Материал: Нанотехнологии для всех (Рыбалкина), 2005, c.444

ГЛАВА 1. Введение в нанотехнологии

емые аэрозоли, красящие пигменты, получение цветных стекол благодаря окрашиванию их коллоидными частицами металлов. Малые частицы и наноразмерные элементы используются для производства различных авиационных материалов. Например, в авиации применяются радиопоглощающие керамические ма териалы, в матрице которых беспорядочно распределены ульт радисперсные металлические частицы.

Суспензии металлических наночастиц (обычно железа или меди) размером от 30 нм используют как присадки к моторным маслам для восстановления изношенных деталей автомобиль ных и других двигателей непосредственно в процессе работы.

Ультрадисперсные материалы обычно не встречаются в природе в свободном состоянии, а представляют собой искус ственный продукт. В настоящее время существует большое ко личество способов измельчения веществ, например: механи ческое дробление (для получения различных порошков), реза ние (получение стружки), измельчение в шаровых, вибрацион ных и вихревых мельницах, измельчение ультразвуком и др.

Наночастицы производятся и при помощи нанотехноло гии, в частности, туннельно зондовыми методами, использую щими “умение” современных сканирующих микроскопов ма нипулировать отдельными атомами. И, конечно же, большие успехи в этом направлении будут достигнуты после создания ассемблеров сборщиков атомных структур.

Подробному обсуждению свойств и эффектов, присущих наночастицам, посвящена отдельная глава “Нанохимия и наноматериалы”.

Будущее нанотехнологий: проблемы и перспективы

Благодаря прорыву в области производства микроскопов современные ученые могут манипулировать атомами и распо лагать их так, как им заблагорассудится. Такого еще не было за всю историю развития человечества!

Идеальная техническая система – это система, масса, габа риты и энергоемкость которой стремятся к нулю, а ее способ ность выполнять работу при этом не уменьшается. Предельный случай идеализации техники заключается в уменьшении её раз меров (вплоть до полного “исчезновении”) при одновремен ном увеличении количества выполняемых ею функций. В иде

НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ

але – технического устройства не должно быть видно, а функ ции, нужные человеку и обществу, должны выполняться. Закон увеличения степени идеальности гласит: развитие всех систем идет в направлении увеличения степени идеальности.

На практике хорошей иллюстрацией этого закона может служить постоянное стремление производителей микроэлект роники и бытовой техники к миниатюризации, созданию уст ройств всё меньших размеров со все большими функциональ ными возможностями. Взять, например, те же сотовые телефо ны или ноутбуки: размер все уменьшается, в то время как функ циональность только растет.

Таким образом, нанотехнологии и наноустройства являются закономерным шагом на пути совершенствования технических систем. И возможно, не последним: за областью нановеличин лежат области пико (10 12), фемто (10 15), атто (10 18) и т.д. вели чин с еще неизвестными и непредсказуемыми свойствами…

В настоящее время на рынке продаются только скромные достижения нанотехнологии, вроде самоочищающихся покры тий, "умной одежды" и упаковок, позволяющие дольше сохра нять свежими продукты питания. . Однако ученые предсказы вают триумфальное шествие нанотехнологии в недалеком буду щем, опираясь на факт её постепенного проникновении во все отрасли производства.

Нанотехнология станет основой новой промышленной революции, которая приведет к созданию устройств в 100 раз более прочных, чем сталь и не уступающих по сложности че ловеческим клеткам.

Уже создаются и будут создаваться устройства, функцио нальные возможности которых определяются необычными свойствами новейших материалов. Благодаря обработке на атомарном уровне, привычные материалы будут обладать улуч шенными свойствами, постепенно становясь все легче, проч нее и меньше по объему. Согласно прогнозам большинства уче ных, это произойдет уже через 10 15 лет.

Как уже говорилось. возможности использования нанотех нологий неисчерпаемы начиная от микроскопических компь ютеров, убивающих раковые клетки, и заканчивая автомобиль ными двигателями, не загрязняющими окружающую среду, од нако большие перспективы чаще всего несут с собой и большие

44

ГЛАВА 1. Введение в нанотехнологии

опасности. Взять хотя бы достижения в области атомной энер гии и печальные последствия Чернобыльской аварии или траге дию Хиросимы и Нагасаки. Ученые всего мира сегодня должны четко представлять себе, что подобные “неудачные” опыты или халатность в будущем могут обернуться трагедией, ставящей под угрозу существование всего человечества и планеты в целом.

В связи с этим становится понятно, почему с самого появ ления нанотехнологии её развитию мешают страхи, часть кото рых однозначно относится к разряду научной фантастики, но некоторые, однако ж, вовсе не лишены основания. К сожале нию, обсуждение этих проблем выходит за рамки книги. Поэ тому, дабы не вводить читателя в заблуждение и позволить ему самостоятельно сделать выводы, в этой главе мы отдельно рас скажем о тех перспективах и возможностях, которых мы вправе ожидать от нанотехнологий, а затем кратко опишем возможные проблемы и опасности, связанные с их развитием.

Небывалые возможности

Медицина

Медицина изменится неузнаваемо. Во первых, наночастицы могут использоваться в медицине для точной доставки лекарств и управления скоростью химических реакций. Нанокапсулы с мет ками идентификаторами смогут доставлять лекарства непосред ственно к указанным клеткам и микроорганизмам, смогут конт ролировать и отображать состояние пациента, следить за обменом веществ и многое другое. Это позволит эффективнее бороться с онкологическими, вирусными и генетическими заболеваниями.

Представьте себе, что вы подхватили грипп (при этом вы даже еще не знаете, что его подхватили). Тут же среагирует сис тема искусственно усиленного иммунитета десятки тысяч на нороботов начнут распознавать (в соответствии со своей внут ренней базой данных) вирус гриппа и за считанные минуты ни одного вируса у Вас в крови не будет! Или у вас начался ранний атеросклероз искусственные клетки начинают чистить меха ническим и химическими путями Ваши сосуды .

Во вторых, возможно создание нанороботов врачей, спо собных “жить” внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения или предотвращая их возникнове

НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ

ние. Последовательно проверяя и, если надо, “исправляя” моле кулы, клетку за клеткой, орган за органом, наномашины вернут здоровье любому больному, а затем просто не допустят никаких заболеваний и патологий, в том числе генетических. Теоретичес ки это позволит человеку жить сотни, а может быть, тысячи лет.

В третьих, появится возможность быстрого анализа и мо дификации генетического кода, простое конструирование ами нокислот и белков, создание новых видов лекарств, протезов, имплантантов. В этой области рядом исследователей уже про водится проверка различных наноматериалов на совмести мость с живыми тканями и клетками.

По прогнозам журнала Scientific American, уже в ближайшем будущем появятся медицинские устройства размером с почто вую марку. Их достаточно будет наложить на рану. Это устрой ство самостоятельно проведет анализ крови, определит, какие медикаменты необходимо использовать, и впрыснет их в кровь.

Нужно отметить, что появление высоких технологий из за их высокой стоимости привнесли в здравоохранение ряд новых проблем, в том числе морально этического свойства, связан ных с наличием и доступностью медицинских услуг для широ ких слоев населения. Тем не менее, как бы сильно ни развива лась научно техническая основа медицины, главными факто рами исцеления больного всегда были и останутся профессио нальная подготовка, этические и человеческие качества врача.

Материаловедение

Качество многих привычных материалов может быть повы шено за счет использования наночастиц и атомарной обработ ки. Нанотехнологии позволят создавать более легкие, тонкие и прочные композитные (смешанные, сложносоставные) мате риалы. Появятся так называемые “умные” материалы, способ ные изменять свою структуру в зависимости от окружающей среды. Также появятся материалы сверхпрочные, сверхлегкие и негорючие (на основе алмазоида), которые могут использовать ся в аэрокосмической и автомобильной промышленности.

Электроника, компьютерные технологии, робототехника

С появлением новых средств наноманипулирования воз можно создание механических компьютеров, способных в кубе

46

ГЛАВА 1. Введение в нанотехнологии

Рис 23. Медицинские нанороботы в представлении художников