Nanotehnologia în viața de zi cu zi. Nanotehnologia vine la noi acasă

Medicina reprezintă cel mai interesant domeniu pentru aplicarea nanotehnologiei. Multe metode de tratare a cancerului care sunt în curs de dezvoltare se bazează pe combaterea tumorii la nivel celular. Cercetătorii arată rezultate foarte promițătoare folosind nanoparticule de aur în tratamentul diferitelor tipuri de cancer. Particulele sunt trimise direct către celulele canceroase și încălzite folosind un fascicul infraroșu.

Livrarea de nanoparticule reprezintă cea mai mare provocare asociată cu aplicarea lor în medicină. Este necesar să se livreze nanoparticule celulelor afectate fără a le deteriora pe cele sănătoase. Odată ce sistemul de livrare este identificat (nu este ușor în sine), particulele ar trebui să ajute la crearea unei game de noi tratamente non-invazive care vizează tumorile fără traume chirurgicale.

O soluție pentru livrarea de nanoparticule ar putea fi stele mici de aur, care sunt dezvoltate la Universitatea Northwestern. Particulele în formă de stea sunt acoperite cu un medicament numit aptamer ADN (o moleculă de ADN care se poate atașa la țintele moleculare dorite). Nanostarurile vizează proteinele din celulele canceroase. Proteinele livrează în mod consecvent stelele la miez și, odată ce se atașează de țintă, o explozie laser eliberează medicamentul din nanostea și începe tratamentul nucleului. Celula nu are nicio șansă.

Oricare ar fi mecanismul de livrare, nanotehnologia le-ar putea permite medicilor să oprească cancerul la creier fără a interfera fizic cu craniul unui pacient sau să vindece cancerul pulmonar fără a fi nevoie să deschidă pieptul cuiva.

S-ar putea să le atingi chiar acum

Indiferent de ce tip de computer sau dispozitiv folosiți pentru a citi acest articol, cel mai probabil aveți de-a face cu nanotehnologie. Procesoarele și componentele de memorie sunt realizate folosind nanomateriale, care sunt din abundență pe piață, și puteți găsi acoperiri antimicrobiene pe tastaturi și șoareci.

În viitorul apropiat, s-ar putea să vedem cristale fotonice care ne facilitează citirea ecranelor tabletelor în timpul zilei, schimbând culoarea luminii solare reflectate, mai degrabă decât bazându-ne pe lumina emisă de dispozitiv. Diodele organice emițătoare de lumină (OLED) sunt deja în linie pentru a înlocui afișajele cu cristale lichide (LCD) ca standard universal pentru ecranele smartphone-urilor. În plus, un strat subțire de nanoparticule ar fi o soluție simplă pentru a proteja un smartphone de moarte de la căderea accidentală în apă.

Foarte curând, electronicele vor dura de trei ori mai mult cu o singură încărcare, pur și simplu pentru că firele de păr minuscule sub formă de nanocristale asemănătoare firului vor fi încorporate în baterii. Nu cu mult timp în urmă am scris că bateriile cu grafen vor rezolva complet problema încărcării smartphone-urilor, dar grafenul este o consecință directă a cercetării în nanotehnologie.

S-ar putea să le porți deja

De la începutul anilor 2000, industria modei a devenit interesată de nanotehnologie. Și în ciuda faptului că publicul nu a fost deosebit de interesat de posibilitatea încărcării smartphone-urilor direct de pe tricouri, se dezvoltă și această direcție. Ideea generatoarelor piezoelectrice nu este lipsită de sens. Imaginați-vă un cort care ar putea genera electricitate din cea mai mică adiere pentru a vă încărca lanterna. Ce zici de o barcă care scotea electricitate din fiecare bucată a pânzei sale? Nanotehnologia cusută în țesătură are sens.

Cu toate acestea, nu toate ideile de utilizare a nanotehnologiei au fost bine primite. Multe întrebări și indignare au generat propuneri de utilizare a nanoparticulelor pentru a distruge bacteriile care provoacă mirosuri neplăcute în haine. Designerii de îmbrăcăminte sport s-au grăbit să introducă această metodă când au descoperit brusc că particulele de nanoargint ucid nu numai bacteriile dăunătoare, ci și benefice (și, prin urmare, nu pot fi folosite în purificarea apei, de exemplu) și provoacă, de asemenea, malformații congenitale la pești și alte organisme.

La sfârșitul anului 2011, Agenția pentru Protecția Mediului din SUA (EPA) a aprobat utilizarea produselor din nanoargint numai dacă siguranța lor era clară, o decizie care a urmat proteste publice. Și dacă nu vă deranjează faptul că nanoargintul este folosit ca pesticid, EPA vă cere să vă gândiți de două ori să porți îmbrăcăminte cu aceste elemente. Totuși, spălarea hainelor o dată la două zile nu este atât de dificilă.

Multe dintre acestea există deja în natură.

Vreţi pantaloni care nu absorb apa? Sau ce zici de un plasture care îți permite să te cățări pe un perete de sticlă? Nu este greu să cumperi astfel de pantaloni într-un magazin, dar pentru a dezvălui Omul Păianjen din tine, va trebui să muncești din greu. Și aceste două exemple de nanotehnologie există deja în natură.

Numiți-i un costum de siguranță pentru călăreți. De mulți ani, industria textilă a încercat să dezvolte țesături impermeabile. Dar acest lucru s-a întâmplat doar când au început să folosească cristale de mustăți. Dacă ați văzut vreodată picături de ploaie curgând pe o floare de lotus - sau alte exemple de sub nasul dvs. - aceasta este opera unor cristale naturale asemănătoare firului. Frunza este acoperită cu nanoperi care susțin picăturile de apă, împiedicându-le să absoarbă sau să umezească suprafața frunzei. Adăugând nanotuburi la fibrele de îmbrăcăminte, producătorii pot crea bumbac, lână sau țesături sintetice care nu absorb apă.

În ceea ce privește cățăratul pe sticlă, acest produs a luat ființă datorită evoluțiilor Roberta Fulla(Robert Full) din Berkeley. Studiind degetele de la picioare gecko, cercetătorii au descoperit că fiecare deget de la picior al creaturii este acoperit cu nanopăr, care sunt atât de mici și de numeroase încât folosesc forțele van der Waals (coeziune intermoleculară) pentru a rămâne pe o suprafață netedă. Biologul Full, împreună cu alți ingineri, a reprodus mecanismul degetelor de la picioare ale geckoului sub formă de labe, care i-au permis alpinistului să urce pe clădiri.

Lecția importantă aici este că abia am început să studiem nanotehnologiile, care au fost folosite de mult timp în natura vie. Acum trebuie să învățăm cum să facem produse care completează lumea vie, mai degrabă decât să o deteriorăm.

Acestea pot fi în alimente și alte produse.

Mâncare- Acesta este un domeniu pe care mulți oameni îl lasă inaccesibil în mod deliberat nanotehnologiei. Mulți oameni plătesc în mod special pentru carnea pe care o mănâncă pentru a pășuna în pajiștile alpine și respiră doar aer curat. Prin urmare, nu este surprinzător că sunt înfuriați de ideea că vor mânca alimente create cu participarea unor microparticule artificiale. Dar înainte de a vă entuziasma, să ne uităm la aplicațiile practice ale nanotehnologiei în industria alimentară.

Ambalare și depozitare. Ambalajul cu nanotehnologie vă va permite să păstrați alimente mai mult timp, creând pereți sigilați ermetic sau chiar uciderea bacteriilor dăunătoare care vă invadează masa de prânz. Privește în jur. Piața este plină de frigidere care folosesc un strat de nanoparticule de argint care ucide bacteriile, iar recipientele reutilizabile nu sunt mai presus de folosirea acestei tehnici.

Culoare, miros și gust. Imaginați-vă că gustul, mirosul și culoarea alimentelor ar putea fi schimbate la nivel molecular. Acest lucru vă va permite să creați alimente incredibil de sănătoase într-un pachet plăcut (imaginați-vă că mâncarea McDonald's este mai sănătoasă decât fulgii de ovăz). Cu toate acestea, scepticii nici nu vor să audă despre faptul că alimentele vor fi modificate artificial. Dar degeaba.

Îmbunătățirea medicamentelor. Să luăm de exemplu diabeticii. Într-o zi, nanotuburile vor fi injectate o singură dată, iar nanoparticulele vor monitoriza în mod independent nivelul zahărului din sânge, eliberând o porțiune de insulină atunci când este necesar. Medicina nu a atins încă astfel de cote, dar într-o zi, imaginați-vă, doar o singură injecție va stabiliza starea pacienților cronici, de la persoanele infectate cu HIV la persoanele cu migrene.

În cele din urmă, amintiți-vă de aceste minunate ale smartphone-ului dvs. Ți-ar plăcea să nu le îmbrățișezi, ci să scapi de ele? La urma urmei, cu aceleași degete iei prăjitura și o bagi în gură. Alături de făpturile vii. Brr.

În ultimul timp, auzim tot mai mult de nanotehnologie, imaginându-ne ceva din domeniul chimiei, fizicii sau ingineriei genetice – mecanisme, dispozitive, substanțe care ne permit să rezolvăm probleme complexe și importante, dar departe de viața de zi cu zi. Dar nu este așa, nanotehnologia este utilizată pe scară largă în viața de zi cu zi, iar numărul de produse noi crește în fiecare zi. nanotehnologie, puse în slujba confortului nostru, îndeplinesc numeroase sarcini utile: de la izolarea pereților, ferestrelor etc., până la curățarea antibacteriană.

Din istorie: Nanotehnologia a fost discutată pentru prima dată la mijlocul secolului al XX-lea, când fizicianul american Richard Feynman a sugerat că este posibil să se „controleze” nu moleculele, ci atomii individuali, dând astfel substanțelor proprietăți specificate. Astăzi, nanotehnologia se referă la metode de lucru cu particule de dimensiuni inimaginabil de mici, măsurate în nanometri. Un nanometru este o miliardime dintr-un metru.

Care sunt beneficiile utilizării nanotehnologiei în viața de zi cu zi? Mulți dintre noi îl folosim, dar acum imaginați-vă un purificator de apă de uz casnic cu o membrană ai cărei pori au o dimensiune mai mică de 1 nanometru. Aceasta înseamnă că membrana va prinde cele mai mici particule chimice care poluează apa. Înainte de apariția purificatoarelor de apă bazate pe nanotehnologie, o astfel de apă de înaltă calitate putea fi doar visată.

Un alt exemplu. Ne-am săturat cu toții de praful care se depune pe mobilă la cinci minute după curățare? În acest caz, veți aprecia noul produs - nanoacoperire pentru mobilier de casă. Pe suprafața mobilierului se aplică o substanță care conține nanoparticule. În două ore, aceste particule interacționează cu moleculele de aer și, ca rezultat, creează o peliculă subțire, invizibilă, pe suprafețele tratate. Datorită stratului de protecție, suprafața mobilierului capătă proprietăți antistatice și puteți uita de curățarea umedă la fiecare trei ore.

O serie de produse bazate pe tehnologia Silver Nano ajută la menținerea curățeniei în apartament și la crearea unui microclimat sănătos. Tehnologia Silver Nano este cel mai modern sistem de dezinfecție bazat pe eliberarea de argint activ sub formă de particule de dimensiuni nanometrice. Tehnologia Silver Nano distruge 99,9% dintre bacterii, protejând în mod fiabil sănătatea întregii familii. Tehnologia face posibilă crearea de șervețele și bureți de curățare cu un efect antibacterian pronunțat.

Fibrele șervețelelor sunt saturate cu nanoparticule de argint - iar șervețelul luptă cu succes împotriva bacteriilor în timpul curățării. În plus, conținutul de microparticule de argint asigură că șervețelul în sine rămâne curat.

Un exemplu de funcționare eficientă a tehnologiei Silver Nano este șervețelele antibacteriene TM Vortex, care luptă împotriva unei game largi de microorganisme dăunătoare. O caracteristică distinctivă a produselor VORTEX TM sunt tehnologiile inovatoare.

Un efect și mai pronunțat este obținut prin combinația dintre nanotehnologie și microfibră. Microfibră- un material format din fibre, a cărui grosime se măsoară în sutimi de milimetru. Firele de fibre, împletite între ele, formează pori minusculi care funcționează ca micro-aspiratoarele: sunt capabile să absoarbă o cantitate de umiditate care este de zeci de ori mai mare decât greutatea proprie. O cârpă din microfibră îndepărtează cu ușurință murdăria chiar și fără detergenți și nu lasă urme de umezeală sau scame pe suprafață.

O cârpă din microfibră antibacteriană TM Vortex, realizată folosind tehnologia Silver Nano, combină proprietățile uimitoare ale microfibrei și capacitatea microparticulelor de argint de a lupta împotriva bacteriilor.

Polimer antibacterian– o altă inovație care este direct legată de viața noastră de zi cu zi. Bureții de curățare antibacterieni TM Vortex, care folosesc această tehnologie, nu numai că curăță cu atenție suprafețele delicate, ci și îndepărtează până la 90% din bacterii.

Este interesant că unele tehnologii utile care ne ajută în viața de zi cu zi au fost împrumutate de om din natură. De exemplu, șervețele și bureții pentru curățare din celuloză. Celuloza este fibra, principalul material de constructie din lumea plantelor. Starea sa naturală este uscată și dură. Șervețelele din celuloză TM Vortex se usucă după curățare, iar creșterea bacteriilor din ele se oprește. Asta înseamnă că data viitoare vei curăța cu o cârpă foarte curată.

Exemplu de aplicare a tehnologiei Silver Nano de la companie Samsungîn aparatele de uz casnic.

Tehnologia Silver Nano de la Samsung Electronics este relevantă nu numai pentru mașinile de spălat, ci și pentru frigidere. Această tehnologie menține igienizarea în unitatea frigorifică prin utilizarea celei mai noi nanotehnologii. Tehnologia Silver Nano asigură acoperirea aparatelor electrocasnice Samsung cu un strat subțire de argint, care în frigidere prelungește durata de valabilitate a produselor, iar în mașinile de spălat rufe distruge bacteriile atunci când sunt spălate chiar și în apă rece.

Toate gospodinele știu că nu toate hainele pot fi spălate în apă fierbinte. Produsele din țesături subțiri cu cerințe ridicate de sterilitate necesită spălare atentă în apă la o temperatură scăzută. Noua tehnologie face posibilă spălarea unor astfel de articole cu un efect antibacterian suplimentar pe termen lung, fără a le afecta cu apă fierbinte.

Aparatele de aer condiționat Samsung folosesc tehnologia Silver Nano pe schimbătorul de căldură și filtrul electrostatic. Acest lucru oferă un efect antialergic suplimentar și asigură circulația aerului proaspăt și purificat în cameră.

De asemenea, această nouă protecție împotriva bacteriilor dăunătoare se extinde la și

Deci, în viitorul apropiat, sortimentul se va schimba, magazinele online „Nano-produse” se vor deschide. La urma urmei, acum există o dezvoltare rapidă a nanotehnologiei în

Un exemplu de dezvoltare a nanotehnologiilor pentru scopurile de zi cu zi ale rezidenților este satul "Morozov", situat lângă Moscova la 10 km de Zelenograd.

O pădure deasă și un frumos lac de pădure sunt furnizori de curat și... Ca și străzile satului în sine, drumuri curate și îngrijite, case frumoase în același stil. Dar în spatele simplității aparente se află mulți ani de dezvoltare de către oamenii de știință ruși: nano-întărire, nano-asfalt, nano-lămpi și multe altele. Fiecare centimetru de viață este literalmente plin de ele: pereții sunt acoperiți cu armături nemetalice de bazalt din materiale compozite. Forța sa va dura mai mult de o sută de ani. Pentru drumurile din Morozov, se folosește o nanocomponentă specială, care reduce cantitatea de umiditate absorbită, ceea ce face acest strat de asfalt de până la patru ori mai rezistent și mai durabil decât de obicei. Nanolights strălucește de-a lungul drumurilor seara - cea mai recentă dezvoltare a oamenilor de știință. Apa este purificată printr-un filtru cu nanosistem. Aceasta este doar o mică listă de nanotehnologii care au fost folosite în construcția unui sat de lângă Zelenograd.

Deci programul de dezvoltare a nanoindustriei în Rusia funcționează. Cheltuielile globale pentru proiecte de nanotehnologie depășesc acum 9 miliarde de dolari pe an. Statele Unite reprezintă aproximativ o treime din toate investițiile globale în nanotehnologie. Alți investitori majori pe piața nanotehnologiei sunt Uniunea Europeană și Japonia. Proiecțiile arată că până în 2015, numărul total de angajați din diverse sectoare ale industriei nanotehnologiei ar putea ajunge la 2 milioane de oameni, iar valoarea totală a bunurilor produse folosind nanomateriale s-ar putea apropia de 1 trilion de dolari. Deci viitorul aparține bunurilor fabricate din nanomateriale.

Ministerul Educației și Științei al Federației Ruse

Instituție de învățământ municipală

scoala generala – internat nr.1 gimnaziu (complet)

educație generală în Tomsk

ABSTRACT

pe subiect: Nanotehnologia în lumea modernă

Finalizat: Elev clasa 8A

Sahnenko Maria

supraveghetor: Pakhorukova D.P.

profesor de fizică

Tomsk 2010

INTRODUCERE

În prezent, puțini oameni știu ce este nanotehnologia, deși viitorul se află în spatele acestei științe. Scopul principal al muncii mele este să mă familiarizez cu nanotehnologia. De asemenea, vreau să aflu aplicația acestei științe în diverse industrii și să aflu dacă nanotehnologia poate fi periculoasă pentru oameni.

Domeniul științei și tehnologiei numit nanotehnologie a apărut relativ recent. Perspectivele pentru această știință sunt enorme. Particula „nano” în sine înseamnă o miliardime dintr-o cantitate. De exemplu, un nanometru este o miliardime dintr-un metru. Aceste dimensiuni sunt similare cu dimensiunile moleculelor și atomilor. Definiția exactă a nanotehnologiei este următoarea: nanotehnologia este o tehnologie care manipulează materia la nivelul atomilor și moleculelor (de aceea nanotehnologia este numită și tehnologie moleculară). Impulsul dezvoltării nanotehnologiei a fost o prelegere a lui Richard Feynman, în care acesta demonstrează științific că din punctul de vedere al fizicii nu există obstacole în a crea lucruri direct din atomi. Pentru a desemna un mijloc de manipulare eficientă a atomilor, a fost introdus conceptul de asamblare - o nanomașină moleculară care poate construi orice structură moleculară. Un exemplu de asamblator natural este ribozomul, care sintetizează proteine ​​în organismele vii. Evident, nanotehnologia nu este doar un corp separat de cunoștințe, este un domeniu de cercetare la scară largă, cuprinzător, legat de științele de bază. Putem spune că aproape orice materie studiată în școală va fi legată într-un fel sau altul de tehnologiile viitorului. Cea mai evidentă pare să fie legătura dintre „nano” și fizică, chimie și biologie. Aparent, aceste științe sunt cele care vor primi cel mai mare impuls pentru dezvoltare în legătură cu revoluția nanotehnologică care se apropie.

1. NANOTEHNOLOGIA ÎN LUMEA MODERNĂ

1.1.Istoria apariției nanotehnologiei

Bunicul nanotehnologiei poate fi considerat filozoful grec Democrit. El a folosit mai întâi cuvântul „atom” pentru a descrie cea mai mică particulă de materie. Timp de peste douăzeci de secole, oamenii au încercat să pătrundă secretul structurii acestei particule. Soluția la această problemă, imposibilă pentru multe generații de fizicieni, a devenit posibilă în prima jumătate a secolului XX, după crearea unui microscop electronic de către fizicienii germani Max Knoll și Ernst Ruska, care a făcut posibilă pentru prima dată studiul nanoobiectelor. .

Multe surse, în primul rând cele de limbă engleză, asociază prima mențiune a metodelor care mai târziu aveau să fie numite nanotehnologie cu celebrul discurs al lui Richard Feynman „There’s Plenty of Roo at the Bottom”, rostit de acesta în 1959 la Institutul de Tehnologie din California, la reuniunea anuală. al Societății Americane de Fizică. Richard Feynman a sugerat că este posibil să se mute mecanic atomi unici folosind un manipulator de dimensiunea potrivită, cel puțin un astfel de proces nu ar contrazice legile fizicii cunoscute astăzi.

El a sugerat să faci acest manipulator în felul următor. Este necesar să construim un mecanism care să creeze o copie a lui însuși, doar cu un ordin de mărime mai mic. Mecanismul mai mic creat trebuie să creeze din nou o copie a lui însuși, din nou cu un ordin de mărime mai mic și așa mai departe până când dimensiunile mecanismului sunt proporționale cu dimensiunile de ordinul unui atom. În acest caz, va fi necesar să se facă modificări în structura acestui mecanism, deoarece forțele gravitaționale care acționează în macrocosmos vor avea o influență din ce în ce mai mică, iar forțele interacțiunilor intermoleculare vor influența din ce în ce mai mult funcționarea mecanismului. Ultima etapă - mecanismul rezultat își va asambla copia din atomi individuali. În principiu, numărul de astfel de copii este nelimitat, va fi posibil să se creeze un număr arbitrar de astfel de mașini într-un timp scurt. Aceste mașini vor putea asambla macro-lucruri în același mod, prin asamblare atomică. Acest lucru va face lucrurile mult mai ieftine - astfel de roboți (nanoroboți) vor trebui să primească doar numărul necesar de molecule și energie și să scrie un program pentru a asambla elementele necesare. Până acum, nimeni nu a reușit să infirme această posibilitate, dar nimeni nu a reușit încă să creeze astfel de mecanisme. Dezavantajul fundamental al unui astfel de robot este imposibilitatea de a crea un mecanism dintr-un atom.

Așa și-a descris R. Feynman presupusul său manipulator:

ma gandesc la crearea unui sistem controlat electric , în care „roboți de serviciu” fabricați în mod convențional sunt utilizați sub formă de copii ale „mâinilor” operatorului reduse de patru ori. Astfel de micromecanisme vor putea efectua cu ușurință operațiuni la scară redusă. Vorbesc despre roboți minusculi echipați cu servomotoare și „brațe” mici care pot strânge șuruburi și piulițe la fel de mici, pot găuri găuri foarte mici etc. Pe scurt, vor putea face toată munca la scară 1:4. Pentru a face acest lucru, desigur, mecanismele, instrumentele și brațele de manipulare necesare trebuie mai întâi făcute la un sfert din dimensiunea obișnuită (de fapt, este clar că aceasta înseamnă reducerea tuturor suprafețelor de contact cu un factor de 16). În etapa finală, aceste dispozitive vor fi echipate cu servomotoare (cu putere redusă de 16 ori) și conectate la un sistem de control electric convențional. După aceasta, vei putea folosi brațe manipulatoare care sunt de 16 ori mai mici! Domeniul de aplicare al unor astfel de microroboți, precum și al micromașinilor, poate fi destul de larg - de la operații chirurgicale până la transportul și prelucrarea materialelor radioactive. Sper că principiul programului propus, precum și problemele neașteptate și oportunitățile interesante asociate cu acesta, sunt clare. Mai mult decât atât, se poate gândi la posibilitatea unei reduceri semnificative în continuare a scării, care, în mod natural, va necesita modificări și modificări suplimentare de proiectare (apropo, la o anumită etapă, poate fi necesar să se abandoneze „mâinile” formei obișnuite ), dar va permite producerea de dispozitive noi, mult mai avansate, de tipul descris. Nimic nu te împiedică să continui acest proces și să creezi atâtea mașini minuscule cât vrei, deoarece nu există restricții legate de amplasarea mașinilor sau de consumul lor de material. Volumul lor va fi întotdeauna mult mai mic decât volumul prototipului. Este ușor de calculat că volumul total de 1 milion de mașini redus de 4000 de ori (și, prin urmare, masa materialelor utilizate pentru fabricație) va fi mai mică de 2% din volumul și greutatea unei mașini convenționale de dimensiuni normale. Este clar că acest lucru elimină imediat problema costului materialelor. În principiu, ar fi posibil să se organizeze milioane de fabrici identice în miniatură, în care mașinile minuscule ar fora continuu găuri, ștampila piese etc. Pe măsură ce ne micșorăm, vom întâlni constant fenomene fizice foarte neobișnuite. Tot ceea ce întâlnești în viață depinde de factori la scară largă. În plus, există și problema „lipirii împreună” a materialelor sub influența forțelor de interacțiune intermoleculară (așa-numitele forțe van der Waals), care pot duce la efecte neobișnuite la scară macroscopică. De exemplu, o piuliță nu se va separa de un șurub odată deșurubată și, în unele cazuri, se va „lipi” strâns de suprafață etc. Există mai multe probleme fizice de acest tip care ar trebui să fie reținute atunci când proiectați și construiți mecanisme microscopice.

1.2. Ce este nanotehnologia

Apărând destul de recent, nanotehnologia intră din ce în ce mai mult în domeniul cercetării științifice și, din aceasta, în viața noastră de zi cu zi. Dezvoltarea oamenilor de știință se ocupă din ce în ce mai mult de obiecte din microlume, atomi, molecule și lanțuri moleculare. Nanoobiectele create artificial surprind constant cercetătorii cu proprietățile lor și promit cele mai neașteptate perspective pentru aplicarea lor.

Unitatea de măsură de bază în cercetarea în nanotehnologie este nanometrul - o miliardime de metru. Moleculele și virușii, iar acum și elemente ale cipurilor de computer de nouă generație, sunt măsurate în astfel de unități. La scara nanometrică au loc toate procesele fizice de bază care determină macrointeracțiunile.

Natura însăși îl îndeamnă pe om la ideea de a crea nano-obiecte. Orice bacterie, de fapt, este un organism format din nanomașini: ADN-ul și ARN-ul copiază și transmit informații, ribozomii formează proteine ​​din aminoacizi, mitocondriile produc energie. Evident, în această etapă a dezvoltării științei, oamenilor de știință le trece prin cap să copieze și să îmbunătățească aceste fenomene.

Y. SVIDINENKO, inginer-fizician

Nanostructurile vor înlocui tranzistoarele tradiționale.

Instalația nanotehnologică educațională compactă „UMKA” vă permite să manipulați grupuri individuale de atomi.

Folosind instalația „UMKA”, este posibil să se examineze suprafața DVD-ului.

Un manual a fost deja publicat pentru viitorii nanotehnologi.

Nanotehnologia, care a apărut în ultimul sfert al secolului al XX-lea, se dezvoltă rapid. Aproape în fiecare lună apar mesaje despre noi proiecte care păreau o fantezie absolută în urmă cu doar un an sau doi. Conform definiției date de pionierul acestui domeniu, Eric Drexler, nanotehnologia este „o tehnologie de producție așteptată axată pe producția la preț redus de dispozitive și substanțe cu o structură atomică predeterminată”. Aceasta înseamnă că operează pe atomi individuali pentru a obține structuri cu precizie atomică. Aceasta este diferența fundamentală dintre nanotehnologie și tehnologiile moderne „volumice” în vrac care manipulează macro-obiecte.

Să reamintim cititorului că nano este un prefix care denotă 10 -9. Opt atomi de oxigen pot fi localizați pe un segment lung de un nanometru.

Nanoobiectele (de exemplu, nanoparticulele de metal) au de obicei proprietăți fizice și chimice care sunt diferite de cele ale obiectelor mai mari din același material și de proprietățile atomilor individuali. Să presupunem că temperatura de topire a particulelor de aur cu dimensiunea de 5-10 nm este cu sute de grade mai mică decât temperatura de topire a unei bucăți de aur cu un volum de 1 cm 3.

Cercetările efectuate la scară nanometrică se află la intersecția științelor, adesea cercetările în domeniul științei materialelor afectează domeniile biotehnologiei, fizicii stării solide și electronicii.

Cel mai important expert mondial în domeniul nanomedicinei, Robert Freitas, a declarat: „Viitoarele nanomașini trebuie să fie formate din miliarde de atomi, astfel încât proiectarea și construcția lor vor necesita eforturile unei echipe de specialiști echipele de cercetare. Avionul Boeing 777 a fost proiectat și construit de multe echipe din întreaga lume. Robotul nanomedical al viitorului, format dintr-un milion (sau chiar mai multe) piese de lucru, nu va fi mai simplu ca un avion.

NANOPRODUSE ÎN jurul NOI

Nanolume este complexă și încă relativ puțin studiată, și totuși nu atât de departe de noi cum părea acum câțiva ani. Cei mai mulți dintre noi folosim în mod regulat unul sau altul progrese în nanotehnologie fără să știm. De exemplu, microelectronica modernă nu mai este micro, ci nano: tranzistoarele produse astăzi - baza tuturor cipurilor - se află în intervalul de până la 90 nm. Și o miniaturizare suplimentară a componentelor electronice la 60, 45 și 30 nm este deja planificată.

Mai mult, așa cum au anunțat recent reprezentanții companiei Hewlett-Packard, tranzistoarele fabricate folosind tehnologia tradițională vor fi înlocuite cu nanostructuri. Un astfel de element are trei conductori lățimi de câțiva nanometri: doi dintre ei sunt paraleli, iar al treilea este situat în unghi drept față de ei. Conductorii nu se ating, ci trec ca niște poduri, unul deasupra celuilalt. În acest caz, lanțurile moleculare formate din material nanoconductor sub influența tensiunii aplicate acestora coboară de la conductoarele superioare la cele inferioare. Circuitele construite folosind această tehnologie au demonstrat deja capacitatea de a stoca date și de a efectua operații logice, adică de a înlocui tranzistoarele.

Cu noua tehnologie, dimensiunile pieselor microcircuitelor vor scădea semnificativ sub nivelul de 10-15 nanometri, la o scară în care tranzistorii semiconductori tradiționali pur și simplu nu pot funcționa fizic. Probabil că, deja în prima jumătate a următorului deceniu, vor apărea microcircuite seriale (încă tradiționale, siliciu), în care vor fi construite un anumit număr de nanoelemente create folosind noua tehnologie.

În 2004, Kodak a lansat hârtie pentru imprimantele cu jet de cerneală Ultima. Are nouă straturi. Stratul superior este format din nanoparticule ceramice, care fac hârtia mai densă și mai strălucitoare. Straturile interioare conțin nanoparticule de pigment care măsoară 10 nm, care îmbunătățesc calitatea imprimării. Și fixarea rapidă a vopselei este facilitată de nanoparticulele polimerice incluse în compoziția de acoperire.

Directorul Institutului de Nanotehnologie din SUA, Chad Mirkin, consideră că „nanotehnologia va reconstrui toate materialele de la zero. Toate materialele obținute prin producția moleculară vor fi noi, deoarece până acum umanitatea nu a avut ocazia să dezvolte și să producă nanostructuri doar că în industrie "Ce ne dă natura. Facem scânduri din copaci și sârmă din metale conductoare. Abordarea nanotehnologică este că vom procesa aproape orice resursă naturală în așa-numitele "blocuri de construcție" care vor sta la baza viitoarei industrie. ."

Acum asistăm deja la debutul nanorevoluției: acestea sunt noi cipuri de computer și țesături noi care nu pătează și utilizarea nanoparticulelor în diagnosticarea medicală (vezi și „Science and Life” No., , 2005). Chiar și industria cosmetică este interesată de nanomateriale. Ele pot crea multe noi direcții non-standard în cosmetică care nu existau înainte.

La scara nanometrică, aproape orice material prezintă proprietăți unice. De exemplu, se știe că ionii de argint au activitate antiseptică. O soluție de nanoparticule de argint are o activitate semnificativ mai mare. Dacă tratați un bandaj cu această soluție și îl aplicați pe o rană purulentă, inflamația va dispărea și rana se va vindeca mai repede decât folosind antiseptice convenționale.

Compania internă Nanoindustry a dezvoltat o tehnologie pentru producerea de nanoparticule de argint care sunt stabile în soluții și în stare adsorbită. Medicamentele rezultate au un spectru larg de acțiune antimicrobiană. Astfel, a devenit posibilă crearea unei game întregi de produse cu proprietăți antimicrobiene cu modificări minore în procesul tehnologic de către producătorii de produse existente.

Nanoparticulele de argint pot fi folosite pentru a modifica materiale tradiționale și pentru a crea noi materiale, acoperiri, dezinfectanți și detergenți (inclusiv paste de dinți și paste de curățare, praf de spălat, săpunuri) și produse cosmetice. Acoperirile și materialele (compozit, textile, vopsea și lac, carbon și altele) modificate cu nanoparticule de argint pot fi utilizate ca protecție antimicrobiană preventivă în locurile în care riscul de răspândire a infecțiilor crește: în transporturi, în unități de alimentație publică, în agricultură și cladiri de animale, in institutii pentru copii, sport si medicale. Nanoparticulele de argint pot fi folosite pentru a purifica apa și a ucide agenții patogeni din filtrele sistemelor de aer condiționat, piscine, dușuri și alte locuri publice similare.

Produse similare sunt produse în străinătate. O companie produce acoperiri cu nanoparticule de argint pentru tratarea inflamației cronice și a rănilor deschise.

Un alt tip de nanomateriale sunt nanotuburile de carbon, care au o rezistență colosală (a se vedea „Știința și viața” nr. 5, 2002; nr. 6, 2003). Acestea sunt molecule de polimer cilindrice deosebite, cu un diametru de aproximativ o jumătate de nanometru și o lungime de până la câțiva micrometri. Au fost descoperite pentru prima dată cu mai puțin de 10 ani în urmă ca produse secundare ale sintezei fullerenei C60. Cu toate acestea, dispozitivele electronice de dimensiuni nanometrice sunt deja create pe baza nanotuburilor de carbon. Este de așteptat ca în viitorul previzibil să înlocuiască multe elemente din circuitele electronice ale diverselor dispozitive, inclusiv computerele moderne.

Cu toate acestea, nanotuburile sunt folosite nu numai în electronică. Există deja în comerț rachete de tenis care sunt întărite cu nanotuburi de carbon pentru a limita răsucirea și pentru a oferi o putere de lovire mai mare. Ele sunt, de asemenea, folosite în unele părți ale bicicletelor sport.

RUSIA PE PIAȚA NANOTEHNOLOGIEI

Compania autohtonă Nanotechnology News Network a prezentat recent un alt produs nou în Rusia - nanocoatings cu autocurățare. Este suficient să pulverizați sticla mașinii cu o soluție specială care conține nanoparticule de dioxid de siliciu, iar murdăria și apa nu se vor lipi de ea timp de 50.000 km. Pe sticlă rămâne un strat ultra-subțire transparent, de care pur și simplu nu există nimic de care să se agațe apa și se rostogolește odată cu murdăria. În primul rând, proprietarii de zgârie-nori au devenit interesați de noul produs - o sumă uriașă de bani este cheltuită pentru spălarea fațadelor acestor clădiri. Există astfel de compoziții pentru acoperirea ceramicii, piatră, lemn și chiar îmbrăcăminte.

Trebuie spus că unele organizații rusești se desfășoară deja cu succes pe piața internațională de nanotehnologie.

Concernul Nanoindustry, de exemplu, are în portofoliu o serie de produse nanotehnologice aplicabile în diverse domenii ale industriei. Este vorba despre compoziția reducătoare „RVS” și nanoparticule de argint pentru biotehnologie și medicină, instalația nanotehnologică industrială „LUCH-1,2” și instalația nanotehnologică educațională „UMKA”.

Compoziția „RVS”, care poate proteja împotriva uzurii și poate restabili aproape orice suprafețe metalice de frecare, este pregătită pe baza nanoparticulelor adaptive. Acest produs vă permite să creați un strat protector modificat de silicat de fier cu conținut ridicat de carbon, cu o grosime de 0,1-1,5 mm în zonele de frecare intensă a suprafețelor metalice (de exemplu, în perechi de frecare în motoarele cu ardere internă). Turnând o astfel de compoziție în carterul uleiului, puteți uita mult timp de problema uzurii motorului. În timpul funcționării, piesele mecanice se încălzesc din cauza frecării, această încălzire face ca nanoparticulele de metal să adere la zonele deteriorate. Creșterea excesivă provoacă o încălzire mai puternică, iar nanoparticulele își pierd capacitatea de a se atașa. Astfel, echilibrul este menținut constant în unitatea de frecare, iar piesele practic nu se uzează.

Un interes deosebit îl prezintă complexul de echipamente nanotehnologice UMKA, care este destinat efectuării lucrărilor de demonstrație, cercetare și laborator la nivel atomo-molecular în domeniul fizicii, chimiei, biologiei, medicinei, geneticii și altor științe fundamentale și aplicate. De exemplu, a fotografiat recent suprafața unui DVD cu o rezoluție de 0,3 microni, iar aceasta nu este limita. Tehnologia unică de lucru la curenți de picoamperi vă permite să scanați chiar și probe biologice slab conductoare fără depunere preliminară de metal (de obicei este necesar ca stratul superior al probei să fie conductiv). „UMKA” are stabilitate la temperatură ridicată, permițând manipulări pe termen lung cu grupuri individuale de atomi și viteză mare de scanare, permițând observarea proceselor rapide.

Domeniul principal de aplicare a complexului UMKA este formarea în metode practice moderne de lucru cu structuri de dimensiuni nanometrice. Complexul UMKA include: un microscop tunel, un sistem de protecție împotriva vibrațiilor, un set de probe de testare, seturi de consumabile și unelte. Dispozitivele se potrivesc într-o carcasă mică, funcționează în condiții de cameră și costă mai puțin de 8 mii de dolari. Puteți controla experimentele de pe un computer personal obișnuit.

În ianuarie 2005, a fost deschis primul magazin online rus care vinde produse nanotehnologice. Adresa permanentă a magazinului pe Internet este www.nanobot.ru

PROBLEME DE SECURITATE

S-a descoperit recent că moleculele sferice C60 numite fullerene pot provoca boli grave și pot dăuna mediului. Toxicitatea fulerenelor solubile în apă atunci când sunt expuse la două tipuri diferite de celule umane a fost stabilită de cercetătorii de la universitățile Rice și Georgia (SUA).

Profesorul de chimie Vicki Colvin de la Universitatea Rice și colegii săi au descoperit că atunci când fulerenele sunt dizolvate în apă, se formează coloizi C 60, care, atunci când sunt expuși la celulele pielii umane și la celulele carcinomului hepatic, le provoacă moartea. În același timp, concentrația de fulerene în apă a fost foarte scăzută: ~ 20 C 60 molecule la 1 miliard de molecule de apă. În același timp, cercetătorii au arătat că toxicitatea moleculelor depinde de modificarea suprafeței acestora.

Cercetătorii sugerează că toxicitatea fulerenelor simple C60 se datorează faptului că suprafața lor este capabilă să producă anioni superoxid. Acești radicali dăunează membranelor celulare și duc la moartea celulelor.

Colvin și colegii săi au declarat că această proprietate negativă a fulerenelor poate fi folosită pentru bine - pentru tratamentul tumorilor canceroase. Este necesar doar să clarificăm în detaliu mecanismul de formare a radicalilor de oxigen. Evident, va fi posibil să se creeze medicamente antibacteriene super-eficiente pe bază de fullerene.

În același timp, pericolul folosirii fulerenelor în produsele de larg consum pare destul de real pentru oamenii de știință.

Aparent, acesta este motivul pentru care Comisia Americană pentru Siguranța Alimentelor și Medicamentelor (FDA) a anunțat recent necesitatea de a licenția și reglementa o gamă largă de produse (alimente, cosmetice, medicamente, echipamente și medicină veterinară) fabricate folosind nanotehnologie și folosind nanomateriale și nanostructuri.

NANOTEHNOLOGII AU NEVOIE DE SPRIJIN GUVERNAMENTAL

Din păcate, în Rusia nu există încă un program de stat pentru dezvoltarea nanotehnologiei. (Apropo, în 2005, programul de nanotehnologie din SUA a împlinit cinci ani.) Fără îndoială, existența unui program guvernamental centralizat pentru dezvoltarea nanotehnologiei ar ajuta foarte mult la implementarea practică a rezultatelor cercetării. Din păcate, aflăm din surse străine că există evoluții de succes în domeniul nanotehnologiei în țară. De exemplu, vara, Institutul de Standarde din SUA a anunțat crearea celui mai mic ceas atomic din lume. După cum s-a dovedit, la crearea lor a lucrat și o echipă rusă.

Nu există un program de stat în Rusia, dar există cercetători și entuziaști: în ultimul an, Youth Scientific Society (YSS) a reunit peste 500 de tineri oameni de știință, studenți absolvenți și studenți care se gândesc la viitorul țării lor. Pentru un studiu detaliat al problemelor legate de nanotehnologie, în februarie 2004, pe baza Institutului Internațional de Cercetare Științifică, a fost creată compania de analiză „Nanotechnology News Network (NNN)”, care monitorizează sute de surse open world în acest domeniu și a procesat în prezent peste 4.500 de mesaje de informare din mass-media străină și rusă, articole și comunicate de presă și comentarii ale experților. Au fost create site-urile www.mno.ru și www.nanonewsnet.ru, care au fost vizualizate de peste 170.000 de cetățeni din Rusia și CSI.

CONCURS DE PROIECTE DE TINERET

În aprilie 2004, împreună cu preocuparea Nanoindustry cu sprijinul Uniastrum Bank, a avut loc cu succes prima competiție rusească de proiecte pentru tineret pentru crearea nanotehnologiei moleculare interne, ceea ce a trezit un interes puternic al oamenilor de știință ruși.

Câștigătorii competiției au prezentat evoluții remarcabile: primul loc a fost acordat unei echipe de tineri oameni de știință de la Universitatea Rusă de Tehnologie Chimică. D.I Mendeleev sub conducerea candidatului la Științe Chimice Galina Popova, care a creat materiale biomimetice (biomimetică - imitație de structuri existente în natură) pentru nanosenzori optici, electronică moleculară și biomedicină. Al doilea loc a fost ocupat de un student absolvent al Universității Pedagogice de Stat din Tașkent. Nizami Marina Fomina, care a dezvoltat un sistem pentru livrarea direcționată a medicamentelor către țesuturile bolnave, iar al treilea este un școlar din Tomsk Alexey Khasanov, autorul unei tehnologii pentru crearea de materiale nanoceramice cu proprietăți unice. Câștigătorii au primit premii valoroase.

Cu sprijinul băncii, un manual de știință populară „Nanotehnologii pentru toată lumea” a fost elaborat și este în curs de pregătire pentru publicare, care a câștigat laude mari din partea oamenilor de știință de seamă.

Compania NNN, care în decurs de un an devenise o agenție analitică de top în domeniul nanotehnologiei, în decembrie 2004 a anunțat începerea celei de-a doua competiții ruse de proiecte pentru tineret, al cărei sponsor general a fost din nou Uniastrum Bank, mulțumit de rezultatele primei competiții. În plus, de această dată Powercom, un producător internațional de surse de alimentare neîntreruptibilă, a devenit și el sponsor. Revista „Știință și viață” participă activ la pregătirea și reflectarea competiției.

Scopul competiției este de a atrage tineri talentați către dezvoltarea nanotehnologiei în țara lor, și nu în străinătate.

Câștigătorul concursului va primi un laborator de nanotehnologie „UMKA”. Câștigătorii locurilor doi și trei vor fi premiați cu laptopuri moderne; Cei mai buni participanți vor primi un abonament gratuit la revista Science and Life. Premiile includ truse de reparații și restaurare pentru vehicule pe bază de nanoparticule, un abonament la revista Universum și CD-uri lunare „The World of Nanotechnologies”.

Obiectivul proiectelor este extrem de divers: de la nanomateriale promițătoare pentru industria auto și aviație până la implanturi și interfețe neurotehnologice. Materialele detaliate ale competiției sunt pe site-ul www.nanonewsnet.ru.

În decembrie 2004, prima conferință dedicată utilizării industriale a nanotehnologiei a avut loc în orașul Fryazino (regiunea Moscova), unde oamenii de știință au prezentat zeci de dezvoltări gata de implementare în producție. Printre acestea se numără materiale noi pe bază de nanotuburi, acoperiri ultra-rezistente, compuși anti-fricțiune, polimeri conductori pentru electronică flexibilă, condensatoare de mare capacitate etc.

Nanotehnologia în Rusia câștigă amploare. Cu toate acestea, dacă cercetarea nu este coordonată de stat sau de un program federal cuprinzător, nimic nu se va schimba probabil în bine. Un manual a fost deja publicat pentru viitorii nanotehnologi.

Creat 12.06.2012 10:45

Pastă de dinţi

Periați-vă dinții albi ca zăpada cu o anumită pastă, iar nanoparticulele de minerale pe bază de hidroxiapatită de calciu vor umple microfisurile din smalț și vă vor proteja dinții de cariile carioase.

Oxidul de aluminiu, ingredientul activ al cremelor solare care absorb UV, se descompune atunci când este amestecat cu alte molecule, cum ar fi transpirația pe piele. Pune aceste ingrediente active într-o nanoemulsie și vor rămâne separate de mediu și își vor putea îndeplini funcția absorbantă.

Ulei de canola

Multe proteine ​​și vitamine nu se dizolvă în apă, ceea ce le face dificil de adăugat la alimente. Dar dacă le rupeți în nanopicături, problema va fi rezolvată. Uleiul de canola conține nano-picături de fitosteroli care ajută la menținerea nivelului de colesterol scăzut, astfel încât să puteți mânca pui prăjit non-stop, fără a suferi de efectele acumulării de colesterol în organism.

Prezervative

Da, nanotehnologia și-a găsit drumul în lume, de data aceasta sub formă de nanospumă din prezervative. Nanoparticulele de argint din spumă distrug bacteriile și previn răspândirea infecțiilor cu transmitere sexuală.