Główne etapy rozwoju nanotechnologii. Przyjazne dla środowiska materiały kompozytowe

Świat doświadcza boomu inwestycyjnego w nanoprzemyśle. Najwięcej inwestycji w nanotechnologię pochodzi z USA, UE, Japonii i Chin. Liczba publikacji naukowych, patentów i czasopism stale rośnie. Istnieją prognozy dotyczące stworzenia towarów i usług o wartości 1 biliona dolarów do 2015 roku, w tym utworzenia do 2 milionów miejsc pracy.

W Rosji Ministerstwo Edukacji i Nauki utworzyło Międzyresortową Radę Naukowo-Techniczną ds. Problemu Nanotechnologii i Nanomateriałów, której działania mają na celu utrzymanie parytetu technologicznego w przyszłym świecie. Dla rozwoju nanotechnologii w ogóle, a nanomedycyny w szczególności, przygotowywane jest przyjęcie Federalnego Programu Docelowego dotyczącego ich rozwoju. Program ten obejmie przeszkolenie szeregu specjalistów w perspektywie długoterminowej.

Opisane w drugim rozdziale abstraktu sukcesy nanomedycyny staną się dostępne, według różnych szacunków, dopiero za 40-50 lat. Jednak szereg ostatnich odkryć, zmian i inwestycji w nanoprzemyśle sprawiło, że coraz więcej analityków przesuwa tę datę w dół o 10-15 lat, a być może to nie koniec.

Dzięki postępowi nanotechnologii w ogóle, a nanomedycyny w szczególności, możliwe stanie się wszczepianie nanourządzeń do ludzkiego mózgu, znacznie zwiększając wiedzę człowieka i szybkość jego myślenia. Prognozy te, w tym potencjał osiągnięcia osobistej nieśmiertelności, stały się jednym z głównych czynników powstania nowego ruchu filozoficznego - transhumanizmu, według którego gatunek ludzki nie jest koroną ewolucji, ale ogniwem pośrednim. Gatunek ten musi jeszcze radykalnie zwiększyć swoje możliwości intelektualne i fizyczne.

Oczywiście problemy idą w parze z osiągnięciami - na przykład biokompatybilnością nanomateriałów i faktem, że niewiele zostało zbadanych, możliwymi szkodliwymi konsekwencjami dla zdrowia ludzkiego wprowadzania nanocząstek i mikrourządzeń do organizmu. Publikowanych jest nieporównywalnie mniej opracowań naukowych na temat zagrożeń związanych z nanotechnologią niż prac potwierdzających ich wyższość i konieczność.

Nanomedycyna i nanotechnologia w ogóle to nowe dziedziny i istnieje niewiele dowodów eksperymentalnych na ich niekorzystne skutki. Szczególnie niepokojący jest brak wiedzy na temat sposobu, w jaki nanocząsteczki będą integrować się z procesami biochemicznymi zachodzącymi w organizmie człowieka. Niedawny artykuł w Medical Journal of Australia sugeruje, że przepisy bezpieczeństwa dotyczące nanomedycyny mogą wymagać unikalnych metod oceny ryzyka, biorąc pod uwagę nowatorstwo i różnorodność produktów, wysoką mobilność i reaktywność opracowanych nanocząstek oraz że ich wprowadzenie do praktyki spowoduje zatarcie możliwości diagnostycznych i terapeutyczne klasyfikacje „leków” oraz „urządzenie terapeutyczne”. Obecnie część naukowców mówi o jeszcze bardziej globalnych problemach nanomedycyny, kwestionując jej istnienie jako prawdziwej nauki, wśród nich jest jeden z czołowych światowych ekspertów w dziedzinie nanotoksykologii – Gunther Oberdoester, profesor toksykologii na wydziale medycyny środowiskowej Uniwersytetu im. Rochestera. „Pod wieloma względami obietnice nanomedycyny to przesada. Rzeczywiście wiele rzeczy wygląda bardzo obiecująco, ale jak dotąd przeprowadzono jedynie badania na zwierzętach, aby pokazać, jak to działa” – mówi Oberdoester.

Oprócz oczywistych potencjalnych zagrożeń dla pacjentów, z nanomedycyną wiążą się inne zagrożenia toksykologiczne. Istnieją także problemy z utylizacją nanoodpadów oraz zanieczyszczeniem środowiska w wyniku produkcji nanomedyków i materiałów. „Te potencjalne ryzyko również należy dokładnie ocenić” – mówi Oberdoster. „To jeszcze nie zostało zrobione.”

Rosyjscy naukowcy odkryli, że w środowisku człowieka znajduje się ogromna liczba biologicznie aktywnych nanocząstek, które dostają się do organizmu człowieka bez nadzoru lekarza i nie wpływają najlepiej na ludzki organizm. Na przykład wdychanie nanocząstek polistyrenu nie tylko powoduje zapalenie tkanki płucnej, ale także wywołuje zakrzepicę naczyń krwionośnych. Istnieją dowody na to, że nanocząsteczki węgla mogą powodować zaburzenia pracy serca i tłumić aktywność układu odpornościowego. Eksperymenty na rybach akwariowych i psach wykazały, że fulereny, wieloatomowe sferyczne cząsteczki węgla o średnicy kilku nanometrów, mogą niszczyć tkankę mózgową. Przenikanie nanocząstek do biosfery niesie ze sobą wiele konsekwencji, których nie da się jeszcze przewidzieć ze względu na brak informacji.

Wiele osób uważa, że ​​rozwój nanomedycyny doprowadzi do szeregu problemów społecznych. Eric Drexler, klasyk w dziedzinie osiągnięć i przewidywań nanotechnologicznych, zauważył, że stworzenie technologii do produkcji replikatorów mogłoby przyczynić się np. do powstania despotycznych form rządów (organizacja inwigilacji populacji, kontrola nad ciałem ludzkim i umysł).

Nierówności społeczne mogą się pogłębiać, zwłaszcza na pierwszych etapach wprowadzania osiągnięć nanotechnologii do medycyny, kiedy koszty nowych leków i metod będą nadal dość wysokie. Zaostrzy to niektóre problemy moralne, które już istnieją we współczesnej medycynie.

Znaczące wydłużenie średniej długości życia będzie wymagało rewizji ustawodawstwa emerytalnego i pogłębi problem przeludnienia Ziemi.

Głównym problemem naszego kraju jest przejście od naukowych badań laboratoryjnych do opłacalnej ekonomicznie produkcji przemysłowej. O ile w praktyce światowej najbardziej opłacalne są inwestycje w nanotechnologię, o tyle w Rosji wciąż niewiele jest prywatnych firm i osób prywatnych, które decydują się na inwestycje w nanotechnologię.

Innym szeroko dyskutowanym problemem jest to, co Drexler nazywa problemem „szarej mazi”. Mówimy o możliwej utracie kontroli nad nanocząsteczkami, które zaczną się niekontrolowanie namnażać. Naukowcy uważają jednak, że rozwiązanie tego problemu nie jest takie trudne, zwłaszcza w porównaniu z głównym problemem tworzenia tych cząstek.

Nanotechnologia zasadniczo zmieni życie ludzkości i stworzy nowe perspektywy dla każdego człowieka nie tylko w dziedzinie udogodnień gospodarstwa domowego, ale także zdrowia. Pozytywny wpływ nanotechnologii na wszystkie dziedziny życia człowieka niewątpliwie przewyższa niebezpieczeństwa, jakie towarzyszą jej specyficznym zastosowaniom i które wymagają szczególnych środków ostrożności.

Nanotechnologia to nie tylko osiągnięcia naukowo-techniczne. Pojawienie się tej nauki oznacza fundamentalne zmiany w poznaniu świata i współdziałaniu różnych dyscyplin naukowych i różnych gałęzi przemysłu. Nanotechnologia jest interdyscyplinarnym kierunkiem rozwoju nauki i technologii. Łączy w sobie fizykę, chemię, biologię, informatykę i niewątpliwie w dziedzinie nanotechnologii pozostaje jeszcze wiele wielkich odkryć, które mogą zmienić istniejący świat.

Wniosek

Można stwierdzić, że nanotechnologia stopniowo zajmuje coraz ważniejsze miejsce w naszym życiu. Wprowadzenie nanotechnologii w nasze życie może znacznie je ułatwić, a rozwój nanotechnologii w medycynie pomoże w walce z najstraszniejszymi chorobami ludzkości, takimi jak nowotwory. W odległej przyszłości rozwój nanomedycyny może doprowadzić nawet do osiągnięcia nieśmiertelności. Obszarów zastosowań nanotechnologii jest wiele. A zakres zastosowań tych technologii zwiększa się z dnia na dzień i obiecuje o wiele więcej interesujących rzeczy.

Jednocześnie wielu oczekuje od nanotechnologii kolejnej „rewolucji przemysłowej”, którą kiedyś wytworzyły technologie mikro- lub komputerowe. Tak, mogą rozwiązać niektóre z naszych palących problemów, ale w kwestii nanotechnologii wciąż jest zbyt wiele niejasności. Nadal nie jest do końca jasne, jak nieszkodliwe są nanomateriały dla człowieka i jakie mogą powodować skutki uboczne – innymi słowy, jakie istnieją ograniczenia w ich stosowaniu. Udoskonalenie istniejących technologii do takiego poziomu, że można mówić o rewolucji technicznej, zajmuje jeszcze dużo czasu.

Można śmiało powiedzieć, że nanotechnologia jest nauką przyszłości.

Bibliografia.

1. Razumowska I.V. Nanotechnologia: podręcznik. Korzyść. Przedmiot do wyboru M.: Drop, 2009.

2. Strona o nanotechnologii Nanotechnologia News Network /// link ważny od 18.04.2011

3. Magazyn internetowy „Commercial Nanotechnology” /// link ważny od 18.04.2011r.

4. Rosyjski nanoczasopismo elektroniczne „Russian Nanotechnologies” /// link ważny od 18.04.2011

5. Portal informacji naukowej o nanotechnologiach/nanotechnologie/link ważny od 18.04.2011r.

6. Federalny portal internetowy „Nanotechnologie i nanomateriały” /// link ważny od 18.04.2011r.

7. Perspektywy rozwoju nanotechnologii w Rosji ///files/journalsf/item/20061107123532.pdf link ważny na dzień 18.04.2011

8. Encyklopedia kultur Déjà vu ///main.htmllink ważny na dzień 18.04.2011

9. Magazyn internetowy Futura // / link home.php3 ważny od 18.04.2011

10. R. P. Feynman, „There’s Plenty of Room at the Bottom”, Engineering and Science (California Institute of Technology), luty 1960, s. 22-36. Tekst wykładu dostępny jest w Internecie pod adresem http://nano .xerox.com/nanotech/feynman.html Tłumaczenie rosyjskie opublikowane w czasopiśmie „Chemistry and Life”, nr 12, 2002, s. 21-26.

12. Yu D. Semchikov. „Dendrymery – nowa klasa polimerów”. Dziennik edukacyjny Sorosa. 1998. nr 12, s. 45-51.

13. Robert A. Freitas Jr., „Projekt eksploracyjny w nanotechnologii medycznej: mechaniczna sztuczna komórka czerwona”, Sztuczne komórki, substytuty krwi i immobil. Biotechnologia. 26(1998):411-430.

14. „Magia mikroczipów”. „W świecie nauki”, listopad 2002, s. 6-15.

15. Mikroskopia z sondą skaningową biopolimerów. wyd. I. V. Yaminsky. M., „Świat nauki”, 2007.

17. Isaac Asimov, „Czy jest tam ktoś?” Ace Books, Nowy Jork, 1967.

18. Robert C.W. Ettinger, Perspektywa nieśmiertelności, Doubleday, NY, 1964. Tłumaczenie rosyjskie: Robert Ettinger. Szanse na nieśmiertelność. M., „Świat nauki”, 2003

19. Robert A. Freitas Jr., „Nanomedycyna”. Tom. 1: Podstawowe możliwości”. Landes Bioscience, Austin, Teksas, 2009. Tłumaczenie na język rosyjski jest w przygotowaniu do publikacji.

20. R. F. Feynman, „Żartuje pan, panie Feynman?”, wyd. „Dynamika regularna i chaotyczna”, 2001

21. A. MacKinnon, „Przekładnie kwantowe: prosty system mechaniczny w reżimie kwantowym”, Nanotechnology 13 (październik 2002) 678-681. Tekst jest dostępny w Internecie pod adresem http://arxiv.org/abs/cond-mat/0205647.

22. „Obliczenia kwantowe: zalety i wady” (zbiór). Iżewsk, 1999.

23. SD Howe. Nanotechnologia: powolna rewolucja. Forrester Research Corporation, sierpień 2002, Cambridge, Maryland, USA, 21 s.

24. S.B. Niestierow. Nanotechnologia. Stan obecny i perspektywy. „Nowe technologie informacyjne”. Streszczenia sprawozdań z XII Międzynarodowego Studenckiego Seminarium Szkolnego - M.: MGIEM, 2004, 421 s., s. 21-22.

25. I.V. Artiuchow, V.N. Kemenow, S.B. Niestierow. Technologie biomedyczne. Przegląd stanu i kierunku prac. Materiały IX Konferencji Naukowo-Technicznej „Nauka i Technologia Próżniowa” – M.: MIEM, 2002, s. 25-20. 244-247

26. I.V. Artiuchow, V.N. Kemenow, S.B. Niestierow. Nanotechnologia, biologia i medycyna. Materiały IX Konferencji Naukowo-Technicznej „Nauka i Technologia Próżniowa” – M.: MIEM, 2002, s. 25-20. 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

Z nowego badania opublikowanego w NanoImpact wynika, że ​​rośliny są bardziej podatne na toksyczne nanocząsteczki, jeśli ich rodzice rosły w skażonej glebie. Wyniki podkreślają znaczenie udoskonalenia i rozszerzenia badań nad wpływem nanomateriałów na rośliny.

W innym artykule opublikowanym w NanoImpact naukowcy ostrzegają, że nasza wiedza na temat zagrożeń dla rolnictwa związanych ze stosowaniem nanotechnologii i wpływem nanomateriałów na rośliny, w szczególności spożywcze, jest niewystarczająca i czas ją przemyśleć.

Przemysł nanotechnologiczny rozwija się w szybkim tempie. Opiera się na wykorzystaniu maleńkich cząstek o wielkości jednej miliardowej metra do szerokiej gamy zastosowań technologicznych – od filtrów przeciwsłonecznych po baterie.

Nanocząsteczki są stosowane w tysiącach produktów komercyjnych, co uniemożliwia zatrzymanie ich akumulacji w środowisku. Jednak w przeciwieństwie do wielu innych materiałów mogą być wysoce reaktywne i mieć wyjątkowy wpływ na zdrowie i bezpieczeństwo ludzi oraz środowisko.

Jednym z ważnych punktów końcowych dla nanocząstek są gleby rolnicze. Nanocząsteczki przedostają się do gleby poprzez nawadnianie i nawożenie z oczyszczalni ścieków. Z tego powodu rośliny uprawne mogą być narażone na zwiększone narażenie na nanocząsteczki znajdujące się w glebie, w której rosną.

Co więcej, nanotechnologia może zrewolucjonizować rolnictwo w taki sam sposób, w jaki zrewolucjonizowała medycynę i komunikację, dlatego badacze muszą zrozumieć, jak wpływa ona nie tylko na obecnie uprawiane rośliny, ale także na przyszłe pokolenia upraw.

„Musimy teraz zbadać wpływ nanocząstek na wzrost roślin” – powiedział dr Jason S. White z Agricultural Experiment Station w Connecticut w USA, który jest jednym z naukowców wzywających do dalszych badań. "Każda technologia niesie ze sobą zarówno ryzyko, jak i korzyści, a nawet w przypadkach, gdy korzyści mogą być ogromne, należy dokładnie zbadać ryzyko. Potrzebne są dalsze badania nad wpływem nanocząstek na wiele pokoleń roślin."

Doktor Ma z Texas A&M University i inni badacze badali wpływ nanocząstek tlenku ceru na zdrowie i plony trzech pokoleń roślin – było to pierwsze tak kompleksowe badanie w historii. Wyhodowali trzy pokolenia roślin Brassica rapa w glebie zanieczyszczonej tlenkiem ceru i badali wpływ nanocząstek na wzrost i rozmnażanie roślin. Wyniki wykazały, że takie narażenie obniżyło jakość nasion, na czym ucierpiały kolejne pokolenia roślin, a plony spadły. Kolejne pokolenia również wykazywały więcej oznak stresu niż ich „rodzice” w tych samych warunkach hodowli.

„Nasze badanie znacznie poszerza wiedzę na temat interakcji roślina-nanocząsteczki oraz wpływu nanocząstek na uprawy niż większość poprzednich badań” – stwierdziła dr Ma.

Substancje powstałe na ich bazie nazywane są nanomateriałami, a sposoby ich wytwarzania i stosowania nazywane są nanotechnologiami. Gołym okiem można zobaczyć obiekt o średnicy około 10 tysięcy nanometrów.

Almanach „Zrozumieć nanotechnologię” Zrozumieć nanotechnologię zauważa, że ​​pomimo tego, że termin „nanotechnologia” stał się w ostatnich latach bardzo popularny, nawet osoby wspierające rozwój tej gałęzi nauki i technologii często mają bardzo ogólne pojęcie o tym, o czym mówimy. Znamienne jest, że słowo „nanotechnologia” nie pojawia się w słowniku akademickim American English Webster Dictionary z 1966 roku, mimo że badania nad nanosferą trwały już wówczas dość długo.

Stany Zjednoczone po raz pierwszy za czasów prezydenta Billa Clintona przeznaczyły znaczne środki budżetowe na rozwój nanotechnologii. W przemówieniu ogłaszającym ten fakt (wygłoszonym w 2000 r.) Clinton wyjaśniła, że ​​nanotechnologia umożliwia wytworzenie z kawałka substancji wielkości kostki cukru materiału dziesięciokrotnie mocniejszego od stali. Definicja ta jest obecnie postrzegana jako wulgarna i skrajnie prymitywna, nie ma jednak gwarancji, że obecne definicje nanotechnologii nie staną się w dającej się przewidzieć przyszłości dezaktualizacją i nie będą wyglądać jak koszmarny anachronizm. Chyba największe szanse na przetrwanie daje definicja podana przez Ritę Colwell, dyrektor amerykańskiej National Science Foundation: „Nanotechnologia to brama do innego świata”.

Globalne wydatki na projekty nanotechnologiczne przekraczają obecnie 9 miliardów dolarów rocznie. Na Stany Zjednoczone przypada obecnie około jedna trzecia wszystkich światowych inwestycji w nanotechnologię. Innymi znaczącymi graczami na tym polu są Unia Europejska i Japonia. Badania w tym zakresie są aktywnie prowadzone także w krajach byłego ZSRR, Australii, Kanadzie, Chinach, Korei Południowej, Izraelu, Singapurze, Brazylii i Tajwanie. Prognozy wskazują, że do 2015 roku łączna liczba pracowników w różnych sektorach przemysłu nanotechnologicznego może osiągnąć 2 miliony osób, a łączna wartość towarów wytworzonych przy użyciu nanomateriałów wyniesie co najmniej kilkaset miliardów dolarów, a być może zbliży się do 1 biliona dolarów.

Nanotechnologię dzieli się zwykle na trzy typy. Przemysłowe zastosowanie nanocząstek w farbach samochodowych i kosmetykach samochodowych jest przykładem nanotechnologii „przyrostowych”. Nanotechnologie „ewolucyjne” reprezentują czujniki w skali nano wykorzystujące właściwości fluorescencyjne kropek kwantowych (o średnicy od 2 do 10 nanometrów) i właściwości elektryczne nanorurek węglowych (o średnicy od 1 do 100 nanometrów), chociaż rozwiązania te są wciąż w powijakach. „Radykalne” nanotechnologie jeszcze się nie pojawiły, można je spotkać jedynie w thrillerach science fiction. Należy się także spodziewać konwergencji tych trzech technologii.

Jednakże przejście od produkcji laboratoryjnej do produkcji masowej jest obarczone znaczącymi wyzwaniami, a niezawodne przetwarzanie materiałów w nanoskali w wymagany sposób jest nadal bardzo trudne do ekonomicznej realizacji. Obecnie nanomateriały wykorzystywane są do produkcji powłok ochronnych i pochłaniających światło, sprzętu sportowego, tranzystorów, diod elektroluminescencyjnych, ogniw paliwowych, leków i sprzętu medycznego, materiałów do pakowania żywności, kosmetyków i odzieży. Do oleju napędowego dodawane są już nanozanieczyszczenia na bazie tlenku ceru, co pozwala zwiększyć wydajność silnika o 4-5% i zmniejszyć stopień zanieczyszczenia spalin. W 2002 roku po raz pierwszy na Pucharze Davisa wykorzystano piłki tenisowe stworzone przy użyciu nanotechnologii.

Ogółem przemysł amerykański i przemysł innych krajów rozwiniętych wykorzystuje obecnie nanotechnologię w procesie produkcji co najmniej 80 grup dóbr konsumpcyjnych oraz ponad 600 rodzajów surowców, komponentów i urządzeń przemysłowych. W Stanach Zjednoczonych wydatki federalne na same programy i projekty nanotechnologiczne wzrosły z 464 milionów dolarów w 2001 roku do 1 miliarda dolarów w 2005 roku. Według Congressional Research Service Stany Zjednoczone planują przeznaczyć na te cele w 2006 roku 1,1 miliarda dolarów. Kolejne 2 miliardy dolarów wydały w 2005 roku amerykańskie korporacje na te same cele (nanolaboratoria stworzyły tacy biznesowi giganci jak HP, NEC i IBM, uniwersytety i władze poszczególnych państw).

Bezchmurna nanojutro

W ostatnich latach opublikowano wiele optymistycznych prognoz dotyczących zastosowań nanotechnologii. Właściwości materiałów w nanoskali różnią się od właściwości materiałów w dużych skalach tym, że w nanoskali powierzchnia przypadająca na jednostkę objętości jest niezwykle duża. Nanotechnologia może radykalnie zmienić metody stosowane obecnie w mikroelektronice, optoelektronice i medycynie. Dlatego nanotechnologia ma naprawdę gigantyczny potencjał.

Znany naukowiec Jay Storrs HallJ. Storrs Hall, autor popularnonaukowej książki „Nanofuture”Nanofuture: What's Next For Nanotechnology przekonuje, że nanotechnologia radykalnie zmieni wszystkie dziedziny życia człowieka. Na ich podstawie można stworzyć dobra i produkty, których zastosowanie zrewolucjonizuje całe sektory gospodarki.Należą do nich nanosensory do identyfikacji toksycznych odpadów przemysłu chemicznego i biotechnologicznego, leków, chemicznych środków bojowych, materiałów wybuchowych i mikroorganizmów chorobotwórczych, a także filtry nanocząstek i inne urządzenia oczyszczające, których zadaniem jest ich usuwanie lub neutralizacja.Kolejny przykład obiecujących nanosystemów w niedalekiej przyszłości powstają autostrady elektryczne.Kable oparte na nanorurkach węglowych, które będą lepiej przewodziły prąd wysokiego napięcia niż druty miedziane, a jednocześnie ważą pięć do sześciu razy mniej.Nanomateriały znacznie obniżą koszty katalizatorów samochodowych oczyszczających spaliny szkodliwych zanieczyszczeń, ponieważ przy ich pomocy można 15-20-krotnie zmniejszyć zużycie platyny i innych cennych metali stosowanych w tych urządzeniach. Istnieją podstawy, aby sądzić, że nanomateriały znajdą szerokie zastosowanie w przemyśle rafinacji ropy naftowej oraz w nowych obszarach bioprzemysłu, takich jak genomika i proteomika.

Fizyk Ted Sargent, autor książki „Taniec cząsteczek” przeciwko konkretnym patogenom. Ray Kurzweil, autor książki Fantatic Voyage: Live Long Enough to Live Ever, przewiduje, że możliwe jest stworzenie nanorobotów-lekarzy, którzy będą w stanie „żyć” wewnątrz ludzkiego ciała, eliminując wszelkie powstałe uszkodzenia lub zapobiegając ich wystąpieniu.

Teoretycznie nanotechnologia może zapewnić człowiekowi fizyczną nieśmiertelność dzięki temu, że nanomedycyna może w nieskończoność regenerować umierające komórki. Magazyn Scientific American przewiduje, że w najbliższej przyszłości pojawią się urządzenia medyczne wielkości znaczka pocztowego. Wystarczy nałożyć je na ranę. Urządzenie to samodzielnie przeprowadzi badanie krwi, ustali, jakie leki należy zastosować i wstrzyknie je do krwi.

Oczekuje się, że pierwsze roboty oparte na nanotechnologii pojawią się już w 2025 roku. Teoretycznie jest możliwe, że z gotowych atomów uda im się zbudować dowolny obiekt. Nanotechnologia może zrewolucjonizować rolnictwo. Roboty molekularne będą mogły produkować żywność, zastępując rośliny i zwierzęta rolnicze. Przykładowo teoretycznie możliwa jest produkcja mleka bezpośrednio z trawy z pominięciem ogniwa pośredniego – krowy. Nanotechnologia może także ustabilizować sytuację środowiskową. Nowe rodzaje przemysłu nie będą wytwarzać odpadów zatruwających planetę. Niesamowite perspektywy otwierają się także w dziedzinie technologii informatycznych. Nanoroboty są w stanie urzeczywistnić marzenie pisarzy science fiction o kolonizacji innych planet – urządzenia te będą w stanie stworzyć na nich siedlisko niezbędne do życia człowieka. Josh Wolfe, redaktor raportu Forbes/Wolfe Nanotech Report, pisze: „Świat zostanie po prostu odbudowany. Nanotechnologia wstrząśnie wszystkim na planecie”.

Krótka nanohistoria

Historyk nauki Richard D. Booker zauważa, że ​​stworzenie historii nanotechnologii jest niezwykle trudne z dwóch powodów – po pierwsze, „niejasnego” charakteru samego tego pojęcia. Na przykład nanotechnologia często nie jest „technologią” w zwykłym znaczeniu tego słowa. Po drugie, ludzkość zawsze próbowała eksperymentować z nanotechnologią, nawet o tym nie wiedząc.

Charles P. Poole, autor książki „Wprowadzenie do nanotechnologii”, podaje ilustracyjny przykład: w British Museum znajduje się tzw. „Puchar Likurga” (ściany kielicha przedstawiają sceny z życia tego wielkiego spartańskiego legislatora), wykonany przez starożytnych rzymskich rzemieślników - zawiera dodane do szkła mikroskopijne cząsteczki złota i srebra. Pod różnym oświetleniem filiżanka zmienia kolor - z ciemnoczerwonego na jasnozłoty. W podobnych technologiach wykonywano witraże w średniowiecznych katedrach europejskich.

Za ojca nanotechnologii można uważać greckiego filozofa Demokryta. Około 400 roku p.n.e. Po raz pierwszy użył słowa „atom”, co po grecku oznacza „niezniszczalny”, aby opisać najmniejszą cząstkę materii. W 1661 roku irlandzki chemik Robert Boule opublikował artykuł, w którym skrytykował twierdzenie Arystotelesa, że ​​wszystko na Ziemi składa się z czterech żywiołów – wody, ziemi, ognia i powietrza (filozoficzne podstawy ówczesnej alchemii, chemii i fizyki). Boyle argumentował, że wszystko składa się z „cząsteczek” – bardzo małych części, które w różnych kombinacjach tworzą różne substancje i przedmioty. Następnie idee Demokryta i Boyle'a zostały zaakceptowane przez środowisko naukowe.

Prawdopodobnie po raz pierwszy w nowożytnej historii przełomu nanotechnologicznego dokonał amerykański wynalazca George Eastman (później założył słynną firmę Kodak), który wyprodukował kliszę fotograficzną (stało się to w 1883 roku).

1905 Szwajcarski fizyk Albert Einstein opublikował pracę, w której udowodnił, że wielkość cząsteczki cukru wynosi w przybliżeniu 1 nanometr.

1931 Niemieccy fizycy Max Knoll i Ernst Ruska stworzyli mikroskop elektronowy, który po raz pierwszy umożliwił badanie nanoobiektów.

1968 Alfred ChoAlfred Cho i John ArthurJohn Arthur, pracownicy działu naukowego amerykańskiej firmy Bell, opracowali teoretyczne podstawy nanotechnologii w obróbce powierzchni.

1974 Japoński fizyk Norio Taniguchi wprowadził do obiegu naukowego słowo „nanotechnologia”, które zaproponował nazwać mechanizmami o wielkości mniejszej niż jeden mikron. Greckie słowo „nos” oznacza „gnom” i odnosi się do miliardów części całości.

1981 Niemieccy fizycy Gerd Binnig i Heinrich Rohrer stworzyli mikroskop zdolny do pokazania poszczególnych atomów.

1985 Amerykańscy fizycy Robert Curl, Harold KrotoHarold Kroto i Richard SmalleyRichard Smalley stworzyli technologię, która umożliwia dokładny pomiar obiektów o średnicy jednego nanometra.

1986 Nanotechnologia stała się znana ogółowi społeczeństwa. Amerykański futurysta Eric DrexlerEric Drexler opublikował książkę, w której przepowiedział, że nanotechnologia wkrótce zacznie się aktywnie rozwijać.

1989 Donald EiglerDonald Eigler, pracownik IBM, ułożył nazwę swojej firmy atomami ksenonu.

1993 W Stanach Zjednoczonych zaczęto przyznawać Nagrodę Feynmana, której nazwa pochodzi od fizyka Richarda P. Feynmana, który w 1959 r. wygłosił prorocze przemówienie, w którym stwierdził, że wiele problemów naukowych zostanie rozwiązanych dopiero wtedy, gdy naukowcy nauczą się pracować na poziom atomowy. W 1965 roku Feynman otrzymał Nagrodę Nobla za badania w dziedzinie elektrodynamiki kwantowej, obecnie jednej z dziedzin nanonauki.

1998 Holenderski fizyk Seez Dekker stworzył tranzystor oparty na nanotechnologii.

1999 Amerykańscy fizycy James TourJames Tour i Mark ReedMark Reed ustalili, że pojedyncza cząsteczka może zachowywać się w taki sam sposób, jak łańcuchy molekularne.

rok 2000. Administracja USA wsparła utworzenie Narodowej Inicjatywy Nanotechnologicznej. Badania nanotechnologiczne otrzymały finansowanie rządowe. Następnie z budżetu federalnego przeznaczono 500 milionów dolarów.

2001 - Mark A. Ratner, autor książki „Nanotechnologia: delikatne wprowadzenie do następnej wielkiej idei”, uważa, że ​​nanotechnologia stała się częścią życia człowieka w 2001 roku. Wtedy miały miejsce dwa znaczące wydarzenia: wpływowy magazyn naukowy Science nazwał nanotechnologię „przełomem roku”, a wpływowy magazyn biznesowy Forbes nazwał ją „nowym obiecującym pomysłem”. Obecnie w odniesieniu do nanotechnologii okresowo używa się określenia „nowa rewolucja przemysłowa”.

Widmowe zagrożenie

Historia niezbicie pokazuje, że prawie wszystkie przydatne wynalazki i osiągnięcia naukowo-techniczne nie tylko przyczyniają się do rozwoju gospodarki, ale także narażają ludzkość na nowe, czasem trudne do przewidzenia niebezpieczeństwa.

W 2004 roku Credit Suisse First Boston opublikował raport analityczny na temat przyszłości nanotechnologii. Stwierdza, że ​​nanotechnologia jest klasyczną „technologią ogólnego przeznaczenia”. Inne technologie ogólnego przeznaczenia – maszyny parowe, elektryczność i kolej – stały się podstawą rewolucji przemysłowych. Innowacje tego rodzaju zwykle zaczynają się od bardzo prymitywnych technologii o ograniczonych zastosowaniach, ale szybko rozprzestrzeniają się na inne obszary życia. Rozpoczyna to „proces twórczej destrukcji” (proces, w którym nowa technologia lub produkt zapewnia nowe możliwości i lepsze rozwiązania, w wyniku czego następuje całkowite zastąpienie poprzedniej technologii lub produktu, tak jak energia elektryczna zastąpiła parę, a poczta elektroniczna telegraf) . W najbliższej przyszłości twórcza destrukcja nie tylko będzie kontynuowana, ale wręcz przyspieszy, a jej rdzeniem będzie nanotechnologia. Wniosek: „Większości firm notowanych na obecnym indeksie Dow Jones Industrial Average prawdopodobnie nie będzie już w nim za dwadzieścia lat”.

Eric Drexler Eric Drexler, założyciel i kierownik badań Instytutu Foresight, autor książki „Engines of Creation”, podkreśla, że ​​dziś nabywca produktu przemysłowego płaci za jego projekt, materiały, robociznę, koszty produkcji, transportu, przechowywania i sprzedaży organizacja. Jeśli nanofabryki będą mogły wytwarzać szeroką gamę produktów w dowolnym miejscu i czasie, większość tych operacji stanie się niepotrzebna. Dlatego nie wiadomo, jak nanoprodukcja wpłynie na ceny i stopę bezrobocia. Elastyczność wytwarzania w oparciu o nanotechnologię oraz możliwość wytwarzania radykalnie lepszych produktów powoduje, że produkty konwencjonalne nie będą w wielu obszarach mogły konkurować z produktami nanofabryk. Jeżeli technologia nanofabryk jest własnością jakiejkolwiek organizacji lub jest przez nią kontrolowana, może to prowadzić do „nowej monopolizacji”.

Centrum Odpowiedzialnej Nanotechnologii przewiduje, że produkty nanotechnologiczne będą niezwykle cenne jak na dzisiejsze standardy. Monopol umożliwi właścicielom technologii ustalanie wysokich cen na wszystkie produkty w celu osiągnięcia dużych zysków. Oznacza to jednak, że miliony ludzi w potrzebie nie będą miały dostępu do niezbędnej, taniej technologii. Z biegiem czasu konkurencja obniży ceny, ale na początku prawdopodobny jest monopol. Co więcej, „biedne” kraje świata nie mają możliwości finansowania nanobadań. Jest również mało prawdopodobne, aby dopuszczono do istnienia nieuregulowany komercyjny rynek nanotechnologii.

Istnieją inne aspekty problemu. Terroryści i przestępcy uzyskujący dostęp do nanotechnologii mogą wyrządzić znaczne szkody społeczeństwu. Broń chemiczna i biologiczna będzie bardziej niebezpieczna i znacznie łatwiej będzie ją ukryć. Możliwe będzie stworzenie nowych rodzajów broni do zabijania na odległość, która będzie bardzo trudna do wykrycia lub zneutralizowania. Trudniejsze stanie się także złapanie przestępcy po popełnieniu podobnego przestępstwa. Z drugiej strony państwo zyska nowe możliwości. Teoretycznie możliwe jest stworzenie bardzo małych, niedrogich superkomputerów, które będą w stanie potajemnie i na bieżąco uruchamiać programy nadzoru populacji. Przy stosunkowo niewielkich kosztach można wyprodukować ogromną liczbę urządzeń monitorujących. Dzięki możliwości zbudowania miliardów skomplikowanych urządzeń przy całkowitym koszcie kilku dolarów każda zautomatyzowana technologia, którą można zastosować w przypadku jednej osoby, może zostać zastosowana u wszystkich. Każdy scenariusz kontroli fizycznej lub psychologicznej z wykorzystaniem ekstremalnych możliwości nanotechnologii będzie wyglądał jak science-fiction i nieprawdopodobny.

Nowe rzeczy i zmiany w zwykłym sposobie życia mogą prowadzić do rozluźnienia fundamentów społeczeństwa. Na przykład urządzenia medyczne, które pozwalają stosunkowo łatwo modyfikować strukturę mózgu lub stymulować pewne jego części do wywoływania efektów naśladujących dowolną formę aktywności umysłowej, mogą stać się podstawą „uzależnienia od nanotechnologii”.

Nanotechnologia ma także świetlaną przyszłość militarną. Obecnie badania wojskowe na świecie prowadzone są w sześciu głównych obszarach: technologie tworzenia i przeciwdziałania „niewidzialności”, zasoby energii, systemy samoleczenia (np. pozwalające na automatyczną naprawę uszkodzonej powierzchni czołgu lub samolotu lub zmianę jego kolor), łączność, a także urządzenia do wykrywania czynników chemicznych i biologicznych, zanieczyszczeń. W 1995 roku David E. Jeremiah, były członek Połączonego Szefa Sztabów, stwierdził: „Nanotechnologia może radykalnie zmienić układ sił w większym stopniu niż nawet broń nuklearna”.

Można sobie wyobrazić urządzenie wielkości najmniejszego owada (ok. 200 mikronów), zdolne do odnajdywania niechronionych osób i wstrzykiwania im trucizn. Dawka śmiertelna toksyny botulinowej wynosi 100 nanogramów, czyli około 1/100 objętości całego urządzenia. W walizce można by przechowywać 50 miliardów takiej broni – wystarczającej do zabicia każdego człowieka na Ziemi. Broń palna stanie się znacznie potężniejsza, a kule zaczną celować. Technologia lotnicza mogłaby być znacznie lżejsza i lepsza, wykonana z niewielkiej ilości metalu lub w ogóle go nie zawierać, co znacznie utrudniłoby wykrycie jej przez radar. Wbudowane komputery pozwolą na odpalenie dowolnego rodzaju broni na odległość, a bardziej kompaktowe źródła energii znacznie poprawią możliwości robotów bojowych.

Analityk Tom McCarthy, autor artykułu „Nanotechnologia molekularna a system światowy” przekonuje, że nanotechnologia pomoże zmniejszyć poziom wpływów gospodarczych poszczególnych państw. Podczas operacji wojskowych armie będą wolały niszczyć ludzi niż sprzęt wojskowy lub przedsiębiorstwa przemysłowe. Nanotechnologia umożliwi organizację produkcji przemysłowej nawet w regionach, w których brakuje surowców mineralnych. Sprawią, że małe grupy staną się całkowicie samowystarczalne, co może przyczynić się do upadku państw.

Ocena ryzyka

Stany Zjednoczone i inne kraje próbują ocenić ryzyko stosowania i udoskonalania nanotechnologii. Jednak w Stanach Zjednoczonych środki na analizę potencjalnych zagrożeń wynikających ze stosowania nanomateriałów są nadal bardzo małe.

Według szacunków ekspertów z Project on Emerging Nanotechnologies ich łączna kwota to zaledwie 39 milionów dolarów – czyli zaledwie 4% wszystkich alokacji na nanotechnologie pochodzących ze skarbu federalnego. Liczba projektów, na które przeznaczono te środki, jest również dość skromna – około 160.

Na przesłuchaniu przed Komisją Naukową Izby Reprezentantów USA przedstawiciele ruchów ekologicznych i korporacji przemysłowych jednogłośnie stwierdzili, że koszt wyjaśnienia środowiskowych i medycznych aspektów stosowania nanomateriałów powinien wynieść od 10 do 20 procent wszystkich wydatków rządowych na nanotechnologię .

Taki stan rzeczy wywołał już wiele niepokojących ostrzeżeń ze strony ekspertów. Nanocząsteczki łatwo przenikają do organizmu człowieka i zwierząt poprzez skórę, układ oddechowy i przewód pokarmowy. Obecnie nie ma już wątpliwości, że niektóre nanoobiekty mogą działać toksycznie na komórki różnych tkanek. W szczególności taki efekt mają nanorurki węglowe, które uważane są za jeden z najbardziej obiecujących nanomateriałów najbliższej przyszłości.

Sytuację komplikuje fakt, że wiele nanostruktur wytwarza się na więcej niż jeden sposób. Okoliczność ta zwiększa zakres zagrożeń, z jakimi mogą się spotkać lub już borykają się pracownicy przemysłu nanotechnologicznego. Z drugiej strony daje podstawy do przypuszczeń, że zewnętrznie te same nanoprodukty, wytworzone przy użyciu różnych technologii, będą miały różny wpływ na człowieka i jego środowisko.

W grudniu 2004 r. Rada ds. Polityki Naukowej Agencji Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych utworzyła grupę roboczą ekspertów, której zadaniem było przygotowanie Białej Księgi na temat zagrożeń związanych z nanotechnologią. Dokładnie rok później ukazał się projekt tego dokumentu.

Autorzy projektu White Paper rozpoczynają od zdefiniowania przedmiotu swojej analizy. Definiują nanotechnologię jako „badania i rozwój na poziomie atomowym, molekularnym i makromolekularnym w skali wielkości od jednego do stu nanometrów; tworzenie i wykorzystywanie sztucznych struktur, urządzeń i systemów, które ze względu na swoje ultramałe rozmiary w znaczący sposób nowe właściwości i funkcje; manipulacja materią w skali odległości atomowej”. Definicja ta jest na tyle szeroka, że ​​obejmuje nie tylko istniejące materiały i produkty, ale także te systemy, które pojawią się dopiero za dziesięć–dwadzieścia lat.

Jednakże, jak dotąd, informacje na temat konsekwencji niekontrolowanego uwolnienia nanocząstek do środowiska są raczej skąpe. Autorzy projektu Białej Księgi podkreślają potrzebę jak najszybszego uzupełnienia tych luk informacyjnych. Podkreślają, że dopiero niedawno rozpoczęły się poważne badania nad zachowaniem nanocząstek w środowisku. Wiadomo np., że nanocząstki mogą gromadzić się w powietrzu, glebie i ściekach, lecz nauka nie posiada jeszcze wystarczających danych, aby dokładnie modelować takie procesy. Nanocząstki mogą zostać zniszczone przez światło i środki chemiczne, a także przez kontakt z mikroorganizmami, jednak procesy te nie są jeszcze dobrze poznane. Nanomateriały z reguły łatwiej ulegają przemianom chemicznym niż większe obiekty o tym samym składzie, dzięki czemu są w stanie tworzyć złożone związki o nieznanych wcześniej właściwościach. Okoliczność ta zwiększa perspektywy technologiczne nanoobiektów i jednocześnie zmusza do zwrócenia szczególnej uwagi na zagrożenia z nimi związane.

Kolejnym mało zbadanym obszarem są konsekwencje kontaktu nanocząstek z żywymi komórkami i tkankami. Nie ma wątpliwości, że wiele nanomateriałów ma działanie toksyczne. Na przykład wdychanie nanocząstek polistyrenu nie tylko powoduje zapalenie tkanki płucnej, ale także wywołuje zakrzepicę naczyń krwionośnych. Istnieją dowody na to, że nanocząsteczki węgla mogą powodować zaburzenia pracy serca i tłumić aktywność układu odpornościowego. Eksperymenty na rybach akwariowych i psach wykazały, że fulereny, wieloatomowe sferyczne cząsteczki węgla o średnicy kilku nanometrów, mogą niszczyć tkankę mózgową. Przenikanie nanocząstek do biosfery niesie ze sobą wiele konsekwencji, których nie da się jeszcze przewidzieć ze względu na brak informacji.

Autorzy Białej Księgi zdecydowanie zalecają przyspieszenie zakrojonych na szeroką skalę badań mających na celu wyjaśnienie niebezpieczeństw i zagrożeń związanych z zanieczyszczeniem środowiska nanocząsteczkami. W szczególności konieczne jest poznanie, w jaki sposób zachodzi biodegradacja nanocząstek i jak wpływa ona na łańcuchy ekologiczne w przyrodzie ożywionej.

Do podobnych wniosków doszedł Clarence Davis. Clarens Davies, pracownik naukowy w Woodrow Wilson Center, autor raportu „Managing the Effect of Nanotechnology”. Zauważa, że ​​nanotechnologia to „nowa rzeczywistość”, która nie podlega jeszcze regulacjom rządowym. Wykorzystywanie w tym celu istniejących przepisów jest niezwykle trudne. Dlatego pilnie należy stworzyć zasadniczo nowe ustawodawstwo, nowe mechanizmy i instytucje regulacyjne (w tym międzynarodowe) - w przeciwnym razie dżin może uciec z butelki, a konsekwencje tego mogą być najbardziej nieprzyjemne.

Środowisko naukowe i eksperckie zaczęło w ostatnim czasie zdawać sobie sprawę z niebezpieczeństw i zagrożeń wynikających z nieuregulowanego rozwoju nanoprzemysłu i nanoproduktów, spowodowanego toksycznością nanomateriałów dla organizmów żywych i niewystarczającymi badaniami w tym zakresie. A dalej nastąpi radykalna transformacja współczesnej produkcji, wszystkich sfer życia ludzkiego pod wpływem nanotechnologii.

Perspektywy te pozostaną jednak niezrealizowane bez skutecznej kontroli nad negatywnymi konsekwencjami stosowania nanotechnologii. Albo raczej zmiany będą znaczące, ale będą zdominowane przez realnie szkodliwe skutki.

Można powiedzieć jeszcze mocniej: od skuteczności systemu bezpieczeństwa zależy, czy ludzkość przetrwa w XXI wieku. Problem ten wyprzedza niebezpieczeństwa związane z terroryzmem i użyciem broni masowego rażenia.

Oczywiście problem bezpieczeństwa nanotechnologii ma swoją specyfikę, związaną przede wszystkim z faktem, że nanomateriały staną się powszechnie akceptowane i przedostaną się do życia codziennego, medycyny, sportu, sprzętu cywilnego i wojskowego, odzieży, obuwia, żywności itp. Technologie te mają charakter interdyscyplinarny i międzysektorowy, dlatego można się po nich spodziewać sukcesów i zagrożeń we wszystkich obszarach działalności człowieka. Jednak przy tym wszystkim, pozytywnych i negatywnych doświadczeniach, jakie ludzkość zgromadziła w XX wieku przy stosowaniu pokojowych i niepokojowych atomów, metodologię wypracowaną w tej branży można przenieść oczywiście nie mechanicznie na ochronę człowieka i przyrody z nanotechnologii.

Oznacza to, że od samego początku należy dokonać oceny bezpieczeństwa całego cyklu, dla każdej nanotechnologii i nanomateriałów wdrażanych w praktyce: na etapie eksperymentalnym, bezpieczeństwa opracowań pilotażowych, produkcji przemysłowej, we wszystkich obszarach zastosowań, bezpieczeństwa w potencjale wypadków, gdy technologia jest zatrzymana, podczas składowania i zakopywania odpadów zawierających nanomateriały. O jednym ekstrawaganckim, groźnym i nieznanym niebezpieczeństwie wspominaliśmy w innym rozdziale książki, omawiając spór pomiędzy pionierami nanotechnologii Erikiem Drexlerem i Robertem Smalleyem. Mówimy o samoreprodukujących się, „powielających” molekularnych asemblerach robotów, które wymykają się spod kontroli. Są w stanie kontynuować niekończącą się pracę samoorganizacji z surowców środowiska w trybie autonomicznym, przy odpowiednim zaopatrzeniu w energię, odbudowując, przetwarzając każde środowisko, które trafi do populacji nowych asemblerów lub, jak E. Drexler, jak mówi w przenośni, w „szary” brud. Teoretycznie proces ten, tj. wykładniczy, może trwać aż do wyczerpania się dostępnej energii i materiałów. Wesoła perspektywa! Ale to na razie tylko teoria.

E. Drexler nie tylko szczegółowo omówił tę możliwość, ale zaproponował w sposób ogólny zdefiniowanie środków ostrożności, które wszystkie kraje zaangażowane w rozwój nanotechnologii powinny dobrowolnie podjąć.

Bardziej tradycyjne rodzaje zagrożeń obejmują właściwości chemiczne nanocząstek, które mogą wchodzić w interakcje z żywymi systemami. Podobnie jak w przypadku promieniowania jonizującego, nanocząstki w komórce tworzą cząstki superaktywne – rodniki o różnym charakterze, silne utleniacze (nadtlenki, tlen singletowy), które mogą zakłócać procesy życiowe komórki, wpływając na DNA, RNA i inne obiekty biologiczne komórka.

Dozymetria nanocząstek w organizmach żywych jest bardzo ważna, co wymaga specjalnych precyzyjnych instrumentów i specjalnych technik. Ponieważ przejawianie przez nanocząstki specyficznych, w tym toksykologicznych, właściwości wiąże się z ich charakterystycznym bardzo wysokim stosunkiem powierzchni do objętości lub masy, wartość S/V jest często traktowana jako fizyczna miara potencjalnego oddziaływania na organizm żywy. I oczywiście bardzo ważna jest struktura chemiczna, geometria cząstek i ich rozkład wielkości.

1. Transfer nanocząstek (NP) w organizmie człowieka i środowisku (ES).

Źródła nanocząstek wchodzących do systemu operacyjnego.

Nanocząsteczki w środowisku nie są zjawiskiem nowym. Obecnie oprócz naturalnych źródeł nanocząstek istnieje wiele źródeł niezamierzonego, antropogenicznego zanieczyszczenia środowiska. Wraz z początkiem ery nanotechnologii dodano do nich szereg celowo stworzonych źródeł nanoobiektów przedostających się do różnych środowisk naturalnych.

2. Drogi wnikania nanocząstek do organizmu człowieka.

Przedostanie się nanoobiektów do organizmu człowieka nie różni się od przedostania się innych zanieczyszczeń i następuje:

• - przez drogi oddechowe (tekstylia domowe);
• - z wodą i pokarmem przez przewód pokarmowy;
• - przez skórę (odzież, bieliznę) i błony śluzowe;
• - z zanieczyszczonych powierzchni.

Jednocześnie nanoobiekty mogą przedostać się do organizmu ludzkiego nie jako zanieczyszczenie, ale z innych powodów:

• - przy stosowaniu nanomedyków, nanokosmetyków, nanotekstyliów;
• - przy stałym kontakcie z przedmiotami gospodarstwa domowego oraz materiałami zawierającymi nanoobiekty i nanocząstki.

Nieliczne, niesystematyczne badania nad wpływem nanoobiektów na zwierzęta i ludzi w dalszym ciągu pozwalają na wyciągnięcie następujących wniosków, które należy wziąć pod uwagę:

• - jednorazowe wprowadzenie nanoobiektów do organizmu zwierzęcia powoduje niepożądane zmiany, których intensywność zależy od stężenia nanoobiektów;
• - nanoobiekty mają tendencję do gromadzenia się w narządach i tkankach (szpik kostny, komórki nerwowe centralnego i obwodowego układu nerwowego, węzły chłonne, mózg, płuca, wątroba, nerki).

Nanoobiekty wnikają do wnętrza żywej komórki, pokonując bariery blokowe. W ten sposób mogą:

• - wpływają na składniki żywej komórki, zakłócając ją głównie poprzez wytwarzanie cząstek aktywnych (rodniki, różne formy tlenu, nadtlenki);
• - wnikają do metachondriów i blokują ich aktywną funkcję;
• - powodują uszkodzenia DNA, blokują aktywność rybosomów.

Powaga problemu zagrożeń wynikających ze stosowania nanotechnologii została w ostatnim czasie uświadomiona przez wielu naukowców i osoby publiczne na całym świecie. Od 2006 roku zaczęto wydawać specjalne czasopismo Nanotoksykologia; Problemem tym zajmują się amerykańskie Narodowe Instytuty Zdrowia, Agencja Ochrony Środowiska EPA, Narodowy Instytut Raka NCI i inne. W Rosji sam nanoprzemysł jest nadal bardzo słaby i w związku z tym nie ma właściwej, systematycznej kontroli nad tym problemem. Jednocześnie z zagranicy docierają do nas liczne nanoprodukty (farmaceutyczne, spożywcze, tekstylne, kosmetyczne itp.) o wartości kilkudziesięciu miliardów DS, które nie przechodzą żadnej specjalnej certyfikacji. Wymagana jest specjalna niezależna służba kontrolna, wyposażona w nowoczesne oprzyrządowanie, działająca w ramach specjalnego ustawodawstwa i pod stałą kontrolą publiczną.

Opublikowane przez USEPA, EVSCENIHR i NRG, a także Międzynarodową Radę Zarządzania Ryzykiem (JRGC) w latach 2006-2007. raporty podkreślają niedostatek danych eksperymentalnych na temat potencjalnych zagrożeń w nanotechnologii i nanomedycynie.

Do tej pory badania prowadzone były wyłącznie na zwierzętach, a ich celem było poznanie zasad działania nanoobiektów.

Problem nanotoksyczności może pogłębić fakt, że toksyczność nanoobiektów nie jest prostym przejściem od toksyczności materiałów masowych o tej samej budowie chemicznej do nanoskali. Powtarzamy, że nanocząstki ze swej natury wykazują różne właściwości fizykochemiczne, w zależności nie tylko od ich wielkości, ale także od właściwości adhezyjnych, katalitycznych, optycznych, elektrycznych, kwantowo-mechanicznych, które zależą nie tylko od wielkości nanocząstek, ale także od ich geometrii, rozkład wielkości i porządek ich organizacji w nanoobiekcie.

Co więcej, chemikalia, które nie wykazują toksyczności w swojej zwykłej postaci nienanocząstkowej, mogą wykazywać toksyczność w postaci nanocząstek. Typowy przykład. Węgiel obojętny w swojej zwykłej postaci wykazuje toksyczność w postaci fulerenów, nanorurek węglowych. Podobna metamorfoza zachodzi w przypadku tlenków metali (tytanu).

• - toksyczność zależy od stężenia nanocząstek w organizmie i ich powierzchni;
• - toksyczność zależy od postaci fizykochemicznej nanocząstek;
• - toksyczność zależy od nanosystemu, w którym znajdują się nanocząstki;
• - toksyczność nanocząstek jest wyższa niż mikrocząstek;
• - nanocząstki są szkodliwe zarówno dla zwierząt, jak i roślin;
• - praktycznie nie ma danych na temat wpływu nanocząstek i nanoobiektów na człowieka i ekosystemy jako całość, czy też populacje jako część ekosystemu.

Obecnie na świecie produkowanych jest 2000 oryginalnych nanomateriałów. W ciągu 10 lat ich stosowania żaden z nich nie został w pełni zbadany pod kątem bezpieczeństwa.

Tabela 1. Zagrożenia nanotechnologii i sposoby ich przezwyciężenia

	Niebezpieczeństwo		Rozwiązania
konkretny
	Zastosowanie nanourządzeń	Tylko się obawiajcie: pierwsze nanourządzenia pojawią się dopiero w latach 2015-2020	Prowadzenie działań informacyjnych i popularyzacja odpowiednich nanotechnologii
	Nanotoksyczność	Doniesienia o szkodliwym działaniu nanoobiektów, brak danych eksperymentalnych	O mechanizmach nanotoksyczności
	Wpływ nanoobiektów na DNA i procesy genomiczne	Doniesienia na temat wpływu nanoobiektów na DNA, brak danych eksperymentalnych	Prowadzenie dodatkowych badań eksperymentalnych, formułowanie pomysłów teoretycznych
	Penetracja H2O do komórek i narządów tkankowych	Doniesienia o przenikaniu H2O przez biomembrany, brak danych eksperymentalnych	Prowadzenie dodatkowych badań eksperymentalnych, formułowanie pomysłów teoretycznych
niespecyficzny
	Nowe i niezwykłe	Po prostu strach	Prowadzenie prac informacyjnych na temat nanotechnologii
	Utrata pieniędzy dla nieznanej korzyści	Brak pracy nad analizą korzyści i szkód	Organizacja badań nad stosunkiem korzyści do szkód związanych ze stosowaniem nanotechnologii
		Brak prac nad analizą i oceną ryzyka nanotechnologii	Organizacja badań w zakresie analizy i oceny ryzyka nanotechnologii
	Niepewność, nielegalność	Brak ram legislacyjnych i regulacyjnych	Opracowywanie dokumentów legislacyjnych i regulacyjnych regulujących produkcję i obrót nanotechnologiami

Oprócz bezpieczeństwa, stosowanie nanotechnologii stwarza problemy moralne i etyczne, zwłaszcza w medycynie, kosmetykach, sprzęcie AGD, odzieży, tekstyliach domowych, sprzęcie wojskowym itp.

Społeczeństwo musi dysponować pełną, obiektywną i jasną informacją o zaletach i wadach nanotechnologii oraz brać udział w rozwiązywaniu problemów strategicznych reprezentowanych przez środowisko eksperckie i organizacje społeczne.

Należy uznać, że na całym świecie badania nad bezpieczeństwem nanotechnologii pozostają znacząco w tyle za ich rozwojem i komercjalizacją. Natomiast koszt określenia etycznych, prawnych i społecznych konsekwencji wprowadzenia nanotechnologii znacznie odbiega od badań nad wpływem na zdrowie ludzkie i środowisko.

Stan ten należy pilnie zmienić na poziomie planetarnym, jeśli nie chcemy zrujnować naszej wspólnej cywilizacji; zmiany poprzez ustawodawstwo na poziomie międzynarodowym i federalnym.

Podczas konferencji poświęconej problematyce bezpieczeństwa biologicznego nanotechnologii naukowcy zaproponowali rządowi przyjęcie określonych przepisów dotyczących kontroli produktów nanoprzemysłu.

Rządy wielu krajów organizują obecnie specjalne konferencje i przeznaczają znaczne kwoty na badania wpływu nanotechnologii na środowisko.

Jednym z pytań zadawanych zarówno przez naukowców, jak i zwykłych ludzi, zwłaszcza mieszkańców megamiast, jest powietrze, które wdychamy. Nie jest tajemnicą, że obecność ogromnej liczby chorób, przewlekłego zapalenia oskrzeli i astmy, w tym wrodzonych przypadków tej choroby, tłumaczy się toksycznymi i zanieczyszczonymi emisjami do atmosfery z przedsiębiorstw przemysłowych i urządzeń gospodarstwa domowego.

W tym zakresie naukowcy prowadzą badania nad zachowaniem nanocząstek w atmosferze i konsekwencjami ich wdychania przez człowieka. W wyniku doświadczeń na gryzoniach laboratoryjnych wykazano dużą wrażliwość komórek nabłonka układu oddechowego na nanocząsteczki, które gromadziły się w kanałach nosowych zwierząt doświadczalnych, powodując nieżyt nosa i inne poważniejsze choroby.

Nie mniejszą uwagę zwraca problem wpływu nanomateriałów na środowisko. W związku z tym przeprowadzono badanie dotyczące zagrożeń dla środowiska stwarzanych przez pięć głównych typów nanomateriałów, w tym nanorurki, kropki kwantowe i kulki. Naukowcy zidentyfikowali różne rodzaje ryzyka zanieczyszczenia w przypadku różnych operacji procesowych, w tym produkcji leków i rafinacji ropy naftowej. Na podstawie uzyskanych danych profesor zajmujący się ochroną środowiska stwierdza w artykule, że tworzenie nanomateriałów wiąże się z mniejszym ryzykiem niż obecne procesy przemysłowe.

Nanocząstki dostające się do gleby nie spowodują zauważalnych szkód w ekosystemie. Przeprowadzono szereg eksperymentów, w których fulereny umieszczano w różnych typach gleby, a następnie badano ich zachowanie oraz wpływ na mikroorganizmy i minerały. Fulereny to sferyczne wielościany ramowe złożone z pięciokątów foremnych i sześciokątów z atomami węgla w wierzchołkach. Znaczące zmiany mogą być śmiertelne dla elementów roślinnych łańcuchów pokarmowych. Wyniki obserwacji wykazały jednak, że nie powoduje to żadnej negatywnej dynamiki: mikroorganizmy żyją i mają się dobrze, równowaga substancji nie jest zaburzona.

Nanotechnologia oczywiście przyczynia się do postępu technicznego ludzkości - naukowcy regularnie donoszą o nowych sukcesach, które mogą zmienić na lepsze życie ludzi i ich codzienność. Nanocząsteczki opracowane przy użyciu nanotechnologii mogą pomóc w leczeniu raka, jednak niektóre nanocząsteczki wręcz przeciwnie, mogą powodować raka w organizmie człowieka. Nanocząsteczki dwutlenku tytanu (TiO2), obecne obecnie w wielu produktach spożywczych, gromadzą się w organizmie i prowadzą do ogólnoustrojowych uszkodzeń genetycznych. Nanocząsteczki dwutlenku tytanu (TiO2) powodują pęknięcia jedno- i dwuniciowe DNA, a także prowadzą do uszkodzenia chromosomów.

Gdy nanocząsteczki tytanu dostaną się do organizmu, gromadzą się w różnych narządach, ponieważ organizm nie ma mechanizmów umożliwiających ich usunięcie. Ze względu na swoje niewielkie rozmiary łatwo przenikają do komórek i zaczynają oddziaływać na ich elementy.

Skala wykorzystania nanocząstek w produkcji kosmetyków rośnie z roku na rok i zdaniem producentów nie ma w tym nic złego. Niektórzy ekolodzy zajmują odmienne stanowisko. Stosowanie nanocząstek w kosmetykach jest nie mniej szkodliwe niż dodatki arsenu i ołowiu – uważają australijscy przedstawiciele międzynarodowej organizacji ekologicznej Friends of the Earth. We wszystkich losowo wybranych grupach testowych produktów badacze znaleźli nanocząsteczki.

Nanotechnologia znajduje zastosowanie w kosmetykach znacznie szerzej, niż sądzą konsumenci. Oprócz nanocząstek siedemdziesiąt procent testowanych produktów zawierało wzmacniacze chemiczne, które ułatwiają nanocząstkom przenikanie przez skórę do krwioobiegu. Oskarżeń nie uniknęło wielu popularnych producentów i marek kosmetyków. Nanocząsteczki znaleziono w produktach Clinic, Lacom, L'Oreal, Max Factor, Revlon, Yves Saint Laurent, mimo że nie były wymienione w składzie. Ale producent kosmetyków Christian Dior nie tylko włączył nanocząsteczki do składu produktów, ale także wskazało je na liście składników.

Wyniki badania jednoznacznie wskazują na zagrożenia, jakie niosą ze sobą nowe kosmetyki. W 2009 roku Unia Europejska wprowadziła prawo wymagające, aby do 2012 roku wszystkie filtry przeciwsłoneczne zawierające nanomateriały i nanocząsteczki przechodziły badania.

To nie pierwszy przypadek, kiedy ekolodzy i naukowcy poruszają kwestię niebezpieczeństwa, jakie może stanowić nowoczesna nanotechnologia. W szczególności niektórzy naukowcy uważają, że pojawienie się nanocząstek w atmosferze na skalę przemysłową może zmienić klimat Ziemi, a także ostrzegają przed niebezpieczeństwami wynikającymi ze spożywania żywności powstałej przy użyciu nanotechnologii

Amerykańscy naukowcy odkryli znaczną ilość nanocząstek w atmosferze ziemskiej, której stale przybywa. Ich zdaniem nanocząstki, odbijając promienie słoneczne, mogą poważnie zmienić klimat na planecie, powodując kolejną epokę lodowcową.

Według najnowszych obserwacji amerykańskich naukowców atmosfera naszej planety zawiera już znaczną ilość nanocząstek, które są niewidoczne dla oka, a mogą wpływać na procesy pogodowe.

Liczba nanocząstek rośnie w różnych częściach świata, ale dlaczego tak się dzieje, pozostaje tajemnicą. Naukowcy badają, w jaki sposób powstają nanocząstki i jak zwiększa się ich liczba, gdy wchodzą w interakcję z różnymi oparami organicznymi.

Udało im się jednak odkryć, że niektóre rodzaje materii organicznej szybko rosną w atmosferze. Kiedy gromadzą się w dużych ilościach, odbijają światło słoneczne z powrotem w przestrzeń kosmiczną – jest to rodzaj odwrotnego efektu cieplarnianego. Ponadto naukowcy zauważają, że rozprzestrzenianie się nanocząstek w powietrzu może zaostrzyć choroby, takie jak astma, rozedma płuc i inne choroby płuc.