ЧТО ТАКОЕ БИОТЕХНОЛОГИИ

Шестерни молекулярного размера на основе нанотрубок

Нанотехноло́гия — область фундаментальной и прикладной науки и техники, включающая теоретическое обоснование, практические методы исследования, анализа и синтеза, а также методы производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.

Нанобиотехнология (англ. ) — область науки на стыке биологии и нанотехнологии, которая охватывает широкий круг технологических подходов, включая: применение нанотехнологических устройств и наноматериалов в биотехнологии; использование биологических молекул для нанотехнологических целей; создание биотехнологических продуктов, свойства которых определяются размерными характеристиками (для объектов, размер которых лежит в диапазоне 1–100 нм); использование биотехнологических подходов, в основе которых лежит принцип контролируемой самоорганизации наноструктур.

Новые технологии наномасштабных материалов и устройств значительно расширяют возможности в области биологии. Бионанотехнология открывает перед учеными исключительные возможности для создания и разработки новых лекарств, диагностических инструментов и методов лечения. Наночастицы способны проникать в ткани и клетки организма, что открывает новые горизонты в изучении болезней и возможности лечения.

Бионанотехнология: революционные изменения в биологииНаночастицы и биология: как бионанотехнология расширяет возможности наукиИспользование бионанотехнологии в медицине: открытия и перспективы

«Бионанотехнология — новая эра в биологии, которая позволяет ученым изучать и изменять биологические системы на масштабе нанометров.» — Джеральд Шторм, профессор биофизики.

Нанотехнология – это создание и использование устройств, материалов и технических систем, принцип работы которых определяется наноструктурой, то есть упорядоченными частицами размером от 1 до 100 нм.

Наночастица — аморфная или полукристаллическая структура, имеющая хотя бы один характерный размер в диапазоне 1-100 нм.

В настоящее время термин «наночастица» остается предметом дискуссии относительно определения диапазона размеров и наличия размерных свойств частиц.

Согласно международной классификации (IUPAC) предельный размер наночастиц – 100 нм, хотя это формальный критерий. Понятие наночастиц связано не с их размером, а с проявлением у них в этом размерном диапазоне новых свойств, отличных от свойств объемной фазы того же материала. Частицы размером 1 – 5 нм содержат около 1000 атомов, диапазон частиц 5 – 100 нм включает в зависимости от типа вещества 103 – 108 атомов.

Нанотехнология — совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба;

Наноматериалы — материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми свойствами.

Фуллерены — углеродные кластеры с чётным, более 20, количеством атомов углерода, образующих три связи друг с другом. Атомы в молекулах фуллеренов расположены на поверхности сферы или сфероида в вершинах гексагонов и пентагонов. Фуллерены с количеством атомов более 70 (например, C76, C78, C84) называют высшими фуллеренами.

Нанотрубка — протяженная цилиндрическая структура диаметром от одного до нескольких десятков нанометров. Известны различные типы нанотрубок, из которых наиболее распространенным являются углеродные нанотрубки: одно- и многостенные, состоящие из одной или нескольких гексагональных графитовых (графеновых) плоскостей, свернутых в кольцо. Углеродные нанотрубки были открыты в 1991 году. Современные технологии позволяют получать нанотрубки длиной до нескольких сантиметров.

Бионанотехнология это раздел нанотехнологии, её часть, реализующая необходимые атомные перестройки, используя принципы, методы и способы, подсказанные биологией. Бионанотехнология также родственна биотехнологии, поскольку она дает возможность модифицировать на атомном уровне синтезируемые биотехнологические объекты.

Бионаномашины создаются для четко определенных задач по пространственному перемещению определенных атомов или групп атомов и, в идеале, обладают запрограммированными свойствами, контролирующими качество выполненной задачи.

Специфика бионаномашин. Когда вы читаете текст около десятки тысяч различных наномашин работают в вашем теле. Каждая из этих наномашин собрана безошибочно с атомной точностью. Тело человека возможно наиболее сложный механизм во вселенной, причем абсолютное большинство процессов и действий происходит в нем на наноуровне. Идеальная кооперация этих наномашин обеспечивает все процессы жизнедеятельности – питание и дыхание, рост и залечивание повреждений, восприятие внешних сигналов и реакцию на них, энергетическую самодостаточность и размножение. Примечательно, что многие из этих наномашин продолжают нормально работать, осуществляя свои наноатомные функции, если   их изъять из организма, и его клеток. Каждая и них является самодостаточным молекулярным механизмом. Эти наномашины уже используются человеком. Такие пищеварительные ферменты как пепсинил и лизозим (ются имеющимся на рынке набором наномашин, которые манипулируютДНК – разрезают, сшивают, удаляют и вставляю тфрагменты и т. д.). Как правило, природные бионаномашины удивительно прочные и надежные. Природные бионаномашины во многом отличаются от машин привычного нам макромира. Природные бионаномашины были созданы в результате эволюции, а не врезультате работы конструкторов, инженеров и дизайнеров, а это наложило необычные ограничения на процесс эволюционной «разработки» и форму конечного «продукта» – бионаномашину. Природные бионаномашины в теперешнем виде были созданы эволюцией для выполнения своих задач в чрезвычайно специфической окружающей среде, в условиях активного действия особых, необычных для нашего макромира, сил со стороны этого окружения. Необходимо помнить об этих особенностях и исследуя принципы устройства и функционирования природных бионаномашин, и пытаясь использовать природные бионаномашины в качестве прототипа, отправной точки, при конструировании собственныхи скусственных био-наномашин в конкретной области применения бионанотехнологии. Принципы и подходы в «машиностроении» в естественных биологических системах существенно отличаются от всего, что характерно для машиностроительных технологий инженерного макромира человека. Природные биомолекулы имеют невероятно сложную внешнюю поверхность, совершенно непохожую на изящные обводы кухонных комбайнов или тепловозов. Они работают в активном, если не сказать, агрессивном, внешнем окружении, которое постоянно раскачивает, тянет и толкает части биона-номашин.

Нанобиотехнология – это междисциплинарный научно-технический комплекс знаний, основанный на средствах и методах биотехнологии и нанотехнологии, занимающийся изучением и воздействием объектов нанодиапазона на биологические объекты с целью создания и производства полезных для человека продуктов, технологий и процессов.

Механосинтез. Поначалу предполагалось, что молекулярная нанотехнология может использовать привычные для человека методики: брать атом за атомом и «прижимать» эти атомы к нужным местам молекулы так, чтобы образовывались нужные химические связи. Такой механосинтез, требует, однако, сначала создать ассемблеры. Ассемблером называется наноразмерный механизм, который и должен собирать объекты атом за атомом согласно некоторой программе. Если бы удалось создать такие ассемблеры, то (поскольку эти ассемблеры могли бы строить самих себя) предполагалось очень быстрое дальнейшее внедрение нанотехнологий во все сферы промышленности.

Однако, ассемблеры, основанные на таком «механосинтезе», пока ещё не реализованы.

Наноассемблеры в биосфере. В тоже время, биологические клетки располагают огромным множеством наномашин и использование как самих этих наномашин, так и отточенных тысячелетиями эволюции принципов их функционирования, другими словами, использование биологических систем для нанотехнологических применений, бионанотехнологии – это, возможно, наиболее реальный путь развития нанотехнологий в настоящее время. Модифицируя биологические наномашины клетки или создавая на их основе новые наномашины, мы можем видоизменять функции этих машин, подстраиваясь под нужды конкретных технологий. И по мере того, как человек изучает все глубже устройство и принципы функционирования биологических систем клетки, растет и число применений бионанотехнологии. Бионанотехнология отличается от биотехнологии тем, что в бионанотехнологии обязательным элементом является инженерное конструирование и сбор необходимых «конструкций» на наноуровне, а в биотехнологии не является необходимой информация об устройстве и функционировании используемых наномашин, а также отсутствует этап конструкторского дизайна биотехнологических «инструментов». Биотехнолог просто использует уже готовые биосистемы либо селектирует нужное качество, незанимаясь целенаправленной перестройкой нанообъектов на атомарно-молекулярномуровне. Современная биотехнология (ту, которую принятоназывать молекулярной биотехнологией) возникла из исследования ферментативных процессов, самих природных ферментов, их структуры, функций, из попыток улучшить параметры ферментов, изменить их структуру.  Все это привело к появлению инженерной энзимологии, а приемы модификации структуры ферментов вследствие изменения структуры генов были вдальнейшем использованы для модификации уже  и целого ор-ганизма вцелом. При этом знание детальных, атомных, подробностей строения как генов, так и кодируемых ими белков, не было нужным. Просто комбинировались уже существовавшие функции и особенности для достижения технологической цели. В настоящее время достигнут уже такой уровень совершенства аппаратуры и степени понимания происходящих процессов, что биотехнологи могут придумать биомашину, спроектировать её, а затем построить её (вырастить) атом за атомом согласно этому предварительном уплану.

В настоящее время нанобиотехнология имеет три сформировавшихся направления, развитие которых сейчас идет усиленным темпом. Это:

С развитием нанобиотехнологии тесно связано качественно новое направление медицинской науки – молекулярная наномедицина. Основные исследования этой области заключаются в изучении и создании следующего: лабораторий на чипе, адресной доставки лекарств к пораженным клеткам, новых бактерицидных и противовирусных средств и диагностики заболеваний с помощью квантовых точек.

Развитие наномедицины тесно связано с революционными достижениями геномики и протеомики, которые позволили ученым приблизиться к пониманию молекулярных основ болезней.

Успехи последних лет в описании функционирования генома человека, молекулярных механизмов клеточных процессов обеспечивают основу для существенного повышения информативности медицинской диагностики. Вместо контроля немногих соединений, традиционно трактуемых как характерные маркеры для той или иной болезни, становится возможным получать надежные и информативные сведения о функционировании организма и развитии патологического процесса на основании комплексного учета уровня значительного числа соединений, тем или иным образом связанных с патологическим процессом

Следующая отрасль наномедицины позволит в скором времени осуществлять бесперебойную доставку лекарств внутри организма в необходимом направлении без потерь транспортируемого агента. В настоящее время именно адресная доставка лекарств из всех направлений наномедицины развивается наибольшими темпами.

Создание бактерицидных и противовирусных средств на основе нанобиотехнологий и их использование в медицине позволит создать принципиально новые лекарственные средства на основе наночастиц различного происхождения. Уже сейчас многочисленные научные коллективы всего мира работают над изучением и разработкой различных универсальных платформ по созданию различных видов лекарств и вакцин

Следующим важнейшим направлением нанобиотехнологии является биомиметика. Живая клетка использует ДНК, РНК и большое количество белков, чтобы строить клеточные структуры нанометровых размеров. Именно этим свойством живых клеток пользуются биомиметические нанобиотехнологии при создании искусственных наномашин и наноконструкций. Сегодня данная область нанобиотеха находится в зачаточном состоянии, но ее развитие существенно ускорит создание таких конструкций. Как и наномедицина, биомиметика также имеет четыре сформировавшихся направления развития, это: создание наноконструкций из белка, использование в конструировании молекул ДНК и РНК и работа с вирусами при создании наномеханизмов.

Третье направление нанобиотехнологии – разработка методов и способов привнесения искусственных наноразмерных частиц, различных материалов и интерфейсов в живые системы. Данная область нанобиотеха являет собой разработку различных технологий и транспортных средств, которые будут доставляться посредством этих технологий в необходимое место живого организма, а в будущем, возможно, и в различные места неорганического мира.

Уже сейчас мировая научная общественность имеет практические результаты исследований в данных направлениях нанобиотехнологии, которые представлены такими прикладными средствами, как нанолекарства, биосенсоры, наноэмульсии различных биологических жидкостей и т.д.

Помимо этого, разными научными коллективами в мире ведется активная работа в области исследования бактерий и нанобактерий, как потенциальных «умных» транспортных систем, которые могли бы служить своеобразным транспортом при доставке различных веществ нанометрового масштаба в необходимые места живого организма или, в будущем, и в различные места неорганического мира.

Отношение общества к нанотехнологиям

Прогресс в области нанотехнологий вызвал определённый общественный резонанс.

Реакция мирового сообщества на развитие нанотехнологий

Затем о необходимости развития нанотехнологий заявляет ряд российских общественных организаций.

Нанотехнологии в искусстве

В современном искусстве возникло новое направление «наноарт» (наноискусство) — вид искусства, связанный с созданием художником скульптур (композиций) микро- и нано-размеров (10−6 и 10−9 м, соответственно) под действием химических или физических процессов обработки материалов, фотографированием полученных нано-образов с помощью электронного микроскопа и обработкой черно-белых фотографий в графическом редакторе.

В широко известном произведении русского писателя Н. Лескова «Левша» (1881 год) есть любопытный фрагмент:

Если бы, — говорит, — был лучше мелкоскоп, который в пять миллионов увеличивает, так вы изволили бы, — говорит, — увидать, что на каждой подковинке мастерово имя выставлено: какой русский мастер ту подковку делалН. Лесков «Левша»

Использование бионанотехнологии в медицине

Использование бионанотехнологии в медицине может привести к значительному улучшению здравоохранения. Например, наночастицы могут использоваться для доставки лекарственных препаратов в нужное место, что уменьшает побочные эффекты и увеличивает эффективность лечения.

Бионанотехнология также может применяться для создания биосенсоров, которые могут обнаруживать болезни в ранней стадии и следить за их прогрессией. Это может уменьшить количество смертных случаев от рака и других болезней.

Однако, применение бионанотехнологии также вызывает опасения. Например, наночастицы могут накапливаться в организме и вызывать негативные эффекты на здоровье. Поэтому необходимо проводить дополнительные исследования и контролировать использование бионанотехнологии в медицине.

Бионанотехнология представляет собой революционное направление в биологии, которое открывает новые возможности для лечения болезней и изучения биологических процессов. Использование наночастиц и наноматериалов может привести к значительному улучшению здравоохранения, но также существуют опасности, которые необходимо учитывать. Будущее бионанотехнологии сулит множество открытий и перспектив, и является одним из самых интересных и перспективных направлений в науке. Если у вас есть мысли или предложения по теме бионанотехнологии, оставьте их в комментариях.

Как бионанотехнология расширяет возможности науки

Наночастицы, созданные с помощью бионанотехнологии, имеют размеры от 1 до 100 нанометров. Это позволяет им проникать в ткани и клетки, облегчая их доставку в нужное место. Например, наночастицы могут использоваться для доставки генов или белков в клетки, что открывает новые возможности для исследования биологических процессов.

Бионанотехнология также может применяться для создания искусственных тканей, которые могут использоваться в медицине. Например, искусственные кровеносные сосуды и кожа уже используются в практике, а исследования находятся в процессе создания искусственных органов.

Наночастицы также могут использоваться для изучения биологических процессов в реальном времени. Например, наночастицы золота могут быть использованы для изучения движения белков в клетках.

Размеры биологических макромолекул — нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) и белков (антигены, антитела, вирусные капсиды, ферменты и др.), находятся в нанодиапазоне. Нанообъекты небиогенной природы (например, наночастицы металлов или полупроводниковые квантовые точки) могут быть носителями биомакромолекул, предназначенных для целевого воздействия на определенные биологические мишени. С другой стороны, биологические макромолекулы могут являться средством доставки небиогенных наночастиц в орган-мишень для диагностического или терапевтического воздействия. Примерами использования биологических макромолекул в нанобиотехнологии является так называемая ДНК-нанотехнология, использующая упорядоченную структуру молекул ДНК для разработки наноструктур определенной формы, а также разработка наномашин, прообразами которых являются молекулярные моторы живых клеток. Разработки в области нанобиотехнологии находят практическое применение в медицине, пищевой промышленности, охране окружающей среды и др.

Революционные изменения в биологии

Бионанотехнология представляет собой совмещение биологии и нанотехнологии. Наночастицы и наноматериалы, созданные с помощью бионанотехнологии, могут использоваться для достижения различных целей, таких как доставка лекарств и диагностика болезней. Например, наночастицы серебра широко используются в косметических и медицинских товарах, таких как кремы и повязки, благодаря своим антибактериальным свойствам.

Существует потенциал использования бионанотехнологии для изучения и лечения болезней, таких как рак и болезнь Альцгеймера. Наночастицы могут использоваться для доставки лекарственных препаратов в опухоль или мозг, минуя здоровые ткани и клетки. Это позволяет использовать более мощные лекарства и сокращает побочные эффекты.

Бионанотехнология также может применяться для создания биосенсоров, которые могут обнаруживать болезни в ранней стадии и следить за их прогрессией. Это может быть полезно для диагностики болезней, таких как рак и инфекции, и позволит начать лечение раньше.

Критика нанотехнологий сосредоточилась в основном в двух направлениях:

Способы получения наноматериалов

В силу того, что нанотехнология — междисциплинарная наука, для проведения научных исследований используют те же методы, что и «классические» биология, химия, физика.
Одним из относительно новых методов исследований в области нанотехнологии является сканирующая зондовая микроскопия.
В настоящее время в исследовательских лабораториях используются не только «классические» зондовые микроскопы, но и СЗМ в комплексе с оптическими и электронными микроскопами, спектрометрами комбинационного (рамановского) рассеяния и флюоресценции, ультрамикротомами (для получения трёхмерной структуры материалов).

Сканирующая зондовая микроскопия

Одним из методов, используемых для изучения нанообъектов, является сканирующая зондовая микроскопия. В рамках сканирующей зондовой микроскопии реализованы оптические методики.

Исследования свойств поверхности с помощью сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) проводятся на воздухе при атмосферном давлении, в вакууме и даже в жидкости. Различные СЗМ методики позволяют изучать как проводящие, так и не проводящие объекты.
Кроме того, СЗМ поддерживает совмещение с другими методами исследования, например, с классической оптической микроскопией и спектральными методами.

При выполнении подобных манипуляций возникает ряд технических трудностей. В частности, требуется создание условий сверхвысокого вакуума (10−11 тор), необходимо охлаждать подложку и микроскоп до сверхнизких температур (4—10 K), поверхность подложки должна быть атомарно чистой и атомарно гладкой, для чего применяются специальные методы её приготовления. Охлаждение подложки производится с целью уменьшения поверхностной диффузии осаждаемых атомов, охлаждение микроскопа позволяет избавиться от термодрейфа.

Для решения задач, связанных с точным измерением топографии, свойств поверхности и с манипуляцией нанообъектами посредством зонда сканирующего атомно-силового микроскопа, была предложена методология особенность-ориентированного сканирования (ООС). О ОС-подход позволяет в автоматическом режиме реализовать нанотехнологию «снизу-вверх», то есть технологию поэлементной сборки наноустройств. При этом работа производится при комнатной температуре, поскольку ООС в реальном масштабе времени определяет скорость дрейфа и выполняет компенсацию вызываемого дрейфом смещения. На многозондовых инструментах ООС позволяет последовательно применить к нанообъекту любое количество аналитических и технологических зондов, что даёт возможность создавать сложные нанотехнологические процессы, состоящие из большого числа измерительных, технологических и контрольных операций.

Однако в большинстве случаев нет необходимости манипулировать отдельными атомами или наночастицами и достаточно обычных лабораторных условий для изучения интересующих объектов.

Наномедицина и химическая промышленность

Направление в современной медицине, основанное на использовании уникальных свойств наноматериалов и нанообъектов для отслеживания, конструирования и изменения биологических систем человека на наномолекулярном уровне.

Компьютеры и микроэлектроника

Многие источники, в первую очередь англоязычные, связывают первое упоминание методов, которые впоследствии будут названы нанотехнологией, с известным выступлением Ричарда Фейнмана «Внизу полным-полно места», сделанным им в 1959 году в Калифорнийском технологическом институте на ежегодной встрече Американского физического общества. Ричард Фейнман предположил, что возможно механически перемещать одиночные атомы при помощи манипулятора соответствующего размера, по крайней мере, такой процесс не противоречил бы известным на сегодняшний день физическим законам.

Этот манипулятор он предложил делать следующим способом. Необходимо построить механизм, создававший бы свою копию, только на порядок меньшую. Созданный меньший механизм должен опять создать свою копию, опять на порядок меньшую и так до тех пор, пока размеры механизма не будут соизмеримы с размерами порядка одного атома. При этом необходимо будет делать изменения в устройстве этого механизма, так как силы гравитации, действующие в макромире, будут оказывать все меньшее влияние, а силы межмолекулярных взаимодействий и Ван-дер-Ваальсовы силы будут все больше влиять на работу механизма. Последний этап — полученный механизм соберёт свою копию из отдельных атомов. Принципиально число таких копий неограниченно, можно будет за короткое время создать произвольное число таких машин. Эти машины смогут таким же способом, поатомной сборкой, собирать макровещи. Это позволит сделать вещи на порядок дешевле — таким роботам (нанороботам) нужно будет дать только необходимое количество молекул и энергию, и написать программу для сборки необходимых предметов. До сих пор никто не смог опровергнуть эту возможность, но и никому пока не удалось создать такие механизмы. Вот как Р. Фейнман описал предполагаемый им манипулятор:

В ходе теоретического исследования данной возможности появились гипотетические сценарии конца света, которые предполагают, что нанороботы поглотят всю биомассу Земли, выполняя свою программу саморазмножения (так называемая «серая слизь» или «серая жижа»).

Форумы и выставки

Первый в России Международный форум по нанотехнологиям Rusnanotech прошёл в 2008 году, впоследствии ставший ежегодным. Работа по организации Международного форума по нанотехнологиям проводилась в соответствии с Концепцией, одобренной наблюдательным советом ГК «Роснанотех» 31 января 2008 года и распоряжением Правительства Российской Федерации № 1169-р от 12.08.2008 г. Форум прошёл с 3 по 5 декабря 2008 году в г. Москве в Центральном выставочном комплексе «Экспоцентр». Программа Форума состояла из деловой части, научно-технологических секций, стендовых докладов, докладов участников Международного конкурса научных работ молодых учёных в области нанотехнологий и выставки.

Всего в мероприятиях Форума приняло участие 9024 участника и посетителя из России и 32-х зарубежных стран, в том числе:

В 2009 году в мероприятиях Форума принял участие 10 191 человек из 75 регионов Российской Федерации и 38 других стран, в том числе:

Нанообъекты делятся на 3 основных класса: трёхмерные частицы, получаемые взрывом проводников, плазменным синтезом, восстановлением тонких плёнок и т. д.; двумерные объекты — плёнки, получаемые методами молекулярного наслаивания, CVD, ALD, методом ионного наслаивания и т. д.; одномерные объекты — вискеры, эти объекты получаются методом молекулярного наслаивания, введением веществ в цилиндрические микропоры и т. д. Также существуют нанокомпозиты — материалы, полученные введением наночастиц в какие-либо матрицы. На данный момент обширное применение получил только метод микролитографии, позволяющий получать на поверхности матриц плоские островковые объекты размером от 50 нм, применяется он в электронике; метод CVD и ALD в основном применяется для создания микронных плёнок. Прочие методы в основном используются в научных целях. В особенности следует отметить методы ионного и молекулярного наслаивания, поскольку с их помощью возможно создание реальных монослоёв.

Особый класс составляют органические наночастицы как естественного, так и искусственного происхождения.

Поскольку многие физические и химические свойства наночастиц, в отличие от объемных материалов, сильно зависят от их размера, в последние годы проявляется значительный интерес к методам измерения размеров наночастиц в растворах: анализ траекторий наночастиц, динамическое светорассеяние, седиментационный анализ, ультразвуковые методы.

Самоорганизация наночастиц и самоорганизующиеся процессы

Один из важнейших вопросов, стоящих перед нанотехнологией — как заставить молекулы группироваться определённым способом, самоорганизовываться, чтобы в итоге получить новые материалы или устройства. Этой проблемой занимается новый раздел химии — супрамолекулярная химия. Она изучает не отдельные молекулы, а взаимодействия между молекулами, которые способны упорядочить молекулы определённым способом, создавая новые вещества и материалы. Обнадёживает то, что в природе действительно существуют подобные системы и осуществляются подобные процессы. Так, известны биополимеры, способные организовываться в особые структуры. Один из примеров — белки, которые не только могут сворачиваться в глобулярную форму, но и образовывать комплексы — структуры, включающие несколько молекул белков. Уже сейчас существует метод синтеза, использующий специфические свойства молекулы ДНК. Берётся комплементарная ДНК (кДНК), к одному из концов подсоединяется молекула А или Б. Имеем 2 вещества: —-А и —-Б, где —- — условное изображение одинарной молекулы ДНК. Теперь, если смешать эти 2 вещества, между двумя одинарными цепочками ДНК образуются водородные связи, которые притянут молекулы А и Б друг к другу. Условно изобразим полученное соединение: ====АБ. Молекула ДНК может быть легко удалена после окончания процесса.

Однако явления самоорганизации не замыкаются только на спонтанном упорядочении молекул и/или иных частиц в результате их взаимодействия. Существуют и другие процессы, которым присуща способность к самоорганизации, не являющиеся предметом супрамолекулярной химии. Одним из таких процессов является электрохимическое анодное оксидирование (анодирование) алюминия, а именно та его разновидность, что приводит к формированию пористых анодных оксидных плёнок (ПАОП). П АОП представляют собой квазиупорядоченные мезопористые структуры с порами, расположенными нормально к поверхности образца и имеющими диаметр от единиц до сотен нанометров и длину от долей до сотен микрометров. Существуют процессы, позволяющие в существенной степени увеличить степень упорядоченности расположения пор и создавать на основе ПАОА наноструктурированные одно-, двух и трёхмерные массивы.

Проблема образования агломератов

Частицы размерами порядка нанометров или наночастицы, как их называют в научных кругах, имеют одно свойство, которое очень мешает их использованию. Они могут образовывать агломераты, то есть слипаться друг с другом. Так как наночастицы многообещающи в отраслях производства керамики, металлургии, эту проблему необходимо решать. Одно из возможных решений — использование веществ — диспергентов, таких как цитрат аммония (водный раствор), имидазолин, олеиновый спирт (нерастворимых в воде). Их можно добавлять в среду, содержащую наночастицы. Подробнее это рассмотрено в источнике «Organic Additives And Ceramic Processing», D. J. Shanefield, Kluwer Academic Publ., Boston (англ.).

Определения и терминология

Не существует одного общепринятого определения, описывающего, что такое нанотехнологии и нанопродукция.

Среди подходов к определению понятия «нанотехнологии» имеются следующие:

совокупность технологических методов, применяемых для изучения, проектирования и производства материалов, устройств и систем, включая целенаправленный контроль и управление строением, химическим составом и взаимодействием составляющих их отдельных элементов нанодиапазона.

Практический аспект нанотехнологий включает в себя производство устройств и их компонентов, необходимых для создания, обработки и манипуляции атомами, молекулами и наночастицами. Подразумевается, что не обязательно объект должен обладать хоть одним линейным размером менее 100 нм — это могут быть макрообъекты, атомарная структура которых контролируемо создаётся с разрешением на уровне отдельных атомов, либо же содержащие в себе нанообъекты. В более широком смысле этот термин охватывает также методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов.

Нанотехнологии качественно отличаются от традиционных дисциплин, поскольку на таких масштабах привычные макроскопические технологии обращения с материей часто неприменимы, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул или агрегатов молекул (например, силы Ван-дер-Ваальса), квантовые эффекты.

Нанотехнология и в особенности молекулярная технология — дисциплины новые, начавшие развиваться только недавно. Основные открытия, предсказываемые в этой области, пока не сделаны. Тем не менее, проводимые исследования уже дают практические результаты. Использование в нанотехнологии передовых научных достижений позволяет относить её к высоким технологиям.

Развитие современной электроники идёт по пути уменьшения размеров устройств. С другой стороны, классические методы производства подходят к своему естественному экономическому и технологическому барьеру, когда размер устройства уменьшается ненамного, зато экономические затраты возрастают экспоненциально. Нанотехнология — следующий логический шаг развития электроники и других наукоёмких производств.