Что такое нанотехнологии?

Что такое «нано»?

Приставка «нано» («нанос» по-гречески — карлик), означает «одна миллиардная доля».
Как представить себе такую короткую дистанцию? Проще всего это сделать с помощью денег: нанометр и метр соотносятся по масштабу как копеечная монета и земной шар.
Уменьшим слона до размеров микроба (5000 нм) — тогда блоха у него на спине станет величиной как раз в нанометр. Если бы рост человека вдруг уменьшился до нанометра, мы могли бы играть в футбол отдельными ато-мами! Толщина листа бумаги казалась бы нам тогда равной... 170 километрам.
Конечно, это только фантазии. Таких крошечных человечков и даже насекомых на свете быть не может. На-нометрами измеряются лишь самые примитивные существа, вирусы (их длина в среднем 100 нм). Живая природа заканчивается на рубеже примерно в десять нанометров — такие размеры имеют сложные молекулы белков, строительные блоки живого. Простые молекулы в десятки раз меньше. Величина атомов — несколько ангстрем (один ангстрем равен 0,1 нм). Например, диаметр атома кислорода — 0,14 нм.
Здесь проходит нижняя граница наномира, мира наномасштабов. Именно в наномире идут процессы фун-даментальной важности — совершаются химические реакции, выстраивается строгая геометрия кристаллов, струк-туры белков. С этими процессами и работают нанотехнологи.

«Нано» + «технологии»

Нанотехнологии — это способы создания наноразмерных структур, которые придают материалам и устройствам полезные, а иногда просто необыкновенные свойства. Нанотехнология позволяет поместить частицу лекарства в нанокапсулу и точно нацелить на пораженную болезнью клетку, не повредив соседние. Фильтр, пронизанный бес-численными нанометровыми каналами, которые пропускают воду, но слишком тесны для примесей и микробов, тоже продукт нанотехнологии. В лабораториях нанотехнологов уже испытываются суперматериалы — углеродные волокна, в тысячи раз прочнее стали, покрытия, делающие предмет невидимым. А другие виды нанопродукции уже продаются в магазинах.

Многообразие нанопродукции

Слово «нанокосметика» все чаще звучит в рекламных роликах: наночастицы, входящие в состав косметических кремов, удаляют мельчайшие загрязнения с кожи, известно, что микробы не любят серебро, — но оказывается, что в виде наночастиц оно их просто приводит в ужас и обращает в бегство. Ткани с добавками такого серебра набирают популярность у истинных ценителей гигиены — из них уже делают даже «наноноски». Впрочем, многие из давно привычных вещей тоже невозможны без «нано»: процессор вашего компьютера содержит миллионы наноразмер-ных транзисторов, над дисплеем тоже, скорее всего, поработали нанотехнологи. «Нано» уже повсюду — военные используют нанотехнологии, медики используют нанотехнологии, даже производители продуктов питания, и те используют нанотехнологии.

НАНО вчера

Наноматериалы и наноявления люди использовали в своей деятельности веками, даже не подозревая об этом. Уже в древности мастера подкрашивали стекло для витражей с помощью коллоидного золота. А ведь коллоидное золото — не что иное, как взвесь наночастиц золота. Другой пример — дамасская сталь, известная с IV века нашей эры. Недавно выяснилось, что она содержит комплексы из углеродных нанотрубок — поэтому-то знаменитые да-масские клинки так прочны.
В 1931 году был создан электронный микроскоп, и люди впервые смогли увидеть нанообъекты — в том числе вирусы. В 1952 г. советскими учёными Л.В.Радушкевичем и В.М.Лукьяновичем был обнаружен первый нано-материал. Это были широко известные теперь углеродные нанотрубки — они возникали в саже углеродных элек-тродуговых свечей. Диаметр «одномерных наноскопических объектов», как их назвали первооткрыватели, составил около 100 нм. Однако в то время это открытие осталось незамеченным. Всемирная слава нанотрубок началась в 1991 году, после публикации статьи японского исследователя Сумио Иидзимы.
Нанотрубки включают в семейство фуллеренов — материалов из одноатомных слоев углерода. Впервые молекулы фуллеренов — похожие на футбольный мяч многогранники из 60, 70 или более атомов, — были получены одним из пионеров нанотехнологий Ричардом Смолли с коллегами в 1980-х годах. Название эти материалы по-лучили в честь инженера и философа Бакминстера Фуллера, который использовал многогранники такой же струк-туры в строительных конструкциях. Открытый совсем недавно графен, «ковер» из шестиугольных ячеек атомов уг-лерода — материал из того же семейства.
Первое упоминание о методах, которые впоследствии назовут нанотехнологиями, сделал один из крупней-ших физиков современности Ричард Фейнман в 1959 году в своей знаменитой лекции «Там внизу много места». Он предложил приз в 1000 долларов тому, кто первым сделает работающий электрический мотор размером меньше 1/64 дюйма (0,4 мм) и еще столько же тому, кто уменьшит страницу текста в 25000 раз. Говорил он и о потенциаль-ной возможности перемещать отдельные атомы и собирать их в конструкции при помощи манипулятора соответст-вующих размеров. Сам же термин «нанотехнологий» в 1974 году ввёл японский физик Норио Танигути.
В 1986 году вышла книга Эрика Дрекслера «Машины созидания: наступление эры нанотехнологий». В ней автор изложил идею молекулярных машин, способных к воспроизводству. Он утверждал, что эти машины — нано-роботы, — выйдя из-под контроля, смогут настолько быстро размножаться, что из «машин созидания» превратятся в «машины уничтожения» и поглотят всю биомассу Земли. (Такая субстанция из обезумевших наномашин получила название «серая слизь»). Эта книга и последовавшая за ней дискуссия, в которой приняли участие крупнейшие ученые, буквально ошеломила общество. Благодаря этому нанотехнологий оказались в центре всеобщего внимания.
Прогнозы Дрекслера сегодня считают фантастикой. Но задачи, о которых он писал — самосборка наност-руктур, производство на молекулярном уровне, медицинские манипуляции на наномасштабах — остаются на пе-реднем крае исследований. И кто знает, может быть реалистичные нанотехнологий сегодняшнего дня приведут к еще более фантастическим достижениям, чем те, которые могли предвидеть визионеры в прошлом века.

НАНО сегодня

Уже сегодня рынок нанопродукции огромен. 147 миллиардов долларов — стоимость товаров, выпущенных во всем мире в 2007 году с использованием новейших, только что созданных нанотехнологий. Почти в десять раз больше, 1,4 триллиона долларов, получится, если учесть и «старые» нанотехнологий, прежде всего — производство кремниевых чипов для компьютеров, телефонов, другой электроники. Но вскоре и эти «старые» сменятся новыми, а объем нанопродукции будет быстро расти — ведь только на исследования по нанотехнологиям расходуется 13,5 миллиардов долларов в год.
Энергетика, электроника, биология и медицина — вот где прогресс в этой сфере лучше всего виден уже сейчас. Приведем несколько примеров.

Энергетика

Солнечные батареи преобразуют энергию дневного света в электрическую. Раньше такие устройства были только на космических станциях. Теперь в солнечных краях все чаще можно видеть крыши, покрытые кремниевыми па-нелями. К сожалению, стоят они довольно дорого, а электричества дают не так уж много, используя только 14-15% энергии света. Эффективность батарей на основе галлия, индия, германия достигает 34%, но они еще дороже крем-ниевых; как раз их-то и ставят на космические корабли.
Нанотехнологи вплотную взялись за солнечную энергетику. В промышленных масштабах начинается выпуск солнечных батарей нового поколения — вместо дорогого кристаллического кремния применена дешевая поли-мерная пленка, которую обрабатывают на слегка переделанных машинах для производства фотопленки. В таком полимере при его освещении возникают токи, а чтобы их аккуратно собрать и выдать потребителю, как раз и ис-пользованы нанотехнологии: покрытие из фуллеренов.
Каждому из нас близка энергетика плееров и диктофонов, фонариков и игрушек, а ее основа — литий-ионная батарейка. Здесь тоже видны первые результаты развития нанотехнологий. Недавно начался промышленный выпуск литий-ионных аккумуляторов, содержащих наночастицы — они заряжаются с немыслимой еще вчера скоростью: на 80% всего лишь за минуту (обычно для этого требуется несколько часов).

Электроника

Заметнее всего развитие нанотехнологий в электронике. Базовые элементы компьютерных микросхем стали меньше 100 нм еще в 2003 году, при этом производительность и емкость памяти радикально выросли. Прогресс в этой области ускоряется - достаточно взглянуть на процессор Intel образца 2008 года, произведенный по нормам 45 нм. Он работает на тактовой частоте около 3 ГГц, а потребляет всего 35 Вт энергии. При этом количество транзи-сторов по сравнению с процессором предыдущего поколения (на элементах 65 нм) удвоилось. Однако применение нанотехнологий не ограничивается уменьшением размера транзисторов — появился ряд новых материалов, спе-циально созданных для повышения энергоэффективности микросхем.
По той же технологии начат выпуск и совсем маленьких процессоров, содержащих «всего» около 50 мил-лионов транзисторов на чипе размером с копеечную монету. Они будут использованы в мобильных интер-нет-устройствах — таким образом полупроводниковые нанотехнологий обеспечивают нам постоянный доступ к деловой и научной информации, образовательным и развлекательным ресурсам интернета.

Медицина и биотехнологии

Действие лекарства часто усиливается, если оно используется в виде наночастиц или заключено в нанокапсулу. Иногда, даже просто контакт нанокапсулы с больной клеткой может быть ценным лечебным воздействием. Совсем недавно появились антиопухолевые препараты в форме нанокапсул. Такие препараты действуют сильнее обычных, но атакуют главным образом клетки опухоли, не поражая организм в целом (в отличие от традиционных онкологи-ческих средств). Эффективность лечения за счет этого вырастает во много раз.
Антимикробное действие серебра резко повышается, если его применять в виде наночастиц. Уже несколько лет существуют заживляющие повязки для ожогов и серьезных ран, содержащие такое наносеребро. В 2009 плани-руется выпуск наноцемента для костей — он будет наполнителем, создавая нечто вроде каркаса, на который потом нарастает естественная костная ткань.
Нанодатчики — важнейшее направление медицинских нанотехнологий. Главная их задача — диагностика тяжелых заболеваний на самой ранней стадии, когда с ними гораздо легча справиться. Из наноматериалов здесь шире всего применяют квантовые точки и нанотрубки. Квантовые точки — нанометровые кристаллы полупровод-ника, способные светиться в разных диапазонах — используются для сигнализации при исследованиях. Нанотрубки обычно работают как чувствительные элементы датчиков, реагируя на те или иные молекулы - признаки заболева-ний.

НАНО завтра

По прогнозам экспертов, к 2020 году многие идеи, которые сегодня находятся на стадии исследований, будут реализованы в коммерческих продуктах.
Аккумуляторы смогут не только накапливать электрическую энергию, но и преобразовывать в нее свет или тепло. Солнечные батареи будут совмещаться с конструкционными материалами — в идеале дом обеспечат элек-тричеством его стены и крыша. В ближайшие десять лет нанотехнологи готовят революцию в солнечной энергетике — резкое снижение цены при резком росте эффективности. Главный кандидат в фотовольтаики (преобразователи света в электроэнергию) следующего поколения — квантовые точки. Квантовая точка полупроводниковый кристалл размером в несколько нанометров. Когда в квантовую точку попадает фотон, он освобождает до семи электронов (в кремнии, применяемом сегодня — только один).
Многослойные фотовольтаики на квантовых точках могут в принципе достичь эффективности в 86%, хотя более осторожные теоретики предсказывают 40-45%, что тоже очень неплохо (сегодня этот показатель всего лишь 16% в массовом секторе). Тонкие пленки, насыщенные квантовыми точками будут гораздо дешевле и удобнее в использовании, чем нынешние солнечные батареи.
Электроника тоже не будет стоять на месте. Очень вероятно, что вместо кремния в компьютерах будут при-меняться иные материалы — например, графен, углеродный слой из атомов, объединенных в шестиугольные ячейки. Но не исключено, что процессорный чип будет похож на лес из нанотрубок-транзисторов, а «выращивать» такие леса будут при помощи молекул ДНК.
«Читалки» для электронных книг в виде тонкого пластикового листа формата А4 должны поступить в продажу в следующем году. Такие устройства будут просто печататься на пластике, вместе с процессором и дисплеем. Ну, а наномасштабов элементы пластиковой логики вполне могут достичь лет через 10. Тогда и мощный компьютер можно будет наклеить на стену в виде плаката или даже стикера.
В медицине будет развиваться ранняя и тачная диагностика на основе наносенсоров. Точечная доставка ле-карств в форме нанокапсул прямо в пораженные клетки поможет справиться с множеством заболеваний. Исследо-вания в области наноструктурированных материалов и биоактивных покрытий могут привести к революции в про-тезировании - созданию полноценных искусственных конечностей. Быстрый анализ индивидуальной ДНК поможет вовремя предотвращать тяжелые заболевания и настраивать лекарства на особенности пациента.
Строительные конструкции будут насыщены наносенсорами, следящими за их прочностью и целостностью. Подобно использованию видеокамер для наружного наблюдения, сенсорные технологии начнут включаться в про-цессы наблюдения и передачи данных для обнаружения любых угроз, от пожара ДО атаки террористов.
Промышленного уровня достигнут технологии молекулярной сборки. Вряд ли автомобили, чайники, стулья будут делаться прямо из молекул. Однако нанофабрикация по принципу «снизу вверх» (в сочетании с обычными методами), скорее всего, уже лет через 10-15 будет широко применяться в некоторых отраслях (прежде всего в электронике). Во всех отраслях машиностроения будут работать всевозможные нанопокрытия и нанодобавки, ис-пользоваться умные наноматериалы — снижая трение, защищая машины от грязи и повреждений, экономя энергию.
Однако самое интересное и важное — как повлияет развитие нанотехнологий на частную жизнь человека и жизнь общества в целом. Сейчас ясно одно: эти технологии сильно изменят мир. Но предвидеть эти изменения в деталях нам почти наверняка не удастся.

Что дают нанотехнологии?

От нанотехнологических разработок в медицине ждут революционных достижений в борьбе с раком, С особо опасными инфекциями, в ранней диагностике, в протезировании, По всем этим направлениям ведутся интенсивные исследования. Некоторые их результаты уже пришли в медицинскую практику. Вот лишь два ярких примера.

Адресная доставка лекарственных соединений

Убивая микробов и разрушая опухоль, лекарства обычно наносят удар и по здоровым органам и клеткам орга-низме. Именно из-за этого некоторые тяжелейшие болезни до сих пор не удается надежно вылечить — лекарства приходится использовать в слишком малых дозах. Выход — доставлять нужное вещество прямо в пораженную клетку, не задевая остальные.
Для этого создаются нанокапсулы, чаще всего биологические частицы (например, липосомы), внутрь кото-рых помещается нанодоза препарата. Ученые пытаются «настроить» капсулы Н8 определенные виды клеток, кото-рые они должны уничтожим проникая через мембраны. Совсем недавно появились первые промышленные пре-параты такого типа для борьбы с некоторыми видами рака, другими заболеваниями.
Наночастицы помогают решить и другие проблемы с доставкой лекарств в организме. Так, человеческий мозг серьезно защищен природой от проникновения ненужных веществ по кровеносным сосудам. Однако эта за-щита неидеальна. Ее легко преодолевают молекулы алкоголя, кофеина, никотина и антидепрессантов, но она бло-кирует лекарства от тяжелых болезней самого мозга. Чтобы их ввести, приходится делать сложные операции. Сейчас испытывается новый способ доставки лекарств в мозг с помощью наночастиц. Белок, который свободно проходит «мозговой барьер», играет роль «троянского коня»: к молекулам этого белка «пристегивается» квантовая точка (нанокристалл полупроводника) и вместе с ним проникает к клеткам мозга. Пока квантовые точки лишь сиг-нализируют о преодолении барьера — в будущем планируется использовать их и другие наночастицы для диагно-стики и лечения.

Системы диагностики

Давно завершился всемирный проект расшифровки генома человека — полное определение структуры молекул ДНК, которые находятся во всех клетках нашего организма и непрерывно управляют их развитием, делением, об-новлением. Однако для индивидуального назначения лекарства, для диагностики и прогноза наследственных бо-лезней нужно расшифровать не геном вообще, а геном данного пациента. Мо процесс расшифровки пока очень длителен и дорог.
Нанотехнологии предлагают интересные пути к решению этой задачи. Например, использование нанопор — когда молекула проходит через такую пору, помещенную раствор, датчик регистрирует ее по изменению электри-ческого сопротивления. Впрочем, очень многое можно сделать и не дожидаясь полного решения такой сложной проблемы. Уже существуют биочипы, распознающие у пациента за один анализ более двухсот «генетических син-дромов».
Диагностика состояния индивидуальных живых клеток прямо в организме — еще одно поле приложения нанотехнологии. Сейчас испытываются зонды, состоящие из оптоволокон толщиной в десятки нанометров, к кото-рому присоединен химически чувствительный наноэлемент. Зонд вводится в клетку, и ПО оптоволкну передает информацию о реакции чувствительного элемента. Таким путем можно исследовать в реальном времени состояние различных зон внутри клетки, получать очень важную информацию о нарушениях ее тонкой биохимии. А это — КЛЮЧ К диагностике серьезных болезней на этапе, когда внешних проявлений еще нет — и когда вылечить болезнь гораздо проще.

Спорт

Достижение новых спортивных высот, помимо усилий спортсмена, очень часто требует отличного спортивного инвентаря. Сегодня нанотехнологии применяются в изготовлении мячей для тенниса, велосипедных рам, ракеток, спортивной одежды, лыж и лыжных палок, и многого другого.
В 2004 были созданы мячи для гольфа с применением нанотехнологии. При ударе по мячу клюшкой лишь часть ее энергии обеспечивает разгон, остальное уходит на деформацию. Разработчики придумали мячи, внешняя поверхность которых изготовлена из материала, содержащего наночастицы. Такие мячи, как утверждают их созда-тели, деформируются гораздо меньше и поэтому могут быть точнее направлены в лунку.
Материалы, содержащие углеродные нанотрубки или другие наночастицы, уже используются в деталях спортивных велосипедов, лыжах и лыжных палках — для повышения прочности и снижения веса. Спортивная оде-жда, изготовленная при помощи нанотехнологии, поддерживает ощущение прохлады в течение дня. Хлопковые ткани со специально организованными нановолокнами выводят пот спортсмена на наружную поверхность майки или футболки, где он быстро высыхает — внутренняя поверхность остается почти сухой.
Наноматериалы для строительства, автономные, источники энергии на мощных солнечных батареях, нано-фильтры для очистки воды и воздуха — эти достижения нанотехнологий должны сделать наши дома удобнее, на-дежнее, безопасное.
Добавление наночастиц различных материалов (в ТОМ число углеродных нанотрубок) в бетон делает его в несколько раз прочнее. Разрабатываются нанопокрытия, защищающие бетонные конструкции от воды. Сталь, важ-нейший строительный материал, тоже становится гораздо прочнее при добавлении наночастиц ванадия и молиб-дена. Самоочищающееся стекло с наночастицами двуокиси титана уже выпускается промышленностью. Нанопле-ночные покрытия для стекла будут оптимально регулировать потоки света и тепла, идущие через окна.
Для защиты зданий от огня нанотехнологии предлагают как новые негорючие материалы (например, изо-ляцию кабелей, содержащую наночастицы глины), так и «умные» сети сверх- чувствительных нанодатчиков возго-рания. Обои с покрытием из наночастиц окиси цинка помогут очистить помещение от бактерий.
Что же касается домашней техники — холодильников, телевизоров, сантехники, осветительных приборов, кухонного оборудования — здесь поле приложений для нанотехнологий неисчерпаемо. «Умный дом», насыщенный наноэлектронными устройствами (от скромных датчиков температуры до дисплеев трехмерного изображения), экономичные источники приятного для глаз света на квантовых точках, холодильник из нанокомпозитных материа-лов, наполненный пакетами из «умных полимеров» с продуктами питания, содержащими ценные нанодобавки — возможно, все это станет повседневной реальностью лет через 10-15.

Оборона

Военные всех стран очень интересуются нанотехнологиями. Сейчас на повестке дня — новая взрывчатка, зажив-ление ран, электроника, биохимические датчики, защитные ткани. Однако в будущем к этому списку может доба-виться и то, что сегодня, похоже, на фантастику — например, самовосстанавливающаяся броня или плащ-невидимка.
Наносенсоры взрывчатых веществ уже созданы. Они так же чувствительны, как нос собаки — но пока не способны так же уверенно различать запахи. Испытываются новые защитные материалы — нанонаполнитель в них гасит удары пуль, осколков, даже ударную волну от близкого взрыва. Но множество лабораторий уже работает над одеждой для солдата, которая бы не только защищала от пуль, но и «подставляла плечо» при переноске оружия и боеприпасов, да еще и сама очищалась ОТ ядовитых загрязнений.
Прототипы уже есть: например, насыщенная частицами железа густая жидкость, которая превращается в броню при включении магнитного поля — и опять в жидкость при его выключении.
Существуют сверхмощные взрывчатые вещества, которые невозможно использовать, так как они изрываются при малейшем сотрясении. Но если поместить их мельчайшие частицы в наноматрицу, этого не происходит. Такую взрывчатку можно будет применять точечно и очень эффективно. Ну, а военная медицина уже ведет клинические испытания бинта с неорганическим наноматериалом, останавливающим любое кровотечение за несколько секунд.
«Наступательный» потенциал нанотехнологий весьма грозен, но пишут о нем гораздо меньше. Например, военным хотелось бы заранее и скрытно покрыть сетью нанодатчиков территорию вблизи стратегических объектов противника. Тот, кто это сделает, получит огромные преимущества в случае вооруженного конфликта. На такие за-дачи нацелено множество проектов самоорганизующихся сетей нанодетчиков и других автономных устройств. Од-нако неконтролируемое развитие боевого нанотеха тревожит и самих военных.

Компьютеры

Нанотехнологии уже играют решающую роль в компьютерной индустрии. Знаменитый «закон Мура» лавинооб-разного роста числа транзисторов в процессорном чипе до сих пор обеспечивался тем, что каждые два года удава-лось резко уменьшить размеры элементов интегральных схем: в 2007 году промышленность вышла не 45-наномотровый рубеж, в 2009-м за ним последует 32 нм, а в 2011-м — 22 нм. Однако следующий шаг, шестна-дцать нанометров, будет, скорее всего, последним на пути к дальнейшей миниатюризации (для существующей технологии, основанной на полевых транзисторах).
Сформировать транзистор в более тонком слое полупроводника очень сложно по фундаментальным физи-ческим причинам. Именно здесь в игру должны вступить принципиально новые подходы — сейчас над ними рабо-тают специалисты крупнейших полупроводниковых компаний и лучшим университетов мира.
Одним из самых перспективных направлений I наноэлектронике сегодня считается применение нанопро-вода (nanowires) — нитей из различных материалов, чья толщина достигает единиц нанометров. Вдоль нанопровода можно «растянуть» транзистор — предполагается, что такие транзисторы станут основой для гибких электронных схем, находящихся в «умной ткани». Потребуется, конечно, надежная технология создания огромных массивов транзисторов на нанопроводах, и поразительно, что один из самых реалистичных путей к этому — сборка наноп-рводов при помощи природных наномашин, молекул ДНК. На этом пути уже достигнуты обнадеживающие резуль-таты.
Нанопровода могут оказаться очень полезными и для создания энергонезависимой (не стирающейся при выключении питания) магнитной памяти следующего поколения. Такое устройство, не имеющее движущихся частей, будет сочетать ёмкость жесткого диска с размерами и скоростью считывания лучших кремниевых чипов.
Впрочем, сегодня никто не может утверждать, что именно нанопровода станут основой компьютерной тех-ники недалекого будущего. Многие исследовательские группы работают над другими базовыми элементами — в частности, графеновыми пленками. Однако все перспективные направления относятся к нанотехнологиям, то есть используют необычные свойства искусственно созданных нанометровых структур тех или иных материалов. В дальнейшем такие материалы должны обеспечить создание еще более мощных и компактных процессоров, где информация будет представлена уже не с помощью электрического заряда, как сейчас. На смену электронике гото-вится прийти спинтроника, оперирующая состояниями отдельных атомов или молекул.
Ну, а в более отдаленной перспективе компьютерную технику ожидает, вероятно, еще более фундамен-тальная революция уже не только в элементной базе, а в самих принципах вычислений. Речь идет о создании кван-товых процессоров - устройств, работающих с «квантовыми битами», или «кубитами». Квантовый процессор не обязательно будет очень маленьким, современные прототипы занимают целую комнату. Скорее всего, он не станет и заменой классическому компьютеру. Ценность этой машины в другом — используя законы квантовой механики, она способна (пока — лишь в теории!) решать некоторые задачи, практически недоступные обычным компьютерам: взламывать сложнейшие шифры, с огромной скоростью анализировать гигантские базы данных, а главное — с вы-сокой точностью рассчитывать структуру и свойства веществ на молекулярном уровне.
На ближайшие годы ученые планируют лишь разработку надежных технологий создания единичных кубитов. Однако потенциальные возможности квантовых компьютеров столь заманчивы, что в эти исследования вовлекаются все новые исследовательские коллективы, и прежде всего — нанотехнологи.

Еда

Пищепром, сельское хозяйство — именно здесь нанотех привлекает самое большое внимание широкой публики.
Близки к завершению разработки упаковочных материалом, которые будут следить за качеством упакован-ных продуктов. Если продукт начнет портиться, это зарегистрируют наносенсоры, способные реагировать даже на отдельные молекулы и упаковка тут же подаст сигнал (например, резко изменит цвет). Пленка из наноматериалов способна убивать бактерии и грибки, поддерживать оптимальный газообмен. Для борьбы с подделкой продуктов питания созданы наноразмерные штрихкоды — их можно нанести даже на отдельные зерна и крупинки и считывать специальным микроскопом.
Все медицинские достижения нанотеха (в частности, нанокапсулы с лекарствами и питательными вещест-вами) применяются и в сельском хозяйстве. Скажем, дезинфицирующие свойства серебра известны с незапамятных времен — но у наночастиц серебра эти свойства выражены с необычайной силой. Производители сельхозпродукции учатся правильно использовать наносеребро в кормах для животных — возможно, это позволит полностью от-казаться от антибиотиков (что уже сделали некоторые крупные компании) при откорме птицы и скота.
Вполне возможно, что через несколько лет в наших холодильниках появятся совершенно необычные про-дукты питания. Первые шаги уже сделаны. Скажем, в Австралии уже добавляют в белый хлеб нанокапсулы с рыбьим жиром. Вкус хлеба не изменяется, а ценнейшие витамины поступают в организм.
Гиганты же пищевой промышленности совместно с крупными университетами работают сейчас над про-граммой «интерактивной еды». Например, уже всерьез можно говорить о «программируемом вине». Покупатель набирает код на пульте микроволнового передатчика — и активирует в содержимом купленной бутылки ви-на-полуфабриката те нанокапсулы, которые превращают его, предположим, в «Шабли». Точно так же можно про-граммировать вкус, набор витаминов и питательных веществ в любом безалкогольном напитке. В эксперименталь-ной форме такие технологии уже реализованы. Неизвестно, войдут ли они в нашу жизнь именно через программи-руемое вино или лимонад, — НО практически нет сомнений, что подобных «сконструированных» продуктов со временем будет все больше и больше.

Нанотехнологии в России и мире

Научные исследования и технологические разработки которые, сейчас относят к области нанонауки и нанотех-нологии, ведутся примерно с середины XX века (а некоторые нанотехнологические практики известны на протяже-нии сотен и даже тысяч лет). Термин «нанотехнологии» ввел в научный оборот японский исследователь Норио Та-нигути в 1974 году. Сегодня практически у каждой страны, причисляющей себя к лидерам научно-технического прогрессе, есть своя «нанотехнологическая инициатива».
Наиболее известна Национальная нанотехнологическая инициатива США, ведущая свою историю с ноября 1996 года. Важным этапом в ее становлении стала речь президента Билла Клинтона в январе 2000 года, где он тор-жественно объявил о запуске этой программы и выделении на нее крупных государственных средств (около 500 миллионов долларов).
В мировой литературе, как правило, разделяют нанонауку (nanoscience, иногда — nanoscale science) и нано-технологии (nanotechnology). На русском языке, напротив, термин нанотехнологии обычно объединяет науку, тех-нологии, а иногда и наноиндустрию (соответствующие отрасли бизнеса и производства).
В нашей стране нанотехнологии впервые были упомянуты в официальных документах в марте 2002 года. 18 ноября 2004 года Правительство РФ одобрило первую «Концепцию развития в Российской Федерации работ в об-ласти нанотехнологии на период до 2010 года». Президент РФ 24 апреля 2007 года подписал Президентскую ини-циативу «Стратегия развития наноиндустрии», а уже 19 июля того же года был принят федеральный закон о создании Российской корпорации нанотехнологии (РОСНАНО).
В 2007 году государство выделило более 130 миллиардов рублей на обеспечение работы корпорации. Всего же на нанотехнологическое направление запланировано в федеральном бюджете около 180 миллиардов рублей — огромные средства, сопоставимые с полным объемом финансирования науки. Теперь важнейшая задача — создать условия для роста частных инвестиций в наноиндустрию.
Государственная поддержка наноотрасли в Российской федерации продолжается. В начале 2008 года при-няты две крупных программы — «Программа развития наноиндустрии в Российской Федерации до 2015 года» и федеральная целевая программа «Развитие инфраструктуры наноиндустрии и Российской Федерации на 2008 — 2010 годы». Большую роль играют нанонаука и нанотехнологии в принятой 27 февраля 2008 года правительством РФ «Программе фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2008 — 2012 годы».


Источник: Сайт «Нано? Это просто»