Нанотехнології та галузі їх застосування
Президент України Дмитро Медведєв упевнений, що в країні є всі умови для успішного розвитку нанотехнологій.
Нанотехнології - це новий напрямок науки і технології, що активно розвивається в останні десятиліття. Нанотехнології включають створення та використання матеріалів, пристроїв та технічних систем, функціонування яких визначається наноструктурою, тобто її впорядкованими фрагментами розміром від 1 до 100 нанометрів.
Приставка "нано", що прийшла з грецької мови ("нанос" по-грецьки - гном), означає одну мільярдну частку. Один нанометр (нм) – одна мільярдна частка метра.
Термін "нанотехнологія" (nanotechnology) був введений в 1974 році професором-матеріалознавцем з Токійського університету Норіо Танігучі (Norio Taniguchi), який визначив його як "технологія виробництва, що дозволяє досягати надвисоку точність і ультрамалі розміри".
У світовій літературі чітко відрізняють нанонауку (nanoscience) від нанотехнологій (nanotechnology). Для нанонауки використовується також термін - nanoscale science (нанорозмірна наука).
Українською мовою та у практиці українського законодавства та нормативних документів термін "нанотехнології" поєднує "нанонауку", "нанотехнології", і іноді навіть "наноіндустрію" (напрямки бізнесу та виробництва, де використовуються нанотехнології).
Найважливішою складовою нанотехнології єнаноматеріали, тобто матеріали, незвичайні функціональні властивості яких визначаються впорядкованою структурою їх нанофрагментів розміром від 1 до 100 нм.
Відповідно до рекомендації 7-ї Міжнародної конференції з нанотехнологій (Вісбаден, 2004 р.) виділяють такі типи наноматеріалів:
‑нанопористі структури; - наночастинки; - нанотрубки і нановолокна - нанодисперсії (колоїди); - наноструктуровані поверхні та плівки; - нанокристали та нанокластери.
Наносистемна техніка - повністю або частково створені на основі наноматеріалів та нанотехнологій функціонально закінчені системи та пристрої, характеристики яких кардинальним чином відрізняються від показників систем та пристроїв аналогічного призначення, створених за традиційними технологіями.
Області застосування нанотехнологій
Перелічити всі галузі, у яких ця глобальна технологія може суттєво вплинути на технічний прогрес, практично неможливо. Можна назвати лише деякі з них:
Комп'ютери та мікроелектроніка
Нанокомп'ютер — обчислювальний пристрій з урахуванням електронних (механічних, біохімічних, квантових) технологій із розмірами логічних елементів близько кількох нанометрів. Сам комп'ютер, який розробляється на основі нанотехнологій, також має мікроскопічні розміри.
ДНК-комп'ютер - обчислювальна система, що використовує обчислювальні можливості молекул ДНК. Біомолекулярні обчислення - це збірна назва для різних технік, так чи інакше пов'язаних із ДНК або РНК. При ДНК-обчислення дані подаються над формі нулів і одиниць, а вигляді молекулярної структури, побудованої з урахуванням спіралі ДНК. Роль програмного забезпечення для читання, копіювання та управління даними виконують спеціальні ферменти.
Атомно-силовий мікроскоп - скануючий зондовий мікроскоп високої роздільної здатності, заснований на взаємодії голки кантилевера (зонда) з поверхнею досліджуваного зразка. На відміну від скануючого тунельного мікроскопа (СТМ), може досліджувати як провідні, так і непровідніповерхні навіть через шар рідини, що дозволяє працювати з органічними молекулами (ДНК). Просторова роздільна здатність атомно-силового мікроскопа залежить від розміру кантилевера і кривизни його вістря. Роздільна здатність досягає атомарного по горизонталі і істотно перевищує його по вертикалі.
Наномедицина та фармацевтична промисловість
Напрямок у сучасній медицині заснований на використанні унікальних властивостей наноматеріалів та нанооб'єктів для відстеження, конструювання та зміни біологічних систем людини на наномолекулярному рівні.
ДНК-нанотехнології використовують специфічні основи молекул ДНК і нуклеїнових кислот для створення на їх основі чітко заданих структур.
Промисловий синтез молекул ліків та фармакологічних препаратів чітко визначеної форми (біс-пептиди).
На початку 2000-го року, завдяки швидкому прогресу в технології виготовлення частинок нанорозмірів, було надано поштовх до розвитку нової галузі нанотехнології -наноплазмоніці. Виявилося можливим передавати електромагнітне випромінювання вздовж ланцюжка металевих наночастинок за допомогою збудження плазмових коливань.
Робототехніка
Нанороботи - роботи, створені з наноматеріалів і розміром, що порівнюються з молекулою, що володіють функціями руху, обробки та передачі інформації, виконання програм. Нанороботи, здатні до створення власних копій, тобто. самовідтворення, називаються реплікаторами.
В даний час вже створені електромеханічні наноустрою, які обмежено здатні до пересування, які можна вважати прототипами нанороботів.
Молекулярні ротори - синтетичні нанорозмірні двигуни, здатні генерувати момент, що крутить, при додатку до них достатньої кількості енергії.
Місце України серед країн, що розробляють і виробляють нанотехнології
Світовими лідерами із загального обсягу капіталовкладень у сфері нанотехнологій є країни ЄС, Японія та США. Останнім часом значно збільшили інвестиції у цю галузь Україна, Китай, Бразилія та Індія. В Україні обсяг фінансування в рамках програми "Розвиток інфраструктури наноіндустрії в Україні на 2008 - 2010 роки" складе 27,7 млрд.руб.
В останньому (2008 рік) звіті лондонської дослідницької фірми Cientifica, який називається "Звіт про перспективи нанотехнологій", про українські вкладення написано дослівно таке: "Хоча ЄС за рівнем вкладень все ще посідає перше місце, Китай та Україна вже випередили США".
У нанотехнологіях існують такі галузі, де українські вчені стали першими у світі, отримавши результати, що започаткували розвиток нових наукових течій.
Серед них можна виділити отримання ультрадисперсних наноматеріалів, проектування одноелектронних приладів, а також роботи в галузі атомно-силової та скануючої зондової мікроскопії. Тільки на спеціальній виставці, що проводилася в рамках XII Петербурзького економічного форуму (2008), було представлено відразу 80 конкретних розробок.
В Україні вже виробляється ціла низка нанопродуктів, затребуваних на ринку: наномембрани, нанопорошки, нанотрубки. Однак, на думку експертів, з комерціалізації нанотехнологічних розробок Україна відстає від США та інших розвинених країн на десять років.
Матеріал підготовлений на основі інформації відкритих джерел