PROJE KARTI
Yaş grubu: 8-10 sınıf.
Uygunluk: Nanoteknoloji modern insan yaşamıyla yakından bağlantılıdır.
Hedef: Nanoteknolojilerin ve uygulama alanlarının anlaşılmasının genişletilmesi.
Proje yeri: biyoloji, fizik, kimya, tıp, askeri bilim.
Proje tipi: grup.
Projedeki çalışma süresi: 2 haftadan itibaren.
Sorun durumu
Nanoteknoloji adı verilen bilim ve teknoloji alanı nispeten yakın zamanda ortaya çıkmıştır. Bu bilimin beklentileri çok büyük. “Nano” parçacığının kendisi bir miktarın milyarda biri anlamına gelir. Örneğin nanometre metrenin milyarda biridir. Bu boyutlar moleküllerin ve atomların boyutlarına benzer. Nanoteknolojinin tam tanımı şu şekildedir: Nanoteknoloji, maddeyi atom ve molekül düzeyinde işleyen bir teknolojidir (bu nedenle nanoteknolojiye moleküler teknoloji de denilmektedir). Nanoteknolojinin gelişmesinin itici gücü, fizik açısından bakıldığında, şeyleri doğrudan atomlardan yaratmanın önünde hiçbir engel olmadığı yönündeki bilimsel fikirdi.
Bugün nanoteknolojinin faydalarından ve yeni fırsatlarından şu alanlarda yararlanabiliyoruz:
- ilaç;
- farmakoloji;
- ekoloji;
- bilgisayar bilimi, bilgi güvenliği sistemleri;
- iletişim sistemleri;
- otomotiv, traktör ve havacılık ekipmanları;
- yol güvenliği;
- yeni navigasyon sistemleri.
Daha sonra, çeşitli konu alanlarındaki öğretmen veya öğretmenler, öğrencileri bilişsel ilgi alanlarına göre gruplara ayırmaya ve seçtikleri bilgi alanında nanoteknolojiyi keşfetmeye davet eder.
Proje ödevi: Nanoteknolojinin tarihini, nanoteknoloji fikrini, nanoteknolojinin çeşitli bilgi alanlarındaki uygulamalarını inceleyin, nanoteknolojinin kullanımı için daha fazla seçenek hayal edin ve önerin.
Olası proje ürünü:
- soyut;
- rapor;
- madde;
- sunum.
Öğrenciler için bilgi kaynakları:
- Kobayashi N. Nanoteknolojiye giriş. M.: Binom, 2005.
- Chaplygin A. Elektronikte nanoteknolojiler. M.: Tekhnosfer, 2005.
Proje ödevini tamamlamak için gerekli kaynaklar: turna balığı pulu örnekleri, tarayıcı, mikroskoplar.
Proje faaliyetlerinin organizasyonu(uygulamada).
| Ana aşamalar | Bu aşamadaki öğrenci etkinlikleri | Öğretmenin bu aşamadaki faaliyetleri | Kullanılan öğretim teknolojileri |
| 1. Yaklaşık | Tematik alanda yönlendirme, proje konusunun belirlenmesi, problemin araştırılması ve analiz edilmesi, proje hedefinin belirlenmesi, proje adının seçilmesi | Danışmanlık | Probleme dayalı öğrenme, vaka çalışması, yaratıcı atölye teknolojisi |
| 2. Ana | Bir grup projesinde geliştirme, olası proje seçeneklerinin tartışılması, bilgilerin toplanması ve incelenmesi, sorumlulukların dağıtılması | Danışmanlık | Proje yöntemi, probleme dayalı öğrenme |
| 3. Dönüşlü | Proje sonuçlarının analizi, projenin kalitesinin öz değerlendirmesi, gerekli değişikliklerin yapılması | İnceleyici gruplarının ve “harici” uzmanların oluşturulması | Proje yöntemi |
| 4. Özetleme, sunum | Proje metninin hazırlanması ve savunması. Sınıf arkadaşlarının projelerinin incelenmesi |
Tasarım çalışmasının içeriği ve kuralları hakkında bireysel ve grup istişareleri. Uzman görüşü. Özetlemek, yapılan işi analiz etmek |
Tartışma, seminer, yuvarlak masa |
Performans değerlendirme. Toplu tartışma ve öz değerlendirme yoluyla gerçekleşir. Öğretmen öğrencilere kendi çalışmalarını ve başkalarının çalışmalarını değerlendirirken kullandıkları kriterleri hatırlatır: tartışma, ikna etme, etkinlik, kendi fikrine sahip olma.
Tüm proje materyallerini indirin
Yenilikçi teknolojiler sayesinde insanlık, etrafımızdaki dünyayı "daha küçük" düzeyde inceleme fırsatına sahip. Nanoteknoloji çeşitli faaliyet alanlarında kullanılmaktadır. Mikroskobik parçacıklar veya günümüzde yaygın olarak adlandırıldığı şekliyle nanopartiküllerçeşitli malzemelerden sentezlenebilir. Bu parçacıkların boyutları 100 nm'yi geçmez.
İnsanlık çok eski zamanlardan beri nanodünyanın eşsiz yeteneklerini kullanıyor. Örneğin tarihi şaheser Lycurgus Kupası, eski Romalı ustalar tarafından yaratılmıştır. Cam kadehin eşsiz yapısı modern ustaları bile şaşırtıyor. Bardak dışarıdan aydınlatılırsa yeşil, içeriden aydınlatılırsa turuncu-kırmızı olacaktır. Nedeni ne? Mesele şu ki, asil metallerin (gümüş ve altın) nanopartikülleri camın yapısına gömülüdür.
Nanopartiküller ve tıp
İlk nanopartikül 1905 yılında A. Einstein tarafından tanımlandı. Sükroz molekülünün boyutunun yaklaşık 1 nm olduğunu kanıtladı. Nanopartiküller hücre zarlarını kolayca aşarak vücudumuzun her yerine nüfuz edebilirler. Bu eşsiz özellik, pratik tıpta çeşitli hastalıkları teşhis etmek için kullanılır.
Örneğin, nanopartiküller kanseri teşhis etmek için kullanılıyor; mikropartiküller kanser hücrelerine bağlanıyor; bunların artan konsantrasyonları, kanserojen hücrelerin vücuttaki yerini belirlemek için kullanılabiliyor. Nanoteknoloji, ilaçların kesin olarak tanımlanmış bir yere teslim edilmesini mümkün kılar. Nanopartikülleri kullanarak yaraların iyileşme sürecini hızlandırabilir ve tümörlerin büyümesini engelleyebilirsiniz.
Görüldüğü gibi hayatımız bu mikroskobik parçacıklarla yakından bağlantılıdır. Nanopartiküllerin katalizör ve adsorban görevi görebileceği kanıtlanmıştır. Günümüzde nanoteknoloji, ultra ince ve ultra dayanıklı koruyucu kaplamalar oluşturmak için kullanılıyor. Yine de çoğu bilimsel araştırmacı, nanopartiküllerin insan vücudu üzerindeki etkisinin henüz yeterince araştırılmadığı görüşünde, dolayısıyla herhangi bir başarıyı kutlamak ve timpani'yi yenmek için henüz çok erken.
Nanopartiküller ve araştırmaları
Yukarıda sunulan materyalin tüm olanaklarını incelemenin temeli yüksek kalitedir. laboratuvar ekipmanları Horiba (partikül boyutu analizörleri). Şu anda tüm nanopartiküller çeşitli göstergelere göre sınıflandırılabilir:
Baz maddesine göre;
Kökenine göre (doğal, yapay);
Çok boyutluluğun türüne göre.
Horiba'nın modern laboratuvar ekipmanı, nanopartiküllerin tüm özelliklerini belirlemenize olanak tanır. Şirketimiz, tanınmış Horiba firmasının SZ-100V2, LA-960V2 ve LA-300 lazer analizörlerinin aşağıdaki modellerini dikkatinize sunmaktadır. Bu nedenle, SZ-100 lazer analizörü, boyutları 0,3 nm ila 8 mikron arasında değişen mikropartikülleri, ζ potansiyelini ve moleküler ağırlığı incelemek için kullanılır. Ölçüm prensibi foto-korelasyon spektroskopisine dayanmaktadır. LA-950 lazer analizörü, yüksek hızda çalışabilen benzersiz bir cihazdır. Bu ekipmanı kullanarak sıvı ortamda dairesel bir sistem kullanarak araştırma yapmak mümkündür. LA-300 lazer analizörü otomatik bir pompayla donatılmıştır ve lazer kırınımıyla çalışabilir.
RVS LLC, Horiba markasının daimi ortağıdır. Şirketin uzmanları düzenli olarak ileri eğitimden geçmektedir. Gerekirse, size yetkin bir şekilde tavsiyelerde bulunacak ve lazer analiz cihazının modeline karar vermenize yardımcı olacaklardır. Sadece yüksek kaliteli ürünler satıyoruz.
Nanoteknolojinin getirdiği kaçınılmaz devrime her geçen gün biraz daha yaklaşıyoruz. Yeni cihazlar yaratıyoruz, daha önce hiç düşünmediğimiz benzersiz malzemeler elde ediyoruz. Nanoteknolojinin günlük yaşamda kullanılması, aşina olduğumuz nesnelerin şeklini değiştirmeyi mümkün kılmıştır. Bunun sonucunda maddenin tamamen farklı ama faydalı özelliklerini elde ettik. Çevremizdeki gerçeklik daha az tehlikeli ve rahat bir yaşam için daha uygun hale geliyor. Bunun iyi bir örneği: kullanılmış elektrikli cihazların olağan boyutlarının, insan gözüyle görülemeyen nanopartiküllerin boyutuna indirilmesi. Bilgisayarlar küçülüyor ama çok daha güçlü hale geliyor. Günlük yaşamda ve endüstride nanoteknolojiler etrafımızdaki her şeyi önemli ölçüde değiştirmeyi mümkün kılmıştır.
Tüm ihtiyaçlarımızı karşılayabilecek bir yapay zeka biçimi yaratmak mümkün mü? Cevap, en son gelişmelerin rasyonel uygulanmasında yatmaktadır. Nanoteknoloji hayatımızın her alanına dokunduğu için geleceğin yoludur. Nanoteknolojinin kullanımı birçok fırsat sunmakta ancak aynı zamanda bazı endişeleri de beraberinde getirmektedir.
Nanodünyaya açılan pencere
Elektron mikroskobu mikro dünyaya bakmanıza olanak tanır. Özel ekipman olmadan nanoteknolojinin günlük yaşamda hemen fark edilmesi çok zordur, çünkü o kadar küçüktür ki çıplak gözle ayırt edilemezler. Maddeler, en olağandışı ve beklenmedik özellikleri sergileyen ölçeklerdedir. Bu tür özelliklerin kullanılması benzersiz bir teknolojik devrim vaat ediyor. İnsan vücudunu ve çevreyi kontrol etmek gibi radikal yeni olanaklar sağlıyorlar.
Nanoteknolojinin tarihi
Her şey 20. yüzyılın 80'li yıllarında tarama (STM) adı verilen bir aracın icadıyla başlıyor. Profesör James Dzimzewski tüm profesyonel yaşamını nano ölçekli dünyada geçirdi. O, dünyada milimetrenin milyonda biri gibi inanılmaz derecede küçük miktarlardaki maddeyi inceleme fırsatına sahip olan ilk insanlardan biridir. Bu mikroskoplar, yüzeyi körlerin okuduğu şekilde incelemenize olanak tanır.O zaman hiç kimse nanoteknolojinin günlük yaşamda ve endüstride ne kadar yararlı olacağından şüphe edemezdi.
Nanopartiküllerle çalışma prensibi
Tarama mikroskobu, 1 atom kalınlığında bir iğne olan bir prob kullanır. Numunenin sadece birkaç nanometre yakınına geldiğinde, elektronlar en yakındaki nanoparçacıkla değiştirilir. Bu olaya tünel etkisi denir. Kontrol sistemi, tünel akımının büyüklüğündeki değişiklikleri kaydeder ve bu bilgiye dayanarak, incelenen numunenin yüzey topografyasının daha doğru bir şekilde oluşturulması gerçekleştirilir. Yazılım, elde edilen verilerin bir görüntüye dönüştürülmesine olanak tanıyor ve bu da bilim insanlarına nanoteknolojiyi günlük yaşamda ve diğer endüstrilerde kullanan yeni bir dünyanın anahtarını veriyor.
James Dzimzewski'ye göre bilim insanları, taramalı elektron mikroskobu sayesinde ilk kez atom ve moleküllerin görüntülerini alıp şekillerini inceleyebildiler. Bu bilimde gerçek bir devrimdi, çünkü bilim adamları geçmişte olduğu gibi milyonlarca ve milyarlarca parçacığın değil, tek tek atomların özelliklerine dikkat ederek birçok şeye tamamen farklı bakmaya başladılar.
İlk keşifler
Yeni teknolojilerin kullanımı inanılmaz bir keşfe yol açtı. Cihaz bir atomun 1 nanometre yakınına geldiğinde atomla arasında bir bağ oluştu. Bu özellik, bireysel mikropartikülleri hareket ettirmenin bir yolunu bulmayı mümkün kıldı. Bu keşif sayesinde nanoteknolojiyi konforlu bir yaşam için kullanmak mümkün hale geldi.
Kaliforniya Üniversitesi'nde profesör olan James Dzhimzewski'nin açıkladığı gibi, tünel tarama mikroskobu, moleküllere ve atomlara pratik olarak dokunmayı mümkün kıldı. Bilim adamları ilk kez maddenin yüzeyindeki atomları manipüle edebildiler ve daha önce hayal bile edilemeyen yapılar yaratabildiler.
Bu yeni keşfedilen keşif (maddeyi oluşturan en küçük parçacıkları gözlemleme ve işleme yeteneği), nanoteknolojinin istisnasız tüm endüstrilerde kullanılmasını mümkün kılmıştır.
Nanoteknoloji gelişimi
Fizikçi ve filozof Etin Klin, nanoteknoloji yoluyla teknolojik bir atılım olasılığının oldukça gerçek olduğuna, ancak bunun birçok açıdan bilim insanının coşkusuna dayandığına inanıyor.
Fizikçi ve filozof Etin Klin'in söylediği gibi, atomların varlığının deneysel olarak doğrulandığı andan, onları manipüle etmenin mümkün olduğu ana kadar 100 yıldan az bir süre geçti. Bilim adamlarına daha önce hiç düşünmeyecekleri fırsatlar açılıyor. Ancak bu sayede tüm gelişmiş ülkelerin hükümetleri ilgili bilimlere ilgi göstermeye başladı. Her şey 2002 yılında fizikçiler Roca ve Benbridge tarafından başlatılan bir Amerikan girişimiyle başladı. Bu bilim adamları, insanlığın karşılaştığı tüm sorunları nanoteknoloji sayesinde çözebileceği yönünde çılgın bir fikir ortaya attılar.
Bu açıklama, mikroelektronik, bilgisayar bilimi, nükleer enerji araştırmaları, mikrobiyoloji, lazer teknolojisi, tıp ve çok daha fazlası gibi ileri bilim ve teknoloji alanlarının uygulanmasını mümkün kılan çok sayıda çalışmanın başlatılmasına ivme kazandırdı.
Nanoteknoloji: örnekler
Günlük yaşamda varlığından şüphelenmediğimiz o kadar çok görünmez ama çok önemli madde var ki! En çarpıcı örneklere bakalım:
- Diş macunu. Daha önce kimse diş temizleyicilerinin neden farklı olduğunu düşünmemişti. Bunların hepsi belirli nanopartiküllerin varlığıyla açıklanıyor. Örneğin çıplak gözle görülemeyen kalsiyum hidroksiapatit, hasar görmüş diş minesinin onarılmasına ve dişlerin çürüklerden korunmasına yardımcı olur.
- Araba boyası. Modern araba boyaları nanopartiküller sayesinde gövdede oluşan sığ çizikleri ve diğer boşlukları kapatabilmektedir. Bu etkiyi sağlayan mikroskobik toplar içerirler.
HAYATIMIZDA NANOTEKNOLOJİ
Museridze K., Ajawi E., Musina K., Simonyan R.Ya.
GBOU Ortaokulu No. 1005 “Kızıl Yelkenler”, Moskova, Rusya
Bu konunun önemi nanoteknolojinin hayatımıza “girmesinden” kaynaklanmaktadır, çünkü günümüzde tek bir bilim nanoteknoloji olmadan yapamaz. Günümüzde nanoteknoloji bilimi dinamik bir şekilde gelişmekte ve ivme kazanmaktadır. Malzemelerin üretimi için maddenin moleküler düzeyde incelenmesi ve kontrol edilmesine yönelik yöntemler geliştirilmekte, cihazlar ve sistemler yeni teknik, işlevsel ve tüketici özellikleri kazanmaktadır. Nanoteknoloji günlük hayata girmiştir. Elektronik, tıp, kozmetoloji, inşaat - bu hiçbir şekilde bu teknolojilerin ortalama insan düzeyindeki uygulamalarının tam listesi değildir. Ve bunları en az yarım kulağı duymamış kimse yok ama bütün insanlar bunun ne olduğunu biliyor mu?
Nanoteknoloji, bir dizi teorik gerekçe, pratik araştırma, analiz ve sentez yöntemlerinin yanı sıra, bireysel verilerin kontrollü manipülasyonu yoluyla belirli bir atom yapısına sahip ürünlerin üretimi ve kullanımı için yöntemler ile ilgilenen temel ve uygulamalı bilim ve teknoloji alanıdır. atomlar ve moleküller.
Araştırmamızın amacı, nanoteknolojinin uygulanmasında en ileri alanları belirlemek, nanoteknolojinin insan yaşamındaki önemini göstermek ve herkes için basit ve anlaşılır bir dille anlatmak, Rus bilim adamlarının bu alandaki başarılarını yaygınlaştırmaktır. .
Öncelikle nanoteknolojinin tıpta uygulanmasından bahsedeceğiz. Nanotıp, bilimin aktif olarak gelişen bilimsel alanlarından biridir ve nanocihazlar, nanoyapılar ve bilgi teknolojilerini kullanarak insan vücudunun biyolojik sistemlerinin moleküler düzeyde izlenmesini, düzeltilmesini, genetik olarak düzeltilmesini ve kontrolünü içerir.
Nanoelektronik, teorik ve pratik araştırma, modelleme vb. Amaçlı insan faaliyetinin bir dizi araç, yöntem ve yöntemlerini içeren bir bilim ve teknoloji alanıdır. .
Tekstillerde nanoteknoloji, giysilerin su geçirmez, leke tutmaz, termal olarak iletken vb. hale gelmesine yardımcı olur. Örneğin nanomalzemeler, nanopartikülleri ve nanofiberleri diğer katkı maddeleri ile birleştirerek tişörtünüze tüm bu özellikleri kazandırmaya yardımcı olabilir.
“Fonksiyonel” gıdalar, aslında yeni nesil yüksek teknolojili gıdaların en karakteristik örneği olan doğal et proteinleri ve peptitlerdir.
Nanoteknoloji. – URL'si :
Semyachkina, Yu.A., Klochkov A.Ya.Zamanımızın nanoteknolojileri: gıda endüstrisi [Metin] // Teknik bilimler: gelenekler ve yenilikler: Enternasyonalin malzemeleri. ilmi konf. (Çelyabinsk, Ocak 2012). - Çelyabinsk: İki Komsomol üyesi, 2012. - S. 166-167.
Fonksiyonel gıdalar çok fonksiyonlu gıdalardır // Food News Time [Elektronik kaynak] Erişim modu:
Y. SVIDINENKO, mühendis-fizikçi
Nanoyapılar geleneksel transistörlerin yerini alacak.
Kompakt eğitici nanoteknolojik kurulum "UMKA", bireysel atom gruplarını manipüle etmenize olanak tanır.
"UMKA" kurulumunu kullanarak DVD'nin yüzeyini incelemek mümkündür.
Geleceğin nanoteknoloji uzmanları için bir ders kitabı zaten yayınlandı.
Yirminci yüzyılın son çeyreğinde ortaya çıkan nanoteknoloji hızla gelişmektedir. Neredeyse her ay, sadece bir veya iki yıl öncesine kadar tamamen fantezi gibi görünen yeni projelerle ilgili mesajlar geliyor. Bu alanın öncüsü Eric Drexler'in tanımına göre nanoteknoloji, "atom yapısı önceden belirlenmiş cihaz ve maddelerin düşük maliyetli üretimine odaklanan beklenen bir üretim teknolojisidir." Bu, atomik hassasiyete sahip yapılar elde etmek için tek tek atomlar üzerinde çalıştığı anlamına gelir. Bu, nanoteknoloji ile makro nesneleri manipüle eden modern "hacimsel" toplu teknolojiler arasındaki temel farktır.
Nano'nun 10-9'u ifade eden bir önek olduğunu okuyucuya hatırlatalım. Bir nanometre uzunluğundaki bir parçaya sekiz oksijen atomu yerleştirilebilir.
Nanonesneler (örneğin metal nanopartiküller) tipik olarak aynı malzemeden yapılmış daha büyük nesnelerden ve bireysel atomların özelliklerinden farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptir. Diyelim ki 5-10 nm büyüklüğündeki altın parçacıklarının erime sıcaklığı, hacmi 1 cm3 olan bir altın parçasının erime sıcaklığından yüzlerce derece daha düşük.
Nano ölçekte gerçekleştirilen araştırmalar bilimlerin kesişiminde yer alır; malzeme bilimi alanındaki araştırmalar sıklıkla biyoteknoloji, katı hal fiziği ve elektronik alanlarını etkiler.
Nanotıp alanında dünyanın önde gelen uzmanı Robert Freitas şunları söyledi: "Geleceğin nanomakineleri milyarlarca atomdan oluşmalıdır, dolayısıyla bunların tasarımı ve inşası uzmanlardan oluşan bir ekibin çabasını gerektirecektir. Her bir nanorobot tasarımı, birkaç kişinin ortak çabasını gerektirecektir. araştırma ekipleri. Boeing 777 uçağı, "Dünyanın her yerindeki birçok ekip tarafından tasarlandı ve üretildi. Bir milyon (veya daha fazla) çalışan parçadan oluşan geleceğin nanomedikal robotu, tasarım karmaşıklığı açısından bir uçaktan daha basit olmayacak. "
ÇEVREMİZDEKİ NANO ÜRÜNLER
Nanodünya karmaşıktır ve hala nispeten az araştırılmıştır ve yine de bizden birkaç yıl önce göründüğü kadar uzak değildir. Çoğumuz farkında bile olmadan nanoteknolojideki şu veya bu gelişmeleri düzenli olarak kullanıyoruz. Örneğin, modern mikroelektronik artık mikro değil nanodur: Bugün üretilen transistörler (tüm çiplerin temeli) 90 nm'ye kadar olan aralıkta yer almaktadır. Elektronik bileşenlerin 60, 45 ve 30 nm'ye daha da minyatürleştirilmesi zaten planlanıyor.
Üstelik Hewlett-Packard firmasının temsilcilerinin geçtiğimiz günlerde duyurduğu gibi, geleneksel teknoloji kullanılarak üretilen transistörlerin yerini nanoyapılar alacak. Böyle bir eleman, birkaç nanometre genişliğinde üç iletkendir: ikisi paraleldir ve üçüncüsü onlara dik açılarda yerleştirilmiştir. İletkenler birbirine değmiyor, köprü gibi üst üste geçiyor. Bu durumda nanoiletken malzemeden kendilerine uygulanan voltajın etkisi altında oluşan moleküler zincirler üst iletkenlerden alt iletkenlere doğru iner. Bu teknoloji kullanılarak oluşturulan devreler, verileri depolama ve mantıksal işlemleri gerçekleştirme, yani transistörleri değiştirme yeteneğini zaten göstermiştir.
Yeni teknolojiyle birlikte mikro devre parçalarının boyutları, geleneksel yarı iletken transistörlerin fiziksel olarak çalışamayacağı bir ölçeğe, 10-15 nanometre seviyesinin önemli ölçüde altına düşecek. Muhtemelen, önümüzdeki on yılın ilk yarısında, içine yeni teknoloji kullanılarak oluşturulan belirli sayıda nanoelementin yerleştirileceği seri mikro devreler (hala geleneksel, silikon) ortaya çıkacak.
2004 yılında Kodak, Ultima mürekkep püskürtmeli yazıcılar için kağıt piyasaya sürdü. Dokuz katmanı vardır. Üst katman, kağıdın daha yoğun ve parlak olmasını sağlayan seramik nanopartiküllerden oluşur. İç katmanlar, baskı kalitesini artıran 10 nm boyutunda pigment nanopartikülleri içerir. Kaplama bileşiminde bulunan polimer nanopartiküller sayesinde boyanın hızlı sabitlenmesi kolaylaştırılır.
ABD Nanoteknoloji Enstitüsü müdürü Chad Mirkin, "nanoteknolojinin tüm malzemeleri sıfırdan yeniden inşa edeceğine inanıyor. Moleküler üretim yoluyla elde edilen tüm malzemeler yeni olacak, çünkü şimdiye kadar insanlık nanoyapıları geliştirme ve üretme fırsatına sahip olmadı. Şimdi biz endüstride yalnızca "Doğanın bize verdiklerini kullanın. Ağaçlardan tahtalar, iletken metalden teller yapıyoruz. Nanoteknolojik yaklaşım, hemen hemen her doğal kaynağı, gelecekteki endüstrinin temelini oluşturacak "yapı taşları" olarak adlandıracağımız şekilde işleyeceğimiz yönündedir. "
Artık nanodevrimin başlangıcını görüyoruz: bunlar yeni bilgisayar çipleri, leke tutmayan yeni kumaşlar ve nanopartiküllerin tıbbi teşhislerde kullanılmasıdır (ayrıca bkz. “Bilim ve Yaşam” No., 2005). Kozmetik endüstrisi bile nanomalzemelerle ilgileniyor. Kozmetiklerde daha önce bulunmayan birçok yeni standart dışı yön oluşturabilirler.
Nanoölçek aralığında hemen hemen her malzeme benzersiz özellikler sergiler. Örneğin gümüş iyonlarının antiseptik aktiviteye sahip olduğu bilinmektedir. Gümüş nanopartiküllerin bir çözeltisi önemli ölçüde daha yüksek aktiviteye sahiptir. Bir bandajı bu solüsyonla tedavi edip cerahatli bir yaraya uygularsanız iltihap gider ve yara, geleneksel antiseptiklere göre daha hızlı iyileşir.
Yerli endişe Nanoindustry, çözeltilerde ve adsorbe edilmiş durumda stabil olan gümüş nanopartiküllerin üretimi için bir teknoloji geliştirmiştir. Ortaya çıkan ilaçlar geniş bir antimikrobiyal etki spektrumuna sahiptir. Böylece mevcut ürünlerin üreticileri tarafından teknolojik süreçte küçük değişiklikler yapılarak antimikrobiyal özelliklere sahip bir dizi ürün yaratılması mümkün hale geldi.
Gümüş nanopartikülleri geleneksel olanı değiştirmek ve yeni malzemeler, kaplamalar, dezenfektanlar ve deterjanlar (diş macunları ve temizleme macunları, yıkama tozları, sabunlar dahil) ve kozmetikler oluşturmak için kullanılabilir. Gümüş nanopartikülleri ile modifiye edilmiş kaplamalar ve malzemeler (kompozit, tekstil, boya ve vernik, karbon ve diğerleri), enfeksiyonların yayılma riskinin arttığı yerlerde önleyici antimikrobiyal koruma olarak kullanılabilir: ulaşımda, toplu yemek işletmelerinde, tarımda ve hayvancılık binaları, çocuk, spor ve tıbbi kurumlarda. Gümüş nanopartiküller, klima sistemi filtrelerinde, yüzme havuzlarında, duşlarda ve benzeri halka açık yerlerde suyu arıtmak ve patojenleri öldürmek için kullanılabilir.
Benzer ürünler yurt dışında da üretilmektedir. Bir şirket, kronik iltihaplanma ve açık yaraların tedavisi için gümüş nanopartiküller içeren kaplamalar üretiyor.
Diğer bir nanomalzeme türü, devasa bir güce sahip olan karbon nanotüplerdir (bkz. “Bilim ve Yaşam” No. 5, 2002; No. 6, 2003). Bunlar, yaklaşık yarım nanometre çapa ve birkaç mikrometreye kadar uzunluğa sahip tuhaf silindirik polimer molekülleridir. Bunlar ilk olarak 10 yıldan daha kısa bir süre önce fulleren C60 sentezinin yan ürünleri olarak keşfedildi. Bununla birlikte, nanometre boyutunda elektronik cihazlar halihazırda karbon nanotüplere dayalı olarak oluşturulmaktadır. Öngörülebilir gelecekte modern bilgisayarlar da dahil olmak üzere çeşitli cihazların elektronik devrelerindeki birçok unsurun yerini alması bekleniyor.
Ancak nanotüpler sadece elektronikte kullanılmaz. Bükülmeyi sınırlamak ve daha fazla vuruş gücü sağlamak için karbon nanotüplerle güçlendirilmiş ticari olarak temin edilebilen tenis raketleri halihazırda mevcuttur. Spor bisikletlerinin bazı kısımlarında da kullanılırlar.
NANOTEKNOLOJİ PAZARINDA RUSYA
Yerli şirket Nanoteknoloji Haber Ağı yakın zamanda Rusya'da başka bir yeni ürün sundu: kendi kendini temizleyen nano kaplamalar. Otomobilin camına silikon dioksit nanopartikülleri içeren özel bir solüsyon püskürtmek yeterli olup, 50.000 km boyunca kir ve su yapışmayacaktır. Camın üzerinde suyun tutunabileceği hiçbir şeyin olmadığı şeffaf, ultra ince bir tabaka kalır ve kirle birlikte yuvarlanır. Her şeyden önce gökdelen sahipleri yeni ürünle ilgilenmeye başladı - bu binaların cephelerinin yıkanması için büyük miktarda para harcanıyor. Seramik, taş, ahşap ve hatta giysilerin kaplanması için bu tür bileşimler vardır.
Bazı Rus kuruluşlarının uluslararası nanoteknoloji pazarında halihazırda başarılı bir performans sergilediğini söylemek gerekir.
Örneğin Nano-endüstri endişesinin portföyünde, endüstrinin çeşitli alanlarında uygulanabilir bir dizi nanoteknolojik ürün bulunmaktadır. Bunlar biyoteknoloji ve tıp için indirgeyici bileşim "RVS" ve gümüş nanopartikülleri, endüstriyel nanoteknolojik kurulum "LUCH-1,2" ve eğitimsel nanoteknolojik kurulum "UMKA"dır.
Aşınmaya karşı koruma sağlayabilen ve neredeyse her türlü sürtünme metal yüzeyini eski haline getirebilen "RVS" bileşimi, uyarlanabilir nanopartiküller temelinde hazırlanır. Bu ürün, metal yüzeylerin yoğun sürtünmeye maruz kaldığı alanlarda (örneğin içten yanmalı motorlardaki sürtünme çiftlerinde) 0,1-1,5 mm kalınlığında modifiye edilmiş yüksek karbonlu demir silikat koruyucu katman oluşturmanıza olanak sağlar. Böyle bir bileşimi yağ karterine dökerek motor aşınması problemini uzun süre unutabilirsiniz. Çalışma sırasında mekanik parçalar sürtünmeden dolayı ısınır, bu ısınma metal nanopartiküllerin hasarlı bölgelere yapışmasına neden olur. Aşırı büyüme daha yoğun ısınmaya neden olur ve nanopartiküller bağlanma yeteneklerini kaybeder. Böylece ovalama ünitesinde denge sürekli korunur ve parçalar pratik olarak yıpranmaz.
Özellikle ilgi çekici olan, fizik, kimya, biyoloji, tıp, genetik ve diğer temel ve uygulamalı bilimler alanlarında atomik-moleküler düzeyde gösteri, araştırma ve laboratuvar çalışmaları yürütmeyi amaçlayan UMKA nanoteknolojik ekipman kompleksidir. Örneğin yakın zamanda bir DVD'nin yüzeyini 0,3 mikron çözünürlükte görüntüledi ve bu sınır değil. Pikoamper akımlarında çalışmanın benzersiz teknolojisi, zayıf iletken biyolojik numunelerin bile ön metal birikmesi olmadan taranmasına olanak tanır (genellikle numunenin üst katmanının iletken olması gerekir). "UMKA", bireysel atom gruplarıyla uzun süreli manipülasyonlara izin veren yüksek sıcaklık stabilitesine ve hızlı süreçlerin gözlemlenmesine olanak tanıyan yüksek tarama hızına sahiptir.
UMKA kompleksinin ana uygulama alanı, nano boyutlu yapılarla çalışmanın modern pratik yöntemleri konusunda eğitimdir. UMKA kompleksi şunları içerir: bir tünel mikroskobu, bir titreşim koruma sistemi, bir dizi test örneği, bir dizi sarf malzemesi ve alet. Cihazlar küçük bir kasaya sığıyor, oda koşullarında çalışıyor ve maliyeti 8 bin dolardan az. Deneyleri normal bir kişisel bilgisayardan kontrol edebilirsiniz.
Ocak 2005'te nanoteknoloji ürünleri satan ilk Rus çevrimiçi mağazası açıldı. Mağazanın internetteki kalıcı adresi www.nanobot.ru'dur.
GÜVENLİK SORUNLARI
Yakın zamanda fullerenler adı verilen küresel C60 moleküllerinin ciddi hastalıklara neden olabileceği ve çevreye zarar verebileceği keşfedildi. Suda çözünebilen fullerenlerin iki farklı tip insan hücresine maruz kaldığında toksisitesi, Rice ve Georgia üniversitelerinden (ABD) araştırmacılar tarafından belirlendi.
Rice Üniversitesi'nden kimya profesörü Vicki Colvin ve meslektaşları, fullerenler suda çözündüğünde, insan cilt hücreleri ve karaciğer karsinomu hücrelerine maruz kaldığında ölümlerine neden olan C 60 kolloidlerinin oluştuğunu buldu. Aynı zamanda fullerenlerin sudaki konsantrasyonu çok düşüktü: 1 milyar su molekülü başına ~ 20 C 60 molekül. Aynı zamanda araştırmacılar, moleküllerin toksisitesinin yüzeylerinin modifikasyonuna bağlı olduğunu gösterdi.
Araştırmacılar, basit C60 fullerenlerin toksisitesinin, yüzeylerinin süperoksit anyonları üretebilmesinden kaynaklandığını öne sürüyorlar. Bu radikaller hücre zarlarına zarar verir ve hücre ölümüne yol açar.
Colvin ve meslektaşları, fullerenlerin bu olumsuz özelliğinin, kanser tümörlerinin tedavisinde iyi yönde kullanılabileceğini belirtti. Sadece oksijen radikallerinin oluşum mekanizmasını ayrıntılı olarak açıklığa kavuşturmak gerekir. Açıkçası, fullerene dayalı süper etkili antibakteriyel ilaçlar oluşturmak mümkün olacaktır.
Aynı zamanda fullerenlerin tüketici ürünlerinde kullanılması tehlikesi de bilim insanları için oldukça gerçek görünüyor.
Görünüşe göre Amerikan Gıda ve İlaç Güvenliği Komisyonu'nun (FDA) yakın zamanda nanoteknoloji ve nanomalzemeler ve nanoyapılar kullanılarak üretilen geniş bir ürün yelpazesine (gıda, kozmetik, ilaç, ekipman ve veteriner ilaçları) lisans verilmesi ve düzenlenmesi gerektiğini duyurmasının nedeni budur.
NANOTEKNOLOJİLERİN DEVLET DESTEĞİNE İHTİYACI VAR
Ne yazık ki Rusya'da nanoteknolojinin geliştirilmesine yönelik henüz bir devlet programı yok. (Bu arada, 2005 yılında ABD nanoteknoloji programı beş yaşına girdi.) Şüphesiz, nanoteknolojinin geliştirilmesine yönelik merkezi bir hükümet programının varlığı, araştırma sonuçlarının pratikte uygulanmasına büyük ölçüde yardımcı olacaktır. Ülkemizde nanoteknoloji alanında başarılı gelişmelerin olduğunu maalesef yabancı kaynaklardan öğreniyoruz. Örneğin yaz aylarında ABD Standartlar Enstitüsü dünyanın en küçük atom saatinin yaratıldığını duyurdu. Anlaşıldığı üzere, bir Rus ekibi de bunların yaratılması üzerinde çalıştı.
Rusya'da devlet programı yok, ancak araştırmacılar ve meraklılar var: Geçtiğimiz yıl, Gençlik Bilim Topluluğu (YSS) ülkelerinin geleceğini düşünen 500'den fazla genç bilim insanını, yüksek lisans öğrencisini ve lisans öğrencisini bir araya getirdi. Nanoteknoloji konularının ayrıntılı bir çalışması için Şubat 2004'te Uluslararası Bilimsel Araştırma Enstitüsü temelinde, bu alandaki yüzlerce açık dünya kaynağını izleyen ve şu anda işleyen analitik şirket "Nanoteknoloji Haber Ağı (NNN)" kuruldu. Yabancı ve Rus medyasından 4.500'ün üzerinde bilgi mesajı, makale, basın bülteni ve uzman yorumları. 170.000'den fazla Rusya ve BDT vatandaşı tarafından görüntülenen www.mno.ru ve www.nanonewsnet.ru web siteleri oluşturuldu.
GENÇLİK PROJELERİ YARIŞMASI
Nisan 2004'te, Uniastrum Bank'ın desteğiyle Nanoendüstri kaygısıyla birlikte, yerli moleküler nanoteknoloji yaratmaya yönelik ilk Tüm Rusya gençlik projeleri yarışması başarıyla düzenlendi ve bu, Rus bilim adamlarının yoğun ilgisini çekti.
Yarışmanın kazananları olağanüstü gelişmeler sundu: Birincilik, Rusya Kimya Teknoloji Üniversitesi'nden genç bilim adamlarından oluşan bir ekibe verildi. D.I. Mendeleev, optik nanosensörler, moleküler elektronik ve biyotıp için biyomimetik (biyomimetik - doğada mevcut yapıların taklidi) malzemeler yaratan Kimya Bilimleri Adayı Galina Popova'nın liderliğinde. İkinci sırayı Taşkent Devlet Pedagoji Üniversitesi'nin yüksek lisans öğrencisi aldı. İlaçların hastalıklı dokulara hedefli olarak verilmesi için bir sistem geliştiren Nizami Marina Fomina ve üçüncüsü, benzersiz özelliklere sahip nanoseramik malzemeler oluşturmaya yönelik bir teknolojinin yazarı olan Tomsk'tan bir okul çocuğu olan Alexey Khasanov. Kazananlar değerli ödüller aldı.
Bankanın desteğiyle, önde gelen bilim insanlarının büyük beğenisini kazanan popüler bilim ders kitabı “Herkes İçin Nanoteknolojiler” geliştirildi ve yayına hazırlanıyor.
Bir yıl içinde nanoteknoloji alanında önde gelen analitik kuruluşlardan biri haline gelen NNN şirketi, Aralık 2004'te genel sponsorluğunun bir kez daha Uniastrum Bank olduğu İkinci Tüm Rusya Gençlik Projeleri Yarışması'nın başladığını duyurdu. ilk yarışmanın sonuçları. Ayrıca bu sefer uluslararası kesintisiz güç kaynağı üreticisi Powercom da sponsor oldu. "Bilim ve Yaşam" dergisi yarışmanın hazırlanmasında ve yayınlanmasında aktif rol alıyor.
Yarışmanın amacı yetenekli gençleri nanoteknolojinin yurt dışında değil kendi ülkelerinde geliştirilmesine çekmektir.
Yarışmanın galibi bir nanoteknoloji laboratuvarı "UMKA" alacaktır. İkinci ve üçüncü olanlara modern dizüstü bilgisayarlar verilecek; En iyi katılımcılar Science and Life dergisine ücretsiz abone olacak. Ödüller arasında nanopartikül bazlı araçlar için tamir ve restorasyon kitleri, Universum dergisine abonelik ve aylık "Nanoteknoloji Dünyası" CD'leri yer alıyor.
Projelerin odak noktası son derece çeşitlidir: otomotiv ve havacılık endüstrileri için gelecek vaat eden nanomateryallerden implantlara ve nöroteknolojik arayüzlere kadar. Yarışmanın ayrıntılı materyalleri www.nanonewsnet.ru web sitesinde bulunmaktadır.
Aralık 2004'te, nanoteknolojinin endüstriyel kullanımına adanmış ilk konferans, bilim adamlarının üretimde uygulamaya hazır düzinelerce gelişmeyi sunduğu Fryazino şehrinde (Moskova bölgesi) düzenlendi. Bunlar arasında nanotüplere dayalı yeni malzemeler, ultra güçlü kaplamalar, sürtünme önleyici bileşikler, esnek elektronikler için iletken polimerler, yüksek kapasiteli kapasitörler vb. yer alıyor.
Rusya'da nanoteknoloji ivme kazanıyor. Bununla birlikte, araştırma eyalet veya kapsamlı bir federal program tarafından koordine edilmediği sürece, muhtemelen hiçbir şey daha iyiye doğru değişmeyecektir. Geleceğin nanoteknoloji uzmanları için bir ders kitabı zaten yayınlandı.
