Нанотехнологии

Опубликовано 16-01-2012

24

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 атомарной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.

Comments Page

http://ru.wikipedia.org/wiki/Нано_технологии

Реки крови несут боевые нанокорабли к раковым клеткам.
Пилюли от рака — давняя мечта человечества. Сотни разработок и опытов так и не дали надёжного и эффективного варианта лекарства. Но есть шанс, что нанотехнологии наконец-то дадут миру долгожданный чудо-препарат. Собственно, опытный его вариант уже существует и даже проходит тесты на мышах.
http://www.membrana.ru/articles/health/2008/09/16/15…

ПЕРСПЕКТИВЫ НАНОТЕХНОЛОГИЙ.

МЕДИЦИНА

Создание молекулярных роботов-врачей, которые "жили" бы внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения, или предотвращали бы возникновение таковых, включая повреждения генетические. Прогнозируемый срок реализации – первая половина XXI века.

ГЕРОНТОЛОГИЯ

Достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестройки и "облагораживания" тканей человеческого организма. Оживление и излечение тех безнадежно больных людей, которые были заморожены в настоящее время методами крионики. Прогнозируемый срок реализации: третья – четвертая четверти XXI века.

ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул. Вплоть до персональных синтезаторов и копирующих устройств, позволяющих изготовить любой предмет. Первые практические результаты могут быть получены в начале XXI века.

СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО

Замена "естественных машин" для производства пищи (растений и животных) их искусственными аналогами – комплексами из молекулярных роботов. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем. Например, из цепочки "почва – углекислый газ – фотосинтез – трава – корова – молоко" будут удалены все лишние звенья.Останется "почва – углекислый газ – молоко (творог, масло, мясо – все, что угодно)". Стоит ли говорить о том, что подобное "сельское хозяйство" не будет зависеть от погодных условий и не будет нуждаться в тяжелом физическом труде. А производительности его хватит, чтобы решить продовольственную проблему раз и навсегда. По разным оценкам, первые такие комплексы будут созданы во второй – четвертой четвертях XXI века.

БИОЛОГИЯ

Станет возможным "внедрение" в живой организм на уровне атомов. Последствия могут быть самыми различными – от "восстановления" вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов. Прогнозируемый срок реализации: середина XXI века.

ЭКОЛОГИЯ

Полное устранение вредного влияния деятельности человека на окружающую среду. Во-первых, за счет насыщения экосферы молекулярными роботами-санитарами, превращающими отходы деятельности человека в исходное сырье, а во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы. Прогнозируемый срок реализации: середина XXI века.

ОСВОЕНИЕ КОСМОСА

По-видимому, освоению космоса "обычным" порядком будет предшествовать освоение его нанороботами. Огромная армия роботов-молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство и подготовит его для заселения человеком – сделает пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из "подручных материалов" (метеоритов, комет) космические станции. Это будет намного дешевле и безопаснее существующих ныне методов.

КИБЕРНЕТИКА

Произойдет переход от ныне существующих планарных структур к объемным микросхемам, размеры активных элементов уменьшаться до размеров молекул. Рабочие частоты компьютеров достигнут терагерцовых величин. Получат распространение схемные решения на нейроноподобных элементах. Появится быстродействующая долговременная память на белковых молекулах, емкость которой будет измеряться терабайтами. Станет возможным "переселение" человеческого интеллекта в компьютер. Прогнозируемый срок реализации: первая – вторая четверть XXI века.

РАЗУМНАЯ СРЕДА ОБИТАНИЯ

За счет внедрения логических наноэлементов во все атрибуты окружающей среды она станет "разумной" и исключительно комфортной для человека. Прогнозируемый срок реализации: после XXI века.

Исследователи впервые научились использовать свет для прямого привода механических устройств нанометрового масштаба.
http://www.membrana.ru/lenta/?8909

Создан суперводостойкий наноматериал
Суперводостойкий материал был разработан учеными из Швеции. Новая ткань была создана благодаря использованию полиэстровых волокон, которые полностью покрыты силиконовыми наночастицами.
http://novostinauki.ru/news/5012/

Найден новый метод защиты зубов от кариеса.
После специфической обработки зубов, предложенной профессором Игорем Соколовым (Igor Sokolov) и Рави Гаиквадом (Ravi Gaikwad) из университета Кларксона (Clarkson University), бактерии сами "соскальзывают" с эмали.
http://www.membrana.ru/lenta/?8981

Подобная умная пыль – одно из самых перспективных и многообещающих направлений.

На первом этапе скорее всего это будут диагностические сети.

Если в нашей крови будут постоянно циркулировать такие миниатюрные датчики ,передающие дистанционно (скорее всего через интернет) и непрерывно множество данных о состоянии организма,- то это будет огромным прорывом.

Ранняя диагностика заболеваний и их профилактика- станут тогда доступны не на словах.

Сейчас беда в основном даже не в том,что вылечить не можем – а в том,что поздно начинаем лечить.

ххх Само понятие "нанотехнологии" пока весьма субьективно, потому что нанообъекты – это любые(!) объекты размером до 100нм….и повышенный интерес к ним обусловливается тем, что их свойства не подлежат описанию с точки зрения классической механики по причине наличия размерных эффектов…ххх

Группа исследователей из Нью-йоркского Университета сделала очередной прорыв в области нанотехнологий — учёные вплотную подошли к созданию управляемой машины на основе синтетических молекул ДНК.

Исследователи сообщили, что разработанное ими устройство может стать основой для строительства сложных машин молекулярного масштаба, что, в конечном счёте, приведёт к созданию нанороботов, которые будут строить новые молекулы, проводить операции на молекулярном уровне и, таким образом, бороться с заболеваниями.

Наноробот, введённый в организм человека, сможет самостоятельно передвигаться по кровеносной системе и очищать его от микробов или зарождающихся раковых клеток, а саму кровеносную систему — от отложений холестерина. Он сможет изучить, а затем и исправить характеристики тканей и клеток.

Руководитель группы исследователей, профессор химии Нэдриан Симан (Nadrian C. Seeman), заявил, что пока удалось лишь ограничить движение ДНК-устройства в молекулярной среде, но в будущем нанороботы станут полностью управляемыми машинами.

Группа работает над тем, чтобы управлять несколькими парами молекул автономно, без воздействия на другие. Таким образом, они хотят запрограммировать молекулы ДНК, чтобы они могли в заданном порядке самоорганизоваться и объединяться с другими молекулами в более крупную структуру.

В процессе исследований учёные внедрили искусственные нити ДНК ("set strands", "fuel strands") в индивидуальные пары молекул. Затем они развернули парные перекрещивающиеся молекулы (paranemic crossover (PX) molecule) вполоборота и, удалив обе искусственные нити, заменили их новыми "set strands". Тем самым, они изменили конфигурацию ДНК-машины.

Созданная учёными ДНК-машина имеет две своеобразные "руки" — молекулы, которыми исследователи вроде бы научились управлять, но что-либо сделать, например, добавить в раствор определённый химикат, устройство не способно: пока раствор воздействует на все молекулы одновременно и равномерно, то есть "достаётся и нашим, и вашим".

Главный шаг на пути создания нанороботов группа нью-йоркских учёных, по собственному признанию, уже сделала.

Судя по тому, что на создание первой ДНК-машины ушло около 10 лет, первый наноробот появится максимум лет через 5-7.

http://www.membrana.ru/articles/global/2002/01/04/21…

Нанороботы (или наноботы) — это устройства размером в единицы и десятки нанометров (один нанометр — это миллионная доля миллиметра), которые могут самостоятельно манипулировать отдельными атомами. Переставляя атомы, нанороботы смогут самовоспроизводиться, создавать из произвольного материала (земли, воды) любые предметы и так далее: изменениям могут подвергаться практически любые — как органические, так и неорганические вещества. В конечном итоге нанороботы посредством манипуляций с молекулами смогут создать любой предмет или существо.

Нанороботов условно разделяют на два вида: способных конструировать что-либо, например, самовоспроизводиться (ассемблеры), или деконструировать, разбирать (дизассемблеры).

Молекулярные ассемблеры — основной инструмент человека для манипуляций в наномире. Любой вирус в определённом смысле также является ассемблером. Нанороботов нередко так и называют — "искусственные вирусы".

За счёт внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестраивающих и "облагораживающих" ткани организма можно будет достигнуть бессмертия человека, не говоря об оживлении и излечении безнадежно больных и людей, которые были заморожены методами крионики.

В промышленности произойдёт замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул. Вплоть до персональных синтезаторов и копирующих устройств, позволяющих изготовить любой предмет.

Замена произойдёт и в сельском хозяйстве: комплексы из молекулярных роботов придут на смену "естественным машинам" для производства пищи (растений и животных) их искусственными аналогами. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем.

Биологи смогут "внедряться" в живой организм на уровне атомов и станут возможными и "восстановление" вымерших видов, и создание новых типов живых существ, в том числе биороботов.

Космос будет, наконец, освоен: огромная армия роботов-молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство и подготовит его для заселения человеком — сделает пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из "подручных материалов" (метеоритов, комет) космические станции.

В кибернетике произойдёт переход к объёмным микросхемам, а размеры активных элементов уменьшаться до размеров молекул. Рабочие частоты компьютеров достигнут терагерцовых величин. Получат распространение схемные решения на нейроноподобных элементах. Появится долговременная быстродействующая память на белковых молекулах, ёмкость которой будет измеряться терабайтами. Станет возможным "переселение" человеческого интеллекта в компьютер.

За счёт внедрения логических наноэлементов во все атрибуты окружающей среды она станет "разумной" и исключительно комфортной для человека.

Простая методика получения нанопроволоки была разработана Анастасией Пучковой и Петром Соколовым, студентами кафедры молекулярной биофизики СПбГУ, под руководством профессора Нины Анатольевны Касьяненко. Такая проволока пригодится во многих областях науки и промышленности: например, для создания транзисторов и биодетекторов.

Нановолокна можно получать механическим способом. Однако он требуют создания специальных условий: например, сверхвысокого вакуума в рабочей камере, высокой чистоты материалов.

Идея биофизических методов состоит в следующем: в природе существуют готовые волокна, нуклеиновые кислоты и белки, и надо научиться их использовать. Эту идею предложил еще в 1998 году Эрез Браун, но реализовать её оказалось трудной задачей.

Вот именно решением этой задачи и занялись на кафедре СПбГУ. В результате технология сводится к следующему: капля водно-солевого раствора ДНК наносится на кремниевую поверхность.

Происходит фиксация макромолекул на подложке в виде протяжённых, вытянутых, ориентированных структур, после чего каплю смывают, а поверхность высушивают.

Затем на неё капается раствор нитрата серебра. Серебро из раствора осаждается на ДНК, причем слой металла получается не равномерным, а в виде ожерелья из бусинок, примыкающих друг к другу. Остаток раствора нитрата серебра смывают — и нанопроволока готова.

http://www.nanorf.ru/events.aspx?cat_id=223&d_no…

Однако, главной задачей является, пожалуй, практическое применение данной технологии, в конкретных устройствах, дальнейшая коммерциализация и выведение на рынок нового инновационного продукта.

Глюкоза
Прогресс в разработке наноразмерных устройств различного назначения не стоит на месте. Однако не менее важно, чтобы параллельно с ними развивались столь же миниатюрные, но вместе с тем достаточно мощные источники питания. Именно недостаточная мощность – основной недостаток разработанных к настоящему времени источников питания для наноустройств. Поэтому вполне логично, что определенный интерес вызывают источники питания, используемые в живых организмах, например, молекулы глюкозы.

В частности, международный коллектив исследователей предложил электрохимическую ячейку оригинальной конструкции. В качестве катализаторов на катоде и аноде используются лакказа и глюкозоксидаза, соответственно. Глюкозоксидаза катализирует окисление beta-D-глюкозы молекулярным кислородом, однако ее активность довольно ограничена, поскольку ее кофактор, флавинадениндинуклеотид (ФАД), закрыт белковой оболочкой. В то же время известно, что иммобилизованная на поверхности углеродной нанотрубки (УНТ) глюкозоксидаза демонстрирует биокаталитическую активность. Поэтому нанонити из композита Нафион / поливинилпирролидон ("протонный мостик"), соединяющий золотые электроды, предварительно диспергировали в растворе УНТ. Таким образом, при заправке рассматриваемой ячейки "топливом", а именно раствором содержащем глюкозу, на аноде глюкоза окисляется до глюконолактона, в то же время на катоде происходит восстановление кислорода с образованием воды.

Чтобы продемонстрировать потенциал предложенной электрохимической ячейки, авторы статьи интегрировали ее в pH-метр и биосенсор для измерения уровня содержания глюкозы. Полученные устройства продемонстрировали быстрый отклик при добавлении щелочи и раствора глюкозы соответственно. Что же касается мощности ячейки, то, как и предполагалось, она значительно превосходит другие источники питания, например, наноразмерная солнечная батарея на основе одиночной нанонити обладает мощностью 50-200 пВт, в то время как мощность рассмотренной в статье электрохимической ячейки составляет 0.5-3 мкВт. Кроме того, ячейка может применяться для питания наноустройств, которые предназначены для использование в условиях с ограниченным доступом света, когда невозможно применение солнечных батарей.

Группа ученых из США считает, что мы должны учиться у природы, чтобы создавать эффективные нано-машины.

Сегодня многие люди представляют себе нано-роботов будущего как уменьшенные версии больших машин. Создать таких на нано-уровне принципиально невозможно из-за огромной роли флуктуаций, которые там доминируют. Принципы нано-робототехники должны быть совершенно иными.

Природа научилась использовать эти флуктуации для создания эффективных и надежных механизмов, а не подавлять их, как это пытаются делать люди.

В качестве примера, в статье сравнивается бактерия Echinacea Coli и современный микро-процессор Intel i5-600. В течение миллиардов лет эволюции природа создала само-собирающихся, само-размножающихся, само-вылечивающихся и адаптивных организмов, в которых:
- плотность памяти на 8 порядков выше;
- вычислительная емкость на 3 порядка выше;
- расход энергии на 8 порядков ниже, чем у Intel i5-600.

Авторы работы обсуждают стратегию исследований, направленных на изучение способности биологических организмов создавать функциональность из шумного нано-мира.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn201011m

Я согласен с этими доводами и считаю, что нано-робототехника обречена на провал, если люди не научатся создавать функциональность из шума (флуктуаций). Как этому научиться – надо изучать, как это устроено в биологических системах.

Исследуя природу, человеку будет выгоднее модифицировать биохимические процессы в своих интересах (био-инженерия), чем создавать что-то принципиально новое. Нано-роботы будущего мне представляются биологическими, а не механическими.

18 июня на Петербургском международном экономическом форуме 2011 председатель правления "РОСНАНО" Анатолий Чубайс выступил на видеоконференции «Заводы наноиндустрии в 2011 году: 13+».

Гвоздём программы стал рассказ о пусках в минувшем и нынешнем году при участии «РОСНАНО» целого ряда новых российских производств высокотехнологической продукции. Это заводы, занятые выращиванием искусственных сапфиров и изготовлением светодиодов, специализирующиеся на ионно-плазменном напылении нанопокрытий, которые улучшают свойства режущих инструментов, и предприятия, производящие лазеры для оптоволоконных сетей связи, чипы радиочастотной идентификации и упаковочные пищевые плёнки с улучшенными параметрами…

На данный момент из почти 2000 заявок на финансирование, поданных в «РОСНАНО», через горнило всевозможных экспертиз (как в части науки и техники, так и в части бизнеса) прошло всего 113 проектов, утверждённых и направленных на реализацию. Их общий бюджет — 381,6 млрд рублей, из которых «РОСНАНО» (читай — государство) обеспечивает только 173,1 миллиарда, а остальное (то есть большую долю) — соинвесторы. Похоже, частный капитал поверил в прибыльность развития инновационных отечественных производств.

Эта сотня с лишним проектов относится к сферам наноматериалов и нанопокрытий, медицины и фармацевтики, оптики и электроники, энергоэффективных технологий.

Глава «РОСНАНО» привёл немало примеров успешных новичков. Скажем, уже заработавшее уфимское предприятие "ЕСМ". Оно выпускает передовые электрохимические станки для изготовления деталей из металлов, сплавов, металлокерамики и наноструктурированных материалов.

Ещё Анатолий Чубайс рассказал о новосибирской компании "Литий-ионные технологии" («Лиотех»). В третьем-четвёртом квартале 2011 года она должна приступить к серийному выпуску современных литиево-ионных батарей для электротранспорта и энергетики.

Первый образец электробуса, предназначенного для Олимпиады в Сочи и оснащённого аккумуляторами от «Лиотех», должен быть построен уже к концу нынешнего года. Сам автобус создают группа ГАЗ и НАМИ.

В прошлом месяце «РОСНАНО» открыло первый магазин нанотехнологической продукции.

http://www.membrana.ru/particle/16351

Ученые из Университета Тафтса построили самый маленький из созданных на настоящий момент наномоторов. Новый мотор также является первым работающим электронаномотором (предыдущие образцы наномоторов использовали для работы свет или химические реакции).

Мотор представляет собой молекулу, расположенную на медной подложке. Та состоит из атома серы, от которого отходит две "руки", составленные из атомов углерода и водорода соответственно. Над молекулой располагается игла сканирующего туннельного микроскопа, которая и играет роль отрицательного полюса питания для мотора. Температура системы, размеры которой составляют порядка одного нанометра (размер предыдущего мотора-рекордсмена составлял 200 нанометров), при этом достигает 5 кельвинов.

Под воздействием электронов, попадавших на молекулу с иглы микроскопа, мотор начинал вращаться вокруг вертикальной оси. Это, в свою очередь, приводило к поступательному движению молекулы. При рабочей температуре количество оборотов составляло порядка 50 в секунду.

Сами ученые надеются, что подобные моторы в будущем могут найти применение при создании наносистем. Так, например, подобными молекулами могут быть покрыты внутренности нанососудов. Движение моторов будет способствовать движению жидкости. Кроме этого, моторы могут пригодиться для создания миниатюрных сенсоров.

http://www.lenta.ru/news/2011/09/05/motor/

можно почитать об этом же на Мембране. ру http://www.membrana.ru/particle/16699