Плюсы и минусы нанотехнологий кратко
Обновлено: 05.07.2024
Вопросы задавать можно только после регистрации. Войдите или зарегистрируйтесь, пожалуйста.
Теоретически нанотехнологии способны обеспечить человеку физическое бессмертие за счет того, что наномедицина сможет бесконечно регенерировать отмирающие клетки. По прогнозам журнала Scientific American уже в ближайшем будущем появятся медицинские устройства, размером с почтовую марку. Их достаточно будет наложить на рану. Это устройство самостоятельно проведет анализ крови, определит, какие медикаменты необходимо использовать и впрыснет их в кровь.
Нанотехнологиии способны произвести революцию в сельском хозяйстве. Молекулярные роботы способны будут производить пищу, заменив сельскохозяйственные растения и животных. К примеру, теоретически возможно производить молоко прямо из травы, минуя промежуточное звено - корову.
"Весело то оно весело, пока с тучки не навесило"))
Вот эта самая нанонаука, самая наноскрытая и самая нанонеподконтрольная. Вот представьте. Придумал селекционер новую методу, в получении очень перспективного сорта, выделили ему денег, он после апробации передал образцы культуры в массы. Колхозники его сеют убирают и ненарадуются. А тут наночастицы, нанотехнологии. Мы их не видим и не сможем проконтролировать. Знаю денег туда спускают немерено. НаноСкрынник, обещает завалить всех продуктами питания, минуя сельское хозяйство. Нано однако!
Солнечные панели будут печатать на стенах и крышах
26.08.2009 [18:14], Денис Борн
Ячейки солнечных панелей, возможно, вскоре станут намного дешевле благодаря "чернилам" из наночастиц, которые позволят печатать фотоэлектрические компоненты на различных поверхностях – стенах зданий, крышах, окнах. Брайан Когель (Brian Korgel), инженер-химик из Техасского университета (University of Texas) в Остине, надеется на сокращение себестоимости в десять раз путем замены стандартного дорогостоящего технологического процесса производства, включающего осаждение из газовой фазы в вакуумной камере. "Это как раз то, что требуется для широкого распространения технологии солнечных панелей, - говорит Когель. – Солнце представляет неисчерпаемый источник энергии, но существующие методы ее преобразования предельно дорогостоящи и не могут конкурировать с ископаемыми топливами".
Емкость с наночернилами
За два прошедших года Когель со своей командой работали над дешевыми решениями с использованием наноматериалов для получения фотоэлектрических – или солнечных – элементов. Ученый сотрудничает с профессорами Алом Бардом (Al Bard) и Полом Барбара (Paul Barbara) из факультета химии и биохимии и профессором Анантом Додабалапуром (Ananth Dodabalapur) из факультета электронной и компьютерной инженерии. "Чернила" могут быть напечатаны с применением рулонного печатного процесса на пластиковой основе или нержавеющей стали. А перспектива нанесения краски с "чернилами" на крыши зданий не так уж далека и фантастична. "Необходимо будет нанести светопоглощающий материал и несколько других слоев, - объясняет Когель. – Это первый шаг в направлении к солнечным ячейкам в виде краски". Инженер использует светопоглощащющие наноматериалы, которые в 10 тыс. раз тоньше волоса, потому как такие микроскопические размеры предоставляют новые физические свойства, помогающие создавать высокоэффективные устройства. В 2002 году Когель выступил сооснователем компании Innovalight, базирующейся в Калифорнии, которая изготавливает чернила на основе кремния. На этот раз ученые применяют материал под названием CIGS (copper indium gallium selenide – медь, индий, галлий, селенид), который дешевле и менее вреден для окружающей среды.
Чернила в виде спрея
"CIGS имеет преимущества перед кремнием. Это полупроводник с прямой запрещенной зоной, что означает меньшее количество материала для производства солнечного элемента, и это большое потенциальное преимущество, - отмечает Когель. Разработанный командой исследователей прототип обладает всего 1% эффективностью, а достичь необходимо 10%. - Если мы добьемся 10%, это выведет нас на уровень коммерциализации. Я думаю, увидеть работоспособный вариант можно будет в течение трех-пяти лет". Кроме того, поскольку чернила являются полупрозрачными, не исключен вариант использования технологии в составе окон, обладающих свойствами солнечных панелей.
Окажу помощь в покупке оборудования, техники зем. участков, ферм и т.п сельхозназначения с аукционов по банкротству по ценам ниже рынка. Обращаться в ЛС
Лучше и прочнее
Технологический скачок дал ученым возможность понять и объяснить то, что раньше казалось бессмыслицей. Впервые нанотехнологии были упомянуты еще в средине XX века при исследовании процессов, которые происходят в атомном и молекулярном масштабе. Проще говоря – это наука, которая позволяет не только изучать, но и создавать объекты наноразмеров, то есть от 1 до 100 нанометров. Нанометр меньше метра примерно настолько, насколько ягода земляники меньше земного шара.
На рубеже XX и XXI века микроэлектроника начала путь совершенствования. Обновлялось старое оборудование и появлялось новое, что впоследствии позволило намного глубже и тщательнее изучать наночастицы – понять, что это такое и какими свойствами они обладают.
Оборудование, которое используется сейчас, намного качественнее и чувствительнее того, что было еще в конце XX века, именно это и привело к резкому скачку развития этой сферы науки, которая теперь считается одной из наиболее перспективных.
Сегодня нанотехнологии помогают человечеству справляться с тем, что раньше было практически невыполнимым. Но чем же хорош этот огромный шаг в будущее и так ли все безоблачно, как может показаться на первый взгляд?
Экологическая обстановка во всем мире на сегодняшний день сложилась достаточно негативная. Огромное количество водоемов загрязнены мусором, пластиком и химическими отходами. А свалок, заваленных неразлагающимися продуктами – бесчисленное множество. Сегодня нанотехнологии могут помочь при очистке загрязненных вод и реабилитации загрязненных территорий. То, что еще буквально пару десятков лет назад казалось фантастикой – реальность сейчас.
Возможность совершенствовать некоторые устройства, и даже целые производства – также заслуга нанотехнологий.
Будем осторожными?
Безвредно ли использование нанотехнологий для человечества – до конца неизвестно. Однако если с помощью наночастиц воздействуют на природу, то необратимое воздействие есть и на человека, но на сегодняшний день эта сфера изучена малои о последствиях, особенно долговременных, практически ничего не известно.
Твердые наночастицы природе буквально неизвестны, что в нашем организме большинство клеток намного больше, чем нанообъекты, и поэтому образуются они довольно тяжело. Возможная угроза состоит в то, что эти самые наночастицы могут попасть в наш организм и начать взаимодействовать с уже естественными для нас клетками, а к чему это может привести – неизвестно. Поэтому исследователи указывают, что медицинское направление нанотехнологий нуждается в очень осторожном применении.
Научный прогресс остановить невозможно. В настоящее время условия, которые созданы для работы ученых, глобальны. Постоянное открытие чего-то нового, доскональное изучение этого, поиск возможной взаимосвязи с деятельностью человека и возможной выгоды этой связи – беспрерывный и необходимый для нас процесс. Нанотехнологии – огромный шаг в будущее. Но чтобы изучить их полностью и адаптировать, чтобы их использование было безопасным, подобных шагов сделать предстоит еще немало.
Данная статья рассматривает положительные и отрицательные стороны введения нанотехнологий в современную жизнь, а также последствия этих введений.
| Вложение | Размер |
|---|---|
| nanotehnologii-za_i_protiv.doc | 161.5 КБ |
Предварительный просмотр:
Муниципальное общеобразовательное учреждение
Истринская СОШ № 3
Истринского муниципального района
Учебный проект по физике:
ученицей 10 класса
Сегодня для большинства людей нанотехнологии –
это же такая же абстракция, как и ядерные
технологии в 30-е годы прошлого века.
Однако нанотехнологии уже становятся
ключевым направлением развития
современной промышленности и науки.
Цель работы: выявить положительные и отрицательные факторы в применении нанотехнологий, влияние этих факторов на дальнейшее развитие различных видов промышленности, а также на организм человека.
Задачи: подобрать литературу на заданную тему, изучить суть вопроса, рассмотреть историю развития нанотехнологий, дать понятие данной технологии,направления применения нанотехнолигий, выявить положительные и отрицательные факторы при использовании нанотехнологий, сформулировать выводы.
План работы над проектом.
-заинтересованность в выборе данной темы
-осмысление выбора данной темы
-формулирование темы проекта
Обдумывание цели и задач в раскрытии данной темы
Составление развернутого плана работы, обсуждение с учителем данного плана и сроков выполнения
Подбор литературы по данной теме, поиск нужных сайтов в Интернете, выбор нужной информации, распределение выбранной информации по пунктам плана, написание работы, составление выводов, обсуждение всей работы с учителем
Осмысление степени достижения поставленной цели, оценка своего взгляда на проблему, оценка своих познаний в рассматриваемой области, найти способы применения данной работы
Определение нанотехнологий, их история развития: Научно- практический журнал
Согласно Демокриту, в основе мира лежат два начала – атомы и пустота. Атомы носятся в пустоте и отличаются друг от друга лишь формой, величиной и положением. Сталкиваясь и сцепляясь между собой, они образуют тела и вещи, с которыми мы имеем дело в повседневной жизни.
Работая с нанотехнологиями, мы всегда имеем дело с атомами (точнее группами атомов) просто их количество достаточно велико. А вот работать с определёнными атомами учёные научились сравнительно недавно.
Например,ученые из Центра исследований и реставрации французских музеев под руководством доктора Филиппа Вальтера при исследовании образцов волос древних египтян выяснили, что для окраски волос в черный цвет использовался естественный минеральный краситель – галенит или сульфид свинца. Древние косметологи добились измельчения окрашивающих частиц до размеров в 5 нанометров и равномерного проникновения их в ткань волоса по всей его толщине. Даже самые современные технологии не дают такого результата.
В средние века ремесленники-гончары из провинции Умбрия использовали нанотехнологии : керамические предметы они покрывали радужной или металлической глазурью. Образцы переливались на солнце, сверкали золотым блеском, меняли свой цвет под разными углами. В результате итальянскими учеными было установлено, что причина таких свойств краски в наличии крошечных частичек металла от 5· 10 -9 до 10 -7 метра в поперечнике.
. В эпоху Ренессанса достаточно широко использовались наночастицы золота и серебра при изготовлении витражных стекол, красота и богатство красок, которых восхищают нас до сих пор.
Какие положительные факторы можно выделить при применении нанотехнологий?
Нанотехнологии в России
На сегодняшний день в корпорации сосредоточены одни из лучших специалистов страны, которые должны наладить взаимовыгодное сотрудничество между наукой, бизнесом и государством.
Наноарт (в искусстве)
Нанотехнологии – это наше настоящее и будущее. Пожалуй, нет ни одной сферы жизнедеятельности человека, которую они бы не затронули. Так, благодаря нанотехнологии у нас появился еще один вид современного искусства – НАНОАРТ.
Наноарт – это новый вид искусства , связанный с созданием художником скульптур (композиций) микро- и наноразмеров под действием химических или физических процессов обработки материалов, фотографированием полученных нанообразов с помощью
электронного микроскопа и обработкой черно-белых фотографий (раскраска в графическом редакторе, например, Adobe Photoshop).
Художники часто черпают свое вдохновение в научно-техническом прогрессе. Нанотехнология позволила проникнуть в недоступный ранее мир материи, которых вдохновляет как ученых, так и художников. Произведение представителей наноарта удивительны по своей красоте. Это уже не просто химические соединения.
Основоположник наноарта – румынский ученый и художник Крис Орфеску. Наномир для Криса стал предметом для вдохновения. Он работает с изображениями, полученными с помощью электронного микроскопа, обрабатывая их на компьютере. Изображения ЧС электронного микроскопа кажутся более глубокими и какими-то естественно трехмерными по сравнения с привычными нам фотоснимками. Полученные черно-белые изображения с микроскопа Орфеску раскрашивает на компьютере и распечатывает на бумаге и холсте. Для многих из нас его произведения – абстрактная картина, на самом деле – изображения мельчайших частиц, например, частицы пыли. Таким образом на полотнах мы видим измененные до неузнаваемости обычные предметы.
Существуют опасения по поводу наномеханики.
Некоторые ученые опасаются, что рано или поздно наступит век механизации, и роботы захватят мир.
Так или иначе, шаг к созданию нанороботов уже сделан и мы в очередной раз сталкиваемся с вопросом постановки формулировки: меняют ли наши нововведеня нашу же жизнь, или мы сами её меняем. Сможем ли мы создать на основе наномеханики мир, свободный от голода, нужды и при этом имеющий потенциал к развитию, или дорога из желтого нанокирпича приведет нас к хаосу новых войн будет зависеть от нас самих, но ясно одно: мир меняется и мы стремительно меняемся вместе с ним.
Однако есть и другое мнение.
Японские эксперты настаивают на более серьезном подходе к проблемам, связанным с использованием нанотехнологий. Иначе, при всей пользе нанотехнологий, последствия для здоровья людей и окружающей среды могут быть ужасными . В рамках различных экспериментов установлено, что наноэлементы могут легко впитывать загрязнения и распространять их в окружающей среде. А отдельные вещества, разработанные на базе нанотехнологий, могут вызывать опасные повреждения внутренних органов.
Нанотехнологии, помимо положительного эффекта в самых разных областях, таят в себе и опасности для человечества, считают японские ученые. Речь, в первую очередь, идет об экологических проблемах, связанных с нанотехнологиями . При этом ученые отмечают, что в самой Японии ситуация с нанотехнологиями воспринимается в радужных тонах, в то время, как на Западе этими проблемами заняты всерьез.
Эксперты прогнозируют различные неблагоприятные воздействия нанотехнологий на окружающий мир и здоровье человека. При этом возникают серьезные споры и ряд экспертов советует наложить мораторий на некоторые виды материалов. В частности, по данным исследований нанотрубки, которые представляют собой соединение сверхнотнких игл, близки по структуре асбесту. А асбест, в свою очередь, серьезно повреждает легкие при вдыхании его частиц. Эксперты НАСА провели эксперимент, в ходе которого выяснилось, что нанотрубки при вдыхании могут вызвать воспаление легких. При этом наноэлементы представляют опасность для окружающей среды не только в виде нанотрубок. Наноэлементы обладают абсорбирующими свойствами гораздо более высокими, чем у обычных молекул. То есть наноэлементы могут поглощать большее количество загрязнений. Это может привести к тому, что при распространении наноэлементов в окружающей среде возникнет опасность распространения ими загрязнений.
Наночастицы под микроскопом
Тем временем, некоторые исследования всё же показывают вероятность вреда от компонентов в наномасштабе. Так, Национальный институт профессиональной безопасности и здоровья (National Institute for Occupational Safety and Health), Великобритания, обнаружил, что когда мыши вдыхают углеродные нанотрубки, они получают поражение лёгких, схожее с последствиями действия асбеста. Но это состояние в конечном счёте проходит. А согласно утверждению одной из теорий, наноматериалы могут негативно воздействовать на ДНК. Большинство же учёных не спешат делать выводы до появления полноценной информации о предмете дискуссии. Те же авторы исследования с участием мышей призывают к большей прозрачности индустрии нанотехнологий. Относительно недавно американский Национальный совет по исследованиям (National Research Council) и британская Королевская комиссия по загрязнению окружающей среды (Royal Commission on Environmental Pollution) также указывали на недостаток данных о потенциальной угрозе нанотехнологий. А Европарламент выразил необходимость в разработке чётких правил и нормативов в
Например, испытания моноклонального антитела TGN1412 в Великобритании, проведенные на нескольких видах животных, показали, что только у обезьян оно вызывает набухание лимфатических узлов. Между тем, шестеро добровольцев, принявших участие в клинических исследованиях этого препарата, оказались в тяжелейшем состоянии. Через несколько минут после введения препарата у них начались сильнейшие боли в мышцах, судороги, приступы удушья и рвота. Врачи констатировали у добровольцев обширные воспалительные процессы в различных тканях и множественную дисфункцию внутренних органов. Тяжелейшие отеки до неузнаваемости изменили внешность некоторых пострадавших.
Несмотря на столь страшные возможные последствия применения нанопродукции, до сих пор не проводятся надлежащие токсикологические исследования. Об этом говорил член-корреспондент РАН Андрей Дурнев из НИИ фармакологии им. В.В. Закусова РАМН.
Он отметил, что наночастицы могут не только вызывать окислительный стресс (который запускает механизм мутагенеза и ведет к наследственным заболеваниям, онкологии, порокам развития), но и повреждают ДНК (генотоксическое поражение клетки). Эти повреждения приводят к атеросклерозу, инициируют канцерогенез.
Андрей Дурнев поддержал мнение о необходимости изменения методики проведения доклинических испытаний нанопрепаратов: проводить их только на млекопитающих, оценивать эффект в нескольких видах тканей, удлинить сами эксперименты. При этом следует исследовать действие частиц разной формы и размеров. Особенно важным он назвал оценку возможных отдаленных эффектов применения нанопрепаратов.
Препараты, содержащие наночастицы – это суспензии с нанокапсулами для адресной доставки лекарств, различные кремы, контрастирующие вещества для диагностики. В их числе фуллерены, золотые, полимерные, белковые частицы.
С. Клочков из Института физиологически активных веществ РАН пояснил, почему наноматериалы ведут себя иначе, чем их химические аналоги, состоящие из более крупных частиц. Большая кривизна поверхности наночастиц и изменение топологии связи атомов на поверхности приводит к изменению их химической активности. Вследствие этого существенно изменяется растворимость, реакционная и каталитическая способность вещества, что, в свою очередь, увеличивает образование свободных радикалов и активных форм кислорода. Наночастицы могут встраиваться в клеточные мембраны, проникать в клеточные органеллы и, тем самым, изменять их функции. Кроме того, наноматериалы электрически заряжены, что облегчает на них адсорбцию различных токсических веществ, и они легче проникают через барьеры организма.
Поэтому предстоит не только разработать новые стандарты проведения доклинических испытаний лекарств нового поколения – нанолекарств, но и вложить немало средств в реконструкцию испытательных центров. Иначе число опасных лекарств на нашем фармацевтическом рынке будет неуклонно возрастать.
В мире разгорается спор об опасности нанотехнологий для всего живого на планете.
Для доказательства своей правоты Шейла Дэвис проводит простой эксперимент: она берет шесть пар новых мужских носков, содержащих наночастицы серебра для предотвращения развития бактерий и образования неприятного запаха. Носки она помещает в стеклянную емкость, добавляет дистиллированную воду, а потом начинает встряхивать контейнер в течение часа—так, словно это делает обычная стиральная машина. Далее берется анализ воды, которая, как и ожидалось, содержит множество наночастиц серебра, смытых с носков.
— Если эту воду вылить в аквариум, то все рыбы и моллюски станут бесплодными,—говорит Шейла Дэвис, директор экологической организации Silicon Valley Toxics Coalition.—Наночастицы, свободно проникающие сквозь клеточные мембраны, вызывают не только нарушения репродуктивных функций, но и рак мозга. А теперь представьте, сколько этих наночастиц попадает при стирке одежды в канализационную систему, а оттуда в естественные водоемы и какую угрозу мы создаем нашей водной экосистеме!
ЗДОРОВЬЕ ИЛИ ДЕНЬГИ?
Ранее в разделе Журнал по теме Публицистика:
Равенство невозможно , Пережить 2012 год , Александр Карелин: Надо быть хозяином своей жизни , Детские вопросы , Йога
Вскоре недалеком будущем нанотехнология может стать одной из ведущих отраслей современной науки. Перспективы самые радужные. Некоторые рассматривают ее как панацею от всех бед, другие грозят бедами при неосторожном ее использовании. Тем не менее, нанотехнологии – это уже настоящее. Остается только надеяться, что люди разумно распорядятся ее потенциалом и направят ее энергию во благо человечества.
Ученые считают нанотехнологии спасением человечества от многих проблем. Во всем мире на разработки этой области тратятся огромные средства, и некоторые достижения уже сейчас стали прорывом в будущее. По утверждению специалистов. Проникновение в наномир вскоре изменит облик привычных нам вещей.
При создании этого документа я воспользовалась поисковой системой Яндекс, а также:
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Муниципальное бюджетное образовательное
Выполнил ученик
Руководитель Ульянченко В.Т
1. Нанотехнологии в современном мире ……………………4
1.1. История возникновения нанотехнологий……………….4-5
1.2. Что такое нанотехнологии………………………………..6
2. Применение нанотехнологий ……………………………..7-8
2.1. Нанотехнологии в космосе……………………………….9-10
2.2. Нанотехнологии в медицине…………………………….11-14
2.3. Нанотехнологии в сельском хозяйстве
2.4. Нанотехнологии в электронике, искусстве ……………16
3. Опасности, связанные с нанотехнологиями ……………17
3.1. Биологическая угроза……………………………………18
3.2. Вывод о плюсах и минусах……………………………. 19
Список литературы …………………………………………. 25
Объект исследования: нанотехнология как область науки и техники.
Предмет исследования: применение нанотехнологий в различных сферах.
Цель: Исследование нанотехнологий в современном мире.
1.Изучить историю возникновения нанотехнологий.
2. Рассмотреть применение нанотехнологий в космосе, медицине, в сельском хозяйстве и промышленности, в электронике и искусстве.
3. Сделать вывод о плюсах и минусах.
1. НАНОТЕХНОЛОГИИ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ
1.1.История возникновений нанотехнологий
1.2. Что такое нанотехнологии
Нанотехнология — это междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами. Появившись совсем недавно, нанотехнологии все активней входят в область научных исследований, а из нее – в нашу повседневную жизнь. Разработки ученых все чаще имеют дела с объектами микромира, атомами, молекулами, молекулярными цепочками.
Природа сама наталкивает человека на идею создания нанообъектов. Любая бактерия, по сути, представляет собой организм, состоящий из наномашин: ДНК и РНК копируют и передают информацию, рибосомы формируют белки из аминокислот, митохондрии вырабатывают энергию. Создаются нанокапсулы для прямой доставки лекарств в организме, нанотрубки в 60 раз прочней стали, гибкие солнечные элементы и множество других удивительных устройств.
Одним из основных видов нанообъектов являются наночастицы. При разделении вещества на частицы размером в десятки нанометров общая суммарная поверхность частиц в веществе увеличивается в сотни раз, а вследствие этого усиливается взаимодействие атомов материала с внешней средой, ведь теперь они почти все на поверхности. Это явление используется в современной технике. Растет энтузиазм ученых по поводу приближения эры воплощения самых фантастических идей, например, полного контроля над всеми природными процессами или нанофабрик, собирающих любые предметы непосредственно из атомов. Создано множество сценариев развития будущего нанотехнологий, включая и те, которые не сулят человечеству ничего хорошего. Однако можно сказать, что интерес к нанотехнолгиям сейчас очень велик.
2. ПРИМЕНЕНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ
Проникновение нанотехнологии в сферы человеческой деятельности можно представить в виде дерева нанотехнологии. Применение имеет вид дерева, ветви которого представляют основные сферы применения, а ответвления от крупных ветвей представляют дифференциацию внутри основных сфер применения на данный момент времени.
На сегодняшний день имеется следующая картина:
- биологические науки предполагают развитие технологии генных меток, поверхности для имплантантов, антимикробные поверхности, лекарства направленного действия, тканевая инженерия, онкологическая терапия;
- простые волокна предполагают развитие бумажной технологии, дешевых строительных материалов, лёгких плит, автозапчастей, сверхпрочных материалов;
- наноклипсы предполагают производство новых тканей, покрытие стёкол, "умных" песков, бумаги, углеродных волокон;
- защита от коррозии способами нанодобавок к меди, алюминию, магнию, стали;
- катализаторы предполагают применение в сельском хозяйстве, дезодорировании, а также производство продуктов питания.
Легкоочистимые материалы находят применение в быту, архитектуре, молочной и пищевой промышленности, транспортной индустрии, санитарии. Это производство самоочищающихся стёкол, больничного инвентаря и инструментов, антиплесневого покрытия, легкоочищающейся керамики.
Биопокрытия используются в спортивном инвентаре и подшипниках.
Оптика как сфера применения нанотехнологии включает в себя такие направления как электрохромику, производство оптических линз. Это новая фотохромная оптика, легкоочистимая оптика и просветлённая оптика.
Керамика в сфере применения нанотехнологии даёт возможность получения электролюминисценции и фотолюминисценции, печатных паст, пигментов, нанопорошков, микрочастиц, мембран.
Компьютерная техника и электроника как сфера применения нанотехнологии даст развитие электронике, наносенсорам, бытовым (встраиваемым) микрокомпьютерам, средствам визуализации и преобразователям энергии. Далее это развитие глобальных сетей, беспроводных коммуникаций, квантовых и ДНК компьютеров.
Наномедицина, как сфера применения нанотехнологии, это наноматериалы для протезирования, "умные" протезы, нанокапсулы, диагностические нанозонды, имплантанты, ДНК реконструкторы и анализаторы, "умные" и прецизионные инструменты, фармацевтики направленного действия.
Космос как сфера применения нанотехнологии откроет перспективу для механоэлектрических преобразователей солнечной энергии, наноматериалы для космического применения.
Экология как сфера применения нанотехнологии это восстановление озонового слоя, погодный контроль.
2.1 Нанотехнологии в космосе
В космосе бушует революция. Стали создаваться спутники и наноприборы до 20 килограмм.
Создана система микроспутников, она менее уязвима при попытках ее уничтожения. Одно дело сбить на орбите махину массой в несколько сот килограммов, а то и тонн, сразу выведя из строя всю космическую связь или разведку, и другое - когда на орбите находится целый рой микроспутников. Вывод из строя одного из них в этом случае не нарушит работу системы в целом. Соответственно могут быть снижены требования к надежности работы каждого спутника.
Молодые ученые считают, что к ключевым проблемам микроминиатюризации спутников среди прочего следует отнести создание новых технологий в области оптики, систем связи, способов передачи, приема и обработки больших массивов информации. Речь идет о нанотехнологиях и наноматериалах, позволяющих на два порядка снизить массу и габариты приборов, выводимых в космос. Например, прочность наноникеля в 6 раз выше, чем обычного никеля, что дает возможность при использовании его в ракетных двигателях уменьшить массу сопла на 20-30%. Уменьшение массы космической техники решает множество задач: продлевает срок нахождения аппарата в космосе, позволяет ему улететь дальше и унести на себе больше всякой полезной аппаратуры для проведения исследований. Одновременно решается задача энергообеспечения. Миниатюрные аппараты скоро будут применяться для изучения многих явлений, например, воздействия солнечных лучей на процессы на Земле и в околоземном пространстве.
Сегодня космос — это не экзотика, и освоение его — не только вопрос престижа. В первую очередь, это вопрос национальной безопасности и национальной конкурентоспособности нашего государства. Именно развитие сверхсложных наносистем может стать национальным преимуществом страны. Как и нанотехнологии, наноматериалы дадут нам возможность серьезно говорить о пилотируемых полетах к различным планетам Солнечной системы. Именно использование наноматериалов и наномеханизмов может сделать реальностью пилотируемые полеты на Марс, освоение поверхности Луны. Другим чрезвычайно востребованным направлением развития микроспутников является создание дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Начал формироваться рынок потребителей информации с разрешением космических снимков 1 м в радиолокационном диапазоне и менее 1 м - в оптическом (в первую очередь такие данные используются в картографии).
Ожидается, что уже в 2025 году появятся первые ассемблеры, созданные на основе нанотехнологий. Теоретически возможно, что они будут способны конструировать из готовых атомов любой предмет. Достаточно будет спроектировать на компьютере любой продукт, и он будет собран и размножен сборочным комплексом нанороботов. Но это всё ещё самые простые возможности нанотехнологий. Из теории известно, что ракетные двигатели работали бы оптимально, если бы могли менять свою форму в зависимости от режима. Только с использованием нанотехнологий это станет реальностью. Конструкция более прочная, чем сталь, более легкая, чем дерево, сможет расширяться, сжиматься и изгибаться, меняя силу и направление тяги. Космический корабль сможет преобразиться примерно за час. Нанотехника, встроенная в космический скафандр и обеспечивающая круговорот веществ, позволит человеку находиться в нем неограниченное время. Нанороботы способны воплотить также мечту фантастов о колонизации иных планет, эти устройства смогут создать на них среду обитания, необходимую для жизни человека. Станет возможным автоматическое строительство орбитальных систем, любых строений в мировом океане, на поверхности земли и в воздухе (эксперты прогнозируют это к 2025 гг.).
2.2 Нанотехнологии в медицине
Последние успехи нанотехнологий, по словам ученых, могут оказаться весьма полезными в борьбе с раковыми заболеваниями. Разработано противораковое лекарство непосредственно к цели - в клетки, пораженные злокачественной опухолью. Новая система, основанная на материале, известном как биосиликон. Наносиликон обладает пористой структурой (десять атомов в диаметре), в которую удобно внедрять лекарства, протеины и радионуклиды. Достигнув цели, биосиликон начинает распадаться, а доставленные им лекарства берутся за работу. Причем, по словам разработчиков, новая система позволяет регулировать дозировку лекарства.
Наноробот на борьбе с клетками рака
На протяжении последних лет сотрудники Центра биологических нанотехнологий работают над созданием микродатчиков, которые будут использоваться для обнаружения в организме раковых клеток и борьбы с этой страшной болезнью.
Новая методика распознания раковых клеток базируется на вживлении в тело человека крошечных сферических резервуаров, сделанных из синтетических полимеров под названием дендримеры (от греч. dendron - дерево). Эти полимеры были синтезированы в последнее десятилетие и имеют принципиально новое, не цельное строение, которое напоминает структуру кораллов или дерева. Такие полимеры называются сверхразветвленными или каскадными. Те из них, в которых ветвление имеет регулярный характер, и называются дендримерами. В диаметре каждая такая сфера, или наносенсор, достигает всего 5 нанометров - 5 миллиардных частей метра, что позволяет разместить на небольшом участке пространства миллиарды подобных наносенсоров. Оказавшись внутри тела, эти крошечные датчики проникнут в лимфоциты - белые кровяные клетки, обеспечивающие защитную реакцию организма против инфекции и других болезнетворных факторов. При иммунном ответе лимфоидных клеток на определенную болезнь или условия окружающей среды - простуду или воздействие радиации, к примеру, - белковая структура клетки изменяется. Каждый наносенсор, покрытый специальными химическими реактивами, при таких изменениях начнет светиться. Чтобы увидеть это свечение, ученые собираются создать специальное устройство, сканирующее сетчатку глаза. Лазер такого устройства должен засекать свечение лимфоцитов, когда те один за другим проходят сквозь узкие капилляры глазного дна. Если в лимфоцитах находится достаточное количество помеченных сенсоров, то для того, чтобы выявить повреждение клетки, понадобиться 15-секундное сканирование, заявляют ученые.
Здесь ожидается наибольшее влияние нанотехнологии, поскольку она затрагивает саму основу существования общества - человека. Нанотехнология выходит на такой размерный уровень физического мира, на котором различие между живым и неживым становится зыбким - это молекулярные машины. Даже вирус отчасти можно считать живой системой, поскольку он содержит в себе информацию о своём построении. А вот рибосома, хотя и состоит из тех же атомов, что и вся органика, но такой информации не содержит и поэтому является лишь органической молекулярной машиной. Нанотехнология в своём развитом виде предполагает строительство нанороботов, молекулярных машин неорганического атомного состава. На сегодняшний день создан лишь один примитивный шагающий ДНК-робот.
Наномедицина представлена следующими возможностями:
1. Лаборатории на чипе, направленная доставка лекарств в организме.
2. ДНК – чипы (создание индивидуальных лекарств).
3. Искусственные ферменты и антитела.
4. Искусственные органы, искусственные функциональные полимеры (заменители органических тканей). Это направление тесно связано с идеей искусственной жизни и в перспективе ведёт к созданию роботов обладающих искусственным сознанием и способных к самовосстановлению на молекулярном уровне.
5. Нанороботы-хирурги (биомеханизмы осуществляющие изменения и требуемые медицинские действия, распознавание и уничтожение раковых клеток). Это является самым радикальным применением нанотехнологии в медицине будет создание молекулярных нанороботов, которые смогут уничтожать инфекции и раковые опухоли, проводить ремонт повреждённых ДНК, тканей и органов, дублировать целые системы жизнеобеспечения организма, менять свойства организма.
В перспективе, любые молекулы будут собираться подобно детскому конструктору. Для этого планируется использовать нанороботов (наноботов). Любую химически стабильную структуру, которую можно описать, на самом деле, можно и построить . Поскольку нанобот можно запрограммировать на строительство любой структуры, в частности, на строительство другого нанобота. Работая в огромных группах, наноботы смогут создавать любые объекты с небольшими затратами, и высокой точностью. В медицине проблема применения нанотехнологий заключается в необходимости изменять структуру клетки на молекулярном уровне, т.е. осуществлять "молекулярную хирургию" с помощью наноботов. Ожидается создание молекулярных роботов-врачей, которые могут "жить" внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения, или предотвращая возникновение таковых. Манипулируя отдельными атомами и молекулами, наноботы смогут осуществлять ремонт клеток
Несмотря на существующее положение вещей, нанотехнологии - как кардинальное решение проблемы старения, являются более чем перспективными. Это обусловлено тем, что нанотехнологии имеют большой потенциал коммерческого применения для многих отраслей, и соответственно помимо серьезного государственного финансирования, исследования в этом направлении ведутся многими крупными корпорациями.
Вполне возможно, что после усовершенствования для обеспечения "вечной молодости" наноботы уже не будут нужны или они будут производиться самой клеткой.
Для достижения этих целей человечеству необходимо решить три основных вопроса:
1. Разработать и создать молекулярных роботов, которые смогут ремонтировать молекулы.
2. Разработать и создать нанокомпьютеры, которые будут управлять наномашинами.
3. Создать полное описание всех молекул в теле человека, иначе говоря, создать карту человеческого организма на атомном уровне.
Эти наноботы смогут тормозить процессы старения, лечить отдельные клетки и взаимодействовать с отдельными нейронами.
Работы по изучению начаты сравнительно недавно, но темпы открытий в этой области чрезвычайно высоки, многие полагают, это будущее медицины.
Читайте также: