Beispiele für den Einsatz von Nanotechnologie im modernen Leben. Nanotechnologie im menschlichen Leben

PROJEKTKARTE

Altersgruppe: 8-10 Klassen.

Relevanz: Nanotechnologie ist eng mit dem modernen menschlichen Leben verbunden.

Ziel: Erweiterung des Verständnisses von Nanotechnologien und Bereichen ihrer Anwendung.

Projektstandort: Biologie, Physik, Chemie, Medizin, Militärwissenschaft.

Projekttyp: Gruppe.

Dauer der Projektarbeit: ab 2 Wochen.

Problemsituation

Der Bereich der Wissenschaft und Technologie namens Nanotechnologie ist erst vor relativ kurzer Zeit entstanden. Die Aussichten für diese Wissenschaft sind enorm. Das Teilchen „Nano“ selbst bedeutet ein Milliardstel einer Menge. Ein Nanometer ist beispielsweise ein Milliardstel Meter. Diese Größen ähneln den Größen von Molekülen und Atomen. Die genaue Definition von Nanotechnologie lautet wie folgt: Nanotechnologie ist eine Technologie, die Materie auf der Ebene von Atomen und Molekülen manipuliert (aus diesem Grund wird Nanotechnologie auch als Molekulartechnologie bezeichnet). Der Anstoß für die Entwicklung der Nanotechnologie war die wissenschaftliche Idee, dass es aus physikalischer Sicht keine Hindernisse gibt, Dinge direkt aus Atomen zu erschaffen.
Heute können wir die Vorteile und neuen Möglichkeiten der Nanotechnologie nutzen in:

• Medizin;
• Pharmakologie;
• Ökologie;
• Informatik, Informationssicherheitssysteme;
• Kommunikationssysteme;
• Automobil-, Traktor- und Luftfahrtausrüstung;
• Verkehrssicherheit;
• neue Navigationssysteme.

Anschließend laden der oder die Lehrer verschiedener Fachbereiche die Schüler ein, sich entsprechend ihrer kognitiven Interessen in Gruppen aufzuteilen und die Nanotechnologie in ihrem gewählten Wissensgebiet zu erkunden.

Projektauftrag: Studieren Sie die Geschichte der Nanotechnologie, die Idee der Nanotechnologie, die Anwendung der Nanotechnologie in verschiedenen Wissensbereichen, träumen Sie sich aus und schlagen Sie weitere Optionen für den Einsatz der Nanotechnologie vor.

Mögliches Projektprodukt:

• abstrakt;
• Bericht;
• Artikel;
• Präsentation.

Informationsquellen für Studierende:

1. Kobayashi N. Einführung in die Nanotechnologie. M.: Binom, 2005.
2. Chaplygin A. Nanotechnologien in der Elektronik. M.: Technosphere, 2005.

Erforderliche Ressourcen zur Erledigung der Projektaufgabe: Hechtschuppenproben, Scanner, Mikroskope.

Organisation von Projektaktivitäten(im Anhang).

Hauptbühnen	Schüleraktivitäten in dieser Phase	Aktivitäten des Lehrers in dieser Phase	Verwendete Lehrtechnologien
1. Ungefähr	Orientierung im Themenfeld, Festlegung des Projektthemas, Suche und Analyse des Problems, Festlegung des Projektziels, Wahl des Projektnamens	Beratung	Problembasiertes Lernen, Fallstudien, kreative Workshop-Technologie
2. Hauptsächlich	Entwicklung, Diskussion möglicher Projektoptionen, Sammlung und Studium von Informationen, Verteilung der Verantwortlichkeiten in einem Gruppenprojekt	Beratung	Projektmethode, problembasiertes Lernen
3. Reflexiv	Analyse der Projektergebnisse, Selbsteinschätzung der Qualität des Projekts, Vornahme notwendiger Änderungen	Bildung von Gutachtergruppen, „externen“ Experten	Projektmethode
4. Zusammenfassung, Präsentation	Vorbereitung des Textes und Verteidigung des Projekts. Prüfung der Projekte von Mitschülern	Einzel- und Gruppenberatungen zu Inhalten und Regeln gestalterischer Arbeit. Expertenmeinung. Zusammenfassen, Analyse der geleisteten Arbeit	Diskussion, Seminar, Runder Tisch

Leistungsbewertung. Erfolgt durch gemeinsame Diskussion und Selbsteinschätzung. Der Lehrer erinnert die Schüler an die Kriterien, nach denen sie ihre Arbeit und die Arbeit anderer bewerten: Argumentation, Überzeugungskraft, Aktivität, eigene Meinung haben.

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Dank innovativer Technologien hat die Menschheit die Möglichkeit, die Welt um uns herum auf einer „kleineren“ Ebene zu studieren. Nanotechnologie wird in verschiedenen Tätigkeitsfeldern eingesetzt. Mikroskopische Partikel, oder wie sie heute allgemein genannt werden Nanopartikel, kann aus einer Vielzahl von Materialien synthetisiert werden. Die Größe dieser Partikel überschreitet 100 nm nicht.

Die Menschheit nutzt seit der Antike die einzigartigen Fähigkeiten der Nanowelt. Beispielsweise wurde das historische Meisterwerk Lykurg-Pokal von antiken römischen Meistern geschaffen. Die einzigartige Struktur des Glaskelchs überrascht selbst moderne Meister. Wird der Becher von außen beleuchtet, ist er grün, wird er von innen beleuchtet, ist er orange-rot. Was ist der Grund? Die Sache ist, dass Nanopartikel aus Edelmetallen (Silber und Gold) in die Struktur des Glases eingebettet sind.

Nanopartikel und Medizin

Das erste Nanopartikel wurde bereits 1905 von A. Einstein beschrieben. Er wies nach, dass das Saccharosemolekül etwa 1 nm groß ist. Nanopartikel überwinden leicht die Zellmembranen und können so überall in unseren Körper eindringen. Diese einzigartige Eigenschaft wird in der praktischen Medizin zur Diagnose verschiedener Krankheiten genutzt.

Beispielsweise werden Nanopartikel zur Diagnose von Krebs eingesetzt; Mikropartikel heften sich an Krebszellen; ihre erhöhte Konzentration kann genutzt werden, um den Standort krebserregender Zellen im Körper zu bestimmen. Nanotechnologie ermöglicht es, Medikamente an einen genau definierten Ort zu bringen. Mithilfe von Nanopartikeln können Sie den Heilungsprozess von Wunden beschleunigen und das Wachstum von Tumoren hemmen.

Wie wir sehen, ist unser Leben eng mit diesen mikroskopisch kleinen Teilchen verbunden. Es ist erwiesen, dass Nanopartikel als Katalysatoren und Adsorbentien wirken können. Bereits heute werden mithilfe der Nanotechnologie ultradünne und ultrabeständige Schutzschichten hergestellt. Dennoch sind die meisten wissenschaftlichen Forscher der Meinung, dass die Wirkung von Nanopartikeln auf den menschlichen Körper noch nicht ausreichend erforscht ist und es daher noch zu früh ist, Erfolge zu feiern und auf die Pauke zu schlagen.

Nanopartikel und ihre Forschung

Die Grundlage für das Studium aller Möglichkeiten des oben vorgestellten Materials ist hochwertig Laborgeräte Horiba (Partikelgrößenanalysatoren). Derzeit können alle Nanopartikel nach mehreren Indikatoren klassifiziert werden:

Je nach Grundsubstanz;

Nach Herkunft (natürlich, künstlich);

Nach Art der Mehrdimensionalität.

Mit modernen Laborgeräten von Horiba können Sie alle Eigenschaften von Nanopartikeln bestimmen. Unser Unternehmen stellt Ihnen die folgenden Modelle von Laseranalysatoren der bekannten Firma Horiba vor: SZ-100V2, LA-960V2 und LA-300. Daher wird der Laseranalysator SZ-100 zur Untersuchung von Mikropartikeln mit einer Größe von 0,3 nm bis 8 Mikrometer, ζ-Potenzial und Molekulargewicht verwendet. Das Messprinzip basiert auf der Photokorrelationsspektroskopie. Der Laseranalysator LA-950 ist ein einzigartiges Gerät, das mit hoher Geschwindigkeit arbeiten kann. Mit dieser Ausrüstung ist es möglich, Forschung in einem Kreislaufsystem in einem flüssigen Medium durchzuführen. Der Laseranalysator LA-300 ist mit einer automatischen Pumpe ausgestattet und kann mit Laserbeugung arbeiten.

RVS LLC ist ständiger Partner der Marke Horiba. Die Fachkräfte des Unternehmens werden regelmäßig weitergebildet. Bei Bedarf beraten wir Sie kompetent und helfen Ihnen bei der Entscheidung für das Modell des Laseranalysators. Wir verkaufen ausschließlich qualitativ hochwertige Produkte.

Mit jedem Tag kommen wir der unvermeidlichen Revolution näher, die die Nanotechnologie mit sich bringt. Wir schaffen neue Geräte, erhalten einzigartige Materialien, an die wir vorher noch nie gedacht hatten. Der Einsatz der Nanotechnologie im Alltag hat es ermöglicht, die Form uns vertrauter Objekte zu verändern. Dadurch haben wir völlig andere, aber nützliche Eigenschaften des Stoffes erhalten. Die Realität um uns herum wird weniger gefährlich und günstiger für ein angenehmes Leben. Ein gutes Beispiel: Die Reduzierung der üblichen Abmessungen gebrauchter Elektrogeräte auf die für das menschliche Auge unsichtbare Größe von Nanopartikeln. Computer werden kleiner, aber viel leistungsfähiger. Nanotechnologien im Alltag und in der Industrie haben es ermöglicht, alles um uns herum erheblich zu verändern.

Ist es möglich, eine Form künstlicher Intelligenz zu schaffen, die alle unsere Bedürfnisse befriedigen kann? Die Antwort liegt in der rationalen Anwendung der neuesten Entwicklungen. Nanotechnologie ist der Weg der Zukunft, da sie jeden Aspekt unseres Lebens berührt. Der Einsatz der Nanotechnologie bietet viele Chancen, wirft aber auch eine Reihe von Bedenken auf.

Fenster zur Nanowelt

Ein Elektronenmikroskop ermöglicht einen Blick in die Mikrowelt. Ohne spezielle Ausrüstung ist die Nanotechnologie im Alltag kaum sofort zu erkennen, da sie so klein ist, dass sie mit bloßem Auge nicht zu erkennen ist. In solchen Größenordnungen weisen Stoffe die ungewöhnlichsten und unerwartetsten Eigenschaften auf. Die Nutzung solcher Eigenschaften verspricht eine einzigartige technologische Revolution. Sie bieten radikal neue Möglichkeiten, etwa die Kontrolle des menschlichen Körpers und der Umwelt.

Die Geschichte der Nanotechnologie

Alles beginnt in den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts mit der Erfindung eines Tools namens Scanning (STM). Professor James Dzimzewski hat sein gesamtes Berufsleben in der nanoskaligen Welt verbracht. Er ist einer der ersten Menschen auf der Welt, der die Möglichkeit hatte, Materie auf der Ebene unglaublich kleiner Mengen, Millionstel Millimeter, zu untersuchen. Mit diesen Mikroskopen können Sie die Oberfläche auf die gleiche Weise untersuchen, wie Blinde lesen. Damals hätte niemand ahnen können, wie nützlich die Nanotechnologie im Alltag und in der Industrie sein würde.

Das Prinzip der Arbeit mit Nanopartikeln

Ein Rastermikroskop verwendet eine Sonde, die aus einer 1 Atom dicken Nadel besteht. Wenn es nur wenige Nanometer an die Probe herankommt, kommt es zum Elektronenaustausch mit dem nächstgelegenen Nanopartikel. Dieses Phänomen wird Tunneleffekt genannt. Das Steuerungssystem zeichnet Änderungen in der Stärke des Tunnelstroms auf und führt auf Grundlage dieser Informationen eine genauere Konstruktion der Oberflächentopographie der untersuchten Probe durch. Die Software ermöglicht die Umwandlung der gewonnenen Daten in ein Bild, das Wissenschaftlern den Schlüssel zu einer neuen Welt gibt, die Nanotechnologie im Alltag und in anderen Industrien nutzt.

Laut James Dzimzewski erhielten Wissenschaftler dank des Rasterelektronenmikroskops erstmals Bilder von Atomen und Molekülen und konnten deren Form untersuchen. Dies war eine echte Revolution in der Wissenschaft, denn Wissenschaftler begannen, viele Dinge völlig anders zu betrachten und achteten auf die Eigenschaften einzelner Atome und nicht auf Millionen und Abermilliarden von Teilchen, wie es in der Vergangenheit der Fall war.

Erste Entdeckungen

Der Einsatz neuer Technologien hat zu einer erstaunlichen Entdeckung geführt. Als sich das Gerät einem Atom auf einen Nanometer näherte, bildete sich eine Bindung zwischen ihm und dem Atom. Diese Funktion ermöglichte es, einen Weg zu finden, einzelne Mikropartikel zu bewegen. Dank dieser Entdeckung wurde es möglich, Nanotechnologie für ein angenehmes Leben zu nutzen.

Wie James Dzhimzewski, Professor an der University of California, erklärte, ermöglichte ein Tunnelrastermikroskop die praktische Berührung von Molekülen und Atomen. Zum ersten Mal konnten Wissenschaftler Atome auf der Oberfläche von Materie manipulieren und Strukturen schaffen, die zuvor unvorstellbar waren.

Diese neue Entdeckung (die Fähigkeit, die kleinsten Teilchen, aus denen Materie besteht, zu beobachten und zu manipulieren) hat den Einsatz der Nanotechnologie ausnahmslos in allen Branchen ermöglicht.

Entwicklung der Nanotechnologie

Der Physiker und Philosoph Etin Klin glaubt, dass die Möglichkeit eines technologischen Durchbruchs durch Nanotechnologie durchaus real ist, basiert jedoch in vielerlei Hinsicht auf der Begeisterung des Wissenschaftlers.

Wie der Physiker und Philosoph Etin Klin sagt, sind vom Moment der experimentellen Bestätigung der Existenz von Atomen bis zu dem Moment, als es möglich wurde, sie zu manipulieren, weniger als 100 Jahre vergangen. Für Wissenschaftler eröffnen sich Möglichkeiten, an die sie vorher nie gedacht hätten. Nur dadurch begannen die Regierungen aller Industrieländer, Interesse an den entsprechenden Wissenschaften zu zeigen. Alles begann mit einer amerikanischen Initiative im Jahr 2002, die von den Physikern Roca und Benbridge ins Leben gerufen wurde. Diese Wissenschaftler kamen auf die verrückte Idee, dass die Menschheit dank der Nanotechnologie alle Probleme lösen kann, mit denen sie konfrontiert ist.

Diese Aussage war der Anstoß für den Beginn zahlreicher Studien, die es ermöglichten, so fortschrittliche Bereiche der Wissenschaft und Technologie wie Mikroelektronik, Informatik, Kernenergieforschung, Mikrobiologie, Lasertechnologie, Medizin und vieles mehr umzusetzen.

Nanotechnologie: Beispiele

Es gibt so viele unsichtbare, aber sehr wichtige Substanzen im Alltag, von deren Anwesenheit wir nicht einmal ahnen! Schauen wir uns die auffälligsten Beispiele an:

• Zahnpasta. Bisher hat niemand darüber nachgedacht, warum Zahnreiniger anders sind. Dies alles wird durch das Vorhandensein bestimmter Nanopartikel erklärt. Beispielsweise hilft Calciumhydroxylapatit, das mit bloßem Auge unsichtbar ist, dabei, beschädigten Zahnschmelz wiederherzustellen und Zähne vor Karies zu schützen.

• Autofarbe. Moderne Autolacke sind dank Nanopartikeln in der Lage, flache Kratzer und andere Hohlräume an der Karosserie abzudecken. Sie enthalten mikroskopisch kleine Kugeln, die für diesen Effekt sorgen.

NANOTECHNOLOGIE IN UNSEREM LEBEN

Museridze K., Ajawi E., Musina K., Simonyan R. Ya.

GBOU-Sekundarschule Nr. 1005 „Scarlet Sails“, Moskau, Russland

Die Relevanz dieses Themas ergibt sich aus der „Einführung“ der Nanotechnologie in unser Leben, denn heutzutage kommt keine einzige Wissenschaft ohne Nanotechnologie aus. Derzeit entwickelt sich die Wissenschaft der Nanotechnologie dynamisch und gewinnt an Dynamik. Methoden zur Untersuchung und Steuerung von Materie auf molekularer Ebene zur Herstellung von Materialien werden verbessert, Geräte und Systeme erhalten neue technische, funktionelle und verbraucherbezogene Eigenschaften. Nanotechnologie ist im Alltag angekommen. Elektronik, Medizin, Kosmetik, Bauwesen – dies ist keineswegs eine vollständige Liste der Anwendungen dieser Technologien auf der Ebene des Durchschnittsbürgers. Und es gibt niemanden, der nicht mindestens ein halbes Ohr davon gehört hat, aber wissen alle Menschen, was es ist?

Nanotechnologie ist ein Bereich der Grundlagen- und angewandten Wissenschaft und Technologie, der sich mit einer Reihe theoretischer Begründungen, praktischen Forschungs-, Analyse- und Synthesemethoden sowie Methoden zur Herstellung und Verwendung von Produkten mit einer bestimmten Atomstruktur durch kontrollierte Manipulation einzelner befasst Atome und Moleküle.

Der Zweck unserer Forschung besteht darin, die fortschrittlichsten Bereiche in der Anwendung der Nanotechnologie zu identifizieren, die Bedeutung der Nanotechnologie im menschlichen Leben aufzuzeigen und in einer einfachen und für jedermann verständlichen Sprache darüber zu sprechen, um die Errungenschaften russischer Wissenschaftler auf diesem Gebiet bekannt zu machen .

Zunächst werden wir über die Anwendung der Nanotechnologie in der Medizin sprechen. Die Nanomedizin ist einer der sich aktiv entwickelnden Wissenschaftsbereiche und umfasst die Verfolgung, Korrektur, genetische Korrektur und Kontrolle der biologischen Systeme des menschlichen Körpers auf molekularer Ebene mithilfe von Nanogeräten, Nanostrukturen und Informationstechnologien.

Nanoelektronik ist ein Bereich der Wissenschaft und Technologie, der eine Reihe von Mitteln, Methoden und Methoden menschlicher Aktivitäten umfasst, die auf theoretische und praktische Forschung, Modellierung usw. abzielen. .

Bei Textilien trägt die Nanotechnologie dazu bei, dass Kleidung wasserdicht, schmutzabweisend, wärmeleitfähig usw. wird. Nanomaterialien können beispielsweise Nanopartikel und Nanofasern mit anderen Zusatzstoffen kombinieren, um Ihrem T-Shirt all diese Eigenschaften zu verleihen.

„Funktionelle“ Lebensmittel sind natürliche Fleischproteine ​​und -peptide, die tatsächlich das charakteristischste Beispiel einer neuen Generation von High-Tech-Lebensmitteln sind.

Nanotechnologie. – URL :

Semyachkina, Yu. A., Klochkov A. Ya. Nanotechnologien unserer Zeit: Lebensmittelindustrie [Text] // Technische Wissenschaften: Traditionen und Innovationen: Materialien der Internationale. wissenschaftlich conf. (Tscheljabinsk, Januar 2012). - Tscheljabinsk: Zwei Komsomol-Mitglieder, 2012. - S. 166-167.

Funktionelle Lebensmittel sind multifunktionale Lebensmittel // Food News Time [Elektronische Ressource] Zugriffsmodus:

Y. SVIDINENKO, Ingenieur-Physiker

Nanostrukturen werden herkömmliche Transistoren ersetzen.

Die kompakte nanotechnologische Lerninstallation „UMKA“ ermöglicht die Manipulation einzelner Atomgruppen.

Mit der Installation „UMKA“ ist es möglich, die Oberfläche der DVD zu untersuchen.

Für angehende Nanotechnologen ist bereits ein Lehrbuch erschienen.

Die Nanotechnologie, die im letzten Viertel des 20. Jahrhunderts entstand, entwickelt sich rasant. Fast jeden Monat gibt es Meldungen über neue Projekte, die noch vor ein, zwei Jahren wie eine absolute Fantasie schienen. Nach der Definition des Pioniers auf diesem Gebiet, Eric Drexler, ist Nanotechnologie „eine erwartete Produktionstechnologie, die sich auf die kostengünstige Herstellung von Geräten und Substanzen mit einer vorgegebenen Atomstruktur konzentriert“. Das bedeutet, dass es an einzelnen Atomen arbeitet, um Strukturen mit atomarer Präzision zu erhalten. Dies ist der grundlegende Unterschied zwischen Nanotechnologie und modernen „volumetrischen“ Massentechnologien, die Makroobjekte manipulieren.

Erinnern wir den Leser daran, dass Nano ein Präfix für 10 -9 ist. Auf einem ein Nanometer langen Segment können sich acht Sauerstoffatome befinden.

Nanoobjekte (z. B. Metallnanopartikel) weisen typischerweise physikalische und chemische Eigenschaften auf, die sich von denen größerer Objekte desselben Materials und von den Eigenschaften einzelner Atome unterscheiden. Nehmen wir an, die Schmelztemperatur von Goldpartikeln mit einer Größe von 5 bis 10 nm ist Hunderte von Grad niedriger als die Schmelztemperatur eines Goldstücks mit einem Volumen von 1 cm 3.

Forschung im Nanobereich liegt an der Schnittstelle der Wissenschaften; Forschung im Bereich der Materialwissenschaften betrifft häufig die Bereiche Biotechnologie, Festkörperphysik und Elektronik.

Der weltweit führende Experte auf dem Gebiet der Nanomedizin, Robert Freitas, sagte: „Zukünftige Nanomaschinen müssen aus Milliarden von Atomen bestehen, daher erfordert ihr Design und ihre Konstruktion die Anstrengungen eines Teams von Spezialisten. Jedes Nanoroboter-Design erfordert die gemeinsame Anstrengung mehrerer.“ Forschungsteams. Das Flugzeug Boeing 777 wurde von „vielen Teams auf der ganzen Welt“ entworfen und gebaut. Ein nanomedizinischer Roboter der Zukunft, der aus einer Million (oder sogar mehr) Arbeitsteilen besteht, wird in seiner Designkomplexität nicht einfacher sein als ein Flugzeug. "

NANOPRODUKTE UM UNS

Die Nanowelt ist komplex und noch relativ wenig erforscht und dennoch nicht so weit von uns entfernt, wie es noch vor einigen Jahren schien. Die meisten von uns nutzen regelmäßig den einen oder anderen Fortschritt in der Nanotechnologie, ohne es überhaupt zu wissen. Beispielsweise ist die moderne Mikroelektronik nicht mehr Mikro, sondern Nano: Heute produzierte Transistoren – die Basis aller Chips – liegen im Bereich bis zu 90 nm. Und eine weitere Miniaturisierung elektronischer Komponenten auf 60, 45 und 30 nm ist bereits geplant.

Darüber hinaus werden, wie Vertreter des Unternehmens Hewlett-Packard kürzlich bekannt gaben, mit traditioneller Technologie hergestellte Transistoren durch Nanostrukturen ersetzt. Ein solches Element sind drei Leiter mit einer Breite von mehreren Nanometern: Zwei davon sind parallel und der dritte steht im rechten Winkel dazu. Die Leiter berühren sich nicht, sondern verlaufen brückenartig übereinander. In diesem Fall steigen Molekülketten, die aus Nanoleitermaterial gebildet werden, unter dem Einfluss der an sie angelegten Spannung von den oberen Leitern zu den unteren ab. Mit dieser Technologie aufgebaute Schaltkreise haben bereits die Fähigkeit bewiesen, Daten zu speichern und logische Operationen auszuführen, also Transistoren zu ersetzen.

Mit der neuen Technologie werden die Abmessungen von Mikroschaltkreisteilen deutlich unter das Niveau von 10 bis 15 Nanometern sinken, bis hin zu einem Ausmaß, in dem herkömmliche Halbleitertransistoren physikalisch einfach nicht mehr funktionieren können. Wahrscheinlich werden bereits in der ersten Hälfte des nächsten Jahrzehnts serielle Mikroschaltungen (noch traditionell Silizium) auftauchen, in die eine bestimmte Anzahl von mit neuer Technologie hergestellten Nanoelementen eingebaut werden.

Im Jahr 2004 brachte Kodak Papier für Ultima-Tintenstrahldrucker auf den Markt. Es besteht aus neun Schichten. Die oberste Schicht besteht aus keramischen Nanopartikeln, die das Papier dichter und glänzender machen. Die inneren Schichten enthalten Pigment-Nanopartikel mit einer Größe von 10 nm, die die Druckqualität verbessern. Und die schnelle Fixierung des Lacks wird durch in der Beschichtungszusammensetzung enthaltene Polymer-Nanopartikel erleichtert.

Der Direktor des US-amerikanischen Instituts für Nanotechnologie, Chad Mirkin, glaubt, dass „die Nanotechnologie alle Materialien von Grund auf neu aufbauen wird. Alle durch molekulare Produktion gewonnenen Materialien werden neu sein, da die Menschheit bisher keine Möglichkeit hatte, Nanostrukturen zu entwickeln und herzustellen. Jetzt wir.“ Verwenden Sie in der Industrie nur das, was die Natur uns gibt. Wir stellen Bretter aus Bäumen her, Drähte aus leitfähigem Metall. Der nanotechnologische Ansatz besteht darin, dass wir nahezu jede natürliche Ressource zu sogenannten „Bausteinen“ verarbeiten, die die Grundlage der zukünftigen Industrie bilden ."

Jetzt erleben wir bereits den Beginn der Nanorevolution: Das sind neue Computerchips, neue Stoffe, die keine Flecken hinterlassen, und der Einsatz von Nanopartikeln in der medizinischen Diagnostik (siehe auch „Wissenschaft und Leben“ Nr., 2005). Auch die Kosmetikindustrie interessiert sich für Nanomaterialien. Sie können viele neue, nicht standardmäßige Richtungen in der Kosmetik schaffen, die es vorher nicht gab.

Im Nanobereich weist nahezu jedes Material einzigartige Eigenschaften auf. Es ist beispielsweise bekannt, dass Silberionen eine antiseptische Wirkung haben. Eine Lösung aus Silbernanopartikeln weist eine deutlich höhere Aktivität auf. Wenn Sie mit dieser Lösung einen Verband behandeln und ihn auf eine eitrige Wunde auftragen, verschwindet die Entzündung und die Wunde heilt schneller als bei der Verwendung herkömmlicher Antiseptika.

Der heimische Konzern Nanoindustry hat eine Technologie zur Herstellung von Silbernanopartikeln entwickelt, die in Lösungen und im adsorbierten Zustand stabil sind. Die resultierenden Medikamente verfügen über ein breites antimikrobielles Wirkungsspektrum. Dadurch wurde es möglich, mit geringfügigen Änderungen im technologischen Prozess seitens der Hersteller bestehender Produkte eine ganze Reihe von Produkten mit antimikrobiellen Eigenschaften zu entwickeln.

Mit Silbernanopartikeln lassen sich herkömmliche Materialien, Beschichtungen, Desinfektions- und Reinigungsmittel (u. a. Zahn- und Reinigungspasten, Waschpulver, Seifen) sowie Kosmetika modifizieren und neue herstellen. Mit Silbernanopartikeln modifizierte Beschichtungen und Materialien (Verbundwerkstoffe, Textilien, Farben und Lacke, Kohlenstoff und andere) können als vorbeugender antimikrobieller Schutz an Orten eingesetzt werden, an denen das Risiko der Ausbreitung von Infektionen steigt: im Transportwesen, in öffentlichen Gastronomiebetrieben, in der Landwirtschaft usw Viehställe, in Kinder-, Sport- und medizinischen Einrichtungen. Silbernanopartikel können zur Reinigung von Wasser und zur Abtötung von Krankheitserregern in Filtern von Klimaanlagen, Schwimmbädern, Duschen und anderen ähnlichen öffentlichen Orten verwendet werden.

Ähnliche Produkte werden im Ausland hergestellt. Ein Unternehmen stellt Beschichtungen mit Silbernanopartikeln zur Behandlung chronischer Entzündungen und offener Wunden her.

Eine andere Art von Nanomaterialien sind Kohlenstoffnanoröhren, die eine enorme Festigkeit aufweisen (siehe „Wissenschaft und Leben“ Nr. 5, 2002; Nr. 6, 2003). Dabei handelt es sich um eigenartige zylindrische Polymermoleküle mit einem Durchmesser von etwa einem halben Nanometer und einer Länge von bis zu mehreren Mikrometern. Sie wurden erstmals vor weniger als 10 Jahren als Nebenprodukte der Synthese von Fulleren C60 entdeckt. Dennoch werden bereits nanometergroße elektronische Geräte auf Basis von Kohlenstoffnanoröhren hergestellt. Es wird erwartet, dass sie in absehbarer Zukunft viele Elemente in den elektronischen Schaltkreisen verschiedener Geräte, einschließlich moderner Computer, ersetzen werden.

Nanoröhren werden jedoch nicht nur in der Elektronik eingesetzt. Es gibt bereits im Handel erhältliche Tennisschläger, die mit Kohlenstoffnanoröhren verstärkt sind, um ein Verdrehen zu verhindern und eine höhere Schlagkraft zu bieten. Sie werden auch in einigen Teilen von Sportfahrrädern verwendet.

RUSSLAND AUF DEM NANOTECHNOLOGIEMARKT

Das inländische Unternehmen Nanotechnology News Network stellte kürzlich ein weiteres neues Produkt in Russland vor – selbstreinigende Nanobeschichtungen. Es reicht aus, die Autoscheibe mit einer speziellen Lösung mit Siliziumdioxid-Nanopartikeln einzusprühen, und schon bleiben Schmutz und Wasser 50.000 km lang nicht daran haften. Auf dem Glas verbleibt eine transparente, hauchdünne Schicht, an der das Wasser einfach nicht haften kann und die zusammen mit dem Schmutz abperlt. Zunächst interessierten sich die Besitzer von Wolkenkratzern für das neue Produkt – für die Reinigung der Fassaden dieser Gebäude wird viel Geld ausgegeben. Es gibt solche Zusammensetzungen zum Beschichten von Keramik, Stein, Holz und sogar Kleidung.

Es muss gesagt werden, dass einige russische Organisationen bereits erfolgreich auf dem internationalen Nanotechnologiemarkt tätig sind.

Der Nanoindustrie-Konzern beispielsweise verfügt in seinem Portfolio über eine Reihe nanotechnologischer Produkte, die in verschiedenen Industriebereichen einsetzbar sind. Dies sind die reduzierende Zusammensetzung „RVS“ und Silbernanopartikel für Biotechnologie und Medizin, die industrielle nanotechnologische Anlage „LUCH-1,2“ und die pädagogische nanotechnologische Anlage „UMKA“.

Die „RVS“-Zusammensetzung, die vor Verschleiß schützen und nahezu alle reibenden Metalloberflächen wiederherstellen kann, wird auf Basis adaptiver Nanopartikel hergestellt. Mit diesem Produkt können Sie in Bereichen intensiver Reibung von Metalloberflächen (z. B. in Reibungspaaren in Verbrennungsmotoren) eine modifizierte Schutzschicht aus Eisensilikat mit hohem Kohlenstoffgehalt und einer Dicke von 0,1 bis 1,5 mm erzeugen. Durch das Einfüllen einer solchen Zusammensetzung in das Ölkurbelgehäuse können Sie das Problem des Motorverschleißes für lange Zeit vergessen. Während des Betriebs erhitzen sich mechanische Teile durch Reibung, diese Erwärmung führt dazu, dass sich Metallnanopartikel an beschädigten Stellen festsetzen. Übermäßiges Wachstum führt zu einer stärkeren Erwärmung und Nanopartikel verlieren ihre Bindungsfähigkeit. Dadurch bleibt das Gleichgewicht in der Reibeeinheit ständig erhalten und die Teile verschleißen praktisch nicht.

Von besonderem Interesse ist der UMKA-Komplex nanotechnologischer Geräte, der für die Durchführung von Demonstrations-, Forschungs- und Laborarbeiten auf atomar-molekularer Ebene in den Bereichen Physik, Chemie, Biologie, Medizin, Genetik und anderen Grundlagen- und angewandten Wissenschaften bestimmt ist. Beispielsweise wurde kürzlich die Oberfläche einer DVD mit einer Auflösung von 0,3 Mikrometern abgebildet, und das ist nicht die Grenze. Die einzigartige Technologie des Arbeitens mit Pikoampere-Strömen ermöglicht das Scannen auch schwach leitfähiger biologischer Proben ohne vorherige Metallabscheidung (normalerweise ist es erforderlich, dass die oberste Schicht der Probe leitfähig ist). „UMKA“ verfügt über eine hohe Temperaturstabilität, die langfristige Manipulationen mit einzelnen Atomgruppen ermöglicht, und eine hohe Scangeschwindigkeit, die die Beobachtung schneller Prozesse ermöglicht.

Der Hauptanwendungsbereich des UMKA-Komplexes ist die Ausbildung in modernen praktischen Methoden der Arbeit mit nanoskaligen Strukturen. Der UMKA-Komplex umfasst: ein Tunnelmikroskop, ein Vibrationsschutzsystem, eine Reihe von Testmustern, Verbrauchsmaterialien und Werkzeuge. Die Geräte passen in ein kleines Gehäuse, funktionieren unter Raumbedingungen und kosten weniger als 8.000 Dollar. Sie können Experimente von einem normalen PC aus steuern.

Im Januar 2005 wurde der erste russische Online-Shop für Nanotechnologieprodukte eröffnet. Die ständige Adresse des Geschäfts im Internet lautet www.nanobot.ru

SICHERHEITSPROBLEME

Kürzlich wurde entdeckt, dass kugelförmige C60-Moleküle, sogenannte Fullerene, schwere Krankheiten verursachen und die Umwelt schädigen können. Die Toxizität wasserlöslicher Fullerene bei Kontakt mit zwei verschiedenen Arten menschlicher Zellen wurde von Forschern der Universitäten Rice und Georgia (USA) festgestellt.

Chemieprofessorin Vicki Colvin von der Rice University und seine Kollegen fanden heraus, dass beim Auflösen von Fullerenen in Wasser C 60-Kolloide entstehen, die bei Kontakt mit menschlichen Hautzellen und Leberkarzinomzellen zu deren Tod führen. Gleichzeitig war die Konzentration an Fullerenen im Wasser sehr niedrig: ~ 20 C 60 Moleküle pro 1 Milliarde Wassermoleküle. Gleichzeitig zeigten Forscher, dass die Toxizität von Molekülen von der Modifikation ihrer Oberfläche abhängt.

Forscher vermuten, dass die Toxizität einfacher C60-Fullerene auf der Tatsache beruht, dass ihre Oberfläche in der Lage ist, Superoxidanionen zu produzieren. Diese Radikale schädigen die Zellmembranen und führen zum Zelltod.

Colvin und seine Kollegen stellten fest, dass diese negative Eigenschaft von Fullerenen positiv genutzt werden kann – zur Behandlung von Krebstumoren. Es muss lediglich der Mechanismus der Bildung von Sauerstoffradikalen im Detail geklärt werden. Offensichtlich wird es möglich sein, hochwirksame antibakterielle Medikamente auf Basis von Fullerenen zu entwickeln.

Gleichzeitig scheint die Gefahr der Verwendung von Fullerenen in Konsumgütern für Wissenschaftler durchaus real.

Aus diesem Grund hat die amerikanische Lebensmittel- und A(FDA) offenbar kürzlich die Notwendigkeit einer Lizenzierung und Regulierung einer breiten Palette von Produkten (Lebensmittel, Kosmetika, Medikamente, Geräte und Veterinärmedizin) angekündigt, die mithilfe von Nanotechnologie hergestellt werden und Nanomaterialien und Nanostrukturen verwenden.

NANOTECHNOLOGIEN BRAUCHEN STAATLICHE UNTERSTÜTZUNG

Leider gibt es in Russland noch immer kein staatliches Programm zur Entwicklung der Nanotechnologie. (Im Jahr 2005 wurde das US-amerikanische Nanotechnologieprogramm übrigens fünf Jahre alt.) Zweifellos würde die Existenz eines zentralisierten Regierungsprogramms zur Entwicklung der Nanotechnologie bei der praktischen Umsetzung von Forschungsergebnissen sehr hilfreich sein. Leider erfahren wir aus ausländischen Quellen, dass es im Land erfolgreiche Entwicklungen im Bereich der Nanotechnologie gibt. Beispielsweise kündigte das US-amerikanische Normungsinstitut im Sommer die Entwicklung der kleinsten Atomuhr der Welt an. Wie sich herausstellte, arbeitete auch ein russisches Team an ihrer Kreation.

In Russland gibt es kein staatliches Programm, aber es gibt Forscher und Enthusiasten: Im vergangenen Jahr hat die Youth Scientific Society (YSS) mehr als 500 junge Wissenschaftler, Doktoranden und Studenten zusammengebracht, die über die Zukunft ihres Landes nachdenken. Für eine detaillierte Untersuchung von Fragen der Nanotechnologie wurde im Februar 2004 auf der Grundlage des International Scientific Research Institute das Analyseunternehmen „Nanotechnology News Network (NNN)“ gegründet, das Hunderte von Open-World-Quellen in diesem Bereich überwacht und derzeit verarbeitet über 4.500 Informationsmeldungen ausländischer und russischer Medien, Artikel und Pressemitteilungen sowie Expertenkommentare. Es entstanden die Websites www.mno.ru und www.nanonewsnet.ru, die von mehr als 170.000 Bürgern Russlands und der GUS aufgerufen wurden.

WETTBEWERB FÜR JUGENDPROJEKTE

Im April 2004 wurde gemeinsam mit dem Nanoindustry-Konzern mit Unterstützung der Uniastrum Bank erfolgreich der erste gesamtrussische Wettbewerb für Jugendprojekte zur Schaffung heimischer molekularer Nanotechnologie durchgeführt, der großes Interesse russischer Wissenschaftler weckte.

Die Gewinner des Wettbewerbs präsentierten herausragende Entwicklungen: Der erste Platz ging an ein Team junger Wissenschaftler der Russischen Universität für Chemische Technologie. D. I. Mendeleev unter der Leitung der Kandidatin der chemischen Wissenschaften Galina Popova, die biomimetische (Biomimetik – Nachahmung von in der Natur vorhandenen Strukturen) Materialien für optische Nanosensoren, molekulare Elektronik und Biomedizin entwickelte. Den zweiten Platz belegte ein Doktorand der Staatlichen Pädagogischen Universität Taschkent. Nizami Marina Fomina, die ein System zur gezielten Abgabe von Medikamenten an erkrankte Gewebe entwickelt hat, und der dritte ist ein Schüler aus Tomsk Alexey Khasanov, der Autor einer Technologie zur Herstellung nanokeramischer Materialien mit einzigartigen Eigenschaften. Die Gewinner erhielten wertvolle Preise.

Mit Unterstützung der Bank wurde ein populärwissenschaftliches Lehrbuch „Nanotechnologien für alle“ entwickelt und wird zur Veröffentlichung vorbereitet, das von führenden Wissenschaftlern großes Lob erhalten hat.

Das Unternehmen NNN, das sich innerhalb eines Jahres zu einer führenden Analyseagentur auf dem Gebiet der Nanotechnologie entwickelt hatte, gab im Dezember 2004 den Beginn des Zweiten Allrussischen Wettbewerbs für Jugendprojekte bekannt, dessen Hauptsponsor erneut die Uniastrum Bank war, erfreut die Ergebnisse des ersten Wettbewerbs. Darüber hinaus war dieses Mal auch Powercom, ein internationaler Hersteller unterbrechungsfreier Stromversorgungen, als Sponsor dabei. Das Magazin „Wissenschaft und Leben“ beteiligt sich aktiv an der Vorbereitung und Berichterstattung des Wettbewerbs.

Ziel des Wettbewerbs ist es, talentierte Jugendliche für die Entwicklung der Nanotechnologie in ihrem Land und nicht im Ausland zu gewinnen.

Der Gewinner des Wettbewerbs erhält ein Nanotechnologielabor „UMKA“. Die Gewinner des zweiten und dritten Platzes erhalten moderne Laptops; Die besten Teilnehmer erhalten ein kostenloses Abonnement der Zeitschrift Science and Life. Zu den Preisen gehören Reparatur- und Restaurierungssets für Fahrzeuge auf Basis von Nanopartikeln, ein Abonnement des Universum-Magazins und monatliche CDs „The World of Nanotechnologies“.

Die Schwerpunkte der Projekte sind äußerst vielfältig: von vielversprechenden Nanomaterialien für die Automobil- und Luftfahrtindustrie bis hin zu Implantaten und neurotechnologischen Schnittstellen. Detaillierte Materialien zum Wettbewerb finden Sie auf der Website www.nanonewsnet.ru.

Im Dezember 2004 fand in der Stadt Frjasino (Region Moskau) die erste Konferenz zum industriellen Einsatz der Nanotechnologie statt, auf der Wissenschaftler Dutzende produktionsreife Entwicklungen vorstellten. Darunter sind neue Materialien auf Basis von Nanoröhren, ultrastarke Beschichtungen, reibungsmindernde Verbindungen, leitfähige Polymere für flexible Elektronik, Hochleistungskondensatoren usw.

Die Nanotechnologie in Russland gewinnt an Dynamik. Sofern die Forschung jedoch nicht vom Staat oder einem umfassenden Bundesprogramm koordiniert wird, wird sich wahrscheinlich nichts zum Besseren ändern. Für angehende Nanotechnologen ist bereits ein Lehrbuch erschienen.