Люди будут носить одежду, несколько раз в день меняющую цвет, передавать свои эмоции с помощью имплантантов настроения, пить кофе из чашек, оснащенных индикаторами температуры, смотреть на себя в зеркало и корректировать изображение. Это не научная фантастика, а отдельный фрагмент приближающейся реальности ХХІ века, судьбу которого будут определять нанотехнологии во всех без исключения сферах жизнедеятельности
человека, подобно тому, как судьбу ХХ века определили атомная энергия, лазеры, компьютеры, мобильные телефоны и интернет. Термин «нанотехнологии» впервые прозвучал в 1974 году из уст профессора Токийского университета Норио Танигучи. Сегодня это отдельная междисциплинарная область прикладной и фундаментальной науки, где на атомарно-молекулярном уровне учеными осуществляются физические, химические и биологические манипуляции с объектами размером в миллионную долю миллиметра (чтобы визуально представить их масштаб, просто сравните величину теннисного мяча и нашей планеты).
С середины 1990-х годов нанотехнологии активно развиваются в 50 странах мира. В этой сфере задействовано 2,2 тыс. коммерческих компаний, осуществляются крупные государственные спецпрограммы финансирования. В частности, в США ежегодно выделяется до $5 млрд, России — $1,5–2 млрд, Евросоюзе — $0,7–1 млрд, Японии — $0,5 млрд, Китае — $0,1 млрд. В целом посредством нанотехнологий сегодня в мире создано товаров и услуг на общую сумму $250 млрд. Согласно исследованиям компании Lux Research, до 2015 года эта цифра приблизится к отметке $1 трлн. При этом, по прогнозам Национальной научной организации США, будет создано от 800 тыс. до 2 млн новых рабочих мест.
Панацея от всех недуг
Самое большое распространение нанотехнологии получили в медицине благодаря адресной доставке лекарств в определенную точку организма. Здесь речь идет об устройствах наподобие миниатюрных тачек, которые, оказавшись внутри человеческих клеток, опрокидываются и сбрасывают свой груз, в данном случае — конкретный медпрепарат. «На развитие этого метода мы получили грант в $420 тыс. и убеждены, что он поможет пациентам, страдающим от рака, туберкулеза, СПИДа и лимфомы», — отмечает Джекки Фарлей, руководитель австралийской компании Starpharma.
Не новость, что некоторые пациенты отказываются или просто забывают своевременно принимать лекарства. Поэтому исследователи Флоридского университета инвестировали $700 тыс. в разработку на основе нанотехнологий говорящих таблеток. «Пилюля представляет собой капсулу с микрочипом и антенной, которая, растворяясь в желудочном соке, передаст сигнал на мобильный телефон или ноутбук лечащего врача, чтобы тот знал, попало ли лекарство в желудочно-кишечный тракт пациента», — объясняет Ризван Баширалла, доцент кафедры электроники Флоридского университета.
Не обращаться лишний раз в учреждения медобслуживания и оперативно следить за состоянием собственного здоровья предлагают в лаборатории Ангстремов Упсальского университета в Швеции. «На основе нанотехнологии мы создали диагностическую платформу для проведения медицинских тестов в домашних условиях. Они позволяют определить в организме человека наличие соответствующих биомолекул и узнать, например, стоит лечить ангину антибиотиками или следует использовать средства народной медицины», — сообщает Мария Стремме, руководитель группы ученых лаборатории Ангстремов.
Обычную цифровую видеокамеру и нанотехнологии объединили исследователи Университета Райса в Соединенных Штатах. Таким образом они решили помочь онкологам диагностировать раковые заболевания на ранних стадиях. Профессор университета Ребекка Ричардс-Кортам отмечает, что пораженные раком клетки будут четко зафиксированы объективом камеры. В то же время процедура обследования не такая болезненная, дорогая и длительная (результат становится известным через несколько секунд), как традиционная биопсия.
Микроскопические шарики из специального пластика с молекулами, блокирующими работу вирусных генов, соединили исследователи Центра инженерных и прикладных исследований Йельского университета. Они создали препарат, способный предотвратить проникновение вирусов СПИДа и гепатита в организм людей половым путем.
Если же пациент инфицирован этими опасными болезнями, стоит следить за эффективностью проводимого лечения посредством устройства, разработанного за $3 млн Лондонским центром по изучению нанотехнологий. «Мы используем миниатюрные механические сенсоры, так называемые наноконсоли для измерения маркеров белков ВИЧ и выявления уровня ответа организма на присутствие вируса. Далее сообщения выводятся на встроенный дисплей, указывая пациенту на необходимость каких-либо действий. Например, может быть выдана информация о том, что состояние пациента стабильное и уровень вирусной нагрузки не меняется. А в случае ухудшения состояния дисплей выдаст пациенту сообщение о необходимости посетить лечащего врача», — рассказывает Рейчел МакКендри, ведущий специалист Лондонского центра по изучению нанотехнологий.
Деликатная война
Все чаще нанотехнологии приобретают и милитаристский характер, что может привести к кардинальному изменению способов ведения вооруженной борьбы в мире. Массачусетский институт военно-прикладных нанотехнологий разработал экипировку солдата будущего, совмещающую в себе бронежилет толщиной в несколько миллиметров, экзоскелет и универсальное медицинское оборудование. Такая одежда станет надежной защитой от попадания пуль и осколков. А вот в зависимости от обстоятельств изменять цвет, предотвращать коррозию и покрывать мелкие повреждения корпуса боевой машины позволит нанокраска, изготовленная американской компанией Inframat Corporation.
В свою очередь Агентство передовых оборонных исследовательских проектов США занято сейчас миниатюризацией различных военных приспособлений — микрокриогенных охладителей для поддержания очень низких температур в сверхпроводящих контурах, инфракрасных камер весом 10 г для самолетов и приборов ночного видения, атомных часов и радаров на мини-чипах, а также изотопного двигателя мощностью 35 млВт и объемом 1 куб. см. Не менее инновационные настроения властвуют и в Израиле, где в городке Кирьят-Гате за $3,5 млрд уже построен завод по производству боевых нанороботов, оснащенных взрывчаткой и видеокамерой для обнаружения и уничтожения противника на поле боя, а также микродатчиками, которые в режиме реального времени будут посылать информацию о происходящем на поле боя в штаб управления войсками.
Экономная диверсификация
До 2030 года мировое энергопотребление увеличится на две трети, по сравнению с нынешним уровнем, и будет составлять 200 млн баррелей нефти ежедневно. Конечно, ресурсов ни одной страны мира не хватит для удовлетворения таких потребностей, поэтому и здесь нанотехнологии предлагают альтернативные решения. Hydrocarbon Technologies, дочерняя компания известной американской Headwaters, разработала методику обработки угля на молекулярном уровне. Таким образом, можно добывать экологически чистое жидкое топливо для использования в автомобилях вместо мазута. Новую технологию батарей на основе алюминия, имеющих в 20 раз большую емкость, чем любая из ныне существующих аккумуляторных батарей, предлагает финская компания Europositron. К примеру, электромобиль, оборудованный 60-килограммовой батареей по технологии Europositron, проедет без перезарядки 870 км!
Холодные на ощупь, устойчивые к вибрации и удару лампочки, потребляющие всего 1–2 Вт энергии со сроком службы 50 тыс. час (обычные лампы накаливания прослужат 1 тыс. час), производит по технологии LED из особого нанополимера американская компания Borealis Lighting, тем самым сокращая на 4 тонны выбросы углекислого газа в атмосферу.
Превратить окна в доме или квартире в солнечные батареи (источник электроэнергии) позволит нанесенный на них прозрачный спрей от норвежской компании Ensol. «В его состав входят наночастицы металла, а для преобразования энергии используется сразу несколько физических принципов. КПД аэрозоля планируем довести до 20% и подготовить новинку к коммерческому использованию в 2016 году», — сообщает Крис Биннс, разработчик данного проекта, профессор нанотехнологий из Лестерского университета Великобритании.
Удобный гардероб
Нанотехнологии добавляют утилитарности и изделиям швейной промышленности. С их помощью американская компания Sun Dry Technologies создала уникальную модель женского купальника, высыхающего за считанные секунды. «Он не впитывает воду, а сбрасывает ее подобно коже, сама ткань совсем не вредная и не деформируется под пылающими лучами солнца», — говорит Эми Хардин, менеджер по продажам Sun Dry Technologies.
Коллекцию футболок «поло», которые в буквальном значении слова «заряжают» своего владельца энергией при быстрой ходьбе или беге, выпустил и французский всемирно известный бренд Lacoste. «Это происходит из-за действия своеобразных энергетических нанокапсул, внедренных в структуру ткани. При движении температура кожи человека немного повышается, и этого достаточно, чтобы капсулы начали испарять специальные ароматические вещества, прибавляющие бегуну физических сил и полностью предотвращающие выделение пота», — объясняет Дидье Калон, pr-менеджер Lacoste.
Абсолютно не линяющую и не требующую глажки одежду создали в компании Nano-Tex (США). Ткань предварительно замачивалась в растворе, который содержал триллионы нановолокон, после чего она стала невероятно стойкой к любым химическим стиральным порошкам. Вполне вероятно, что вскоре появятся диваны, кресла, ковры, которые не нужно будет чистить. Правда, это нанесет нокаутирующий удар по мировой индустрии моющих средств, годовой оборот которой составляет $34–40 млрд.
Интеллектуальная пища
Наноматериалы и нанотехнологии находят применение почти во всех областях сельского хозяйства: растениеводстве, животноводстве, птицеводстве, а также перерабатывающей и пищевой промышленности. Так, в растениеводстве применение нанопрепаратов в качестве микроудобрений обеспечивает повышение устойчивости к неблагоприятным погодным условиям и увеличение в полтора-два раза урожайности почти всех продовольственных (картофель, зерновые, овощные, плодово-ягодные) и технических (хлопок, лен) культур. Эффект здесь достигается благодаря более активному проникновению микроэлементов в растение за счет наноразмера частиц и их нейтрального в электрохимическом смысле статуса. В животноводстве и птицеводстве при изготовлении кормов нанотехнологии обеспечивают повышение продуктивности и сопротивляемости стрессам и инфекциям, что, соответственно, уменьшает падеж в два раза.
По мнению экспертов международной исследовательской организации ЕТС Group, применение нанотехнологий в сельском хозяйстве (производство зерна, овощей, животноводство) и на пищевых производствах (переработка, упаковка) приведет к рождению совершенно нового класса пищевых нанопродуктов, которые со временем вытеснят с рынка генномодифицированные организмы (ГМО). Размах исследований в области нанопродуктов и количество инвестиций в них со стороны крупнейших мировых производителей продовольствия поражает. Такие компании, как Kraft, Nestlé, Hershey, Cargill, Campbell Soup, Sara Lee и HJ Heinz, владеют даже собственными нанолабораториями. Общие мировые объемы рынка нанопродуктов уже составляют $410 млн, а до 2012 года ожидается их рост до $5,8 млрд. Следующим этапом внедрения нанотехнологий на пищевых предприятиях будет изготовление продуктов, конечный формат которых определит сам потребитель. Например, купив сок, путем манипуляций с наночастицами можно будет самостоятельно отрегулировать его качества (цвет и аромат).
Словами теории
Харьковский институт терапии Академии медицинских наук в 1993 году положил начало исследованию нанотехнологий в Украине. Здесь изучается взаимодействие водных растворов с наноуглеродом. В 2003 году к нему присоединилась Национальная академия наук Украины (НАНУ), осуществляющая комплексную программу «Наносистемы, наноматериалы и нанотехнологии» и сотрудничающая с Россией в коммерциализации проведенных фундаментальных и прикладных исследований нанотехнологических материалов. На высшем государственном уровне нанотехнологиями заинтересовались 29 октября 2009 года, когда Кабинет министров утвердил целевую научно-техническую программу «Нанотехнологии и наноматериалы» на 2010–2014 годы. Она предусматривает уже в текущем году разработку солнечных батарей и фотоприборов на основе нанокристаллов и создание наноматериалов для промышленности, медицины и сельского хозяйства. Кроме того, в данном документе речь идет о создании дополнительных 300 тыс. новых рабочих мест, формирование в украинских вузах базовых научных кафедр по специальностям «Наноэлектроника», «Нанобиомедицина», «Нанофизика» и «Наноматериаловедение». В Киеве, Львове, Харькове и Донецке планируется открытие четырех научно-образовательных центров подготовки магистров и аспирантов по специальности «Нанотехнологии». Общий объем финансирования программы был определен на уровне мизерных (в сравнении с высокоразвитыми странами) $23 млн, которые к тому же так и не были заложены в бюджет 2010 года.
Делами практики
Надеяться в нашей стране на государственное содействие в этой сфере пока не приходится. Поэтому к научным разработкам и производству готовой продукции на основе нанотехнологий сейчас активно приобщился частный бизнес. Среди первых отметилась компания Nano Union, в активе которой на данный момент более 300 патентов на нанотехнологии, наноматериалы и их применение в конечных продуктах пищевой, косметической и фармацевтической промышленности. «В феврале мы были первой и единственной отечественной компанией, представленной на ежегодной Международной выставке-конференции по нанотехнологиям Nano Tech-2010 в Токио. Большинство зарубежных компаний, принимавших участие в данном мероприятии, производят наноразмерные материалы в небольшом объеме (до 1 т в месяц), в то время как мощность наших реакторов позволяет производить сырьевые компоненты и готовые продукты уже в промышленном объеме (до 100 т в месяц)», — говорит с гордостью Валерий Мирочник, директор по развитию компании Nano Union. На этапе конверсии предприятий оборонно-промышленного комплекса возникло и малое научно-производственное предприятие «Лилея», которое сейчас экспортирует нанороботов (наноманипуляторов) собственного производства, используемых корпорациями, специализирующееся на клонировании и операциях со стволовыми клетками. «В советское время мы разрабатывали системы прицела для ракет, сегодня же занимаемся приборами для формирования движения и управления ими в микро- и нанопространстве. Догнать человеческую клетку, осторожно подойти к ней, зафиксировать ее — это не менее сложный комплекс работ, чем стыковка космических кораблей. Поэтому для выполнения всех этих операций без наших нанороботов не обойтись», — заверяет Сергей Петренко, директор НПП «Лилея».
Филантроп в науке
Еще один представитель бизнеса на отечественном рынке нанотехнологий появился буквально в июле 2010 года. Компанию «НаноМедТех» учредили по инициативе президента НАНУ, академика Бориса Патона и совладельца корпорации «Индустриальный союз Донбасса» Сергея Таруты, кстати, ставшего первым крупным инвестором отрасли нанотехнологий в Украине. «Нанотехнологический потенциал нашей страны огромен, разработки ученых уникальны, но они так и останутся лишь на бумаге или попросту перетекут за рубеж, если не будут подпитаны инвестициями со стороны частного капитала», — убежден г-н Тарута. При создании «НаноМедТех» вопрос прибыли не рассматривался, хотя бизнесмену и пришлось на первом этапе израсходовать на создание лаборатории, формирование команды и закупку специальной установки $1 млн. Первый полномасштабный проект, к реализации которого приступил «НаноМедТех», — промышленное производство наночастиц металлов, оксидов металлов и других материалов по уникальному методу электронно-лучевого осаждения в вакууме. Данная технология, разработанная в Институте электросварки им. Е.О. Патона, не имеет аналогов в мире и позволяет получать чистые наночастицы различных элементов таблицы Менделеева и их комбинаций, влияющих на жизнедеятельность организмов на клеточном уровне. Сфера применения таких нанопродуктов — медицина, ветеринария и сельское хозяйство. «В 2011 году на рынке появятся новые антисептические, антибактериальные, противовирусные и противовоспалительные препараты и лекарства, которые будут через наночастицы попадать непосредственно в больной орган. Чтобы наше предприятие начало приносить доход уже в ближайшие два года, компания намерена освоить выпуск средств защиты растений и предпосевной обработки семян, а также производство микроудобрений, санитарно-гигиенических средств и наносорбентов для виноделия», — сообщает Игорь Парнета, директор «НаноМедТех». В ином случае, по мнению Сергея Петренко, минимальные инвестиции ($1 млн) в открытие нанотехнологического бизнеса в Украине могут окупиться только спустя 5–8 лет.
По материалам: Статус
