На чтение: ≈ 16 мин.Приставка «нано» на сегодня чрезвычайно модная тема. Однако технологии, позволяющие оперировать структурой веществ на наноуровне (нм = 10-9 м, миллиардная часть метра), существовали еще в далекой древности (дамасская сталь, окрашивание волос в черный цвет в Древнем Египте, римское цветное стекло, средневековые витражи, лекарственные препараты протаргол и колларгол). Тем не менее именно третье тысячелетие характеризуется глобальным прорывом от манипулирования веществом к манипулированию его отдельными молекулами и атомами. Начало ему положило совершенно случайное открытие: в лазерном разряде атомы углерода могут соединяться в трубки (нанотрубки) и шарики (фуллерены), устойчивые к воздействию агрессивных внешних факторов. С тех пор стал стремительно развиваться новый вид технологий, основанный на применении материалов с размерами от 1 до 100 нм, так как выяснилось, что в маленьких частицах вещества проявляются «квантовые эффекты», ведущие к появлению совершенно новых свойств.
Понятие «нанотехнологии» возникло полвека назад. Его появление связано с именем американского нобелевского лауреата Р.Фейнмана, сделавшего свой знаменитый научный доклад в 1959 году с многозначительным названием «Там, внизу, много места». Идея, высказанная им, заключалась в том, что возможно перемещать одиночные атомы вещества с помощью манипулятора соответствующего размера, и эта идея не противоречила законам физики. По мнению ученого, нужно лишь создать механизм, задача коего построить свою копию на порядок меньшего размера и так далее, до тех пор пока размер механизма не станет сопоставим с размером атома. Естественно, при приближении к наномиру нужно будет вносить изменения в устройство механизма, так как в макромире действуют законы гравитации, а в микромире – силы межмолекулярных взаимодействий, или Ван-дер-Ваальсовы силы. Таким образом, можно создать неограниченное количество механизмов атомной величины, или нанороботов, которые будут собирать макровещи. Задача, поставленная ученым перед человечеством, сводилась к созданию подобного рода механизмов, обеспечению их молекулами и энергией, и в перспективе – производство абсолютно любой продукции на порядок дешевле. Сам термин «нанотехнологии» впервые прозвучал в 1974 году (Н.Танигути).Спустя более чем десятилетие широчайшую известность приобрела работа Э.Дрекслера «Машины творения», приводящая математические расчеты структуры нанороботов (1986 год). Этот американский инженер известен миру как «отец нанотехнологий».В 2000 году президент США запустил в действие при поддержке Конгресса программу «Национальная нанотехнологическая инициатива» (National Nanotechnology Initiative, NNI). Проект, весьма значимый по перспективности и объему финансирования, имел следующие цели: – избавить от техногенных загрязнений окружающую среду благодаря внедрению «чистых» технологий;- начать ликвидацию негативных экологических последствий предшествующей деятельности человечества;- ликвидировать голод;- дать возможность слепым видеть, а глухим слышать;- искоренить болезни и обеспечить защиту от болезнетворных бактерий и вирусов;- увеличить продолжительность и качество жизни благодаря «ремонту», а в конечном счете и замене слабеющих органов.В будущем предполагалось повысить личную и общественную безопасность путем внедрения в городах систем химических, биологических, радиологических или ядерных сенсоров (включая индивидуальные) для мониторинга окружающей среды в режиме реального времени. Для комфортной жизни предлагалось внедрять дешевые автономные системы функционирования жилищ; «умные» текстильные материалы, способные реагировать на внешние воздействия; материалы, устойчивые к загрязнению. Планировалось, что имплантация электронных чипов в человеческий мозг позволит развивать интеллектуальные способности человека, разработка лекарств будет вестись в направлении усиления памяти человека и удалении ненужных воспоминаний. Сама природа человека будет улучшаться с помощью генетического скрининга, генной терапии, «генетических лекарств», наконец, генетического выбора потомства. Развитие военной робототехники, создание суперсолдата с улучшенными физическими возможностями и иными дополнениями изменит природу войны и в конечном итоге сделает ее бессмысленной и ненужной. Все это не научная фантастика и вполне может быть реализовано в ближайшем будущем (к амбициозному 2020 году в соответствии с программой). Следом за США аналогичные программы были приняты странами Европейского союза, Японией, Китаем и рядом других государств. На сегодня нанотехнологические программы работают в 60 странах мира. Выделяют шесть основных областей, в которых эти исследования получают финансовую поддержку государства: производство материалов, электроника и оптика, энергетика и защита окружающей среды, медицина и биотехнологии, производство инструментов и машиностроение, образование.Сейчас нанотехнологии стали раскрученным брендом, потому что они уже в ближайшей перспективе способны предложить вполне конкретные, прикладные и при этом революционные технологические решения. Достаточно отметить, что уже в 2004 году мировые инвестиции в нанотехнологии достигли рекордной цифры в 10 млрд долларов, ведущими в этом направлении странами стали США и Япония (27% и 24% мирового рынка нанотехнологий соответственно). За последние 20 лет в нанотехнологии мировое сообщество вложило около 110 млрд долларов, в мире работает 1600 нанотехнологических компаний, а объем рынка товаров и услуг с применением нанотехнологий к 2015 году должен достигнуть 1 трлн долларов. Это катализаторы в нефтехимии; нанопорошки для получения абразивов, автонейтрализаторов, материалов для магнитных записей, солнцезащитных материалов (одежда, кремы); наноструктурированные оксиды для очистки газовых выбросов, производства топливных батарей; наносенсоры; наноудобрения в сельском хозяйстве; упаковка и некоторые пищевые продукты (например, хлеб с капсулами ненавистного, но совершенно необходимого рыбьего жира, обезжиренные мороженое и майонез с нанокаплями воды), новейшие диагностические и лекарственные средства (лаборатории на чипах), антивозрастная косметика. Нашей стране есть чем похвастаться перед человечеством. Информационный вклад российских ученых в нанотехнологическую науку составляет приблизительно 1,5%. Россия традиционно сильна в теоретических разработках (с 1934 года в категории «ультрадисперсные материалы»), но помимо них мы лидеры в применении металлов на наноуровне в медицине (золото, серебро, висмут, цинк, различные комбинации полимеров, сорбентов). Препараты, созданные на основе наночастиц этих веществ, могут залечивать ожоги, переломы, огнестрельные ранения, кожные и гинекологические воспалительные процессы гораздо эффективнее традиционных лекарственных средств. Другое направление – создание биочипов, позволяющих выявлять возбудителей туберкулеза, ВИЧ, особо опасных инфекций, ядов, в этом мы превосходим американцев. Созданная в 2007 году госкорпорация «Роснано» инвестирует значительные средства в производство солнечных батарей, оптического волокна, нанокраски, светодиодных ламп, гибкой полимерной упаковки (продукция марки «Михеев»), вакцин против гриппа человека и птиц. Прогнозируется, что к 2015 году нанопродукции будет выпускаться на сумму 300 млрд рублей! Теоретические разработки возглавляет Курчатовский НИИ.В 2008 году, по мнению британских экспертов, нанотехнологии вошли в список 25 самых страшных угроз человечеству, поскольку использование нанотехнологий в промышленности и медицине может представлять опасность – ведь какое воздействие оказывают наноматериалы на окружающую среду и человека, не знает никто… Ряд ученых считают, что при попадании наночастиц внутрь ядер клеток развивается токсический эффект, в частности накапливаются повреждения ДНК и как следствие хромосомные отклонения.Сама идея развития нанотехнологий направлена на улучшение качества жизни. Собственно, технологии исключительно этим и занимаются всю историю человечества. Идея создания наноеды чрезвычайно проста – доставка необходимых биологических добавок и витаминов в форме, обеспечивающей их усвоение организмом (молоко с наночастицами кальция, например). В медицине с помощью нанотехнологий можно обеспечивать направленную доставку лекарств в поврежденную клетку или даже ее часть, можно использовать нанозонды для диагностики состояния единичной клетки в живом организме в режиме реального времени. Можно создавать инновационные потребительские продукты (концептуальная модель телефона Nokia Morph, меняющего форму и цвет по желанию потребителя и напичканного массой полезных наноштучек, запланирована к массовому производству в 2015 году); можно удешевлять и совершенствовать имеющиеся технологии (покрытия, краски, фильтры – создается нанопленка толщиной порядка молекул, а как известно, аномальные свойства вещества проявляют именно в сверхтонких слоях). Как насчет создания пищевой упаковки, меняющей свой цвет по истечении срока годности? Можно совершенствовать информационные технологии в направлении миниатюризации аппаратуры. Нынешняя электроника – это тоже в принципе нанотехнологии. Микропроцессоры с шагом между транзисторами порядка нанометров – это сегодня обыденность. Уже достигнут шаг в 9 нм, но это не предел. Впереди квантовые процессоры, планируется «растягивать» транзисторы на нанопроводах для создания гибких электронных схем. Можно использовать нанороботов с функцией самокопирования для исследования Вселенной в поисках подходящих для жизни людей условий или нужных человечеству элементов. Возможно будет радикально менять/контролировать климат планеты – сверхтонкие и сверхлегкие линзы (лабораторный проект), выведенные на околоземную орбиту, позволят влиять на количество солнечной энергии, попадающей на Землю.В идеале нанотехнологии, может быть, позволят человеку вообще собирать предметы прямо из базовых элементов – атомов кислорода, азота, водорода и других наиболее часто встречающихся; таким образом решатся проблемы с сырьем… Возможно создание машин, высокоэффективно аккумулирующих солнечную энергию и перерабатывающих ее в электрическую со сверхвысоким КПД (90% и выше). Можно будет реанимировать больные клетки человеческого организма изменением их молекулярной структуры и таким образом обрести бессмертие… Есть шанс решить проблему нехватки продовольствия на планете, кардинальным образом избавиться от загрязнения окружающей среды… инновационного пути развития человечества огромны! Павлов М.Ю. Нанотехнологии: сценарий инновационного развития страны на базе достижений фундаментальной науки // Философия хозяйства. – №5. – 2008. http://www.rusnano.com – официальный сайт государственной компании «Российская корпорация нанотехнологий». http://nano-goods.ru – интернет-магазин нанотехнологических товаров, включающих продукцию, произведенную при софинансировании «Роснано». http://www.nanometer.ru – информационный портал нанотехнологического сообщества. http://www.nano.gov – англоязычный ресурс американской программы «Национальная нанотехнологическая инициатива», содержит информацию о программе, новости отрасли, информацию о финансировании и т. д., и т. п. http://www.nature.com/nnano/index.html – англоязычный сайт журнала Nature Nanotechnology, содержит как научные публикации, так и популяризованные статьи. http://www.youtube.com/watch?v=IX-gTobCJHs – видеоролик с английскими субтитрами, представляющий концептуальный нанотелефон Nokia Morph.Светлана ХОРОНЕНКОВА, кандидат химических наук
Выбор читателей
Комментарии