Нанобиотехнологии. 
Основы биотехнологии. В 2 ч. Часть 2 -

Представления о нанотехнологиях

В настоящее время происходит формирование и развитие нового научного направления — нанотехнологии, что вызвано переходом от изучения макрообъектов к изучению частиц размером 1—10 нм. «Нано» (от греч. nanos — карлик) означает одну миллиардную долю какой-либо единицы измерения.

На многих объектах показано, что столь значительное уменьшение размеров частиц приводит к качественным изменениям их физикохимических свойств и получаемых на их основе систем. В них возрастает доля поверхностных атомов и молекул, что и влияет на свойства (электрические, магнитные, механические) такой частицы в целом. Иногда наноматериалы могут приобретать совершенно новые качества.

Все это может означать, что наноразмерные объекты имеют такие свойства и особенности строения, которые выделяют их как независимую часть Природы, промежуточную между микрои макромиром. Поэтому нанотехнология как научное направление носит междисциплинарный характер и в одинаковой степени зависит от достижений физики, химии и биологии.

Наномир подразумевает мир объектов или связанных структур, имеющих характерные размеры от долей нанометра до сотен нанометров. Размеры нанообъектов — миллиардные доли метра. Например, размер атомов по порядку величины равен 0,1 нм; длины валентных связей и расстояния между атомами в кристаллических решетках — того же порядка; диаметр двуспиральной молекулы ДНК — 2 нм; толщина клеточной мембраны — 6—10 нм; размеры вирусов — от 20 до 300 нм; характерные размеры молекул белков — от 10 до 100 нм. Минимальный размер углеродных нанотрубок, синтезированных в настоящее время, составляет 0,4 нм. Нижняя граница объектов, которыми занимается нанотехнология, определяется радиусом атома порядка 0,1 нм, верхняя — размерами до 0,1 мкм (100 нм), т. е. размерами биомолекул, при которых утрачивается специфика свойств и поведения наночастиц.

Таким образом, нанотехнологии — это совокупность научных знаний, способов и средств, направленных на регулируемую сборку (синтез) из отдельных атомов и молекул разных веществ, материалов с линейным размером структурных элементов до 1 нм (миллиардная доля метра). Кроме того, нанотехнологии — это и методы управления наночастицами, в результате применения которых создаются новые способы обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката.

История использования нанотехнологий уходит корнями в глубокую древность: египтяне смешивали сажу с водой для изготовления так называемых китайских чернил, а скифы применяли магнитную жидкость Fe₃0₄ в виде красок. Опалесцирующие красные и рубиново-красные стекла Древнего Египта, Древнего Рима (кубок Ликурга) и витражей Средневековья (мастера Клауса Кункеля) можно также считать исторически первыми наноматериалами.

Первые упоминания о методах построения любых материальных объектов «атом за атомом», которые впоследствии стали основой нанотехнологий, прозвучали в 1959 г. в докладе на тему «Там, внизу, еще много места», сделанном американским физиком-теоретиком, лауреатом Нобелевской премии Р. Ф. Фейнманом на ежегодном собрании Американского физического общества. Он говорил о том, что существует «поразительно сложный мир малых форм, а когда-нибудь (например, в 2000 г.) люди будут удивляться тому, что до 1960 г. никто не относился серьезно к исследованиям этого мира». Но только в последние несколько лет предположения Фейнмана приблизились к реальности.

Научные исследования в области нанотехнологий признаны приоритетными во всем мире. Основные усилия ученых сконцентрированы на уменьшении размеров вычислительных устройств, создании механических устройств субмикронных размеров (электрических двигателей, трансмиссий и т. п.) и синтезе наноструктур химическими методами.