|
|
|
|
|
|
Мобильный телефон, который не только заряжается за пару минут, но и держит заряд годами; суперпрочный клей толщиной в один слой молекул; пилюли от инфаркта — возможно, все эти вещи станут обыденной реальностью уже через десять лет благодаря нанотехнологиям.
Нанотехнологии находятся на пике популярности. Именно с этим словом принято связывать самые перспективные разработки в области электроники, перерабатывающей промышленности, индустрии материалов и медицины. В 55 странах мира уже финансируют соответствующие национальные программы. Только в США эта сфера получила в минувшем году $1,5 млрд инвестиций. Причем кризис не уменьшил инвестиции в эту область исследований. И хотя большинство впечатляющих новинок пока далеки от внедрения в серийное производство, специалисты не теряют оптимизма, полагая, что вскоре привычные для нас вещи обретут приставку «нано».
Приставка «нано» обозначает миллиардную долю исходной единицы. В случае с нанотехнологиями исследователи имеют дело с молекулами, атомами, частицами размером от одного до 100 нанометров (т. е. миллиардной части метра), создавая из них вещества с принципиально новыми свойствами.
Со стороны работа с частицами в наномасштабе напоминает игрушечный конструктор: с помощью специального оборудования вроде миниатюрного робота-манипулятора ученые собирают из атомов молекулы. Более того, они научились заставлять частицы «самособираться», образовывать нужные конфигурации. Для этого необходимо поместить компоненты в пробирку и позволить им «найти» друг друга. Но зачем, спрашивается, ученым возиться с такими «карликами» (кстати, с греческого «нанос» переводится как карлик), и какой практический смысл в составлении из атомов искусственных молекул и соединении их друг с другом? По мнению физиков — очень большой. При создании новых молекулярных структур химические и физические характеристики вещества меняются кардинально. Так, в результате появляются уникальные металлы — наноникель, сопоставимый по свойствам с платиной, или наножелезо, которое не ржавеет, не окисляется, а по гибкости сравнимо с полиэтиленом. Керамика, полученная из нанопорошка, превосходит по прочности сапфир в 14 раз и, кроме того, пропускает ультрафиолет и инфракрасный свет! Эти материалы сейчас получают только в лабораторных условиях. Для массового производства необходимо создать новую углеродную металлургию, которой пока, увы, еще нет.
В промышленном масштабе удалось пока наладить лишь производство углеродных нанотрубок, УНТ (больших молекул цилиндрической формы, состоящих из атомов углерода). Они обладают высокой прочностью, эластичностью. Их электропроводимость в тысячу раз выше, чем у медных проводов, на разрыв они в 60 раз крепче, чем сталь, а еще они не плавятся при нагреве до 3500 °С и не деформируются при давлении в 6 тыс. атмосфер.
По мнению ученых, УНТ — самый перспективный материал для вычислительных систем будущего. Обычные транзисторы, построенные из таких «трубочек», в 500 раз меньше тех, что содержатся в современных микросхемах. В теории благодаря нанотехнологиям супермощный компьютер (с процессором в миллион раз быстрее современных, работающих на частоте 4 ГГц) может быть размером всего со спичечную коробку, а эластичность УНТ позволяет уже сейчас создавать прозрачные гибкие дисплеи, ультра-тонкие солнечные батареи.
В настоящее время более 100 компаний в мире заняты изготовлением нанотрубок для их последующего использования в качестве проводников, транзисторов, основы для создания компьютерной памяти, процессоров и аккумуляторов нового поколения, в качестве альтернативы дорогостоящим материалам вроде платины в автомобилестроении, фильтрации воды, в медицине и прочих областях. Однако из-за все еще высокой цены они используются в ограниченном объеме. Хотя снижение себестоимости налицо: еще несколько лет назад один грамм УНТ стоил $500, сегодня — порядка $60.
Уникальные свойства углеродных нанотрубок и других наноматериалов позволяют ученым строить грандиозные планы по их применению через десять-пятнадцать лет.
О некоторых перспективах можно судить уже сейчас по экспериментальным разработкам. Таким, например, как ткань из полиэстера, покрытая 40-нанометровым слоем углеродных нанотрубок, созданная химиками из Цюрихского университета. Она не намокает даже при полном погружении в воду. А все дело в том, объясняют авторы изобретения, что нановолокна заставляют капли воды собираться над тканью и обеспечивают постоянный слой воздуха на ее поверхности.
Ученые из Мичиганского университета изобрели сенсорную «краску» для самолетов, мостов и зданий, которая меняет цвет в случае возникновения микротрещин. Таким образом, о возможных деформациях можно узнать заранее, без дорогостоящей экспертизы. Даже еду можно усовершенствовать благодаря нанотехнологиям, встраивая биологически активные молекулы в продукты, чтобы улучшить их питательные свойства.
Но самые фантастические прогнозы относительно использования технологий с приставкой «нано» ученые связывают с медициной. С помощью углеродных нанотрубок можно создавать искусственные мышцы, которые в три раза сильнее и прочнее биологических. Лекарства на основе наночастиц могут действовать избирательно — например, доставлять противоопухолевую сыворотку прямо в нужное место, не отравляя весь организм. Эти умные молекулы называют сегодня нанороботами — молекулярными структурами, которые способны самостоятельно выполнять сложные задачи, к примеру, перемещаться по телу человека, диагностировать состояние любых органов и процессов, вмешиваться в эти процессы, доставлять лекарства, соединять, разрушать и создавать новые ткани. Фактически нанороботы могут постоянно омолаживать человека, воспроизводя его ткани. Опыты ученых из Мичиганского университета показывают, что нанороботы на базе искусственных ДНК-молекул смогут даже очищать организм человека от микробов и уничтожать зарождающиеся раковые клетки.
Искусственное молоко из атомов травы, экологическое топливо, возможность омоложения вплоть до бессмертия… По сути, с помощью нанотехнологий можно делать что угодно из чего угодно — во всяком случае, в этом убеждены современные физики. И эти перспективы заставляют обывателя воспринимать нанонауку как панацею от всех бед человечества. Однако все не так просто и радужно. Прежде всего опасения вызывает как раз «интеллект» нанороботов, которые теоретически могут выйти из-под контроля человека. И вместо того чтобы, например, создавать новые клетки в нашем организме, нанороботы будут уничтожать их. Об этой опасности предупреждал американский ученый Эрик Дрекслер в своей книге «Машины созидания: наступление нанотехнологической эпохи», в которой впервые и были описаны минироботы, работающие по заданным программам и собирающие из молекул что угодно, в том числе и самих себя. В конце концов, роботы из-за сбоя в программе превратили все живое на Земле в роботов. Правда, пока нам не стоит бояться этих умных молекулярных механизмов: диагностика и лечение человека с помощью нанороботов и вообще их широкое использование существуют только в теории.
Не изучено и влияние наночастиц на человеческий организм. И методик, которые могут правильно оценить риски применения новых материалов, не существует. Взять, к примеру, наночастицы серебра, которые сейчас можно обнаружить в самых разных вещах, начиная от чудодейственной косметики и заканчивая стиральными машинами. Причем независимо от продукта производители говорят в основном об антибактериальных свойствах этого металла. Но в природе серебро, кроме всего прочего, является еще и мощным токсином, способным проникать сквозь защитные барьеры клеток организма. И насколько безобидно использование в бытовых целях наносеребра, неизвестно. Другое дело, что в подавляющем большинстве случаев в существующих на рынке товарах наносеребра просто нет. А приставка «нано» — это рекламный ход, рассчитанный на «продвинутого» пользователя.
Кроме того, присмотревшись к истории некоторых громких научных разработок, допустим, двухлетней давности, понимаешь, что от обещаний до реального воплощения пролегает пропасть. Взять, к примеру, придуманный два года назад учеными из Политехнического института Ренселлера термостойкий наноклей, состоящий всего из одного слоя молекул, которые действуют, как крючки, соединяющие две поверхности. Анонсировалось, что этот суперпрочный клей может склеивать любые материалы, при этом он необыкновенно дешевый: себестоимость 100 г — $35. Несмотря на уникальные свойства и низкую цену, продукт пока не заинтересовал ни одного из производителей. И таким образом обстоят дела со многими проектами. Складывается ощущение, что в исследованиях под знаком «нано» шумихи и научных гипербол больше, чем практической пользы, а сами нанотехнологии превратились в красивое слово, которое автоматически сулит известность и, что немаловажно, деньги.
Глядя на эту нано-эйфорию, которая сейчас царит в СМИ, нельзя не вспомнить всеобщую увлеченность космосом после первых полетов. Тогда оптимисты от науки тоже предсказывали массовое освоение других планет в недалеком будущем: именно так предполагалось спасти Землю от перенаселения, человечество — от последствий экологических катастроф и прочих напастей. Но оказалось, что этот легкий путь — «убежать» от существующих проблем с нашей планеты на другую — пока просто нереален, и надо жить сегодняшним днем. Возможно, и в науке сейчас существуют более насущные и, главное, более перспективные исследования, чем создание умных молекул-роботов. Но простые смертные пока могут только строить об этом предположения.
Наталия Каминская
© 2009 Технополис завтра
Перепечатка материалов приветствуется, при этом гиперссылка на статью или на главную страницу сайта "Технополис завтра" обязательна. Если же Ваши правила строже этих, пожалуйста, пользуйтесь при перепечатке Вашими же правилами.
