Teknologiaprojekti aiheesta nanoteknologia. Fysiikkaa koskeva tietoprojekti aiheesta: "nanoteknologia

Markin Kirill Petrovich

Nanoteknologiaksi kutsuttu tieteen ja teknologian ala on suhteellisen uusi. Tämän tieteen näkymät ovat suuret. Hiukkanen "nano" tarkoittaa yhtä miljardisosaa arvosta. Esimerkiksi nanometri on metrin miljardisosa. Nämä mitat ovat samanlaisia ​​kuin molekyylien ja atomien mitat. Nanoteknologian tarkka määritelmä on seuraava: nanoteknologiat ovat tekniikoita, jotka manipuloivat ainetta atomien ja molekyylien tasolla (siksi nanoteknologiaa kutsutaan myös molekyyliteknologiaksi). Nanoteknologian kehityksen sysäys oli Richard Feynmanin luento, jossa hän tieteellisesti todistaa, että fysiikan näkökulmasta ei ole esteitä asioiden luomiselle suoraan atomeista. Atomien tehokkaan käsittelyn osoittamiseksi otettiin käyttöön kokoajan käsite - molekyylin nanokone, joka voi rakentaa minkä tahansa molekyylirakenteen. Esimerkki luonnollisesta kokoojasta on ribosomi, joka syntetisoi proteiineja elävissä organismeissa. On selvää, että nanoteknologia ei ole vain erillinen osa tietoa, se on laajamittainen, kattava perustieteisiin liittyvä tutkimusalue. Voimme sanoa, että melkein mikä tahansa koulussa opiskeltava aine liittyy tavalla tai toisella tulevaisuuden teknologioihin. Ilmeisin on "nanon" yhteys fysiikkaan, kemiaan ja biologiaan. Ilmeisesti juuri nämä tieteet saavat suurimman sysäyksen kehitykseen lähestyvän nanoteknisen vallankumouksen yhteydessä.

Ladata:

Esikatselu:

Kunnan budjettiyhdistys oppilaitos

"Yleinen koulu nro 2 on nimetty. A.A. Arakantev Semikarakorsk

Johdanto.

Tällä hetkellä harvat ihmiset tietävät, mitä nanoteknologia on, vaikka tulevaisuus on tämän tieteen takana.

Tavoite:

Opi mitä nanoteknologia on;

Ota selvää tämän tieteen soveltamisesta eri toimialoilla;

Ota selvää, voiko nanoteknologia olla vaarallista ihmisille.

Nanoteknologiaksi kutsuttu tieteen ja teknologian ala on suhteellisen uusi. Tämän tieteen näkymät ovat suuret. Hiukkanen "nano" tarkoittaa yhtä miljardisosaa arvosta. Esimerkiksi nanometri on metrin miljardisosa. Nämä mitat ovat samanlaisia ​​kuin molekyylien ja atomien mitat. Nanoteknologian tarkka määritelmä on seuraava: nanoteknologiat ovat tekniikoita, jotka manipuloivat ainetta atomien ja molekyylien tasolla (siksi nanoteknologiaa kutsutaan myös molekyyliteknologiaksi). Nanoteknologian kehityksen sysäys oli Richard Feynmanin luento, jossa hän tieteellisesti todistaa, että fysiikan näkökulmasta ei ole esteitä asioiden luomiselle suoraan atomeista. Atomien tehokkaan käsittelyn osoittamiseksi otettiin käyttöön kokoajan käsite - molekyylin nanokone, joka voi rakentaa minkä tahansa molekyylirakenteen. Esimerkki luonnollisesta kokoojasta on ribosomi, joka syntetisoi proteiineja elävissä organismeissa. On selvää, että nanoteknologia ei ole vain erillinen osa tietoa, se on laajamittainen, kattava perustieteisiin liittyvä tutkimusalue. Voimme sanoa, että melkein mikä tahansa koulussa opiskeltava aine liittyy tavalla tai toisella tulevaisuuden teknologioihin. Ilmeisin on "nanon" yhteys fysiikkaan, kemiaan ja biologiaan. Ilmeisesti juuri nämä tieteet saavat suurimman sysäyksen kehitykseen lähestyvän nanoteknisen vallankumouksen yhteydessä.

Jo tänään voimme nauttia eduista ja uusista mahdollisuuksistananoteknologiat:

• lääketiede, mukaan lukien ilmailu;
• farmakologia;
• geriatria;
• kansan terveyden suojeleminen kasvavan ympäristökriisin ja ihmisen aiheuttamien katastrofien yhteydessä;
• maailmanlaajuiset tietokoneverkot ja uusiin fyysisiin periaatteisiin perustuva tietoliikenne;
• ultra-pitkän matkan viestintäjärjestelmät;
• auto-, traktori- ja ilmailulaitteet;
• tie turvallisuus;
• Tietoturvajärjestelmät;
• megakaupunkien ympäristöongelmien ratkaiseminen;
• maataloudessa;
• juomaveden ja jäteveden käsittelyn ongelmien ratkaiseminen;
• pohjimmiltaan uudet navigointijärjestelmät;
• luonnollisten mineraali- ja hiilivetyraaka-aineiden uusiminen.

Päätimme keskittyä nanoteknologian soveltamiseen lääketieteessä, elintarviketeollisuudessa, armeijassa ja avaruudessa, koska nämä alueet herättivät kiinnostuksemme.

1. Nanoteknologia nykymaailmassa.

1.1 Nanoteknologian syntyhistoria.

Tiede "Nanoteknologiat minä" syntyi tietojenkäsittelytieteen vallankumouksellisten muutosten vuoksi!

Vuonna 1947 keksittiin transistori, jonka jälkeen alkoi puolijohdetekniikan kukoistuskausi, jolloin luotujen piilaitteiden koko pieneni jatkuvasti.Termi "nanoteknologia"Vuonna 1974 japanilainen Noryo Taniguchi ehdotti kuvailemaan uusien esineiden ja materiaalien rakentamisprosessia käsittelemällä yksittäisiä atomeja. Nimi tulee sanasta "nanometri" - metrin miljardisosa (10-9 m).

Nykyaikaisessa äänessä nanoteknologia on teknologiaa, jolla valmistetaan supermikroskooppisia rakenteita pienimmät hiukkaset aine, joka yhdistää kaikki tekniset prosessit, jotka liittyvät suoraan atomeihin ja molekyyleihin.

Nykyaikaisella nanoteknologialla on melko syvä historiallinen jälki. Arkeologiset löydöt todistavat kolloidisten formulaatioiden olemassaolosta muinaisessa maailmassa, esimerkiksi "kiinalainen muste" Muinainen Egypti. Kuuluisa Damaskoksen teräs valmistettiin sen sisältämien nanoputkien vuoksi.

Nanoteknologian idean isänä voidaan ehdollisesti pitää kreikkalaista filosofia Demokritosta noin 400 eaa. aikakaudella hän käytti ensin sanaa "atomi", joka kreikaksi tarkoittaa "särkymätöntä", kuvaamaan aineen pienintä hiukkasta.

Tässä esimerkki kehityspolusta:

• 1905 Sveitsiläinen fyysikko Albert Einstein julkaisi artikkelin, jossa hän osoitti, että sokerimolekyylin koko on noin 1 nanometri.
• 1931 Saksalaiset fyysikot Max Knoll ja Ernst Ruska loivat elektronimikroskoopin, joka mahdollisti ensimmäistä kertaa nanoobjektien tutkimisen.
• 1934 Amerikkalainen teoreettinen fyysikko, Nobel-palkinnon voittaja Eugene Wigner perusti teoreettisesti mahdollisuuden luoda ultrahieno metalli, jossa on melko pieni määrä johtavuuselektroneja.
• 1951 John von Neumann nosti esiin itsekopioivien koneiden periaatteet, tutkijat vahvistivat yleensä niiden mahdollisuuden.
• Vuonna 1953 Watson ja Crick kuvasivat DNA:n rakennetta, joka osoitti, kuinka elävät olennot välittävät ohjeita, jotka ohjaavat niiden rakentamista.
• 1959 Amerikkalainen fyysikko Richard Feynman julkaisi ensimmäisenä paperin, jossa arvioitiin miniatyrisoinnin mahdollisuuksia. Nobel-palkittu R. Feynman kirjoitti lauseen, jota nykyään pidetään ennustuksena: "Sikäli kuin näen, fysiikan periaatteet eivät kiellä yksittäisten atomien manipulointia." Tämä ajatus esitettiin, kun jälkiteollisen aikakauden alkua ei vielä tunnistettu; niinä vuosina ei ollut integroituja piirejä, ei mikroprosessoreita, ei henkilökohtaisia ​​tietokoneita.
• 1974 Japanilainen fyysikko Norio Taniguchi loi termin "nanoteknologia" viittaamaan mekanismeihin, joiden koko on pienempi kuin yksi mikronia. Kreikan sana "nanos" tarkoittaa karkeasti "vanhaa miestä".
• 1981 Gleiter kiinnitti ensin huomion mahdollisuuteen luoda ainutlaatuisia ominaisuuksia omaavia materiaaleja, joiden rakennetta edustavat nanomittakaavan alueen kristalliitit.

• CBS:n radiouutiset lainasivat 27. maaliskuuta 1981 NASA:n tiedemiehen sanoneen, että insinöörit pystyisivät rakentamaan itseään replikoituvia robotteja käytettäviksi avaruudessa tai maan päällä. Nämä koneet rakentaisivat itsestään kopioita, ja kopioita voitaisiin ohjata luomaan hyödyllisiä tuotteita.
• 1982 G. Bining ja G. Rohrer luovat ensimmäisen pyyhkäisytunnelimikroskoopin.
• 1985 Amerikkalaiset fyysikot Robert Curl, Harold Kroto ja Richard Smaley loivat tekniikan, jonka avulla voit mitata tarkasti kohteita, joiden halkaisija on yksi nanometri.
• 1986 Nanoteknologia on tullut tunnetuksi suurelle yleisölle. Amerikkalainen tiedemies Eric Drexler julkaisi kirjan Engines of Creation: The Coming of the Era of Nanotechnology, jossa hän ennusti nanoteknologian alkavan pian kehittyä aktiivisesti.
• 1991, Houston (USA), kemian laitos, Rice University. Tohtori R. Smalley (Nobel-palkinnon voittaja vuonna 1996) käytti laboratoriossaan laseria grafiitin höyrystämiseen tyhjiössä, jonka kaasufaasi koostui melko suurista krastereista, joista jokaisessa oli 60 hiiliatomia. 60 atomin klusteri on vakaampi, koska siinä on lisääntynyt vapaa energia. Tämä klusteri on rakenteellinen muodostelma, joka muistuttaa jalkapalloa, ja ehdotettiin kutsuvan tätä molekyyliä fullereeniksi.
• Vuonna 1991 Japanin NEC-laboratorion työntekijä Sumio Ijima löysi ensimmäisen kerran hiilinanoputket, jotka venäläinen fyysikko L. Chernozatonsky ja amerikkalainen J. Mintmir ennustivat aiemmin muutamaa kuukautta aiemmin.
• 1995 L.Yan mukaan nimetyssä fysiikan ja kemian tutkimuslaitoksessa. Karpov kehitti kalvonanokomposiittiin perustuvan anturin, joka havaitsee erilaisia ​​ilmakehän aineita (ammoniakki, alkoholi, vesihöyry).
• 1997 Richard E. Smalley, vuoden 1996 kemian Nobel-palkinnon voittaja, kemian ja fysiikan professori, ennusti atomien kokoontumista vuoteen 2000 mennessä ja ensimmäisten kaupallisten nanotuotteiden ilmestymistä samaan aikaan. Tämä ennuste toteutui ennustetussa ajassa.
• 1998 nanoputkien sähköisten ominaisuuksien riippuvuudet geometrisista parametreista vahvistettiin kokeellisesti.
• 1998 Hollantilainen fyysikko Seez Dekker loi nanoteknologiaan perustuvan transistorin.
• 1998 Nanoteknologian kehitysvauhti alkoi nousta jyrkästi. Japani on tunnistanut nanoteknologian todennäköiseksi teknologiakategoriaksi 2000-luvulla.
• 1999 Amerikkalaiset fyysikot James Tour ja Mark Reed päättelivät, että yksittäinen molekyyli pystyy käyttäytymään samalla tavalla kuin molekyyliketjut.
• vuosi 2000. Hewlett-Packardin tutkimusryhmä on luonut kytkinmolekyylin tai minikrodiodin käyttämällä uusimpia nanoteknologisia itsekokoamismenetelmiä.

• vuosi 2000. Hybridinanoelektroniikan aikakauden alku.
• 2002 S. Dekker yhdisti nanoputken DNA:han, jolloin saatiin yksi nanomekanismi.
• 2003 Japanilaisista tiedemiehistä on tullut ensimmäinen maailmassa, joka loi puolijohdelaitteen, joka toteuttaa toisen kvanttitietokoneen luomiseen tarvittavista kahdesta pääelementistä. 2004. "Maailman ensimmäinen" kvanttitietokone esiteltiin

• Venäjän federaation hallitus hyväksyi 7. syyskuuta 2006 liittovaltion käsitteen kohdeohjelma nanoteknologian kehittäminen vuosille 2007–2010.

Tällä tavalla Historiallisesti, nykyhetkeen asti muodostunut nanoteknologia, joka on valloittanut sosiaalisen tietoisuuden teoreettisen kentän, jatkaa tunkeutumista arkipäiväiseen kerrokseensa.

Nanoteknologiaa ei kuitenkaan pidä pelkistää vain paikalliseksi vallankumoukselliseksi läpimurroksi näillä aloilla (elektroniikka, tietotekniikka). Nanoteknologiassa on jo saavutettu useita poikkeuksellisen tärkeitä tuloksia, joiden ansiosta voimme toivoa merkittävää edistystä monien muiden tieteen ja teknologian alueiden (lääketiede ja biologia, kemia, ekologia, energia, mekaniikka jne.) kehityksessä. Esimerkiksi siirryttäessä nanometrialueeseen (eli esineisiin, joiden ominaispituus on noin 10 nm), monet aineiden ja materiaalien tärkeimmistä ominaisuuksista muuttuvat merkittävästi. Puhumme sellaisista tärkeistä ominaisuuksista kuin sähkönjohtavuus, optinen taitekerroin, magneettiset ominaisuudet, lujuus, lämmönkestävyys jne. Materiaalien perusteella Kanssa uusia tyyppejä luodaan jo uusilla ominaisuuksilla aurinkopaneelit, energianmuuntimet, ympäristöystävälliset tuotteet jne.On mahdollista, että halpojen, energiaa säästävien ja ympäristöystävällisten materiaalien tuotanto on nanoteknologian käyttöönoton tärkein seuraus.On jo luotu erittäin herkkiä biologisia antureita (antureita) ja muita laitteita, joiden avulla voidaan puhua uuden nanobioteknologian tieteen syntymisestä ja joilla on suuret mahdollisuudet käytännön soveltamiseen. Nanoteknologia tarjoaa uusia mahdollisuuksia materiaalien mikrokoneistukseen ja sen pohjalta uusien tuotantoprosessien ja uusien tuotteiden luomiseen, joilla pitäisi olla vallankumouksellinen vaikutus tulevien sukupolvien taloudelliseen ja sosiaaliseen elämään.

1.2. Nanoteknologia ihmiselämän eri aloilla

Nanoteknologian tunkeutuminen ihmisen toiminnan aloille voidaan esittää nanoteknologian puuna. Hakemus on puun muotoinen, jonka oksat edustavat pääsovelluksia, ja isojen oksien oksat edustavat eriytymistä pääsovellusten sisällä tietyllä hetkellä.

Tänään (2000 - 2010) on seuraava kuva:

• biologiset tieteet sisältävät geenimerkkiteknologian, implanttien pintojen, antimikrobisten pintojen, kohdennettujen lääkkeiden, kudostekniikan, onkologisen hoidon kehittämisen.
• yksinkertaiset kuidut viittaavat paperitekniikan, halpojen rakennusmateriaalien, kevyiden levyjen, autonosien ja raskaiden materiaalien kehittämiseen.
• Nanoklipsit sisältävät uusien kankaiden, lasipinnoitteiden, "älykkäiden" hiekkojen, paperin ja hiilikuitujen tuotannon.
• korroosiosuoja kuparin, alumiinin, magnesiumin ja teräksen nanolisäaineilla.
• Katalyyteillä on sovelluksia maataloudessa, hajunpoistossa ja elintarviketuotannossa.
• Helposti puhdistettavia materiaaleja käytetään arjessa, arkkitehtuurissa, meijeri- ja elintarviketeollisuudessa, kuljetusteollisuudessa ja sanitaatiossa. Tämä on itsepuhdistuvien lasien, sairaalalaitteiden ja työkalujen, homeenestopinnoitteen, helposti puhdistettavan keramiikan tuotantoa.
• Biopinnoitteita käytetään urheiluvälineissä ja laakereissa.
• Optiikka nanoteknologian sovellusalueena sisältää muun muassa sähkökromian, optisten linssien valmistuksen. Näitä ovat uusi fotokrominen optiikka, helposti puhdistettava optiikka ja päällystetty optiikka.
• Keramiikka nanoteknologian alalla mahdollistaa elektroluminesenssin ja fotoluminesenssin, painopastat, pigmentit, nanojauheet, mikropartikkelit, kalvot.
• Tietotekniikka ja elektroniikka nanoteknologian sovellusalueena kehittävät elektroniikkaa, nanoantureita, kotitalouksien (sulautettuja) mikrotietokoneita, visualisointityökaluja ja energiamuuntimia. Lisäksi se on globaalien verkkojen, langattoman viestinnän, kvantti- ja DNA-tietokoneiden kehitystä.
• Nanomelääketiede nanoteknologian sovellusalueena on nanomateriaaleja proteeseihin, "älykkäät" proteesit, nanokapselit, diagnostiset nanokoettimet, implantit, DNA-rekonstruktorit ja -analysaattorit, "älykkäät" ja tarkkuusinstrumentit, suuntalääkkeet.
• Avaruus nanoteknologian sovellusalueena avaa mahdollisuuksia mekaanisähköisille muuntimille aurinkoenergia, nanomateriaalit avaruussovelluksiin.
• Ekologia nanoteknologian sovellusalueena on otsonikerroksen ennallistaminen, säänhallinta.

1.2.1 Nanoteknologia avaruudessa

Vallankumous raivoaa avaruudessa. Satelliitteja ja nanolaitteita alettiin luoda jopa 20 kiloon asti.

Mikrosatelliittien järjestelmä on luotu, se on vähemmän alttiina yrityksille tuhota se. On eri asia ampua alas useita satoja kiloja tai jopa tonneja painava kolossi kiertoradalla, jolloin kaikki avaruusviestintä tai tiedustelu saadaan välittömästi pois toiminnasta, ja toinen asia, kun kiertoradalla on kokonainen mikrosatelliittiparvi. Yhden niistä epäonnistuminen tässä tapauksessa ei häiritse koko järjestelmän toimintaa. Vastaavasti kunkin satelliitin toiminnan luotettavuuden vaatimuksia voidaan vähentää.

Nuoret tutkijat uskovat, että muun muassa uusien teknologioiden luominen optiikan, viestintäjärjestelmien sekä suurten tietomäärien lähetys-, vastaanotto- ja käsittelymenetelmien alalla tulisi katsoa satelliittien mikropienistämisen avainongelmiin. Puhumme nanoteknologioista ja nanomateriaaleista, jotka mahdollistavat avaruuteen lähetettyjen laitteiden massan ja mittojen pienentämisen kahdella suuruusluokalla. Esimerkiksi nanonikkelin lujuus on 6 kertaa suurempi kuin tavallisen nikkelin, mikä mahdollistaa rakettimoottoreissa käytettäessä suuttimen massaa pienentämisen 20-30%.Avaruusteknologian massan vähentäminen ratkaisee monia ongelmia: se pidentää avaruusaluksen viipymistä avaruudessa, mahdollistaa sen lentää kauemmaksi ja kuljettaa mukanaan enemmän mitä tahansa hyödyllistä tutkimuslaitteistoa. Samaan aikaan energiahuollon ongelma ratkaistaan. Pienoislaitteilla aletaan pian tutkia monia ilmiöitä, esimerkiksi auringonsäteiden vaikutusta maapallon ja maapallon lähiavaruuden prosesseihin.

Nykyään avaruus ei ole eksoottista, ja sen tutkiminen ei ole vain arvokysymys. Ensinnäkin tässä on kysymys kansallisesta turvallisuudesta ja valtiomme kansallisesta kilpailukyvystä. Supermonimutkaisten nanojärjestelmien kehittämisestä voi tulla maan kansallinen etu. Kuten nanoteknologia, nanomateriaalit antavat meille mahdollisuuden keskustella vakavasti miehitetyistä lennoista eri planeetoille. aurinkokunta. Nanomateriaalien ja nanomekanismien käyttö voi tehdä miehitetyistä lennoista Marsiin ja Kuun pinnan tutkimisen todellisuutta.Toinen erittäin suosittu suunta mikrosatelliittien kehityksessä on Maan kaukokartoituksen (ERS) luominen. Tietojen kuluttajien markkinat alkoivat muodostua, kun satelliittikuvien resoluutio oli 1 m tutka-alueella ja alle 1 m optisella alueella (ensinkin tällaisia ​​tietoja käytetään kartografiassa).

1.2.2 Nanoteknologia lääketieteessä

Nanoteknologian viimeaikaiset edistysaskeleet voivat tutkijoiden mukaan olla erittäin hyödyllisiä taistelussa syöpää vastaan. Syöpälääke on kehitetty suoraan kohteeseen - sairastuneisiin soluihin pahanlaatuinen kasvain. Uusi järjestelmä, joka perustuu biopiin materiaaliin. Nanosilikonilla on huokoinen rakenne (halkaisijaltaan kymmenen atomia), johon on kätevä lisätä lääkkeitä, proteiineja ja radionuklideja. Tavoitteen saavuttamisen jälkeen biopii alkaa hajota ja sen toimittamat lääkkeet toimitetaan. Lisäksi kehittäjien mukaan uusi järjestelmä antaa sinun säätää lääkkeen annosta.

Biologisen nanoteknologian keskuksen työntekijät ovat viime vuosina työstäneet mikrosensoreiden luomista, joita käytetään havaitsemaan syöpäsoluja kehossa ja torjumaan tätä kauheaa tautia.

Uusi tekniikka syöpäsolujen tunnistamiseksi perustuu pienten pallomaisten, synteettisistä polymeereistä valmistettujen dendrimeereiden (kreikan sanasta dendron - puu) istuttamiseen ihmiskehoon. Näitä polymeerejä on syntetisoitu viimeisen vuosikymmenen aikana, ja niillä on pohjimmiltaan uusi, ei-kiinteä rakenne, joka muistuttaa korallin tai puun rakennetta. Tällaisia ​​polymeerejä kutsutaan hyperhaarautuneiksi tai kaskadeiksi. Niitä, joissa haarautuminen on säännöllistä, kutsutaan dendrimeereiksi. Halkaisijaltaan jokainen tällainen pallo tai nanosensori saavuttaa vain 5 nanometriä - metrin 5 miljardisosaa, mikä mahdollistaa miljardeja tällaisten nanosensoreiden sijoittamisen pienelle avaruusalueelle.

Kun nämä pienet anturit ovat kehon sisällä, ne tunkeutuvat lymfosyytteihin, valkosoluihin, jotka tarjoavat kehon puolustusreaktion infektioita ja muita taudinaiheuttajia vastaan. Kun lymfoidisolujen immuunivaste tiettyyn sairauteen tai ympäristötilaan - esimerkiksi vilustumiseen tai säteilyaltistukseen - solun proteiinirakenne muuttuu. Jokainen nanosensori, joka on päällystetty erityisillä kemikaaleilla, alkaa hehkua tällaisten muutosten myötä.

Nähdäkseen tämän hehkun tutkijat aikovat luoda erityisen laitteen, joka skannaa verkkokalvoa. Tällaisen laitteen laserin pitäisi havaita lymfosyyttien hehku, kun ne kulkevat yksitellen silmänpohjan kapeiden kapillaarien läpi. Jos lymfosyyteissä on tarpeeksi merkittyjä antureita, tarvitaan 15 sekunnin skannaus soluvaurion havaitsemiseksi, tutkijat sanovat.

Täällä odotetaan nanoteknologian suurinta vaikutusta, koska se vaikuttaa yhteiskunnan olemassaolon perustaan ​​- ihmiseen. Nanoteknologia saavuttaa sellaisen fyysisen maailman ulottuvuustason, jossa ero elävän ja eloton välillä muuttuu epävakaaksi - nämä ovat molekyylikoneita. Virustakin voidaan osittain pitää elävänä järjestelmänä, koska se sisältää tietoa sen rakenteesta. Mutta ribosomi, vaikka se koostuu samoista atomeista kuin koko orgaaninen aine, ei sisällä tällaista tietoa ja siksi se on vain orgaaninen molekyylikone. Nanoteknologia kehittyneessä muodossaan sisältää nanorobottien, epäorgaanisen atomikoostumuksen molekyylikoneiden rakentamisen, nämä koneet pystyvät rakentamaan kopioita, joilla on tietoa tällaisesta rakenteesta. Siksi raja elävän ja eloton välillä alkaa hämärtyä. Tähän mennessä on luotu vain yksi primitiivinen kävelevä DNA-robotti.

Nanomääketieteessä on seuraavat mahdollisuudet:

1. Laboratoriot sirulla, kohdennettu lääkkeiden annostelu kehoon.

2. DNA - sirut (yksittäisten lääkkeiden luominen).

3. Keinotekoiset entsyymit ja vasta-aineet.

4. Keinotekoiset elimet, keinotekoiset toiminnalliset polymeerit (orgaanisten kudosten korvikkeet). Tämä suunta liittyy läheisesti keinotekoisen elämän ajatukseen ja johtaa tulevaisuudessa robottien luomiseen, joilla on keinotekoinen tietoisuus ja jotka kykenevät parantamaan itseään molekyylitasolla. Tämä johtuu elämän käsitteen laajentumisesta orgaanisen ulkopuolelle

5. Nanorobotit-kirurgit (muutoksia ja lääketieteellisiä toimia vaativat biomekanismit, syöpäsolujen tunnistaminen ja tuhoaminen). Tämä on nanoteknologian radikaalein sovellus lääketieteessä on molekyylien nanorobottien luominen, jotka voivat tuhota infektioita ja syöpäkasvaimia, korjata vaurioitunutta DNA:ta, kudoksia ja elimiä, kopioida koko kehon elämää ylläpitäviä järjestelmiä, muuttaa kehon ominaisuuksia.

Yksittäistä atomia tiilenä tai "yksityiskohtana" pitäessä nanoteknologiat etsivät käytännöllisiä tapoja rakentaa näistä yksityiskohdista halutut ominaisuudet omaavia materiaaleja. Monet yritykset osaavat jo koota atomeja ja molekyylejä tiettyihin rakenteisiin.

Jatkossa kaikki molekyylit kootaan kuten lasten suunnittelija. Tätä varten on tarkoitus käyttää nanorobotteja (nanobotteja). Mikä tahansa kemiallisesti vakaa rakenne, jota voidaan kuvata, voidaan itse asiassa rakentaa.. Koska nanobot voidaan ohjelmoida rakentamaan mikä tahansa rakenne, erityisesti rakentamaan toinen nanobot, ne ovat erittäin halpoja. Suurissa ryhmissä työskennelleet nanobotit pystyvät luomaan mitä tahansa esineitä alhaisin kustannuksin ja suurella tarkkuudella. Lääketieteessä nanoteknologioiden käytön ongelmana on tarve muuttaa solun rakennetta molekyylitasolla, ts. suorittaa "molekyylikirurgia" nanobottien avulla. On odotettavissa, että luodaan molekyylirobottiläkäreitä, jotka voivat "elätä" ihmiskehon sisällä, eliminoimalla kaikki tapahtuvat vauriot tai ehkäisemällä niiden esiintymisen.Manipuloimalla yksittäisiä atomeja ja molekyylejä nanobotit pystyvät korjaamaan soluja. Ennustettu aika robottilääkärien luomiselle on 2000-luvun ensimmäinen puolisko.

Nykytilanteesta huolimatta nanoteknologiat ovat kardinaalina ratkaisuna ikääntymisongelmaan enemmän kuin lupaavia.

Tämä johtuu siitä, että nanoteknologialla on suuret mahdollisuudet kaupallisiin sovelluksiin monilla teollisuudenaloilla, ja näin ollen vakavan valtion rahoituksen lisäksi monet suuret yritykset tekevät tämänsuuntaista tutkimusta.

On täysin mahdollista, että nanobotteja ei enää tarvita "ikuisen nuoruuden" takaamiseksi tai niitä tuottaa solu itse.

Näiden tavoitteiden saavuttamiseksi ihmiskunnan on ratkaistava kolme pääkysymystä:

1. Suunnittele ja rakenna molekyylirobotteja, jotka voivat korjata molekyylejä.
2. Suunnittele ja luo nanotietokoneita, jotka ohjaavat nanokoneita.
3. Luo Täysi kuvaus kaikista ihmiskehon molekyyleistä, toisin sanoen luoda kartta ihmiskehosta atomitasolla.

Nanoteknologian suurin vaikeus on ensimmäisen nanobotin luominen. Lupaavia suuntauksia on useita.

Yksi niistä on parantaa pyyhkäisytunnelimikroskooppia tai atomivoimamikroskooppia ja saavuttaa paikannustarkkuus ja tarttumisvoima.
Toinen polku ensimmäisen nanobotin luomiseen vie läpi kemiallinen synteesi. Ehkä suunnittelemalla ja syntetisoimalla nerokkaita kemiallisia komponentteja, jotka pystyisivät itsekokoonpanoon liuoksessa.
Ja toinen tapa johtaa biokemian kautta. Ribosomit (solun sisällä) ovat erikoistuneita nanobotteja, joiden avulla voimme luoda monipuolisempia robotteja.

Nämä nanobotit pystyvät hidastamaan ikääntymisprosessia, käsittelemään yksittäisiä soluja ja olemaan vuorovaikutuksessa yksittäisten hermosolujen kanssa.

Tutkimustyöt ovat alkaneet suhteellisen äskettäin, mutta tämän alueen löytövauhti on erittäin nopea, monet uskovat, että tämä on lääketieteen tulevaisuus.

1.2.3 Nanoteknologia elintarviketeollisuudessa

Nanofood (nanofood) on uusi, hämärä ja ruma termi. Ruokaa nanoihmisille? Hyvin pieniä annoksia? Nanotehtaissa valmistettua ruokaa? Ei tietenkään. Mutta silti se on utelias trendi elintarviketeollisuudessa. Osoittautuu, että nanosyöminen on joukko tieteellisiä ideoita, jotka ovat jo matkalla toteutukseen ja soveltamiseen teollisuudessa. Ensinnäkin nanoteknologia voi tarjota monitoimikoneita ainutlaatuisia mahdollisuuksia Tuotteiden laadun ja turvallisuuden täydelliseen reaaliaikaiseen seurantaan suoraan tuotantoprosessissa. Puhumme diagnostisista koneista, joissa käytetään erilaisia ​​nanosensoreita tai niin sanottuja kvanttipisteitä, jotka pystyvät nopeasti ja luotettavasti havaitsemaan tuotteiden pienimmät kemialliset epäpuhtaudet tai vaaralliset biologiset aineet. Ja elintarviketuotanto, sen kuljetus ja varastointimenetelmät voivat saada osansa hyödyllisistä innovaatioista nanoteknologiateollisuudesta. Tutkijoiden mukaan ensimmäiset tämän tyyppiset massatuotetut koneet ilmestyvät massaksi ruoan tuotanto seuraavan neljän vuoden aikana. Mutta myös radikaalimpia ajatuksia on esillä. Oletko valmis nielemään nanopartikkeleita, joita et näe? Mutta entä jos nanohiukkasia käytetään tarkoituksellisesti hyödyllisten aineiden ja lääkkeiden toimittamiseen tarkasti valittuihin kehon osiin? Entä jos tällaisia ​​nanokapseleita voidaan lisätä elintarvikkeisiin? Toistaiseksi kukaan ei ole käyttänyt nanoelintarvikkeita, mutta alustava kehitystyö on jo käynnissä. Asiantuntijat sanovat, että syötäviä nanohiukkasia voidaan valmistaa piistä, keramiikasta tai polymeereistä. Ja tietenkin - eloperäinen aine. Ja jos kaikki on selvää niin sanottujen "pehmeiden" hiukkasten turvallisuuden suhteen, jotka ovat rakenteeltaan ja koostumukseltaan samanlaisia ​​kuin biologiset materiaalit, niin epäorgaanisista aineista koostuvat "kovat" hiukkaset ovat iso valkoinen täplä kahden alueen risteyksessä - nanoteknologia ja biologia. Tiedemiehet eivät vieläkään osaa sanoa, mitä reittejä tällaiset hiukkaset kulkeutuvat kehossa ja mihin ne pysähtyvät sen seurauksena. Tämä jää nähtäväksi. Mutta jotkut asiantuntijat piirtävät jo futuristisia kuvia nanosyöjien eduista. Sen lisäksi, että toimitetaan arvokasta ravinteita oikeisiin soluihin. Idea on seuraava: kaikki ostavat saman juoman, mutta silloin kuluttaja pystyy itse kontrolloimaan nanohiukkasia niin, että juoman maku, väri, aromi ja pitoisuus muuttuvat hänen silmiensä edessä.

1.2.4 Nanoteknologia armeijassa

Nanoteknologian sotilaallinen käyttö avaa laadullisesti uuden tason sotilasteknisessä dominanssissa maailmassa. Pääsuuntia uusien nanoteknologiaan perustuvien aseiden luomisessa voidaan harkita:

1. Uusien tehokkaiden miniräjähdyslaitteiden luominen.

2. Makrolaitteiden tuhoaminen nanotasolta.

3. Vakoilu ja kivun tukahduttaminen neurotekniikoilla.

4. Biologiset aseet ja nanolaitteet geneettiseen ohjaukseen.

5. Nanovarusteet sotilaille.

6. Suojaus kemiallisia ja biologisia aseita vastaan.

7. Nanolaitteet sotilaslaitteiden ohjausjärjestelmissä.

8. Nanopinnoitteet sotilasvarusteille.

Nanoteknologia mahdollistaa voimakkaiden räjähteiden tuotannon. Räjähteiden kokoa voidaan pienentää kymmenkertaiseksi. Nanoräjähteitä käyttävien ohjattujen ohjusten hyökkäys ydinpolttoaineen jälleenkäsittelylaitoksiin voi viedä maalta fyysisen kyvyn tuottaa aselaatuista plutoniumia. Pienikokoisten robottilaitteiden tuominen elektroniikkalaitteisiin voi häiritä sähköpiirien ja mekaniikan toimintaa. Ohjauskeskusten ja komentopisteiden vikoja ei voida estää, ellei nanolaitteita ole eristetty. Atomitason materiaaleja purkavista roboteista tulee voimakas ase, joka muuttaa pölyksi tankkien panssarit, pillerilaatikoiden betonirakenteet, ydinreaktorien kotelot ja sotilaiden ruumiit. Mutta tämä on edelleen vain mahdollisuus kehittynyt muoto nanoteknologia. Sillä välin tehdään tutkimusta hermoteknologian alalla, jonka kehitys johtaa sotilaallisten nanolaitteiden syntymiseen, jotka suorittavat vakoilua tai sieppaavat ihmiskehon toimintojen hallinnan käyttämällä yhteyttä avun avulla. nanolaitteita hermostoon. NASAn laboratoriot ovat jo luoneet toimivia näytteitä sisäisen puheen sieppaamiseen tarkoitetuista laitteista. Nanorakenteissa olevista fotonisista komponenteista, jotka pystyvät vastaanottamaan ja käsittelemään valtavia määriä tietoa, tulee avaruusvalvonnan, maavalvonnan ja vakoilujärjestelmien perusta. Aivoihin upotettujen nanolaitteiden avulla on mahdollista saada "keinotekoinen" (tekninen) näkemys, jolla on laajennettu havaintospektri verrattuna biologiseen näkökykyyn. Kehoon ja aivoihin istutettua kivun vaimennusjärjestelmää, neurosiruja, kehitetään.

Seuraava nanoteknologian sovellus sotilaallisella alalla on geneettisen ohjauksen nanolaitteet. Geneettisesti ohjattu nanolaite voidaan ohjelmoida suorittamaan tiettyjä tuhoisia toimia riippuen sen solun DNA:n geneettisestä rakenteesta, jossa se sijaitsee. Laitteen aktivoinnin ehtona asetetaan yksilöllinen osa tietyn henkilön geneettisestä koodista tai malli ihmisryhmää koskeville toimille. Normaalin epidemian erottaminen etnisestä puhdistuksesta olisi käytännössä mahdotonta ilman nanobottien havaitsemistyökaluja. Nanolaitteet toimivat vain tietyntyyppisiä ihmisiä vastaan ​​ja tiukasti määritellyissä olosuhteissa. Kun nanolaite on kehossa, se ei ilmene millään tavalla ennen aktivointikomentoa. Nanoteknologian seuraava sovellus on sotilaiden varusteet ja varusteet. Ihmisestä, univormuista ja aseista ehdotetaan eräänlaista hybridiä, jonka elementit liittyvät niin läheisesti toisiinsa, että tulevaisuuden täysin varustettua sotilasta voidaan kutsua erilliseksi organismiksi.

Nanoteknologia on antanut läpimurron panssari- ja vartalosuojavarusteiden valmistuksessa.

Sotilasvarusteet on tarkoitus varustaa erityisellä "sähkömekaanisella maalilla", joka muuttaa väriä ja estää korroosiota. Nanomaali pystyy "kiristämään" pieniä vaurioita koneen rungossa ja koostuu suuresta määrästä nanomekanismeja, jotka mahdollistavat kaikkien yllä olevien toimintojen suorittamisen. Optisten matriisien järjestelmän avulla, jotka ovat erillisiä nanokoneita "maalissa", tutkijat haluavat saavuttaa auton tai lentokoneen näkymättömyyden vaikutuksen.

Nanoteknologia tuo muutoksia sotilaallisella alalla. Uusi laadullisesti muuttunut ja hallitsematon kilpavarustelu. Nanoteknologian valvonta voidaan todella toteuttaa vain globaalissa sivilisaatiossa. Nanoteknologia mahdollistaa kenttäsodankäynnin täydellisen mekanisoinnin, modernisoitujen sotilaiden läsnäoloa lukuun ottamatta.

Siten tärkein johtopäätös nanoteknologian aseiden tunkeutumisen tuloksesta on mahdollisuus muodostaa globaali yhteiskunta, joka pystyy hallitsemaan nanoteknologiaa ja asevarustelua. Tämän universalismin suuntauksen määrää teknogeenisen sivilisaation rationaalisuus ja se ilmaisee sen etuja ja arvoja.

Johtopäätös

Selvitettyään nanoteknologian käsitteen, hahmoteltuani sen tulevaisuudennäkymiä ja pohdittuani mahdollisia vaaroja ja uhkia, haluan tehdä johtopäätöksen. Uskon, että nanoteknologia on nuori tiede, jonka kehityksen tulokset voivat muuttaa ympärillämme olevaa maailmaa tuntemattomaan. Ja mitä näistä muutoksista tulee - hyödyllisiä, vertaansa vailla elämää helpottavia vai haitallisia, uhkaavia ihmiskuntaa - riippuu ihmisten keskinäisestä ymmärryksestä ja rationaalisuudesta. Ja keskinäinen ymmärrys ja järkevyys riippuvat suoraan ihmisyyden tasosta, mikä merkitsee henkilön vastuuta teoistaan. Siksi tärkein tarve viime vuosina ennen väistämätöntä nanoteknologian "buumia" on hyväntekeväisyyskasvatus. Vain järkevät ja inhimilliset ihmiset voivat muuttaa nanoteknologian ponnahduslautaksi maailmankaikkeuden ja sen paikan ymmärtämiseksi tässä universumissa.

Bibliografia

1. Delphin olio-ohjelmoinnin perusteet: Proc. korvaus / V. V. Kuznetsov, I. V. Abdrashitova; Ed. T. B. Korneeva. - toim. 3., tarkistettu. ja ylimääräisiä - Tomsk, 2008. - 120 s.
2. Kimmel P. Sovelluksen luominen Delphissä./P. Kimel - M: Williams, 2003. - 114s.
3. Kobayashi N. Johdatus nanoteknologiaan / N. Kobayashi. - M.: Binom, 2005 - 134s
4. Chaplygin A. Nanoteknologiat elektroniikassa / A. Chaplygin. - 2005 M.: teknosfääri
5. http:// www.delphi.com

   Esikatselu:

   Jos haluat käyttää esitysten esikatselua, luo itsellesi tili ( tili) Google ja kirjaudu sisään:

Johdanto
1. Nanoteknologian kehityksen historia
2. Nanoteknologia lääketieteessä
3. Voronežin alue nanotutkimuksen kärjessä
3.1 Voronežin alueen yliopistot ja niiden kehitys nanoteknologian alalla
3.2 Voronežin alueen nanoteknologiateollisuus
3.3 Nanotuotteet massakuluttajalle
Johtopäätös
Kirjallisuus
"Siellä on paljon tilaa"
- Richard Feynman

Johdanto
Nanoteknologiaksi kutsuttu tieteen ja teknologian ala sekä vastaava terminologia ilmestyivät suhteellisen hiljattain. Sen näkymät ovat kuitenkin niin suuret sivilisaatiollemme, että nanoteknologian perusideaa on levitettävä laajalti erityisesti nuorten keskuudessa.
Vaikka sana "nanoteknologia" on suhteellisen uusi, nanometrin kokoiset laitteet ja rakenteet eivät ole uusia. Itse asiassa ne ovat olleet olemassa maan päällä niin kauan kuin itse elämä on ollut olemassa. Abalone-nilviäinen kasvattaa sisäpuolelta erittäin vahvan, värikkäin kuoren, joka liimaa yhteen vahvoja liitunanohiukkasia erityisellä proteiinien ja hiilihydraattien seoksella. Ulkopuolelle ilmestyvät halkeamat eivät pääse leviämään pesualtaassa nanorakenteisten tiilien takia. Kuoret ovat luonnollinen osoitus siitä, että nanopartikkeleista muodostuvat rakenteet voivat olla paljon vahvempia kuin tilavuudeltaan homogeeninen materiaali.
Ei tiedetä tarkasti, milloin ihmiset alkoivat hyödyntää nanomittakaavan materiaaleja. On todisteita siitä, että neljännellä vuosisadalla jKr roomalaiset lasinvalmistajat valmistivat lasia, joka sisälsi metallinanohiukkasia. Tämän aikakauden esine, nimeltään Lycurgus Cup, on British Museumissa. Kuningas Lycurgusin kuolemaa kuvaava kulho on valmistettu natronkalkkipohjaisesta lasista, joka sisältää hopean ja kullan nanohiukkasia. Kulhon väri muuttuu vihreästä tummanpunaiseksi, kun siihen asetetaan valonlähde. Keskiaikaisten temppelien lasimaalausten valtava valikoima kauniita värejä selittyy metallin nanohiukkasten läsnäololla lasissa.
Nanoteknologioiden nopea kehitys maailman tasolla kertoo niiden suuresta merkityksestä sivilisaation kehityksessä. Nanoteknologia muuttaa radikaalisti kaikki ihmiselämän osa-alueet. Niiden pohjalta voidaan luoda tavaroita ja tuotteita, joiden käyttö mullistaa kokonaisia ​​talouden aloja.
Nanoteknologian kehityksen merkitystä on vaikea yliarvioida! Tämä tarkoittaa, että on välttämätöntä tutkia kaikkea nanoteknologiaan liittyvää jo käynnissä koulun tasolla. Ja vaikka fysiikan opiskelun perustaso lukiossa tarjoaa vain 2 tuntia viikossa, ja jokainen kiinnostunut opiskelija ymmärtää, että tämä ei riitä - kiinnostus esitettyyn ongelmaan ei heikkene.

1. Nykyään nanoteknologian käsite astuu lujasti elämäämme, ja jo vuonna 1959 kuuluisa amerikkalainen teoreettinen fyysikko Richard Feynman sanoi, että on olemassa ”hämmästyttävä monimutkainen maailma pieniä muotoja, ja joskus (esimerkiksi vuonna 2000) ihmiset hämmästyvät, ettei kukaan ennen vuotta 1960 ottanut tämän maailman tutkimusta vakavasti.
Nanoteknologian isoisänä voidaan pitää kreikkalaista filosofia Demokritosta. 2400 vuotta sitten hän käytti ensimmäistä kertaa sanaa "atomi" kuvaamaan aineen pienintä hiukkasta.
1905 - Sveitsiläinen fyysikko Albert Einstein julkaisi artikkelin, jossa hän osoitti, että sokerimolekyylin koko on noin 1 nanometri.
1931 - Saksalaiset fyysikot Max Knoll ja Ernst Ruska loivat elektronimikroskoopin, joka mahdollisti ensimmäistä kertaa nanoobjektien tutkimisen.
1959 - Amerikkalainen fyysikko Richard Feynman julkaisi ensimmäisen kerran paperin, jossa arvioitiin pienentämisen mahdollisuuksia. Nanoteknologian perusperiaatteet hahmoteltiin hänen legendaarisessa luennossaan "There's Plenty of Room at the Bottom", jonka hän piti Kalifornian teknologiainstituutissa. Feynman on tieteellisesti osoittanut, että fysiikan peruslakien kannalta ei ole esteitä asioiden luomiselle suoraan atomeista. Sitten hänen sanansa tuntuivat fantastisilta vain yhdestä syystä: vielä ei ollut tekniikkaa, jonka avulla voitaisiin toimia yksittäisillä atomeilla (eli tunnistaa atomi, ottaa se ja laittaa se toiseen paikkaan). Herättääkseen kiinnostusta tätä aluetta kohtaan Feynman tarjosi 1 000 dollarin palkinnon ensimmäiselle henkilölle, joka kirjoitti sivun kirjasta neulanpäähän, mikä muuten toteutui jo vuonna 1964.
1968 - Alfred Cho ja John Arthur, tiedehenkilöstö Amerikkalainen yritys Bell kehitti pintananokoneistuksen teoreettiset perusteet.
1974 - Japanilainen fyysikko Norio Taniguchi toi sanan "nanoteknologia" tieteelliseen liikkeeseen ehdottaen, että alle 1 mikronin kokoisia mekanismeja pitäisi kutsua sellaisiksi.
1981 - Saksalaiset fyysikot Gerd Binnig ja Heinrich Rohrer loivat skannaavan tunnelimikroskoopin - laitteen, jonka avulla voit vaikuttaa aineeseen atomitasolla. Neljä vuotta myöhemmin he saivat Nobel-palkinnon.
1985 – Amerikkalaiset fyysikot Robert Curl, Harold Kroto ja Richard Smalley kehittävät teknologiaa, jolla mitataan tarkasti halkaisijaltaan yhden nanometrin pieniä esineitä.
1986 - Luotiin atomivoimamikroskooppi, joka, toisin kuin tunnelimikroskooppi, mahdollistaa vuorovaikutuksen minkä tahansa materiaalin kanssa, ei vain johtavien.
1986 - Nanoteknologia tuli tunnetuksi suurelle yleisölle. Amerikkalainen futuristi Eric Drexler julkaisi kirjan, jossa hän ennusti nanoteknologian alkavan pian kehittyä nopeasti.
1989 - IBM:n työntekijä Donald Aigler esitti yrityksensä nimen ksenonatomeilla.
1998 - Hollantilainen fyysikko Seez Dekker loi nanotransistorin.
2000 - Yhdysvaltain hallinto julkisti "National Nanotechnology Initiativen" (National Nanotechnology Initiative). Sitten Yhdysvaltain liittovaltion budjetista myönnettiin 500 miljoonaa dollaria. Vuonna 2002 määrärahojen määrä nostettiin 604 miljoonaan dollariin. Vuonna 2003 Initiative pyysi 710 miljoonaa dollaria, ja vuonna 2004 Yhdysvaltain hallitus päätti lisätä tämän alan tieteellisen tutkimuksen rahoitusta. 3,7 miljardia dollaria neljässä vuodessa. Kaiken kaikkiaan maailmanlaajuiset nanoinvestoinnit vuonna 2004 olivat noin 12 miljardia dollaria.
2004 - Yhdysvaltain hallinto tuki "National Nanomedicine Initiative" -aloitetta osana kansallista nanoteknologia-aloitetta.
Tällainen tapahtumien kronologia ei voinut olla kiinnostamatta minua, ja tässä raportissa yritin esittää minua kiinnostavat tosiasiat ja tapahtumat välinpitämättömän koulupojan näkökulmasta, joka ymmärtää tulevaisuuden olevan uusien teknologioiden käsissä.

2. Nanoteknologian nopea kehitys johtuu myös yhteiskunnan tarpeista valtavien tietomäärien nopeassa käsittelyssä.
Nykyään nanoteknologian alan edistyminen liittyy nanomateriaalien kehittämiseen ilmailu-, auto- ja elektroniikkateollisuutta varten.
Mutta vähitellen lääketiede mainitaan yhä useammin nanoteknologian lupaavana sovellusalueena. Tämä johtuu siitä, että moderni teknologia voit työskennellä aineen kanssa mittakaavassa, joka viime aikoihin asti näytti fantastiselta - mikrometri ja jopa nanometri. Juuri nämä mitat ovat ominaisia ​​tärkeimmille biologisille rakenteille - soluille, niiden rakenneosille (organelleille) ja molekyyleille.

Tänään voimme puhua uuden suunnan - nanolääketieteen - syntymisestä. R. Feynman ilmaisi ensimmäisen kerran ajatuksen mikroskooppisten laitteiden (robottien-manipulaattorien) käytöstä lääketieteessä vuonna 1959. Manipulaattorit avaavat laajimmat mahdollisuudet elvyttää kehon sairaita soluja, mukaan lukien ihmisen soluja, joita jotkut visionääritutkijat pitävät jo mahdollisuutena saada lopulta kuolemattomuus. Nanoteknologialla on kuitenkin myös erittäin kielteinen mahdollisuus kehittyä edelleen: varsinkin jos manipulaattorin hallinta on valittujen ihmisten käsissä, näiden ihmisten valta kaikkiin muihin on rajaton.
Nykyään olemme vielä melko kaukana Feynmanin kuvaamasta mikrorobotista, joka kykenee siihen verenkiertoelimistö päästä sydämen sisään ja tehdä siellä olevaa venttiiliä leikkaus. Mutta muutaman viime vuoden aikana hänen ehdotuksensa ovat tulleet lähemmäksi todellisuutta. Nanoteknologian nykyaikaiset sovellukset lääketieteessä voidaan jakaa useisiin ryhmiin:
. Nanorakenteiset materiaalit, mukaan lukien pinnat nanoreliefillä, kalvot nanorei'illä;
. Nanohiukkaset (mukaan lukien fullereenit ja dendrimeerit);
. Mikro- ja nanokapselit;
. Nanotekniset anturit ja analysaattorit;
. Pyyhkäisykoettimikroskooppien lääketieteelliset sovellukset;
. Nanotyökalut ja nanomanipulaattorit;
. Mikro- ja nanolaitteet, joilla on eriasteinen autonomia.
Kirkkain ja yksinkertaisin esimerkki nanoteknologian käytöstä lääketieteessä ja kosmetiikassa on tavallinen saippualiuos, jolla on pesevä ja desinfioiva vaikutus. Siinä muodostuu nanopartikkeleita, misellit ovat dispergoidun Zola-faasin (kolloidisen liuoksen) hiukkasia, joita ympäröi dispergoidun väliaineen molekyyli- tai ionikerros. Saippua on nanoteknologian ihme, joka oli sellaista jo silloin, kun kukaan ei epäillyt nanohiukkasten olemassaoloa. Tämä nanomateriaali ei kuitenkaan ole tärkein nykyaikaisen nanoteknologian kehittämisessä terveydenhuollossa ja kosmetologiassa.

Toinen ikivanha nanoteknologian sovellus kosmetologiassa oli se, että Australian aboriginaalien kirkkaiden sotamaalien levittämiseen käyttämät väriaineet sekä antiikin kreikkalaisten kaunokaisten hiusvärit sisälsivät myös nanopartikkeleita, jotka antoivat erittäin pitkäkestoisen värjäyksen. Puhutaanpa nyt nanoteknologian kehityksestä.

Nanoteknologian kehityksen ensimmäisessä vaiheessa etusijalle annettiin anturimikroskopialaitteita. Nämä laitteet ovat kuin nanoteknologin silmät ja kädet. 2000-luvulla nanoteknologia tulee kaikille ihmiselämän alueille. Tämä on uusi sana tieteessä, uudet mahdollisuudet, uusi laatu ja elintaso. Nanoteknologioiden nopea kehitys maailman tasolla on niiden suuri merkitys sivilisaation kehityksessä. Nanoteknologia ja nanotekniikka ovat ylivoimaisesti lupaavin suunta Venäjän ja ulkomaisen tieteen kehityksessä. Nanomateriaalit ovat aiheuttaneet todellisen läpimurron monilla teollisuudenaloilla ja tunkeutuvat kaikille elämämme aloille.
Niiden pohjalta voidaan luoda tavaroita ja tuotteita, joiden käyttö modernisoi kokonaisia ​​talouden aloja. Lähitulevaisuudessa näemme muun muassa nanosensorit kemian- ja bioteknologiateollisuuden myrkyllisten jätteiden tunnistamiseen, lääkkeet, kemialliset sodankäynnin aineet, räjähteet, patogeeniset mikro-organismit sekä nanohiukkassuodattimet ja muut puhdistuslaitteet, jotka on suunniteltu poistamaan tai neutraloida ne.. Toinen esimerkki lupaavista nanosysteemeistä lähitulevaisuudessa ovat hiilinanoputkiset sähkörunkokaapelit, jotka johtavat korkeajännitevirtaa paremmin kuin kuparilangat ja painavat samalla viisi-kuusi kertaa vähemmän.
Nanomateriaalit vähentävät merkittävästi pakokaasujen haitallisista epäpuhtauksista puhdistavien autojen katalysaattoreiden kustannuksia, koska niillä voidaan vähentää näissä laitteissa käytetyn platinan ja muiden arvometallien kulutusta 15-20 kertaa. On täysi syy uskoa, että nanomateriaalit löytävät laaja sovellusöljynjalostusteollisuudessa ja uusimmat alueet bioteollisuudessa, kuten genomiikassa ja proteomiikassa.

Kaukaiseen tulevaisuuteen katsottaessa voidaan olettaa, että nanoteknologiat voivat tarjota ihmiselle fyysisen kuolemattomuuden, koska nanolääketiede voi loputtomasti uudistaa kuolevia soluja. Lääketieteestä puheen ollen… Se muuttuu huomaamattomasti. Ensinnäkin nanopartikkeleita voidaan käyttää lääketieteessä lääkkeen täsmälliseen annosteluun ja kemiallisten reaktioiden nopeuden säätelyyn. Tunnisteetiketillä varustetut nanokapselit pystyvät toimittamaan lääkkeitä suoraan määritettyihin soluihin ja mikro-organismeihin, voivat seurata ja näyttää potilaan tilaa, seurata aineenvaihduntaa ja paljon muuta. Näin voidaan torjua tehokkaammin syöpää, virusperäisiä ja geneettisiä sairauksia. Kuvittele, että olet saanut flunssan (etkä edes tiedä, että olet saanut sen vielä). Keinotekoisesti tehostettu immuniteettijärjestelmä reagoi välittömästi, kymmenet tuhannet nanorobotit alkavat tunnistaa (sisäisen tietokantansa mukaisesti) influenssaviruksen, ja muutamassa minuutissa veressäsi ei ole yhtään virusta! Tai sinulla on varhainen ateroskleroosi, keinotekoiset solut alkavat puhdistaa verisuonia mekaanisin ja kemiallisin keinoin. Toiseksi on mahdollista luoda nanorobotteja, jotka pystyvät "elämään" ihmiskehon sisällä, eliminoimaan kaikki tapahtuvat vauriot tai estämään niiden esiintymisen. Molekyylien johdonmukainen tarkistaminen ja tarvittaessa "korjaus", solu solulta, elin elimeltä, nanokoneet palauttavat jokaisen potilaan terveyden ja sitten yksinkertaisesti estävät kaikki sairaudet ja patologiat, myös geneettiset. Teoriassa tämä antaa ihmisen elää satoja, ehkä tuhansia vuosia. Kolmanneksi on mahdollista analysoida ja muokata nopeasti geneettistä koodia, yksinkertainen aminohappojen ja proteiinien suunnittelu sekä uudentyyppisten lääkkeiden, proteesien ja implanttien luominen. Tällä alueella useat tutkijat testaavat jo erilaisten nanomateriaalien yhteensopivuutta elävien kudosten ja solujen kanssa.

Nykyään voimme vain haaveilla nanoroboteista, mutta olemme kuitenkin jo edistyneet merkittävästi tällä alalla. Joten tiettyjen aineiden nanohiukkaset voivat toimia "nanorobotteina". Esimerkiksi hopea. On todettu, että hopean nanohiukkaset ovat tuhansia kertoja tehokkaampia bakteereja ja viruksia vastaan ​​kuin hopea-ionit.
Kuten koe osoitti, mitättömät nanopartikkelien pitoisuudet tuhosivat kaikki tunnetut mikro-organismit (mukaan lukien AIDS-virus) ilman, että niitä kulutettiin. Lisäksi, toisin kuin antibiootit, jotka tappavat paitsi haitallisia viruksia, myös niiden vaikuttamia soluja, nanohiukkasten vaikutus on erittäin valikoiva: ne vaikuttavat vain viruksiin, kun taas solu ei vaurioidu! Tosiasia on, että mikro-organismien kuori koostuu erityisistä proteiineista, jotka nanohiukkasten vahingoittuessa lakkaavat toimittamasta bakteerille happea. Valitettava mikro-organismi ei pysty enää hapettamaan "polttoainettaan" - glukoosia - ja kuolee jäädessään ilman energialähdettä. Myös virukset, joilla ei ole lainkaan kuorta, saavat omansa, kun ne kohtaavat nanohiukkasen. Mutta ihmisten ja eläinten soluissa on enemmän "high-tech" -seiniä, eivätkä nanohiukkaset pelkää niitä. Tällä hetkellä on meneillään tutkimuksia hopean nanopartikkelien käyttömahdollisuuksista lääkevalmisteissa.

Esimerkiksi Helios-yhtiö valmistaa hopeananohiukkasista valmistettua Witch Doctor -hammastahnaa, joka suojaa tehokkaasti erilaisilta infektioilta. Pieniä pitoisuuksia nanopartikkeleita lisätään myös joihinkin "eliitin" kosmetiikkasarjan voiteisiin, jotta ne eivät huonone käytön aikana. Hopeananohiukkaslisäaineita käytetään anti-allergisena säilöntäaineena voiteissa, shampoissa, meikkikosmetiikassa jne. Käytettäessä havaitaan myös anti-inflammatorinen ja parantava vaikutus.
Nanohiukkaset pystyvät säilyttämään bakterisidisiä ominaisuuksiaan pitkään sen jälkeen, kun niitä on levitetty monille koville pinnoille (lasi, puu, paperi, keramiikka, metallioksidit jne.). Näin on mahdollista luoda erittäin tehokkaita pitkäkestoisia desinfiointiaerosoleja kotikäyttöön. Toisin kuin valkaisuaineet ja muut kemialliset desinfiointiaineet, nanohiukkaspohjaiset aerosolit eivät ole myrkyllisiä eivätkä vahingoita ihmisten tai eläinten terveyttä.

Scientific American -lehden mukaan postimerkin kokoisia lääkinnällisiä laitteita ilmestyy lähitulevaisuudessa. Riittää, kun laitat ne haavaan. Tämä laite suorittaa itsenäisesti verikokeen, määrittää käytettävät lääkkeet ja ruiskuttaa ne vereen. On huomattava, että korkean teknologian ilmaantuminen niiden korkeiden kustannusten vuoksi on tuonut terveydenhuoltoon useita uusia ongelmia, mukaan lukien moraalisia ja eettisiä ongelmia, jotka liittyvät lääketieteellisten palvelujen saatavuuteen ja saavutettavuuteen väestölle. Siitä huolimatta, kuinka paljon lääketieteen tieteellinen ja tekninen perusta kehittyy, potilaan paranemisen päätekijät ovat aina olleet ja tulevat olemaan lääkärin ammatillinen koulutus, eettiset ja inhimilliset ominaisuudet.

3. Venäläiset tutkijat ovat osallistuneet ja edistävät edelleen nanoteknologian yleistä kehitystä. Yksi Venäjän johtavista nanotutkimuksen alueista on Voronežin alue. Nykyään sillä on tietty potentiaali nanoteollisuuden alalla - nämä ovat Voronežin alueen yliopistojen tutkimuskehitystä ja useita innovatiivisia hankkeita ja teollisuusyritysten teknologista kehitystä. Alueen toimialaprioriteetit keskittyvät energia- ja polttoaineteollisuuteen, instrumenttien valmistukseen ja elektroniikkaan sekä ilmailuteollisuuteen.

3.1 Voronežin alueella on korkea teollinen potentiaali, ja kolmanneksella Voronežin väestöstä on korkea-asteen koulutus. Kaupunkia pidetään Keski-Tšernozemin alueen älyllisenä keskuksena. Alueen johtavat yliopistot - Voronezh State University, Voronezh State Technical University ja monet muut - tekevät menestyksekkäästi tutkimusta ja kehitystä nanomateriaalien ja nanoelektroniikan alalla. Voronežin yrityksillä on myös innovatiivisia projekteja ja teknologista kehitystä, joissa eniten huomiota kiinnitetään lupaavaan työhön lämpösähkön ja viiksomaisiin piinanokiteisiin perustuvan elementtipohjan luomiseen sekä muihin asiaan liittyviin aiheisiin. Siten CJSC Voronezh Engineering and Technology Center yhdessä Voronežin osavaltion teknillisen yliopiston kanssa osallistuvat menestyksekkäästi T&K-toimintaan erittäin tehokkaan nanokomposiittiaurinkokennon kehittämiseksi. Sodruzhestvon teknopark toteuttaa hanketta "Teknologisten laitteiden kehittäminen fullereenia sisältävän seoksen, nanokuitujen ja nanoputkien tuotantoon". Nanoteollisuuden kehityskeskuksia ollaan luomassa alueen korkean teknologian yritysten ja yliopistojen kanssa. Näistä keskuksista voimme erottaa: Fonon Centerin OJSC NPO RIF Corporationin pohjalta ja Industrial Nanotechnologiesin Cosmos-Oil-Gas LLC:n pohjalta.

Nanoteknologian alan teollisuusyritykset kiinnittävät eniten huomiota seuraavien alueiden kehitykseen: lämpösähkö, viiksimäisiin piinanokiteisiin perustuvan elementtipohjan kehittäminen jne. Syntyy pieniä innovatiivisia nanoteknologian kehittämiseen erikoistuneita yrityksiä.
VSU:n kehityksen perusteella luotiin LLC Corrosion Protection LLC, joka edistää uusi teknologia sinkin nanorakenteiden pinnoitus. JSC "Rikon" työskentelee myös tähän suuntaan, koska se on luonut täysin uusia kondensaattoreita fullereeneilla.

ZAO Voronezh Engineering and Technology Center yhdessä Voronežin osavaltion teknillisen yliopiston kanssa tekee tutkimusta ja kehitystä erittäin tehokkaan nanokomposiittiaurinkokennon kehittämiseksi. Sodruzhestvon teknopark toteuttaa hanketta "Teknologisten laitteiden kehittäminen fullereenia sisältävän seoksen, nanokuitujen ja nanoputkien tuotantoon".

Voronežin osavaltion maatalousyliopiston kemistit ovat keksineet kestävän kotitalouksien vesisuodattimen, jolle heidän mukaansa ei ole analogia maailmassa. Suodattimen perusta, jonka luomisessa VGAU:n ja Akva-yrityksen työntekijät työskentelivät, perustuu nanoteknologioihin. Projektipäällikön, Teknillisen ja hyödyketieteellisen tiedekunnan kemian laboratorion johtajan Ivan Gorelovin mukaan suodatinmateriaalin synteesi on valmistettu piidioksidin, hiilen ja hopean nanohiukkasista. Ne valmistetaan ensin raaka-aineiksi, yhdistetään sitten tiukoissa suhteissa, kuivataan pelleteiksi ja poltetaan 1000ºС lämpötilassa ilman happea.

Tiedemiesten mukaan uuden suodattimen ainutlaatuisuus piilee nanohiukkasten käytön lisäksi siinä, että se poistaa ihmisen aiheuttamia epäpuhtauksia - ensisijaisesti rautayhdisteitä, öljytuotteita sekä raskasmetalli-ioneja (lyijyä, elohopeaa, sinkkiä). , kadmium, kupari). Veden luonnollinen mineraalikoostumus säilyy ennallaan.
Suunnittelumme suodattimen mukana toimitetulla nanokomposiitilla on universaaleja ominaisuuksia. Kuivassa tilassa se pystyy imemään bentseeniä, tolueenia, heksaania, asetonihöyryjä sekä savua. Siksi sitä voidaan käyttää esimerkiksi hätäsuojalaitteissa pelastushenkilöstön ja maali- ja lakkateollisuuden työntekijöiden suojaamiseen.
Asiakkaat Euroopasta ja Aasiasta ovat jo osoittaneet kiinnostusta suodattimiin. VGAU-pohjainen teollisuuslinja niiden tuotantoa varten otetaan käyttöön vuoden 2013 alussa. Nanoteollisuuden kehityskeskuksia ollaan luomassa alueen korkean teknologian yritysten ja yliopistojen kanssa.

3.2 Tällä hetkellä alueella toimii 14 nanoteknologiateollisuudessa toimivaa yritystä ja organisaatiota: Voronezhsintezkauchuk OJSC, NPO RIF Corporation OJSC, VZPP-S OJSC, KBKhA OJSC, Sozvezdie Concern OJSC, Voronezh State University, Voronezh State Technical University, Komnet LLC, Vodniyemashoova Plant OJSC jne. Alueella on jo toteutettu noin 20 nanoteollisuuden teollisuushanketta. Ja vain Voronežin osavaltion yliopistolla on kehitysvaiheessa noin 30 hanketta.
Voronežin alueen nanoteollisuuden T&K:n pääsovellusalueet ovat seuraavat:
. Nanoteknologia energiatekniikassa ja polttoaineteollisuudessa. Voronežin alueen yritykset ja organisaatiot toteuttavat hankkeita, joiden tavoitteena on teollisuustuotanto polypii aurinkoakkuihin, lämpösähköiset materiaalit koneiden ja mekanismien energiatehokkuuden parantamiseksi, markkinoilla olevien polttoaine- ja nesteiden nanomodifiointi.
. Nanoteknologia instrumenttien valmistuksessa ja elektroniikassa. Voronežin alueen nanoteollisuuden kehitys on suunnattu pyyhkäisevien elektroni- ja atomivoimamikroskooppien, mikropiirien, piirilevyjen ja silmukkakaapeleiden kehittämiseen ja tuotantoon.
. Nanoteknologiat ilmailuteollisuudessa. Tämän teollisuuden puitteissa Voronežin alueella nanoteknologian alan yritykset ja organisaatiot suorittavat pilottitestejä ja valmistelevat lämmönkestävien ja muiden nanomodifioitujen komposiittien tuotantoa, jotka ovat täysin uusia materiaaleja rakettitiedettä ja lentokoneteollisuutta varten.
. Nanoteknologia koneenrakennuksessa. Nimetyllä alalla Voronežin alueen nanoteollisuuden yritykset ja organisaatiot työskentelevät nanomateriaalien luomiseen tarkoitettujen järjestelmien tuottamiseksi.
. Nanoteknologia lääketieteessä. Voronežin alueen nanoteollisuuden yritykset ja organisaatiot toteuttavat hankkeita, joiden tavoitteena on luoda uusia menetelmiä potilaiden hoitoon ja diagnosointiin. Merkittävä osa lupaavista hankkeista on suunnattu tekniikoiden luomiseen tuonnin korvaamiseksi ulkomailla lääkkeet.
. Nanoteknologia. Rakennusalalla ei ole viime vuosina otettu käytännössä lainkaan käyttöön uusia teknologioita. Samaan aikaan Voronežin alueen nanoteollisuuden yrityksillä ja organisaatioilla on merkittävä kehityspotentiaali alueen ja Venäjän federaation rakentamisen laadun parantamiseksi.
. Nanoteknologia elintarviketeollisuudessa. Voronežin alueen nanoteollisuuden yritysten ja organisaatioiden asiaankuuluvia kehityssuuntia ovat vedenpuhdistustekniikat, elintarvikkeiden muokkaaminen niiden ravitsemuksellisten ominaisuuksien parantamiseksi.

3.3 Voronežin alueella otetaan aktiivisesti käyttöön nanotuotteita, jotka parantavat laadullisesti Voronežin asukkaiden terveydentilaa. Esimerkkinä Nano Hightechin tuotteet, erityisesti nanokeramiikasta valmistettu kuusikulmio. Nanokeramiikka on ainutlaatuinen materiaali, joka syntetisoi useita pääkomponentteja: tulivuoren kivet, Kym-Gan Stone, luonnongermanium, titaani, Pozzolaan ja Barodon, murskattu nanomittakaavan yksiköiksi. Tämän ansiosta Nano High-Tech Hanguk Nano Medical Company on valmistanut ainutlaatuisen tuotteen - Nanoceramics (NC). Tuloksena oleva raaka-aine käy läpi puristus-, muovaus- ja polttoprosessin 1300 °C:n lämpötilassa sähköuunissa. Poltetuista ja kiillotetuista kuusikulmioista muodostetaan sitten manuaalisesti tiheitä mosaiikkikenttiä, joita käytetään laitteiden valmistuksessa. Tämä kuusikulmio on suunniteltu lievittämään kipua, poistamaan epämiellyttäviä hajuja ja strukturoimaan nesteitä.

Kuten valmistaja meille vakuuttaa, hän:
. aktivoi mikroverenkiertoprosesseja,
. palauttaa häiriintyneen energianvaihdon,
. sillä on bakterisidisiä ominaisuuksia,
. nopeuttaa haavojen, hankausten, mustelmien, palovammojen paranemisprosessia,
. säilyttää tuotteiden tuoreuden pitkään, poistaa epämiellyttäviä hajuja (kun Hexagon asetetaan jääkaappiin, kaappiin tai kenkiin),
. auttaa lisäämään maaperän hedelmällisyyttä (kun kastellaan täytetyllä vedellä tai laitetaan Hexagon maaperään),
. vaikuttaa nesteiden rakenteeseen,
. lievittää kipua ja tulehdusta.
Massakuluttajalle suunniteltuja tuotteita ei tietenkään ole niin paljon, mutta kehitys ei pysähdy, ja voimme turvallisesti olettaa, että seuraavien 5-10 vuoden aikana voimme nähdä uusia kuluttajatuotteita.

Johtopäätös
Kuten toistuvasti on todettu, nanoteknologia avaa suuria mahdollisuuksia uusien materiaalien kehittämiseen, viestinnän parantamiseen, biotekniikan, mikroelektroniikan, energian ja aseiden kehitykseen. Todennäköisimpien tieteellisten läpimurtojen joukossa asiantuntijat mainitsevat tietokoneen suorituskyvyn kasvun, ihmiselinten palauttamisen äskettäin uudelleen luodun kudoksen avulla, uusien materiaalien tuotannon suoraan tietyistä atomeista ja molekyyleistä sekä uusien kemian ja fysiikan löytöjen syntymisen, jotka voivat vallankumouksellinen vaikutus sivilisaation kehitykseen.
Oletetaan, että nanoteknologia ratkaisee energiaongelmia tehokkaamman valaistuksen, polttokennojen, vetyakkujen, aurinkokennojen, energialähteiden jakelun, tuotannon ja energian varastoinnin hajauttamisen avulla sähköjärjestelmän laadullisen päivityksen avulla.
Tärkeintä on, että "nanoteknologian" käsitteestä ei tulisi porsaanreikä, jonka taakse epärehelliset tiedemiehet, yrittäjät, yritykset ja virkamiehet piiloutuvat.
Tällä hetkellä markkinoilla on vain vaatimattomia nanoteknologian edistysaskeleita, kuten itsepuhdistuvia pinnoitteita, älykkäitä vaatteita ja pakkauksia, jotka pitävät ruoan tuoreena pidempään. Tiedemiehet ennustavat kuitenkin nanoteknologian voittoisaa marssia lähitulevaisuudessa luottaen siihen, että se tunkeutuu vähitellen kaikille teollisuudenaloille.
Kuten jo mainittiin, nanoteknologian käyttömahdollisuudet ovat ehtymättömät: mikroskooppisista tietokoneista, jotka tappavat syöpäsoluja, aina autojen moottoreita jotka eivät saastuta ympäristöä, mutta suuret näkymät tuovat useimmiten mukanaan suuria vaaroja. Otetaan esimerkiksi saavutukset atomienergian alalla ja surulliset seuraukset Tshernobylin onnettomuus tai Hiroshiman ja Nagasakin tragedia. Tiedemiesten kaikkialla maailmassa on nykyään selvästi ymmärrettävä, että tällaiset "epäonnistuneet" kokeet tai laiminlyönti voivat tulevaisuudessa muuttua tragediaksi, joka uhkaa koko ihmiskunnan ja koko planeetan olemassaoloa.
Tässä suhteessa käy selväksi, miksi nanoteknologian ilmestymisestä lähtien sen kehitystä ovat jarruttaneet pelot, joista osa kuuluu selvästi tieteiskirjallisuuden luokkaan, mutta osa ei kuitenkaan ole täysin perusteettomia.
Lähitulevaisuudessa on tarkoitus luoda "älykkäitä" muistimateriaaleja, itseparantuvia materiaaleja, nanorobotteja, jotka ovat olemassa ihmiskehon sisällä ja varmistavat sen normaalin toiminnan, etäisten avaruuden alueiden tutkimista nanorobottien avulla jne.
Ensimmäiset ennusteet nanoteknologian kehityksestä, joita pidettiin fantastisena elokuvana, ovat perusteltuja ja etuajassa.
Siten nanoteknologioiden käyttö biofysiikassa on kehityksensä aivan alkuvaiheessa. Mutta tästä huolimatta on jo tänään selvää, että nanoteknologisten ja biofysikaalisten menetelmien käyttöönotto "klassiseen" biologiaan mahdollistaa uskomattomimpien ja hämmästyttävimpien tulosten saavuttamisen. Monet tutkijat uskovat jopa, että Homo sapiensin biologiset lajit korvataan lähes kokonaan uudella biologisella lajilla seuraavan vuosisadan aikana. Tämä henkilö on monimutkainen synteesi geneettisistä modifikaatioista ja teknisten järjestelmien istuttamisesta. Suoraan ihmiskehoon sijoitetut elektroniset komponentit tarjoavat jatkuvan kommunikoinnin verkkojen, kuten Internetin, kanssa. Mutta toistaiseksi nämä ovat vain ennusteita mahdollisesta tulevaisuudesta, ehkä kauempana kuin haluaisimme, mutta kuitenkin kiehtovia fantastisilla mahdollisuuksillaan.
Ensimmäinen yritys tutustua nanoteknologioihin ja nanoideoihin tapahtui. Hän vahvisti minua ajatuksessani tämän alan materiaalin lisätutkimuksesta. Olen varma, että tullessani opiskelijaksi en vain menetä kiinnostusta esitettyyn ongelmaan, vaan teen myös kaikkeni analysoidakseni ongelmaa uusista tiedon korkeuksista. Loppujen lopuksi usko siihen, että nanoteknologian näkymät ovat suuret sivilisaatiollemme, tulevaisuudellemme, ei ole vain varmuus... Tämä on uskoa tieteeseen, sen voittoon! Teknologiakilpailu määrittää elämän vauhtia, ja ollakseen menestyvä nykyihminen, sinun ei tarvitse vain pysyä ajan mukana, vaan mennä sen edellä!

Kirjallisuus:
1. Alferov Zh.I., Aseev A.L., Gaponov S.V., Koptev P.S. et ai., "Nanomaterials and Nanotechnologies" // Microsystem Engineering. 2003.
2. Balabanov V., "Nanoteknologiat. Tulevaisuuden tiede. 2009.
3. V. A. Karasev, " Geneettinen koodi: uusia näköaloja". 2003.
4. Pool Ch., Owens F., "Nanotechnologies" // M. Technosphere. 2004.
5. Rybalkina M., "Nanoteknologiaa kaikille". 2005.
6. V. V. Svetukhin, I. V. Razumovskaya et ai., "Johdatus nanoteknologiaan. Fysiikka." 2008.
7. Tretyakov Yu.D., "Nanoteknologiat. ABC kaikille. 2008.
8. Feynman R.P., "There's Plenty of Room at the Bottom", Engineering and Science (California Institute of Technology), helmikuu 1960, s. 22-36. Venäjänkielinen käännös julkaistu Chemistry and Lifessa, nro 12. 2002.
9. Journal "Russian Nanotechnologies", V.5, nro 1-2. 2010.
10. Sanomalehti "Teollisuusuutiset", nro 1. 2010.

Yleis- ja ammatillinen koulutusministeriö Rostovin alue

Rostovin alueen valtion talousarvion ammatillinen koulutuslaitos

"Tarasovin monitieteinen tekninen koulu"

Koulutusprojekti

aiheesta: "Nanoteknologian vaikutus tulevaisuuden kehitykseen"

Työpäällikkö:

Barsova T.N.

Tekniikan opettaja

s. Tarasovski

2017

Sisältö

Johdanto……………………………………………………………………………3

Nanoteknologian syntyminen………………………………………………………

Nanoteknologia Venäjällä…………………………………………………………5

Nanoteknologian laajuus………………………………………….7

Nanoteknologian tulevaisuus, ongelmat ja näkymät……………………………9

Analyysi…………………...12

Johtopäätös………………………………………………………………………13

Luettelo käytetystä kirjallisuudesta……………………………………………….14

Johdanto

Modernin nanoteknologian aikakautemme ei pysähdy, joten uusia löytöjä tehdään joka päivä.

Aiheen relevanssi johtuu nanoteknologian merkityksestä elämässämme ja maailmanyhteiskunnassa sekä nanoteknologian vaikutuksesta tulevaisuuden kehitykseen.

Nanoteknologia on 2000-luvun alun avainkäsite, uuden, tieteellisen ja teknologisen vallankumouksen symboli. Nämä ovat "korkeimpia" teknologioita, joiden kehittämiseen johtavat talousvallat käyttävät nykyään miljardeja dollareita.

Tiedemiesten ennusteiden mukaan nanoteknologia tekee 2000-luvulla saman vallankumouksen aineen manipuloinnissa kuin tietokoneet 1900-luvulla tiedon manipuloinnissa.

Todennäköisimpien tieteellisten läpimurtojen joukossa asiantuntijat mainitsevat tietokoneen suorituskyvyn merkittävän kasvun, ihmiselinten palauttamisen äskettäin uudelleen luodulla kudoksella, suoraan tietyistä atomeista ja molekyyleistä luotujen uusien materiaalien saamisen sekä uudet löydöt kemian ja fysiikan alalla.

Työn tavoitteet ja tehtävät:

Paljastaa nanoteknologian käsitettä, tutkia tieteen suuntauksia.

Tutustu nanoteknologian historiaan

Analysoi esineen ja materiaalin ominaisuuksien käyttöä

Tutkia nanoteknologian päätehtäviä

Tutkia nanoteknologian soveltamista ihmisen elämään

Suorita analyysi tämän tekniikan myönteisistä ja kielteisistä vaikutuksista, kun sitä käytetään rakennus-, konepaja-, energia-, ydin- ja sähköteollisuudessa.

Nanoteknologian esiintulo

Ensimmäinen maininta menetelmistä, joita myöhemmin kutsutaan nanoteknologiaksi, liittyy Richard Feynmanin puheeseen"Siellä on paljon tilaa", jonka hän teki vuonna 1959, jossa hän ehdotti, että yksittäisiä atomeja olisi mahdollista siirtää mekaanisesti sopivan kokoisella manipulaattorilla, ainakaan tällainen prosessi ei olisi ristiriidassa nykyään tunnettujen fysikaalisten lakien kanssa.

Nanoteknologia on tekniikkaa esineistä, joiden mitat ovat noin 10 -9 m (atomit, molekyylit). Nanoteknologian prosessit noudattavat kvanttimekaniikan lakeja.

Nanoteknologian tehtävät

Nanoteknologian tärkein tehtävä on materiaalien ja esineiden suunnittelu, luominen, synteesi, joilla on ennalta määrätyt ominaisuudet. Fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien riippuvuuden toteaminen nanohiukkasen koosta tai siinä olevien atomien lukumäärästä on yksi nanoteknologian päätehtävistä.

Nanoteknologian seuraava vaihe on määrätietoinen luominen ei materiaaleja, vaan valmiita tuotteita, joilla on perustavanlaatuisesti uudet laadulliset ominaisuudet ja tarkoitus.

Nanoteknologia Venäjällä

Nykyään Venäjä ei ole nanoteknologian kiistaton johtaja. Venäjän "nanon" osuus maailmanmarkkinoista on edelleen hyvin pieni ja on vain 0,07 prosenttia. Tämä johtuu monista syistä. Ensinnäkin tämän alan riittämätön rahoitus, pätevien asiantuntijoiden puute.

Palmu kuuluu kahdelle maalle: Yhdysvaltoihin ja Japaniin. Tämä ei ole yllättävää, koska Japani oli ensimmäinen, joka investoi aktiivisesti tämän tieteenalan kehittämiseen, sitten Yhdysvallat liittyi kilpailuun maailman johtajuudesta nanoteknologian alalla, jota seurasivat Euroopan maat. Kiina, joka on viime aikoina iskenyt maailmaan eri aloilla, on myös saamassa vauhtia. Venäjä on hiljattain liittynyt tähän "kilpaan". Seuraava askel oli Venäjän federaation presidentin allekirjoittama 24. huhtikuuta 2007 presidentin aloite "Nanoteollisuuden kehitysstrategia".

Venäjän talouden modernisointi on mahdotonta ilman kotimaisen tieteen nousua. Nykyään useimmille ihmisille "nanoteknologia" on sama abstraktio kuin ydinteknologia viime vuosisadan 30-luvulla. Nanoteknologia on kuitenkin jo tulossa avainsuunta nykyaikaisen teollisuuden ja tieteen kehittämiseen.

19. heinäkuuta 2007 "täytäntöönpanoa varten yleistä politiikkaa nanoteknologian alalla, innovatiivisen infrastruktuurin kehittäminen nanoteknologian alalla, hankkeiden toteuttaminen lupaavien nanoteknologioiden ja nanoteollisuuden luomiseksi, perustettiin valtion yhtiö "Rosnano".

Marraskuussa 2007 Venäjän federaation hallitus myönsi yhtiön toimintaan 130 miljardia ruplaa, jotka siirrettiin Rusnanon osakepääomaan.

Nykyään konsernissa työskentelee maan parhaita asiantuntijoita, joiden tulisi luoda molempia osapuolia hyödyttävää yhteistyötä tieteen, elinkeinoelämän ja valtion välille.

8. lokakuuta 2008 perustettiin "Venäjän nanoteknologiayhdistys", jonka tehtäviin kuuluu "koulutus". venäläinen yhteiskunta nanoteknologian alalla ja suotuisan yleisen mielipiteen muodostuminen maan nanoteknologian kehittämisen puolesta”.

Tieteen painopistealueiden toteuttamiseksi 18. maaliskuuta 2010 Venäjän presidentti Dmitri Medvedev ilmoitti Venäjän "piilaakson" rakentamisesta Skolkovoon. Valtionpäämies totesi, että tämä kompleksi luodaan työskentelemään viidellä ensisijaisella modernisointialueella - energia, tietotekniikka, televiestintä, biolääketieteellinen teknologia ja ydinteknologia.

Nanoteknologian laajuus

Nanomateriaalit rakentamisessa

Nanomateriaalit rakentamiseen, autonomiset energialähteet, jotka perustuvat tehokkaisiin aurinkoakkuihin, nanosuodattimet veden ja ilman puhdistamiseen.

Nanohiukkasten (mukaan lukien hiilinanoputkien) lisääminen betoniin tekee siitä useita kertoja vahvemman.

Rakennusten tulelta suojaamiseksi nanoteknologia tarjoaa sekä uusia palamattomia materiaaleja (esimerkiksi savinanohiukkasia sisältävää kaapelieristystä) että älykkäitä ultraherkkien palonanosensorien verkkoja.

Mitä tulee kodinkoneisiin - jääkaapit, televisiot, putkistot, valaisimet, keittiökalusteet - nanoteknologian sovellusalue on ehtymätön.

Nanomateriaalit teollisuudessa

Tällä hetkellä nanomateriaalit ovat vähiten myrkyllisiä ja biologisesti yhteensopivimpia elävän solun (ihminen, kasvi, eläin) kanssa. Valmistettuja nanomateriaaleja käytetään kaikilla teollisuudenaloilla:

polttoaine (polttoainekatalyytit, oktaaniluvun lisäys);

kosmeettinen (rikastus mikroelementeillä, bakterisidiset ominaisuudet);

tekstiilit, kengät (vaatteiden ja kenkien bakterisidiset ja parantavat ominaisuudet);

maalit ja lakat (bakterisidiset lakat ja maalit, erikoispinnoitteet);

nahka (ihon antifungaalinen hoito);

lääketieteellinen (uuden sukupolven lääkevalmisteet, mikroelementtien nanovitamiinikompleksit);

maatalousteollisuudessa (nanolannoitteet, rehun lisäaineet, tuotteiden varastointi) jne.

Nanomelääketiede ja kemianteollisuus

Suunta modernissa lääketieteessä, joka perustuu nanomateriaalien ja nanoobjektien ainutlaatuisten ominaisuuksien käyttöön ihmisen biologisten järjestelmien seurantaan, suunnitteluun ja muuttamiseen nanomolekyylitasolla.

DNA-nanoteknologiat - käyttää DNA-molekyylien ja nukleiinihappojen erityisiä emäksiä luodakseen niiden pohjalta hyvin määriteltyjä rakenteita.

Lääkkeiden ja farmakologisten valmisteiden molekyylien teollinen synteesi selvästi tietyssä muodossa(bis-peptidit).

Sotilaallinen nanoteknologia.

Ehkä aivan ensimmäinen tosiasia nanoteknologian käytöstä sotilaallisiin tarkoituksiin tulisi pitää Damaskoksen teräsnäytteen tutkimista (tunnetaan vahvimmasta lujuudestaan). Syövytettyään metallinäytteen pinnan suolahapossa, tutkijat löysivät filamenttisia esineitä, joiden poikittaismitat olivat nanometriä.

Pinnan yksityiskohtaisen tutkimuksen jälkeen kävi ilmi, että nämä ovat monikerroksisia hiilinanoputkia, ja lisäksi ne on täytetty sisältä sementiitillä - rautakarbidilla Fe 3 C, jolla on erittäin korkea kovuus.

Erilaisten suojavarusteiden luominen on yksi nanoteknologian alan sotilaallisen tutkimuksen osa-alueista.

Nanoteknologian tulevaisuus: ongelmat ja näkymät

Nanoteknologiat ja nanolaitteet ovat luonnollinen askel kohti parannusta tekniset järjestelmät. Tällä hetkellä markkinoilla myydään vain vaatimattomia edistysaskeleita nanoteknologiassa, kuten itsepuhdistuvia pinnoitteita ja pakkauksia, jotka mahdollistavat pidemmän säilytyksen tuore ruoka ravitsemus. Tutkijat ennustavat kuitenkin nanoteknologian voittomarssia lähitulevaisuudessa.

Amerikkalaisen National Science Foundation -yhdistyksen ennusteen mukaan nanoteknologiaa hyödyntävien tavaroiden ja palveluiden markkinoiden volyymi maailmassa voi kasvaa seuraavan 10-15 vuoden aikana biljoonaan. dollaria:

Terveydenhuollon alalla - nanoteknologia voi pidentää elinajanodotetta, laajentaa ihmisen fyysisiä kykyjä;

Lääketeollisuudessa noin puolet kaikista tuotteista on riippuvaisia ​​nanoteknologiasta;

AT kemianteollisuus nanorakenteisia katalyyttejä käytetään jo bensiinin tuotannossa ja muissa kemiallisissa prosesseissa;

Liikenneteollisuudessa nanoteknologiat ja nanomateriaalit mahdollistavat kevyempien, luotettavampien ja turvallisempien autojen luomisen.

Maataloudessa ja ympäristönsuojelun alalla nanoteknologian soveltaminen voi lisätä satoa, tarjota taloudellisempia tapoja suodattaa vettä, mikä vähentää ympäristön saastumista ja säästää merkittäviä resursseja.

Nanoteknologian oletetaan ratkaisevan energiaongelmia tehokkaamman valaistuksen, polttokennojen, vetyakkujen, aurinkokennojen, energialähteiden jakelun ja tuotannon hajautuksen avulla.

Tutkijat väittävät, että nanoteknologian ja muiden alojen tutkimus on lopetettava ennen kuin se vahingoittaa ihmiskuntaa.

Nanoteknologian pelot alkoivat ilmaantua vuonna 1986 Drexlerin "Machines of Creation" -teoksen julkaisun jälkeen, jossa hän ei vain maalannut utopistista kuvaa nanoteknologian tulevaisuudesta, vaan myös kosketti tämän kolikon "kääntöpuolta".

Yhtenä ongelmista, joka tuntui hänestä vakavimmalta, hän kutsui "harmaan tahran ongelmaksi". Sen vaarana on, että nanorobotit, jotka ovat menneet käsistä ohjausjärjestelmien tahattoman tai tahallisen vaurioitumisen seurauksena, voivat alkaa kopioida itseään loputtomiin kuluttaen rakennusmateriaali kaikki sen tiellä, mukaan lukien metsät, tehtaat, lemmikit ja ihmiset. Laskelma osoittaa, että teoriassa tällainen nanorobotti jälkeläisineen pystyy käsittelemään koko maapallon biomassan muutamassa tunnissa.

Nykyään myös seuraavat kysymykset ovat akuutteja:

Onko se kykenevä koulutusjärjestelmä kouluttaa tarpeeksi päteviä asiantuntijoita nanoteknologian alalla?

Voisiko nanoteknologian ansiota tuotteiden kustannusten aleneminen tehdä niistä helposti terroristien ulottuvilla?

Mikä on vaikutus joidenkin molekyylien tällä hetkellä muodostuvien aineiden sisäänhengityksellä?

Mitä tapahtuu, jos ympäristö vapautuu suuri numero nanomateriaalit tietokonesiruista lentokonemaaleihin? Aiheuttavatko nanomateriaalit allergioita?

Aiheuttaako nanohiukkasten tunkeutuminen kehoomme arvaamattomiin seurauksiin?

Nämä ja muut kysymykset, joita tutkijat kohtaavat nykyään, ovat todellakin hyvin oleellisia ja tärkeitä. Nanoteknologiakilpailussa tutkijoiden on otettava täysi vastuu muiden ihmisten elämästä ja terveydestä, jotta he eivät joutuisi huolettomiksi fanaatikkoiksi vaivautumatta miettimään mahdollisia traagisia seurauksia ja katastrofeja.

Analyysi positiivisia ja negatiivisia vaikutuksia

Edut:

Nanoteknologia auttaa luomaan uuden sukupolven lääkkeitä. monet parantumattomia sairauksia tullaan tappiolle.

Nanoteknologioiden pohjalta luodaan uusia asemalleja ja uusia puolustusjärjestelmiä, jotka parantavat maan puolustuskykyä.

Nanoteknologian kehityksen ansiosta tietotekniikassa tapahtuu vallankumous.

Nanoteknologiat ratkaisevat energiaongelmia, niiden käyttöönotto mahdollistaa perinteisen tehokkaamman käytön ja avaa tien uusille energialähteille.

Vahingoittaa:

Nanoteknologiat aiheuttavat uusia sairauksia, joista uudetkaan "nanolääkkeet" eivät pelasta.

Uudet nanoteknologiaan perustuvat aseet voivat joutua terroristien käsiin, mikä johtaa kaaokseen ja sotaan.

Nanosensorien, nanosensorien ja muiden tiedon näyttämiseen ja välittämiseen tarkoitettujen järjestelmien kehittäminen tekee lopulta lopun yksityisyydestä.

Nanomateriaalien tuotantoteollisuuden kehittyminen johtaa entistä vakavampaan ympäristön saastumiseen.

Johtopäätös

1. Nanoteknologia on tulevaisuuden symboli, tärkein toimiala, jota ilman se on mahdotonta ajatella edelleen kehittäminen sivilisaatio.

2. Nanoteknologian käyttömahdollisuudet ovat käytännössä ehtymättömät - mikroskooppisista tietokoneista, jotka tappavat syöpäsoluja, autojen moottoreihin, jotka eivät saastuta ympäristöä.

3. Tällä hetkellä nanoteknologia on erittäin laaja tutkimusalue, joka sisältää useita fysiikan, kemian, biologian, elektroniikan, lääketieteen ja muiden tieteiden alueita.

4. Nanoteknologiat ovat tällä hetkellä lapsenkengissään, ja niissä on paljon potentiaalia. Tulevaisuudessa tutkijoiden on ratkaistava monia nanotieteeseen liittyviä kysymyksiä ja ymmärrettävä sen syvimmät salaisuudet. Mutta tästä huolimatta nanoteknologialla on jo erittäin vakava vaikutus nyky-ihmisen elämään.

5. Suuret näkymät sisältävät suuria vaaroja. Tässä suhteessa ihmisen tulee suhtautua nanoteknologian ennennäkemättömiin mahdollisuuksiin äärimmäisen varovaisesti ja suunnata tutkimustaan ​​rauhanomaisiin tarkoituksiin. Muuten hän voi vaarantaa oman olemassaolonsa.

Bibliografia

Altman Yu.R. Sotilaallinen nanoteknologia.//-M.: Technosphere 2012-416 s.

Balabanov, V.I. Nanoteknologiat. Tulevaisuuden tiede. /IN JA. Balabanov. - M.: Eksmo, 2008. - 256 s.

Balluzek F.V., Sente L. "Nanoteknologiat" - M.: 2011 -132 s.

Razumovskaya I.V. "Nanoteknologia" // - M.: 2010-154 s.

Rybalkina, M. Nanoteknologiaa kaikille. /M. Rybalkin. - M.: Nanotechnology News Network, 2010. - 444 s.

Tretjakov Yu.D. (Toim.). Moskova: FIZMATLIT, 2008. "Nanoteknologiat. ABC kaikille"

Poole, C. Nanoteknologia. / Ch. Pool, F. Owen. - M.: Technosfera, 2006. - 260 s.

Nanoteknologian tunnusomainen piirre Historiallinen tausta Nanorobotit Nanorobottien laajuus (tällä hetkellä) Perusteet Atomivoimamikroskopia Nanohiukkaset Nanohiukkasten itsekokoonpano Edistyneet tieteet Nanoteknologiateollisuus Nanoteknologia lääketieteessä Nanoteknologian patentit ja sijoitukset US Science Foundation ja sen sijoitukset nanoteknologiaan

Mitä eroa on nanoteknologialla ja muulla? Nanoteknologia on poikkitieteellinen perus- ja soveltavan tieteen ja teknologian ala, joka käsittelee teoreettisten perusteiden, käytännön tutkimus-, analyysi- ja synteesimenetelmien yhdistelmää sekä menetelmiä tietyn atomirakenteen omaavien tuotteiden tuottamiseksi ja käyttämiseksi valvotulla manipulaatiolla. yksittäisiä atomeja ja molekyylejä. Usein käytetty nanoteknologian määritelmä menetelmien kokonaisuudeksi työskennellä alle 100 nanometrin esineiden kanssa ei kuvaa tarkasti sekä kohdetta että eroa nanoteknologian ja perinteisten teknologioiden ja tieteenalojen välillä. ovat soveltumattomia, ja mikroskooppiset ilmiöt ovat mitättömän heikkoja tavalliseen verrattuna. mittakaavassa, tulee paljon merkittävämpi: yksittäisten atomien ja molekyylien tai molekyyliaggregaattien ominaisuudet ja vuorovaikutukset, kvanttivaikutukset.

Historiallinen tausta Monet lähteet, pääasiassa englanninkieliset, yhdistävät ensimmäisen mainitsemisen menetelmistä, joita myöhemmin kutsuttiin nanoteknologiaksi, Richard Feynmanin kuuluisaan puheeseen, jonka hän piti vuonna 1959 Kalifornian teknologiainstituutissa American Physical Societyn vuosikokouksessa. Richard Feynman ehdotti, että yksittäisiä atomeja olisi mahdollista siirtää mekaanisesti käyttämällä sopivan kokoista manipulaattoria, ainakaan tällainen prosessi ei olisi ristiriidassa nykyään tunnettujen fysikaalisten lakien kanssa. Hän ehdotti tämän manipulaattorin tekemistä seuraavalla tavalla. On tarpeen rakentaa mekanismi, joka luo oman kopion, vain suuruusluokkaa pienemmän. Luodun pienemmän mekanismin on jälleen luotava kopionsa, jälleen suuruusluokkaa pienempi, ja niin edelleen, kunnes mekanismin mitat ovat oikeassa suhteessa yhden atomin kertaluvun mittoihin. Samalla on tarpeen tehdä muutoksia tämän mekanismin rakenteeseen, koska makrokosmuksessa vaikuttavilla painovoimalla on yhä vähemmän vaikutusta, ja molekyylien välisten vuorovaikutusten voimat ja van der Waalsin voimat vaikuttavat yhä enemmän mekanismin toimintaa. Tuloksena olevan mekanismin viimeinen vaihe kokoaa kopion yksittäisistä atomeista. Periaatteessa tällaisten kopioiden määrä on rajoittamaton, on mahdollista luoda mikä tahansa määrä tällaisia ​​​​koneita lyhyessä ajassa. Nämä koneet pystyvät kokoamaan makroasioita samalla tavalla, atomi kerrallaan kokoamalla. Tämä tekee asioista suuruusluokkaa halvempia, tällaisille roboteille (nanoroboteille) tulee antaa vain tarvittava määrä molekyylejä ja energiaa ja kirjoittaa ohjelma tarvittavien kohteiden kokoamiseksi. Toistaiseksi kukaan ei ole kyennyt kumoamaan tätä mahdollisuutta, mutta kukaan ei ole vielä onnistunut luomaan tällaisia ​​mekanismeja. Tällaisen robotin perustavanlaatuinen haittapuoli on mahdottomuus luoda mekanismia yhdestä atomista. Termiä "nanoteknologia" käytti ensimmäisen kerran Norio Taniguchi vuonna 1974. Hän kutsui tätä termiä useiden nanometrien kokoisten tuotteiden valmistukseen. Keskeinen sijainti hänen tutkimuksessaan pelattiin matemaattisia laskelmia, joiden avulla pystyttiin analysoimaan usean nanometrin mittaisen laitteen toimintaa.

Nanorobotit Nanorobotit eli nanobotit ovat kooltaan molekyyliin verrattavia (alle 10 nm) robotteja, joiden tehtävänä on liikkua, käsitellä ja siirtää tietoa sekä suorittaa ohjelmia. Tällä hetkellä (2009) ei ole luotu oikeita nanorobotteja. Jotkut tutkijat väittävät, että jotkin nanorobottien komponentit on jo luotu. Nanobotteja, jotka pystyvät luomaan kopioita itsestään eli toistamaan itseään, kutsutaan replikaattoreiksi. Amerikkalainen tiedemies Eric Drexler pohti mahdollisuutta luoda nanorobotteja kirjassaan "Machines of Creation". Ajatus nanoroboteista on laajalti käytössä nykyaikaisessa tieteiskirjallisuudessa. Muut määritelmät kuvaavat nanorobotin koneena, joka kykenee olemaan tarkasti vuorovaikutuksessa nanomittakaavan kohteiden kanssa tai joka pystyy käsittelemään kohteita nanomittakaavassa. Tämän seurauksena jopa suuria laitteita, kuten atomivoimamikroskooppia, voidaan pitää nanoroboteina, koska se käsittelee esineitä nanomittakaavassa. Lisäksi nanorobotteina voidaan pitää tavallisiakin robotteja, jotka voivat liikkua nanomittakaavan tarkkuudella. Nanorobotit ovat enimmäkseen tutkimus- ja kehitysvaiheessa, mutta joitain primitiivisiä molekyylikoneiden prototyyppejä on jo luotu. Esimerkiksi anturi, jonka kytkin on noin 1,5 nm ja joka pystyy laskemaan yksittäisiä molekyylejä kemiallisista näytteistä. Ensimmäinen hyödyllinen sovellus nanokoneita, jos niitä ilmaantuu, suunnitellaan lääketieteelliseen teknologiaan, jossa niitä voidaan käyttää syöpäsolujen tunnistamiseen ja tuhoamiseen. Ne voivat myös havaita myrkyllisiä aineita kemialliset aineet sisään ympäristöön ja mittaa niiden pitoisuus. Äskettäin Rice University esitteli nanolaitteita käytettäväksi nykyaikaisten autojen kemiallisten prosessien säätelyssä.

Soveltamisala Syövän varhainen diagnosointi ja lääkkeiden kohdennettu toimittaminen syöpäsoluihin Biolääketieteellinen instrumentointi Leikkaus Farmakokinetiikka Diabeettisten potilaiden seuranta Laitteen valmistus yksittäisistä molekyyleistä nanorobottien molekyylikokoonpanon avulla sen piirustusten mukaisesti Sotilaskäyttö valvonta- ja vakoiluvälineenä sekä aseet Avaruustutkimus ja -kehitys (esimerkiksi von Neumann-luotaimet, jotka pystyvät kuljettamaan Gauss-tykkiä matalalla Maan kiertoradalla)

Atomivoimamikroskopia Yksi nanoobjektien tutkimiseen käytetyistä menetelmistä on atomivoimamikroskopia. Atomivoimamikroskoopilla (AFM) ei voi vain nähdä yksittäisiä atomeja, vaan myös vaikuttaa niihin valikoivasti, erityisesti siirtää atomeja pinnan yli. Tutkijat ovat jo onnistuneet luomaan kaksiulotteisia nanorakenteita pinnalle tällä menetelmällä. Esimerkiksi IBM:n tutkimuskeskuksessa siirtämällä ksenonatomeja peräkkäin nikkelikiteen pinnalle työntekijät pystyivät asettamaan kolme kirjainta yrityksen logosta käyttäen 35 ksenonatomia. Tällaisia ​​manipulaatioita suoritettaessa syntyy useita teknisiä vaikeuksia. Erityisesti on tarpeen luoda ultrakorkeat tyhjiöolosuhteet, substraatti ja mikroskooppi on jäähdytettävä ultramataliin lämpötiloihin (4–10 K), alustan pinnan tulee olla atomisesti puhdas ja atomisesti sileä, minkä vuoksi sen valmistusmenetelmät ovat erityisiä. käytetään. Substraattia jäähdytetään kerrostuneiden atomien pinnan diffuusion vähentämiseksi.

Nanohiukkaset nykyinen trendi miniatyrisointi osoitti, että aineella voi olla täysin uusia ominaisuuksia, jos otat hyvin pienen hiukkasen tätä ainetta. Hiukkasia, joiden koko vaihtelee 1 - 1000 (yli 100 nanometriä, nanohiukkasia voidaan kutsua perinteisesti) nanometriksi kutsutaan yleensä "nanohiukkasiksi". Kävi esimerkiksi ilmi, että joidenkin materiaalien nanopartikkeleilla on erittäin hyvät katalyyttiset ja adsorptioominaisuudet. Muilla materiaaleilla on hämmästyttäviä optisia ominaisuuksia, kuten aurinkokennojen valmistukseen käytettyjen orgaanisten materiaalien ultraohuet kalvot. Tällaiset akut, vaikka niillä on suhteellisen alhainen kvanttitehokkuus, ovat halvempia ja voivat olla mekaanisesti joustavia. On mahdollista saavuttaa keinotekoisten nanopartikkelien vuorovaikutus luonnollisten nanomittakaavaisten proteiinien kanssa, nukleiinihapot Perusteellisesti puhdistetut nanohiukkaset voivat asettua itsestään tiettyihin rakenteisiin. Tällainen rakenne sisältää tiukasti järjestettyjä nanopartikkeleita ja sillä on usein myös epätavallisia ominaisuuksia. Nanoobjektit jaetaan kolmeen pääluokkaan: kolmiulotteiset hiukkaset, jotka saadaan johtimien räjäyttämisellä, plasmasynteesi, ohutkalvon talteenotto jne., kaksiulotteiset kalvoobjektit, jotka saadaan molekyylipinnoituksella, CVD, ALD, ionipinnoitus jne. , yksiulotteiset viikset esineet, nämä esineet saadaan menetelmällä molekyylikerrostus, aineiden lisääminen sylinterimäisiin mikrohuokosiin jne. On myös nanokomposiitteja, materiaaleja, jotka saadaan lisäämällä nanopartikkeleita mihin tahansa matriiseihin. Tällä hetkellä laajalti on käytetty vain mikrolitografiamenetelmää, jonka avulla matriisien pinnalle voidaan saada tasaisia ​​saarikohteita, joiden koko on vähintään 50 nm, sitä käytetään elektroniikassa.

Nanohiukkasten itseorganisoituminen Yksi nanoteknologian tärkeimmistä kysymyksistä on se, kuinka molekyylit pakotetaan ryhmittymään tietyllä tavalla, organisoitumaan itsekseen, jotta lopulta saadaan uusia materiaaleja tai laitteita. Kemian ala, supramolekulaarinen kemia, käsittelee tätä ongelmaa. Se ei tutki yksittäisiä molekyylejä, vaan molekyylien välisiä vuorovaikutuksia, jotka tietyllä tavalla järjestäytyneenä voivat synnyttää uusia aineita. On rohkaisevaa, että luonnossa tällaisia ​​järjestelmiä todella on olemassa ja tällaisia ​​prosesseja toteutetaan. Näin ollen tunnetaan biopolymeereja, jotka voivat organisoitua erityisiksi rakenteiksi. Yksi esimerkki ovat proteiinit, jotka eivät voi vain laskostua pallomaiseen muotoon, vaan myös muodostaa rakenteellisia komplekseja, jotka sisältävät useita proteiinimolekyylejä (proteiineja). Jo nyt on olemassa synteesimenetelmä, joka käyttää DNA-molekyylin erityisiä ominaisuuksia. Otetaan komplementaarinen DNA, johon liitetään molekyyli A tai B. Meillä on 2 ainetta: -- --A ja ----B, missä ---- on ehdollinen kuva yhdestä DNA-molekyylistä. Jos nyt sekoitat nämä kaksi ainetta, kahden yksittäisen DNA-juosteen välille muodostuu vetysidoksia, jotka houkuttelevat molekyylejä A ja B toisiinsa. Kuvataan ehdollisesti tuloksena oleva yhteys: ====AB. DNA-molekyyli voidaan helposti poistaa prosessin päätyttyä.

Nanoteknologian ansiosta syntyneet tieteet nanolääketiede (ihmisen biologisten järjestelmien seuranta, kiinnittäminen, suunnittelu ja hallinta molekyylitasolla, nanolaitteiden ja nanorakenteiden käyttö) Nanoelektroniikka (elektroniikan ala, joka kehittää fyysisiä ja teknologisia perusteita integroitujen elektronisten piirien luomiselle ominaisilla topologisilla piireillä elementtien mitat alle 100 nm . ) Nanotekniikka ( tieteellistä ja käytännön toimintaa nanomittakaavaisten esineiden tai rakenteiden sekä nanoteknologioilla luotujen esineiden tai rakenteiden suunnittelu, valmistus ja käyttö.) Nanoioniikka (ominaisuudet, ilmiöt, vaikutukset, prosessien ja sovellusten mekanismit, jotka liittyvät nopeaan ionikuljetukseen kiinteän olomuodon nanojärjestelmissä.) Nanorobotiikka (sovellettu) tiede, joka kehittää automatisoituja teknisiä järjestelmiä (robotteja) nanoteknologian alalla.) Nanokemia (tiede, joka tutkii erilaisten nanorakenteiden ominaisuuksia sekä uusien tapojen kehittämistä niiden hankkimiseksi, tutkimiseksi ja muuntamiseksi)

Nanoteknologia Venäjällä Valtion Corporation "Russian Corporation of Nanotechnologies" (RUSNANO) perustettiin liittovaltion lailla 139-FZ 19. heinäkuuta 2007 "toteuttamaan valtion politiikkaa nanoteknologian alalla, kehittämään innovatiivista infrastruktuuria nanoteknologian alalla, toteuttamaan hankkeita lupaavien nanoteknologioiden ja nanoteollisuuden luomiseksi." Yhtiö ratkaisee tämän ongelman toimimalla osasijoittajana nanoteknologiaprojekteissa, joissa on merkittävää taloudellista tai sosiaalista potentiaalia. Yhtiön taloudellinen osallistuminen hankkeiden alkuvaiheessa vähentää sen kumppaneiden – yksityisten sijoittajien – riskejä. Yhtiö osallistuu nanoteknologian infrastruktuuritilojen, kuten yhteisökeskusten, yrityshautomoiden ja varhaisten sijoitusrahastojen, luomiseen. RUSNANO valitsee painopistealueet investoinnit perustuvat pitkän aikavälin kehitysennusteisiin, jotka ovat johtavien venäläisten ja kansainvälisten asiantuntijoiden kehittämiä. Venäjän federaation hallitus myönsi yhtiön toimintaan 130 miljardia ruplaa, jotka maksettiin RUSNANO:n osakepääomaan marraskuussa 2007. Kesäkuussa 2008 väliaikaisesti vapaita varoja siirrettiin 8 liikepankin tileille Venäjän federaation valtiovarainministeriön suositusten mukaisesti. Hallintoelimiä ovat hallintoneuvosto, hallitus ja toimitusjohtaja. Syyskuussa 2008 toimitusjohtaja Anatoli Borisovich Chubais on nimitetty Russian Corporation of Nanotechnologiesiin.

dia 2

Nanoteknologia

Nanoteknologia on soveltavan tieteen ja teknologian ala, joka tutkii esineiden ominaisuuksia ja kehittää laitteita, joiden mitat ovat luokkaa 10-9 m tai 10 nm. Nanoteknologiat ovat tekniikoita aineen manipuloimiseksi atomi- ja molekyylitasolla nanorakenteiden, nanolaitteiden ja materiaalien luomiseksi, joilla on erityisominaisuuksia. Nanoteknologioiden erikoisuus piilee siinä, että tarkasteltavat prosessit ja suoritettavat toiminnot tapahtuvat nanometrin spatiaalisen mittakaavan alueella. Tällä kokoalueella yksittäiset atomit, molekyylit ja molekyylijärjestelmät ovat "raaka-aineita". 1 nanometri (nm) on metrin miljardisosa tai millimetrin miljoonasosa. Mikä on "NANO"?

dia 3

Richard Feynman oli nanoteknologian eturintamassa ja ehdotti monia erilaisia ​​muotoiluja. Termiä "nanoteknologia" käytti ensimmäisen kerran Norio Taniguchi vuonna 1974. 1980-luvulla termiä käytti Eric K. Drexler, erityisesti kirjassaan "Machines of Creation : The Age of Nanotechnology Is Coming", joka julkaistiin vuonna 1986 Richard Feynman Eric K. Drexler

dia 4

Nanoteknologiaa harjoitetaan nyt aktiivisesti noin 50 maassa. USA, Japani, Etelä-Korea ja Saksa ovat kärjessä. Venäjä sijoittuu toiseksi kymmeneksi. Mutta nanoteemojen julkaisujen määrässä olemme kunniakkaalla 8. sijalla.

dia 5

Nanoteknologia Venäjällä

Metallien ominaisuuksien tutkiminen nanopartikkeleina Biosirujen ja ohuimpien kalvojen luominen Pienimmän kokoisen manipulaattorin luominen

dia 6

Nanoteknologia, jota käytämme elämässä: