21 февраля 2008 года
Нанотехнологию считают следующим рубежом нововведений
(Миниатюрность может сыграть ключевую роль в энергетике, здравоохранении и космосе)
Поразительный потенциал нанотехнологии - научного процесса создания материалов и изделий размером в несколько молекул или даже атомов – в будущем приведет к революции во многих областях жизни. Работа в этом бесконечно малом масштабе, где основная единица измерения - нанометр - составляет одну миллиардную часть метра, требует использования новаторских методов для создания, использования и производства веществ, видимых только через такие приборы, как электронный микроскоп.
Доменик ДиПаскаль - внештатный журналист, который 27 лет проработал сотрудником дипломатической службы в Информационном агентстве США, а также представлял Государственный департамент США в Гане, Кении, Бразилии, Боснии, Сингапуре и Словении.
Доменик ДиПаскаль
Космос
С самого начала космической эпохи полвека назад вес ракетного топлива, необходимого для подъема грузов на орбиту Земли или за ее пределы, был важным фактором, ограничивающим космические полеты. Исследования в области двух революционных методов с применением нанотехнологии открывают перспективу преодоления этого барьера, хотя их практическое применение остается делом далекого будущего.
На первый взгляд, "космический лифт" - устройство, которое в буквальном смысле слова может поднимать груз в космос на высоту примерно 35 000 километров на тросе, протянутом от поверхности Земли до спутника на геостационарной орбите, - вещь скорее из области научной фантастики, нежели науки. Строительстве такого космического лифта должно неизбежно столкнуться с огромными техническими сложностями – далеко не в последнюю очередь, речь идет о необходимости изготовить сверхпрочный кабель огромной длины и прочности.
Нанотехнология может позволить претворить эту идею в жизнь. Ученые исследуют возможность использования углеродных нанотруб - конструкций диаметром всего несколько нанометров, но длиной в несколько тысяч нанометров - для изготовления такого кабеля. Поскольку атомы углерода, образующие нанотрубу, чрезвычайно прочно связаны друг с другом, нанотруба в 100 раз прочнее стали. Естественно, остаются огромные технические и научные проблемы, связанные с созданием такого кабеля из нанотруб, но прогресс продолжается.
Медицина
Разрабатываемые в настоящее время биомедицинские приложения нанотехнологии могут провозгласить радикально новый подход к диагностике и лечению заболеваний. Ключевое значение имеет невероятно малый размер наночастиц - достаточно малый для того, чтобы проникать в бактерии или даже вирусы и атаковать эти организмы изнутри.
В национальной лаборатории Лоуренса Ливермора под Сан-Франциско ученые изучают, как построить молекулы размером в наночастицы под названием "шалы" (высокоаффинные синтетические лиганды), специально предназначенные для прикрепления к определенному участку на поверхности человеческой клетки. Хотя поначалу предполагалось, что шалы станут средством защиты от биологического терроризма, способным обнаружить и нейтрализовать такие патогенные вещества, как вирус сибирской язвы, биохимики в лаборатории Лоуренса Ливермора и Онкологическом центре при Калифорнийском университете решили найти им гораздо более широкое применение в медицине.
Создавая шалы, предназначенные для закрепления на уникальных рецепторных участках на поверхности белков раковой клетки, ученые надеются использовать новое оружие в борьбе с раком. В сочетании с радиоактивным изотопом или противораковым препаратом шалы будут не только находить, но и уничтожать раковые клетки-мишени, отправляя борцов с заболеваниями непосредственно в опухоль. Уже ведется экспериментальная работа по исследованию шалов в качестве средства для лечения рака простаты и злокачественных лимфом.
Экология
Польза нанотехнологии часто заключается в том, что в наномасштабе материалы могут проявлять физические и/или химические свойства, заметно отличающиеся от характеристик, которыми эти же материалы обладают при более крупных размерах поверхностей. Атомарное измерение нанотехнологии само по себе открывает уникальные возможности. Ученые изучают, можно ли использовать эти преимущества наномасштаба для создания более здоровой окружающей среды.
Во многих регионах мира питьевая вода загрязнена токсичными веществами, в том числе такими металлами, как мышьяк. Для удаления этих загрязняющих веществ требуется не только сложное оборудование, но и стабильный источник энергии для питания этого оборудования. Во многих развивающихся странах может остро не хватать и того, и другого. Исследователи в университете им. Райса изучают низкотехнологический подход к этой проблеме, используя нанокристаллы магнетита - соединения железа и кислорода, которое может поглощать мышьяк.
Когда нанокристаллы магнетита добавляются к раствору воды, загрязненной мышьяком, они соединяются с мышьяком. Затем простой магнит увлекает покрытые мышьяком нанокристаллы на дно раствора, откуда их затем можно удалить. Преимущество этой технологии заключается в том, что она работает с обычными, бытовыми магнитами, тогда как использование более крупных частиц магнетита потребовало бы гораздо более мощных магнитов. Это исследование предлагает простой новый подход к снабжению чистой питьевой водой для населения отдаленных районов.
Энергетика
Совпадение нескольких факторов - давления, которое непрерывный рост населения и экономики мира оказывает на традиционные поставки органического топлива, проблемы глобального потепления и резкого повышения цен на нефть - делает разработку альтернативных источников энергии еще более необходимой. Современные американские исследования в области нанотехнологий открывают захватывающие направления, которые могут коренным образом изменить извлечение энергии из экологически чистых возобновляемых источников - в частности, солнечной энергии.
Ученые Гарвардского университета, например, разработали солнечные батареи из "нанопроводов" диаметром всего 300 нанометров. Как описывается в периодически издаваемом "Технологическом обозрении" Массачусетского технологического института, такая солнечная батарея содержит ядро из кристаллического кремния и несколько концентрических слоев с различными электронными свойствами. Каждый слой выполняет ту же функцию, что и полупроводниковые слои в традиционных солнечных батареях, - поглощают свет и захватывают электроны для выработки электроэнергии.
Если поначалу эти микроскопические солнечные батареи могут быть использованы для питания других наноустройств, то в итоге может появиться возможность соединять их в больших количествах для замены обычных солнечных батарей, которые используются в настоящее время. Однако на пути внедрения этой технологии сохраняются препятствия. Исследователям надо будет разработать способы изготовления этих солнечных нанопроводов в более плотной решетке, чем сейчас, и улучшить их эффективность, которая в настоящее время остается на низком уровне (более чем в пять раз ниже, чем у обычных солнечных батарей), при преобразовании солнечного света в электроэнергию.
(Распространено Бюро международных информационных программ Государственного департамента США. Веб-сайт: http://usinfo.state.gov/russian/)
