KARTA PROJEKTU
Grupa wiekowa: 8-10 klas.
Znaczenie: Nanotechnologia jest ściśle związana ze współczesnym życiem człowieka.
Cel: poszerzanie wiedzy na temat nanotechnologii i obszarów ich zastosowań.
Lokalizacja projektu: biologia, fizyka, chemia, medycyna, nauki wojskowe.
Typ projektu: Grupa.
Czas pracy nad projektem: od 2 tygodni.
Sytuacja problemowa
Dziedzina nauki i technologii zwana nanotechnologią pojawiła się stosunkowo niedawno. Perspektywy tej nauki są ogromne. Sama cząsteczka „nano” oznacza jedną miliardową części. Na przykład nanometr to jedna miliardowa część metra. Rozmiary te są podobne do rozmiarów cząsteczek i atomów. Dokładna definicja nanotechnologii jest następująca: nanotechnologia to technologia manipulująca materią na poziomie atomów i cząsteczek (dlatego nanotechnologia nazywana jest także technologią molekularną). Impulsem do rozwoju nanotechnologii była naukowa koncepcja mówiąca, że z fizycznego punktu widzenia nie ma przeszkód, aby tworzyć rzeczy bezpośrednio z atomów.
Już dziś możemy skorzystać z dobrodziejstw i nowych możliwości nanotechnologii w:
- medycyna;
- farmakologia;
- ekologia;
- informatyka, systemy bezpieczeństwa informacji;
- systemy komunikacji;
- sprzęt samochodowy, traktorowy i lotniczy;
- bezpieczeństwo na drodze;
- nowe systemy nawigacji.
Następnie nauczyciel lub nauczyciele różnych przedmiotów zapraszają uczniów do podzielenia się na grupy zgodnie z ich zainteresowaniami poznawczymi i zgłębienia nanotechnologii w wybranej przez siebie dziedzinie wiedzy.
Przypisanie projektu: przestudiować historię nanotechnologii, ideę nanotechnologii, zastosowanie nanotechnologii w różnych dziedzinach wiedzy, wymyślić i zaproponować więcej możliwości wykorzystania nanotechnologii.
Możliwy produkt projektu:
- abstrakcyjny;
- raport;
- artykuł;
- prezentacja.
Źródła informacji dla studentów:
- Kobayashi N. Wprowadzenie do nanotechnologii. M.: Binom, 2005.
- Chaplygin A. Nanotechnologie w elektronice. M.: Teknosfera, 2005.
Zasoby wymagane do wykonania zadania projektowego: próbki łuski szczupaka, skaner, mikroskopy.
Organizacja działań projektowych(w aplikacji).
| Główne etapy | Działania studentów na tym etapie | Działania nauczyciela na tym etapie | Stosowane technologie nauczania |
| 1. Przybliżone | Orientacja w obszarze tematycznym, określenie tematu projektu, poszukiwanie i analiza problemu, ustalenie celu projektu, wybór nazwy projektu | Ordynacyjny | Nauka oparta na problemach, studium przypadku, technologia kreatywnego warsztatu |
| 2. Główne | Opracowanie, omówienie możliwych opcji projektu, gromadzenie i badanie informacji, podział obowiązków w projekcie grupowym | Ordynacyjny | Metoda projektu, uczenie się przez problem |
| 3. Odruchowy | Analiza wyników projektu, samoocena jakości projektu, wprowadzenie niezbędnych zmian | Tworzenie grup recenzentów, ekspertów „zewnętrznych”. | Metoda projektu |
| 4. Podsumowanie, prezentacja | Przygotowanie tekstu i obrona projektu. Badanie projektów kolegów z klasy |
Konsultacje indywidualne i grupowe dotyczące treści i zasad pracy projektowej. Opinia eksperta. Podsumowując, analizując wykonaną pracę |
Dyskusja, seminarium, okrągły stół |
Ocena wydajności. Następuje w drodze zbiorowej dyskusji i samooceny. Nauczyciel przypomina uczniom o kryteriach, według których oceniają swoją pracę i pracę innych: argumentacja, przekonywalność, aktywność, posiadanie własnego zdania.
Pobierz wszystkie materiały projektowe
Dzięki innowacyjnym technologiom ludzkość ma możliwość poznania otaczającego nas świata na „mniejszym” poziomie. Nanotechnologia jest wykorzystywana w różnych dziedzinach działalności. Mikroskopijne cząsteczki, lub jak się je obecnie powszechnie nazywa nanocząstki można syntetyzować z różnych materiałów. Rozmiary tych cząstek nie przekraczają 100 nm.
Ludzkość korzysta z unikalnych możliwości nanoświata już od czasów starożytnych. Na przykład historyczne arcydzieło Pucharu Likurga zostało stworzone przez starożytnych rzymskich mistrzów. Unikalna konstrukcja szklanego kielicha zaskakuje nawet współczesnych mistrzów. Jeśli kubek zostanie oświetlony od zewnątrz, będzie miał kolor zielony, a jeśli zostanie oświetlony od wewnątrz, będzie pomarańczowo-czerwony. Jaki jest powód? Rzecz w tym, że w strukturę szkła wtopione są nanocząsteczki metali szlachetnych (srebra i złota).
Nanocząstki i medycyna
Pierwszą nanocząstkę opisał A. Einstein już w 1905 roku. Udowodnił, że cząsteczka sacharozy ma wielkość około 1 nm. Nanocząsteczki z łatwością pokonują błony komórkowe, dzięki czemu są w stanie przedostać się w dowolne miejsce naszego organizmu. Ta wyjątkowa właściwość jest wykorzystywana w medycynie praktycznej do diagnozowania różnych chorób.
Nanocząstki służą np. do diagnozowania nowotworów, mikrocząsteczki przyczepiają się do komórek nowotworowych, a ich zwiększone stężenie można wykorzystać do określenia lokalizacji komórek rakotwórczych w organizmie. Nanotechnologia umożliwia dostarczenie leków w precyzyjnie określone miejsce. Stosując nanocząsteczki można przyspieszyć proces gojenia się ran i zahamować rozwój nowotworów.
Jak widzimy, nasze życie jest ściśle powiązane z tymi mikroskopijnymi cząsteczkami. Udowodniono, że nanocząstki mogą pełnić funkcję katalizatorów i adsorbentów. Już dziś nanotechnologia wykorzystywana jest do tworzenia ultracienkich i ultratrwałych powłok ochronnych. Jednak większość badaczy naukowych stoi na stanowisku, że wpływ nanocząstek na organizm ludzki nie został jeszcze dostatecznie zbadany, jest więc za wcześnie, aby świętować jakikolwiek sukces i bić kotły.
Nanocząstki i ich badania
Podstawą do zbadania wszystkich możliwości przedstawionego powyżej materiału jest wysoka jakość sprzęt laboratoryjny Horiba (analizatory wielkości cząstek). Obecnie wszystkie nanocząstki można klasyfikować według kilku wskaźników:
Według substancji podstawowej;
Według pochodzenia (naturalne, sztuczne);
Według rodzaju wielowymiarowości.
Nowoczesny sprzęt laboratoryjny firmy Horiba pozwala określić wszystkie właściwości nanocząstek. Nasza firma przedstawia Państwu następujące modele analizatorów laserowych znanej firmy Horiba - SZ-100V2, LA-960V2 i LA-300. Tak więc analizator laserowy SZ-100 służy do badania mikrocząstek o wielkości od 0,3 nm do 8 mikronów, potencjale ζ i masie cząsteczkowej. Zasada pomiaru opiera się na spektroskopii fotokorelacyjnej. Analizator laserowy LA-950 to wyjątkowe urządzenie, które może pracować z dużą prędkością. Wykorzystując tę aparaturę możliwe jest prowadzenie badań w układzie okrężnym w ośrodku ciekłym. Analizator laserowy LA-300 wyposażony jest w automatyczną pompę i może pracować z dyfrakcją laserową.
RVS LLC jest stałym partnerem marki Horiba. Specjaliści firmy regularnie przechodzą zaawansowane szkolenia. W razie potrzeby kompetentnie doradzą i pomogą w podjęciu decyzji o modelu analizatora laserowego. Sprzedajemy wyłącznie produkty wysokiej jakości.
Z każdym dniem jesteśmy coraz bliżej nieuniknionej rewolucji, jaką niesie ze sobą nanotechnologia. Tworzymy nowe urządzenia, pozyskujemy unikalne materiały, o których wcześniej nie myśleliśmy. Zastosowanie nanotechnologii w życiu codziennym umożliwiło zmianę kształtu znanych nam obiektów. W rezultacie uzyskaliśmy zupełnie inne, ale przydatne właściwości substancji. Otaczająca nas rzeczywistość staje się mniej niebezpieczna i bardziej sprzyjająca wygodnemu życiu. Dobry przykład: zmniejszenie zwykłych wymiarów używanych urządzeń elektrycznych do rozmiarów nanocząstek, niewidocznych dla ludzkiego oka. Komputery stają się coraz mniejsze, ale za to o wiele potężniejsze. Nanotechnologie w życiu codziennym i przemyśle pozwoliły znacząco zmienić wszystko wokół nas.
Czy możliwe jest stworzenie takiej formy sztucznej inteligencji, która zaspokoi wszystkie nasze potrzeby? Odpowiedź leży w racjonalnym zastosowaniu najnowszych osiągnięć. Nanotechnologia to przyszłość, ponieważ wpływa na każdy aspekt naszego życia. Zastosowanie nanotechnologii daje wiele możliwości, ale rodzi też szereg obaw.
Okno na nanoświat
Mikroskop elektronowy pozwala zajrzeć do mikroświata. Bez specjalnego sprzętu nanotechnologie bardzo trudno od razu zauważyć w życiu codziennym, gdyż są one tak małe, że są nie do odróżnienia gołym okiem. To właśnie w takich skalach substancje wykazują najbardziej niezwykłe i nieoczekiwane właściwości. Zastosowanie takich właściwości zapowiada wyjątkową rewolucję technologiczną. Dają radykalnie nowe możliwości, takie jak kontrolowanie ludzkiego ciała i środowiska.
Historia nanotechnologii
Wszystko zaczyna się w latach 80. XX wieku wraz z wynalezieniem narzędzia zwanego skanowaniem (STM). Profesor Jakub Dzimzewski całe swoje życie zawodowe spędził w świecie nanoskali. Jest jedną z pierwszych osób na świecie, która miała możliwość badania materii na poziomie niewiarygodnie małych ilości, milionowych części milimetra. Mikroskopy te pozwalają badać powierzchnię w taki sam sposób, w jaki czytają niewidomi.Wtedy nikt nie przypuszczał, jak przydatna będzie nanotechnologia w życiu codziennym i przemyśle.
Zasada pracy z nanocząsteczkami
Mikroskop skaningowy wykorzystuje sondę o grubości igły 1 atomu. Kiedy zbliży się na odległość zaledwie kilku nanometrów od próbki, następuje wymiana elektronów z najbliższą nanocząstką. Zjawisko to nazywane jest efektem tunelowym. Układ sterowania rejestruje zmiany wielkości prądu tunelowego i na podstawie tych informacji przeprowadzana jest dokładniejsza konstrukcja topografii powierzchni badanej próbki. Oprogramowanie umożliwia przekształcenie uzyskanych danych w obraz, co daje naukowcom klucz do nowego świata wykorzystującego nanotechnologię w życiu codziennym i innych gałęziach przemysłu.
Według Jamesa Dzimzewskiego dzięki skaningowemu mikroskopowi elektronowemu naukowcy po raz pierwszy otrzymali obrazy atomów i cząsteczek oraz mogli badać ich kształt. To była prawdziwa rewolucja w nauce, ponieważ naukowcy zaczęli patrzeć na wiele spraw zupełnie inaczej, zwracając uwagę na właściwości poszczególnych atomów, a nie miliony i miliardy cząstek, jak to miało miejsce w przeszłości.
Pierwsze odkrycia
Zastosowanie nowych technologii doprowadziło do niesamowitego odkrycia. Kiedy urządzenie zbliżyło się na odległość 1 nanometra od atomu, pomiędzy nim a atomem utworzyło się wiązanie. Ta funkcja umożliwiła znalezienie sposobu na przemieszczanie poszczególnych mikrocząstek. Dzięki temu odkryciu możliwe stało się wykorzystanie nanotechnologii do wygodnego życia.
Jak wyjaśnia James Dzhimzewski, profesor Uniwersytetu Kalifornijskiego, tunelowy mikroskop skaningowy pozwolił praktycznie dotknąć cząsteczek i atomów. Po raz pierwszy naukowcom udało się manipulować atomami na powierzchni materii i tworzyć struktury, które wcześniej były niewyobrażalne.
To nowo odkryte odkrycie (zdolność obserwacji i manipulowania najmniejszymi cząsteczkami tworzącymi materię) umożliwiło zastosowanie nanotechnologii we wszystkich bez wyjątku gałęziach przemysłu.
Rozwój nanotechnologii
Fizyk i filozof Etin Klin uważa, że możliwość przełomu technologicznego poprzez nanotechnologię jest całkiem realna, jednak pod wieloma względami opiera się na entuzjazmie naukowca.
Jak twierdzi fizyk i filozof Etin Klin, od momentu eksperymentalnego potwierdzenia istnienia atomów do momentu, w którym stało się możliwe manipulowanie nimi, minęło niecałe 100 lat. Przed naukowcami otwierają się możliwości, o których nigdy wcześniej by nie pomyśleli. Tylko dzięki temu rządy wszystkich krajów rozwiniętych zaczęły wykazywać zainteresowanie odpowiednimi naukami. Wszystko zaczęło się od amerykańskiej inicjatywy z 2002 roku, zapoczątkowanej przez fizyków Rocę i Benbridge'a. Naukowcy ci wpadli na szalony pomysł, że dzięki nanotechnologii ludzkość będzie w stanie rozwiązać wszystkie problemy, przed którymi stoi.
To stwierdzenie stało się impulsem do rozpoczęcia licznych badań, które umożliwiły wdrożenie tak zaawansowanych dziedzin nauki i technologii, jak mikroelektronika, informatyka, badania nad energią jądrową, mikrobiologia, technologia laserowa, medycyna i wiele innych.
Nanotechnologia: przykłady
W życiu codziennym jest tak wiele niewidzialnych, ale bardzo ważnych substancji, których obecności nawet nie podejrzewamy! Spójrzmy na najbardziej uderzające przykłady:
- Pasta do zębów. Wcześniej nikt nie zastanawiał się, dlaczego środki do czyszczenia zębów są inne. Wszystko to tłumaczy się obecnością pewnych nanocząstek. Na przykład hydroksyapatyt wapnia, który jest niewidoczny gołym okiem, pomaga odbudować uszkodzone szkliwo i chronić zęby przed próchnicą.
- Farba samochodowa. Nowoczesne lakiery samochodowe dzięki nanocząstkom są w stanie zakryć płytkie rysy i inne ubytki powstałe na karoserii. Zawierają mikroskopijne kuleczki, które zapewniają taki efekt.
NANOTECHNOLOGIA W NASZYM ŻYCIU
Museridze K., Ajawi E., Musina K., Simonyan R. Ya.
Szkoła Średnia GBOU nr 1005 „Szkarłatne Żagle”, Moskwa, Rosja
Trafność tego tematu wynika z „wprowadzenia” nanotechnologii do naszego życia, ponieważ w dzisiejszych czasach żadna nauka nie może obejść się bez nanotechnologii. Obecnie nauka nanotechnologii rozwija się dynamicznie i nabiera tempa. Udoskonalane są metody badania i kontroli materii na poziomie molekularnym do produkcji materiałów, urządzenia i systemy zyskują nowe właściwości techniczne, funkcjonalne i konsumenckie. Nanotechnologia wkroczyła w życie codzienne. Elektronika, medycyna, kosmetologia, budownictwo – to bynajmniej nie jest pełna lista zastosowań tych technologii na poziomie przeciętnego człowieka. I nie ma osoby, która nie słyszałaby o nich chociaż pół ucha, ale czy wszyscy wiedzą, co to jest?
Nanotechnologia to dziedzina nauki i technologii podstawowej i stosowanej, która zajmuje się zespołem uzasadnień teoretycznych, praktycznymi metodami badań, analiz i syntezy, a także metodami wytwarzania i stosowania produktów o danej strukturze atomowej poprzez kontrolowaną manipulację indywidualnymi atomy i cząsteczki.
Celem naszych badań jest identyfikacja najbardziej zaawansowanych obszarów zastosowań nanotechnologii, ukazanie znaczenia nanotechnologii w życiu człowieka oraz omówienie ich prostym i zrozumiałym dla każdego językiem, popularyzacja osiągnięć rosyjskich naukowców w tej dziedzinie .
Najpierw porozmawiamy o zastosowaniu nanotechnologii w medycynie. Nanomedycyna jest jedną z aktywnie rozwijających się dziedzin nauki i polega na śledzeniu, korygowaniu, korekcie genetycznej i kontroli układów biologicznych organizmu człowieka na poziomie molekularnym, z wykorzystaniem nanourządzeń, nanostruktur i technologii informatycznych.
Nanoelektronika to dziedzina nauki i technologii obejmująca zespół środków, metod i metod działania człowieka, ukierunkowana na badania teoretyczne i praktyczne, modelowanie itp. .
W przypadku tekstyliów nanotechnologia sprawia, że odzież staje się wodoodporna, plamoodporna, przewodząca ciepło itp. Na przykład nanomateriały mogą łączyć nanocząstki i nanowłókna z innymi dodatkami, aby zapewnić wszystkie te właściwości Twojej koszulce.
Żywność „funkcjonalna” to naturalne białka i peptydy mięsne, które w istocie są najbardziej charakterystycznym przykładem nowej generacji żywności high-tech.
Nanotechnologia. – Adres URL :
Semyachkina, Yu. A., Klochkov A. Ya. Nanotechnologie naszych czasów: przemysł spożywczy [Tekst] // Nauki techniczne: tradycje i innowacje: materiały Międzynarodówki. naukowy konf. (Czelabińsk, styczeń 2012). - Czelabińsk: Dwóch członków Komsomołu, 2012. - s. 166-167.
Żywność funkcjonalna to żywność wielofunkcyjna // Food News Time [Zasoby elektroniczne] Tryb dostępu:
Y. SVIDINENKO, inżynier-fizyk
Nanostruktury zastąpią tradycyjne tranzystory.
Kompaktowa edukacyjna instalacja nanotechnologiczna „UMKA” pozwala manipulować poszczególnymi grupami atomów.
Za pomocą instalacji „UMKA” istnieje możliwość zbadania powierzchni płyty DVD.
Opublikowano już podręcznik dla przyszłych nanotechnologów.
Nanotechnologia, która pojawiła się w ostatniej ćwierci XX wieku, dynamicznie się rozwija. Niemal co miesiąc pojawiają się wiadomości o nowych projektach, które jeszcze rok czy dwa lata temu wydawały się absolutną fantazją. Zgodnie z definicją podaną przez pioniera tej dziedziny, Erica Drexlera, nanotechnologia to „oczekiwana technologia produkcyjna, ukierunkowana na niskonakładowe wytwarzanie urządzeń i substancji o określonej strukturze atomowej”. Oznacza to, że działa na poszczególne atomy w celu uzyskania struktur z atomową precyzją. Na tym polega zasadnicza różnica pomiędzy nanotechnologią a nowoczesnymi technologiami „objętościowymi” manipulującymi makroobiektami.
Przypomnijmy, że nano to przedrostek oznaczający 10 -9. W segmencie o długości jednego nanometra można umieścić osiem atomów tlenu.
Nanoobiekty (na przykład nanocząstki metali) zazwyczaj mają właściwości fizyczne i chemiczne, które różnią się od właściwości większych obiektów z tego samego materiału i od właściwości poszczególnych atomów. Załóżmy, że temperatura topnienia cząstek złota o wielkości 5-10 nm jest o setki stopni niższa niż temperatura topnienia kawałka złota o objętości 1 cm3.
Badania prowadzone w zakresie nanoskali leżą na styku nauk, często badania z zakresu inżynierii materiałowej wpływają na dziedziny biotechnologii, fizyki ciała stałego i elektroniki.
Czołowy światowy ekspert w dziedzinie nanomedycyny, Robert Freitas, powiedział: "Przyszłe nanomaszyny muszą składać się z miliardów atomów, więc ich zaprojektowanie i budowa będzie wymagało wysiłku zespołu specjalistów. Każdy projekt nanorobota będzie wymagał połączonych wysiłków kilku zespoły badawcze. Samolot Boeing 777 został zaprojektowany i zbudowany przez „Wiele zespołów na całym świecie. Nanomedyczny robot przyszłości, składający się z miliona (a nawet więcej) pracujących części, nie będzie prostszy w złożoności konstrukcyjnej niż samolot. "
NANOPRODUKTY WOKÓŁ NAS
Nanoświat jest złożony i wciąż stosunkowo mało zbadany, a jednak nie tak odległy od nas, jak wydawało się kilka lat temu. Większość z nas regularnie korzysta z różnych osiągnięć nanotechnologii, nawet o tym nie wiedząc. Przykładowo współczesna mikroelektronika to już nie mikro, lecz nano: produkowane dziś tranzystory – podstawa wszystkich chipów – mieszczą się w zakresie do 90 nm. W planach jest już dalsza miniaturyzacja elementów elektronicznych do 60, 45 i 30 nm.
Co więcej, jak niedawno poinformowali przedstawiciele firmy Hewlett-Packard, tranzystory wytwarzane w tradycyjnej technologii zostaną zastąpione nanostrukturami. Jednym z takich elementów są trzy przewodniki o szerokości kilku nanometrów: dwa z nich są równoległe, a trzeci jest umieszczony do nich pod kątem prostym. Przewodniki nie stykają się ze sobą, lecz przechodzą jak pomosty, jeden nad drugim. W tym przypadku łańcuchy molekularne utworzone z materiału nanoprzewodnikowego pod wpływem przyłożonego do nich napięcia schodzą z górnych przewodników do dolnych. Układy zbudowane w tej technologii wykazały już zdolność do przechowywania danych i wykonywania operacji logicznych, czyli zastępowania tranzystorów.
Dzięki nowej technologii wymiary części mikroukładów spadną znacznie poniżej poziomu 10-15 nanometrów, do skali, w której tradycyjne tranzystory półprzewodnikowe po prostu fizycznie nie mogą działać. Prawdopodobnie już w pierwszej połowie następnej dekady pojawią się seryjne mikroukłady (wciąż tradycyjne, krzemowe), w które wbudowana zostanie pewna liczba nanoelementów powstałych przy użyciu nowej technologii.
W 2004 roku firma Kodak wypuściła papier do drukarek atramentowych Ultima. Ma dziewięć warstw. Wierzchnia warstwa składa się z nanocząstek ceramicznych, dzięki którym papier jest gęstszy i bardziej błyszczący. Wewnętrzne warstwy zawierają nanocząsteczki pigmentu o wielkości 10 nm, które poprawiają jakość druku. Szybkie utrwalanie farby ułatwiają nanocząsteczki polimerowe zawarte w kompozycji powłokowej.
Dyrektor Amerykańskiego Instytutu Nanotechnologii Chad Mirkin uważa, że „nanotechnologia odbuduje wszystkie materiały od podstaw. Wszystkie materiały uzyskane w drodze produkcji molekularnej będą nowe, ponieważ do tej pory ludzkość nie miała możliwości opracowania i wytworzenia nanostruktur. Teraz my w przemyśle stosujcie tylko to „To, co daje nam natura. Produkujemy deski z drzew, druty z metalu przewodzącego. Podejście nanotechnologiczne polega na tym, że niemal każdy zasób naturalny przetworzymy na tzw. „cegiełki”, które staną się podstawą przyszłego przemysłu .”
Teraz jesteśmy już świadkami początku nanorewolucji: są to nowe chipy komputerowe, nowe tkaniny nieplamiące i zastosowanie nanocząstek w diagnostyce medycznej (patrz także „Science and Life” nr , 2005). Nanomateriałami interesuje się nawet przemysł kosmetyczny. Potrafią stworzyć wiele nowych, niestandardowych kierunków w kosmetykach, które wcześniej nie istniały.
W skali nano prawie każdy materiał wykazuje unikalne właściwości. Wiadomo na przykład, że jony srebra mają działanie antyseptyczne. Roztwór nanocząstek srebra charakteryzuje się znacznie większą aktywnością. Jeśli potraktujesz bandaż tym roztworem i nałożysz go na ropną ranę, stan zapalny zniknie, a rana zagoi się szybciej niż przy użyciu konwencjonalnych środków antyseptycznych.
Krajowy koncern Nanoindustry opracował technologię wytwarzania nanocząstek srebra stabilnych w roztworach i w stanie zaadsorbowanym. Powstałe leki mają szerokie spektrum działania przeciwdrobnoustrojowego. Tym samym stało się możliwe stworzenie całej gamy produktów o właściwościach antybakteryjnych przy niewielkich zmianach w procesie technologicznym przez producentów istniejących produktów.
Nanocząstki srebra można wykorzystać do modyfikacji tradycyjnych i tworzenia nowych materiałów, powłok, środków dezynfekcyjnych i detergentów (m.in. past i past do zębów, proszków do prania, mydeł) oraz kosmetyków. Powłoki i materiały (kompozytowe, tekstylne, farbowo-lakiernicze, węglowe i inne) modyfikowane nanocząsteczkami srebra mogą być stosowane jako profilaktyczna ochrona antybakteryjna w miejscach, w których zwiększa się ryzyko rozprzestrzeniania się infekcji: w transporcie, w zakładach gastronomicznych, w rolnictwie i budynki inwentarskie, w placówkach dziecięcych, sportowych i medycznych. Nanocząsteczki srebra można wykorzystać do oczyszczania wody i zabijania patogenów w filtrach systemów klimatyzacji, basenach, prysznicach i innych podobnych miejscach publicznych.
Podobne produkty produkowane są za granicą. Jedna firma produkuje powłoki z nanocząsteczkami srebra do leczenia przewlekłych stanów zapalnych i otwartych ran.
Innym rodzajem nanomateriałów są nanorurki węglowe, które charakteryzują się kolosalną wytrzymałością (por. „Science and Life” nr 5, 2002; nr 6, 2003). Są to swoiste cylindryczne cząsteczki polimeru o średnicy około pół nanometra i długości dochodzącej do kilku mikrometrów. Po raz pierwszy odkryto je niecałe 10 lat temu jako produkty uboczne syntezy fulerenu C60. Niemniej jednak, w oparciu o nanorurki węglowe, powstają już urządzenia elektroniczne o wielkości nanometrów. Oczekuje się, że w najbliższej przyszłości zastąpią one wiele elementów w obwodach elektronicznych różnych urządzeń, w tym nowoczesnych komputerów.
Nanorurki znajdują jednak zastosowanie nie tylko w elektronice. Na rynku dostępne są już rakiety tenisowe wzmocnione nanorurkami węglowymi, które ograniczają skręcanie i zapewniają większą siłę uderzenia. Są one również stosowane w niektórych częściach rowerów sportowych.
ROSJA NA RYNKU NANOTECHNOLOGII
Krajowa firma Nanotechnology News Network zaprezentowała niedawno w Rosji kolejną nowość - samoczyszczące nanopowłoki. Wystarczy spryskać szybę samochodu specjalnym roztworem zawierającym nanocząsteczki dwutlenku krzemu, a brud i woda nie będą się na niej trzymać przez 50 000 km. Na szybie pozostaje przezroczysta ultracienka warstwa, na której woda po prostu nie ma się do czego przyczepić i spływa wraz z brudem. Nowym produktem zainteresowali się przede wszystkim właściciele drapaczy chmur – na mycie fasad tych budynków wydaje się dużo pieniędzy. Istnieją takie kompozycje do powlekania ceramiki, kamienia, drewna, a nawet odzieży.
Trzeba powiedzieć, że niektóre rosyjskie organizacje już z sukcesem radzą sobie na międzynarodowym rynku nanotechnologii.
Przykładowo koncern Nanoindustry posiada w swoim portfolio szereg produktów nanotechnologicznych mających zastosowanie w różnych dziedzinach przemysłu. Są to kompozycja redukcyjna „RVS” i nanocząstki srebra dla biotechnologii i medycyny, przemysłowa instalacja nanotechnologiczna „LUCH-1,2” oraz edukacyjna instalacja nanotechnologiczna „UMKA”.
Na bazie adaptacyjnych nanocząstek przygotowana jest kompozycja „RVS”, która może chronić przed zużyciem i przywracać prawie każdą trącą powierzchnię metalową. Produkt pozwala na utworzenie modyfikowanej wysokowęglowej warstwy ochronnej z krzemianu żelaza o grubości 0,1-1,5 mm w obszarach intensywnego tarcia powierzchni metalowych (np. w parach ciernych w silnikach spalinowych). Wlewając taką kompozycję do skrzyni korbowej oleju, można na długo zapomnieć o problemie zużycia silnika. Podczas pracy części mechaniczne nagrzewają się w wyniku tarcia, a to ogrzewanie powoduje, że nanocząsteczki metalu przylegają do uszkodzonych obszarów. Nadmierny wzrost powoduje intensywniejsze nagrzewanie, a nanocząsteczki tracą zdolność wiązania. Dzięki temu w zespole trącym stale utrzymywana jest równowaga, a części praktycznie się nie zużywają.
Szczególnie interesujący jest kompleks sprzętu nanotechnologicznego UMKA, który jest przeznaczony do prowadzenia prac demonstracyjnych, badawczych i laboratoryjnych na poziomie atomowo-molekularnym w zakresie fizyki, chemii, biologii, medycyny, genetyki i innych nauk podstawowych i stosowanych. Przykładowo niedawno obrazował powierzchnię płyty DVD z rozdzielczością 0,3 mikrona, a to nie jest limit. Unikalna technologia pracy przy prądach pikoamperowych umożliwia skanowanie nawet słabo przewodzących próbek biologicznych bez wstępnego osadzania metalu (zwykle konieczne jest, aby wierzchnia warstwa próbki była przewodząca). „UMKA” charakteryzuje się dużą stabilnością temperaturową, pozwalającą na długotrwałą manipulację poszczególnymi grupami atomów oraz dużą szybkością skanowania, pozwalającą na obserwację szybkich procesów.
Głównym obszarem zastosowań kompleksu UMKA jest szkolenie w zakresie nowoczesnych, praktycznych metod pracy ze strukturami nano. W skład kompleksu UMKA wchodzą: mikroskop tunelowy, system ochrony przed wibracjami, komplet próbek do badań, komplet materiałów eksploatacyjnych i narzędzi. Urządzenia mieszczą się w niewielkiej obudowie, pracują w warunkach pokojowych i kosztują niecałe 8 tysięcy dolarów. Możesz kontrolować eksperymenty ze zwykłego komputera osobistego.
W styczniu 2005 roku został otwarty pierwszy w Rosji sklep internetowy sprzedający produkty nanotechnologiczne. Stały adres sklepu w Internecie to www.nanobot.ru
PROBLEMY Z BEZPIECZEŃSTWEM
Niedawno odkryto, że kuliste cząsteczki C60 zwane fulerenami mogą powodować poważne choroby i szkodzić środowisku. Toksyczność rozpuszczalnych w wodzie fulerenów poddawanych działaniu dwóch różnych typów komórek ludzkich została ustalona przez naukowców z uniwersytetów Rice i Georgia (USA).
Profesor chemii Vicki Colvin z Rice University wraz ze współpracownikami odkryła, że po rozpuszczeniu fulerenów w wodzie powstają koloidy C 60, które po wystawieniu na działanie ludzkich komórek skóry i komórek raka wątroby powodują ich śmierć. Jednocześnie stężenie fulerenów w wodzie było bardzo niskie: ~20 C 60 cząsteczek na 1 miliard cząsteczek wody. Jednocześnie badacze wykazali, że toksyczność cząsteczek zależy od modyfikacji ich powierzchni.
Badacze sugerują, że toksyczność prostych fulerenów C60 wynika z faktu, że ich powierzchnia jest zdolna do wytwarzania anionów ponadtlenkowych. Rodniki te uszkadzają błony komórkowe i prowadzą do śmierci komórki.
Colvin i jego współpracownicy stwierdzili, że tę negatywną właściwość fulerenów można wykorzystać na dobre – w leczeniu nowotworów nowotworowych. Konieczne jest jedynie szczegółowe wyjaśnienie mechanizmu powstawania rodników tlenowych. Oczywiście możliwe będzie stworzenie superskutecznych leków przeciwbakteryjnych na bazie fulerenów.
Jednocześnie niebezpieczeństwo stosowania fulerenów w produktach konsumenckich wydaje się naukowcom całkiem realne.
Najwyraźniej dlatego amerykańska Komisja ds. Bezpieczeństwa Żywności i Leków (FDA) ogłosiła niedawno potrzebę licencjonowania i regulowania szerokiej gamy produktów (żywności, kosmetyków, leków, sprzętu i medycyny weterynaryjnej) wytwarzanych przy użyciu nanotechnologii oraz przy użyciu nanomateriałów i nanostruktur.
NANOTECHNOLOGIE POTRZEBUJĄ WSPARCIA RZĄDU
Niestety w Rosji nadal nie ma państwowego programu rozwoju nanotechnologii. (Nawiasem mówiąc, w 2005 roku amerykański program nanotechnologii skończył pięć lat.) Bez wątpienia istnienie scentralizowanego rządowego programu rozwoju nanotechnologii bardzo pomogłoby w praktycznym wdrażaniu wyników badań. Niestety, ze źródeł zagranicznych dowiadujemy się, że w kraju zachodzą pomyślne zmiany w dziedzinie nanotechnologii. Na przykład latem amerykański Instytut Normalizacyjny ogłosił utworzenie najmniejszego na świecie zegara atomowego. Jak się okazało, nad ich stworzeniem pracował także rosyjski zespół.
W Rosji nie ma programu państwowego, ale są badacze i entuzjaści: w ciągu ostatniego roku Młodzieżowe Towarzystwo Naukowe (YSS) zjednoczyło ponad 500 młodych naukowców, doktorantów i studentów myślących o przyszłości swojego kraju. W celu szczegółowego badania zagadnień nanotechnologii w lutym 2004 roku na bazie MNO utworzono firmę analityczną „Nanotechnology News Network (NNN)”, która monitoruje setki źródeł otwartego świata w tym obszarze i przetworzyła obecnie ponad 4500 komunikatów informacyjnych z mediów zagranicznych i rosyjskich, artykułów i komunikatów prasowych oraz komentarzy ekspertów. Powstały strony internetowe www.mno.ru i www.nanonewsnet.ru, które odwiedziło ponad 170 000 obywateli Rosji i WNP.
KONKURS PROJEKTÓW MŁODZIEŻOWYCH
W kwietniu 2004 roku wspólnie z koncernem Nanoindustry przy wsparciu Banku Uniastrum udało się przeprowadzić pierwszy ogólnorosyjski konkurs młodych projektów na stworzenie krajowej nanotechnologii molekularnej, który wzbudził duże zainteresowanie rosyjskich naukowców.
Zwycięzcy konkursu zaprezentowali wybitne osiągnięcia: pierwsze miejsce przyznano zespołowi młodych naukowców z Rosyjskiego Uniwersytetu Technologii Chemicznej. D.I. Mendelejew pod przewodnictwem Kandydata Nauk Chemicznych Galiny Popowej, który stworzył materiały biomimetyczne (biomimetyka - imitacja struktur istniejących w naturze) dla nanosensorów optycznych, elektroniki molekularnej i biomedycyny. Drugie miejsce zajął absolwent Państwowego Uniwersytetu Pedagogicznego w Taszkencie. Nizami Marina Fomina, która opracowała system ukierunkowanego dostarczania leków do chorych tkanek, a trzecia to uczeń z Tomska Aleksiej Khasanov, autor technologii wytwarzania materiałów nanoceramicznych o unikalnych właściwościach. Zwycięzcy otrzymali cenne nagrody.
Przy wsparciu banku powstał i jest przygotowywany do publikacji popularnonaukowy podręcznik „Nanotechnologie dla każdego”, który zyskał uznanie czołowych naukowców.
Firma NNN, która w ciągu roku stała się wiodącą agencją analityczną w dziedzinie nanotechnologii, w grudniu 2004 roku ogłosiła rozpoczęcie II Ogólnorosyjskiego Konkursu Projektów Młodzieżowych, którego generalnym sponsorem po raz kolejny był Uniastrum Bank, zadowolony z wyniki pierwszego konkursu. Ponadto, tym razem sponsorem został także Powercom, międzynarodowy producent zasilaczy UPS. Magazyn „Nauka i Życie” bierze czynny udział w przygotowaniach i relacji z konkursu.
Celem konkursu jest przyciągnięcie utalentowanej młodzieży do rozwoju nanotechnologii w swoim kraju, a nie za granicą.
Zwycięzca konkursu otrzyma laboratorium nanotechnologii „UMKA”. Laureaci drugiego i trzeciego miejsca zostaną nagrodzeni nowoczesnymi laptopami; Najlepsi uczestnicy otrzymają bezpłatną prenumeratę magazynu Nauka i Życie. Nagrody obejmują zestawy do naprawy i renowacji pojazdów na bazie nanocząstek, prenumeratę magazynu Universum oraz miesięczniki CD „Świat Nanotechnologii”.
Tematyka projektów jest niezwykle różnorodna: od obiecujących nanomateriałów dla przemysłu motoryzacyjnego i lotniczego po implanty i interfejsy neurotechnologiczne. Szczegółowe materiały konkursowe znajdują się na stronie internetowej www.nanonewsnet.ru.
W grudniu 2004 roku w mieście Fryazino (obwód moskiewski) odbyła się pierwsza konferencja poświęcona przemysłowemu zastosowaniu nanotechnologii, podczas której naukowcy zaprezentowali dziesiątki rozwiązań gotowych do wdrożenia w produkcji. Wśród nich znajdują się nowe materiały na bazie nanorurek, ultramocnych powłok, związków przeciwciernych, polimerów przewodzących do elastycznej elektroniki, kondensatorów dużej pojemności itp.
Nanotechnologia w Rosji nabiera tempa. Jeśli jednak badania nie będą koordynowane przez stan lub kompleksowy program federalny, prawdopodobnie nic nie zmieni się na lepsze. Opublikowano już podręcznik dla przyszłych nanotechnologów.
