Наноалхимия

Именно с нанотехнологиями принято связывать самые перспективные разработки в области электроники, перерабатывающей промышленности, индустрии материалов и медицины. И хотя большинство впечатляющих новинок пока далеки от внедрения в серийное производство, специалисты не теряют оптимизма, полагая, что вскоре привычные для нас вещи обретут приставку «нано». 
 
Умный «карлик» 
 
Приставка «нано» обозначает миллиардную долю исходной единицы. В случае с нанотехнологиями исследователи имеют дело с молекулами, атомами, частицами размером от одного до 100 нанометров (т. е. миллиардной части метра), создавая из них вещества с принципиально новыми свойствами. 
 
Со стороны работа с частицами в наномасштабе напоминает игрушечный конструктор: с помощью специального оборудования вроде миниатюрного робота-манипулятора ученые собирают из атомов молекулы. Но зачем, спрашивается, ученым возиться с такими «карликами» (кстати, с греческого «нанос» переводится как карлик), и какой практический смысл в составлении из атомов искусственных молекул и соединении их друг с другом? По мнению физиков – очень большой. При создании новых молекулярных структур химические и физические характеристики вещества меняются кардинально. Так, в результате появляются уникальные металлы – наноникель, сопоставимый по свойствам с платиной, или наножелезо, которое не ржавеет, не окисляется, а по гибкости сравнимо с полиэтиленом. Керамика, полученная из нанопорошка, превосходит по прочности сапфир в 14 раз и, кроме того, пропускает ультрафиолет и инфракрасный свет. Эти материалы сейчас получают только в лабораторных условиях. Для массового производства необходимо создать новую углеродную металлургию, которой пока, увы, еще нет. 
 
Дело – в трубе 
 
В промышленном масштабе удалось пока наладить лишь производство углеродных нанотрубок, УНТ (больших молекул цилиндрической формы, состоящих из атомов углерода). Они обладают высокой прочностью, эластичностью. Их электропроводимость в тысячу раз выше, чем у медных проводов, на разрыв они в 60 раз крепче, чем сталь, а еще они не плавятся при нагреве до 3500 °С и не деформируются при давлении в 6 тыс. атмосфер. 
 
По мнению ученых, УНТ – самый перспективный материал для вычислительных систем будущего. В настоящее время более 100 компаний в мире заняты изготовлением нанотрубок для их последующего использования в качестве проводников, основы для создания компьютерной памяти, процессоров и аккумуляторов нового поколения, в качестве альтернативы дорогостоящим материалам. Однако из-за все еще высокой цены они используются в ограниченном объеме. Хотя снижение себестоимости налицо: еще несколько лет назад один грамм УНТ стоил $500, сегодня – порядка $60. 
 
Фантастические перспективы 
 
Уникальные свойства наноматериалов позволяют ученым строить грандиозные планы по их применению. О некоторых перспективах можно судить уже сейчас по экспериментальным разработкам. Таким, например, как ткань из полиэстера, покрытая 40-нанометровым слоем углеродных нанотрубок, созданная химиками из Цюрихского университета. Она не намокает даже при полном погружении в воду. А все дело в том, что нановолокна заставляют капли воды собираться над тканью и обеспечивают постоянный слой воздуха на ее поверхности. 
 
Ученые из Мичиганского университета изобрели сенсорную «краску» для самолетов, мостов и зданий, которая меняет цвет в случае возникновения микротрещин. Таким образом, о возможных деформациях можно узнать заранее, без дорогостоящей экспертизы. Даже еду можно усовершенствовать благодаря нанотехнологиям, встраивая биологически активные молекулы в продукты, чтобы улучшить их питательные свойства. 
 
Но самые фантастические прогнозы относительно использования технологий с приставкой «нано» ученые связывают с медициной. С помощью углеродных нанотрубок можно создавать искусственные мышцы, которые в три раза сильнее и прочнее биологических. Лекарства на основе наночастиц могут действовать избирательно – например, доставлять противоопухолевую сыворотку прямо в нужное место, не отравляя весь организм. Эти умные молекулы называют сегодня нанороботами – молекулярными структурами, которые способны самостоятельно выполнять сложные задачи, к примеру, перемещаться по телу человека, диагностировать состояние любых органов и процессов, вмешиваться в эти процессы, соединять, разрушать и создавать новые ткани. Опыты ученых показывают, что нанороботы на базе искусственных ДНК-молекул смогут даже очищать организм человека от микробов и уничтожать зарождающиеся раковые клетки. 
 
Не все так просто 
 
По сути, с помощью нанотехнологий можно делать что угодно из чего угодно – во всяком случае, в этом убеждены современные физики. И эти перспективы заставляют обывателя воспринимать нанонауку как панацею. Однако все не так просто и радужно. 
 
Прежде всего опасения вызывает как раз «интеллект» нанороботов, которые теоретически могут выйти из-под контроля человека. И вместо того чтобы, например, создавать новые клетки в нашем организме, нанороботы будут уничтожать их. Об этой опасности предупреждал американский ученый Эрик Дрекслер в своей книге «Машины созидания: наступление нанотехнологической эпохи», в которой впервые и были описаны мини-роботы, работающие по заданным программам и собирающие из молекул что угодно, в том числе и самих себя. В конце концов, роботы из-за сбоя в программе превратили все живое на Земле в роботов. Правда, пока нам не стоит бояться этих умных молекулярных механизмов: диагностика и лечение человека с помощью нанороботов и вообще их широкое использование существуют только в теории. 
 
Не изучено и влияние наночастиц на человеческий организм. И методик, которые могут правильно оценить риски применения новых материалов, не существует. Взять, к примеру, наночастицы серебра, которые сейчас можно обнаружить в самых разных вещах, начиная от чудодейственной косметики и заканчивая стиральными машинами. Причем независимо от продукта производители говорят в основном об антибактериальных свойствах этого металла. Но в природе серебро, кроме всего прочего, является еще и мощным токсином, способным проникать сквозь защитные барьеры клеток организма. И насколько безобидно использование в бытовых целях наносеребра, неизвестно. Другое дело, что в подавляющем большинстве случаев в существующих на рынке товарах наносеребра просто нет. А приставка «нано» – это рекламный ход, рассчитанный на «продвинутого» пользователя. 
 
Кроме того, присмотревшись к истории некоторых громких научных разработок, допустим, двухлетней давности, понимаешь, что от обещаний до реального воплощения пролегает пропасть. Взять, к примеру, придуманный два года назад учеными из Политехнического института Ренселлера термостойкий наноклей, состоящий всего из одного слоя молекул, которые действуют, как крючки, соединяющие две поверхности. Анонсировалось, что этот суперпрочный клей может склеивать любые материалы, при этом он не-обыкновенно дешевый: себестоимость 100 г – $35. Несмотря на уникальные свойства и низкую цену, продукт пока не заинтересовал ни одного из производителей. И таким образом обстоят дела со многими проектами. Складывается ощущение, что в исследованиях под знаком «нано» шумихи и научных гипербол больше, чем практической пользы, а сами нанотехнологии превратились в красивое слово, которое автоматически сулит известность и, что немаловажно, деньги.

Юлия БЫСТРОВА