Введение

Нанотехнологии смело можно назвать фантастикой, которая стала реальностью. Человечество научилось уже управлять атомами. Современные технологии позволяют составлять из атомов различные устройства и механизмы, которые невозможно увидеть невооруженным глазом. Наука, вобравшая в себя последние достижения в области изучения наномира, включающая в себя самые разные дисциплины, такие как биология, физика, химия и называется Нанотехнологией. Они уже давно ворвались в жизни человека и остались незаметными только потому, что не показали своих истинных возможностей.

Актуальность проекта: в недалеком будущем нанотехнология может стать одной из ведущих отраслей современной науки. Перспективы 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 на благо человечества.

Цель проекта: выявить положительные и отрицательные факторы в применении нанотехнологий, влияние этих факторов на дальнейшее развитие различных видов промышленности, а также на организм человека.

Задачи проекта:

• Раскрыть понятие нанотехнологии, изучить направления науки.
• Изучить историю возникновения нанотехнологии.
• Проанализировать использование свойств объектов и материалов.
• Изучить основные задачи нанотехнологии.
• Изучить применение нанотехнологии в жизни человека.
• Провести анализ положительных и отрицательных воздействий данной технологии при ее использовании.

В данном проекте я исследовал как использование нанотехнологий может повлиять на сферы деятельности человечества.

Что такое нанотехнологии?

Нанотехнология – новое направление науки и технологии, бурно развивающееся в последнее десятилетие. Сущность нанотехнологии в способности работать на молекулярном уровне, атом за атомом создавать большие структуры с новой молекулярной организацией. Дело в том, что практически все вещества в этом мире состоят из одних и тех же атомов. И лишь упорядоченность атомов определяет, какое вещество мы в итоге получим. Задавшись как-то вопросом – почему бы не научиться самим менять эти атомы в произвольном порядке, ученые создали нанотехнологии.

По определению, данному пионером этого направления Эриком Дрекслером, нанотехнология – это «ожидаемая технология производства, ориентированная на дешевое получение устройств и веществ с заранее заданной атомарной структурой». Это значит, что она оперирует с отдельными атомами для того, чтобы получить структуры с атомарной точностью.
       В этом коренное отличие нанотехнологий от современных «объёмных»
bulk-технологий, которые манипулируют макрообъектами.

Нанотехнологии включают в себя широкий спектр технологий для контроля над структурой материи на уровне атомов и молекул. Нанометр - это одна миллиардная метра, ширина 10 расположенных рядом атомов водорода толщина человеческого волоса равна примерно 80 тысячам нанометров. Трудно даже представить себе что-то настолько мала, еще труднее поверить, что это может использоваться в производственных процессах.

На таком микроскопическом уровне материя ведет себя не так, как в нашей повседневной жизни в этом мире, где царит классическая ньютонова физика.

В наномире «свойства материи оговариваются сложным и богатым сочетанием классической физики и квантовой механики», - говорилось в эксклюзивном онлайн-выпуске журнала Scientific American за январь 2006.

Также в больших количествах миниатюрные нановещества могут иметь огромную мощность за их значительно больше отношение площади поверхности к объему.

«С уменьшением величины частиц и ростом их реакционной способности, вещество, которое может быть инертным в микро- или макромасштабе, способна приобретать опасных свойств в наномасштабе», - сообщается в Vital Signs 2006-2007.

Современная тенденция к миниатюризации показала, что вещество может иметь совершенно новые свойства, если взять очень маленькую частицу этого вещества. Частицы размерами от 1 до 100 нанометров обычно называют «наночастицами». Так, например, оказалось, что наночастицы некоторых материалов имеют очень хорошие каталитические и адсорбционные свойства. Другие материалы показывают удивительные оптические свойства, например, сверхтонкие пленки органических материалов применяют для производства солнечных батарей. Такие батареи, хоть и имеют сравнительно низкую квантовую эффективность, зато более дешевые и могут быть механически гибкими. Удается добиться взаимодействия искусственных наночастиц с природными объектами наноразмеров - белками, нуклеиновыми кислотами и другими. Тщательно очищенные наночастицы могут самовыстраиваться в определенные структуры. Такая структура содержит строго упорядоченные наночастицы и также часто проявляет необычные свойства.

Нанотехнологии: история возникновения и развития

Нанонаука основана на изучении, создании и модифицировании объектов, которые включают компоненты размерами менее 100 нм хотя бы в одном измерении в результате получают принципиально новые качества. Эта отрасль знаний относительно молода и насчитывает не более столетия. Первыми учеными, использовавшим измерения в нанометрах, принято считать швейцарского физика Альберта Эйнштейна, который в 1905 году опубликовал работу, в которой доказывалось, что размер молекулы сахара составляет примерно 1 нанометр (10-9 м). Идею же создания специальных приборов, способных проникнуть в глубину материи до границ наномира, выдвинул выдающийся американский инженер-электрик и изобретатель, физик, философ сербского происхождения Никола Тесла. Именно он предсказал создание электронного микроскопа. Впервые теоретические исследования, положившие начало разработке инструментального обеспечения будущих нанотехнологий, - это труды физика-теоретика российского происхождения Георгия Антоновича Гамова. Он впервые, еще в 20-е годы XX века, произвел решения уравнений Эрвина Шредингера. Уникальное свойство, характерное для квантовых частиц, в том числе и электронов, заключается в их способности проникать через преграду, даже когда их энергия ниже потенциального барьера, соответствующего данной преграде. Электрон, встретив на пути преграду, для прохождения которой требуется больше энергии, чем есть у него, не отразится от нее, а с потерей энергии (как волна) преодолеет эту преграду. Открытое явление, названное «туннельным эффектом», позволило объяснить многие экспериментально наблюдавшиеся процессы. Найденное решение было применено для описания процессов при вылете частицы из ядра, составляющих в настоящее время основу атомной науки и техники. Уже в 1956 году Гамов Г.А. получил премию Калинга за популяризацию науки [2, 14]. В 1931 году немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты. В этом же году компания Siemens, в которой работал Э.А. Руска, выпустила первый коммерчиский электронный микроскоп с разрешающей способностью 10 нм. Следующий шаг вперед был сделан только в 1956 году, когда сотрудник картографической службы военного ведомства США Джон Алоизиус ОКифи предложил конструкцию микроскопа, в котором свет должен был выходить из крошечного отверстия в непрозрачном экране и освещать объект, расположенный очень близко от экрана. Свет, прошедший через образец или отраженный от него обратно в отверстие, регистрировал в процессе возвратно-поступательного движения (сканирования) образца. Американец назвал свой метод растровой микроскопией ближнего поля и указал, что разрешение такого микроскопа ограничивается не длиной волны свет, а только размером отверстия. Теоретически подобное устройство могло бы давать изображение деталей размером меньше половины длины волны. Бурное развитие электроники 50-х годов XX века привело к открытию туннельного диода японским физиком Лео Эсаки. В это же время, руководитель сектора физико-теоретических исследований НИИ «Пульсар» Юрий Сергеевич Тиходеев, впервые предложил расчеты параметров и варианты применения приборов на основе многослойных туннельных структур, позволяющих достичь рекордных на тот период результатов по быстродействию. Мысль о том, что в будущем человечество сможет создавать объекты, собирая их «молекула за молекулой», «атом за атомом», восходит к знаменитой лекции «Там внизу много места» одного из крупнейших физиков XXвека, лауреата Нобелевской премии, профессора Калифорнийского технологического института [1, 18, 12]. Ученый впервые прочел лекцию на годичном собрании американского физического общества, которая называлась «Полно игрушек на полу комнаты». Он обратил внимание на проблемы миниатюризации, которая в то время была актуальна и в физической электронике, и в машиностроении, и в информатике. Эта работа считается некоторыми основополагающей в нанотехнологии. Фейнман с очень общей точки зрения проанализировал возможности изменения масштабов электромеханических приборов, электрических схем и проблему записи, сжатия и сохранения информации. Идеи Ричарда Фейнмана казались слушателям фантастическими, поскольку практическая реализация предлагаемых им устройств и механизмов считалась проблемой далекого будущего или вообще невозможной. Сегодня мы вновь убеждаемся, что идеи великого американского физика оказались вполне реалистичными, а многие из них уже воплощены в математических расчетах и практических применениях [14, 16]. Наиболее актуальной оставалась задача разработки и создания инструментального (метрологического) оборудования для изучения атомного строения конструкционных материалов на наноуровне. В 1964 году, Гордон Эрл Мур, почетный президент и один из основателей американской корпорации выдвинул предложение о том, что число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые два года. Это наблюдение получило название первого закона Мура. Показав зависимость роста производительности запоминающих микросхем от сроков их изготовления, он обнаружил закономерность: новые модели микросхем каждый раз появлялись через приблизительно равные промежутки времени. При этом их емкость возрастала каждый раз примерно вдвое. Таким образом, развитие микроэлектроники стремительно подталкивало к дальнейшей миниатюризации компонентной базы, а следовательно, и к исследованиям в области ее инструментального обеспечения. Американский физик Рассел Янг, работавший в Национальном бюро стандартов, в 1966 году предложил пьезоэлектрическое управляющее устройство, применяемый сегодня в сканирующих туннельных микроскопах и для позиционирования наноинструментов. В это же время Дэвид Джонс теоретически конструировал замкнутые сфероидальные клетки из своеобразно свернутых нанографитовых слоев. Было показано, что объектом, внедренным в гексагональную решетку обычного графита и приводящим к образованию сложной искривленной поверхности, может быть пятиугольник. В 1971 году Р.Янг предложил идею прибора Topografiner, послужившего прообразом зондового микроскопа. Однако по экономическим причинам вскоре работы над прибором были прекращены. Через год, в 1972 году Янг сумел осуществить перемещение и позиционирование объектов в трех направлениях с точностью до 0,01 Ангстрем, применив перемещающие устройства на базе пьезоэлектриков. Со времени создания пьезодвигателя прошло более пяти лет. Длительные сроки разработки подобных устройств объясняются тем, что наблюдение за атомарными структурами приводит к изменению их состояния, поэтому требовались качественно новые подходы, не разрушающие исследуемое вещество. Многие ученые в мире в той или иной степени работали с объектами наноуровня, но термин «нанотехнология» впервые предложил японский физик Норио Танигучи из Токийского университета. Нанотехнология, по мнению Танигучи - это технология объектов, размеры которых составляют порядка 109 м (атомы, молекулы), включающая процесс разделения, сборки и изменения материалов путем воздействия на них одним атомом или одной молекулой. Накопления знаний в области нанотехнологий позволило по-новому взглянуть на ряд уникальных природных явлений. К примеру в 1975 году немецкие ученые-ботаники В. Бартлотт и К. Найнуйс обнаружили и запонтентовали явление самоочистки поверхностей некоторых растений, а также тот факт, что этот феномен протекает в наноструктуированных поверхностных областях. Термин «нанотехнология» стал популярен в 1986 году после выхода в свет знаменитой книги К. Э. Дрекслера «Машины творения: наступающая эра нанотехнологий». В настоящее время понятие «нанотехнология» включает в себя не только совокупность методов и способов синтеза, сборки, структурообразования и модифицирования материалов, направленных на создание систем с новыми свойствами, которые обусловлены проявлением наномасштабных (на уровне молекул и атомов) явлений и факторов, но и систему знаний, умений, навыков, материаловедческое, аппаратурное, информационное обеспечение процессов, а также технологических операций. В России первая отечественная нанотехнологическая установка, осуществлявшая направленный уход частиц с острия зонда микроскопа под влиянием нагрева, заработала в 1987 - 1988 годах в научно-исследовательском институте «Дельта». Она была создана под руководством П. Н. Лускиновича. Практически в это же время в 1990 году был выделен первый способ искусственного получения и выделения твердого кристаллического фуллерита в институте ядерной физики в Германии. В области прикладных нанотехнологических исследований также можно отметить работы, проводимые корпорацией НТ-МДТ, созданной в 1991 году в Зеленограде выпускниками Московского физико-технического института. Постановлением Правительства РФ от 2 августа 2007 года № 498 утверждена Федеральная целевая программа «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008 - 2010 годы. Целью данной программы явилось - создание в России современной инфраструктуры национальной нанотехнологической сети для развития и реализации потенциала отечественной наноиндустрии [1, 6, 18]. Таким образом, история развития нанотехнологий показывает нам, что не все грани нашего человечества открыты и доказаны. Нанотехнологии развиваются и играют незаменимую роль в нашей повседневной жизни. 

Инструменты нанотехнологий

Наномашины

В природе на наноуровне, то есть на уровне атомов и молекул, происходит множество процессов. Мы можем, конечно, и сейчас оказывать влияние на то, как они протекают. Но делаем мы это практически вслепую. Наномашины – это адресный инструмент для работы в наномире, это устройства, позволяющие манипулировать одиночными атомами и молекулами. До недавнего времени только природа могла создавать их и управлять ими. Мы в шаге от того дня, когда тоже сможем делать это.

Что могут наномашины? Возьмем, к примеру, химию. Синтез химических соединений основан на том, что мы создаем необходимые условия для протекания химической реакции. В результате на выходе имеем некое вещество. В будущем химические соединения можно будет создать, условно говоря, механическим путем. Наномашины смогут соединять и разъединять отдельные атомы и молекулы. В результате будут образовываться химические связи или, наоборот, имеющиеся связи будут рваться. Наномашины-строители смогут создавать из атомов нужные нам молекулярные конструкции. Нанороботы-химики – синтезировать химические соединения. Это прорыв в создании материалов с заданными свойствами. Одновременно это прорыв в деле защиты окружающей среды. Несложно предположить, что наномашины – прекрасный инструмент для переработки отходов, которые в обычных условиях сложно поддаются утилизации. Тем более если говорить о наноматериалах. Ведь чем дальше заходит технический прогресс, тем сложнее окружающей среде справляться с его результатами. Слишком долго происходит разложение в природной среде новых материалов, придуманных человеком. Всем известно, как долго разлагаются выброшенные пластиковые пакеты – продукт предыдущей научно-технической революции. Что будет с наноматериалами, которые рано или поздно окажутся мусором? Их переработкой должны будут заняться те же наномашины.

Ученые давно уже говорят о механосинтезе. Это химический синтез, который осуществляется благодаря механическим системам. Его преимущество видится в том, что он позволит позиционировать реагирующие вещества с высокой степенью точности. Вот только пока не существует инструмента, который позволил бы эффективно осуществлять его. Конечно, такими инструментами могут выступать существующие сегодня атомно-силовые микроскопы. Да, они позволяют не только заглянуть в наномир, но и оперировать атомами. Но они как объекты макромира не лучшим образом подходят для массового применения технологии, чего нельзя сказать о наномашинах. В будущем на их основе будут создавать целые молекулярные конвейеры и нанофабрики.

Но уже сейчас имеются целые биологические нанофабрики. Они существуют в нас и во всех живых организмах. Вот поэтому от нанотехнологий ожидают прорывов в медицине, биотехнологиях и генетике. Создав искусственные наномашины и внедрив их в живые клетки, мы можем добиться впечатляющих результатов. Во-первых, наномашины могут быть использованы для адресной переноски лекарственных препаратов к нужному органу. Нам не придется принимать лекарство, понимая, что только часть его попадет к больному органу. Во-вторых, уже сейчас наномашины берут на себя функции редактирования генома. Технология CRISPR/Cas9, подсмотренная у природы, позволяет вносить изменения в геном как одноклеточных, так и высших организмов, и в том числе человека. Причем речь идет не только о редактировании генома эмбрионов, но и генома живых взрослых организмов. И займутся всем этим наномашины.

Наноматериалы

Создание материалов со свойствами, которые раньше невозможно было и представить, – еще одна возможность, которую нам предоставляют нанотехнологии. Чтобы считаться «нано», материал должен иметь один или несколько размеров, лежащих в нанодиапазоне. Либо быть созданным с использованием наночастиц или посредством нанотехнологий. Самая удобная на сегодня классификация наноматериалов – по размерности структурных элементов, из которых они состоят.

Нанообъект – это физический объект исследований и разработок, размеры которого принято измерять в нанометрах. Нанотехнология имеет дело как с отдельными нанообъектами, так и с материалами на их основе, а также процессами на нано-уровне.

К наноматериалам относятся такие материалы, основные физические характеристики которых определяются содержащимися в них нанообъектами.

Наночастица – это нанообъект, у которого все характерные линейные размеры имеют один порядок величины. Как правило, наночастицы имеют сфероидальную форму. Если в наночастице наблюдается ярко выраженное упорядоченное расположение атомов или ионов, то такие наночастицы называют нанокристаллитами. Наночастицы с выраженной дискретностью системы уровней энергии часто называют «квантовыми точками» или «искусственными атомами».

Самая удобная на сегодня классификация наноматериалов – по размерности структурных элементов, из которых они состоят.

Нульмерные (0D) – нанокластеры, нанокристаллы, нанодисперсии, квантовые точки. Ни одна из сторон 0D-наноматериала не выходит за пределы нанодиапазона. Это материалы, в которых наночастицы изолированы друг от друга. Первые сложные нульмерные структуры, полученные и применяемые на практике, – это фуллерены. Фуллерены – это сильнейшие антиоксиданты из известных на сегодняшний день. В фармакологии с ними связывают надежды на создание новых лекарств. Производные фуллеренов хорошо показывают себя в лечении ВИЧ. А при создании наномашин фуллерены могут быть использованы в качестве деталей. Наномашина с фулереновыми колесами на изображении выше.

Одномерные (1D) – нанотрубки, волокна и прутки. Их длина составляет от 100 нм до десятков микрометров, но диаметр укладывается в нанодиапазон. Самые известные одномерные материалы сегодня – это нанотрубки. Они обладают уникальными электрическими, оптическими, механическими и магнитными свойствами. В ближайшее время нанотрубки должны найти применение в молекулярной электронике, биомедицине, в создании новых сверхпрочных и сверхлегких композиционных материалов. Уже используются нанотрубки и в качестве игл в сканирующих туннельных и атомно-силовых микроскопах. Выше говорилось о создании на основе нанотрубок нанорадио. Ну и, конечно, на углеродные нанотрубки возлагается надежда как на материал для троса космического лифта.

Двумерные (2D) – пленки (покрытия) нанометровой толщины. Это всем известный графен – двумерная аллотропная модификация углерода (за графен вручена Нобелевская премия по физике за 2010 год). Менее известные общественности силицен – двумерная модификация кремния, фосфорен – фосфора, германен – германия. В прошлом году ученые создали борофен, который, в отличие от других двумерных материалов, получился не плоским, а гофрированным. Расположение атомов бора в виде гофрированной структуры обеспечивает уникальные свойства полученного наноматериала. Борофен претендует на лидерство по прочности на растяжение среди двумерных материалов.

Двумерные материалы должны найти применение в электронике, при создании фильтров для опреснения морской воды (графеновые мембраны) и создании солнечных батарей. Уже в ближайшее время графен может заменить окись индия – редкого и дорогого металла – при производстве сенсорных экранов.

Трехмерные (3D) наноматериалы – это порошки, волоконные, многослойные и поликристаллические материалы, в которых вышеперечисленные нульмерные, одномерные и двумерные наноматериалы являются структурными элементами. Плотно прилегая друг к другу, они образуют между собой поверхности раздела – интерфейсы.

Области применения нанотехнологий

Очевидно гигантские возможности нанотехнологий, которые открываются в таких направлениях, как медицина, химия, физика, биология и прикладных областях - военная промышленность, косметическая технология, ИТ-индустрия.

В наиболее общей постановке проблема применения нанотехнологий в медицине заключается в необходимости изменять структуру клетки на молекулярном уровне, то есть осуществлять «молекулярную хирургию». Она может состоять из таких операций как узнавание определенных фрагментов молекул и клеток, разрыве или соединении частей молекул, добавление или удаление молекулярных фрагментов, полной разборки и сборки молекул и клеточных структур по определенной программе.

В настоящее время уже есть опытные образцы наноконтейнер для прицельной доставки лекарств к пораженным органам и наноизлучателей для уничтожения злокачественных опухолей для создания материалов, необходимых при лечении ожогов и ран; в стоматологии в косметологии.

Нанотехнологии способны также стабилизировать экологическую обстановку. Новые виды промышленности не будут производить отходов, отравляющих планету, а нанороботы смогут уничтожать последствия старых загрязнений. Кроме того, нанотехнологии сейчас используются для фильтрации воды и других жидкостей.

Особые надежды на нанотехнологии возлагают специалисты в области электроники и информационных технологий. В 1965 году можно было уместить на одном чипе лишь 30 транзисторов. В 1971 году - 2 тыс. Сейчас один чип содержит около 40 млн транзисторов величиной 130-180 нанометров, и появились сообщения, что удалось создать транзистор размером 90 нанометров. Этот процесс сделал сложную электронную и компьютерную технику доступной для большинства потребителей.

Сегодня в разгар нанотехнологического бума, охватившего большинство сфер деятельности человека, именно вычислительная техника стала «испытательным полигоном» для нанотехнологии, проходя последовательные стадии миниатюризации элементов устройств, создаются. Наносистемы представляют собой в общем виде распределены среды с механизмами взаимодействия на наноуровне. Именно эти механизмы определяют процессы самосборки или самоорганизации на уровне структуры системы, которые приводят к появлению новых, возникающих на макроуровне свойств системы. В силу сходства принципов построения и функционирования распределенных систем на разных уровнях структурной организации, а также возникающих в них процессов и новых свойств, оказывается и ряд аналогий между системами, построенными на уровне наноразмеров, и макроскопическим распределенными системами.

Военные исследования в мире ведутся в шести основных сферах: технологии создания и противодействия «невидимости» (известные самолеты-невидимки, созданные на основе технологии stealth), энергетические ресурсы, системы (например, позволяющие автоматически чинить поврежденную поверхность танка или самолета), самостоятельно восстанавливаются, связь, а также устройства обнаружения химических и биологических загрязнений. Предполагалось, что в 2008 году будут представлены первые боевые наномеханизмы.

Нанотехнологии способны совершить революцию в сельском хозяйстве. Молекулярные роботы могут производить пищу, заменив сельскохозяйственные растения и животных. Например, теоретически возможно производить молоко прямо из травы, минуя промежуточное звено - корову.

1. Нанотехнологии в пищевой промышленности

     В настоящее время ведутся исследования по использованию нанотехнологий в пищевой промышленности. Даже введён термин для продуктов такого производства: «наноеда». Этот термин не означает, что порции теперь будут наноразмера. Он означает, что в технологии будут использованы вкрапления наночастиц, способных помочь решить многие реальные проблемы современного фермера, а так же послужить появлению совсем уж фантастических товаров.

     Согласно общепринятой научной терминологии, продукт может называться «нанопродуктом», если при его выращивании, производстве, переработке или упаковке использовались наночастицы, нанотехнологические разработки и инструменты. Разработчики нанопродуктов обещают более совершенный процесс производства и упаковки продуктов питания, их улучшенный вкус и новые питательные свойства, ожидается также производство «функциональных» продуктов (продукт будет содержать лекарственные или дополнительные питательные вещества). Ожидается также увеличение производительности и уменьшение цен на пищевые продукты.

     Согласно докладу «Нанотехнологии в сельском хозяйстве и пище», подготовленном британским Институтом нанотехнологий (Institute of Nanotechnology), нанопродукты могут содержать видоизмененные молекулы, придающие еде необычные свойства: например, пища может быть непривычного цвета или даже… светиться в темноте. На потребительском рынке уже несколько лет ходят слухи, что первые образцы «наномяса»… зеленого цвета. Но это, скорее, частности, игра ученых умов. Основные же надежды прежде всего связаны с улучшением питательных свойств, вкуса и полезности продуктов, а также cо снижением производственных издержек. 
    Крупные пищевые корпорации активно приветствуют нанодостижения. Их привлекает гипотетическая возможности производить стейки и сандвичи, способные не портиться по пять-семь лет, и фрукты, покрытые защитной нанопленкой, отталкивающей грязь. Такая пленка невидима, неощутима на вкус; она разлагается в желудке без всякого вреда для него и выводится естественным путем.

     Нанотехнологии также могут предоставить пищевикам уникальные возможности по контролю качества и безопасности продуктов в процессе производства. Речь идёт о диагностике с применением различных наносенсоров, способных быстро и надёжно выявлять в продуктах наличие загрязнений или неблагоприятных агентов. Еще одно невспаханное поле нанотехнологии – это разработка методов транспортировки и хранения продуктов, ведь упаковка не менее важный фактор современной пищевой продукции, чем её содержание.

     Среди более далёких перспектив применения нанотехнологий заявляются проекты изготовления унифицированных интерактивных напитков и еды: покупая такую продукцию потребитель при помощи несложных манипуляций сможет изменять цвет, запах и даже вкус продукта.

По данным ведущего мирового аналитика промышленных нанотехнологий, компании Helmut Kaiser Consultancy, изготовленная при помощи нанотехнологий еда, с соответствующим питательным составом, сохраняющая тот же вкус и структуру, что и произведенная естественным способом, к 2040 году станет в порядке вещей, нормой.

     Ученые – оптимисты, такие, как профессор Университета Аархуса (University of Aarhus, Дания) Нильс Кристиан Нильсен, уверены, что нанотехнологии сотрут грани между научными дисциплинами; так, при помощи наноцепочек, «прикрепленных» к еде, можно будет улучшать состояние тканей организма и устраивать профилактику внутренним органам. Однако не все ученые настроены столь радужно: недавние наблюдения доктора Александры Портер из Кембриджского университета (Cambridge University) за проникновением и перемещением внутри человеческих клеток наноматериалов показали, что их взаимодействие с внутриклеточными белками, органеллами и особенно ДНК «заметно увеличивает ядовитый потенциал наноматериалов». 
    Неудивительно, что потенциальные потребители изрядно обеспокоены: опрос, проведенный германским Федеральным институтом по оценке рисков (Bundesinstitut für Risikobewertung,BfR) по поручению властей Евросоюза, показал, что большинству потребителей наноеда представляется такой же сомнительной и опасной, как трансгенная продукция.

     Нельзя не отметить, что на современном рынке уже насчитывается более 50 товаров, производимых с использованием нанотехнологии, однако производители вовсе не обязаны уведомлять об этом потребителей, поскольку передовой научный фронт в этом направлении еще намного опережает правовой.

1. Нанотехнологии в быту

     Лейкопластырь: кусочек лейкопластыря, которым мы заклеиваем порез, имеет нанослой серебра, помогающий быстрее залечивать рану. Это потому, что серебро имеет антибактериальные свойства, которые действуют лучше с повышением площади поверхности, что обеспечивается наночастицами.

     Зубная паста: почистите свои белоснежные зубы определенной пастой, и наночастицы минералов на основе гидроксиапатитов кальция заполнят микротрещины в эмали и сохранят зубы от кариозных полостей.

     iPhone: в смартфонах используются самые разные нанотехнологии, и одной из самых гениальных является нанодатчик вибраций, фиксирующий движения телефона в игровых целях и для безопасности. Да, ваш iPhone знает, когда вы его уронили, и закрывает части своей системы для защиты. Даже если лопнет стекло с повышенной сопротивляемостью к ударам и царапинам, наночипы внутри продолжат работать.

     Автомобильная краска: владельцам мерседесов больше не нужно бояться царапин на кузове автомобиля, так как наночастицы краски действуют, как слой микроскопических шариков, заполняя любые полости на поверхности.

     Грязезащитная одежда: даже самые неаккуратные люди могут легко решить проблему пятен на одежде при помощи специального нанопокрытия. Оно представляет собой совершенно невидимое грязе- и водоотталкивающее средство для одежды из шерсти, шелка или синтетики. При этом воздухопроницаемость ткани остается прежней, на вид и на ощупь она остается совершенно без изменений.

     Солнцезащитный крем: оксид алюминия – активный ингредиент в солнцезащитных средствах, поглощающих ультрафиолетовые лучи – распадается при смешивании с другими молекулами, такими как пот на коже. Поместите эти активные ингредиенты в наноэмульсию, и они останутся отделенными от окружающей среды и смогут выполнять свою поглощающую функцию.

     Каноловое масло: многие белки и витамины не растворяются в воде, а потому их сложно добавлять в еду. Но если разбить их на нанокапли, проблема будет решена. Каноловое масло содержит нанокапли фитостеролов, которые позволяют держать на низком уровне содержание холестерина, а потому можно есть жареных цыплят круглые сутки и при этом не страдать от последствий накопления холестерина в организме.

1. Использование нанотехнологий в медицине

          Наномедицина — слежение, исправление, конструирование и контроль над биологическими системами человека на молекулярном уровне, используя разработанные наноустройства и наноструктуры. (Р. Фрейтас).

     Наномедицина подразумевает применение достижений нанотехнологии при лечении и омоложении человека, включая достижение физического бессмертия.

     Классик в области нанотехнологических разработок и предсказаний Эрик Дрекслер в своих работах описал основные методы лечения и диагностики на основе нанотехнологий. Ключевой проблемой достижения этих поразительных результатов является создание машин ремонта клеток, прототипами которых являются нанороботы, называемые также ассемблерами или репликаторами. Но если обычные нанороботы должны уметь превращать одну вещь в другую, переставляя составляющие их атомы, то медицинские нанороботы должны уметь диагностировать болезни, циркулируя в кровеносных и лимфатических системах человека и внутренних органов, доставлять лекарства и даже делать хирургические операции. Они смогут уничтожать болезни еще в момент их зарождения и возвращать молодость. Кроме того, представляется актуальным нахождение нанороботов в нервной системе для анализа ее деятельности, а также возможность корректировки собственной ДНК, например, для лечения аллергии и диабета. Медицинские нанороботы предоставят возможность оживления людей, замороженных методами крионики.

     Типичный медицинский наноробот будет иметь микронные размеры, позволяющие двигаться по капиллярам, и состоять из углерода. Углерод и его производные выбираются по причине высокой прочности и его химической инертности. Конструкции нанороботов еще не разработаны и находятся в стадии проектирования. Их использование, порядок, время работы и вывода из организма будут зависеть от конкретных задач. Проблема биосовместимости решается за счет выбора оптимального материала и размеров наноробота. В качестве основных источников энергии предполагается использовать локальные запасы глюкозы и аминокислот в теле человека.

Помимо медицинских нанороботов, существующих пока только в головах ученых, в мире уже созданы ряд технологий для наномедицинской отрасли. К ним относятся - адресная доставка лекарства к больным клеткам, диагностика заболеваний с помощью квантовых точек, лаборатории на чипе, новые бактерицидные средства, имплантаты.

Адресная доставка лекарства к больным клеткам позволяет медикаментам попадать только в больные органы, избегая здоровые, которым эти лекарства могут нанести вред. Например, лучевая терапия и химиотерапевтическое лечение уничтожая больные клетки, губит и здоровые. Решение этой проблемы подразумевает создание некоторого "транспорта" для лекарств, варианты которого уже предложены целым рядом институтов и научных организаций.

     Диагностика заболеваний с помощью квантовых точек основана на отслеживании перемещения внутри человека различных веществ (лекарств, токсинов, крови). Определив эти движения, можно узнать степень

распределения и введения новых препаратов. До применения квантовых точек вместо них использовали маркеры на базе ядовитых органических красителей, что плохо сказывалось на пациенте. В отличие от них квантовые точки как полупроводниковые кристаллы нанометрового размера лишены этого недостатка.

     Лаборатории на чипе, разработанные рядом компаний, позволяют очень быстро проводить сложнейшие анализы и получать результаты, что крайне необходимо в критических для пациента ситуациях. Эти лаборатории позволяют анализировать состав крови, устанавливать по ДНК родство человека, распознавать ядовитые вещества.

     С помощью достижений нанотехнологии в целом, и наномедицины в частности, станет возможной имплантация наноустройств в человеческий мозг, многократно увеличивая знания человека и скорость его мышления.

Польза и вред нанотехнологий.

Польза:

• Нанотехнологии помогут создать новое поколение лекарств. Многие неизлечимые болезни будут побеждены.
• На основе нанотехнологий будут созданы новые образцы вооружений, новые системы защиты, что улучшит обороноспособность страны.
• Благодаря развитию нанотехнологий произойдет революция в компьютерных технологиях.
• Нанотехнологии позволят решить энергетические проблемы, их внедрение позволит более эффективно использовать традиционные и откроет путь к новым источникам энергии.

Вред:

• Нанотехнологии станут причиной новых болезней, от которых не спасут даже новые "нанолекарства".
• Новое вооружение на основе нанотехнологий может попасть в руки террористов, что приведет к хаосу и войне.
• Разработка наносенсоров, нанодатчиков и прочих систем отображения и передачи информации в итоге поставит крест на неприкосновенности частной жизни.
• Развитие индустрии производства наноматериалов приведет к еще более серьезному загрязнению окружающей среды.

Некоторые ученые опасаются, что рано или поздно наступит век механизации, и роботы захватят мир.

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.

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. 

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!

Заключение

Воздействие нанотехнологий на жизнь обещает иметь всеобщий характер, вследствие чего изменится экономика и будут затронуты все стороны быта, работы, социальных отношений. Использование инновационных материалов XXI века позволит воплощать в реальность самые немыслимые проекты. С помощью нанотехнологий мы сможем экономить время, получать больше благ за меньшую цену, постоянно повышать уровень и качество жизни. Когда учёные смогут ещё точнее управлять химическими и физическими свойствами наночастиц, миру откроются самые невероятные чудеса, которые придут в каждый дом!

Проделав эту работу, я могу сделать выводы:

1. Нанотехнологии - символ будущего, важнейшая отрасль, без которой немыслимо дальнейшее развитие цивилизации.

2.Возможности использования нанотехнологий практически неисчерпаемы - начиная от микроскопических компьютеров, убивающих раковые клетки, и заканчивая автомобильными двигателями, не загрязняющими окружающую среду.

3. В настоящее время нанотехнология - это весьма обширная область исследований, включающая в себя целый ряд направлений физики, химии, биологии, электроники, медицины и других наук.

4. Нанотехнологии на сегодняшний день находятся в младенческом возрасте, тая в себе огромный потенциал. В дальнейшем ученым предстоит решить множество вопросов, связанных с нанонаукой, и постигнуть ее глубочайшие тайны. Но, несмотря на это, нанотехнологии уже оказывают очень серьезное влияние на жизнь современного человека.

5. Большие перспективы несут в себе и большие опасности. В этом отношении человек должен с максимальной осторожностью отнестись к небывалым возможностям нанотехнологий, направляя свои исследования на мирные цели. В противном случае он может подставить под удар свое собственное существование.

Список использованных материалов

1. Головин Ю.И. Введение в нанотехнологию. – М., 2003.
2. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления развития. // Под ред. М. Роко, Р. Уильямса и П. Аливисатоса,
   пер. с англ. – М.: Мир, 2002.
3. Научно-технический журнал Наноиндустрия, http://www.nanoindustry.su
4. Сетевой ресурс http://www.microsystems.ru.
5. Соловьёв М. Нанотехнология – ключ к бессмертию и свободе //
   Ж. «Компьютерра», http://www.computerra.ru/offline/1997/218/829/.
6. Новости нанотехнологий – NanoNewsNet, http://www.nanonewsnet.ru.
7. Сетевой ресурс нанотехнологического сообщества «Нанометр», http://www.nanometer.ru.
8. Официальный сайт потребителей нанотоваров и наноуслуг в России, http://www.nanoware.ru.
9. Нано Дайджест – интернет-журнал о нанотехнологиях, http://www.nanodigest.ru.
10. Национальный информационно-аналитический центр «Нанотехнологии и наноматериалы», http://www.iacnano.ru.
11. Российский электронный наножурнал, http://www.nanojournal.ru.