Hivi sasa, teknolojia ya nano ni eneo kubwa sana la utafiti, ikijumuisha idadi ya maeneo ya fizikia, kemia, biolojia, vifaa vya elektroniki, dawa na sayansi zingine.

Enzi ya "nano" itakuja katikati ya karne

Walakini, licha ya mafanikio makubwa, shauku ya watafiti, ufadhili unaoongezeka kila wakati katika eneo hili na muda mfupi wa maendeleo ya kisasa ya kisayansi katika nchi zilizoendelea (miaka 10-15), haiwezi kutarajiwa kwamba enzi ya nanoteknolojia itakuja kabla ya katikati ya karne hii. Ingawa maendeleo ya mtu binafsi ya matumizi yaliyoenea bila shaka yataonekana na tayari yapo kwenye soko.

Ikiwa tutaangalia soko la kisasa la nanoproduct, tutaona kuwa zaidi ya 90% yake inamilikiwa na nanopowder (zilianza kutumika nyuma katika miaka ya 50 ya karne iliyopita, ingawa kabla ya nanoboom ziliitwa ultrafine), nanocatalysts na. vifaa vya nanoporous (filters). Walakini, matumizi ya kuvutia zaidi na ya kuahidi ya nanoteknolojia, ambayo kawaida hujadiliwa wakati wa kuzungumza juu ya matarajio bora ya uwanja huu, bado iko katika hatua ya utafiti wa kimsingi.

Hii inarejelea maendeleo na matumizi makubwa ya nanoteknolojia (ingawa dhana hii bado haikuwepo) katika roho ya hotuba maarufu ya Feynman "Kuna Chumba Kingi Chini: Mwaliko kwa Ulimwengu Mpya wa Fizikia" (Desemba 1959).

Jinsi ya "kupanga" atomi kwa usahihi

Vitalu vya msingi vya ujenzi kwa ajili ya ujenzi wa dutu yoyote ni atomi na molekuli. "Bidhaa" yenye vipimo vya nanoscale inaweza "kukusanyika" kutoka kwao ikiwa atomi muhimu zinapangwa kwa utaratibu sahihi. Wakati huo huo, kwa maoni yetu, teknolojia maalum ya mkusanyiko huo sio muhimu sana (hii inaweza kuwa ukuaji wa epitaxial, shirika la kujitegemea, athari za kemikali au biochemical, nk). Maamuzi hapa ni uwezo wa kubuni "nanoproducts" na mali au kazi fulani, milki ya teknolojia ambayo inafanya uwezekano wa kutengeneza "bidhaa" hii kwa usahihi wa atomiki, na pia njia ngumu za utambuzi, pamoja na ufuatiliaji wakati wa mchakato wa utengenezaji (in situ). ) Na udhibiti wa mchakato wa kiteknolojia kulingana na hilo.

Nanoteknolojia za kiwango hiki kwa sasa zinapatikana hasa katika maabara ya kisayansi ya mtu binafsi. Zinatokana na matokeo ya hivi punde ya utafiti wa kimsingi. Aidha, mwisho una jukumu muhimu hapa. Utafiti juu ya michakato ya kimwili na kemikali katika nanoteknolojia, maendeleo ya mbinu za kubuni, uchunguzi na utafiti wa nanostructures, nanomaterials na nanodevices, utafiti wa mali zao na matukio mapya yanayotokana na nanoscale - kwa sehemu kubwa ni na itabaki kuwa mada. utafiti wa kimsingi au ulioelekezwa kwa muda mrefu.

Kwa hivyo, ikiwa tunataka kwenda sambamba na nchi zilizoendelea katika uwanja wa nanoteknolojia na nanoindustry, basi umakini wa kimsingi unapaswa kuzingatiwa katika utafiti wa kimsingi. Lazima ziwe na vifaa na zifanywe kwa kiwango cha kisasa zaidi. Vinginevyo, tunahatarisha sio tu kujikuta kwenye kando ya barabara ndefu ya nanoteknolojia, lakini pia hivi karibuni tutaacha kuelewa vyema mafanikio ya kimataifa katika eneo hili.

Hii haimaanishi, hata hivyo, kwamba juhudi za kuandaa uzalishaji na kuendeleza soko la maendeleo ambayo yameendelea kwa vitendo zinapaswa kudhoofishwa.

Wanateknolojia wa siku zijazo: mahitaji

Ikumbukwe kwamba kuna shida nyingine muhimu ambayo itabidi kutatuliwa kwa maendeleo ya mafanikio ya nanoindustry. Ukweli ni kwamba juu ya mpito kwa mifumo ya kiwango cha nanometer, athari za quantum huanza kuonekana wazi. Matokeo yake, hali mpya ya kimsingi hutokea wakati matukio ya quantum (ukubwa wa quantization, tunneling, kuingiliwa kwa majimbo ya elektroniki, nk) huchukua jukumu muhimu katika michakato ya kimwili katika vitu vile na katika utendaji wa vifaa kulingana na wao.

Wanajidhihirisha pia katika michakato ya kiteknolojia na athari za kemikali, kwani mwingiliano wa interatomic ni wa asili ya quantum. Kwa hivyo, wananoteknolojia wa siku zijazo (na taaluma hii inapaswa kuenea na maendeleo ya nanoindustry) itahitajika kuwa na uwezo wa kufikiri katika makundi ya mitambo ya quantum ambayo hutofautiana kwa kiasi kikubwa kutoka kwa dhana za kawaida za classical. Hii inamaanisha kuwa elimu ya uhandisi itahitaji marekebisho makubwa - itadhibitiwa kwa kusisitiza taaluma za kimsingi.

Maoni potofu kuhusu nanoteknolojia

Utafiti wa kimsingi na usaidizi wake wa nyenzo ni muhimu sana kwa maendeleo ya nanoteknolojia na nanoindustry. Siku hizi maoni yanaonyeshwa mara nyingi kwamba katika uwanja wa nanoteknolojia tuna nafasi sawa za kuanzia kama nchi zilizoendelea. Hii ni dhana potofu hatari! Ingawa tuna wafanyikazi waliohitimu sana na tunachukua nafasi za kuongoza katika maeneo kadhaa, ukosefu wa vifaa vya kisasa vya kiteknolojia, uchunguzi na utafiti hauturuhusu kutambua vya kutosha uwezo uliopo.

Mara ya mwisho upyaji mkubwa au mdogo wa meli ya vifaa vya kisayansi ulifanyika karibu miaka 20 iliyopita wakati wa utekelezaji wa Mpango wa Jimbo la USSR "Superconductivity ya joto la juu". Aidha, utafiti katika nchi za Magharibi katika maeneo mengi ulianza mapema. Na zinaendeshwa kwa nyanja pana zaidi.

Inaweza kuonekana kuwa hakuna kitu cha kuwa na wasiwasi sasa. Katika miaka ya hivi karibuni, uongozi wa nchi, baada ya kutambua hitaji muhimu la maendeleo ya nanoteknolojia, umekuwa ukifanya jitihada kubwa za kuandaa kazi katika eneo hili katika ngazi ya serikali. Baraza la Serikali juu ya Teknolojia ya Juu na Shirika la Serikali "Rosnanotech" zimeundwa, na rasilimali muhimu za kifedha zimetengwa. Hata hivyo, inaonekana kwamba jukumu la utafiti wa kimsingi katika maendeleo ya nanoteknolojia linapuuzwa na mashirika ya serikali.

Wizara ya Elimu na Sayansi kiutendaji haifadhili utafiti wa kimsingi. Utafiti wa kimsingi katika uwanja wa nanoteknolojia unafanywa kwa gharama ya idara husika. Mahali kuu katika maendeleo ya utafiti wa kimsingi katika nchi yetu jadi ni ya Chuo cha Sayansi cha Urusi.

Mnamo 2008, kulingana na mipango ya kimsingi ya utafiti wa Presidium na Matawi ya Chuo cha Sayansi cha Urusi, ufadhili wa miradi ya nanoteknolojia ulifikia rubles milioni 100 tu (bila kuhesabu ufadhili wa kimsingi wa mishahara na bili za matumizi). Ufadhili pia ulitolewa kupitia miradi ya Taasisi ya Utafiti ya Msingi ya Urusi (RFBR) na miradi ya kimataifa. Uchanganuzi unaonyesha kwamba ufadhili huo ni karibu maagizo mawili ya ukubwa chini ya kile kinachohitajika ili kuhakikisha kiwango cha kisasa cha utafiti wa kimsingi na maendeleo yake muhimu kwa uanzishwaji wa nanoindustry ya ndani. Kwa marejeleo: katika Bajeti ya Serikali ya Marekani ya 2007 pekee, takriban dola bilioni 1.3 zilitengwa kwa ajili ya kazi iliyofanywa ndani ya Mpango wa Kitaifa wa Nanoteknolojia. nanoscale. , $250 milioni (20%) - kwa kazi ya nanomaterials, $164 milioni (13%) - kwa ununuzi wa vifaa vya utafiti.

Mpango wa Taifa wa Utafiti wa Msingi

Hali hii ya mambo inaonekana haikubaliki kabisa. Kwa maoni yetu, Mpango wa Kitaifa wa Utafiti wa Msingi katika uwanja wa teknolojia ya nano unapaswa kuundwa kwa ufadhili unaolengwa kutoka kwa bajeti ya shirikisho, ikilinganishwa na ufadhili wa programu zinazolingana katika nchi zilizoendelea, na uwekezaji wa mtaji unaolingana. Ni katika kesi hii tu tunaweza kuhesabu maendeleo ya mafanikio na ya ushindani ya nanoindustry ya ndani.

Hadi sasa, Tume ya RAS ya Nanotechnologies imeunda mpango wa utafiti wa kimsingi wa Chuo cha Sayansi cha Kirusi "Nanotechnologies", ambayo iliidhinishwa na Mkutano Mkuu wa RAS. Mbali na wajumbe wa Tume, wanasayansi wanaofanya kazi kikamilifu katika uwanja wa nanoteknolojia walihusika katika maendeleo ya programu. Takriban mapendekezo elfu moja yaliyopokelewa kutoka kwa taasisi zaidi ya 100 za Chuo cha Sayansi cha Urusi yalizingatiwa. Uchambuzi wa mapendekezo yaliyopokelewa unaonyesha kwamba kazi katika uwanja wa nanoteknolojia katika RAS inashughulikia matatizo mbalimbali. Na kiwango chao, kwa ujumla, ni cha juu sana.

Sehemu za mpango wa Nanoteknolojia

Uchaguzi wa maeneo makuu ya utafiti wakati wa kuunda programu ulizingatia mafanikio ya kisasa na mwelekeo katika maendeleo ya sayansi ya dunia, umuhimu wa matokeo yaliyotarajiwa na matarajio ya matumizi ya vitendo. Na pia kuzingatia msingi unaopatikana katika mashirika ya kisayansi ya Kirusi. Programu hiyo inajumuisha sehemu sita kama hizo: "Fizikia ya Nanostructures", "Nanoelectronics", "Nanomaterials", "Nanobiotechnologies", "Nanodiagnostics" na "Elimu".

Imepangwa kuhusisha takriban mashirika 60 yasiyo ya kitaaluma, biashara na vyuo vikuu kama watekelezaji-wenza katika utekelezaji wa Mpango wa Utafiti wa Msingi wa RAS. Kimsingi, Programu iliyobuniwa inaweza kutumika kama msingi wa Programu ya Kitaifa ya Utafiti wa Msingi katika Uga wa Nanoteknolojia.

Makadirio ya wataalam ya kiasi cha fedha zinazohitajika kwa ajili ya utekelezaji wa mafanikio wa Mpango wa Utafiti wa Msingi wa RAS "Nanotechnologies" zinaonyesha kuwa takriban bilioni 12-13 rubles zinahitajika kufanya kazi ya utafiti na maendeleo. kwa mwaka (au kuhusu rubles bilioni 90 kwa kipindi chote cha utekelezaji wa Mpango hadi 2015). Kiasi kinachohitajika cha uwekezaji mkuu kinakadiriwa kuwa rubles bilioni 55. Kwa Mpango wa Taifa lazima kiasi hiki kirekebishwe.

TsKP haisuluhishi matatizo

Inapaswa kusisitizwa kuwa kila kikundi cha kisayansi kinachofanya kazi kwa ufanisi kutekeleza moja ya miradi ya programu lazima itolewe na vifaa vya kisasa vya lazima, kwani matumizi yake kwa utafiti maalum mara nyingi ni ya asili maalum. Vituo vinavyoshirikiwa havitasuluhishi tatizo hapa, ingawa vinafaa kwa kufanya vipimo vya kawaida zaidi au kidogo (kwa mfano, kwa uchunguzi na majaribio). Au kufanya kazi kwenye usakinishaji wa kipekee, ghali sana iliyoundwa katika nakala moja.

Watafiti, kama kawaida hapa na katika mazoezi ya ulimwengu, wanapaswa kutumia vifaa vya kawaida mahali pao pa kazi, ingawa vifaa vya kisasa, kama sheria, ni ghali. Jambo lingine ni kwamba inapaswa kutumika kwa ufanisi iwezekanavyo.

Programu za serikali na utafiti wa kimsingi

Mwaka huu, Mpango wa Lengo la Shirikisho uliohitajika sana "Maendeleo ya Miundombinu ya Nanoindustry katika Shirikisho la Urusi kwa 2008-2010" ilianza kufanya kazi. Ingawa kazi nyingi katika uwanja wa nanoteknolojia na nanomaterials katika nchi yetu hufanywa katika Chuo cha Sayansi cha Urusi, programu hii ilitengenezwa bila ushiriki wa Chuo cha Sayansi cha Urusi. Na Chuo cha Sayansi cha Urusi haionekani ndani yake kama mteja wa serikali. Idara zingine ambazo kazi kama hiyo inafanywa zinawakilishwa katika jukumu hili.

Hatujui sababu kwa nini mashirika ya utafiti wa Chuo cha Sayansi cha Urusi yametengwa na miundombinu ya nanoindustry ya Urusi (Taasisi ya Metallurgy ya Chuo cha Sayansi cha Urusi pekee imejumuishwa katika mpango huu). Walakini, uamuzi huu wa waandaaji wa programu unaonekana kuwa wa kushangaza, kusema kidogo.

Katika hatua ya sasa, utafiti na maendeleo yanayotumika mara nyingi (ingawa si mara zote) ni mwendelezo wa asili wa utafiti wa kimsingi. Aidha, si mara zote inawezekana kuteka mstari kati ya kwanza na ya mwisho. Kulingana na usemi wa kielelezo wa mwanafizikia wa Uingereza D. Porter, utafiti wote wa kisayansi unatumika, ni baadhi tu ambao tayari wamepata maombi, na wengine watapata katika siku zijazo.

Mpango uliotengenezwa na Tume ya RAS juu ya Nanoteknolojia, kwanza kabisa, ni mpango wa utafiti wa kimsingi. Wakati huo huo, pia inajumuisha kazi za asili iliyotumika, ambayo idadi yake inaweza kuletwa kwa matumizi ya viwandani katika siku za usoni. Hivi sasa, Tume ya RAS ya Nanotechnologies inazingatia miradi kadhaa mikubwa ya "mwisho-hadi-mwisho", pamoja na hatua zote za kazi - kutoka kwa utafiti wa kimsingi hadi shirika la uzalishaji wa majaribio.

Ili kutekeleza miradi kama hiyo, imepangwa kuunda maabara zilizosambazwa (halisi), kazi ya kila moja ambayo imewekwa chini ya lengo moja na inashughulikia mlolongo mzima wa utafiti na maendeleo ya mradi (kutoka kwa utafiti wa kimsingi hadi shirika la uzalishaji). . Wakati huo huo, vikundi vya kisayansi ambavyo ni sehemu ya maabara kama hizo na hufanya kazi maalum huendelea kufanya kazi katika mashirika yao. Maabara za aina hii pia zinatarajiwa kuundwa ili kutatua matatizo makubwa ya kisayansi na kufanya utafiti wa taaluma mbalimbali ndani ya mfumo wa Mpango wa RAS Nanotechnologies.

"Teknolojia ya Prince" na LEDs

Kwa kumalizia, hapa kuna mifano michache ya matokeo ya msingi na yaliyotumiwa yaliyopatikana na wanasayansi wa Kirusi na watengenezaji katika miaka ya hivi karibuni. Katika uwanja wa fizikia ya nanostructures na nanoelectronics, tunaona uzalishaji wa karatasi za graphene (monolayer ya grafiti) na utafiti wa mali zake za elektroniki, ambazo zilionyesha kuwa wabebaji wa malipo katika graphene wana wigo wa elektroniki wa neutrino (IPTM RAS).

Uchunguzi wa kwanza wa kuaminika wa uboreshaji wa Bose-Einstein wa msisimko usio wa moja kwa moja wa anga katika muundo wa visima viwili (IPP RAS), ukuzaji wa kinachojulikana kama "teknolojia ya mkuu" na uundaji wa darasa jipya la muundo wa mara kwa mara wa vifaa vya quantum (IPP SB). RAS), leza za sindano za semiconductor zisizo na kizingiti kwenye nukta za quantum, leza za semiconductor za nguvu ya rekodi kulingana na muundo wa hali ya ulinganifu na taa nyeupe za LED (Ioffe Physicotechnical Institute RAS), vitambua picha vya tumbo vya mionzi ya IR na transistors za athari ya shamba za microwave (IPP SB RAS), sensorer mbalimbali za magnetoresistive (IPM Ural Branch RAS).

Katika uwanja wa nanomaterials, mtu anaweza kutaja maendeleo ya plastiki ya nyuzi za kaboni yenye rasilimali nyingi na mali maalum iliyo na nanoparticles ya kazi ya fullerene na astralene, matumizi ambayo katika wapiganaji wa kizazi cha tano itaongeza sifa mbalimbali za utendaji kwa 20-100% (VIAM). , IPCP RAS, Taasisi ya Kemia SB RAS). Ukuzaji wa vichocheo kulingana na nanoparticles za dhahabu zilizowekwa kwenye oksidi ya alumini ulifanyika ili kutatua shida ya "kuanza kwa baridi" ya gesi za kutolea nje za injini za gari (IC SB RAS).

Katika uwanja wa nanobiotechnologies na uchunguzi wa matibabu, maendeleo na kuundwa kwa "flu" ya nanovaccine ya mafua ilifanyika (IBCh RAS, Taasisi ya Jimbo la Sayansi ya Kinga ya FMBA, NPO Petrovax, State Unitary Enterprise Microgen), ambayo mwaka 2004-2007. Watu milioni 70 wamechanjwa. Njia za kupata picha za refractive za X-ray za tishu laini za binadamu zimeandaliwa (RRC "Kurchatov Institute").

Kumbuka kwamba mafanikio mengi ya kisasa ya kisayansi na kiteknolojia yanatokana na matokeo ya utafiti ulioanza miaka thelathini au hata zaidi iliyopita. Hebu tumaini kwamba mashirika ya serikali hatimaye yatatathmini ipasavyo jukumu muhimu la utafiti wa kimsingi kwa maendeleo ya nanoindustry nchini. Na katika eneo hili tutaenda sambamba na nchi zilizoendelea.

Msomi Zhores Alferov,
Mshindi wa Tuzo ya Nobel, Makamu wa Rais wa Chuo cha Sayansi cha Urusi,
Mwenyekiti wa Tume ya RAS ya Nanotechnologies.

Nanoteknolojia, kwa umaalumu wake, ni uwanja wa kisayansi wa kisayansi wa kisayansi unaotumika, unaohusika katika utafiti na uundaji wa mbinu za ubunifu na za ubunifu za kutengeneza nyenzo mpya na mali fulani, ambazo hutumika baadaye katika anuwai ya sekta za maisha ya kisasa ya mwanadamu.

Kwa ujumla, nanoteknolojia hufanya kazi na miundo ambayo ina maadili ya 100 nm au hata chini, na wakati huo huo hutumia vifaa, pamoja na vifaa, vilivyo na vipimo hapo juu. Leo, teknolojia ya nano ni tofauti sana na inatumika katika aina mbalimbali za utafiti, kuanzia uundaji wa vifaa vipya vya kiufundi hadi utafiti wa hivi punde unaohusiana na utafiti wa kiwango cha molekuli-atomiki.

Misingi ya nanoteknolojia.

Njia ya hadubini ya nguvu ya atomiki.

Inapaswa kuwa alisema kuwa moja ya zana kuu ambazo hutumiwa kufanya kazi na microparticles ni microscopes, kwa sababu bila kifaa hiki haiwezekani si tu kufanya kazi na microparticles, lakini pia kujifunza microworld. Kuongezeka kwa vipengele vya kutatua vya darubini za kisasa na upatikanaji wa ujuzi mpya zaidi na zaidi kuhusu chembe za msingi leo zimeunganishwa. Kwa sasa, kwa msaada wa vifaa kama vile darubini ya nguvu ya atomiki au AFM na darubini ya elektroni ya skanning, wanasayansi wa kisasa hawawezi tu kuchunguza atomi za mtu binafsi, lakini hata kutafuta njia za kuziathiri, kwa mfano, kwa kufagia atomi kwenye uso. Wakati huo huo, wanasayansi wa kisasa tayari wameweza kuunda kinachojulikana nanostructures mbili-dimensional kwenye nyuso kwa kutumia njia ya juu ya ushawishi. Kwa mfano, katika vituo vya utafiti vya kampuni inayojulikana ya IBM, kwa kuchanganya sequentially atomi za xenon kwenye uso wa nanocrystals za nikeli, wanasayansi waliweza kuunda nembo ya kampuni inayojumuisha atomi 35 za dutu hii.

Wakati wa kufanya vitendo hivi vinavyohusiana na kuchanganya vitu, pamoja na kutenganisha na kuchanganya, wanasayansi walikutana na matatizo fulani ya kiufundi. Ili kuondokana na ambayo ni muhimu kuunda hali ya utupu wa supersonic (10-11 torr), kwa hili ni muhimu kupoza msimamo na darubini kwa joto la chini la 4 hadi 10 K, wakati uso wa substrate hii. lazima iwe laini na safi kwa kiwango cha atomiki. Kwa kusudi hili, teknolojia maalum za usindikaji wa mitambo na kemikali ya bidhaa hutumiwa, na madhumuni ya usindikaji huu ni kupunguza kuenea kwa uso wa atomi zilizowekwa, kwa msaada ambao msingi umepozwa.

Nanoparticles.

Kipengele kikuu cha kutofautisha cha nyenzo mpya ambazo hupatikana wakati wa matumizi nanoteknolojia, ni upatikanaji usiotabirika wa sifa za kimwili na za kiufundi zinazopatikana na nyenzo hizi. Shukrani kwa hili, wanasayansi wa kisasa wana fursa ya kupata sifa mpya za kimwili na mitambo ya vitu ambavyo miundo ya elektroniki inabadilishwa, ambayo hubadilisha moja kwa moja fomu ya udhihirisho wa misombo hii. Kwa mfano, uwezo wa kupunguza ukubwa wa chembe si katika hali zote unaoweza kuamuliwa au kipimo kwa kutumia vipimo vya jumla au vidogo. Hata hivyo, vipimo vinaweza kuwezekana ikiwa saizi ya chembe iko katika masafa ya millimicron. Inapaswa pia kuzingatiwa kuwa mali fulani ya kimwili na mitambo hubadilika ikiwa ukubwa wa vipengele hubadilika. Kwa sasa, uwepo wa mali isiyo ya kawaida ya mitambo katika nanomaterials ni somo la utafiti na wanasayansi wanaofanya kazi katika uwanja wa nanomechanics. Wakati huo huo, mahali maalum katika nanotechnologies ya kisasa inachukuliwa na uzalishaji wa vitu vipya kwa kutumia vichocheo mbalimbali vinavyoathiri tabia ya nanomaterials wakati wanaingiliana na biomatadium mbalimbali.

Kama tulivyosema hapo awali, chembe zenye ukubwa kutoka nanomita 1 hadi 100 huitwa nanoparticles, na utafiti umeonyesha kuwa nanoparticles za nyenzo nyingi zina unyonyaji wa juu na sifa za kichocheo. Nyenzo zingine hutoa mali ya kipekee ya macho. Kwa mfano, watafiti waliweza kupata vifaa vya kauri vya uwazi kulingana na nanopowders 2-28 nm kwa ukubwa, ambayo ina mali bora kuliko, kwa mfano, taji. Wanasayansi pia waliweza kupata mwingiliano wa nanoparticles zilizozalishwa kwa bandia na vitu vya asili vya nanosize, kwa mfano, na protini, asidi ya nucleic, nk Kwa kuongeza, nanoparticles zilizosafishwa, kutokana na mali zao za kipekee, zina uwezo wa kuunganishwa katika miundo mbalimbali. . Miundo kama hiyo iliyo na nanoparticles hupata mali na sifa ambazo hazikujulikana kwao hapo awali.

Leo, nanoobjects zote zimegawanywa katika madarasa matatu:

Darasa la kwanza linajumuisha chembe zenye sura tatu ambazo hupatikana kwa kondakta zinazolipuka, kwa usanisi wa plasma, au kwa kupunguza filamu nyembamba.

Darasa la pili ni pamoja na kinachojulikana kama vitu vya pande mbili, ambavyo ni filamu na hupatikana kwa kutumia utuaji wa Masi, ALD, CVD na njia za uwekaji wa ioni.

Darasa la tatu ni pamoja na whiskers au vitu vya mwelekeo mmoja vilivyopatikana kwa njia za uwekaji wa molekuli au kwa kuanzisha vitu mbalimbali kwenye microport ya silinda.

Kwa kuongeza, pia kuna nanocomposites, ambayo hupatikana kwa kuanzisha nanoparticles katika matrices maalumu. Hadi sasa, njia ya microlithography pekee imetumiwa sana, ambayo inafanya uwezekano wa kupata vitu vya gorofa ya kisiwa na ukubwa wa nm 50 au zaidi juu ya uso wa tumbo na hutumiwa katika umeme wa kisasa. Pia ni lazima kutambua mbinu za tabaka za Masi na ionic, kwa kuwa kutumia njia hizi inawezekana kupata mipako halisi ya filamu kwa namna ya monolayer.

Kujipanga kwa nanoparticles.

Mojawapo ya changamoto kubwa zinazokabili nanoteknolojia ni jinsi ya kulazimisha atomi na molekuli kukusanyika pamoja kwa njia mahususi, kuziruhusu kujirekebisha na kujibadilisha, na hatimaye kusababisha nyenzo au vifaa vipya. Shida hizi zinatatuliwa na wanakemia wanaofanya kazi katika uwanja wa kemia ya supramolecular. Wakati huo huo, hawasomi molekuli za kibinafsi, lakini mwingiliano kati yao, na pia jinsi wanavyopangwa chini ya ushawishi fulani na ikiwa wana uwezo wa kuunda vitu vipya. Wanasayansi wengi wanaamini kuwa asili ina mifumo kama hiyo na michakato kama hiyo hufanyika ndani yake. Kwa mfano, biopolymers tayari inajulikana ambayo inaweza kupangwa katika miundo maalum. Pia, mifano kama hiyo hutolewa ya protini ambazo, kwa sababu ya mali zao, haziwezi tu kukunja na kupata sura ya globular, lakini pia huunda muundo mzima na muundo ambao una molekuli kadhaa za protini mara moja. Tayari leo, wanasayansi wameweza kuunda njia ya awali ambayo hutumia mali maalum ambazo molekuli za DNA zina.

Kozi za elimu ya umbali ni aina ya kisasa ya elimu ya ziada yenye ufanisi na mafunzo ya juu katika uwanja wa wataalam wa mafunzo kwa ajili ya maendeleo ya teknolojia za kuahidi kwa ajili ya uzalishaji wa vifaa vya kazi na nanomaterials. Hii ni aina mojawapo ya elimu ya kisasa inayoendelea duniani kote. Njia hii ya kupata maarifa ni muhimu sana katika uwanja wa taaluma tofauti kama nanomaterials na nanoteknolojia. Faida za kozi za umbali ni upatikanaji wao, kubadilika katika kujenga njia za elimu, kuboresha ufanisi na ufanisi wa mchakato wa mwingiliano na wanafunzi, ufanisi wa gharama ikilinganishwa na kozi za wakati wote, ambazo, hata hivyo, zinaweza kuunganishwa kwa usawa na kujifunza umbali. Katika uwanja wa kanuni za kimsingi za nanochemistry na nanomaterials, vifaa vya video vimetayarishwa na Kituo cha Sayansi na Kielimu cha Chuo Kikuu cha Jimbo la Moscow cha Nanotechnologies:

• . Dhana za kimsingi na ufafanuzi wa sayansi ya nanosystem na nanotechnologies. Historia ya kuibuka kwa nanoteknolojia na sayansi ya mfumo wa nano. Utofauti wa nidhamu na taaluma nyingi. Mifano ya nanoobjects na nanosystems, vipengele vyao na matumizi ya teknolojia. Vitu na mbinu za nanoteknolojia. Kanuni na matarajio ya maendeleo ya nanoteknolojia.
• . Kanuni za msingi za malezi ya nanosystem. Mbinu za kimwili na kemikali. Taratibu za kupata nanoobjects "kutoka juu hadi chini". Classical, "laini", microsphere, boriti ya ioni (FIB), AFM - lithography na nanoindentation. Uanzishaji wa mitambo na mechanosynthesis ya nanoobjects. Taratibu za kupata nanoobjects "chini-juu". Michakato ya nyuklia katika vyombo vya habari vya gesi na kufupishwa. Nucleation tofauti, epitaxy na heteroepitaxy. Kuoza kwa mgongo. Mchanganyiko wa nanoobjects katika matrices ya amofasi (kioo). Mbinu za homogenization za kemikali (kunyesha kwa pamoja, njia ya sol-gel, teknolojia ya cryochemical, pyrolysis ya erosoli, matibabu ya solvothermal, kukausha juu sana). Uainishaji wa nanoparticles na nanoobjects. Mbinu za kupata na kuleta utulivu wa nanoparticles. Ukusanyaji na mgawanyiko wa nanoparticles. Usanisi wa nanomaterials katika nanoreactors moja na mbili-dimensional.
• . Fizikia ya takwimu ya nanosystems. Makala ya mabadiliko ya awamu katika mifumo ndogo. Aina za mwingiliano wa intra- na intermolecular. Hydrophobicity na hydrophilicity. Kujikusanya na kujipanga. Muundo wa Micelle. Monolayers za kujitegemea. Filamu za Langmuir-Blodgett. Shirika la Supramolecular ya molekuli. Utambuzi wa molekuli. Polymer macromolecules, njia za maandalizi yao. Kujipanga katika mifumo ya polima. Mgawanyiko wa microphase ya copolymers ya kuzuia. Dendrimers, brashi ya polymer. Safu-na-safu kujitegemea mkutano wa polyelectrolytes. polima za Supramolecular.
• . Dutu, awamu, nyenzo. Muundo wa kihierarkia wa nyenzo. Nanomaterials na uainishaji wao. Nanomaterials zisizo za kawaida na za kikaboni. Nyenzo mseto (za kikaboni-isokaboni na isokaboni). Biomineralization na bioceramics. Nanostructured 1D, 2D na 3D nyenzo. Nyenzo za mesoporous. Sieves za Masi. Nanocomposites na mali zao za synergistic. Nanomaterials za miundo.
• . Catalysis na nanoteknolojia. Kanuni za msingi na dhana katika kichocheo tofauti. Ushawishi wa hali ya maandalizi na uanzishaji juu ya malezi ya uso wa kazi wa vichocheo tofauti. Miitikio nyeti ya muundo na isiyojali muundo. Umaalumu wa mali ya thermodynamic na kinetic ya nanoparticles. Electrocatalysis. Catalysis juu ya zeolites na sieves Masi. Kichocheo cha utando.
• . Polima kwa vifaa vya kimuundo na mifumo ya kazi. Mifumo ya "Smart" ya polymer yenye uwezo wa kufanya kazi ngumu. Mifano ya mifumo ya "smart" (miminiko ya polima kwa ajili ya uzalishaji wa mafuta, madirisha mahiri, utando wa nanostructured kwa seli za mafuta). Biopolima kama mifumo "smart" zaidi. Mbinu ya Biomimetic. Muundo wa mpangilio ili kuboresha sifa za polima mahiri. Matatizo ya mageuzi ya molekuli ya mlolongo katika biopolymers.
• . Hali ya sasa na matatizo ya kuunda nyenzo mpya kwa vyanzo vya nguvu za kemikali: seli za mafuta ya oksidi imara (SOFC) na betri za lithiamu zinazingatiwa. Mambo muhimu ya kimuundo yanachambuliwa ambayo huathiri sifa za misombo mbalimbali ya isokaboni, ambayo huamua uwezekano wa matumizi yao kama vifaa vya electrode: perovskites tata katika SOFCs na misombo ya chuma ya mpito (oksidi tata na fosfeti) katika betri za lithiamu. Nyenzo kuu za anode na cathode zinazotumiwa katika betri za lithiamu na kutambuliwa kama kuahidi huzingatiwa: faida na mapungufu yao, pamoja na uwezekano wa kushinda mapungufu kwa mabadiliko yaliyoelekezwa katika muundo wa atomiki na muundo mdogo wa vifaa vya composite kupitia nanostructuring ili kuboresha sifa. ya vyanzo vya sasa.

Masuala yaliyochaguliwa yanajadiliwa katika sura zifuatazo za kitabu (Binom Publishing):

Nyenzo za kielelezo kwenye nanochemistry, kusanyiko la kibinafsi na nyuso zenye muundo:

"Vitabu vya video" maarufu kisayansi:

Sura zilizochaguliwa za nanochemistry na nanomaterials za kazi.

Ongeza bei yako kwenye hifadhidata

Maoni

Nanotechnology ni uwanja wa sayansi na teknolojia ya kimsingi na inayotumika ambayo inashughulikia mchanganyiko wa uhalali wa kinadharia, njia za vitendo za utafiti, uchambuzi na usanisi, na vile vile njia za utengenezaji na utumiaji wa bidhaa zilizo na muundo fulani wa atomiki kupitia udanganyifu unaodhibitiwa wa mtu binafsi. atomi na molekuli.

Hadithi

Vyanzo vingi, haswa vya lugha ya Kiingereza, vinahusisha kutajwa kwa kwanza kwa mbinu ambazo baadaye zingeitwa nanoteknolojia na hotuba maarufu ya Richard Feynman "Kuna Chumba Kikubwa Chini," aliyoitoa mnamo 1959 katika Taasisi ya Teknolojia ya California kwenye hafla ya kila mwaka. mkutano wa Jumuiya ya Kimwili ya Amerika. Richard Feynman alipendekeza kuwa inawezekana kusogeza atomi moja kwa kiufundi kwa kutumia kidhibiti cha saizi inayofaa, angalau mchakato kama huo hautapingana na sheria za fizikia zinazojulikana leo.

Alipendekeza kufanya manipulator hii kwa njia ifuatayo. Ni muhimu kujenga utaratibu ambao unaweza kuunda nakala yenyewe, tu utaratibu wa ukubwa mdogo. Utaratibu mdogo ulioundwa lazima tena uunda nakala yenyewe, tena utaratibu wa ukubwa mdogo, na kadhalika mpaka vipimo vya utaratibu vinalingana na vipimo vya utaratibu wa atomi moja. Katika kesi hii, itakuwa muhimu kufanya mabadiliko katika muundo wa utaratibu huu, kwa kuwa nguvu za mvuto zinazofanya kazi katika macrocosm zitakuwa na ushawishi mdogo na mdogo, na nguvu za mwingiliano wa intermolecular na nguvu za van der Waals zitazidi kushawishi uendeshaji wa utaratibu.

Hatua ya mwisho - utaratibu unaosababishwa utakusanya nakala yake kutoka kwa atomi za kibinafsi. Kimsingi, idadi ya nakala kama hizo hazina kikomo; itawezekana kuunda nambari ya kiholela ya mashine kama hizo kwa muda mfupi. Mashine hizi zitaweza kuunganisha vitu vya jumla kwa njia sawa, kwa kuunganisha atomiki. Hii itafanya mambo kuwa nafuu zaidi - roboti hizo (nanorobots) zitahitaji kupewa tu idadi inayotakiwa ya molekuli na nishati, na kuandika mpango wa kukusanya vitu muhimu. Hadi sasa, hakuna mtu aliyeweza kukataa uwezekano huu, lakini hakuna mtu bado ameweza kuunda mifumo hiyo. Wakati wa utafiti wa kinadharia wa uwezekano huu, hali za dhahania za siku ya mwisho ziliibuka, ambazo zinadhania kwamba nanorobots zitachukua biomasi yote ya Dunia, kutekeleza mpango wao wa kujizalisha (kinachojulikana kama "kijivu goo" au "kijivu tope").

Mawazo ya kwanza juu ya uwezekano wa kusoma vitu kwa kiwango cha atomiki yanaweza kupatikana katika kitabu "Opticks" na Isaac Newton, kilichochapishwa mnamo 1704. Katika kitabu hicho, Newton anaonyesha kwamba anatumaini kwamba darubini za wakati ujao zitaweza kuchunguza “siri za mwili.”

Neno "nanoteknolojia" lilitumiwa kwanza na Norio Taniguchi mnamo 1974. Alitumia neno hili kuelezea uzalishaji wa bidhaa nanometers kadhaa kwa ukubwa. Katika miaka ya 1980, neno hili lilitumiwa na Eric K. Drexler katika vitabu vyake Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology and Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation.

Je, nanoteknolojia inaweza kufanya nini?

Hapa ni baadhi tu ya maeneo ambayo nanoteknolojia huahidi mafanikio:

Dawa

Nanosensors itatoa maendeleo katika utambuzi wa mapema wa magonjwa. Hii itaongeza nafasi zako za kupona. Tunaweza kushinda saratani na magonjwa mengine. Dawa za saratani ya zamani haziharibu seli za ugonjwa tu, bali pia zenye afya. Kwa msaada wa nanoteknolojia, dawa itatolewa moja kwa moja kwenye kiini cha ugonjwa.

Nanoteknolojia ya DNA- tumia besi maalum za DNA na molekuli za asidi ya nucleic kuunda miundo iliyofafanuliwa wazi kwa msingi wao. Mchanganyiko wa viwanda wa molekuli za dawa na maandalizi ya kifamasia ya fomu iliyofafanuliwa wazi (bis-peptides).

Mwanzoni mwa 2000, shukrani kwa maendeleo ya haraka katika teknolojia ya utengenezaji wa chembe za ukubwa wa nano, msukumo ulitolewa kwa maendeleo ya uwanja mpya wa nanoteknolojia - nanoplasmonics. Ilibadilika kuwa inawezekana kusambaza mionzi ya umeme pamoja na mlolongo wa nanoparticles za chuma kwa kutumia msisimko wa oscillations ya plasmon.

Ujenzi

Nanosensor za miundo ya ujenzi zitafuatilia nguvu zao na kugundua vitisho vyovyote kwa uadilifu wao. Vitu vinavyojengwa kwa kutumia nanoteknolojia vinaweza kudumu mara tano zaidi kuliko miundo ya kisasa. Nyumba zitakabiliana na mahitaji ya wakazi, kuwaweka baridi katika majira ya joto na kuwaweka joto wakati wa baridi.

Nishati

Tutakuwa chini ya kutegemea mafuta na gesi. Paneli za kisasa za jua zina ufanisi wa karibu 20%. Kwa matumizi ya nanoteknolojia, inaweza kukua mara 2-3. Nanofilms nyembamba juu ya paa na kuta zinaweza kutoa nishati kwa nyumba nzima (ikiwa, bila shaka, kuna jua la kutosha).

Uhandisi mitambo

Vifaa vyote vya bulky vitabadilishwa na roboti - vifaa vinavyodhibitiwa kwa urahisi. Wataweza kuunda mifumo yoyote kwa kiwango cha atomi na molekuli. Kwa ajili ya utengenezaji wa mashine, nanomaterials mpya zitatumika ambazo zinaweza kupunguza msuguano, kulinda sehemu kutokana na uharibifu, na kuokoa nishati. Hizi sio maeneo yote ambayo nanoteknolojia inaweza (na itatumika!) Wanasayansi wanaamini kuwa kuibuka kwa teknolojia ya nano ni mwanzo wa Mapinduzi mapya ya Kisayansi na Kiufundi, ambayo yatabadilisha sana ulimwengu katika karne ya 21. Ni muhimu kuzingatia, hata hivyo, kwamba nanoteknolojia haiingii mazoezi halisi haraka sana. Sio vifaa vingi (zaidi vya umeme) vinavyofanya kazi "nano". Hii ni kwa sababu ya bei ya juu ya nanoteknolojia na kurudi sio juu sana kwa bidhaa za nanoteknolojia.

Pengine, katika siku za usoni, kwa msaada wa nanoteknolojia, teknolojia ya juu, simu, vifaa vinavyoweza kudhibitiwa kwa urahisi vitaundwa ambavyo vitafanikiwa kuchukua nafasi ya vifaa vya automatiska, lakini vigumu kusimamia na ngumu ya leo. Kwa mfano, baada ya muda, biorobots zinazodhibitiwa na kompyuta zitaweza kufanya kazi za vituo vya sasa vya kusukumia vingi.

• Kompyuta ya DNA- mfumo wa kompyuta unaotumia uwezo wa kompyuta wa molekuli za DNA. Kompyuta ya biomolekuli ni jina la pamoja la mbinu mbalimbali zinazohusiana kwa njia moja au nyingine na DNA au RNA. Katika kompyuta ya DNA, data inawakilishwa si kwa njia ya zero na zile, lakini kwa namna ya muundo wa molekuli iliyojengwa kwa misingi ya helix ya DNA. Jukumu la programu ya kusoma, kuiga na kusimamia data inafanywa na enzymes maalum.
• Hadubini ya nguvu ya atomiki– darubini ya uchunguzi wa ubora wa juu kulingana na mwingiliano wa sindano ya cantilever (probe) na uso wa sampuli inayochunguzwa. Tofauti na darubini ya skanning tunneling (STM), inaweza kuchunguza nyuso zote mbili zinazoendesha na zisizo za kuendesha hata kupitia safu ya kioevu, ambayo inafanya uwezekano wa kufanya kazi na molekuli za kikaboni (DNA). Azimio la anga la darubini ya nguvu ya atomiki inategemea saizi ya cantilever na curvature ya ncha yake. Azimio hufikia atomiki kwa usawa na kwa kiasi kikubwa huzidi wima.
• Antenna-oscillator- Mnamo Februari 9, 2005, antena-oscillator yenye vipimo vya micron 1 ilipatikana katika maabara ya Chuo Kikuu cha Boston. Kifaa hiki kina atomi milioni 5,000 na ina uwezo wa kuzunguka kwa mzunguko wa gigahertz 1.49, ambayo inaruhusu kusambaza kiasi kikubwa cha habari.

Teknolojia 10 za nano na uwezo wa kushangaza

Jaribu kukumbuka uvumbuzi fulani wa kisheria. Labda, mtu sasa alifikiria gurudumu, mtu ndege, na mtu iPod. Ni wangapi kati yenu mmefikiria juu ya uvumbuzi wa kizazi kipya kabisa - nanoteknolojia? Ulimwengu huu haujasomwa kidogo, lakini una uwezo wa ajabu ambao unaweza kutupa mambo ya ajabu kweli. Jambo la kushangaza: uwanja wa nanoteknolojia haukuwepo hadi 1975, ingawa wanasayansi walianza kufanya kazi katika eneo hili mapema zaidi.

Jicho la mwanadamu lina uwezo wa kutambua vitu hadi milimita 0.1 kwa ukubwa. Leo tutazungumza juu ya uvumbuzi kumi ambao ni mara 100,000 ndogo.

Umeme conductive chuma kioevu

Kwa kutumia umeme, aloi rahisi ya chuma kioevu ya gallium, iridiamu na bati inaweza kufanywa kuunda maumbo changamano au duru za upepo ndani ya sahani ya Petri. Inaweza kusemwa kwa kiwango fulani cha uwezekano kwamba hii ndiyo nyenzo ambayo mfululizo maarufu wa T-1000 cyborg, ambayo tunaweza kuona katika Terminator 2, iliundwa.

"Aloi laini hufanya kama sura nzuri, yenye uwezo wa kujitengeneza yenyewe inapohitajika, kwa kuzingatia mabadiliko ya nafasi inayozunguka ambayo inasonga. Kama vile cyborg kutoka filamu maarufu ya sci-fi inaweza kufanya," anasema Jin Li kutoka Chuo Kikuu cha Tsinghua, mmoja wa watafiti waliohusika katika mradi huu.

Metali hii ni ya kibayolojia, ikimaanisha kwamba inaiga athari za kibayolojia, ingawa yenyewe sio dutu ya kibaolojia.

Metali hii inaweza kudhibitiwa na kutokwa kwa umeme. Hata hivyo, yenyewe ina uwezo wa kusonga kwa kujitegemea, kutokana na usawa wa mzigo unaojitokeza, ambao huundwa na tofauti ya shinikizo kati ya mbele na nyuma ya kila tone la alloy hii ya chuma. Na ingawa wanasayansi wanaamini kuwa mchakato huu unaweza kuwa ufunguo wa kubadilisha nishati ya kemikali kuwa nishati ya mitambo, nyenzo za molekuli hazitatumika kujenga cyborgs mbaya hivi karibuni. Mchakato mzima wa "uchawi" unaweza kutokea tu katika suluhisho la hidroksidi ya sodiamu au suluhisho la salini.

Nanoplasti

Watafiti kutoka Chuo Kikuu cha York wanafanya kazi ya kutengeneza mabaka maalum ambayo yataundwa kutoa dawa zote muhimu ndani ya mwili bila matumizi yoyote ya sindano na sindano. Madoa, ambayo ni ya kawaida kabisa kwa ukubwa, yamebanwa kwenye mkono wako na kutoa kipimo fulani cha chembechembe za dawa (ndogo za kutosha kupenya vinyweleo) ndani ya mwili wako. Nanoparticles (kila chini ya nanomita 20 kwa saizi) watapata seli zenye madhara, kuziua na kuondolewa kutoka kwa mwili pamoja na seli zingine kama matokeo ya michakato ya asili.

Wanasayansi wanaona kuwa katika siku zijazo nanopatches kama hizo zinaweza kutumika katika vita dhidi ya moja ya magonjwa mabaya zaidi Duniani - saratani. Tofauti na chemotherapy, ambayo mara nyingi ni sehemu muhimu ya matibabu katika hali kama hizi, nanopatches zitaweza kupata na kuharibu seli za saratani kibinafsi huku zikiacha seli zenye afya bila kuguswa. Mradi wa nanopatch unaitwa NanJect. Maendeleo yake yanafanywa na Atif Syed na Zakaria Hussain, ambao mwaka wa 2013, wakiwa bado wanafunzi, walipata ufadhili unaohitajika kama sehemu ya kampeni ya kutafuta pesa.

Nanofilter kwa maji

Filamu hii inapotumiwa pamoja na wavu laini wa chuma cha pua, mafuta hutupwa, na kuacha maji katika eneo hilo kuwa safi kabisa.

Inashangaza, wanasayansi waliongozwa kuunda nanofilm kwa asili yenyewe. Majani ya lotus, pia yanajulikana kama maua ya maji, yana mali ya kinyume cha nanofilm: badala ya mafuta, hufukuza maji. Hii sio mara ya kwanza kwa wanasayansi kupeleleza mimea hii ya kushangaza kwa mali zao za kushangaza sawa. Hii ilisababisha, kwa mfano, katika uundaji wa vifaa vya superhydrophobic mnamo 2003. Kuhusu nanofilm, watafiti wanajaribu kuunda nyenzo ambayo inaiga uso wa maua ya maji na kuiboresha na molekuli za wakala maalum wa kusafisha. Mipako yenyewe haionekani kwa jicho la mwanadamu. Itakuwa nafuu kuzalisha: takriban $1 kwa kila futi ya mraba.

Kisafishaji hewa cha manowari

Haiwezekani kwamba mtu yeyote alifikiri juu ya aina gani ya wafanyakazi wa manowari ya hewa wanapaswa kupumua, isipokuwa kwa wanachama wa wafanyakazi wenyewe. Wakati huo huo, kusafisha hewa kutoka kwa kaboni dioksidi lazima kufanywe mara moja, kwa kuwa wakati wa safari moja hewa hiyo hiyo inapaswa kupita kwa wafanyakazi wa mwanga wa manowari mamia ya nyakati. Ili kusafisha hewa kutoka kwa kaboni dioksidi, amini hutumiwa, ambayo ina harufu mbaya sana. Ili kushughulikia suala hili, teknolojia ya utakaso inayoitwa SAMMS (kifupi cha Wawekaji wa Kujikusanya wa Kujikusanya kwenye Miundo ya Mesoporous) iliundwa. Anapendekeza matumizi ya nanoparticles maalum zilizowekwa ndani ya granules za kauri. Dutu hii ina muundo wa porous, kutokana na ambayo inachukua dioksidi kaboni ya ziada. Aina tofauti za utakaso wa SAMMS huingiliana na molekuli tofauti katika hewa, maji na udongo, lakini chaguzi hizi zote za utakaso ni nzuri sana. Kijiko kimoja tu cha granules hizi za kauri za porous ni vya kutosha kusafisha eneo sawa na uwanja mmoja wa soka.

Nanoconductors

Watafiti katika Chuo Kikuu cha Northwestern (USA) wamegundua jinsi ya kuunda kondakta wa umeme katika nanoscale. Kondakta hii ni nanoparticle ngumu na ya kudumu ambayo inaweza kusanidiwa kusambaza mkondo wa umeme katika mwelekeo tofauti tofauti. Utafiti unaonyesha kuwa kila nanoparticle kama hiyo ina uwezo wa kuiga utendakazi wa "virekebishaji, swichi na diodi." Kila chembe yenye unene wa nanomita 5 hupakwa kemikali yenye chaji chanya na kuzungukwa na atomi zenye chaji hasi. Utumiaji wa kutokwa kwa umeme husanidi upya atomi zenye chaji hasi karibu na nanoparticles.

Uwezo wa teknolojia, kama wanasayansi wanavyoripoti, haujawahi kutokea. Kwa msingi wake, inawezekana kuunda vifaa "vinavyoweza kubadilisha kwa kujitegemea ili kuendana na kazi maalum za kompyuta." Utumiaji wa nanomaterial kwa kweli "utapanga upya" vifaa vya elektroniki vya siku zijazo. Uboreshaji wa maunzi itakuwa rahisi kama vile uboreshaji wa programu.

Chaja ya Nanotech

Kitu hiki kinapoundwa, hutahitaji tena kutumia chaja zozote zenye waya. Nanoteknolojia mpya hufanya kazi kama sifongo, lakini hainyonyi kioevu. Inavuta nishati ya kinetic kutoka kwa mazingira na kuielekeza moja kwa moja kwenye simu yako mahiri. Teknolojia hiyo inategemea matumizi ya nyenzo za piezoelectric zinazozalisha umeme wakati wa mkazo wa mitambo. Nyenzo hiyo imepewa pores ya nanoscopic ambayo huibadilisha kuwa sifongo rahisi.

Jina rasmi la kifaa hiki ni "nanogenerator". Nanojenereta kama hizo zinaweza siku moja kuwa sehemu ya kila simu mahiri kwenye sayari, au sehemu ya dashibodi ya kila gari, na labda sehemu ya kila mfuko wa nguo - vidude vitatozwa moja kwa moja ndani yake. Kwa kuongezea, teknolojia hiyo ina uwezo wa kutumika kwa kiwango kikubwa, kama vile vifaa vya viwandani. Angalau ndivyo watafiti kutoka Chuo Kikuu cha Wisconsin-Madison, ambao waliunda nanosponge hii ya kushangaza, wanafikiria.

Retina ya bandia

Kampuni ya Israeli ya Nano Retina inatengeneza kiolesura ambacho kitaunganishwa moja kwa moja na nyuroni za jicho na kusambaza matokeo ya muundo wa neva kwa ubongo, kuchukua nafasi ya retina na kurejesha maono kwa watu.

Jaribio la kuku kipofu lilionyesha matumaini ya kufaulu kwa mradi huo. Nanofilm iliruhusu kuku kuona mwanga. Kweli, hatua ya mwisho ya kuendeleza retina ya bandia ili kurejesha maono ya watu bado iko mbali, lakini maendeleo katika mwelekeo huu hawezi lakini kufurahi. Nano Retina sio kampuni pekee inayohusika katika maendeleo kama haya, lakini ni teknolojia yao ambayo kwa sasa inaonekana kuwa ya kuahidi zaidi, yenye ufanisi na inayoweza kubadilika. Jambo la mwisho ni la muhimu zaidi kwani tunazungumza juu ya bidhaa ambayo itaunganishwa kwa macho ya mtu. Maendeleo sawa yameonyesha kuwa nyenzo imara hazifai kwa madhumuni hayo.

Kwa kuwa teknolojia inaendelezwa katika ngazi ya nanoteknolojia, huondoa matumizi ya chuma na waya, na pia huepuka azimio la chini la picha iliyoiga.

Nguo zinazowaka

Wanasayansi wa Shanghai wametengeneza nyuzi za kuakisi ambazo zinaweza kutumika katika utengenezaji wa nguo. Msingi wa kila thread ni waya mwembamba sana wa chuma cha pua, ambayo imefunikwa na nanoparticles maalum, safu ya polima ya electroluminescent, na shell ya kinga ya nanotubes ya uwazi. Matokeo yake ni nyuzi nyepesi na zinazoweza kubadilika ambazo zinaweza kung'aa chini ya ushawishi wa nishati yao ya umeme. Wakati huo huo, wanafanya kazi kwa nguvu ya chini sana ikilinganishwa na LED za kawaida.

Hasara ya teknolojia ni kwamba "hifadhi ya mwanga" ya nyuzi bado ni ya kutosha kwa saa chache. Walakini, watengenezaji wa nyenzo wanaamini kwa matumaini kwamba wataweza kuongeza "rasilimali" ya bidhaa zao kwa angalau mara elfu. Hata wakifaulu, suluhu ya dosari nyingine inabaki kuwa mashakani. Itakuwa uwezekano mkubwa kuwa haiwezekani kuosha nguo kulingana na nanothreads vile.

Nanoneedles kwa urejesho wa viungo vya ndani

Nanoplasters tulizozungumzia hapo juu zimeundwa mahsusi kuchukua nafasi ya sindano. Je, ikiwa sindano zenyewe zilikuwa nanomita chache tu kwa ukubwa? Ikiwa ndivyo, wanaweza kubadilisha uelewa wetu wa upasuaji, au angalau kuboresha kwa kiasi kikubwa.

Hivi majuzi, wanasayansi walifanya vipimo vya maabara vilivyofanikiwa kwenye panya. Kwa kutumia sindano ndogondogo, watafiti waliweza kuingiza asidi ya nukleiki kwenye miili ya panya, na hivyo kuendeleza kuzaliwa upya kwa viungo na chembe za neva na hivyo kurejesha utendaji uliopotea. Wakati sindano zinafanya kazi yao, hubakia katika mwili na baada ya siku chache hutengana kabisa ndani yake. Wakati huo huo, wanasayansi hawakupata madhara yoyote wakati wa operesheni ya kurejesha mishipa ya damu kwenye misuli ya nyuma ya panya kwa kutumia nanoneedles hizi maalum.

Ikiwa tutazingatia kesi za kibinadamu, nanoneedles kama hizo zinaweza kutumika kutoa dawa zinazohitajika ndani ya mwili wa mwanadamu, kwa mfano, katika upandikizaji wa chombo. Dutu maalum zitatayarisha tishu zinazozunguka karibu na chombo kilichopandikizwa kwa ajili ya kupona haraka na kuondoa uwezekano wa kukataa.

Uchapishaji wa kemikali wa 3D

Mwanakemia wa Chuo Kikuu cha Illinois Martin Burke ndiye Willy Wonka wa kemia. Kwa kutumia mkusanyiko wa molekuli za "vifaa vya ujenzi" kwa madhumuni anuwai, anaweza kuunda idadi kubwa ya kemikali tofauti zilizo na kila aina ya "ya kushangaza na wakati huo huo mali asili." Kwa mfano, dutu moja kama hiyo ni ratanini, ambayo inaweza kupatikana tu katika maua ya nadra sana ya Peru.

Uwezo wa kuunganisha vitu ni mkubwa sana kwamba itafanya iwezekanavyo kuzalisha molekuli zinazotumiwa katika dawa, katika kuundwa kwa diode za LED, seli za betri za jua na vipengele hivyo vya kemikali ambavyo hata kemia bora zaidi kwenye sayari ilichukua miaka kuunganisha.

Uwezo wa kichapishi cha sasa cha modeli ya 3D bado ni mdogo. Ana uwezo wa kutengeneza dawa mpya tu. Hata hivyo, Burke anatarajia kwamba siku moja ataweza kuunda toleo la watumiaji wa kifaa chake cha ajabu, ambacho kitakuwa na uwezo mkubwa zaidi. Inawezekana kwamba katika siku zijazo printa kama hizo zitafanya kama aina ya wafamasia wa nyumbani.

Je, teknolojia ya nano ni tishio kwa afya ya binadamu au mazingira?

Hakuna habari nyingi juu ya athari mbaya za nanoparticles. Mnamo 2003, utafiti mmoja ulionyesha kuwa nanotubes za kaboni zinaweza kuharibu mapafu ya panya na panya. Utafiti wa 2004 uligundua kuwa fullerenes inaweza kujilimbikiza na kusababisha uharibifu wa ubongo katika samaki. Lakini masomo yote mawili yalitumia kiasi kikubwa cha dutu chini ya hali isiyo ya kawaida. Kulingana na mmoja wa wataalam, mwanakemia Kristen Kulinowski (Marekani), "ingekuwa vyema kupunguza uwezekano wa nanoparticles hizi, licha ya ukweli kwamba kwa sasa hakuna habari kuhusu tishio lao kwa afya ya binadamu."

Wachambuzi wengine pia wamependekeza kwamba matumizi makubwa ya nanoteknolojia yanaweza kusababisha hatari za kijamii na kimaadili. Kwa hiyo, kwa mfano, ikiwa matumizi ya nanoteknolojia huanzisha mapinduzi mapya ya viwanda, hii itasababisha kupoteza kazi. Aidha, nanoteknolojia inaweza kubadilisha dhana ya mtu, kwa kuwa matumizi yake yatasaidia kuongeza muda wa maisha na kuongeza kwa kiasi kikubwa ustahimilivu wa mwili. "Hakuna anayeweza kukataa kwamba kuenea kwa simu za rununu na Mtandao umeleta mabadiliko makubwa katika jamii," anasema Kristen Kulinowski. "Nani angethubutu kusema kwamba teknolojia ya nano haitakuwa na athari kubwa kwa jamii katika miaka ijayo?"

Nafasi ya Urusi kati ya nchi zinazoendelea na zinazozalisha nanoteknolojia

Viongozi wa dunia katika suala la uwekezaji wa jumla katika nanoteknolojia ni nchi za EU, Japan na Marekani. Hivi majuzi, Urusi, Uchina, Brazil na India zimeongeza sana uwekezaji katika tasnia hii. Katika Urusi, kiasi cha fedha chini ya mpango "Maendeleo ya miundombinu ya nanoindustry katika Shirikisho la Urusi kwa 2008-2010" itakuwa kiasi cha rubles bilioni 27.7.

Ripoti ya hivi punde zaidi (2008) kutoka kwa kampuni ya utafiti yenye makao yake makuu London ya Cientifica, iitwayo Ripoti ya Mtazamo wa Nanoteknolojia, inaelezea neno la uwekezaji wa Kirusi kama ifuatavyo: "Ingawa EU bado inashika nafasi ya kwanza katika suala la uwekezaji, Uchina na Urusi tayari zimeipita Marekani. ”

Kuna maeneo katika nanoteknolojia ambapo wanasayansi wa Kirusi wakawa wa kwanza duniani, baada ya kupata matokeo ambayo yaliweka msingi wa maendeleo ya mwenendo mpya wa kisayansi.

Miongoni mwao ni uzalishaji wa nanomaterials ya ultradisperse, muundo wa vifaa vya elektroni moja, pamoja na kazi katika uwanja wa nguvu ya atomiki na skanning probe microscopy. Tu katika maonyesho maalum yaliyofanyika ndani ya mfumo wa Jukwaa la Uchumi la XII la St. Petersburg (2008), maendeleo maalum 80 yaliwasilishwa mara moja. Urusi tayari inazalisha idadi ya nanoproducts ambazo zinahitajika kwenye soko: nanomembranes, nanopowders, nanotubes. Hata hivyo, kulingana na wataalam, katika biashara ya maendeleo ya nanoteknolojia Urusi iko nyuma ya Marekani na nchi nyingine zilizoendelea kwa miaka kumi.

Nanoteknolojia katika sanaa

Kazi kadhaa za msanii wa Marekani Natasha Vita-Mor zinahusika na mada za nanoteknolojia.

Katika sanaa ya kisasa, mwelekeo mpya umeibuka: "nanoart" (nanoart) - aina ya sanaa inayohusishwa na uundaji wa sanamu wa msanii (utunzi) wa saizi ndogo na nano (10 -6 na 10 -9 m, mtawaliwa) chini ya ushawishi wa michakato ya kemikali au ya kimwili ya nyenzo za usindikaji , kupiga picha nano-picha zinazotokana kwa kutumia darubini ya elektroni na usindikaji wa picha nyeusi na nyeupe katika kihariri cha michoro.

Katika kazi inayojulikana ya mwandishi wa Kirusi N. Leskov "Lefty" (1881) kuna kipande cha kuvutia: "Ikiwa," anasema, "kulikuwa na darubini bora zaidi, ambayo inakuza milioni tano, basi ungependa," asema, “kuona kwamba kwenye kila kiatu cha farasi jina la fundi limeonyeshwa: ni bwana gani wa Kirusi aliyetengeneza kiatu hicho cha farasi.” Ukuzaji wa mara 5,000,000 hutolewa na darubini za kisasa za elektroni na nguvu za atomiki, ambazo huchukuliwa kuwa zana kuu za nanoteknolojia. Kwa hivyo, shujaa wa fasihi Lefty anaweza kuzingatiwa "nanotechnologist" wa kwanza katika historia.

Mawazo yaliyotolewa na Feynman katika mhadhara wake wa 1959 "Kuna Chumba Kingi Hapo" kuhusu jinsi ya kuunda na kutumia nanomanipulators yanalingana karibu kimaandishi na hadithi ya hadithi ya kisayansi "Mikrorukki" na mwandishi maarufu wa Soviet Boris Zhitkov, iliyochapishwa mnamo 1931. Baadhi ya matokeo mabaya ya maendeleo yasiyodhibitiwa ya nanoteknolojia yanaelezewa katika kazi za M. Crichton ("The Swarm"), S. Lem ("Ukaguzi wa On-Site" na "Amani Duniani"), S. Lukyanenko ("Hakuna cha kufanya" Gawanya").

Tabia kuu ya riwaya "Transman" na Yu. Nikitina ni mkuu wa shirika la nanoteknolojia na mtu wa kwanza kupata athari za nanorobots za matibabu.

Katika mfululizo wa hadithi za kisayansi za Stargate SG-1 na Stargate Atlantis, baadhi ya mbio za juu zaidi za kiteknolojia ni jamii mbili za "replicators", ambazo zilitokea kama matokeo ya majaribio yasiyofanikiwa kutumia na kuelezea matumizi mbalimbali ya nanoteknolojia. Katika Siku Dunia Ilisimama Tena, akiigiza na Keanu Reeves, mwanastaarabu wa kigeni anahukumu ubinadamu hadi kifo na karibu kuharibu kila kitu kwenye sayari kwa usaidizi wa wadudu wanaojirudiarudia ambao hula kila kitu kwenye njia yao.

Mtaala wa kozi

Gazeti Na.	Nyenzo za elimu
17	Mhadhara namba 1. Ni nini kimefichwa nyuma ya kiambishi awali "nano"? Nanoscience na nanochemistry. Athari ya dimensional. Uainishaji wa nanoobjects.(Eremin V.V., Drozdov A.A.)
18	Mhadhara namba 2. Mbinu za usanisi na utafiti wa nanoparticles. Uainishaji wa njia za usanisi wa nanoparticles. Mbinu za kemikali za awali ("chini juu"). Mbinu za taswira na utafiti wa nanoparticles.(Eremin V.V., Drozdov A.A.)
19	Mhadhara namba 3. Nanoteknolojia. Utafiti wa kimsingi na uliotumika: uhusiano kati ya nanoscience na nanoteknolojia. Nanodevices za mitambo. Magnetic nanomaterials. Nanoteknolojia katika dawa. Maendeleo ya nanoteknolojia.(Eremin V.V., Drozdov A.A.) Mtihani nambari 1(tarehe ya mwisho: Novemba 25, 2009)
20	Mhadhara namba 4. Nanomaterials za kaboni. Aina za allotropic za kaboni ni "nano" na "non-nano". Nanodiamonds. Fullerenes na derivatives yao. Nanotubes, uainishaji wao na mali. Tabia za jumla za nanoforms za kaboni.(Eremin V.V.)
21	Mhadhara namba 5. Nanomaterials kwa nishati. Vyanzo vya nishati asilia na mbadala. Nanomaterials katika seli za mafuta. Nanomaterials kwa hifadhi ya hidrojeni.(Eremin V.V.)
22	Hotuba namba 6. Nanocatalysis. Tabia za jumla za vichocheo. Uainishaji wa athari za kichocheo. Kanuni za kufuata muundo na juhudi. Catalysis juu ya nanoparticles na zeolites.(Eremin V.V.) Mtihani nambari 2(tarehe ya mwisho - Desemba 30, 2009)
23	Mhadhara namba 7. Nanochemistry katika matatizo ya Olympiad. 1. Kazi rahisi. Njia za kutengeneza nanoparticles. Muundo wa nanoparticles. Tabia za nanoparticles.(Eremin V.V.)
24	Hotuba namba 8. Nanochemistry katika matatizo ya Olympiad. 2. Kazi ngumu za pamoja. (Eremin V.V.)
Kazi ya mwisho. Ripoti fupi juu ya kazi ya mwisho, ikifuatana na cheti kutoka kwa taasisi ya elimu, lazima ipelekwe kwa Chuo Kikuu cha Pedagogical kabla ya Februari 28, 2010. (Maelezo zaidi kuhusu kazi ya mwisho yatachapishwa baada ya hotuba Na. 8.)

V.V.EREMIN,
A.A.DROZDOV

Nakala hiyo ilichapishwa kwa msaada wa Kampuni ya Usambazaji wa Bidhaa ya Mozhe. Kwa zaidi ya miaka 50, Usambazaji wa Bidhaa ya Mozhe umekuwa ukitoa matayarisho ya sindano ndogo kwenye vigogo vya miti, mbolea ya miti na bidhaa kwa ajili ya kuzuia na kutibu wadudu waharibifu wa miti. Hii inachangia upinzani wa mti kwa kuumia na hali mbaya. Tembelea tovuti rasmi ya kampuni http://mauget.ru na ujue zaidi.

MUHADHARA Na.3
Nanoteknolojia

Utafiti wa kimsingi na uliotumika: uhusiano kati ya nanoscience na nanoteknolojia

Mbinu za kuzalisha nanoparticles zilizopendekezwa na wanafizikia na wanakemia (tazama hotuba Na. 2) zinaweza kulinganishwa na mbinu za maabara za kuzalisha amonia au asidi ya sulfuriki. Ni wazi, utengenezaji huleta changamoto kubwa kwa wanasayansi na wanateknolojia. Wacha tuchukue kama mfano kifaa cha nanodevice kisicho na waya ambacho hutoa mwanga. Inajumuisha safu nyembamba zaidi ya semiconductor - gallium nitride - yenye unene wa nm 3 tu, i.e. yenye tabaka kumi na mbili tu za atomiki. Nanospheres hutumiwa juu yake - molekuli za fullerene zilizobadilishwa, ambazo, kukubali elektroni, hutoa mwanga. Kazi ya awali ya kemikali ni kupata vitu katika nanostate, lakini kazi ya kiteknolojia ni ngumu zaidi - kuunda ili kifaa kipatikane na kifaa hiki kifanye kazi.

Katika mchakato wa kuendeleza mawazo yetu kuhusu nanoworld, dhana ya nanoteknolojia imepata mabadiliko kadhaa. Neno "nanoteknolojia" lilitumiwa kwa mara ya kwanza mwaka wa 1974 na mhandisi wa Kijapani Norio Taniguchi, ambaye alifafanua kama "teknolojia ya uzalishaji ambayo inaruhusu mtu kufikia usahihi wa juu na vipimo vidogo zaidi ... kwa utaratibu wa nm 1."

Chini ya ushawishi wa mwanasayansi wa Marekani K.E. Drexler, nanoteknolojia ilianzishwa katika miaka ya 1980 na 1990. ilianza kuitwa uumbaji wa vifaa mbalimbali kutoka kwa molekuli binafsi. Matarajio ya nanoteknolojia yalielezewa, kwa mfano, kama nanorobots ndogo za uhuru ambazo zilizinduliwa ndani ya mwili wa binadamu na, zikielea kupitia mfumo wa mzunguko, zilipata viungo vya ugonjwa na kisha "kuvitengeneza". Wakati huo huo, nanoteknolojia ilieleweka kama uwanja wa sayansi. Hata hivyo, ufafanuzi wa nanoteknolojia uliotolewa na A. Franks katika 1987 ulikaribiana zaidi na ukweli: “Nanoteknolojia uzalishaji yenye vipimo na usahihi katika safu ya nm 0.1–100.”

Hakika, wakati "mashine za Masi" za Drexler ziliundwa kwa kutumia fomula na uigaji wa kompyuta, kulikuwa na uboreshaji wa kutosha katika teknolojia za jadi, ambazo, kwa sababu ya sifa za usahihi zilizoongezeka, ziliingia katika uwanja wa nanoteknolojia. Hii inaonyeshwa wazi zaidi katika maendeleo ya microelectronics: microcircuits tayari zinazalishwa kwa usahihi wa nanometer, vipimo vya tabia ya vipengele vya elektroniki vinavyofanya kazi ambavyo ni chini ya 100 nm. Teknolojia za kielektroniki pia zilitumika kama msingi wa uundaji wa vifaa vya umeme, mahitaji ya usahihi wa utengenezaji ambayo yamezidi kizingiti cha 100 nm. Kwa hiyo, katika miaka ya hivi karibuni, neno "nanoteknolojia" linahusishwa, kwanza kabisa, na matumizi ya vitendo ya vitu vya nanoworld.

Ufafanuzi wazi wa nanoteknolojia ulitolewa na shirika la serikali la Rosnanotech, ambalo linafadhili miradi ya ubunifu katika uwanja wa nanoteknolojia*:

Nanoteknolojia ni seti ya mbinu na mbinu zinazotumiwa katika utafiti, kubuni, uzalishaji na matumizi ya miundo, vifaa na mifumo, ikiwa ni pamoja na udhibiti unaolengwa na urekebishaji wa sura, ukubwa, ushirikiano na mwingiliano wa vipengele vyake vya nanoscale (1-100 nm) kupata vitu na kemikali mpya, kimwili, kibayolojia.

Kuna maneno kadhaa muhimu katika ufafanuzi huu mrefu. Kwanza, kiwango cha nanoelements imedhamiriwa - kutoka 1 hadi 100 nm katika angalau mwelekeo mmoja. Pili, inasisitizwa kuwa nanoelements hizi zinapaswa kutoa mali mpya kwa kulinganisha na vitu vinavyojumuisha macrophase ya dutu ya muundo sawa. Kwa kweli, dutu yoyote ina nanostructures, lakini si mara zote huamua mali ya dutu hii. Kwa mfano, ukubwa wa seli za kitengo cha fuwele kamili huzidi 1 nm, na makundi ya ukubwa wa nanometer yanapo katika utungaji wa maji ya kawaida ya kioevu; lakini unga na maji ya fullerene havijaainishwa kama vitu vya nanoteknolojia.

Tatu, ufafanuzi unaonyesha asili ya interdisciplinary nanoteknolojia - sayansi zote muhimu za asili, pamoja na hisabati na teknolojia ya habari, hushiriki katika maendeleo yake. Maudhui ya kisayansi ya nanoteknolojia yanawasilishwa na neno "utafiti". Teknolojia zote zilizopo, na "nano" sio ubaguzi, zinategemea mafanikio ya sayansi ya msingi.

Hatimaye, ufafanuzi unabainisha malengo ya nanoteknolojia - kubuni, uzalishaji na matumizi ya nanostructures. Neno kuu katika kufafanua lengo ni la mwisho, "tumia". Lengo kuu la nanoteknolojia, kama teknolojia nyingine yoyote, ni uzalishaji wa bidhaa na kupata thamani ya ziada, kwa hiyo hali na maendeleo ya nanoteknolojia imedhamiriwa na taratibu za soko. Katika muktadha wa nanoteknolojia, neno "innovation" hutumiwa mara nyingi, kumaanisha uvumbuzi wa kisayansi unaoletwa kwa kiwango cha matumizi ya vitendo. Njia ya uvumbuzi inajumuisha idadi ya hatua (mchoro).

Mpango

Nanoteknolojia, kimsingi, inashughulikia hatua zote za mlolongo huu, na hivyo kuchanganya nyanja za kisayansi, uzalishaji na kiuchumi za shughuli.

Ni mafanikio gani ya sayansi ya nano ambayo tayari yamepata matumizi yao au ahadi ya kufanya hivyo katika siku za usoni? Hebu tuangalie mifano michache kutoka nyanja mbalimbali za sayansi.

Nanodevices za mitambo

Moja ya misingi ya kisayansi ya nanoteknolojia ni nanomekanics, kusoma mali ya mitambo ya nanosystems. Ili kudhibiti mali ya nanoworld, mtu lazima kwanza ajue harakati za mitambo na kujifunza kudhibiti harakati za nanoparticles binafsi - tafsiri au mzunguko. Miongoni mwa matatizo ya kuvutia zaidi katika nanomechanics ni uumbaji nanomotors- vifaa vinavyoweza kubadilisha nishati ya joto, umeme au mwanga kuwa harakati. Jina lingine la vifaa hivi ni watendaji(kutoka Kiingereza kitendo- kitendo). Motors kama hizo pia zipo katika maumbile; bakteria wengine huzitumia kusonga. Bendera ya miniature inaunganishwa na kiini cha bakteria, vibrations ambayo huweka microorganism katika mwendo. "Shaft" ya injini hii ni molekuli ya protini, na "mafuta" ni adenosine triphosphate (ATP).

Nanomotor rahisi zaidi ya bandia hufanya kazi chini ya ushawishi wa tofauti za joto. Inajumuisha nanotube ndefu ya cylindrical, ambayo nanotube fupi ya mashimo imewekwa (Mchoro 1). Nanotubes zote mbili zimekusanywa kutoka kwa atomi za kaboni. Bomba la pili linaweza kusonga kwa jamaa na la kwanza chini ya ushawishi wa tofauti ya joto - kutoka kwa makali ya joto ya bomba la kwanza hadi la baridi, na amplitude ya harakati inaweza kudhibitiwa kwa usahihi wa hadi kipenyo cha atomi moja. . Kwa kuongezea, "uzito" unaweza kushikamana na nanotube inayosonga na kwa hivyo kugeuza kifaa hiki cha mitambo kuwa nanoconveyor. Mwendo katika mfumo huu unafanywa kwa sababu ya mitetemo ya atomi kwenye nanotube ya kwanza (ya kusimama).

Hapa ni mfano wa actuator ya bandia ambayo inabadilisha nishati ya mwanga kuwa kazi ya mitambo. Kitendo chake kinategemea uwezo wa azobenzene kujitenga chini ya ushawishi wa mwanga. Inapoangaziwa na mionzi ya UV, isoma ya trans inabadilishwa kuwa umbo la cis, na mmenyuko wa kinyume hutokea wakati joto au kuangaziwa kwa mwanga unaoonekana (bluu):

Wakati wa isomerization, sehemu moja ya molekuli inazunguka jamaa na nyingine, na kazi ya mitambo inafanywa ambayo inaweza kutumika katika nanomotor.

Wanasayansi wa Marekani wameunda nanomotor kutoka kwa molekuli ndogo ya DNA (jozi 31 za nucleotides), ambayo molekuli kadhaa za azobenzene zimeunganishwa. Wakati wa kukusanyika, muundo huu unafanana na pini ya nywele (Mchoro 2, A) Chini ya mionzi ya UV, "hairpin" inafungua kwa sababu ya isomerization ya azobenzene (Mchoro 2, b), na chini ya ushawishi wa mwanga unaoonekana mabadiliko ya nyuma hutokea - "hairpin" imekusanyika. Inapokusanywa, saizi ya nanomotor kama hiyo ( L 1) ni kati ya 2 hadi 5 nm, na wazi ( L 2) - 10-12 nm. Ufanisi wake, i.e. kiwango cha ubadilishaji wa nishati ya mwanga hufikia 40-50%. Nanomotor inafanya kazi kwa kugeuza, chini ya hali nyepesi, na haitoi taka.

Ili kufuatilia maendeleo ya mmenyuko, molekuli mbili ziliunganishwa kwenye ncha za mnyororo wa nyukleotidi - moja (lebo ya fluorescent) ina uwezo wa kutoa mwanga wakati imewashwa, na nyingine (fluorescence quencher) inazuia mchakato huu. Wakati wa kufungwa, quencher na studio ni karibu pamoja, hivyo hakuna fluorescence hutokea. Wakati muundo unafungua, quencher na lebo huhamia kando na haziingiliani tena, na kusababisha fluorescence.

Wanasayansi wa Marekani wameunda nano-analog ya motor halisi ya umeme. Inajumuisha sahani ndogo ya dhahabu iliyowekwa kwenye "nanovale" - nanotube ya kaboni. Mfumo huu wote umezungukwa na elektroni. Wakati voltage ya umeme inayobadilika inatumiwa kwao, sahani huanza kuzunguka - nishati ya umeme inabadilishwa kuwa kazi ya mitambo.

Harakati za mitambo pia zinaweza kupatikana kwa kutumia nishati ya kemikali. Kazi ya nanomotor ya kichocheo, iliyoundwa mnamo 2004, inategemea hii. Inajumuisha vijiti vya silinda vilivyo na sehemu za platinamu na dhahabu yenye urefu wa micron 1 na kipenyo cha 370 nm (Mchoro 3, Mtini. tazama uk. 8) Mafuta ni peroxide ya hidrojeni, ambayo mbele ya platinamu hutengana ndani ya oksijeni na maji. Gesi iliyotolewa hujenga shinikizo la ziada, ambayo inahakikisha harakati ya kutafsiri ya viboko kwa kasi ya hadi 20 μm / s.

Wanasayansi pia wameunda mfano wa molekuli ya rover ya mwezi - molekuli inayoweza kusonga kwa usawa kwenye uso wa gorofa. Jina la kemikali la kiwanja hiki ni 9,10-dithioanthracene:

Molekuli yake ina atomi mbili za sulfuri ambazo hutoka kwenye uti wa mgongo wa mzunguko na hufanya kama "miguu". Molekuli nyingine nyingi husogea kwa nasibu juu ya uso, i.e. kwa mwelekeo wa kiholela, na molekuli hii ni ubaguzi. Atomi mbili za salfa hufanya kama miguu, zikipita juu yao na kusonga molekuli kando ya substrate kwenye mstari ulionyooka (Mchoro 4) bila kubadilisha mwelekeo wake. "Molekuli zinazotembea" kama hizo zinaweza kutumiwa kuunda vifaa vipya vya kuhifadhi data vya molekuli vyenye uwezo wa juu sana. Lakini pia zinaweza kutumika kusafirisha vitu - wanasayansi waliweza kupakia molekuli ya kutembea kwa kuunganisha molekuli mbili za CO 2 kwake.

Hivi karibuni, "vifaa vya kujiendesha" vimeundwa ambavyo vinafanana na magari kwa kuonekana. Molekuli ya kikaboni hufanya kama mwili wa gari, na C 60 fullerenes hutumikia kama magurudumu (Mchoro 5). Upana wa "nanocar" kama hiyo ni kubwa kidogo kuliko unene wa molekuli ya DNA. Sehemu ya msalaba ya nywele za binadamu inaweza kubeba takriban nanocars elfu 20! Kwa kutumia darubini ya skanning, wanasayansi wamethibitisha kwa usahihi kwamba nanocars hazitembei, lakini badala yake huzunguka juu ya uso kutokana na mzunguko wa magurudumu ya fullerene. Sasa zimewekwa kwa mwendo kwa kupokanzwa sahani ya dhahabu, ambayo ina jukumu la barabara. Walakini, hii haifai - kwa sababu inapokanzwa huweka magari yote katika mwendo mara moja. Wanasayansi kwa sasa wanafanya kazi ya kuunda antena ambazo zingeruhusu mashine kupokea nishati nyepesi kutoka nje.

Mashine zilizo na motor ambayo kanuni ya uendeshaji ni kukumbusha stima za paddle pia zimeundwa. Jukumu la gurudumu linalozunguka, linalotumika kama gari, linachezwa na molekuli ya carborane, inayofanana na mpira na vile. Injini kama hiyo ya "blade" inaweza tu kuzunguka kwa mwelekeo mmoja - molekuli haziruhusu "harakati za nyuma".

Hivi sasa, vifaa kama hivyo vimekusanywa karibu "kwa mkono." Kwa kusudi hili, sindano ya darubini ya nguvu ya atomiki hutumiwa mara nyingi. Kwa hiyo, hatua kwa hatua, molekuli kwa molekuli, wanasayansi huunda nanostructures ya kuvutia na muhimu.

Magnetic nanomaterials

Utumizi mwingine muhimu wa nanoparticles unahusiana na uzushi wa sumaku. Hebu tukumbuke jinsi vitu vinavyowekwa kulingana na mali zao za magnetic.

Chembe ambazo hazina elektroni ambazo hazijaoanishwa huunda vitu ambavyo hazina wakati wao wa sumaku. Wao ni magnetized tu chini ya ushawishi wa shamba la nje la magnetic. Wakati dutu kama hiyo inaletwa kwenye uwanja wa sumaku, katika kila moja ya atomi zake, kwa sababu ya sheria ya induction ya sumakuumeme, mikondo ya mviringo inayosababishwa huibuka - harakati ya mviringo ya elektroni karibu na mwelekeo wa uwanja wa sumaku. Hii inaongoza kwa ukweli kwamba wakati wa sumaku unaosababishwa huonekana katika kila atomi, inayoelekezwa kwenye uwanja wa nje wa sumaku. Jambo lililoelezewa liliitwa diamagnetism, na vitu ambavyo vina sumaku kwa njia hii ni vifaa vya diamagnetic. Inapoingizwa kwenye uwanja wa sumaku, nyenzo ya diamagnetic inaelekezwa kwa mistari ya shamba, ambayo husababisha kufukuzwa kwake kutoka kwa uwanja wa sumaku usio na usawa.

Atomi zilizo na elektroni ambazo hazijaoanishwa zina wakati wao wa sumaku. Dutu zilizo na atomi kama hizo hutiwa sumaku chini ya ushawishi wa uwanja wa sumaku wa nje na kuvutwa ndani yake. Mali hii inaitwa paramagnetism, na vitu - paramagnetic. Chembe ambazo paramagnets hujengwa (atomi, molekuli, ioni) zina wakati wao wa sumaku, lakini kwa kukosekana kwa uwanja wa nje, wakati wa chembe za mtu binafsi huelekezwa kwa nasibu, ili jumla yao ni sifuri. Katika uwanja wa nje, muda wa sumaku wa atomi za vitu vya paramagnetic hupangwa na kuelekezwa haswa kando ya uwanja. Hii inaunda muda mdogo wa sumaku katika dutu hii.

Katika vitu na nyenzo zingine, kama vile chuma, nyakati za sumaku za atomi za mtu binafsi huelekezwa kwa mwelekeo sawa hata kwa kukosekana kwa uwanja wa sumaku wa nje. Mali hii inaitwa ferromagnetism, na vitu - ferromagnets. Wanavutiwa na sumaku za kudumu na kuwa na sumaku ya hiari. Hizi ni pamoja na baadhi ya metali (chuma, cobalt, nickel, gadolinium), aloi, misombo intermetallic (Fe 3 Al, Ni 3 Mn), pamoja na oksidi (magnetite Fe 3 O 4). Sifa za ferromagnetic za dutu hupotea wakati inapokanzwa kwa joto fulani, linaloitwa joto la Curie. Kwa chuma ni 770 °C, kwa nikeli - 358 °C. Katika joto la chini, baadhi ya chumvi na misombo tata pia huonyesha ferromagnetism. Sumaku zenye nguvu za kudumu zinapatikana kwa kuunganisha chuma, neodymium na boroni. Zinatumika katika motors za umeme, jenereta, na sensorer mbalimbali.

Katika miaka ya hivi karibuni, badala ya sumaku kubwa zinazozalishwa kwa kushinikiza au kupiga sinter, magnetoplasts, ambayo ni mchanganyiko wa poda ya magnetic na binder ya polymer, hutumiwa mara nyingi. Kila mtu anayetumia usafiri wa umma anafahamu vipande vya plastiki vinavyonyumbulika vilivyowekwa kwenye tikiti, vilivyopakwa safu nyembamba ya sumaku ya magnetite au feri. Kanda hizi ni kabla ya magnetized, na kuzigeuza kuwa carrier wa habari, ambayo inasomwa na kithibitishaji. Nyenzo za sumaku pia hutumiwa kuhifadhi habari katika vipengee vya kumbukumbu ya kompyuta. Utaratibu wa msingi wa kuhifadhi habari ni kuongeza sumaku eneo ndogo la nyenzo za sumaku inayoitwa kidogo katika mwelekeo maalum. Kiasi cha habari iliyohifadhiwa kawaida huonyeshwa kwa baiti; baiti moja hukuruhusu kuhifadhi biti 8 za habari.

Kwa wiani wa uhifadhi wa habari wa gigabit 1 (yaani, bits bilioni moja) kwa inchi ya mraba (1 inch = 2.54 cm, 1 inch 2 = 6.45 cm 2), bit moja inachukua eneo la 45 nm urefu na 1 micron pana. Ili kuongeza wiani wa kurekodi habari, ni muhimu kuzalisha poda za magnetic za ukubwa wa nano, i.e. inayojumuisha nanoparticles. Kila chembe (kikoa) lazima iwe katika mojawapo ya hali mbili (zinaitwa "mantiki 0" na "mantiki 1") na, chini ya ushawishi wa nje, kubadili kutoka hali moja hadi nyingine. Vikoa vya kibinafsi, vinavyoingiliana, huunda muundo ambao hufanya kama mtunza habari.

Ukubwa mdogo wa chembe za sumaku, ndivyo wiani wa habari unavyoweza kupatikana. Diski zilizo na msongamano wa kurekodi wa zaidi ya Gbit 20 kwa kila inchi ya mraba sasa zimeundwa. Hii inakuwezesha kuhifadhi kuhusu GB 27 za data kwenye diski ngumu ya inchi 3.5, ambayo ni zaidi ya vitabu elfu 25 vya ukubwa wa mfukoni au filamu 20 zilizorekodi ubora wa juu. Mafanikio haya yalifanywa shukrani iwezekanavyo kwa matumizi ya nanograins ya magnetic ya aloi ya chuma-platinamu. Ili kuzipata, misombo ya chuma na platinamu ilichomwa moto mbele ya wakala wa kupunguza. Ili kuimarisha nanoparticles kusababisha, surfactant (surfactant) - asidi oleic - ilitumiwa. Molekuli za asidi ya oleic ziliwekwa kwenye uso wa nanoparticles za aloi, na kuzizuia zisishikamane na kutengeneza mikusanyiko mikubwa zaidi. Suluhisho lililo na nanoparticles liliwekwa kwenye substrate na kuyeyuka. Katika kesi hiyo, filamu nyembamba yenye nanoparticles ya mtu binafsi iliundwa kwenye substrate. Ilikuwa moto ili kuifanya iwe ngumu. Ukubwa wa nanoparticles za aloi zinazounda filamu ni nanometers tatu tu!

Aina maalum ya nanomaterials magnetic ni porous diamagnetic vifaa, katika voids ambayo kuna nanoparticles ferromagnetic. Mfano itakuwa ferritin- protini maalum inayohusika na kuhifadhi chuma mwilini. Molekuli ya ferritin ina sura ya mpira yenye kipenyo cha nm 12, iliyojumuishwa na subunits 24 - vipande vya polypeptide (Mchoro 6). Ndani ya mpira kuna cavity yenye kipenyo cha nm 8 iliyojaa nanoparticles ya oxohydroxide ya chuma FeOOH. Molekuli moja ya ferritin inashikilia zaidi ya atomi 4000 za chuma kwenye tundu lake. Ferritin ni hifadhi ya jumla ya chuma katika mwili. Ikiwa ni lazima, kupitia pores ndani ya shell ya protini, chuma oxohydroxide nanoparticles kupima 5 nm hutoka na kuingia kwenye damu. Wao hutumiwa kwenye awali ya hemoglobin. Jinsi ferritin "inajua" juu ya haja ya kutolewa chuma ndani ya damu bado haijaanzishwa. Wanasayansi wanafanya kazi ya kuunda nanomaterials bandia ambapo chembe za oxohydroxide ya chuma au magnetite ni sehemu ya matrix ya vinyweleo. Tutazungumza juu ya matarajio ya kutumia chembe za ferromagnetic katika dawa katika sehemu inayofuata.

Mchele. 6. Ferritin

Miongoni mwa nanomaterials ferromagnetic, mahali maalum ni ulichukua na maji ya ferromagnetic. Je, kioevu kinaweza kuvutiwa na sumaku? Kwa mtazamo wa kwanza inaonekana sivyo. Baada ya yote, metali kadhaa tu na misombo yao ina ferromagnetism, na zote ni vitu vikali kwenye joto la kawaida. Walakini, vimiminika vya ferromagnetic vipo. Ni wao tu sio vitu vya mtu binafsi, lakini ufumbuzi wa colloidal ambayo chembe za ferromagnetic zinasambazwa sawasawa katika awamu ya kioevu. Kawaida magnetite Fe 3 O 4 nanoparticles au ferrites hutumiwa. Na ili wasiweze kukaa chini, molekuli za surfactant zimeunganishwa kwao. Ukubwa wa chembe za colloidal hutofautiana sana - kutoka tano hadi makumi ya maelfu ya nanometers. Maji, ethanoli, pamoja na vimumunyisho visivyo vya polar - hidrokaboni na silicones - hutumiwa kama awamu ya kioevu wakati wa kuunda maji ya sumaku. Maji ya sumaku yanabaki thabiti kwa miaka kadhaa. Hawana mali nzuri tu ya sumaku, lakini pia maji ya juu.

Maji ya sumaku tayari yanatumika katika teknolojia. Kwa msaada wao, inawezekana kubadili nishati ya mitambo katika nishati ya umeme. Ikiwa ampoule yenye maji ya magnetic imewekwa ndani ya coil ya induction iliyounganishwa na capacitor, basi kwa kila vibration ya ampoule kioevu kitachanganywa, na chembe zake zitakuwa ziko kando ya shamba la magnetic. Nishati iliyotolewa katika kesi hii inaweza kutosha kuendesha redio ndogo au kuangalia mfukoni. Inapendekezwa kuunda vifaa kulingana na kanuni hii ambayo inabadilisha nishati ya matone ya mvua katika sasa ya umeme. Na ikiwa maji ya sumaku yanawekwa kupitia njia maalum zilizochimbwa ardhini, basi chembe zake zitaelekezwa chini ya ushawishi wa uwanja wa sumaku wa Dunia, na kisha kutoa nishati hii kwa coil. Hivi ndivyo nishati ya shamba la sumaku la Dunia inavyobadilishwa kuwa nishati ya umeme. Mifumo hiyo tayari imetumiwa kwa ufanisi kusambaza umeme kwa nyumba za nchi binafsi.

Ili kuandaa maji ya magnetic, ni muhimu kupata nano- au microparticles ya dutu ya magnetic inayounda. Njia zote za kimwili (kusaga au uvukizi wa laser wa chuma) na kemikali hutumiwa kuzipata. Katika maabara ya shule, inawezekana kuunganisha maji ya magnetic, ambayo ni suluhisho la colloidal la magnetite katika maji. Kweli, chembe za magnetite zilizopatikana kwa njia hii ni takriban micron moja kwa ukubwa, i.e. 1000 nm.

Uzoefu wa maabara. Maandalizi na mali ya maji ya magnetic - ufumbuzi wa colloidal wa magnetite Fe3O4 ndani ya maji.

Changanya 3 ml ya ufumbuzi wa sulfate 5% ya chuma (II) na 4 ml ya 5% ya ufumbuzi wa sulfate ya chuma (III). Kwa mchanganyiko unaosababishwa, ongeza matone machache ya suluhisho la oleate ya sodiamu (au kiboreshaji kingine, kama vile tone la sabuni ya Fairy), na kisha ongeza suluhisho la amonia yenye maji. Weka chupa na ufumbuzi wa colloidal unaosababisha kwenye sumaku ya kudumu (ni bora kuchukua sumaku ya pete kutoka kwa msemaji), kuondoka kwa saa kadhaa, na kisha ukimbie safu ya juu, ukishikilia wingi wa nene na sumaku. Masi ya kusababisha ni maji ya magnetic. Mimina safu nyembamba ya maji ya sumaku kwenye kikombe cha gorofa na ushikilie sumaku karibu nayo ili mistari ya sumaku iingie kwa wima ndani yake. Kioevu hubadilisha sura yake, na kufunikwa na "spikes" kukumbusha miiba ya hedgehog. Ingiza sumaku ya kudumu kwenye kioevu. Nini kinatokea kwake? Je, anazama? Wakati wa kufanya majaribio, jaribu kutikisa maji ya sumaku na usiiache karibu na sumaku kwa muda mrefu.

Nanoteknolojia katika dawa

Mojawapo ya kazi kuu ambazo ubinadamu umekuwa ukisuluhisha katika karibu historia yake yote ni kuboresha ubora wa maisha. Dawa ina jukumu muhimu hapa.

Katika kitabu chake “Engines of Creation,” C. E. Drexler alitabiri kwamba nanoteknolojia ingetokeza uvumbuzi wa kimsingi na mabadiliko makubwa katika dawa. Akibainisha kuwa madaktari wa karne ya ishirini. kwa kutegemea upasuaji na dawa za kulevya, Drexler anaandika: “Kutoka kwa majeraha ya kushonwa na viungo vya kukatwa, madaktari wa upasuaji walihamia kiwango cha juu - walijifunza kurejesha utendaji wa moyo na kuunganisha tena miguu na mikono. Kwa kutumia darubini na vyombo vidogo vya usahihi, huunganisha mishipa ya damu na neva. Lakini hata microsurgeon mwenye ujuzi zaidi hawezi kukata na kushona miundo ya tishu nzuri zaidi. Scalpels za kisasa na vifaa vya suture ni mbaya sana kufanya kazi kwenye capillaries, seli na molekuli ... Kutoka kwa mtazamo wa kiini, hata operesheni ya upasuaji ya maridadi, iliyofanywa kwa ujuzi na vyombo vyema zaidi, ni kazi ya mchinjaji. Uponyaji unawezekana tu kupitia uwezo wa seli kuondoa seli zilizokufa, kujipanga upya na kuzidisha. Tiba ya madawa ya kulevya, tofauti na upasuaji, inahusika na miundo bora zaidi katika seli. Molekuli za dawa ni mashine rahisi za Masi. Zinaathiri molekuli maalum katika seli... Hata hivyo, hatua ya molekuli za madawa ya kulevya haielekezwi... Ingawa molekuli za madawa ya kulevya huathiri tishu katika kiwango cha molekuli, ni za awali sana kuhisi, kupanga na kutenda zenyewe. Mashine za molekuli zinazodhibitiwa na nanocomputers zitafungua uwezekano mpya kwa madaktari. Ni mifumo inayochanganya sensorer, programu na zana za molekuli ambazo zinaweza kuchunguza na "kutengeneza" vipengele vya msingi vya seli maalum. Kwa ujio wao, upasuaji utahamia kwenye uwanja wa Masi. Ikiwa ndani ya miaka kumi hadi kumi na tano kutakuwa na kiwango kikubwa cha ubora katika ukuzaji wa viunganishi [vya molekuli], basi kufikia 2020 tunaweza kutarajia kuibuka kwa nyanja mpya kabisa - nanomedicine."

Siku hizi, nanomedicine inaeleweka kwa kiasi kama "matumizi ya macromolecules na nanoparticles kwa uchunguzi na matibabu ya magonjwa, pamoja na urejesho wa tishu zilizoharibiwa"**. Hata hivyo, inatarajiwa kwamba katika siku zijazo, nanomedicine inaweza kutoa ufuatiliaji wa kina, udhibiti, ujenzi, urejesho, ulinzi na uboreshaji wa mifumo yote ya kibiolojia ya binadamu katika ngazi ya molekuli kwa kutumia vifaa vya kiufundi vya nanoscale na nanostructures.

Katika karne ya 21 Nanomedicine itampa daktari njia za hivi karibuni za kiufundi. Watawezesha na kuharakisha utaratibu wa matibabu na kuongeza kwa kiasi kikubwa ufanisi wake, ufanisi na usahihi. Hata hivyo, mazoezi ya kliniki yatabaki classical katika asili. Kama hapo awali, itakuwa na hatua sita za jadi:

Utafiti;

Uchunguzi;

Utabiri;

Matibabu (matibabu);

Tathmini ya ufanisi wa matibabu;

Kuzuia.

Hadi sasa, nanomedicine imekuwa na athari kubwa katika uchunguzi na matibabu ya magonjwa fulani.

Katika miongo ya hivi karibuni, zana muhimu zaidi za uchunguzi zimekuwa resonance ya magnetic Na CT scan. Nanoteknolojia husaidia kuongeza kwa kasi kizingiti cha unyeti wa njia hizi, na kuleta kwa kiwango cha seli au hata subcellular na, kwa sababu hiyo, kugundua ugonjwa huo katika hatua yake ya awali. Kwa hivyo, kwa kuanzisha nanoparticles za chuma cha sumaku kwenye damu, ambayo, kwa sababu ya saizi yao, husogea kwa uhuru kupitia mifumo ya mzunguko na ya limfu, inawezekana kugundua maeneo yenye mtiririko wa damu usioharibika, kama vile metastases, kwa kutumia resonance ya sumaku.

Kiini cha njia hii ni kama ifuatavyo: nanoparticles za chuma huingizwa ndani ya mwili, mwili humenyuka kwa uwepo wao kama mwili wa kigeni, na macrophages (seli za mfumo wa kinga) hujaribu "kula". Katika kesi hii, kwa asili, macrophages huitwa chuma. Ifuatayo, macrophages huzunguka kupitia mfumo wa lymphatic, ingiza damu ndani ya mshipa wa jugular, na kutoka huko kwenye metastasis (Mchoro 7), ambapo hupatikana. Ubaya wa njia hiyo ni kwamba sio maalum, kwani macrophages, kama njia ya kulinda mwili, inaweza kujilimbikiza sio tu kwenye metastases na tumors, lakini pia katika mwelekeo wowote wa uchochezi.

Mchele. 7. Kugundua metastasis kutumia nanoparticles magnetic

Chembe nyingine, k.m. nukta za quantum, inaweza kujilimbikiza katika tumors mbaya. Inapowashwa, dots za quantum huanza kung'aa - zina fluoresce, shukrani ambayo zinaweza kugunduliwa hata katika viwango vya chini sana. Utumizi mkubwa wa dots za quantum unatatizwa na sumu yao, lakini katika miaka ya hivi karibuni wanasayansi wamejifunza kutumia mipako ya kinga bila kupoteza sifa zao za fluorescent.

Katika uwanja wa matibabu, ahadi kubwa zaidi ya nanomedicine iko katika utoaji wa madawa ya kulevya. Hii inatumika kimsingi kwa dawa za antitumor. Kwa aina fulani za saratani, teknolojia tayari zimeundwa kwa ajili ya kutoa dawa za jadi katika nanocapsules moja kwa moja kwenye seli za tumor. Kizazi kipya cha dawa zinazotengenezwa kwa sasa kitapenya moja kwa moja kwenye seli zilizoathiriwa na kuziharibu.

Watafiti kutoka Korea Kusini wamependekeza njia ya kugundua na kuharibu seli za saratani kwa kutumia nanoparticles za dhahabu zisizo na mashimo. Antibodies zimefungwa kwenye uso wa nanoparticles, ambayo huwawezesha kushikamana na seli za saratani. Pia zina gadolinium, ambayo hutumika kama kikali cha utofautishaji cha upigaji picha wa mwangwi wa sumaku na huruhusu seli zilizoathiriwa kuonekana. Wakati nanoparticles zinawashwa na laser ya infrared, zina joto, na joto huharibu seli za saratani zinazozunguka. Nanostructures kama hizo hazina hasara za mawakala wa kawaida wa oksidi ya chuma. Iron husababisha kuingiliwa na madhara hasi tofauti, na kusababisha makosa katika uchunguzi. Ubunifu wa nanoparticle ya dhahabu hutoa ishara wazi na utambuzi sahihi zaidi.

Njia mpya inaweza kuwa na ufanisi katika hatua ya awali ya ugonjwa huo kwa sababu, tofauti na chemotherapy, ambayo huathiri mwili mzima, inahusisha kutibu maeneo ya mtu binafsi.

Mbinu nyingine ya kuahidi inategemea utumiaji wa nanoparticles zilizoundwa mahususi za supramolecular***, ambazo msingi wake ni. dendrimers- molekuli nyingi zenye matawi zenye idadi kubwa ya vikundi vya kazi vinavyofanya kazi kwenye uso wa nje (Mchoro 8; tazama uk. 14).

Molekuli za folic acid zimeunganishwa kwa baadhi ya vikundi hivi. Seli za tumor hufunga asidi ya folic kwa nguvu zaidi kuliko seli zenye afya. Na pamoja na vikundi vingine vya kazi vya dendrimer, molekuli za dutu ya antitumor huunganishwa, na wakati seli iliyoathiriwa inachukua dendrimer na asidi ya folic, pia inachukua dawa ambayo ni mbaya yenyewe. Kwa kuongezea, dawa, kama kwenye kifusi, inaweza pia kuwekwa kwenye nafasi kati ya minyororo ya dendrimer (kinachojulikana kama nyanja ya ndani). Mara tu ndani ya tumor, molekuli ya dendrimer inabadilisha uundaji wa minyororo, na dawa hutolewa. Majaribio juu ya panya yameonyesha kuwa utumiaji wa dawa kama hizi za supramolecular ni bora zaidi kuliko chemotherapy ya jadi. Majaribio ya kliniki kwa wanadamu yataanza hivi karibuni, na utumiaji mkubwa wa dawa hiyo unatarajiwa sio mapema zaidi ya miaka 10 kutoka sasa.

Mafanikio ya nanomedicine bado ni ya kawaida. Hata hivyo, uwekezaji mkubwa katika eneo hili lenye kuahidi bila shaka utaongoza kwenye uhakika wa kwamba katika miongo michache itakuwa vigumu sana kuwazia dawa bila nanoteknolojia kama ilivyo sasa bila vipimo vya damu au mashine za X-ray.

Maendeleo ya Nanoteknolojia

Tumepitia matokeo ya sehemu ndogo tu ya utafiti katika uwanja wa nanoscience na nanoteknolojia. Baadhi ya mafanikio mengine yanayohusiana kwa karibu na nanokemia yatajadiliwa katika mihadhara inayofuata. Idadi ya kazi katika uwanja wa "nano" inaongezeka kwa kasi kila mwaka. Miradi mingi ina msingi halisi, kwa mfano, injini ya hidrojeni yenye ufanisi, mifumo ya kuchunguza tumors mbaya, na vifaa vya kuhifadhi vilivyo na wiani wa juu wa kurekodi. Nyingine, kama vile lifti ya angani au nanoroboti za matibabu, ni za kupendeza zaidi na kuna uwezekano mkubwa kubaki bila kutambuliwa. Hata hivyo, jamii bado inaweka matumaini makubwa katika teknolojia ya nano kuhusiana na kuundwa kwa vyanzo vipya vya nishati, kukidhi mahitaji ya maji safi na hewa, kuboresha afya na kuongeza muda wa kuishi, na maendeleo ya teknolojia ya habari.

Utegemezi wa mmenyuko wa jamii kwa kuibuka kwa teknolojia mpya kwa wakati daima ni sawa: ukuaji wa haraka wa matarajio yasiyo ya haki hubadilishwa na tamaa sawa ya haraka, ikifuatiwa na muda mrefu wa utulivu, kazi ya utaratibu na maendeleo ya mageuzi (Mchoro 9). . Kwa sasa tuko karibu na kilele cha matarajio yasiyo na maana, ingawa haijulikani ni upande gani - kushoto au kulia.

Matarajio ya maendeleo ya nanoteknolojia yatatambuliwa na mambo mengi, athari ya jumla ambayo haiwezekani kutabiri. Hata hivyo, baadhi ya taarifa zinazohusiana na mustakabali wa nanoteknolojia zinaonekana kutokuwa na utata.

1. Kiasi cha ujuzi katika nanoscience kinaongezeka mara kwa mara. Sehemu ndogo ya maarifa haya inaweza kubadilishwa kuwa teknolojia, iliyobaki inawakilisha mafanikio ya sayansi ya kimsingi.

2. Ukuaji wa uchumi na maendeleo ya kiteknolojia kimsingi huamuliwa na elimu kama mchakato wa kupata na kutumia maarifa katika nyanja mbalimbali.

3. Nanoteknolojia inategemea sayansi asilia: fizikia, kemia, biolojia na hisabati. Kwa hiyo, maendeleo ya nanoteknolojia yatahitaji jamii kusambaza na kuunga mkono njia ya asili ya kisayansi ya kufikiri. Hii itaathiri mfumo wa elimu na kusababisha kupunguzwa kwa jukumu la wanadamu, ambayo katika jamii ya kisasa inatawala juu ya sayansi ya asili.

Sisi, kama walimu wa kemia, tunataka kweli kutumaini ongezeko la jukumu la taaluma yetu ya kisayansi katika jamii kwa ujumla na hasa shuleni. Nanoteknolojia inaahidi kusaidia na hili.

Maswali

1. Eleza tofauti kati ya nanoscience na nanoteknolojia.

2. Je, mlolongo wa uvumbuzi unajumuisha hatua gani?

3. Ni nini kinachoweza kutumika kama chanzo cha nishati kwa nanomotors?

4. Toa mfano wa nanomotor ya asili.

5. Eleza muundo wa nanomotor ambayo inabadilisha nishati ya mwanga katika kazi ya mitambo.

6. Ni nini husababisha nanocar kuzunguka uso?

7. Chagua kutoka kwa vitu vilivyoorodheshwa hapa chini: a) vitu vya diamagnetic; b) vifaa vya paramagnetic; c) ferromagnets.

Oksijeni, chuma, sodiamu, monoksidi kaboni (IV), alumini, oksidi ya chuma (II, III).

8. Ferritin ni nini? Je, ina jukumu gani katika mwili?

9. Fafanua nanomedicine.

10. Nini, kwa maoni yako, inaweza kuwa faida ya nanomedicine juu ya dawa za jadi?

11. Je, unaamini katika siku zijazo za nanoteknolojia?

Fasihi

1. Taniguchi N. Juu ya Dhana ya Msingi ya NanoTeknolojia. Proc. ICPE Tokyo, 1974, v. 2, uk. 18–23.

2. Drexler K.E.. Uhandisi wa molekuli: Mbinu ya ukuzaji wa uwezo wa jumla wa upotoshaji wa molekuli. Proc. Natl. Acad. Sayansi. Marekani, 1981, v. 78, nambari 9, uk. 5275–5278.

3. Franks A. Nanoteknolojia. J. Phys. E: Sayansi. Instrum., 1987, v. 20, uk. 1442–1451.

13. Yong Taik Lim e. a. Miundo ya dhahabu ya paramagnetic kwa upigaji picha wa aina mbili na upigaji picha wa seli za saratani. Chem. Jumuiya., 2008, p. 4930.

**Ufafanuzi kutoka Taasisi za Kitaifa za Afya za Marekani (NIH).

*** Supramolecular ni chembe ya mchanganyiko (supermolecule) iliyokusanywa kutoka kwa molekuli moja kwa moja kutokana na mwingiliano dhaifu usio na ushirikiano.