobiekty.
Trzymajmy się tutaj chronologii:
1932 - E. Ruska wynalazł transmisyjny mikroskop elektronowy. Zgodnie z zasadą działania jest podobny do zwykłego optycznego, tyle że zamiast fotonów są elektrony, a zamiast soczewek jest cewka magnetyczna. Mikroskop zapewniał 14-krotne powiększenie.
1936 - E. Muller zaproponował projekt polowego mikroskopu elektronowego o powiększeniu ponad milion razy. Zasada działania przypomina teatr cieni: na ekranie wyświetlane są obrazy mikroobiektów znajdujących się na czubku igły emitujących elektrony. Jednak wady igły i reakcje chemiczne uniemożliwiły uzyskanie obrazu.
1939 - Transmisyjny mikroskop elektronowy Ruski zaczął powiększać 30 tysięcy razy.
1951 - Müller wynalazł polowy mikroskop jonowy i wykonał obrazowanie atomów na czubku igły.
1955 - Za pomocą polowego mikroskopu jonowego uzyskano pierwszy na świecie obraz pojedynczego atomu.
1957 - Pierwszy na świecie obraz pojedynczej cząsteczki uzyskany za pomocą polowego mikroskopu elektronowego.
1970 - Obraz pojedynczego atomu z transmisyjnego mikroskopu elektronowego.
1979 - Binnig i Rohrer (Zurych, IBM) wynaleźli skaningowy mikroskop tunelowy o rozdzielczości równie dobrej jak powyżej.
Ale najważniejsze jest inaczej - „w świecie” najprostszych cząstek wkracza mechanika kwantowa, co oznacza, że obserwacji nie można oddzielić od interakcji. Mówiąc najprościej, szybko okazało się, że za pomocą mikroskopu można chwytać i przenosić cząsteczki lub zmieniać ich opór elektryczny za pomocą prostego nacisku.
Pod koniec 1989 roku w całym świecie naukowym rozeszła się sensacja: człowiek nauczył się manipulować pojedynczymi atomami. Pracownik IBM Donald Eigler, który pracował w Kalifornii, napisał nazwę swojej firmy na powierzchni metalu zawierającego 35 atomów ksenonu. Obraz ten, który następnie obiegły światowe media i pojawił się już na łamach podręczników szkolnych, oznaczał narodziny nanotechnologii.
O powtórzeniu sukcesu natychmiast donieśli (w 1991 r.) japońscy naukowcy, którzy stworzyli napis „PEACE „91 HCRL” (Świat w 1991 r. Centralne Laboratorium Badawcze HITACHI). Co prawda, pisali ten napis przez cały rok i wcale nie umieszczając atomów na powierzchni, a wręcz przeciwnie – wyławiali ze złotego podłoża niepotrzebne atomy.
Prawdziwe osiągnięcie Eiglera udało się powtórzyć dopiero w 1996 roku – w laboratorium IBM w Zurychu. W 1995 r. na świecie było tylko pięć laboratoriów zajmujących się manipulacją atomami. Trzy w USA, jeden w Japonii i jeden w Europie. W tym samym czasie laboratoria europejskie i japońskie należały do IBM, czyli w rzeczywistości były także amerykańskie.
Co w takiej sytuacji mogliby zrobić europejscy politycy i biurokraci? Wystarczy krzyczeć o szkodliwym charakterze postępu dla środowiska i niebezpieczeństwie, jakie stwarzają nowe technologie w rękach Amerykanów.
Na stronie brytyjskiego magazynu New Scientist podstawowe informacje o nanotechnologii przedstawione są w bardzo wygodnej formie – w formie odpowiedzi na najczęściej zadawane pytania – pisze dp.ru.
Czym jest nanotechnologia?
Pod pojęciem nanotechnologii należy rozumieć zespół dyscyplin naukowo-inżynierskich zajmujących się badaniem procesów zachodzących w skali atomowej i molekularnej. Nanotechnologia polega na manipulacji materiałami i urządzeniami tak małymi, że nic mniejszego nie może istnieć. Mówiąc o nanocząsteczkach, zwykle mamy na myśli rozmiary od 0,1 nm do 100 nm. Należy pamiętać, że rozmiary większości atomów mieszczą się w przedziale od 0,1 do 0,2 nm, szerokość cząsteczki DNA wynosi około 2 nm, charakterystyczna wielkość krwinki wynosi około 7500 nm, a ludzki włos ma 80 000 nm.
Dlaczego małe obiekty uzyskują tak specyficzne właściwości już na poziomie nanoskali? Na przykład małe grupy (zwane skupiskami) atomów złota i srebra wykazują unikalne właściwości katalityczne, podczas gdy większe próbki są zwykle obojętne. Natomiast nanocząsteczki srebra wykazują wyraźne właściwości antybakteryjne i dlatego są powszechnie stosowane w nowych rodzajach opatrunków.
W miarę zmniejszania się wielkości cząstek wzrasta stosunek powierzchni do objętości. Z tego powodu nanocząstki znacznie łatwiej wchodzą w reakcje chemiczne. Ponadto efekty fizyki kwantowej pojawiają się na poziomach poniżej 100 nm. Efekty kwantowe mogą wpływać na właściwości optyczne, elektryczne i magnetyczne materiałów w nieprzewidywalny sposób.
Małe krystaliczne próbki niektórych substancji stają się silniejsze, ponieważ po prostu osiągają stan, w którym nie mogą się rozbić, tak jak robią to większe kryształy poddawane działaniu siły. Metale stają się pod pewnymi względami podobne do tworzyw sztucznych.
Jakie są perspektywy zastosowania nanotechnologii?
Już w 1986 roku futurysta Eric Dressler przewidział utopijną przyszłość, w której samoreplikujące się nanoroboty będą wykonywać całą pracę potrzebną społeczeństwu. Te maleńkie urządzenia są w stanie naprawić ludzkie ciało od środka, czyniąc go praktycznie nieśmiertelnym. Nanoroboty mogą także swobodnie poruszać się w środowisku, co czyni je niezastąpionymi w walce z zanieczyszczeniami tego środowiska.
Oczekuje się, że nanotechnologia przyniesie znaczący przełom w technologii komputerowej, medycynie, a także w sprawach wojskowych. Na przykład medycyna opracowała sposoby dostarczania leków bezpośrednio do tkanki nowotworowej w maleńkich „nanobombach”. W przyszłości nanourządzenia mogłyby „patrolować” tętnice, przeciwdziałać infekcjom i umożliwiać diagnostykę chorób.
Amerykańscy naukowcy z powodzeniem wykorzystali pokryte złotem „nanopociski” do wyszukiwania i niszczenia nieoperacyjnych guzów nowotworowych. Naukowcy przyczepili nanopociski do przeciwciał, które są w stanie kontaktować się z komórkami nowotworowymi. Jeśli nanopociski zostaną wystawione na działanie promieniowania o częstotliwości bliskiej podczerwieni, ich temperatura wzrośnie, co pomoże zniszczyć tkanki rakotwórcze.
Naukowcy z finansowanego przez armię amerykańską Army Institute of Nanotechnology w Cambridge (USA) wykorzystują nanotechnologię do stworzenia zupełnie nowego typu mundurów. Ich celem jest stworzenie tkaniny, która może zmieniać kolor, odbijać kule i energię wybuchu, a nawet sklejać kości.
Gdzie obecnie wykorzystuje się nanotechnologie?
Nanotechnologię wykorzystuje się już przy produkcji dysków twardych do komputerów osobistych, katalizatorów – elementów silników spalinowych, piłek tenisowych o długiej żywotności, a także wytrzymałych, a jednocześnie lekkich rakiet tenisowych, narzędzi do cięcia metali , powłoki antystatyczne do wrażliwego sprzętu elektronicznego oraz specjalne powłoki do szyb zapewniające ich samoczyszczenie.
Jak powstają nanourządzenia?
Obecnie istnieją dwie główne metody wytwarzania nanourządzeń.
W dół w górę. Montaż nanourządzeń zgodnie z zasadą „cząsteczka do cząsteczki”, co przypomina składanie domu lub. Proste nanocząstki, takie jak dwutlenek tytanu czy tlenek żelaza stosowane w kosmetykach, można wytwarzać w drodze syntezy chemicznej.
Możliwe jest tworzenie nanourządzeń poprzez przeciąganie pojedynczych atomów za pomocą tzw. mikroskopu sił atomowych (lub skaningowego mikroskopu tunelowego), który jest wystarczająco czuły, aby wykonywać takie procedury. Technikę tę po raz pierwszy zademonstrowali specjaliści IBM - za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego ułożyli skrót IBM, umieszczając odpowiednio 35 atomów ksenonu na powierzchni próbki niklu.
Z góry na dół. Technika ta zakłada, że wykorzystujemy próbkę makroskopową i np. za pomocą trawienia tworzymy na jej powierzchni zwykłe elementy urządzeń mikroelektronicznych o parametrach charakterystycznych dla nanoskali.
Czy nanotechnologia stwarza zagrożenie dla zdrowia ludzi i środowiska?
Niewiele jest informacji na temat negatywnego wpływu nanocząstek. W 2003 roku jedno z badań wykazało, że nanorurki węglowe mogą uszkodzić płuca myszy i szczurów. Badanie przeprowadzone w 2004 roku wykazało, że fulereny mogą gromadzić się i powodować uszkodzenia mózgu u ryb. Jednak w obu badaniach wykorzystano duże ilości substancji w nietypowych warunkach. Zdaniem jednej z ekspertów, chemiczki Kristen Kulinowski (USA), „wskazane byłoby ograniczenie narażenia na te nanocząstki, mimo że obecnie nie ma informacji o ich zagrożeniu dla zdrowia człowieka”.
Niektórzy komentatorzy sugerowali również, że powszechne stosowanie nanotechnologii może prowadzić do zagrożeń społecznych i etycznych. Na przykład zastosowanie nanotechnologii zapoczątkowuje nową rewolucję przemysłową, co doprowadzi do utraty miejsc pracy. Co więcej, nanotechnologia może zmienić koncepcję człowieka, gdyż jej zastosowanie pomoże przedłużyć życie i znacznie zwiększyć odporność organizmu.
„Nikt nie może zaprzeczyć, że powszechne przyjęcie telefonów komórkowych i Internetu spowodowało ogromne zmiany w społeczeństwie” – mówi Kristen Kulinowski. „Kto odważy się powiedzieć, że w nadchodzących latach nanotechnologia nie będzie miała większego wpływu na społeczeństwo?”
Czym jest nanotechnologia?
Opublikowane przez kur 29 czerwca 2007 - 22:51.Bez względu na to, jak dziwnie brzmi to pytanie w naszych czasach, trzeba będzie na nie odpowiedzieć. Przynajmniej dla siebie. Rozmawiając z naukowcami i specjalistami zajmującymi się tą branżą, doszedłem do wniosku, że kwestia ta nadal pozostaje otwarta.
Ktoś w Wikipedii zdefiniował to w ten sposób:
Nanotechnologia to dziedzina nauki stosowanej i technologii zajmująca się badaniem właściwości obiektów i opracowywaniem urządzeń o wymiarach rzędu nanometra (wg układu jednostek SI, 10-9 metrów).
Prasa popularna używa jeszcze prostszej i bardziej zrozumiałej dla przeciętnego człowieka definicji:
Nanotechnologia to technologia manipulacji materią na poziomie atomowym i molekularnym.
(Uwielbiam krótkie definicje :))
Albo oto definicja profesora G. G. Elenina (MSU, M. V. Keldysh Institute of Applied Mathematics RAS):
Nanotechnologia to interdyscyplinarna dziedzina nauki, w której badane są prawa procesów fizycznych i chemicznych w obszarach przestrzennych o wymiarach nanometrowych w celu kontrolowania poszczególnych atomów, cząsteczek, układów molekularnych w tworzeniu nowych cząsteczek, nanostruktur, nanourządzeń i materiałów o specjalnych właściwościach fizycznych , właściwości chemiczne i biologiczne.
Tak w sumie wszystko jest jasne.. Ale nasz (zwłaszcza domowy) skrupulatny sceptyk powie: „Co, za każdym razem, gdy w szklance herbaty rozpuszczamy kawałek cukru, czyż nie manipulujemy substancją przy tym? poziomie molekularnym?”
I będzie miał rację. Do wiodących należy dodać pojęcia związane z „kontrolą i precyzją manipulacji”.
Federalna Agencja Nauki i Innowacji w „Koncepcji rozwoju prac w dziedzinie nanotechnologii w Federacji Rosyjskiej do 2010 roku” podaje następującą definicję:
„Nanotechnologia to zespół metod i technik, które zapewniają możliwość tworzenia i modyfikowania obiektów w sposób kontrolowany, w tym elementów o rozmiarach mniejszych niż 100 nm, przynajmniej w jednym wymiarze, i w efekcie uzyskania zasadniczo nowych właściwości, które umożliwiają ich integrację w pełni funkcjonujące systemy wielkoskalowe, w szerszym znaczeniu termin ten obejmuje także metody diagnozowania, charakterologii i badań tego typu obiektów.”
Wow! Mocno powiedziane!
Natomiast Sekretarz Stanu w Ministerstwie Edukacji i Nauki Federacji Rosyjskiej Dmitrij Livanov definiuje nanotechnologię jako:
„zespół obszarów naukowych, technologicznych i przemysłowych, które są zjednoczone w jedną kulturę opartą na operacjach z materią na poziomie pojedynczych cząsteczek i atomów”.
Prosty sceptyk będzie usatysfakcjonowany, ale sceptyk-specjalista powie: „Czy to nie te same nanotechnologie, którymi stale zajmuje się tradycyjna chemia czy biologia molekularna i wiele innych dziedzin nauki, tworząc nowe substancje, w których określa się ich właściwości i strukturę? przez nanoobiekty połączone w określony sposób?”
Co robić? Rozumiemy, czym jest „nanotechnologia”.. czujemy to, można powiedzieć.. Spróbujmy dodać do definicji jeszcze kilka terminów.
Brzytwa Ockhama
Nanotechnologia: dowolna technologia tworzenia obiektów, których właściwości konsumenckie są zdeterminowane koniecznością kontrolowania i manipulowania pojedynczymi obiektami o nanowymiarach.
Krótko i oszczędnie? Wyjaśnijmy pojęcia użyte w definicji:
"Każdy": Termin ten ma na celu pogodzić specjalistów z różnych dziedzin nauki i technologii. Z drugiej strony termin ten zobowiązuje organizacje kontrolujące budżet rozwoju nanotechnologii do zadbania o finansowanie szerokiego spektrum obszarów. W tym oczywiście biotechnologie molekularne. (Bez konieczności sztucznego dodawania przedrostka „nano-” do nazwy tych kierunków). Uważam to za dość ważne określenie sytuacji z nanotechnologią w naszym kraju na obecnym etapie :).
„Własności konsumenckie”(można oczywiście użyć tradycyjnego określenia „Wartość użytkownika” – jak kto woli): tworzenie obiektów przy użyciu tak zaawansowanych metod, jak kontrola i manipulacja materią na poziomie nano, powinno nadać jakieś nowe właściwości konsumenckie, czy też wpłynąć na cenę obiektów, w przeciwnym razie staje się to pozbawione sensu.
Oczywiste jest również, że nanorurki, w których jeden z wymiarów liniowych mieści się w obszarze wymiarów tradycyjnych, również wchodzą w zakres tej definicji. Jednocześnie same tworzone obiekty mogą mieć dowolny rozmiar – od „nano” po tradycyjny.
"Indywidualny": obecność tego terminu odrywa definicję od tradycyjnej chemii i wyraźnie wymaga obecności najbardziej zaawansowanych narzędzi naukowych, metrologicznych i technologicznych zdolnych zapewnić kontrolę nad pojedynczymi, a w razie potrzeby nawet konkretnymi nanoobiektami. Dzięki indywidualnej kontroli uzyskujemy przedmioty posiadające nowość konsumencką. Można argumentować, że na przykład wiele istniejących technologii przemysłowej produkcji ultradrobnych materiałów nie wymaga takiej kontroli, ale to tylko na pierwszy rzut oka; w rzeczywistości certyfikowana produkcja najdrobniejszych materiałów koniecznie wymaga kontroli wielkości poszczególnych cząstek.
"Kontrola", bez "Manipulacja" rozszerza definicję o tzw. nanotechnologii „poprzedniej generacji”.
"Kontrola" razem z "Manipulacja" rozszerza definicję na zaawansowane nanotechnologie.
Jeśli więc uda nam się znaleźć konkretny obiekt o wielkości nano, kontrolować i w razie potrzeby zmienić jego strukturę i połączenia, to jest to „nanotechnologia”. Jeśli otrzymamy obiekty o rozmiarach nano bez możliwości takiej kontroli (nad konkretnymi nanoobiektami), to nie jest to nanotechnologia, ani w najlepszym razie nanotechnologia „poprzedniej generacji”.
„Obiekt o wielkości nano”: atom, cząsteczka, tworzenie supramolekularne.
Ogólnie rzecz biorąc, definicja próbuje powiązać naukę i technologię z ekonomią. Te. spełnia główne cele programu rozwoju nanoprzemysłu: tworzenie technologii w oparciu o zaawansowane metody badawcze i produkcyjne oraz komercjalizację osiągniętych osiągnięć.
Generalnie na tym bym się na razie zatrzymał. A ty?
Http://www.nanonewsnet.ru/what-are-the-nanotechnologies
W naszym kraju rząd przyjął program rozwoju nanoprzemysłu. Słowo „nanotechnologia” stało się modne z dnia na dzień; w mediach aktywnie dyskutuje się o perspektywach kraju w świetle rozwoju tej obiecującej dziedziny nauki. Czym jest nanotechnologia i jak może być użyteczna?
Dobrze wiemy, że centymetr to setna część metra, milimetr to tysięczna, a nanometr to miliardowa część metra. Nano- oznacza miliardową część czegoś.
Nanotechnologia – są to metody tworzenia nanostruktur, które nadają materiałom i urządzeniom użyteczne, a czasem po prostu niezwykłe właściwości, technologie wytwarzania supermikroskopowych struktur z najmniejszych cząstek materii. Nanotechnologia to możliwość tworzenia nowych materiałów o określonych właściwościach z najmniejszych pierwiastków. atomy, a z biegiem czasu radykalnie zmienią nasze życie na lepsze.
Nanotechnologia w medycynie
Z osiągnięcia nanotechnologii w medycynie Czekają na rewolucyjne osiągnięcia w walce z nowotworami, zwłaszcza groźnymi infekcjami, we wczesnej diagnostyce i protetyce. We wszystkich tych obszarach prowadzone są intensywne badania. Część ich wyników znalazła już zastosowanie w praktyce medycznej. Oto tylko dwa uderzające przykłady:
Zabijając drobnoustroje i niszcząc nowotwory, leki zwykle atakują zdrowe narządy i komórki organizmu. Z tego powodu niektórych poważnych chorób nadal nie da się skutecznie wyleczyć – leki trzeba stosować w zbyt małych dawkach. Rozwiązaniem jest dostarczenie pożądanej substancji bezpośrednio do dotkniętej chorobą komórki bez wpływu na resztę.
W tym celu tworzone są nanokapsułki, najczęściej cząsteczki biologiczne (np. liposomy), wewnątrz których umieszczana jest nanodawka leku. Naukowcy próbują „dostroić” kapsułki do konkretnych typów komórek, które mają zniszczyć penetrując błony. Całkiem niedawno pojawiły się pierwsze przemysłowe leki tego typu, które zwalczały niektóre rodzaje nowotworów i inne choroby.
Nanocząsteczki pomagają rozwiązać inne problemy z dostarczaniem leków do organizmu. W ten sposób ludzki mózg jest poważnie chroniony przez naturę przed przenikaniem niepotrzebnych substancji przez naczynia krwionośne. Jednak ta ochrona nie jest doskonała. Łatwo go pokonać cząsteczkami alkoholu, kofeiny, nikotyny i leków przeciwdepresyjnych, ale blokuje leki na poważne choroby samego mózgu. Aby je wprowadzić, trzeba wykonać skomplikowane operacje. Obecnie testowana jest nowa metoda dostarczania leków do mózgu za pomocą nanocząstek. Białko, które swobodnie przechodzi przez „barierę mózgową”, pełni rolę „konia trojańskiego”: do cząsteczek tego białka „doczepia się” kropka kwantowa (nanokryształ półprzewodnika) i wraz z nią przenika do komórek mózgowych. Na razie kropki kwantowe sygnalizują jedynie pokonanie bariery, w przyszłości planowane jest wykorzystanie ich i innych nanocząstek do diagnostyki i leczenia.
Światowy projekt rozszyfrowania ludzkiego genomu już dawno został zakończony – całkowitego określenia struktury cząsteczek DNA, które znajdują się we wszystkich komórkach naszego organizmu i stale kontrolują ich rozwój, podział i odnowę. Jednak do indywidualnego przepisywania leków, do diagnozowania i prognozowania chorób dziedzicznych konieczne jest rozszyfrowanie nie genomu w ogóle, ale genomu danego pacjenta. Jednak proces deszyfrowania jest nadal bardzo długi i kosztowny.
Nanotechnologia oferuje ciekawe sposoby rozwiązania tego problemu. Przykładowo zastosowanie nanoporów – kiedy cząsteczka przechodzi przez taki por umieszczony w roztworze, czujnik rejestruje to poprzez zmianę oporu elektrycznego. Jednak wiele można zrobić, nie czekając na kompletne rozwiązanie tak złożonego problemu. Istnieją już biochipy, które w jednej analizie potrafią rozpoznać ponad dwieście „zespołów genetycznych” odpowiedzialnych za różne choroby u pacjenta.
Diagnostyka stanu poszczególnych żywych komórek bezpośrednio w organizmie to kolejny obszar zastosowań nanotechnologii. Obecnie testowane są sondy składające się ze światłowodu o grubości kilkudziesięciu nanometrów, do którego przymocowany jest chemicznie wrażliwy nanoelement. Sondę wprowadza się do ogniwa i za pomocą światłowodu przekazuje informację o reakcji czułego elementu. W ten sposób możliwe jest badanie w czasie rzeczywistym stanu różnych stref wewnątrz komórki i uzyskiwanie bardzo ważnych informacji o naruszeniach jej delikatnej biochemii. I to jest klucz do diagnozowania poważnych chorób na etapie, gdy nie ma jeszcze zewnętrznych objawów - i gdy chorobę znacznie łatwiej jest wyleczyć.
Ciekawym przykładem jest tworzenie nowych technologii sekwencjonowania (określania sekwencji nukleotydowej) cząsteczek DNA. Jedną z tych technik jest sekwencjonowanie nanoporów – technologia wykorzystująca pory do zliczania cząstek o wielkości od submikronowej do milimetrowej zawieszonych w roztworze elektrolitu. Kiedy cząsteczka przechodzi przez pory, zmienia się opór elektryczny w obwodzie czujnika. Każda nowa cząsteczka jest rejestrowana poprzez zmianę prądu. Głównym celem, jaki starają się osiągnąć naukowcy opracowujący tę metodę, jest nauczenie się rozpoznawania poszczególnych nukleotydów w RNA i DNA.
Piękno i nanotechnologia
Branża kosmetyczna to jedna z dziedzin, w której najszybciej stosowane są najnowsze technologie. Nanotechnologie, które stosunkowo niedawno przestały być stosowane wyłącznie w urządzeniach technicznych, obecnie coraz częściej można spotkać w produktach kosmetycznych. Ustalono, że 80 procent wszystkich substancji kosmetycznych zastosowanych na skórę pozostaje na niej, niezależnie od ceny. Oznacza to, że efekt ich stosowania wpływa głównie jedynie na kondycję samej górnej części skóry. Dlatego sukces branży kosmetycznej w coraz większym stopniu zależy od rozwoju systemów dostarczania składników aktywnych do głębokich warstw skóry. Z pomocą w rozwiązaniu tego problemu, z którym od dawna borykają się kosmetolodzy, przyszła nanotechnologia. Starzenie się skóry wynika z faktu, że wraz z wiekiem odnowa komórkowa spowalnia. Aby pobudzić wzrost młodych komórek, których liczba decyduje o elastyczności skóry, jej kolorycie i braku zmarszczek, konieczne jest działanie na najgłębszą, zarodkową warstwę skóry właściwej. Od powierzchni skóry oddziela ją bariera zrogowaciałych łusek, spajanych warstwą lipidową. Można to zrobić tylko poprzez przestrzenie międzykomórkowe, których średnica jest znikoma - nie więcej niż 100 nm. Ale mikroskopijna „brama” to nie jedyna przeszkoda. Jest jeszcze jedna trudność: substancje wypełniające te luki nie przepuszczają związków rozpuszczalnych w wodzie. Jednak te substancje, zwane lipidami, można oszukać za pomocą nanotechnologii. Jednym z rozwiązań problemu dostarczania substancji biologicznie czynnych było stworzenie sztucznych „pojemników”, liposomów, które po pierwsze mają niewielkie rozmiary, przenikają do przestrzeni międzykomórkowych, a po drugie są uznawane przez lipidy za „przyjazne”. Liposom to układ koloidalny, w którym wodny rdzeń jest otoczony ze wszystkich stron zamkniętą kulistą formacją. Tak zamaskowany rozpuszczalny w wodzie związek przechodzi bez przeszkód przez barierę lipidową. Kosmetyki na bazie liposomów zwalczają pierwsze oznaki starzenia się skóry – zwiększoną suchość i zmarszczki. Dzięki systemowi kompleksów liposomalnych składniki odżywcze są w stanie wniknąć dość głęboko. Ale niestety nie na tyle, aby znacząco wpłynąć na procesy regeneracyjne zachodzące w skórze. Micele to mikroskopijne cząstki utworzone w roztworach i składające się z rdzenia i otoczki. W zależności od stanu roztworu oraz tego, z czego zbudowany jest rdzeń i otoczka, micele mogą przybierać różne formy zewnętrzne. Liposomy są rodzajem miceli.
Kolejnym etapem rozwoju kosmetyków przeciwstarzeniowych było powstawanie osadu. Te kompleksy transportowe są jeszcze mniejsze w porównaniu do liposomów i są kulistymi strukturami wypełnionymi witaminami, mikroelementami lub innymi przydatnymi substancjami. Dzięki swoim niewielkim rozmiarom nanosomy są w stanie wniknąć w głębokie warstwy skóry. Jednak pomimo wszystkich swoich zalet nanosomy nie są w stanie transportować kompleksów bioaktywnych niezbędnych do prawidłowego odżywiania komórek. Jedyne, co potrafią, to transportować jedną substancję, na przykład witaminę. Najnowsze osiągnięcia w dziedzinie biotechnologii umożliwiły stworzenie kosmetyków, które potrafią nie tylko wniknąć w strefę warstwy zarodkowej skóry właściwej, ale także wywołać w niej dokładnie te procesy, które zostały zaprogramowane w laboratorium. Ukierunkowane kosmetyki na bazie nanokompleksów nie tylko przekazują składniki odżywcze do głębokich warstw skóry – w zależności od wykonywanego zadania ich arsenał obejmuje nawilżanie, oczyszczanie, usuwanie toksyn, wygładzanie blizn i wiele więcej. Co więcej, nanokompleksy tworzone są w taki sposób, aby uwolnienie substancji bioaktywnych następowało dokładnie w tym obszarze skóry, gdzie są one potrzebne. Główną zaletą takich kosmetyków jest ukierunkowana profilaktyka starzenia. Przecież korygowanie procesów zachodzących w skórze jest o wiele skuteczniejsze niż walka ze skutkami tych procesów. V.