- Регистрация
- 12 Июн 2019
- Сообщения
- 1.862
- Репутация
- 527
- Реакции
- 1.069
История нанотехнологий началась задолго до того, как придумали этот термин. При изготовлении посуды древнеримские стеклодувы применяли наночастицы драгоценных металлов. Этому свидетельствует найденный при археологических раскопках кубок, который в зависимости от освещения выглядит по-разному: если свет падает на чашу кубка спереди, то она нефритово-зеленая, если сзади — кроваво-красная. Исследователи пришли к выводу, что во время изготовления стекла были добавлены мельчайшие частицы золота и серебра — именно они дают такой необычный и красивый эффект.
Однако, если сейчас спросить людей, что изучает дисциплина «нанотехнология», в ответ мы, скорее всего, услышим, что это чуть ли не алхимия: очень сложная наука, какие-то малоразмерные структуры, химические разноцветные превращения и так далее. Для кого-то это синоним слову «инновация», научная дисциплина, стоящая на передовой. Но это только отчасти так.
Начало
Если говорить буквально, нанотехнология — это область науки и техники, включающая в себя создание и использование материалов, устройств и технических систем, функционирование которых определяется наноструктурой, то есть упорядоченными фрагментами размером от единицы до ста нанометров. В таких масштабах вещества могут приобретать свойства, отличные от своих характеристик на других уровнях. Например, наночастицы золота в растворе будут бликовать разными цветами радуги, а не блестящим ярко-желтым оттенком, как мы привыкли.
Впервые предположение о возможности управления частицами на таких малых масштабах высказал американский физик Ричард Фейнман. Его лекция в 1959 году «Внизу много места: приглашение войти в новую область физики» собрала необычайно восторженную реакцию публики. Однако сам термин «нанотехнология» был предложен сравнительно недавно, в 1974 году. И сделал это профессор Токийского университета Норио Танигучи. Приставка «нано» пришла к нам от греческого слова «нанос», что дословно переводится как гном, карлик и означает миллиардную долю. Чтобы лучше понять, речь идёт о масштабах в десятки или сотни тысяч раз меньше человеческого волоса, а один нанометр, соответственно, — одна миллиардная метра.
Важнейшая составная часть нанотехнологий — наноматериалы, вещества, свойства которых определяются фрагментами размером от единицы до ста нанометров. Такими фрагментами могут выступать наночастицы. Эти маленькие шарики в миллионы раз меньше тех, что установлены в подшипниках. При этом есть два разных технологических подхода к созданию наноструктур. Первый — это «снизу вверх», когда мы собираем объект из молекул и атомов, как из кирпичиков, манипулируя мельчайшими атомарными иголками. И «сверху вниз» – обратный метод, похожий на работу скульптора, который отсекает лишнее от большого куска материала.
Развитие
В начале двухтысячных мир пережил нанотехнологический бум. Ведущие экономики мира увеличили бюджеты для развития этого направления. Например, однажды нанотехнологии стали самым финансируемым научным проектом в истории США после космической программы шестидесятых годов XX века.
Современные наноматериалы позволяют создавать сложные электронные устройства нового поколения, которые могут применяться в производстве мощных компьютеров, медицинской диагностике, высокоскоростной передаче данных и т.д. Возможно, мы не всегда осознаём присутствие нанотехнологий в нашей жизни, но с каждым годом они всё больше интегрируются в неё. Так, например, наночастицы присутствуют и в солнцезащитных кремах с известным нам SPF-фактором, защищая нас от солнечной радиации; и в автомобильном кузовном покрытии, защищая его от повреждений.
Пример: из паутины пауков-птицеедов и тарантулов с использованием магнитных наночастиц создают магнитное паутинное волокно, которое предлагается использовать для лечения серьёзных ожогов. Паукам делают специальную инъекцию наночастиц (не переживайте — это безболезненно для насекомых), что позволяет им плести магнитную паутину. После в специальном растворе добавляют в эту магнитную паутину так называемые факторы роста, антибиотики и другие лекарства. Получается пластырь для лечения серьёзных ожогов.
Как уже было упомянуто в примере с пауками, наночастицы преимущественно интересны ввиду своих магнитных свойств, которые можно использовать не только в лечении ожогов, но и в борьбе с раком. Сейчас зачастую опухоль просто удаляют из организма, однако понятно, что такое решение далеко не идеально. Поэтому особенно важно развивать адресную доставку лекарств — направленный транспорт лекарственного вещества в заданную область организма, органа или клетки. В этом незаменимыми могут стать наночастицы. Происходит это примерно так: мы используем микроскопическую ампулу-наноконтейнер с лекарством, управляя её движением до опухоли с помощью магнитного поля, высвобождая содержимое контейнера в месте опухоли.
Ещё меньше: ангстрем
Несмотря на то, что нано – это всего лишь одна миллиардная часть, есть размеры намного меньше. Например, ангстрем — единица измерения длины, равная 10-10 метра, или 0,1 нанометра. Существуют исследования, которые позволяют судить о том, что в перспективе будет развиваться не только сама нанотехнология, а ее уменьшенный вариант, который поможет нам управлять атомами. Например, компания IBM с помощью атомарной иглы достаточно давно выложила ксеноном на подложке никеля собственный логотип. Каждая точка в этом изображении — отдельный атом. Можно сказать, что в будущем из атомов мы сможем буквально выстраивать нужные нам структуры. Пока это лишь фантастика, однако сами нанотехнологии совсем недавно тоже казались нереальными. Поэтому в ближайшем будущем нанотехнологии станут обыденностью, и фокус науки плавно перейдет в русло ангстремных и субангстремных масштабов, то есть в область манипуляции атомами.
Зачем это нужно? Приведу простой пример: сам нанометр — это половина нашей дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), которая в свою очередь — составная часть и основа нашего генома. Чтобы управлять такой структурой как ДНК, к примеру, лечить болезни на уровне зародыша или создавать новые виды овощей и фруктов, необходимо использовать масштабы на уровне атомов. С помощью таких технологий мы могли бы превратить засушливые регионы в плодородные земли, изменяя ДНК культур на этапе семечки. Конечно, на начальных этапах такие технологии всегда стоят очень дорого, но, как показывает история, впоследствии они становятся доступными и служат на благо всего общества. Источник.
