Нанотехнологии представляют собой некую область науки и техники, которая занимается разработкой, производством и внедрением на практике микрочастиц материи. Основной единицей измерения в нанотехнологических исследованиях является нанометр – миллиардная доля метра. В таких единицах измеряются молекулы и вирусы, а теперь и элементы компьютерных чипов нового поколения. В основу разработок в области нанотехнологий положено стремление выделить микрочастицы материи, размером от 1 до 100 нанометров. Хотя нанотехнологии сейчас только развиваются, их уже применяют в химической промышленности, микроэлектронике и робототехнике.
Одним из основных видов нанообъектов являются наночастицы. В медицине применяется нанопорошок серебра, который обладает антисептическими свойствами. Наночастицы диоксида титана отталкивают грязь и позволяют создать самоочищающиеся поверхности. Нанопорошок алюминия ускоряет сгорание твердого ракетного топлива. Новые литиево-ионные аккумуляторы, содержащие наночастицы, заряжаются буквально за пару минут. Подобных примеров много уже сейчас.
Другим хорошо известным наноэлементом является углеродная нанотрубка. Прочность этих трубок превышает прочность стали в десятки раз, они выдерживают нагрев до 2500 градусов и давление в тысячи атмосфер. Эта прочность свойственна и изготовленным на их основе материалам. В электронике нанотрубки могут применяться как хорошие проводники , а также и полупроводники.
Еще одним объектом наноразработок является так называемая квантовая точка, наноразмерный кристалл полупроводника. Они представляют собой удобный источник света, окраска которого зависит от размеров точки: большие точки испускают красное свечение, маленкие – голубое. Такие точки могут быть использованы в медицине для точной визуализации очагов болезни при диагностике, например, в онкологии. Ими можно будет отслеживать даже различные биомолекулы. Также квантовые точки считаются перспективным материалом для солнечных батарей и дисплеев на полимерных пленках.
Впервые термин «нанотехнология» был применен в семидесятых годах прошлого века. В настоящее время в области нанотехнологии предусматриваются возможности как механического управления молекулами, так и с помощью манипуляторов, воспроизводимых автоматически. Создание таких мини-роботов даст человечеству возможность во много раз снизить стоимость любой продукции и создать новые аналоги, решит проблему с продовольствием и большинство экологических проблем. Кроме того, подобным манипуляторам «под силу» реанимировать больные клетки организма человека, что, по мнению некоторых ученых, фактически означает бессмертие для человечества. Однако учёными рассматривается негативный вариант развития нанотехнологии, когда лишь определенная горстка избранных людей получит в свое распоряжение полное управление наноманипулятором, применяя его для утверждения своей власти над остальными людьми.
Одним из основополагающих моментов нанотехнологии является способность к самоорганизации молекул друг с другом определенным образом. Отдельной проблемой развития нанотехнологии являются свойства наночастиц образования агломератов. Это происходит, когда наночастицы прилипают друг к другу. Агломерация наночастиц затрудняет развитие многих промышленных отраслей, к примеру, металлургии.
В настоящее время одним из главных приоритетов развития нанотехнологии является создание управляемого механического синтеза, который подразумевает, что посредством механического управления будет проводиться «сборка» молекул из атомов. Для реализации механического синтеза требуется наноманипулятор, имеющий возможность управлять отдельными атомами в диапазоне до ста нанометров. В перспективе подобный наноманипулятор будет управляться компьютером. На данный момент наноманипуляторы еще не изобрели. Транспортировка отдельных атомов сегодня возможна лишь с помощью зондовой микроскопии и ограничена радиусом действия; процедура сборки нанообъектов пока еще не может быть реализована на микроуровне. Однако недавно ведущими учеными разработана модель наноманипулятора.
С помощью нанотехнологий станет возможным создание машин для получения электрической энергии из солнечного излучения с коэффициентом полезного действия примерно 90%! Применение нанотехнологий существенно увеличит запасы сырья; климат может также «регулироваться» системой нанороботов. С развитием нанотехнологий человечество не только фактически обретет бессмертие, но и многократно усилит любые желаемые способности индивида. Для производства практически всех объектов будут применяться наиболее встречающиеся типы атомов: кислород, углерод, водород, азот и другие. В последующем с освоением новых планет проблема с сырьем исчезнет. Создаются нанокапсулы для прямой доставки лекарств в организме, нанотрубки в 60 раз прочней стали, гибкие солнечные элементы и множество других удивительных устройств.
Появившись совсем недавно, нанотехнологии все активней входят в область научных исследований, а из нее – в нашу повседневную жизнь. Разработки ученых все чаще имеют дела с объектами микромира, атомами, молекулами, молекулярными цепочками. Создаваемые искусственно нанообъекты постоянно удивляют исследователей своими свойствами и обещают самые неожиданные перспективы своего применения.
Одной из наиболее перспективных областей применения нанотехнологий остается, безусловно, медицина. Ученые не первый год работают над проблемой доставки лекарственных препаратов непосредственно к клеткам, пораженным инфекцией или болезнью. Основная конструкция транспорта такова: капсула из биоматериала размером 50-200 нанометров, в которой находятся молекулы лекарства. На прошедшем недавно форуме демонстрировался механизм администрирования локальной радиации к клеткам пораженной опухолью печени с помощью наноструктурированного пористого кремния. Кроме того, планируется использовать нанотехнологии при диагностике различных, в том числе онкологических, заболеваний, а также при работе с геномом человека.
Все эти и многие другие идеи находятся сейчас не только на стадии разработок, но и на этапе практического применения. Результаты некоторых тестов потрясают воображение. Вместе с тем растет энтузиазм ученых по поводу приближения эры воплощения самых фантастических идей, например, полного контроля над всеми природными процессами или нанофабрик, собирающих любые предметы непосредственно из атомов. Создано множество сценариев развития будущего нанотехнологий, включая и те, которые не сулят человечеству ничего хорошего. Но именно нанотехнологии позволят человечеству развиваться в освоении Вселенной и Мироздания!