NANOTECHNOLOGIE

Nanotechnológia (niekedy sa skrátil k " nano ") je štúdia o manipuláciu hmoty na atómovej a molekulárnej úrovni. Všeobecne platí, že nanotechnológia sa zaoberá rozvojovými materiály, zariadenia alebo iných štruktúr vlastniť aspoň jeden rozmer veľkosti 1 až 100 nanometrov . kvantové mechanické efekty sú dôležité v tejto oblasti kvantovej úrovni.

Nanotechnológia je veľmi rozmanitá, od rozšírenia konvenčných zariadení fyzika úplne nové prístupy, založené na molekulárnej samo-montáže , od vývoja nových materiálov s rozmermi rádovo nanometrov, aby vyšetrovanie, či môžeme priamo ovládať hmoty na atomárnej úrovni . Nanotechnológia sa jedná o používaní oblastí vedy, ako rôznorodý ako Surface Science , organickej chémie , molekulárnej biológie , fyziky polovodičov , microfabrication , atď

Tam je veľa debata o budúcnosti dôsledky nanotechnológie . Nanotechnológia môže byť schopný vytvoriť mnoho nových materiálov a zariadení s širokú škáluaplikácií , ako napríklad v medicíne , elektronike , biomateriálov a výrobu energie. Na druhú stranu, nanotechnológie vyvoláva mnoho rovnakých problémov ako všetky nové technológie, vrátane obavy o toxicity a environmentálnych dôsledkoch nanomateriálov, ^[ 1 ] a ich možné dopady na globálnu ekonomiku, rovnako ako špekulácie o rôznych scenároch Doomsday . Tieto obavy viedli k diskusii u obhajoby skupín a vlád o tom, či osobitné reguláciu nanotechnológie je oprávnená.

Pôvody

Hoci nanotechnológie je relatívne nedávny vývoj vo vedeckom výskume, vývoja centrálnej poňatí sa stalo po dlhšie časové obdobie. Vznik nanotechnológií v roku 1980 bol spôsobený aproximácii experimentálnych pokroku, ako vynález skenovacieho tunelového mikroskopu v roku 1981 a objav fullerénov v roku 1985, sa objasnenie a popularizácia koncepčný rámec pre ciele nanotechnológií začínajú v roku 1986 vydanie knihy Motory stvorenia .

Skenovacieho tunelového mikroskopu, nástroj pre zobrazovacie plochy na atomárnej úrovni, bol vyvinutý v roku 1981 Gerd Binnig a Heinrich Rohrer v IBM Zurich Research Laboratory , za ktoré dostal Nobelovu cenu za fyziku v roku 1986. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Fullerenes boli objavené v roku 1985 Harry Krotia , Richard Smalley a Robert Curl, ktorí spoločne vyhrali v roku 1996 Nobelovu cenu za chémiu . ^{[ 4 ] [ 5 ]}

Zhruba v rovnakom čase, K. Eric Drexler vyvinul a popularizoval poňatie nanotechnológie a založili oblasti molekulárnej nanotechnológie . V roku 1979, Drexler stretolRichard Feynman 's 1959 diskusia "Je tu dosť miesta na dne". Termín "nanotechnológia", pôvodne vytvorený Norio Taniguchi v roku 1974, bol nevedomky privlastnil Drexler v jeho 1986 knihy Motory stvorenia: Príchod ére Nanotechnológie , ktorý navrhoval myšlienku nanometrov "assembler", ktorý by bol schopný postaviť kópiu seba samého a iných predmetov ľubovoľnej zložitosti. On tiež publikoval prvý termín " šedej brečky ", aby opísal, čo by sa stalo, keby hypotetický self-kopírovať molekulárnej nanotechnológie šlo von kontroly. Drexler vízia nanotechnológie je často nazývaná " molekulárnej nanotechnológie "(MNT) alebo" molekulárnej výroby, "a Drexler na jednom mieste navrhuje termín" zettatech ", ktorý nikdy sa stal populárny.

V ranom 2000s, oblasť bola predmetom rastúceho povedomia verejnosti a diskusie s významnými debaty o tom, ako jej potenciálne dôsledky, ilustrovaný Royal Society 's správa o nanotechnológiách, ^[ 6 ] , ako aj možnosti aplikácie predstavil obhajcovia molekulárnej nanotechnológie, ktorá vyústila vo verejnej debate medzi Eric Drexler a Richard Smalley v roku 2001 a 2003. ^[ 7 ] vlád sa posunuli k podpore a financovanie výskumu v oblasti nanotechnológií s programami, ako je Národnej nanotechnologickej iniciatívy .

Po roku 2000 tiež videl začiatky komerčné aplikácie nanotechnológií, aj keď tieto boli obmedzené na veľkosť aplikácie nanomateriálov , ako je Silver Nano platformu pre použitie nanočastíc striebra ako antibakteriálny prostriedok, nanočastíc na báze transparentné ochranu proti slnečnému žiareniu, a uhlíkové nanotrubičky pre škvŕn odolné textílie. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

Základné pojmy

Nanotechnológia je technické funkčných systémov na molekulárnej úrovni. To sa týka aj súčasnej práce a koncepty, ktoré sú zložitejšie. V jeho pôvodnom zmysle, nanotechnológia zaoberá projekciou schopnosť vytvárať predmety zo dna nahor, za použitia techník a nástrojov práve teraz robiť kompletný, vysoko výkonné výrobky.

Jeden nanometrov (nm) je miliardtina, alebo 10 ^-9 , v metre. Pre porovnanie, typický uhlík-uhlík dĺžky zväzku , alebo medzery medzi týmito atómami v molekule , sa pohybujú v rozmedzí 0.12-0.15 nm aDNA dvojitej skrutkovice má priemer asi 2 nm. Na druhej strane najmenšie bunkovej formy života, baktérie z rodu Mycoplasma sú okolo 200 nm na dĺžku. Podľa konvencie sa nanotechnológie brána ako meradlo rozsahu 1 až 100 nm podľa definície použitej v Národnej nanotechnologickej iniciatívy v USA. Dolná hranica je daná veľkosťou atómov (vodík má najmenšie atómy, čo je približne štvrtina priemeru nm), pretože Nanotechnológia je budovať zariadenie z atómov a molekúl. Horná hranica je viac či menej ľubovoľné, ale je asi veľkosť javy neboli pozorované u väčších stavieb začať prejaví a môže byť využitý v prístroji nano. ^[ 10 ] Tieto nové javy, aby nanotechnológie na rozdiel od zariadení, ktoré sú len miniatúrne verzia zodpovedajúce makroskopického zariadenia, tieto zariadenia sú vo väčšom meradle, a spadajú pod popis mikrotechnológií . ^[ 11 ]

K tomu, aby toto meradlo v inom kontexte, porovnávacie veľkosti nanometrov na meter je rovnaká ako u mramoru na rozlohu krajiny. ^[ 12 ] alebo iný spôsob uvedenia: a nanometrov je suma, ktorú priemerný človek fúzy rastie v čase, keď sa mu zvýšiť holiaci strojček na jeho tvári. ^[ 12 ]

Dva hlavné prístupy sú používané v oblasti nanotechnológií. V "bottom-up" prístup, materiály a zariadenia sú vyrobené z molekulárnej komponenty, ktoré sami zostaviť chemicky zásad molekulárnej rozpoznávania . V "top-down" prístup, sú nano-objektov, postavený z väčšej subjekty bez toho, aby pre atómovú úroveň kontroly. ^[ 13 ]

Oblasti fyziky, ako sú nanotechnológie , Nanomechanika , nanofotoniku a nanoionics sa vyvinuli počas posledných niekoľkých desaťročí poskytnúť základný vedecký základ nanotechnológie.

Väčšie menším: materiály pohľad

Rad fyzikálnych javov sa vyslovuje ako je veľkosť systému klesá. Patrí medzi ne štatistické mechanické vplyvy, rovnako ako quantum mechanické účinky, napríklad " kvantový veľkosť efekt ", kde sú elektronické vlastnosti pevných látok zmenil s veľkým znížením veľkosti častíc. Tento efekt neprichádza do hry tým, že ide z makro mikro rozmerov. Avšak, kvantovej efekty stať sa dominantnou po dosiahnutí veľkosti nanometrov, obvykle vo vzdialenosti 100 nanometrov alebo menšie, tzv kvantovej ríše . Okrem toho počet fyzických (mechanické, elektrické, optické, atď), vlastnosti, zmeny v porovnaní s makroskopických systémov. Jedným z príkladov je zvýšenie povrchu k pomeru hlasitosti zmenou mechanické, termické a katalytické vlastnosti materiálov. Difúzie a reakcie v poriadku nanometrov, nanoštruktúry materiálov a zariadenia na nanoúrovni rýchle iónovej dopravy je všeobecne odvolával sa na nanoionics. Mechanickévlastnosti sú nanosystémy záujmu o Nanomechanika výskumu. Katalytickú aktivitu nanomateriálov tiež otvára potenciálne riziká v ich interakcii s biomateriály.

Materiály znížená na nanometrov môže ukázať rôzne vlastnosti v porovnaní s tým, že výstava o makroúrovni, ktorý umožňuje unikátne aplikácie. Napríklad nepriehľadné látky stane transparentný (meď), stabilný materiál potom horľavých (hliník), nerozpustné látky sa mení rozpustná (zlato). Materiálu, ako je zlato, ktoré je chemicky inertný normálne váhy, môže slúžiť ako účinný chemický katalyzátor na nanoscales. Veľa fascinácia nanotechnológie pochádza z týchto kvantových a povrchové javy, ktoré vec vykazuje v poriadku nanometrov. ^[ 14 ]

Jednoduchých až po zložité molekulárne pohľad

Moderné syntetické chémie dosiahol bodu, kedy je možné pripraviť malé molekuly takmer ľubovoľnú štruktúru. Tieto metódy sú dnes používajú na výrobu najrôznejších užitočných chemických látok, ako sú liečivá alebo obchodná polymérov . Táto schopnosť vyvoláva otázku rozšírenia tohto druhu konania na ďalší vyššej úrovni s cieľom zhromaždiť tieto metódy jednotlivých molekúl vnadmolekulárnych zostavy zložené z mnohých molekúl, dobre definovaným spôsobom.

Tieto prístupy využívajú poňatie molekulárnej samo-montáže a / alebo supramolekulární chémie sa automaticky usporiadajú do niektoré užitočné konformácie pomocou bottom-up prístup. Koncept molekulárnej rozpoznávania je obzvlášť dôležité: molekuly môžu byť navrhnuté tak, aby konkrétnej konfigurácie alebo usporiadanie je favorizovaný vďaka nekovalentné medzimolekulárne síl . Watson-Crick basepairing pravidlá sú priamym dôsledkom toho, ako je špecificita enzýmu je zameraná na jediný podklad , alebo osobitné skladanie bielkoviny sám. Tak, dvoch alebo viac častí bude navrhnutý tak, aby sa vzájomne dopĺňajú a atraktívne, aby mohli zložitejšie a užitočné celok.

Takéto zdola nahor by mal byť schopný produkovať zariadení súbežne, a je oveľa lacnejšie ako top-down metódy, tie môžu byť ohromený, ako veľkosť a zložitosť požadovanej zostavy sa zvyšuje.Najužitočnejšie stavby vyžadujú komplexné a termodynamicky nepravdepodobné, že usporiadanie atómov. Napriek tomu existuje mnoho príkladov vlastnú montáž na základe molekulárneho rozpoznávania v biológii , predovšetkým Watson, Crick basepairing a enzým-substrát interakcií. Výzvou v oblasti nanotechnológií je, či tieto zásady môžu byť použité na navrhnúť nové konštrukcie okrem prírodných.

Molekulárne nanotechnológie: dlhodobý výhľad

Molekulárna nanotechnológia, niekedy nazývané molekulárnej výroby, popisuje technicky nanosystémy (nanometrov strojov), pracujúci na molekulárnej úrovni. Molekulárna nanotechnológia je obzvlášť spojené s molekulárnou assembler , stroj, ktorý môže produkovať požadovanej štruktúry alebo zariadenia, atóm po atóme pomocou princípov mechanosynthesis . Výroba v súvislosti s produktívny nanosystémy nesúvisí, a mali by byť jasne odlíšené od, konvenčné technológie používané na výrobu nanomateriálov, ako sú uhlíkové nanotrubice a nanočastíc.

Keď bol termín "nanotechnológia" nezávisle razil a popularizoval Eric Drexler (ktorý v tej dobe nepoznal skoršiu použitie v Norio Taniguchi) to len ďalší výrobnej technológii založené na molekulárnych strojov systémov. Predpoklad bol, že molekulárnym meradle biologických analógiou tradičné strojných súčastí preukázali molekulárnych strojov bolo možné podľa bezpočet príkladov našiel v biológii, je známe, že sofistikované, stochastický optimálne biologické stroje môžu byť produkované.

Očakáva sa, že vývoj v oblasti nanotechnológií umožní ich výstavbu iným spôsobom, prípadne s využitím biomimetické princípmi. Avšak, Drexler a ďalší bádatelia ^[ 15 ] navrhujú, že pokročilé nanotechnológie, aj keď možno spočiatku vykonávaná biomimetické prostriedky, môže nakoniec byť založené na zásadách strojárstva, a to, výrobné technológie založené na mechanické funkčnosť týchto zložiek (napr. ozubené kolesá, ložísk, motorov a konštrukčných prvkov), ktorá by umožnila programovateľné, pozičné montáž na atómovej špecifikácie. ^[ 16 ] fyzika a výkon vzorových projektov boli analyzované v knihe Drexler je nanosystémy .

Všeobecne je veľmi ťažké zostaviť zariadenia na atómovom meradle, pretože všetky z nich má do polohy atómov na iné atómy porovnateľnej veľkosti a lepivosť. Iný pohľad, vystrel Carlo Montemagno,^[ 17 ], je, že budúce nanosystémy budú hybridy kremíkové technológie a biologické molekulárnej stroje. Ešte jeden pohľad, predložený koncom Richard Smalley, že mechanosynthesis nie je možné vzhľadom na ťažkosti pri manipulácii mechanicky jednotlivých molekúl.

To viedlo k výmene listov ACS publikácii Chemické & Engineering News v roku 2003. ^[ 18 ] Hoci biológie jasne ukazujú, že molekulárne stroje systémy je možné, non-biologické molekulárnej stroje sú dnes len v plienkach. Lídri v oblasti výskumu na non-biologické molekulárnej stroje sú Dr Alex Zettl a jeho kolegovia z Lawrence Berkeley Laboratories a UC Berkeley. Oni postavili aspoň tri rôzne molekulárnej zariadenia, ktorých pohyb je riadený z pracovnej plochy sa zmenou napätia: Nanotube nanomotory , molekulárnej pohon, ^[ 19 ] a nanoelektromecha relaxačného oscilátora. ^[ 20 ] PozriNanotube nanomotory pre viac príkladov.

Experiment ukazuje, že pozičné molekulárnej montáž je možná bola vykonaná Ho a Lee na Cornell University v roku 1999. Oni používali skenovacieho tunelového mikroskopu posunúť jednotlivé molekuly oxidu uhoľnatého (CO) na individuálny atóm železa (Fe), sediaci na ploché striebro kryštál, a chemicky viazaná na CO Fe použitím napätia.

Súčasný výskum

Nanomateriály

Nanomateriály pole obsahuje podpole, ktoré rozvíjajú a študijné materiály s unikátnymi vlastnosťami vyplývajúcich z ich rozmerov nanometrov. ^[ 23 ]

• Rozhranie a koloidné veda viedla k mnohým materiály, ktoré môžu byť užitočné v oblasti nanotechnológií, ako sú uhlíkové nanotrubice a ďalšie fullerénov a rôzne nanočastice a nanorods . Nanomateriály sa rýchlo ion dopravy súvisí aj so nanoionics a nanoelektroniky.

• Nanometrov materiály možno použiť aj pre hromadné aplikácie, väčšina súčasnej komerčné aplikácie nanotechnológií sa tejto chuti.

• Sa dosiahol pokrok vo využívaní týchto materiálov pre medicínske aplikácie, pozri nanomedicína .

• Nanometrov materiály sú niekedy používané v solárnych článkov , ktoré bojuje proti náklady na tradičné Silicon solárnych článkov

• Vývoj aplikácií začlenenie polovodičových nanočastíc, ktoré majú byť použité v nasledujúcej generácii výrobkov, ako sú zobrazovacie technológie, osvetlenie, solárne články a biologické spracovanie obrazu, pozri kvantovej bodky .

Zdola nahor

Tá majú zabezpečiť menšie komponenty do zložitejších zostáv.

• DNA nanotechnológie využíva špecifickosť Watson-Crick basepairing postaviť presne definovanej štruktúry z DNA a ďalšie nukleovej kyseliny .

• Prístupy z oblasti "klasickej" chemické syntézy ( anorganické a organické syntézy ) tiež zameraná na vytváranie molekúl s presne stanovenými tvare (napr. bis-peptidov ^[ 24 ] ).

• Viac všeobecne, molekulárnej samo-montáže sa snaží využiť koncepcie supramolekulární chémie, molekulárnej rozpoznávanie a najmä na príčiny jedného molekula komponenty, automaticky usporiadajú do nejakej užitočné konformácie.

• Mikroskopu atomárnych síl tipov môže byť použitý ako nanometrov "zapisovacia hlava" uložiť chemickým na plochu v požadovanom vzoru v procese tzvDIP nanolitografie pen . Táto technika sa hodí do väčších Subfield nanolitografie .

Top-down prístup

Tieto sa snaží vytvoriť menšie zariadenia pomocou väčších riadiť ich montáž.

• Veľa technológií, ktoré zostúpili z bežných pevných kremíka metódy pre zhotovenie mikroprocesory sú teraz schopné vytvárať prvkami menej ako 100 nm, spadajúce do definície nanotechnológie. obrie magnetorezistence na báze pevné disky sú už na trhu súhlasili s týmto popisom, ^[ 25 ] as do atómovej vrstvy usadenín (ALD) techniky. Peter Grünberg a Albert Fert dostal Nobelovu cenu za fyziku v roku 2007 za objav obrie magnetorezistence a príspevky k poľu spintroniky. ^[ 26 ]

• Solid-State techniky môžu byť tiež použité na vytvorenie zariadenia, známy ako nanoelektromecha systémy alebo ktorom, ktoré sa vzťahujú kmikroelektromechanické systémy alebo MEMS.

• Zaostrené iónové zväzky môžu priamo odstrániť materiály, alebo dokonca aj uloženie materiálu, ak sú vhodné pre-kurzor plynov použité súčasne.Napríklad, táto technika je používaná bežne k vytvoreniu sub-100 nm časti materiálu pre analýzu v transmisný elektrónovej mikroskopie .

• Tipy pre atómovú silový mikroskop môže byť použitý ako nanometrov "zapisovacia hlava" uložiť odolať, ktorý nasleduje leptanie odstrániť materiály v top-down metódy.

Funkčný prístup

Tieto usilovať o vytvorenie súčasti požadované funkcie bez ohľadu na to, ako môžu byť zmontované.

• Molekulárnym meradle elektroniky sa snaží rozvíjať molekuly s užitočnými elektronickými vlastnosťami. Tieto potom môžu byť použité aj ako samostatné molekuly zložiek v zariadení nanoelektronické. ^[ 27 ] Pre príklad pozri rotaxane.

• Syntetické chemické metódy možno tiež použiť na vytvorenie syntetickej molekulárnej motory , ako napríklad v tzv nanocar .

Biomimetické prístupy

• Bionika alebo biomimicry snaží aplikovať biologických metód a systémov v prírode, k štúdiu a projektovanie inžinierskych systémov a moderných technológií. Biomineralization je jedným z príkladov systémov študoval.

• Bionanotechnológie je použitie biomolekúl pre aplikácie v oblasti nanotechnológií, vrátane použitia vírusov. ^[ 28 ] Nanocellulose je možné hromadné rozsahu použitia.

Špekulatívne

Tieto podpolia sa snaží predvídať , aké vynálezy, nanotechnológie by výnos, alebo sa pokúsiť navrhnúť program, po ktorých dopyt by mohla postupovať. Títo často sa Veľký obraz nanotechnológií, s väčším dôrazom na jej spoločenské dôsledky, než informácie o tom, ako by takéto vynálezy vlastne vytvoriť.

• Molekulárna nanotechnológia je navrhovaný prístup, ktorý zahŕňa manipuláciu jednotlivých molekúl v jemne ovládať, deterministický spôsobmi. To je viac teoretické ako ostatné podpolia a je mimo súčasnej možnosti.

• Nanorobotics sústredí na sebestačné stroje niektoré funkcie prevádzky v poriadku nanometrov. Existuje nádej pre použitie v medicíne nanorobotov, ^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]} , ale to nemusí byť jednoduché urobiť niečo také, pretože niekoľko nedostatkov týchto zariadení. ^[ 32 ] Avšak, pokrok v oblasti nových materiálov a metód bola demonštrované niektoré patenty na nové nanovýrobu zariadenia pre budúce komerčné využitie, ktoré tiež postupne pomáha vo vývoji smerom k nanorobotov s využitím integrovaného poňatie nanobioelectronics. ^{[ 33 ] [ 34 ]}

• Produktívne nanosystémy sú "systémy nanosystémy", ktorá bude zložité nanosystémy, ktoré produkujú atomárny presných dielov pre iné nanosystémy, nie nutne za použitia nanotechnológie, ktoré sa objavili nové vlastnosti, ale dobre pochopil základy výroby. Vzhľadom k diskrétne (tj atómové) povaha hmoty a možnosť exponenciálny rast, je tejto fáze považované za základ pre ďalšie priemyselné revolúcie. Mihail Roco , jeden z architektov Národnej USA nanotechnologickej iniciatívy, navrhol štyri stavy v oblasti nanotechnológií Zdá sa, že vyrovnať sa technickému pokroku priemyselnej revolúcie, postupuje od pasívneho k aktívnemu zariadenia na nanoúrovni nanoštruktúr až po komplexné nanostrojov a nakoniec sa produktívne nanosystémy. ^[ 35 ]

• Programovateľné záležitosť sa snaží navrhnúť materiály, ktorých charakteristiky môžu byť ľahko reverzibilne a externe ovládať cez spojenie informačnej vedy a vedy o materiáloch .

• Vzhľadom k popularite a mediálne pôsobenie termíne nanotechnológie, slová picotechnology a femtotechnology boli vytvorení v analógii k tomu, aj keď sú používané len zriedka a neformálne.

Nástroje a techniky

Existuje niekoľko dôležitých moderný vývoj. Mikroskopu atomárnych síl (AFM) a skenovacieho tunelového mikroskopu (STM) sú dve rané verzie Skenovacie sondy, ktorá začala nanotechnológie. Existujú aj iné druhy mikroskopia skenovacích sondou , všetko vyplývajúce z myšlienok na skenovacej konfokálna mikroskop vyvinutý Marvin Minsk v roku 1961 a snímanie akustických mikroskopu (SAM), ktoré vyvinula Calvin Quat a spolupracovníci v roku 1970, ktoré bolo možné vidieť štruktúry v poriadku nanometrov.

Tip na skenovacie sondy môže byť tiež použitý k manipulácii nanoštruktúr (tomuto procesu sa hovorí pozičné montáže). funkcií zameraných skenovania metodiky navrhol Rostislav Lapshin sa zdá byť sľubným prostriedkom na realizáciu týchto nanomanipulations v automatickom režime. ^{[ 36 ] [ 37 ]} Avšak, je to stále pomalý proces, pretože nízke rýchlosti skenovania mikroskopu.

Rôzne techniky nanolitografie ako optické litografie , X-ray litografie dip pen nanolitografie, elektrónová litografia alebo nanoimprint litografie boli tiež vyvinuté. Litografie je zhora nadol, kde je výrobná techniku ​​sypkého materiálu zníži veľkosti nanometrov vzor.

Ďalšia skupina nanotechnologických postupov sú používané na výrobu nanotrubičiek a nanovlákien , ktoré sa používajú pri výrobe polovodičov, ako sú hlboké ultrafialové litografie, elektrónová litografia, zameraný zväzok iónov obrábanie, nanoimprint litografie, atómové vrstvy usadenín a molekulárnej vylučovanie z plynnej fázy, a ďalej vrátane molekulárnej samo-montáže techniky, ako také, ktoré využívajú di-blokových kopolymérov. Avšak, všetky tieto techniky predchádzalo obdobie nanotechnológie, a sú rozšírenie vo vývoji vedeckého pokroku a nie techniky, ktoré boli navrhnuté s jediným účelom je vytvorenie a nanotechnológií, ktoré boli výsledky výskumu nanotechnológií.

Top-down prístup, ktorý predpokladá, zariadenia na nanoúrovni musí byť postavená kúsok po kúsku postupne, rovnako ako sú vyrábané predmety. Skenovacie sondou mikroskopia je dôležitá technika aj pre charakterizáciu a syntézy nanomateriálov. Atómové silové mikroskopy a skenovacie Raziace mikroskopy môžu byť použité pozrieť sa na povrch a pohybovať sa okolo atómov. Tým, že navrhuje rôzne tipy pre tieto mikroskopy, môžu byť použité pre carving sa štruktúry na povrchu a pomôcť viesť vlastnú montáž konštrukcií. Pomocou, napríklad, je funkčne orientovaný prístup, skenovanie, atómy alebo molekuly sa pohyboval na povrchu s skenovacích techník sondou mikroskopie. ^{[ 36 ] [ 37 ]} V súčasnej dobe, je to drahé a časovo náročné pre sériovú výrobu, ale veľmi vhodná pre laboratórne experimenty.

V kontraste, bottom-up techniky, stavať alebo pestovať väčšie štruktúry atóm po atóme alebo molekulu po molekule. Tieto techniky zahŕňajú chemickou syntézou, vlastné montážne a polohové montáž. Dual polarizačný interferometria je nástroj vhodný pre charakteristiku seba zhromaždil tenkých vrstiev. Ďalšia variácia na prístupe zdola nahor, je molekulárna epitaxe a MBE. Výskumníci zBellových telefónnych laboratóriách , ako je John R. Arthur. Alfred Y. Cho a umenie C. Gossard vyvinula a implementovala MBE ako nástroj pre výskum v neskorých rokoch 1960 až 1970. Vzorky zo strany MBE boli kľúčom k objavu frakčnou efekt kvantový Hall, pre ktorý bol udelený v roku 1998 Nobelovu cenu za fyziku. MBE umožňuje vedcom stanoviť presné atomárnej vrstvy atómov a, v procese, vybudovanie zložité štruktúry. Dôležité pre výskum polovodičov, MBE je tiež široko používaná robiť vzoriek a zariadenia pre novo sa rozvíjajúce oblasti spintronika .

Avšak, nové liečebné produkty, založené na citlivé nanomateriály, napr ultradeformable, stres citlivých Transfersome vačky, sú vo vývoji a už schválené pre ľudskú spotrebu v niektorých krajinách.^{[ pochvalné zmienka potřebovaný ]}

Aplikácia

Ako zo dňa 21. augusta 2008, projekt pre vznikajúce nanotechnológie odhaduje, že viac ako 800 výrobcovia určené produkty nanotechnológie sú verejne dostupné, s novými zasiahnuť trh tempom 3-4 týždenne. ^[ 9 ] V rámci projektu sú uvedené všetky produkty vo verejne prístupný on-line databázy. Väčšina aplikácií je obmedzená na použitie "prvej generácie" pasívny nanomateriály, ktorý zahŕňa oxid titaničitý vo krém na opaľovanie, kozmetika, povrchové úpravy, ^[ 38 ] a niektoré potraviny, karbón allotropes používané na výrobu Gecko pásku , striebornú v balení potravín, oblečenia, dezinfekčné prostriedky a domáce spotrebiče, oxid zinočnatý v opaľovacích krémoch a kozmetike, povrchové úpravy, farby a laky exteriérový nábytok a oxidu céru ako palivo katalyzátor. ^[ 8 ]

Ďalšie aplikácie umožňujú tenisové loptičky , aby vydržali dlhšie, golfové loptičky lietať rovnejšie, a dokonca aj bowlingové gule, aby sa stali odolné a majú tvrdší povrch. nohavice a ponožky, ktoré boli naplnené nanotechnológie tak, že vydrží dlhšie a udržať ľudí chladenia v lete . Bandáže sú infúzie s nanočasticami striebra liečiť škrty rýchlejšie. ^[ 39 ] Vozne sú vyrábané snanomateriálmi , aby mohli potrebovať menej kovov a menej paliva na prevádzku v budúcnosti. ^[ 40 ] Videohry a osobných počítačov môže byť lacnejšie, rýchlejšie a obsahujú viac pamäte vďaka nanotechnológii. ^[ 41 ] Nanotechnológie môžu mať schopnosť existujúcich zdravotníckych aplikácií lacnejšie a jednoduchšie pre použitie v miestach, ako praktický lekárordináciu a doma. ^[ 42 ]

Národná nadácia pre vedu (hlavný distribútor pre výskum nanotechnológií v Spojených štátoch), financovaný výskumník David Berube k štúdiu odboru nanotechnológií. Jeho výsledky sú publikované v monografii Nano-Hype: pravdu o Nanotechnology Buzz. Táto štúdia k záveru, že väčšina toho, čo sa predáva ako "nanotechnológia" je v skutočnosti prepracovanie jednoduchej vedy o materiáloch, ktoré vedie k "nano priemysel postavený iba na predaj nanotrubice, nanodrôtiky, a podobne", ktorý "skončí s niekoľko dodávateľov predaj nízkou maržou v obrovských objemoch. "ďalšie aplikácie, ktoré vyžadujú skutočnú manipuláciu alebo usporiadanie prvkov nanoúrovni čakajú ďalší výskum. Hoci technológia značky s termínom" nano "sú niekedy trochu súvisí a zďaleka nedosahujú z najambicióznejších a transformačný technologické ciele druhu v molekulárnej výrobe návrhy, termín ešte implikuje takéto myšlienky. Podľa Berube, môže byť riziko, že "nano bubliny" vytvorí, alebo sa tvorí už od používania pojmu vedcov a podnikateľov zbierať finančné prostriedky, bez ohľadu na záujem o transformačnej možnosti ambicióznejší a prezieravé práce. ^[ 43 ]

Dôsledky

Center for Nanotechnology Zodpovedné upozorňuje na široké spoločenské dôsledky nie je možné nájsť zbrane hromadného ničenia, sieťové kamery pre použitie vládou, zbrane a vývoj dostatočne rýchlo, aby destabilizoval pretekom v zbrojení. ^[ 44 ]

Ďalšou oblasťou záujmu je skutočnosť, že priemyselnú výrobu a používanie nanomateriálov by na ľudské zdravie a životné prostredie, ako to navrhuje nanotoxikológia výskumu. Z týchto dôvodov, skupiny taký ako centrum pre zodpovedný Nanotechnology zastávajú názor, že nanotechnológie bude regulovaná vládou. Iní namietajú, že nadmerná regulácia by došlo k utlmeniu vedecký výskum a vývoj prospešné inovácie.

Niektoré nanočastice môžu mať výrobky nezamýšľané dôsledky . Výskumníci zistili, že bakteriostatické nanočastíc striebra v ponožkách používa na zníženie zápachu nôh sú vydané pri praní. ^[ 45 ]Tieto častice sú potom očervenela do prúdu odpadových vôd a môže zničiť baktérie, ktoré sú kritické komponenty prirodzených ekosystémov, farmy, a odpadov spracovanie. ^[ 46 ]

Verejné rokovanie o vnímanie rizika v USA a Veľkej Británii vykonáva Centrum nanotechnológií v spoločnosti zistili, že účastníci boli pozitívnejšie o nanotechnológiách na energetické využitie ako pre zdravie aplikácií, so zdravotnou aplikácie zvyšovanie morálne a etické dilemy, ako je cena a dostupnosť. ^[ 47 ]

Odborníkov, vrátane riaditeľa projektu Woodrow Wilson Center je pre vznikajúce nanotechnológie David Rejeski, majú svedectvo ^[ 48 ] , že úspešné obchodovanie je závislá na dostatočné kontroly, rizikové stratégie výskumu a zapojenia verejnosti. Berkeley, Kalifornia je v súčasnej dobe jediným mestom v Spojených štátoch reguláciu nanotechnológie, ^[ 49 ] Cambridge, Massachusetts v roku 2008 považovaná za normatívne podobný zákon, ^[ 50 ] , ale nakoniec odmietol. ^[ 51 ] Relevantné pre výskum a využitie nanotechnológií, poistiteľnosti je nanotechnológie sporné. ^[ 52 ] Bez štátnej Nariadenie nanotechnológie , je dostupnosť súkromného poistenia za prípadné škody, sa javí ako nevyhnutné, aby záťaž nie sú socializované implicitne.

Zdravia a životného prostredia

Vedci zistili, že krysy, keď vdýchol nanočastíc, častice sa usadil v mozgu a pľúc, čo viedlo k významnému nárastu biomarkery zápalu a stresovej reakcie ^[ 53 ] a že nanočastice vyvolať starnutie pleti vďaka oxidačného stresu v holých myší. ^{[ 54 ] [ 55 ]}

Dvojročné štúdium na škole UCLA zdravotníctva našiel laboratórnych myší náročné nano-oxidu titaničitého, ukázala DNA a poškodenia chromozómov do istej miery "spojená so všetkými zabíjajú človeka, a to rakovina, srdcové choroby, neurologické choroby a starnutie". ^[ 56 ]

Hlavnej štúdie publikovanej nedávno v Nature Nanotechnology navrhuje niektoré druhy uhlíkových nanotrubičiek - učebnicový príklad "nanotechnologické revolúcia" - môže byť rovnako nebezpečné akoazbest pri vdýchnutí v dostatočnom množstve. Anthony Seaton Ústavu pracovného lekárstva v Edinburghu, v Škótsku, ktorí sa podieľali na článok o uhlíkové nanotrubice, povedal: "Vieme, že niektoré z nich zrejme majú potenciál spôsobiť mezotelióm. Takže tie druhy materiálov, je potrebné zaobchádzať veľmi opatrne." ^[ 57 ] Ak nie je osobitný predpis nadchádzajúce od vlád, Paull a Lyons (2008) volali po vylúčení umelých nanočastíc v potravinách. ^[ 58 ] Správy novinový článok, že pracovníci v továrni farby k rozvoju závažných ochorení pľúc a nanočastice boli nájdený v ich pľúca. ^[ 59 ]

Regulácia

Výziev na prísnejšiu reguláciu nanotechnológie sa objavili spolu s rastúcou debatu týkajúce sa ľudského zdravia a bezpečnosti riziká nanotechnológií. ^[ 60 ] Tam je významná debata o tom, kto je zodpovedný za reguláciu nanotechnológie. Niektoré regulačné orgány v súčasnosti pokryť niektoré nanotechnologických produktov a procesov (do istej miery) - od "kotvenie na" Nanotechnológie doterajších predpisov. - Existujú jasné rozdiely v týchto režimoch ^[ 61 ] Davies (2008) navrhla regulačný plán opisujúci kroky, aby riešenie týchto nedostatkov. ^[ 62 ]

Zainteresovaných strán, ktorých chýba regulačný rámec pre hodnotenie a riadenie rizík spojených s uvoľnením nanočastíc a nanotrubice sú natiahnuté podobnosti s bovinnej spongiformnej encefalopatie ("šialených kráv" choroba), talidomid , geneticky modifikované potraviny, ^[ 63 ] jadrovej energie, reprodukčné technológie, biotechnológie a azbestóza . Dr Andrew Maynard, hlavný vedecký poradca projektu na Woodrow Wilson Center pre vznikajúce nanotechnológie, k záveru, že nie je dostatok finančných prostriedkov na ľudské zdravie a bezpečnosť výskumu, a preto v súčasnej dobe obmedzené chápanie ľudského zdravia a bezpečnosti riziká spojené s nanotechnológiou . ^[ 64 ] Ako výsledok, niektorí akademici volali po prísnejšie uplatňovanie zásady predbežnej opatrnosti , sa oneskorením súhlas na obchodovanie, lepšie značenie a ďalšie bezpečnostné požiadavky na vývoj vo vzťahu k určitým formám nanotechnológie. ^[ 65 ]

Kráľovskej spoločnosti za rok ^[ 6 ] identifikovaná rizika nanočastíc a nanorúrok bol prepustený pri nakladaní s nimi, likvidácie a recyklácie, a odporučil, aby "Výrobcovia výrobkov, ktoré spadajú do rozšírenej zodpovednosti výrobcu režimy, ako je na konci životnosti predpisov zverejniť postupy popisujúce, ako sa tieto materiály budú podarilo minimalizovať prípadné expozíciu ľudí a životného prostredia "(s. XIII). S ohľadom na úlohy pre zabezpečenie zodpovednej životného cyklu nariadenia, Inštitút pre výživu a poľnohospodárstvo normy navrhol, že normy pre nanotechnológie výskum a vývoj by mali byť začlenené v rámci spotrebiteľov, zamestnancov a životného prostredia. Oni tiež navrhnúť, aby mimovládne organizácie a ďalšie skupiny občanov hrať zmysluplnú úlohu vo vývoji týchto noriem.

Centrum nanotechnológií v spoločnosti sa zistilo, že ľudia reagujú rôzne na nanotechnológie založené na aplikácii - s účastníkmi verejnej rokovaní viac pozitívnej energie o nanotechnológiách, než zdravotné aplikácie -. naznačujú, že žiadne verejné výzvy k predpisom nano sa môže líšiť v závislosti na technologickom sektore ^[ 47 ]

Na­no­tech­no­ló­gie sú tech­no­lo­gic­ké me­tó­dy, kto­rým sa pred­po­ve­dá veľ­ká bu­dúc­nosť. Sú to tech­no­ló­gie, pri kto­rých do­chá­dza k zá­mer­nej ma­ni­pu­lá­cii hmo­ty na ato­már­nej, resp. mo­le­ku­lár­nej úrov­ni. Vý­sled­kom ta­kej­to ma­ni­pu­lá­cie sú kon­fi­gu­rá­cie, kto­rých naj­men­ší roz­mer sa po­hy­bu­je na úrov­ni na­no­me­trov, te­da mi­liardtín me­tra či­že mi­lión­tin mi­li­me­tra. Pres­nej­šie, ich zá­ujem sa sús­tre­ďu­je na štruk­tú­ry s roz­mer­mi od 0,1 nm až zhru­ba do 100 nm, te­da od roz­me­ru ató­mu až po ob­jek­ty veľ­ké ako ví­ru­sy. Na po­rov­na­nie: ľud­ský vlas je opro­ti tým­to štruk­tú­ram monštrum s prie­me­rom 80 000 nm a dĺžkou, kto­rá vý­raz­ne pre­sa­hu­je zá­ujem na­no­tech­no­ló­gií. 

Niek­to­ré de­fi­ní­cie sa opie­ra­jú naj­mä o spô­sob, ako sa k hmo­te pris­tu­pu­je, a ho­vo­ria, že na­no­tech­no­ló­gie sú tech­no­ló­gie, kto­ré sa za­obe­ra­jú stav­bou ma­kros­ko­pic­kých te­lies atóm po ató­me. To nám dá­va mož­nosť vy­tvá­rať no­vé che­mic­ké lát­ky, ma­te­riá­ly, mi­kros­tro­je a ďal­šie vý­rob­ky, kto­ré by sme inak ne­do­ká­za­li vy­ro­biť. Jed­no­du­chým prí­kla­dom, na kto­rom mož­no ilus­tro­vať po­ten­ciál na­no­tech­no­ló­gií, je roz­diel v dvoch prí­rod­ných pro­duk­toch, kto­rý­mi sú tu­ha a di­amant. Od­liš­ným us­po­ria­da­ním ató­mov uhlí­ka v pries­to­re vzni­ka­jú dva vý­raz­ne od­liš­né pro­duk­ty. Je­den z nich je čier­ny, mäk­ký a má níz­ku ce­nu, dru­hý je, na­opak, naj­tvr­dším ne­ras­tom a je­ho ce­na je ne­zried­ka ne­vy­čí­sli­teľ­ná. 

Dru­hý čas­to uvá­dza­ný prí­klad sú in­te­gro­va­né ob­vo­dy. Sú vy­ro­be­né na bá­ze kre­mí­ka a mi­ni­mál­ne­ho množ­stva prí­me­so­vých pr­vkov. Aký prie­past­ný je však roz­diel me­dzi mi­kro­pro­ce­so­rom vy­ko­ná­va­jú­cim stá­mi­lió­ny inštruk­cií za se­kun­du a kre­mí­kom ulo­že­ným v zr­nieč­kach pies­ku púš­tnych dún. Aj v tom­to prí­pa­de je roz­diel naj­mä v us­po­ria­da­ní ató­mov v pries­to­re. Aj keď tie­to dva prí­kla­dy nei­lus­tru­jú cel­kom to, čím sa na­no­tech­no­ló­gie za­obe­ra­jú, sú do­bré na uve­do­me­nie si to­ho, ako vý­znam­ne ov­plyv­ňu­je kva­li­tu hmo­ty pries­to­ro­vé us­po­ria­da­nie ató­mov. Na­no­tech­no­ló­gie sú ako tak­mer všet­ky sú­čas­né pro­gre­sív­ne ve­dy inter­dis­ci­pli­nár­ne. Za­sa­hu­jú tak do fy­zi­ky, ako aj chémie. Ro­zoz­ná­va­me na­no­fy­zi­ku, na­no­chémiu, na­noop­ti­ku, na­no­bio­ló­giu, na­no­me­cha­ni­ku, na­no­me­di­cí­nu atď. Po­hy­bu­jú sa na ta­kej úrov­ni stav­by hmo­ty, kde tre­ba brať do úva­hy fy­zi­kál­ne ja­vy, kto­ré v na­šom bež­nom „ma­kros­ko­pic­kom“ ži­vo­te nev­ní­ma­me, ako sú kvan­to­vé vlas­tnos­ti lá­tok. 

Pr­vou ob­las­ťou ma­so­vé­ho na­sa­de­nia mi­kro­sen­zo­rov vy­uží­va­jú­cich na­no­tech­no­ló­gie sa stal do­bre zná­my air­bag. Pr­vé air­ba­gy dis­po­no­va­li elek­tro­ni­kou a naj­mä sen­zor­mi, kto­ré bo­li ta­ké veľ­ké, že ne­bo­lo mož­né ich umies­tniť pria­mo do konštruk­cie air­ba­gu. Na­chá­dza­li sa pod ka­po­tou vo­zid­la za pred­nou mas­kou. V ta­kom­to us­po­ria­da­ní však ne­bo­lo mož­né de­te­go­vať ná­raz zbo­ku, a te­da sa ne­moh­li vy­užiť ani boč­né air­ba­gy. Na­no­tech­no­ló­gie umož­ni­li zmen­šiť sen­zo­ry až na de­sa­ti­nu ich pô­vod­nej veľ­kos­ti, vďa­ka čo­mu tvo­ria s air­ba­gom kom­pakt­ný ce­lok. Ot­vo­ri­la sa tak mož­nosť mon­to­vať air­ba­gy na ľu­bo­voľ­né mies­to v auto­mo­bi­le. 

V me­di­cí­ne sa na­prí­klad oča­ká­va mož­nosť za­ve­de­nia mi­kro­ro­bo­tov do ľud­ské­ho te­la. Tie by bo­li schop­né pu­to­vať kr­vou a iden­ti­fi­ko­vať jed­no­tli­vé štruk­tú­ry, či už ako pri­ná­le­žia­ce ľud­ské­mu te­lu, poš­ko­de­né ele­men­ty, ale­bo cu­dzie štruk­tú­ry. Na­no­ro­bo­ty by tak ma­li po­môcť imu­nit­né­mu sys­té­mu bo­jo­vať pro­ti ná­ka­ze, s kto­rou si ne­vie ra­dy, ale­bo opra­vo­vať poš­ko­de­né tka­ni­vá. Vý­znam­nou mie­rou by sa ma­li po­die­ľať aj na pro­duk­cii lie­čiv. 

Všeo­bec­ne dô­le­ži­tá je mož­nosť ná­vr­hu a reali­zá­cie sen­zo­rov. Veľ­mi per­spek­tív­na je ob­lasť sen­zo­rov ply­nov a je­do­va­tých lá­tok v sto­po­vých množ­stvách. Koz­mic­ký prie­my­sel si sľu­bu­je od na­no­tech­no­ló­gií na­prí­klad mi­kro­ro­bo­ty, kto­ré bu­dú neus­tá­le sle­do­vať povrch koz­mic­kých lo­dí a opra­vo­vať drob­né de­fek­ty vzni­ka­jú­ce po ná­ra­zoch mi­kro­me­teo­ri­tov. 

Na­no­rúr­ky
Me­dzi po­zo­ru­hod­né ob­las­ti vý­sku­mu v rám­ci na­no­tech­no­ló­gií pa­tria na­no­rúr­ky. Mno­hý­mi pa­ra­me­tra­mi pred­stih­nú kla­sic­ké ma­te­riá­ly sto-, nie­ke­dy aj ti­síc­ná­sob­ne. Sú sil­nej­šie ako oceľ, pri­tom pruž­né ako plast, ve­dú elek­tric­ký prúd lep­šie ako aký­koľ­vek iný ma­te­riál. Sľu­bu­jú ve­ľa pre­vrat­ných zmien vo via­ce­rých ob­las­tiach prie­mys­lu. Naj­jed­no­duch­šie si ich mož­no pred­sta­viť ako vrstvu štruk­tú­ry gra­fi­tu, kto­rá je skrú­te­ná do tva­ru rúr­ky. Na­no­rúr­ky mô­žu byť aj viac­sten­né, keď sa skla­da­jú z via­ce­rých zro­lo­va­ných vr­stiev gra­fi­tu, pri­čom tak­to us­po­ria­da­né na­no­rúr­ky ma­jú spo­loč­nú os. Vo viac­sten­ných je me­dzi jed­no­tli­vý­mi na­no­rúr­ka­mi veľ­mi níz­ke tre­nie. Je to veľ­mi vý­znam­ná ki­ne­tic­ká vlas­tnosť na­no­rú­rok, vy­uži­teľ­ná vo veľ­mi pres­ných lo­žis­kách na mo­le­ku­lo­vej úrov­ni, čo má veľ­ký vý­znam pri tvor­be extrém­ne ma­lých me­cha­niz­mov. 

V po­čia­toč­ných fá­zach vý­sku­mu bo­li sle­do­va­né uhlí­ko­vé na­no­rúr­ky, dnes, ho­ci uh­lík stá­le pre­va­žu­je, bo­li expe­ri­men­tál­ne vy­tvo­re­né aj z kre­mí­ka, zla­ta, strie­bra, me­di ale­bo z iných pr­vkov. 

Na­no­rúr­ky sa vy­zna­ču­jú nez­vy­čaj­nou pev­nos­ťou. Sú až sto­ná­sob­ne pev­nej­šie ako oceľ, pri­čom sú šes­ťná­sob­ne ľah­šie. Na po­rov­na­nie: ke­vlar, ma­te­riál pou­ží­va­ný pri konštruo­va­ní ne­pries­trel­ných viest ale­bo mem­brán re­pro­duk­to­rov, je iba päť­ná­sob­ne pev­nej­ší ako oceľ pri rov­na­kej hmot­nos­ti. Sú­čas­ne sú na­no­rúr­ky vy­ni­ka­jú­ci­mi vo­dič­mi elek­tric­ké­ho prú­du a tep­la. Pri vhod­nom che­mic­kom zlo­že­ní pros­tre­dia a dodr­ža­ní ďal­ších pod­mie­nok, ako je na­prí­klad vhod­ná kon­cen­trá­cia na­no­rú­rok, sú schop­né sa­moor­ga­ni­zo­va­nia sa do zlo­ži­tej­ších štruk­túr. Jed­novrstvo­vé na­no­rúr­ky sú schop­né sa­moopra­vo­va­nia. Chý­ba­jú­ci atóm uhlí­ka v štruk­tú­re je to­tiž na­hra­de­ný po­su­nom iných ató­mov tak, aby štruk­tú­ra na­no­rúr­ky zos­ta­la v per­fek­tnom sta­ve. 

Na­no­rúr­ky by sa moh­li stať sú­čas­ťou špe­ciál­nych textí­lií. Da­li by sa tak vy­užiť ich me­cha­nic­ké vlas­tnos­ti, naj­mä pev­nosť, ako aj elek­tric­ké vlas­tnos­ti, kto­ré po­mô­žu vo vy­tvo­re­ní tzv. in­te­li­gen­tných tka­nín. Pev­nosť na­no­rú­rok je vy­uži­teľ­ná v tka­ni­nách ur­če­ných pre ob­ran­ný prie­my­sel. Po­čí­ta sa s ich up­lat­ne­ním v ne­pries­trel­ných ves­tách, kde by moh­li na­hra­diť ke­vlar. Ved­com z Texas­kej uni­ver­zi­ty sa po­da­ri­lo vy­tvo­riť vlák­na na­no­rú­rok, kto­ré sú až 17-krát sil­nej­šie ako ke­vlar a do­kon­ca až 4-krát sil­nej­šie ako vlák­na pa­vu­čín. Po­čí­ta sa aj s tka­ni­na­mi chrá­nia­ci­mi pred účin­ka­mi vý­bu­chov.

 

Je­den z pro­blé­mov pri konštruo­va­ní e-textí­lií je ten, že vo­di­če, kto­ré mu­sia byť do nich vot­ka­né, sú me­cha­nic­ky na­má­ha­né a čas­to sa lá­mu, čím tka­ni­nu zne­hod­no­cu­jú. Na­no­rúr­ky po­nú­ka­jú v tej­to ob­las­ti vy­ni­ka­jú­ce rie­še­nie, pre­to­že ok­rem svo­jich elek­tric­kých vlas­tnos­tí dis­po­nu­jú aj po­treb­nou me­cha­nic­kou od­ol­nos­ťou. 

Elek­tro­nic­ké textí­lie by moh­li ob­sa­ho­vať sen­zo­ry a vo­di­če a ma­li by dať mož­nosť mo­ni­to­ro­vať tak stav pros­tre­dia, v kto­rom sa na­chá­dza­jú, ako aj zá­klad­né pa­ra­me­tre ľud­ské­ho te­la v prí­pa­de, ak z nich bu­de uši­tý od­ev. Tie­to vlas­tnos­ti by do­ká­za­la vy­užiť ar­má­da pri mo­ni­to­ro­va­ní sta­vu bo­jis­ka, ako aj zdra­vot­né­ho sta­vu vo­ja­kov. Ale to už je na úrov­ni fan­tá­zie... 

Všes­tran­nosť na­no­rú­rok mož­no do­ku­men­to­vať aj ich vy­uži­tím pri konštruo­va­ní ume­lé­ho sva­lu. Pri rov­na­kom prie­me­re ži­vých sva­lo­vých vlá­kien a na­no­rúr­ko­vých sva­lov preu­ká­za­li na­no­rúr­ky až sto­ná­sob­ne vy­ššiu si­lu sťa­hu. Ako z rí­še roz­prá­vok znie in­for­má­cia, že na­no­rúr­ky by sa moh­li pou­žiť ako mi­nia­túr­ne skú­mav­ky. Na­no­rúr­ka, kto­rá je na jed­nom svo­jom kon­ci uza­vre­tá po­lo­vi­cou mo­le­ku­ly fu­le­ré­nu, má to­tiž pres­ne ta­ký­to tvar. Na­nos­kú­mav­ka by sa moh­la vy­užiť na skú­ma­nie reak­cií mo­le­kúl, pri­čom skú­mav­ka je vo vzťa­hu k nim iner­tná a jej ka­pa­ci­ta do­vo­ľu­je vzá­jom­nú reak­ciu iba nie­koľ­kých mo­le­kúl. Na­no­rúr­ky by moh­li slú­žiť aj ako ih­ly pre na­noin­jek­čné strie­kač­ky, schop­né pre­pich­núť bun­ko­vú ste­nu a do­pra­viť do bun­ky pres­ne de­fi­no­va­né množ­stvá lie­kov. 

Na­no­rúr­ky umož­ňu­jú spev­niť niek­to­ré kla­sic­ké ma­te­riá­ly a vy­ba­viť vo­di­vos­ťou lát­ky, o kto­rých by to nik­to ne­pred­po­kla­dal. Mož­no ich vy­užiť na spev­ne­nie plas­tov pou­ží­va­ných pri vý­ro­be auto­mo­bi­lov, a to až do ta­kej mie­ry, že v bu­dúc­nos­ti by sa zrej­me da­li skonštruo­vať auto­mo­bi­ly, kto­rých ka­ro­sé­ria by sa ne­ma­la zde­for­mo­vať pri ná­ra­zoch ani v prí­pa­de, ak bu­dú rých­los­ti auto­mo­bi­lov extrém­ne. Na­no­rúr­ky, kto­ré by sa ma­li stať sú­čas­ťou špe­ciál­nych ná­te­rov, by umož­ni­li uk­ryť pred ra­dar­mi lie­tad­lá ale­bo lo­de. Chémia ich mô­že vy­užiť aj ako zá­sob­ní­ky vo­dí­ka, udr­žia 5 – 10 hmot­nos­tných per­cent toh­to pr­vku.

Na­no­kryš­ta­lic­ký a mi­kro­kryš­ta­lic­ký di­amant na kre­mí­ko­vom substrá­te, kto­rý je ak­tív­nou vrstvou v sen­zo­ric­kých sys­té­moch na de­tek­ciu ťaž­kých ko­vov, DNA, bu­niek a pod.

Časť sie­te vy­tvo­re­nej na­no­rúr­ka­mi a pri­ro­dze­né na­no­rúr­ko­vé spo­je vy­tvo­re­né me­dzi čas­ti­ca­mi ka­ta­ly­zá­to­ra že­le­zi­té­ho zeo­li­tu. Je to vý­ni­moč­ný jav kon­tak­to­va­nia na úrov­ni na­noš­truk­túr.

Od­vrá­te­ná tvár 
Pre ve­ľa lai­kov sú na­no­ma­te­riá­ly a na­no­tech­no­ló­gie vďa­ka rôz­nym for­mám sci-fi opra­de­né rúš­kom ta­jom­stva a vy­vo­lá­va­jú pri­ro­dze­ný strach z nez­ná­me­ho. Žiaľ, mno­hé z obáv spo­je­ných s ma­ni­pu­lá­cia­mi na mo­le­ku­lár­nej úrov­ni vô­bec nie sú ne­po­dlo­že­né. Zbra­ne, kto­ré do­ká­žu pra­co­vať na úrov­ni ató­mov, sa mô­žu stať ove­ľa ni­či­vej­ší­mi a hlav­ne dos­tup­nej­ší­mi ako dnes zná­me for­my. Po­pu­lár­ne prí­kla­dy sú me­dziiným ume­lý hmyz ne­sú­ci smr­teľ­nú dáv­ku je­du, mi­kros­ko­pic­ké po­čí­ta­če či ma­te­riá­ly ne­za­chy­ti­teľ­né ra­da­rom. Na roz­diel od ja­dro­vých zbra­ní sú tie na­no­tech­no­lo­gic­ké ove­ľa ťaž­šie kon­tro­lo­va­teľ­né, jed­no­duch­šie a lac­nej­šie na vý­ro­bu a efek­tív­nej­šie pro­ti vy­bra­né­mu cie­ľu. Oso­bit­ná ka­te­gó­ria sú obá­va­né sa­mo­re­pli­ku­jú­ce sa sys­té­my, kto­ré ma­jú po vy­mknu­tí sa spod kon­tro­ly veľ­ký po­ten­ciál pá­chať ško­dy. Do­siaľ ne­vie­me, aké zdra­vot­né pro­blé­my mô­žu na­no­tech­no­ló­gie pri­niesť. Pr­vé po­ku­sy v tom­to sme­re uká­za­li, že opatr­nosť je na­mies­te. Pod­ľa vý­sled­kov jed­né­ho z vý­sku­mov na­prí­klad fu­le­ré­ny, na­no­tech­no­lo­gic­ky pro­du­ko­va­né ma­kro­mo­le­ku­ly, do­ká­žu už v ma­lej kon­cen­trá­cii poš­ko­dzo­vať mo­zog ry­bi­čiek a za­prí­či­niť vy­mie­ra­nie ty­pic­kých or­ga­niz­mov vod­né­ho pros­tre­dia, ako sú na­prí­klad daf­nie. Tie­to vý­sku­my preu­ká­za­li poš­ko­de­nie moz­gu 17-ná­sob­ne väč­šie ako v prí­pa­de ry­bi­čiek ži­jú­cich v čis­tom pros­tre­dí. 

Ne­bez­pe­čen­stvo spo­čí­va aj v pro­duk­cii veľ­ké­ho množ­stva mi­kro­za­ria­de­ní, kto­ré roz­prá­ši­me do pros­tre­dia. Tie ne­bu­dú ro­zlo­ži­teľ­né mož­no až po dl­hé stá­ro­čia a pri­tom kon­cen­trá­cia tých­to čas­tíc v prí­ro­de sa bu­de zvy­šo­vať a mô­že spô­so­biť váž­ne eko­lo­gic­ké pro­blé­my. To­to nie sú iba ku­vi­čie hla­sy, do­ka­zu­je to aj váž­nosť, s akou v tom­to sme­re pris­tu­pu­jú k na­no­tech­no­ló­giám vlá­dy jed­no­tli­vých štá­tov, pri­čom sa sna­žia re­gu­lo­vať ich pou­ží­va­nie už v po­čia­toč­ných fá­zach roz­ma­chu. Kon­tro­lu po­ža­du­jú aj ved­ci za­obe­ra­jú­ci sa ich vý­vo­jom. Zdra­vot­né ri­zi­ká na­prí­klad pri­nú­ti­li or­ga­ni­zá­cie za­obe­ra­jú­ce sa kon­tro­lou po­tra­vín a lie­čiv k to­mu, aby zva­žo­va­li, či ne­zahr­nú pod svo­ju kon­tro­lu vy­uži­tie kaž­dej mo­le­ku­ly, kto­rá vzí­de z na­no­tech­no­lo­gic­ké­ho vý­sku­mu. 

Ba­té­rie z pa­pie­ra 
Ved­com zo Stan­for­dskej uni­ver­zi­ty v Ka­li­for­nii sa po­da­ri­lo vy­užiť na­no­tech­no­ló­giu na vy­tvo­re­nie veľ­mi ľah­kej a ohyb­nej ba­té­rie z pa­pie­ra. Vý­skum­ný tím ba­té­riu vy­tvo­ril po­kry­tím ku­sa pa­pie­ra atra­men­tom vy­ro­be­ným z uhlí­ko­vých na­no­rú­rok a strie­bor­ných na­no­vlá­kien. Pa­pie­ro­vá ba­té­ria je na­vr­hnu­tá tak, že na­priek jej ohý­ba­niu, stlá­ča­niu či do­kon­ca na­má­ča­niu do ky­slé­ho roz­to­ku je stá­le za­is­te­ná jej pl­ná fun­kčnosť. Pod­ľa uni­ver­zit­ných vý­sku­mov je pa­pie­ro­vý su­per­kon­den­zá­tor schop­ný vy­dr­žať až 40-ti­síc na­bí­ja­cích a vy­bí­ja­cích cy­klov, te­da ove­ľa viac, ako je to pri lí­tio­vých ba­té­riách. 

Ko­niec che­mo­te­ra­pie? 
Na­no­čas­ti­ce, kto­ré na­vr­hol prof. J. Ma­nuel Pe­rez a je­ho ko­le­go­via na Uni­ver­si­ty of Cen­tral Flo­ri­da, by moh­li jed­né­ho dňa náj­sť a ni­čiť ná­do­ry, čo by pa­cien­tov oslo­bo­di­lo od toxic­kej che­mo­te­ra­pie ce­lé­ho te­la. Pe­rez a je­ho tím pou­ži­li pri vý­sku­me bun­ko­vých kul­túr liek na­zý­va­ný Taxol, pre­to­že je to je­den z naj­čas­tej­šie pou­ží­va­ných prí­prav­kov che­mo­te­ra­pie. Taxol má bež­ne množ­stvo ne­žia­du­cich účin­kov, pre­to­že v te­le ok­rem ra­ko­vi­no­vých bu­niek ni­čí aj zdra­vé tka­ni­vá. Na­no­čas­ti­ce ne­sú­ce Taxol, kto­ré na­vrh­li v Pe­re­zo­vom la­bo­ra­tó­riu, sú mo­di­fi­ko­va­né tak, že do­da­jú liek len do chorej bun­ky, čo do­vo­ľu­je lie­čiť ra­ko­vi­nu bez poš­ko­de­nia zdra­vých čas­tí te­la. 

Pre­to­že na­no­čas­ti­ce ne­sú aj fluores­cen­čné far­bi­vo a mag­ne­tic­ké ja­dro z oxidov že­le­za, ich po­zí­ciu v te­le mož­no po­zo­ro­vať po­mo­cou mag­ne­tic­kej re­zo­nan­cie a op­tic­ké­ho sním­ko­va­nia. Le­ká­rom to do­vo­ľu­je sle­do­vať reak­cie ná­do­ru na lieč­bu. Na­no­čas­ti­ce sa mô­žu vy­ro­biť aj bez lie­ku a pou­žiť ako kon­tras­tné lát­ky na vy­zna­če­nie ra­ko­vi­no­vých bu­niek. Ke­by sa ra­ko­vi­na v te­le ne­na­chá­dza­la, bi­ode­gra­to­va­teľ­né čas­ti­ce by sa ne­na­via­za­li na tka­ni­vo a bo­li by zni­če­né v pe­če­ni. Ich že­lez­né ja­dro bu­de po­tom spra­co­va­né ako bež­né že­le­zo v ľud­skom te­le. Ra­ko­vi­no­vé bun­ky ná­do­ru sa pri­po­ja na na­no­čas­ti­ce po­mo­cou bun­ko­vých re­cep­to­rov, kto­ré po­va­žu­je­me za „brá­nu“ ale­bo „prís­tav“. Na­no­čas­ti­ce voj­dú do bun­ky a uvoľ­nia svoj ná­klad oxidu že­le­za, fluores­cen­čné­ho far­bi­va a lie­kov, čo do­vo­lí na­raz aj sle­do­va­nie, aj lieč­bu. 

Brit­skí ved­ci z Uni­ver­si­ty Colle­ge Lon­don za­se vy­vi­nu­li spô­sob, ako po­mo­cou na­no­tech­no­ló­gií zo­hriať a za­biť ra­ko­vi­no­vé bun­ky bez to­ho, aby sa poš­ko­di­li oko­li­té zdra­vé bun­ky. Mi­nia­túr­ne mag­ne­ty sa mô­žu pri­pev­niť k proti­lát­kam vy­hľa­dá­va­jú­cim ra­ko­vi­nu ale­bo vstrek­núť do kme­ňo­vých bu­niek, kto­ré ich do­pra­via pria­mo k ná­do­rom. Tam zo­hre­jú ra­ko­vi­no­vé bun­ky o 5 až 6 stup­ňov Cel­zia nad te­les­nú te­plo­tu a tým spô­so­bia ich usmr­te­nie. Oko­li­té zdra­vé bun­ky mag­net ne­za­siah­ne. Od­bor­ní­ci mo­men­tál­ne tes­tu­jú tú­to tech­no­ló­giu na zvie­ra­tách a pred­po­kla­da­jú, že do praxe by sa moh­la dos­tať naj­skôr o de­sať ro­kov. 

Spo­je­nie bi­olo­gic­ké­ho a ume­lé­ho 
Ved­ci z ka­li­for­nské­ho in­šti­tú­tu Lawren­ce Li­ver­mo­re Na­tio­nal La­bo­ra­to­ry oz­ná­mi­li, že zmie­ša­ním bi­olo­gic­ké­ho a ume­lé­ho ma­te­riá­lu ús­peš­ne vy­tvo­ri­li no­vú hy­brid­nú plat­for­mu. Tá im umož­ní vy­tvo­riť pro­to­typ to­ho, čo na­zý­va­jú bi­ona­noe­lek­tro­nic­ké za­ria­de­nia. Plat­for­ma je za­lo­že­ná na na­no­vo­di­čoch oba­le­ných vrstvou li­pi­du, kto­rý je zá­klad­nou zlož­kou štruk­tú­ry ži­vých bu­niek. Skom­bi­no­va­ním na­no­vo­di­čov s li­pid­mi sa vý­sled­ná plat­for­ma stá­va kom­plexnej­šou, čo umož­ňu­je hy­brid­né­mu ma­te­riá­lu pre­ná­šať sig­ná­ly ove­ľa rých­lej­šie, ako je to te­raz pri naj­vý­kon­nej­ších po­čí­ta­čoch. 

Na spo­je­ní po­čí­ta­ča a elek­tro­nic­kých tech­no­ló­gií s bi­olo­gic­kým ma­te­riá­lom pra­cu­jú už dl­hší čas aj ďal­šie ve­dec­ké tí­my. Na­prí­klad vý­skum­ní­ci z Mas­sa­chu­set­tské­ho tech­no­lo­gic­ké­ho in­šti­tú­tu (MIT) na jar toh­to ro­ka oz­ná­mi­li, že sa im po­da­ri­lo skom­bi­no­vať na­no­tech­no­ló­giu s ge­ne­tic­ky upra­ve­ným ví­ru­som. Vďa­ka to­mu bu­de mož­né vy­rá­bať vy­so­ko­vý­kon­né ba­té­rie, kto­ré bu­dú schop­né do­dá­vať ener­giu tak pre hy­brid­né vo­zid­lá, ako aj pre oby­čaj­né mo­bil­né te­le­fó­ny. 

Ví­ru­sy, kto­ré in­fi­ku­jú bak­té­rie, ale pre člo­ve­ka sú neš­kod­né, v lí­tio­vo-ióno­vej ba­té­rii vy­tvá­ra­jú po­zi­tív­ne a ne­ga­tív­ne na­bi­té kon­ce, tzv. anó­du a ka­tó­du. Pod­ľa MIT sú ich ba­té­rie schop­né po­núk­nuť rov­na­kú ka­pa­ci­tu a vý­kon­nosť ako naj­mo­der­nej­šie na­bí­ja­cie aku­mu­lá­to­ry. Na kon­ci ro­ku 2007 za­se ved­ci z ari­zon­skej uni­ver­zi­ty v Tuc­so­ne ús­peš­ne pre­po­ji­li mo­lí mo­zog s elek­tro­ni­kou, vďa­ka čo­mu bo­li schop­ní ovlá­dať ro­bo­ta na ko­lies­kach, vy­so­ké­ho 12 pal­cov. Do­cent Charles Hig­gins vte­dy pred­po­ve­dal, že hy­brid­né po­čí­ta­če pra­cu­jú­ce v kom­bi­ná­cii s or­ga­nic­ký­mi tka­ni­va­mi bu­dú k dis­po­zí­cii v ho­ri­zon­te 10 až 15 ro­kov. V ja­nuá­ri mi­nu­lé­ho ro­ka po­tom na ús­pech ved­cov z Tuc­so­nu na­dvia­za­li v spo­loč­nom pro­jek­te vý­skum­ní­ci z USA a Ja­pon­ska, kto­rým sa po­da­ri­lo vy­užiť opi­čiu moz­go­vú čin­nosť na kon­tro­lu hu­ma­noid­né­ho ro­bo­ta. 

No­vý typ ume­lých te­pien
No­vý druh ume­lých te­pien umož­ňu­je na­hra­diť poš­ko­de­né ven­co­vé sr­dco­vé tep­ny a tep­ny v dol­ných kon­ča­ti­nách, čím by sa vý­raz­ne zní­žil po­čet am­pu­tá­cií nôh a sr­dco­vých in­far­ktov. 

Ved­ci z lon­dýn­skej Royal Free Hos­pi­tal vy­vi­nu­li po­mo­cou na­no­tech­no­ló­gií z po­ly­mé­rov ná­hrad­nú ar­té­riu, pri­čom ma­te­riál má schop­nosť na­po­dob­ňo­vať pri­ro­dze­né pul­zo­va­nie ľud­ských ciev a je od­ol­ný pro­ti vy­tvá­ra­niu kr­vných zra­ze­nín. No­vá ar­té­ria je pev­ná, ohyb­ná a pul­zu­je v rov­na­kom ryt­me ako sr­dce. V sú­čas­nos­ti sa pou­ží­va­jú buď plas­to­vé ná­hrad­né cie­vy, kto­ré však nie sú príl­iš vhod­né pri transplan­to­va­ní men­ších ciev, ale­bo pria­mo ži­ly z nôh pa­cien­tov. Množ­stvo ľu­dí však ne­má vhod­né ži­ly na transplan­tá­ciu, čím sa zvy­šu­je ri­zi­ko am­pu­tá­cií ale­bo in­far­ktu.

Širokým radom výskumných oblastí, ako je biológia, chémia, fyziky a inžinierstva, nanotechnológie je jednoznačne interdisciplinárny charakter. Spoločným faktorom v oblasti nanotechnológií je postranný dimenzie skúmaných štruktúr. Definované ako materiály sú v národných komponenty, 1000000000. (10-9) v rozsahu metra, nanotechnológie výskum a vývoj sa opiera o presné meranie atómovej a molekulárnej štruktúry, do vzdialenosti od polovodičových zariadení na nano-prášky. Vzhľadom k tomu, rozmery vlnových dĺžkach röntgenového žiarenia majú rovnakú veľkosť ako veľkosť nanoštruktúr, röntgenové difrakcia (XRD) a súvisiace techniky sú základné nástroje pre nanotechnológie výskumného pracovníka. X-ray reflektometrie (XRR) určuje hrúbka vrstvy, drsnosťou a hustotu. S vysokým rozlíšením X-ray difrakcia možno merať hrúbku vrstvy, drsnosť, chemické zloženie, rozostupom mreže, relaxácie a ďalšie. X-ray difúzny rozptyl sa používa na stanovenie bočné a priečne korelácia, deformácie, hustota a pórovitosť. V rovine dopadu zdobiť difrakcia sa používa k štúdiu bočné korelácia najtenších organických a anorganických vrstiev, rovnako ako hĺbka profilu. Konečne, malý uhol rozptylu X-ray (SAXS) určiť veľkosť, tvar, distribúciu, zameranie, a korelácia nano-

 

 ZDROJ WIKIPEDIA A RôZNE INTERNETOVE Stranky 

Zdroj a tiež Vydavateľ: EURÓPSKA KOMISIA