НАНОТЕХНОЛОГІЯ

НАНОТЕХНОЛОГІЯ (з грец. nanos карлик, гномик, techno майстерність, logos наука, система знань) сукупність методів і прийомів, що забезпечує можливість маніпулювання речовиною на атомарній шкалі відстаней та контрольовано створювати і модифікувати об’єкти розміром менше 100 нм, хоча б в одному вимірюванні, і, як результат, отримувати принципово нові якості. Н. охоплюють технології, які розробляються в різних сферах науки і техніки для об’єктів у діапазоні розмірів від 0,1 до 100 нм і є фундаментом науково-технічної революції ХХI ст., одним із головних напрямів нового етапу в розвитку людської цивілізації.

Технології від метрової до мікрометрової розмірності об’єктів об’єднує спільність класичних законів, які починають руйнуватися при розмірах близько десятої частки мікрометра. Термін «Н.» введено у 1974 р. японським інженером Норіо Танігучі (Norio Taniguchi), який визначив його як «технологія виробництва, що дозволяє досягати надвисокої точності, і ультрамалі розміри порядку 1 нм», та уточнений Альбертом Франксом (1987 р.): «Н. це виробництво з розмірами і точністю на ділянці 0,1–100 нм». Нині ці поняття існують у двох підходах до створення наноматеріалів: «знизу вверх» створення різних пристроїв з окремих молекул та атомів (хімічні методи); та «зверху вниз» зменшення об’єктів до розмірів і з точністю на ділянці 0,1–100 нм (фізичні методи). Один з піонерів Н. — Ральф Меркле (США) — зазначив: «Н. приведуть до такої ж революції в маніпулюванні матерією, до якої привели комп’ютери у маніпулюванні інформацією».

Н. нині знаходяться на початку свого бурхливого розвитку. Кількість публікацій та винаходів у цій сфері всіх фундаментальних та прикладних наук зростає в геометричній прогресії. З’являються нові напрями в різних сферах діяльності людини: наномедицина, нанофармакологія, нанофармація, нанобіологія, нанобіотехнологія, наноелектроніка, нанофотоніка, наносистемна техніка тощо. Отже, Н. є міждисциплінарною галуззю фундаментальної й прикладної науки і техніки, що має справу із сукупністю теоретичного обґрунтування практичних методів дослідження, аналізу і синтезу, а також методів виробництва і застосування продуктів із заданою атомарною структурою шляхом контрольованого маніпулювання окремими атомами і молекулами. Практичний аспект Н. містить виробництво пристроїв і їх компонентів, необхідних для створення, обробки і маніпуляції атомами, молекулами і наночастками та застосування таких пристроїв на практиці. Використання в Н. передових наукових досягнень дозволяє відносити її до «високих технологій». Частинки, розмірами від 1 до 100 нм зазвичай називають наночастинками. Виявилося, що наночастинки деяких матеріалів мають дуже хороші каталітичні та адсорбційні властивості. Інші матеріали виявляють дивовижні оптичні властивості, напр., надтонкі плівки органічних матеріалів застосовують для виробництва сонячних батарей. Вдається досягнути взаємодії штучних наночастинок із природними об’єктами нанорозмірів — білками, нуклеїновими кислотами та ін.

Одне з найважливіших питань застосування Н. — як примусити молекули групуватися певним чином (самоорганізовуватися), щоб у результаті можна було отримати нові матеріали або пристрої (супрамолекулярна хімія). Вона вивчає не окремі молекули, а взаємодії між молекулами, які здатні упорядкувати молекули певним чином, створюючи нові речовини і матеріали. У природі дійсно існують подібні системи і відбуваються подібні процеси. Так, білки не тільки можуть згортатися в глобулярну форму, але й утворювати комплекси — структури, що містять декілька молекул протеїнів. Існує метод синтезу, де використовуються специфічні властивості молекули ДНК. За допомогою атомно-силового мікроскопа (1986 р.) можна не тільки побачити окремі атоми, але й вибірково впливати на них, зокрема, переміщати атоми по поверхні.

Останнім часом значно підвищився інтерес фармацевтичної та медичної промисловості до Н., тому слід чекати значних інвестицій в цей напрямок (рис. 1). У 2005–2007 рр. у США лише державне фінансування програм з Н. становило 3 млрд дол. США, в країнах Азії — 3 млрд дол., в країнах ЄС — 2 млрд євро і т.д.

Nanostechnologos01.ai

Рис. 1. Інвестиції (млрд дол.) у розвиток нанотехнологій 3 провідних країн світу (VDI Technologiezentrum, 2006)

У недалекому майбутньому Н. стануть однією з рушійних сил інновацій в медицині та фармації. Надзвичайно швидко зростає кількість публікацій та патентів у напрямі Н. (за останні 10 років майже у 6 і 12 разів відповідно). Уже в 2004 р. світовий обіг нанопрепаратів оцінювався експертами у 6 млрд. дол. Понад 50% фармацевтичних компаній-виробників, які активно працюють у напрямі наномедицини, використовують Н. для розробки систем доставки АФІ до органів і тканин-мішеней (80% обороту у світовій наномедицині). Однією з провідних галузей застосування таких систем є онкологія. Серед нанопрепаратів уже є 2 блокбастери, їх оборот становить 5 млрд дол. Значно менша частка підприємств, які розробляють імплантати (19%), речовини для діагностики in vitro (17%) та методи лікування на основі принципово нових терапевтичних концепцій — лише 3% компаній (рис. 2).

Nanostechnologos02.ai

Рис. 2. Компанії, які працюють у напрямі наномедицини: 1 — системи доставки (54%); 2 — імплантати (19%); 3 — засоби для діагностики in vitro (17%); 4 — засоби для діагностики in vivo (7%); методи та засоби для терапії (3%)

Отже, сьогодні ми знаходимося на початку великого шляху розвитку Н. в медицині та фармації, які кардинальним чином можуть змінити традиційні методи і засоби лікування хвороб. Н. використовується починаючи від векторних ліків та доставки ліків безпосередньо у вогнища хвороб до новітніх методів операцій на серці. Проте наявні методи та нормативи не завжди дають можливість правильно оцінити ризики застосування методів Н. Підтвердженням цього є наночастки срібла, які одночасно можуть мати могутню антибактеріальну дію, бути екологічним токсином, але за шкідливістю для організму поступаються тільки ртуті. Це ставить досить серйозне завдання перед ученими: вивчення токсикології наночасток срібла (і не тільки) при широкому використанні Н.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Нанотехнология; «Концепция развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий на период до 2010 года», от 18 ноября 2004 г. № МФ-П7-6194; Пальцев М.А. Нанотехнологии в медицине и фармации // Ремедиум. — 2008. — № 9; «Про схвалення Концепції Державної цільової науково-технічної програми «Нанотехнології та наноматеріали» на 2010–2014 роки», Розпорядження КМУ від 02.04.2009 р. № 331-р.; Розенфельд Л.Г., Москаленко В.Ф., Чекман І.С., Мовчан Б.О. Нанотехнології, наномедицина: перспективи наукових досліджень та впровадження їх результатів у медичну практику // Укр. мед. часопис. — 2008. — № 5; Черних В.П. Нанотехнології: Майбутнє починається сьогодні // Сьогодення та майбутнє фармації: Тези доповідей Всеукраїнського конгресу (16–19 квітня 2008 р. м. Харків). — Х., 2008; Шека Е.Ф. Квантовая нанотехнология и квантовая химия // Рос. хим. журн. (журн. Рос. хим. об-ва Д.И. Менделеева). — 2002. — Т. 46. — № 5; Gleiter H. In: Deformation of Polycrystals. Proc. of 2nd RISO Symposium on Metallurgy and Materials Science / Eds. N. Hansen, T. Leffers, H. Lithold. Roskilde, RISO Nat. Lab., 1981; Taniguchi N. On the Basic Concept of «NanoTechnology» //Proc. ICPE. — Tokyo, 1974. — № 2.