Мен бәрін білгім келеді

Нанотехнология

Pin
Send
Share
Send


Тарих

Наноқабылдау және нанотехнология тек 1910 жылдары наноқұрылымдарды өлшеу және жасаудың алғашқы құралдарын жасау арқылы мүмкін болды. Нақты даму электрондар мен нейтрондардың ашылуынан басталды, бұл ғалымдарға материя біз ойлағаннан гөрі әлдеқайда аз масштабта өмір сүре алатындығын және / немесе олар сол уақытта мүмкін деп ойлағаннан гөрі аз болатындығын көрсетті. Дәл осы кезде наноқұрылымдарға қызығушылық пайда болды.

Атомдық күш микроскопы (AFM) және сканерлеудің туннельдік микроскопы (STM) - нанотехнологияны іске қосқан сканерлеу зондтарының алғашқы екі нұсқасы. Сканерлеу зондының микроскопиясының басқа түрлері бар, олардың барлығы 1961 жылы Марвин Мински жасаған сканерлеуші ​​конфокальды микроскоптың идеялары және 1970 жылдары Кальвин Квейт және әріптестері жасаған сканерлеу акустикалық микроскопы (SAM), құрылымдарды көруге мүмкіндік берді. наноскалада. Сканерлеу зондының ұшын наноқұрылымдарды басқару үшін де қолдануға болады (позициялық жинақтау деп аталатын процесс). Ростислав Лапшин ұсынған сканерлеуді позициялаудың арнайы әдісі осы наноманипуляцияларды автоматты режимде жүзеге асырудың перспективті тәсілі болып табылады. Алайда, бұл микроскоптың сканерлеу жылдамдығының аздығынан бұл баяу процесс. Сондай-ақ, нанолитографияның әртүрлі әдістері, мысалы, қалам қалам нанолитографиясы, электронды сәулелік литография немесе наноимпринт литография жасалды. Литография - жоғарыдан төмен өндіріс әдісі, онда сусымалы материал наноқабат үлгіні кішірейтеді.

Нанотехнологиядағы алғашқы айырым ұғымдар (бірақ бұл атауды алдын-ала пайдалану) «Астыңғы бөлме көп» деген еді, физик Ричард Фейнман 1959 жылы 29 желтоқсанда Калтехте өткен Американдық физикалық қоғам жиналысында айтқан. 1. Фейнман жеке атомдар мен молекулалармен жұмыс істеу қабілеттілігін, дәлірек құралдарды пайдаланып, басқа пропорционалды кіші жиынтығын құру және жұмыс істеу үшін, осылайша қажетті масштабта жасауға болатын процесті сипаттады. Бұл ретте ол масштабтау мәселелері әр түрлі физикалық құбылыстардың өзгеру деңгейіне байланысты туындайтынын атап өтті: ауырлық күші азаяды, беткейлік кернеу және Ван-дер-Ваальды тарту маңызды болады. Бұл негізгі идея мүмкін болып көрінеді және экспоненциалды жинақтау оны дайын өнімнің пайдалы санын алу үшін параллелизммен күшейтеді.

Көміртектің сегіз аллотропы

«Нанотехнология» терминін Токио ғылым университетінің профессоры Норио Танигучи 1974 жылғы қағазда анықтаған 2 келесідей: «» нано-технология «негізінен материалдарды бір атоммен немесе бір молекула арқылы өңдеуден, бөлуден, шоғырландырудан және деформациялаудан тұрады.» 80-жылдары бұл анықтаманың негізгі идеясын доктор К. Эрик Дрекслер тереңірек зерттеді, ол нано масштабтағы құбылыстар мен құрылғылардың технологиялық маңыздылығын баяндамалар мен кітаптар арқылы насихаттады. Жасампаздық қозғалтқыштары: нанотехнологияның келер дәуірі3және осылайша термин қазіргі мағынасын алды.

Нанотехнология және нано ғылымдар 1980 жылдардың басында екі ірі дамумен басталды; кластерлік ғылымның пайда болуы және сканерлеудің туннельдік микроскопының (STM) өнертабысы. Бұл даму 1986 жылы фуллерендер мен бірнеше жылдан кейін нанотүтікшелердің ашылуына әкелді. Тағы бір дамуда жартылай өткізгіш нанокристалдардың синтезі мен қасиеттері зерттелді. Бұл кванттық нүктелердің металл оксидінің нанобөлшектері санының тез өсуіне әкелді. Атом күшінің микроскопы STM ойлап табылғаннан бес жылдан кейін ойлап табылды. AFM атомдарды «көру» үшін атом күшін қолданады.

Негізгі ұғымдар

Бір нанометр (нм) - миллиардтың біреуі, немесе 10-9 метрді құрайды. Салыстыру үшін көміртек-көміртек байланысының типтік ұзындықтары немесе молекуладағы осы атомдар арасындағы қашықтық .12 - 15 nm диапазонында, ал ДНҚ қос спиралінің диаметрі 2 нм шамасында. Екінші жағынан, ең кішкентай жасушалық тіршілік формалары, микоплазма тұқымының бактерияларының ұзындығы шамамен 200 нм құрайды.

Үлкеннен кішісіне: материалдардың келешегі

Транзитті туннельді микроскоптың көмегімен көрнекі түрде таза Au (100) бетіндегі қайта құру кескіні. Жер бетін құрайтын жеке атомдар көрінеді.

Нанотехнологияның бірегей жағы - бұл көптеген нанокөлік материалдарындағы беткі қабаттың көлемге артуы, бұл катализ сияқты беткі ғылымда жаңа мүмкіндіктер ашады. Жүйенің мөлшері азайған сайын бірқатар физикалық құбылыстар айқын байқалады. Оларға статистикалық механикалық эффекттер, сондай-ақ кванттық механикалық эффекттер жатады, мысалы, «кванттық мөлшер эффектісі», мұнда қатты заттардың электронды қасиеттері бөлшектердің мөлшерінің үлкен төмендеуімен өзгертіледі. Бұл эффект макроннан микро өлшемдерге өту арқылы пайда болмайды. Алайда, ол нанометр өлшемінің диапазонына жеткенде басым болады. Сонымен қатар, бірқатар физикалық қасиеттер макроскопиялық жүйелермен салыстырғанда өзгереді. Бір ғана мысал, материалдар көлемінің ұлғаюы.

Наноскальға дейін азайтылған материалдар макроскалада көрсететін заттармен салыстырғанда кенеттен мүлдем басқа қасиеттерді көрсетуі мүмкін, бұл бірегей қосымшаларға мүмкіндік береді. Мысалы, мөлдір заттар мөлдір болады (мыс); инертті материалдар катализаторға айналады (платина); тұрақты материалдар жанғыш (алюминий) айналады; қатты заттар бөлме температурасында сұйықтыққа айналады (алтын); оқшаулағыштар өткізгішке айналады (кремний). Қалыпты масштабта химиялық инерттелген алтын сияқты материал наноскалаларда күшті химиялық катализатор бола алады. Нанотехнологияға деген қызығушылықтың көп бөлігі наноскалада кездесетін ерекше кванттық және беттік құбылыстарға байланысты.

Қарапайымнан қарапайым: молекулалық перспектива

Қазіргі синтетикалық химия кез-келген құрылымға ұсақ молекулаларды дайындауға болатындай деңгейге жетті. Бұл әдістер бүгінде фармацевтика немесе коммерциялық полимерлер сияқты көптеген пайдалы химиялық заттарды алу үшін қолданылады. Бұл қабілеттілік бақылаудың осы түрін келесі үлкен деңгейге көтеру туралы мәселені көтереді, бұл біртекті молекулаларды жақсы белгіленген тәртіппен құрылған көптеген молекулалардан тұратын супрамолекулярлық жинақтарға жинау әдістерін іздейді.

Бұл тәсілдер молекулалық өзін-өзі құрастыру және / немесе супрамолекулалық химия ұғымдарын төменнен жоғары тәсіл арқылы автоматты түрде пайдалы құрылымға айналдыру үшін пайдаланады. Молекулалық тану тұжырымдамасы ерекше маңызды: молекулаларды белгілі бір конформация немесе құрылым қолайлы болатындай етіп жасауға болады. Уотсон-Крик бассейнін салу ережесі - бұл тікелей нәтиже, ферменттің бір субстратқа бағытталуы немесе ақуыздың өзіндік бүктелуі. Осылайша, екі немесе одан да көп компоненттер бірін-бірі толықтыратын және өзара тартымды болатындай етіп жасауға болады, осылайша олар күрделі және пайдалы тұтас болады.

«Төменнен жоғарыға» қатысты мұндай тәсілдер, жалпы айтқанда, құрылғыларды параллель және жоғарыдан төмен әдістерге қарағанда әлдеқайда арзан шығаруға қабілетті болуы керек, бірақ қажетті құрастырудың көлемі мен күрделілігінің жоғарылауына байланысты мүмкін болмай қалуы мүмкін. Көптеген пайдалы құрылымдар атомдардың күрделі және термодинамикалық екіталай орналасуын қажет етеді. Осыған қарамастан, биологияда молекулярлық тануға негізделген өзіндік құрастырудың көптеген мысалдары бар, атап айтқанда Уотсон-Крик бассейні және фермент-субстраттың өзара әрекеттесуі. Нанотехнологияның міндеті - бұл принциптер табиғи құрылыстардан басқа, жаңа конструкцияларды жасау үшін қолданыла ала ма?

Молекулалық нанотехнология

Молекулалық нанотехнология, кейде молекулалық өндіріс деп те аталады, бұл молекулалық масштабта жұмыс істейтін инженерлік наносистемалар (наносвальды машиналар) ұғымына берілген термин. Бұл, әсіресе, механосинтез қағидаттарын қолдана отырып, қажетті құрылымды немесе атомды бір-бірінен шығаратын машина жасай алатын машина, молекулалық ассемблер ұғымымен байланысты. Өнімді наножүйелер контекстіндегі өндіріс көміртегі нанотүтікшелері мен нанобөлшектері сияқты наноматериалдарды өндіруде қолданылатын дәстүрлі технологиялармен байланысты емес және нақты ажыратылуы керек.

«Нанотехнология» терминін Эрик Дрекслер дербес ойлап тауып, кеңінен танымал болған кезде (ол кезде Норио Танигучидің бұрын қолданғанын білмеген) ол молекулалық машина жүйелеріне негізделген болашақ өндіріс технологиясына сілтеме жасады. Дәстүрлі машина компоненттерінің молекулалық-масштабты биологиялық аналогиялары молекулярлық машиналарды көрсетті: биологиядан табылған сансыз мысалдар бойынша миллиардтаған жылдар бойына эволюциялық кері байланыс күрделі, стохастикалық оңтайландырылған биологиялық машиналарды шығара алатындығы белгілі. Нанотехнологиядағы өзгерістер олардың құрылысын биомиметикалық принциптерді қолдана отырып, басқа тәсілдермен жасауға мүмкіндік береді деп үміттенеміз. Алайда, Дрекслер және басқа да зерттеушілер озық нанотехнологияны, мүмкін, бастапқыда биомиметикалық құралдармен іске асырғанмен, сайып келгенде, машина жасау принциптеріне, дәлірек айтсақ, осы компоненттердің (редукторлар, подшипниктер, қозғалтқыштар) механикалық жұмысына негізделген өндірістік технологияға негізделуі мүмкін деп ұсынды. және құрылымдық мүшелер) PNAS-1981 атомдық спецификациясына бағдарламаланатын, позициялық жинауға мүмкіндік беретін. Үлгілердің физикалық және инженерлік көрсеткіштері Дрекслер кітабында талданған 4. Бірақ Дрекслердің талдауы өте сапалы және наноскалада өңдеу мен құрастырудың қиындығына байланысты «майлы саусақтар» және «жабысқақ саусақтар» сияқты күрделі мәселелерді шешпейді. Жалпы алғанда, құрылғыларды атомдық масштабта жинау өте қиын, өйткені барлығы бірдей мөлшерде және жабысқақ басқа атомдар болуы керек.

Карло Монтемагно ұсынған тағы бір көзқарас 5 болашақ наножүйелер кремний технологиясының және биологиялық молекулалық машиналардың гибридтері болады. Марқұм Ричард Смелли алға тартқан тағы бір көзқарас - бұл жеке молекулаларды механикалық өңдеудегі қиындықтарға байланысты механосинтез мүмкін емес. Бұл хаттармен алмасуға әкелді 6 ACS Chemical & Engineering News басылымында 2003 ж.

Биология молекулалық машина жүйелерінің мүмкін болатындығын нақты көрсетсе де, биологиялық емес молекулалық машиналар тек сәби кездерінде. Биологиялық емес молекулалық машиналар бойынша зерттеулердің жетекшісі - доктор Алекс Зеттл және оның Лоуренс Беркли зертханалары мен Берклидегі зертханалары. Олар қозғалыс өзгеретін кернеумен жұмыс үстелінен басқарылатын кемінде үш ерекше молекулалық құрылғыны салған: нанотүтік наномотор, молекулалық қоздырғыш. 7, және наноэлектромеханикалық релаксациялық осциллятор 8 Позициялық молекулалық жинақтауды көрсететін экспериментті 1999 жылы Корнелл университетінде Хо мен Ли жасаған. Олар көміртегі тотығының жеке молекуласын (СО) жеке темір атомына (Fe) жылжыту үшін сканерлеуші ​​туннельді микроскопты пайдаланып, жалпақ күміс үстінде отырды. химиялық тұрғыдан кернеуді қолдану арқылы Fe-ге химиялық байланыстырады.

Ағымдағы зерттеулер

Молекулалық қосқыш ретінде пайдалы ротаксанның графикалық бейнесі.Бұл құрылғы кванттық скважиналардың нано-жұқа қабаттарынан энергияны олардың үстіндегі нанокристалдарға береді, нанокристалдар көрінетін жарық шығарады 9

Нанотехнология - бұл өте кең термин, оның қолшатырына түсіп кетуі мүмкін әртүрлі, бірақ кейде бір-біріне сәйкес келетін кіші алаңдар бар. Зерттеудің келесі бағыттарын нанотехнологияның кіші алаңдары деп санауға болады. Бұл категориялардың нақты емес екенін ескеріңіз, және бір подкладта олардың көпшілігі сәйкес келуі мүмкін, әсіресе нанотехнологиялар саласы жетілу үстінде.

Наноматериалдар

Бұған наноскалалық өлшемдерден туындайтын ерекше қасиеттері бар материалдарды жасайтын немесе зерттейтін қосалқы алаңдар жатады.

  • Коллоидтық ғылым нанотехнологияда пайдалы болуы мүмкін көптеген материалдардың пайда болуына себеп болды, мысалы, көміртекті нанотүтікшелер және басқа фуллерендер және әртүрлі нанобөлшектер мен нанородтар.
  • Нанокөлік материалдарын жаппай қолдану үшін де қолдануға болады; Нанотехнологияның қазіргі кездегі коммерциялық қосымшалары осы дәмге жатады.
  • Бұл материалдарды медициналық мақсатта қолдану кезінде прогресс байқалды.

Төменгі тәсілдер

Олар кіші құрамдас бөліктерді неғұрлым күрделі жиындарға бөлуге тырысады.

  • ДНҚ нанотехнологиясы ДНҚ мен басқа нуклеин қышқылдарынан тыс жақсы анықталған құрылымдарды салу үшін Уотсон-Крик бассейнінің құрылысының ерекшелігін қолданады.
  • Жалпы алғанда, молекулалық өзін-өзі жинау біріккен молекулалық компоненттердің автоматты түрде пайдалы конформациялануына себеп болу үшін, супрамолекулалық химия, атап айтқанда молекулалық тану туралы түсініктерді қолдануға тырысады.

Жоғарыдан төмен қарайғы тәсілдер

Олар жиналуын бағыттау үшін үлкенірек құрылғыларды пайдаланып, кішігірім құрылғыларды құруға тырысады.

  • Микропроцессорларды жасауға арналған қарапайым қатты кремний әдістерінен шыққан көптеген технологиялар қазір нанотехнология анықтамасына енетін 100 нм-ден аз мүмкіндіктерді жасай алады. Бұл нарықта қазірдің өзінде магниторезистенцияға негізделген қатты диск жетектері, сонымен қатар атом қабаттарын орналастыру әдісімен (ALD) сәйкес келеді.
  • Қатты күйдегі техниканы микроэлектромеханикалық жүйелермен (MEMS) байланысты наноэлектромеханикалық жүйелер немесе NEMS деп аталатын құрылғыларды құру үшін де қолдануға болады.
  • Атомдық күш микроскопының кеңестерін нанокөлік ретінде «жазу басы» ретінде қолдануға болады, ол химиялық затты бетіне қалаған қалыпта қалдыру үшін нанолитография деп аталады. Бұл нанолитографияның үлкен бөліміне сәйкес келеді.

Функционалды тәсілдер

Олар қалаған функцияның құрамдас бөліктерін оларды қалай жинауға болатынына қарамай жасауға тырысады.

  • Молекулалық электроника пайдалы электрондық қасиеттері бар молекулаларды дамытуға тырысады. Оларды наноэлектронды құрылғыда бір молекулалық компоненттер ретінде пайдалануға болады.
  • Синтетикалық химиялық әдістерді нанокарда деп аталатын синтетикалық молекулалық қозғалтқыштарды жасау үшін де қолдануға болады.

Алыпсатарлық

Бұл кіші алаңдар нанотехнологиялар қандай өнертабыстар әкелуі мүмкін екенін алдын-ала білуге ​​ұмтылады немесе сұраныстың дамуы мүмкін күн тәртібін ұсынуға тырысады. Олар көбінесе нанотехнологияның үлкен көрінісін алады, бұндай өнертабыстарды қалай жасауға болатыны туралы егжей-тегжейлі емес, оның әлеуметтік салдарларына көп көңіл бөлінеді.

  • Молекулалық нанотехнология - бұл біртекті молекулаларды ұсақ бақыланатын, детерминирленген тәсілдермен басқаруды көздейтін ұсынылған тәсіл. Бұл басқа кіші алаңдарға қарағанда теориялық және қазіргі мүмкіндіктерден тыс.
  • Нанороботика наноскалада жұмыс істейтін кейбір функционалды машиналармен жұмыс істейді. Медицинада нанороботтарды қолдануға үміт бар 10 11 12, бірақ мұндай құрылғылардың бірнеше кемшіліктеріне байланысты мұндай әрекетті орындау оңай болмауы мүмкін

13 Соған қарамастан, инновациялық материалдар мен әдістемелердің ілгерілеуі болашақ коммерциялық қолдануға арналған наноқұрылғылардың жаңа патенттерімен ұсынылды, олар нанобоэлектроника тұжырымдамасын қолдана отырып нанороботтардың дамуына біртіндеп көмектеседі.

  • Жасанды атомдарға негізделген бағдарламаланатын заттар қасиеттері оңай және қайтадан сыртқы бақыланатын материалдарды жобалауға тырысады.
  • Нанотехнология терминінің танымалдығы мен медиа әсеріне байланысты пикотехнология және фемтотехнология сөздері оған ұқсас болды, бірақ олар сирек және бейресми қолданылады.

Құралдар мен әдістер

Әдеттегі AFM қондырғысы. Өткір ұшы бар микрофабельді кантейнер фонографтағыдай, бірақ әлдеқайда аз масштабтағы үлгі бетіндегі ерекшеліктермен ажыратылады. Лазер сәулесі кантилевердің артқы жағында фотодетекторлардың жиынтығына шағылысады, бұл дефлекторды өлшеуге және беттің кескініне жинауға мүмкіндік береді.

Тағы бір әдіспен SPT ™ (бетті тазарту құралы) молекулалық «сия картриджі» ретінде қолданылады. Әрбір SPT микроцантилятор негізіндегі микро сұйықтықты өңдейтін құрылғы болып табылады. SPT-де бір микроцантильді басып шығару механизмі немесе бірнеше молекулалық түрді бір уақытта басып шығаруға арналған бірнеше микрокантилевер бар. Интеграцияланған микрофлюдическая желі сұйықтықтың сынамаларын SPT орналасқан резервуарлардан микрочарналар арқылы кантильдердің дистальды ұшына дейін тасымалдайды. Осылайша, SPT ақуыздар, ДНҚ, РНҚ және бүкіл вирустар сияқты биологиялық үлгілерді, сонымен қатар химиялық ерітінділер, коллоидтар және бөлшектердің суспензиялары сияқты биологиялық емес үлгілерді қамтитын материалдарды басып шығару үшін пайдаланылуы мүмкін. СПТ көбінесе молекулалық принтерлерде қолданылады.

Нанотехнологиялық әдістерге нановирустарды жасау үшін қолданылатын әдістер, терең ультракүлгін литография, электронды сәулелік литография, иондық сәулелерді фокустау, наноимпринт литография, атом қабатын тұндыру және булардың молекулалық әдісі және тағы басқалары молекулалық өзін-өзі құрастыру әдістері сияқты жартылай өткізгіш өндірістерде қолданылады. мысалы, ди-блок сополимерлерін қолданатындар. Алайда, бұл әдістердің барлығы нанотехнологиялар дәуірінен бұрын болған және нанотехнологияны құрудың жалғыз мақсаты болып табылатын және нанотехнологиялық зерттеулердің нәтижелері болып табылатын әдістерден гөрі ғылыми жетістіктердің дамуындағы кеңейтулер болып табылады.

Жоғарыдан төменге қарай көзқарас, нано-құрылғыларды кезең-кезеңмен жасау керек деп санайды, өйткені қазіргі уақытта дайын бұйымдар жасалады. Зондты микроскоппен сканерлеу наноматериалдарды сипаттау мен синтездеудің маңызды әдісі болып табылады. Атомдық күш микроскоптары мен сканерлеуші ​​туннельді микроскоптар беттерді қарау және атомдардың айналасында қозғалу үшін қолданылады. Осы микроскоптарға арналған әртүрлі кеңестерді жасау арқылы оларды конструкциялардың беткі қабаттарын оюға және өздігінен құрастыру құрылымдарын бағыттауға қолдануға болады. Мысалы, сканерлеуді позициялаудың функционалды әдісін қолдана отырып, атомдарды сканерлеу зондының микроскопия әдістерімен жер бетіне жылжытуға болады. Қазіргі уақытта бұл жаппай өндіріс үшін қымбат және уақытты қажет етеді, бірақ зертханалық тәжірибеге өте қолайлы.

Керісінше, төменнен жоғары техникалар үлкен құрылымдарды атом немесе атом немесе молекула арқылы молекуламен өсіреді. Бұл әдістерге химиялық синтез, өзіндік құрастыру және позициялық жинақтау жатады. «Төменнен жоғары» тәсілінің тағы бір нұсқасы - бұл эпитаксия немесе MBE молекулалық сәуле. Bell телефон лабораторияларының зерттеушілері Джон Р. Артур, Альфред Ю.Чо және Арт С. Госсард 1960-1970 жж. Зерттеу әдісі ретінде MBE құрды және енгізді. 1998 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығы берілген Холл фракциясының кванттық эффектісін табудың негізгі факторы MBE жасаған үлгілер болды. МВЭ ғалымдарға атомдардың дәл атомдарының қабаттарын салуға және процесінде күрделі құрылымдарды құруға мүмкіндік береді. Жартылай өткізгіштерді зерттеу үшін маңызды, MBE жаңа пайда болған спинтрониканың өрісі үшін үлгілер мен құрылғылар жасау үшін кеңінен қолданылады.

Қосарлы поляризация интерферометриясы сияқты жаңа әдістер ғалымдарға нано-масштабта болатын молекулалық әрекеттесулерді сандық түрде өлшеуге мүмкіндік береді.

Қолданбалар

Нанотехнологияның ықтимал қосымшалары туралы көптеген пікірлер болғанына қарамастан, қазіргі коммерцияланған қосымшалардың көпшілігі «бірінші буын» пассивті наноматериалдарды қолданумен шектеледі. Бұған күн қорғанысы, косметика және кейбір тамақ өнімдеріндегі титан диоксидінің нанобөлшектері жатады; тамақ өнімдеріндегі, киімдегі, дезинфекциялық және тұрмыстық техникадағы күміс нанобөлшектері; күн қорғанысы мен косметикадағы мырыш оксидінің нанобөлшектері, сыртқы жабындар, бояулар және сыртқы жиһаз лактары; және оттегі катализаторы ретінде церий оксидінің нанобөлшектері. Вудроу-Вилсон халықаралық ғалымдардың дамып келе жатқан нанотехнологиялар бойынша жобасында қазіргі уақытта наноматериалдардан тұратын тұтыну тауарларының тізімдемесі бар.14

Бірақ наноскалалық компоненттерді нақты басқаруды немесе орналастыруды қажет ететін қосымша бағдарламалар қосымша зерттеулерді күтеді. Қазіргі уақытта «нано» терминімен таңбаланған технологиялар молекулалық өндіріс ұсыныстарында кейде өте өршіл және трансформациялық технологиялық мақсаттармен өте аз байланысты және олармен байланысты емес, дегенмен термин бұл идеяларды әлі де байланыстырады. Осылайша, «нано көпіршігі» ғалымдар мен кәсіпкерлердің терминдерді қолданудан бастап, өршіл және көрегенді жұмыстың трансформациялық мүмкіндіктеріне қызығушылығына қарамай, қаржыландыруды жинауға дейін пайда болады немесе қалыптасады деген қауіп болуы мүмкін.

Ұлттық ғылыми қор (АҚШ-тағы нанотехнологияны қаржыландырудың негізгі көзі) нанотехнология саласын зерттеу үшін зерттеуші Дэвид Берубе қаржыландырды. Оның нәтижелері «Nano-Hype: Нанотехнологиялар шыңындағы шындық.15«Бұл жарияланған зерттеу» нанотехнология «деп сатылатындардың көп бөлігі шынымен» нанотехнологиялар индустриясының нанотүтікшелерді, нановирлерді және сол сияқтыларды сатуға негізделген «нанотехнологияларға әкелетін қарапайым материалдар туралы ойлау болып табылады» деп аяқтайды. аз маржа өнімдерін үлкен көлемде сататын бірнеше жеткізушілермен ».

Салдары

Нанотехнологияның ықтимал қолданылуы туралы айтылған көптеген шағымдарға байланысты, егер бұл іске асырылса, біздің қоғамға қандай әсері бар және осы тәуекелдерді азайту үшін қандай шара қолданылатын болса, бірқатар мәселелер туындады. Қысқа мерзімді мәселелерге наноматериалдарды кеңінен қолданудың адам денсаулығы мен қоршаған ортаға тигізетін әсері жатады. Ұзақ мерзімді проблемалар жаңа технологиялардың қоғамға тигізетін әсері туралы және олардың кейінгі экономикаға алып келуі мүмкін немесе дамыған және дамушы елдер арасындағы байлықтар арасындағы алшақтықты арттыруы мүмкін екендігіне назар аударады.

Денсаулық және қоршаған орта мәселелері

Кейбір наноматериалдардың адамдарға немесе қоршаған ортаға улы болуы мүмкін екендігін көрсететін ғылыми дәлелдердің саны өсіп келеді 161718.

Бөлшек неғұрлым аз болса, оның беткі ауданы көлемге қатынасы соғұрлым үлкен болады және оның химиялық реактивтілігі мен биологиялық белсенділігі жоғарырақ болады. Наноматериалдардың химиялық реактивтілігінің жоғарылауы реактивті оттегі түрлерінің (ROS), соның ішінде бос радикалдардың көбеюіне әкеледі. ROS өндірісі әр түрлі наноматериалдарда кездеседі, соның ішінде көміртекті фуллерендер, көміртекті нанотүтікшелер және нанобөлшек металдары. ROS және бос радикал өндірісі нанобөлшектердің уыттылығының негізгі механизмдерінің бірі болып табылады; ол тотығу стрессіне, қабынуға және ақуыздарға, мембраналарға және ДНҚ-ға зақым келтіруі мүмкін 19.

Наноматериалдардың тым аз мөлшері сонымен бірге оларды үлкенірек бөлшектерге қарағанда адам денесі оңай қабылдағанын білдіреді. Наноматериалдар биологиялық мембраналарды кесіп өтіп, жасушаларға, ұлпаларға және мүшелерге, әдетте, мүмкін емес үлкен өлшемдерге ие болады. Наноматериалдар ингаляция немесе ішкеннен кейін қан ағымына қол жеткізе алады. Кем дегенде, кейбір наноматериалдар теріге енуі мүмкін; икемделген кезде тіпті үлкен микробөлшектер теріге енуі мүмкін. Сынған тері бөлшектердің тиімсіз тосқауылы болып табылады, бұл безеулер, экземалар, жаралар немесе қатты күйік терінің наноматериалдарды тез сіңіруіне мүмкіндік береді. Қан ағымында бір уақытта наноматериалдарды денеге тасымалдауға болады, оларды ми, жүрек, бауыр, бүйрек, көкбауыр, сүйек миы және жүйке жүйесі де мүшелер мен ұлпалар қабылдайды. Наноматериалдар адамның тіндеріне және жасуша дақылдарына улы әсерін тигізді, нәтижесінде тотығу стрессінің жоғарылауы, цитокиннің қабынуы және жасуша өлімі пайда болды. Үлкен бөлшектерге қарағанда наноматериалдарды жасушалық митохондрия және жасуша ядросы алады. Зерттеулер наноматериалдардың ДНҚ мутациясын тудыруы және митохондрияға үлкен құрылымдық зақым келтіруі, тіпті жасуша өліміне әкелуі мүмкін екендігін көрсетеді.

Сондықтан мөлшер бөлшектердің уыттылығын анықтаудағы негізгі фактор болып табылады. Алайда бұл жалғыз маңызды фактор емес. Уытты болуға әсер ететін наноматериалдардың басқа қасиеттеріне мыналар жатады: химиялық құрамы, пішіні, беткі құрылымы, беткі заряды, агрегаты мен ерігіштігі, басқа химикаттардың функционалды топтарының болуы немесе болмауы. Уыттылыққа әсер ететін ауыспалылардың көп болуы наноматериалдардың әсерімен байланысты денсаулыққа қауіптер туралы жалпылау қиын екенін білдіреді - әрбір жаңа наноматериал жеке-жеке бағалануы керек және барлық материалдық қасиеттері ескерілуі керек.

2004 жылғы өзінің семиналық есебінде20, Біріккен Корольдіктің Корольдік қоғамы наноматериалдарды жаңа химиялық заттар ретінде реттеуге, ғылыми-зерттеу зертханалары мен зауыттары наноматериалдарды «қауіпті» деп қарастыруға, наноматериалдарды қоршаған ортаға шығаруды мүмкіндігінше болдырмауға және наноматериалдары бар өнімдерді шығаруға кеңес берді. оларды коммерциялық шығарудан бұрын қауіпсіздіктің жаңа талаптарын ескере отырып. Дүниежүзілік ережелер әлі күнге дейін наноскалалық және көлемді материалдардағы материалдарды ажырата алмайды. Бұл наноматериалдардың тиімді реттеліп қалатынын білдіреді; егер бұл материалдар жаппай мақұлданған болса, коммерциялық өнімдерде қолданар алдында наноматериалдарға денсаулық пен қауіпсіздік бойынша жаңа сынақтардан өтуге немесе қоршаған ортаға әсерді бағалауға қатысты нормативтік талап жоқ.

Наноматериалдардың денсаулыққа қауіптілігі, көпшілікке қарағанда, неғұрлым жоғары деңгейде және әдеттегі негізде наноматериалдарға кәсіптік әсерге тап болуы мүмкін жұмысшылар үшін ерекше алаңдаушылық тудырады.

Қоғамдық салдарлар мен қиындықтар

Адамның денсаулығы мен қоршаған ортаға бірінші дәрежелі наноматериалдармен байланысты уыттылық қауіптерінен басқа, нанотехнология қоғамға кеңірек әсер етеді және кең әлеуметтік міндеттер туғызады. Әлеуметтік ғалымдар нанотехнологияның әлеуметтік мәселелерін түсіну және бағалау «жай ғана ағынды» қауіп-қатер ретінде емес, сонымен қатар әлеуметтік мақсаттарға жауап беретін технологияның дамуын қамтамасыз ету үшін «жоғарыда тұрған» зерттеулер мен шешімдер қабылдау кезінде ескерілетін міндеттер ретінде қарастырылуы керек деп санайды. Көптеген әлеуметтік ғалымдар мен азаматтық қоғам ұйымдары бұдан әрі технологияны бағалау мен басқаруға қоғам қатысуы керек деп санайды 21.

Кейбір бақылаушылар нанотехнология он сегізінші және он тоғызыншы ғасырдағы өнеркәсіптік революция сияқты, біздің экономикамызды, еңбек нарығымызды, халықаралық саудамызды, халықаралық құрылымдарымызды, азаматтық құрылымдарымызды, азаматтық бостандықтарымызды түбегейлі өзгертетін нанотехнологиялық төңкеріске жетуге дейін өседі деп болжайды. , біздің табиғатпен қарым-қатынасымыз және тіпті адам болу үшін не түсінеміз. Басқалары нанотехнологияға негізделген өзгерістерді «технологиялық цунами» деп сипаттау дәлірек болуы мүмкін деп болжайды.

Осындай қуатты жаңа технологияны талдаудың салдары күрт бөлініп отыр. Көптеген үкіметтерді қоса алғанда, оптимистер нанотехнологияны экологиялық таза сумен қамтамасыз ету арқылы барлығына экологиялық таза материалдық молшылықты ұсынады; аз жұмыс күші бар ауылшаруашылық өнімділігінің жоғарылауына әкелетін тамақ өнімдері мен дақылдарды атомдық жолмен өңдеу; тамақтануды жақсартатын интерактивті «ақылды» тағамдар; арзан және қуатты энергия өндірісі; таза және жоғары тиімді өндіріс; дәрі-дәрмектерді түбегейлі жақсарту, диагностика және мүшелерді ауыстыру; ақпаратты сақтау және байланыс мүмкіндіктері едәуір көп; интерактивті «ақылды» құрылғылар; және конвергентті технологиялардың көмегімен адамның өнімділігін арттырды 22.

Нано скептиктер нанотехнологиялар әлеуметтік-экономикалық теңсіздік пен биліктің біркелкі бөлінбеуінен туындайтын проблемаларды шиеленістіретін нано бөлісу арқылы байлар мен кедейлер арасында үлкен теңсіздіктер туғызады деп болжайды (жаңа нанотехнологияларды басқаратындар мен олардың өнімдері арасындағы айырмашылық). , қызметтер немесе жұмыс олар ауыстырады); қарулы күштердің өсіп келе жатқан нано жарығы және биоҚұрылыстың әлеуетін арттыру арқылы халықаралық қатынастарды тұрақсыздандыру; Азаматтық бостандыққа елеулі ықпал ете отырып, жергілікті бақылау құралдарын ұсыну; нанобиотехнологиялар арқылы өмір мен өмірдің арасындағы кедергілерді жою және адам болу дегеннің не екенін анықтау.

Сондай-ақ қараңыз

Ескертпелер

  1. ↑ Алан Чодос, (ред.) Американдық физика қоғамы«1959 ж. 29 желтоқсан: Фейнманның классикалық CalTech дәрісі.» 28 маусым 2007 ж.
  2. Tan Н.Танигучи. «Нано-технологияның» негізгі тұжырымдамасы туралы. « Проц. Халықаралық Конф. Өнім Eng. II бөлім, (1974) (Токио: Дәлдік инженериясының Жапония қоғамы)
  3. ↑ К. Эрик Дрекслер. 1992 жыл. Наножүйелер: молекулалық машиналар, өндіріс және есептеу. (Нью-Йорк: Вили. ISBN 0471575186) Наножүйелер: молекулалық машиналар, өндіріс және есептеу 2007 жылғы 30 қарашада шыққан.
  4. ↑ Кітап. Наножүйелер: молекулалық машиналар, өндіріс және есептеу
  5. ↑ Карло Монтемагно, UCLA халқы: «Карло Монтемагно.» 30 қараша 2007 ж.
  6. Американдық химиялық және инженерлік жаңалықтар 28 маусым 2007 ж.
  7. C. B. C. Regan, соавт. Нано хаттары 5(9)(2005):1730-1733.Нано кристалды электр қозғалтқышы 28 маусым 2007 ж.
  8. C. B. C. Regan және басқалары. «Беттік-тесілуге ​​негізделген наноэлектромеханикалық релаксация» Қолданбалы физика хаттары 86 (2005): 123119. (UC Berkeley) 28 маусым 2007 ж.
  9. ↑ Сымсыз нанокристалдар Sandina ұлттық зертханаларында көрінетін жарықты тиімді шығарады. 28 маусым 2007 ж.
  10. ↑ З.Галанбор, С.А.Мараши және Б.Ранжбар. 2005. «Нанотехнологиялар медицинада көмектеседі: наноқоспақты жүзушілер және олардың болашақта қолданылуы». Медициналық гипотезалар 65 (1): 198-199.
  11. Kub Т. Кубик, К. Богуния-Кубик және М.Сугисака. 2005. «Медициналық қосымшаларда кезекшілікте нанотехнологиялар». Қазіргі фармацевтикалық биотехнология 6 (1): 17-33.
  12. Cav A. Cavalcanti, және R.A. Фрейтас, 2005 ж. «Нанороботты басқаруды жобалау: медицинаға ұжымдық тәсіл». IEEE-нің нанобиосферадағы операциялары 4 (2): 133-140.
  13. ↑ R.C. Шетти. 2005. «Нанотехнологияның медицинада қолданылуының ықтимал бұзылыстары: наноақпарат құралдарының иммундық үйлесімсіздігі». Медициналық гипотезалар 65 (5): 998-999.
  14. Нанотехнологияның тұтынушылық өнімдерін түгендеу Вудроу Вилсон атындағы Халықаралық ғалымдар орталығы 2007 жылғы 29 маусымда шығарылды.
  15. ↑ Дэвид М. Берубе. 2006 жыл. Нано-гипс: нанотехнологиялар шыңындағы шындық. (Амхерст, Нью-Йорк: Прометей кітаптары. ISBN 1591023513)
  16. ↑ Питер Х.М. Хоэт және басқалар. «Нанобөлшектер - белгілі және белгісіз денсаулыққа қатер.» Нанобиотехнология журналы 2 (2004): 12 Нанобөлшек - денсаулыққа белгілі және белгісіз қауіптерReview және реферат. 28 маусым 2007 ж.
  17. ↑ Гюнтер Обердорстер. «Нанотоксикология: ультрафинді бөлшектерді зерттеуден дамып келе жатқан пән.» Қоршаған орта денсаулығына қатысты перспективалар 113 (7) (2005 жылғы шілде) Шолу және реферат. 28 маусым 2007 ж.
  18. ↑ Гюнтер Обердерстер және т.б. Бөлшек және талшықты токсикология Бөлшек және талшықты токсикология Маусым айы

    Pin
    Send
    Share
    Send