Самые интересные изобретения молекулярной инженерии. Нанотехнологии

Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ)

Трудно представить размеры наномира. Масштаб обычно определяется как размер в 1 миллион раз меньше булавочной головки. Фактически, 1 нанометр (нм) составляет одну миллионную миллиметра. Биофизики из компании Stanford SS Block считают, что нанонаука — это молекулярная инженерия.

Нанотехнологии имеют дело со строительными конструкциями и устройствами в атомном масштабе. Их размеры колеблются от 1 до 100 нанометров (3,4). Первым изобретением, в изобретении которого использовались нанотехнологии, был сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), созданный Х. Рорером и И. Биннингом в лаборатории в Цюрихе.

Небольшой ток, протекающий между иглой и данным образцом, позволял туннелировать электроны и визуализировать отдельные атомы. Стало возможным их перемещать и штабелировать. Таким образом, выяснилось, что логотип IBM состоит из 35 атомов ксенона. Ричард Фейман писал: «Насколько я могу судить, принципы физики не противоречат возможности изменения вещей атом за атомом».

Между тем, накопленные знания позволили использовать наноматериалы во многих областях, таких как: электроника и оптика, лазерные технологии, защита от коррозии, наноструктуры, керамика, строительство, транспорт, сельское хозяйство и пищевая промышленность, косметика, натуральные волокна, космонавтика и биоматериалы.

Сканирующий электронный микроскоп позволил внедрить инновационные нанотехнологии и производить нанотрубки и сферы из отдельных атомов (фуллерены). Эти необычные углеродные структуры пусты внутри. В зависимости от формы они имеют разные электрические свойства. Их первооткрыватели (Р. Смолли, Х. Крото, Р. Кури) были удостоены Нобелевской премии 1996 года. Кстати, качественные мікроскопи сейчас можно приобрести по хорошим скидкам.  

Самособирающиеся нанотрубки

Профессор Феннини из Университета Алабамы разработал самособирающиеся нанотрубки, подходящие, например, для покрытия имплантатов. Для их создания используется самоорганизация дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Традиционные имплантаты, используемые в медицине, плохо прилегают, например, к поверхности сустава.

Нанотрубки дополняют эти белковые неравенства, потому что имеют диаметр около 100 нм. Дополнительным преимуществом является их безразличие к тканям человека (отсутствие реакции отторжения). Они могут содержать такие элементы, как антисептическое серебро, антибиотики и химиотерапевтические средства или другие лекарства. Их действие происходит только в нужном месте, не вызывая негативных реакций всего организма, как это сейчас происходит при химиотерапии (выпадение волос, общая интоксикация).

Перспективы наномедицины

Наконец, таким же образом можно доставлять ДНК в клетки с помощью так называемой генной терапии. Так что перспективы у наномедицины фантастические. Представьте себе нанолодку, циркулирующую в кровотоке пациента. Правильно запрограммированная, она может точно достигать пораженной ткани, проводить специализированные анализы и передавать данные врачу с помощью компьютера.

Такие нано-устройство может откачивать токсины, удалять атеросклеротические бляшки и сгустки из закупоренных кровеносных сосудов. Также оно может вводить наркотики «по указанному адресу». В будущем лодки-нанолаки могут вести себя как муравьи в колониях, но при этом будут запрограммированы соответствующим образом. Ученые добавят им «мудрость», то есть искусственный интеллект.