Nanotechnologie in de moderne wereld. Projectbescherming
Kenmerkend kenmerk van nanotechnologie Historische achtergrond Nanorobots Toepassingsgebied van nanorobots (momenteel) Fundamentele bepalingen Atoomkrachtmicroscopie Nanodeeltjes Zelforganisatie van nanodeeltjes Geavanceerde wetenschappen Nanotechnologie-industrie Nanotechnologie in de geneeskunde Octrooien op het gebied van nanotechnologie en investeringsvolumes US Science Foundation en haar investeringen in nanotechnologie
Wat is het verschil tussen nanotechnologie en de rest? Nanotechnologie is een interdisciplinair gebied van fundamentele en toegepaste wetenschap en technologie, dat zich bezighoudt met een combinatie van theoretische rechtvaardiging, praktische methoden van onderzoek, analyse en synthese, evenals methoden voor de productie en het gebruik van producten met een bepaalde atomaire structuur door middel van gecontroleerde manipulatie van individuele atomen en moleculen. De vaak gebruikte definitie van nanotechnologie als een reeks methoden voor het werken met objecten die kleiner zijn dan 100 nanometer is geen nauwkeurige beschrijving van zowel het object als het verschil tussen nanotechnologie en traditionele technologieën en wetenschappelijke disciplines. Op dergelijke schaal zijn conventionele, macroscopische technologieën voor het omgaan met materie vaak niet toepasbaar, en microscopische verschijnselen, die op conventionele schaal verwaarloosbaar zwak zijn, worden veel belangrijker: de eigenschappen en interacties van individuele atomen en moleculen of aggregaten van moleculen, kwantumeffecten.
Historische achtergrond Veel bronnen, voornamelijk in het Engels, associëren de eerste vermelding van methoden die later nanotechnologie zouden heten met de beroemde toespraak die Richard Feynman in 1959 hield op het California Institute of Technology op de jaarlijkse bijeenkomst van de American Physical Society. Richard Feynman suggereerde dat het mogelijk was om afzonderlijke atomen mechanisch te verplaatsen met behulp van een manipulator van de juiste grootte; een dergelijk proces zou tenminste niet in tegenspraak zijn met de wetten van de natuurkunde die tegenwoordig bekend zijn. Hij stelde voor om deze manipulator op de volgende manier te doen. Het is noodzakelijk om een mechanisme te bouwen dat een kopie van zichzelf zou creëren, maar dan een orde van grootte kleiner. Het gecreëerde kleinere mechanisme moet opnieuw een kopie van zichzelf creëren, opnieuw een orde van grootte kleiner, enzovoort totdat de afmetingen van het mechanisme evenredig zijn met de afmetingen van de orde van één atoom. In dit geval zal het nodig zijn om veranderingen aan te brengen in de structuur van dit mechanisme, omdat de zwaartekrachten die in de macrokosmos werken steeds minder invloed zullen hebben, en de krachten van intermoleculaire interacties en van der Waals-krachten in toenemende mate de werking van het systeem zullen beïnvloeden. het mechanisme. De laatste fase van het resulterende mechanisme zal zijn kopie samenstellen uit individuele atomen. In principe is het aantal van dergelijke exemplaren onbeperkt; het zal mogelijk zijn om in korte tijd een willekeurig aantal van dergelijke machines te maken. Deze machines zullen op dezelfde manier macro-dingen kunnen assembleren, door middel van atomaire assemblage. Dit zal de zaken veel goedkoper maken; dergelijke robots (nanorobots) zullen alleen het vereiste aantal moleculen en energie nodig hebben, en een programma schrijven om de benodigde items samen te stellen. Tot nu toe heeft niemand deze mogelijkheid kunnen weerleggen, maar niemand is er nog in geslaagd dergelijke mechanismen te creëren. Het fundamentele nadeel van een dergelijke robot is de onmogelijkheid om vanuit één atoom een mechanisme te creëren. De term ‘nanotechnologie’ werd voor het eerst gebruikt door Norio Taniguchi in 1974. Hij gebruikte deze term om de productie van producten van enkele nanometers groot te beschrijven. Een centrale plaats in zijn onderzoek werd gespeeld door wiskundige berekeningen, met behulp waarvan het mogelijk was om de werking van apparaten van enkele nanometers groot te analyseren.
Nanorobots Nanorobots, of nanobots, zijn robots die qua grootte vergelijkbaar zijn met een molecuul (kleiner dan 10 nm), met de functies beweging, informatie verwerken en verzenden, en programma's uitvoeren. Op dit moment (2009) is het niet mogelijk geweest om echte nanorobots te maken. Sommige wetenschappers beweren dat sommige componenten van nanorobots al zijn gemaakt. Nanorobots die kopieën van zichzelf kunnen maken, dat wil zeggen zichzelf kunnen reproduceren, worden replicators genoemd. De mogelijkheid om nanorobots te creëren werd besproken in zijn boek “Machines of Creation” van de Amerikaanse wetenschapper Eric Drexler. Het idee van nanorobots wordt veel gebruikt in moderne sciencefiction. Andere definities beschrijven een nanorobot als een machine die in staat is tot nauwkeurige interactie met objecten op nanoschaal of die objecten op nanoschaal kan manipuleren. Als gevolg hiervan kunnen zelfs grote apparaten zoals een atoomkrachtmicroscoop als nanorobots worden beschouwd, omdat ze objecten op nanoschaal manipuleren. Bovendien kunnen zelfs gewone robots die met precisie op nanoschaal kunnen bewegen, als nanorobots worden beschouwd. Nanorobots bevinden zich voornamelijk in de onderzoeksfase van hun creatie, maar er zijn al enkele primitieve prototypes van moleculaire machines gemaakt. Bijvoorbeeld een sensor met een schakelaar van ongeveer 1,5 nm, die in staat is individuele moleculen in chemische monsters te tellen. De eerste nuttige toepassing van nanomachines, als ze zich voordoen, is gepland in de medische technologie, waar ze kunnen worden gebruikt om kankercellen te identificeren en te vernietigen. Ze kunnen ook giftige chemicaliën in het milieu detecteren en hun concentratieniveaus meten. Rice University heeft onlangs nanoapparaten gedemonstreerd voor gebruik bij het reguleren van chemische processen in moderne auto's.
Toepassingsgebied Vroege diagnose van kanker en gerichte toediening van medicijnen aan kankercellen Biomedische instrumenten Chirurgie Farmacokinetiek Monitoring van patiënten met diabetes Productie van apparaten uit individuele moleculen volgens de tekeningen door middel van moleculaire assemblage door nanorobots Militair gebruik als surveillance- en spionagetools, evenals wapens Ruimteonderzoek en -ontwikkeling (bijvoorbeeld von Neumann-sondes die een Gauss-kanon in een lage baan om de aarde kunnen dragen)
Atoomkrachtmicroscopie Een van de methoden die wordt gebruikt om nanoobjecten te bestuderen is atoomkrachtmicroscopie. Met behulp van een atomaire krachtmicroscoop (AFM) kun je niet alleen individuele atomen zien, maar deze ook selectief beïnvloeden, met name atomen langs het oppervlak verplaatsen. Wetenschappers zijn er al in geslaagd om met deze methode tweedimensionale nanostructuren op het oppervlak te creëren. In het IBM-onderzoekscentrum konden medewerkers bijvoorbeeld door xenon-atomen opeenvolgend over het oppervlak van een nikkel-monokristal te bewegen drie letters van het bedrijfslogo opmaken met behulp van 35 xenon-atomen. Bij het uitvoeren van dergelijke manipulaties doen zich een aantal technische problemen voor. In het bijzonder is het noodzakelijk om ultrahoge vacuümomstandigheden te creëren, het is noodzakelijk om het substraat en de microscoop af te koelen tot ultralage temperaturen (4-10 K), het oppervlak van het substraat moet atomair schoon en atomair glad zijn, waarvoor speciale bereidingsmethoden worden gebruikt. Het substraat wordt gekoeld om de oppervlaktediffusie van afgezette atomen te verminderen.
Nanodeeltjes De moderne trend naar miniaturisering heeft aangetoond dat een stof compleet nieuwe eigenschappen kan hebben als we een heel klein deeltje van deze stof nemen. Deeltjes variërend in grootte van 1 tot 1000 nanometer (meer dan 100 nanometer kunnen nanodeeltjes worden genoemd) nanometers worden gewoonlijk "nanodeeltjes" genoemd. Zo bleek bijvoorbeeld dat nanodeeltjes van sommige materialen zeer goede katalytische en adsorptie-eigenschappen hebben. Andere materialen vertonen verbazingwekkende optische eigenschappen; ultradunne films van organische materialen worden bijvoorbeeld gebruikt om zonnecellen te maken. Hoewel dergelijke batterijen een relatief lage kwantumefficiëntie hebben, zijn ze goedkoper en kunnen ze mechanisch flexibel zijn. Het is mogelijk om de interactie van kunstmatige nanodeeltjes te bewerkstelligen met natuurlijke objecten van nanogrootte, eiwitten, nucleïnezuren, enz. Zorgvuldig gezuiverde nanodeeltjes kunnen zichzelf assembleren tot bepaalde structuren. Deze structuur bevat strikt geordende nanodeeltjes en vertoont bovendien vaak bijzondere eigenschappen. Nano-objecten zijn onderverdeeld in 3 hoofdklassen: driedimensionale deeltjes verkregen door explosie van geleiders, plasmasynthese, reductie van dunne films, enz., tweedimensionale filmobjecten verkregen door moleculaire depositiemethoden, CVD, ALD, ionenafzettingsmethode, enz. , eendimensionale snorhaarobjecten, deze objecten worden verkregen door de methode van moleculaire gelaagdheid, het introduceren van stoffen in cilindrische microporiën, enz. Er zijn ook nanocomposieten, materialen die worden verkregen door nanodeeltjes in willekeurige matrices te introduceren. Op dit moment wordt alleen de microlithografische methode op grote schaal gebruikt, die het mogelijk maakt om platte eilandobjecten met een grootte van 50 nm op het oppervlak van matrices te verkrijgen; deze wordt gebruikt in de elektronica.
Zelforganisatie van nanodeeltjes Een van de belangrijkste vragen waarmee nanotechnologie wordt geconfronteerd, is hoe je moleculen kunt dwingen om op een bepaalde manier te groeperen, om zichzelf te organiseren, om uiteindelijk nieuwe materialen of apparaten te verkrijgen. Dit probleem wordt behandeld door de tak van de chemie, de supramoleculaire chemie. Het bestudeert geen individuele moleculen, maar interacties tussen moleculen, die, wanneer ze op een bepaalde manier georganiseerd zijn, aanleiding kunnen geven tot nieuwe stoffen. Het is bemoedigend dat soortgelijke systemen en soortgelijke processen daadwerkelijk in de natuur voorkomen. Er zijn dus biopolymeren bekend die zich in speciale structuren kunnen organiseren. Een voorbeeld zijn eiwitten die niet alleen in een bolvormige vorm kunnen vouwen, maar ook complexe structuren vormen die meerdere eiwitmoleculen (eiwitten) omvatten. Er bestaat al een synthesemethode die gebruik maakt van de specifieke eigenschappen van het DNA-molecuul. Er wordt complementair DNA genomen, een molecuul A of B wordt aan een van de uiteinden verbonden. We hebben 2 stoffen: -- --A en ----B, waarbij ---- een conventioneel beeld is van een enkel DNA-molecuul. Als je deze twee stoffen mengt, worden er waterstofbruggen gevormd tussen de twee afzonderlijke DNA-strengen, waardoor moleculen A en B naar elkaar toe worden getrokken. Laten we de resulterende verbinding grofweg weergeven: ====AB. Het DNA-molecuul kan eenvoudig worden verwijderd nadat het proces is voltooid.
Wetenschappen die zijn ontstaan dankzij nanotechnologie Nanogeneeskunde (monitoring, correctie, ontwerp en controle van menselijke biologische systemen op moleculair niveau met behulp van nanoapparaten en nanostructuren) Nano-elektronica (een gebied van elektronica dat de fysieke en technologische basis ontwikkelt voor het creëren van geïntegreerde elektronische circuits met karakteristieke topologische elementgroottes kleiner dan 100 nm.) Nano-engineering (wetenschappelijke en praktische menselijke activiteiten bij het ontwerp, de vervaardiging en het gebruik van objecten of structuren van nanogrootte, evenals objecten of structuren gecreëerd door nanotechnologiemethoden.) Nano-ionica (eigenschappen, verschijnselen, effecten, procesmechanismen en toepassingen geassocieerd met snel ionentransport in vaste-stof nanosystemen.) Nanorobotica (toegepaste wetenschap die zich bezighoudt met de ontwikkeling van geautomatiseerde technische systemen (robots) op het gebied van nanotechnologie.) Nanochemie (een wetenschap die de eigenschappen van verschillende nanostructuren bestudeert , evenals de ontwikkeling van nieuwe methoden voor de productie, studie en wijziging ervan)
Nanotechnologieën in Rusland Het staatsbedrijf “Russische Corporation of Nanotechnologies” (RUSNANO) werd op 19 juli 2007 bij Federale Wet 139-FZ opgericht om “staatsbeleid op het gebied van nanotechnologieën te implementeren, innovatieve infrastructuur op het gebied van nanotechnologieën te ontwikkelen, projecten uit te voeren voor de creatie van veelbelovende nanotechnologieën en nano-industrie.” Het bedrijf lost dit probleem op door op te treden als mede-investeerder in nanotechnologieprojecten met een aanzienlijk economisch of sociaal potentieel. De financiële deelname van het bedrijf in de vroege stadia van projecten vermindert de risico's van zijn partners - particuliere investeerders. Het bedrijf neemt deel aan de oprichting van infrastructuurfaciliteiten voor nanotechnologie, bijvoorbeeld centra voor collectief gebruik, bedrijfsincubators en vroege investeringsfondsen. RUSNANO selecteert prioritaire investeringsgebieden op basis van ontwikkelingsprognoses op lange termijn, waarbij bij de ontwikkeling vooraanstaande Russische en mondiale experts betrokken zijn. De regering van de Russische Federatie heeft 130 miljard roebel toegewezen voor de activiteiten van de onderneming, die in november 2007 werd bijgedragen aan het toegestane kapitaal van RUSNANO. In juni 2008 werden tijdelijk beschikbare gelden op rekeningen bij acht commerciële banken geplaatst, in overeenstemming met de aanbevelingen van het Ministerie van Financiën van de Russische Federatie. De bestuursorganen zijn de raad van commissarissen, het bestuur en de algemeen directeur. In september 2008 werd Anatoly Borisovich Chubais benoemd tot algemeen directeur van de Russian Nanotechnology Corporation.
Het doel van het onderzoek is de praktische toepassing van nanotechnologie.
Taken:
Verzamel en bestudeer informatie over nanotechnologie.
Ontwikkel een enquêtevragenlijst.
Voer een enquête uit onder leerlingen in groep 5, 7 en 10 van MKOU "Teguldet Secondary School"
Analyseer de verkregen resultaten en formuleer conclusies.
Het doel van het werk is om het praktische gebruik van nanotechnologie te laten zien.
Doelstellingen:
Informatie over nanotechnologie verzamelen en bestuderen.
Om een vragenlijst uit te werken.
Het ondervragen van leerlingen van onze school.
Om de resultaten te analyseren, om de conclusie te trekken.
Wat is nanotechnologie?
De afgelopen decennia zijn er nieuwe en meer geavanceerde energietechnologieën ontdekt op het gebied van wetenschap en techniek, met als doel het leven over de hele wereld te verbeteren. Om ervoor te zorgen dat de volgende technologieën de huidige technologieën voorlopen, hebben wetenschappers en ingenieurs een nieuw wetenschapsgebied ontwikkeld, genaamd nanotechnologie.
Nanotechnologie wordt gedefinieerd als de wetenschap en technologie van het ontwikkelen van elektronische circuits en apparaten op basis van individuele atomen en moleculen; of de ontwikkelingsindustrie die zich bezighoudt met zaken kleiner dan 100 nanometer. Een nanometer (nm) is gelijk aan een miljardste meter, ongeveer de breedte van drie of vier atomen. Ter vergelijking: de gemiddelde breedte van een mensenhaar is ongeveer 80.000 nanometer, en de grootte van één deeltje is ongeveer 100 nanometer breed. Troostennano- Afkomstig van het Griekse woordnano's- wat "dwerg" betekent. Wetenschappers gebruikten het voorvoegsel oorspronkelijk om naar iets heel kleins te verwijzen, zoals nanoplankton. De term nanotechnologie wordt ook vaak gebruikt om interdisciplinaire wetenschapsgebieden te beschrijven die zich bezighouden met de studie en exploitatie van fenomenen op nanoschaal.
Verhaal.
De geschiedenis van de nanotechnologie begon in de jaren vijftig en zestig van de twintigste eeuw, toen de meeste ingenieurs groots dachten. Het was een tijd van grote auto's, grote vliegtuigen, grote olietankers, grote wolkenkrabbers en grote plannen om mensen de ruimte in te sturen. In grote steden over de hele wereld zijn enorme wolkenkrabbers zoals het World Trade Center gebouwd. Terwijl andere onderzoekers zich concentreerden op het maken van kleine objecten. De uitvinding van de transistor in 1947 en de eerste geïntegreerde schakeling in 1959 luidden het tijdperk van de miniatuurelektronica in. Het waren deze kleine apparaten die de basis vormden voor de opkomst van grote apparaten zoals ruimteschepen. Nadat ze vóór de Tweede Wereldoorlog met succes het atoom hadden gesplitst, probeerden natuurkundigen de deeltjes te vinden waaruit atomen zijn gemaakt en de krachten die ze aan elkaar binden. Tegelijkertijd werkten scheikundigen aan het combineren van atomen tot nieuwe soorten moleculen en hadden ze groot succes bij het omzetten van complexe aardoliemoleculen in allerlei bruikbare kunststoffen.
Nanomaterialen.
Nanomaterialen zijn materialen met unieke eigenschappen: ze kunnen op verschillende manieren elektriciteit en warmte overbrengen en van kleur veranderen (gouddeeltjes kunnen rood, blauw of goud zijn, afhankelijk van hun grootte). Deze bijzondere eigenschappen worden al gebruikt om mobiele telefoons en computerchips te maken.
Het doel van wetenschappers is om nanotechnologie te gebruiken om nieuwe apparaten te creëren die sterker, lichter, sneller en efficiënter zijn.
Nanogeneeskunde.
Nanogeneeskunde is een gebied van medisch onderzoek dat instrumenten uit de nanotechnologie voor de gezondheid wil gebruiken. Wetenschappers zeggen dat de fysische, chemische en biologische eigenschappen van materialen op nanoschaal globaal verschillen van de eigenschappen van dezelfde materialen op grote schaal (gewone afmetingen). Nanotechnologie zou bijvoorbeeld kunnen zorgen voor nieuwe technologieën voor de productie van medicijnen en nieuwe routes om medicijnen naar voorheen ontoegankelijke locaties in het menselijk lichaam te brengen, waardoor hun potentieel wordt vergroot. Kleine sensoren die ziekten in het lichaam veel sneller diagnosticeren dan bestaande diagnostische hulpmiddelen; dit zijn enkele van de veelbelovende onderzoeksgebieden.
Is nanotechnologie goed of slecht?
Nanotechnologie biedt potentiële voordelen voor de mensheid, maar brengt ook ernstige gevaren met zich mee. Sommige nanomaterialen zijn giftig voor menselijke spieren en cellen.
In tegenstelling tot de grootste deeltjes kunnen nanomaterialen worden geabsorbeerd door de mitochondriën van cellen en de celkern. Onderzoek heeft aangetoond dat nanomaterialen tot potentiële mutaties kunnen leiden en ernstige structurele schade aan de mitochondriën kunnen veroorzaken, wat zelfs tot celdood kan leiden. Het is passend om de risico's van mogelijke toxiciteit van nanodeeltjes en andere technologische producten zorgvuldig te onderzoeken; het grootste gevaar komt voort uit het schadelijke of onverstandige gebruik van moleculaire productie.
Wat is nanotechnologie?
De afgelopen decennia is er op het gebied van wetenschap en techniek gezocht naar de ontwikkeling van nieuwe en meer geavanceerde energietechnologieën die het leven over de hele wereld kunnen verbeteren. Om de volgende sprong voorwaarts te maken ten opzichte van de huidige generatie technologie, hebben wetenschappers en ingenieurs een nieuw wetenschapsgebied ontwikkeld, genaamd Nanotechnologie.
Nanotechnologie wordt gedefinieerd als de wetenschap en technologie van het bouwen van elektronische circuits en apparaten uit afzonderlijke atomen en moleculen, of de tak van de techniek die zich bezighoudt met dingen kleiner dan 100 nanometer. Een nanometer (nm) is een miljardste van een meter, grofweg de breedte van drie of vier atomen. Ter vergelijking: het gemiddelde menselijke haar is ongeveer 80.000 nanometer breed, en een enkel virusdeeltje is ongeveer 100 nanometer breed. Het voorvoegsel nano-komt van het Griekse woord nanos, dat ‘dwerg’ betekent. Wetenschappers gebruikten het voorvoegsel oorspronkelijk alleen om ‘zeer klein’ aan te duiden, zoals in ‘nanoplankton’, maar het betekent nu een miljardste, net zoals milli een duizendste betekent, en micro een miljoen betekent.
De term nanotechnologie wordt ook vaak gebruikt om de interdisciplinaire wetenschapsgebieden te beschrijven die zich bezighouden met de studie en het gebruik van fenomenen op nanoschaal.
Geschiedenis.
Het verhaal van de nanotechnologie begint in de jaren vijftig en zestig, toen de meeste ingenieurs groot dachten, en niet klein. Dit was het tijdperk van grote auto's, grote atoombommen, grote straalvliegtuigen en grote plannen om mensen de ruimte in te sturen. Enorme wolkenkrabbers, zoals het World Trade Center, werden gebouwd in de grote steden van de wereld. De grootste olietankers, cruiseschepen, bruggen, snelwegen en elektriciteitscentrales ter wereld zijn allemaal producten van dit tijdperk.
Andere onderzoeken waren echter gericht op het kleiner maken van dingen. De uitvinding van de transistor in 1947 en het eerste geïntegreerde circuit (IC) in 1959 luidden een tijdperk van miniaturisatie van de elektronica in. Het waren deze kleine apparaten die grote apparaten, zoals ruimteschepen, mogelijk maakten.
Terwijl elektronica-ingenieurs zich concentreerden op het kleiner maken van dingen, richtten ingenieurs en wetenschappers uit andere vakgebieden hun aandacht ook op kleine dingen: atomen en moleculen. Na het succesvol splitsen van het atoom in de jaren vóór de Tweede Wereldoorlog, hadden natuurkundigen moeite om meer te begrijpen over de deeltjes waaruit atomen zijn gemaakt, en de krachten die ze samenbinden. Tegelijkertijd probeerden scheikundigen atomen te combineren tot nieuwe soorten moleculen, en hadden ze groot succes met het omzetten van de complexe moleculen van aardolie in allerlei nuttige kunststoffen.
Nanomaterialen.
Nanomaterialen – materialen met unieke eigenschappen die voortvloeien uit hun afmetingen op nanoschaal – kunnen sterker of lichter zijn, of op een andere manier warmte of elektriciteit geleiden. Ze kunnen zelfs van kleur veranderen; gouddeeltjes kunnen rood, blauw of goud lijken, afhankelijk van hun grootte. Deze bijzondere eigenschappen worden al op verschillende manieren gebruikt, bijvoorbeeld bij de vervaardiging van computerchips, cd's en mobiele telefoons. Onderzoekers komen steeds meer te weten over de non-schaalwereld van het streven naar het gebruik van nanotechnologieën om nieuwe apparaten te creëren die sneller, lichter, sterker of efficiënter zijn.
Nanogeneeskunde.
Nanogeneeskunde is een gebied van biomedisch onderzoek dat instrumenten uit de nanotechnologie wil gebruiken om de gezondheid te verbeteren. Wetenschappers zeggen dat de fysische, chemische en biologische eigenschappen van materialen op nanoschaal op fundamentele en waardevolle manieren verschillen van de eigenschappen van grotere materie. Nanotechnologie zou bijvoorbeeld nieuwe formuleringen en nieuwe routes kunnen bieden om medicijnen op voorheen ontoegankelijke plaatsen in het lichaam af te leveren, waardoor het potentieel van een medicijn wordt vergroot. Kleine sensoren die ziekten in het lichaam veel eerder detecteren dan bestaande diagnostische hulpmiddelen, en die de grootte van geïmplanteerde moleculen pompen om levensreddende medicijnen precies daar af te leveren waar ze nodig zijn, behoren tot de veelbelovende onderzoeksgebieden.
Is nanotechnologie goed of slecht?
Nanotechnologie biedt potentiële voordelen voor de mensheid, maar brengt ook ernstige gevaren met zich mee. Sommige nanomaterialen zijn giftig gebleken voor menselijk weefsel en celculturen. In tegenstelling tot grote deeltjes kunnen nanomaterialen worden geabsorbeerd door celmitochondria en de celkern. Studies hebben aangetoond dat nanomaterialen potentiële DNA-mutaties kunnen veroorzaken en grote structurele schade aan de mitochondriën kunnen veroorzaken, wat zelfs tot celdood kan leiden.
Hoewel nanotechnologie dateert uit de jaren vijftig, hebben de grootste veranderingen zich de afgelopen jaren voorgedaan. In slechts een paar jaar tijd hebben regeringen over de hele wereld nieuwe onderzoeksprogramma’s gelanceerd.
De meer geavanceerde ontwikkelingen op het gebied van de nanotechnologie die de komende tien jaar worden verwacht, zullen hoogstwaarschijnlijk oplossingen omvatten voor het repareren en herschikken van levende cellen.
Invoering
1. Geschiedenis van de ontwikkeling van nanotechnologie
2. Nanotechnologie in de geneeskunde
3. De regio Voronezh loopt voorop op het gebied van nanoonderzoek
3.1 Universiteiten in de regio Voronezh en hun ontwikkelingen op het gebied van nanotechnologie
3.2 Nanotechnologie-industrie in de regio Voronezh
3.3 Nanoproducten voor de massaconsument
Conclusie
Literatuur
‘Er is daar beneden veel ruimte’
-Richard Feynman
Invoering
Het gebied van wetenschap en technologie dat nanotechnologie wordt genoemd, evenals de bijbehorende terminologie, is relatief recent verschenen. De vooruitzichten zijn echter zo grandioos voor onze beschaving dat het noodzakelijk is om het basisidee van nanotechnologie breed te verspreiden, vooral onder jongeren.
Hoewel het woord nanotechnologie relatief nieuw is, zijn apparaten en structuren van nanometerformaat niet nieuw. In feite bestaan ze al op aarde zolang het leven zelf bestaat. Het abalone-weekdier krijgt een zeer duurzame schaal, iriserend van binnenuit, door duurzame krijtnanodeeltjes te lijmen met een speciaal mengsel van eiwitten en koolhydraten. Scheuren die aan de buitenkant verschijnen, kunnen zich door de nanogestructureerde stenen niet in de gootsteen voortplanten. Schelpen zijn het bewijs van de natuur dat structuren gevormd uit nanodeeltjes veel sterker kunnen zijn dan materiaal met een uniform volume.
Het is niet precies bekend wanneer mensen voor het eerst gebruik gingen maken van materialen op nanoschaal. Er zijn aanwijzingen dat Romeinse glasmakers in de vierde eeuw na Christus glas maakten dat metalen nanodeeltjes bevatte. Een stuk uit deze tijd, de Lycurgus-beker genaamd, bevindt zich in het British Museum. De kom, die de dood van koning Lycurgus voorstelt, is gemaakt van natronkalkglas met daarin nanodeeltjes van zilver en goud. De kleur van de schaal verandert van groen naar donkerrood als er een lichtbron in wordt geplaatst. De enorme verscheidenheid aan prachtige glas-in-loodkleuren in middeleeuwse kerken is te danken aan de aanwezigheid van metallische nanodeeltjes in het glas.
De snelle ontwikkeling van nanotechnologie op mondiaal niveau wijst op hun grote belang in het ontwikkelingsproces van de beschaving. Nanotechnologie zal alle gebieden van het menselijk leven radicaal veranderen. Op basis daarvan kunnen goederen en producten worden gecreëerd, waarvan het gebruik een revolutie teweeg zal brengen in hele sectoren van de economie.
Het belang van de ontwikkeling van nanotechnologie kan nauwelijks worden overschat! Dit betekent dat het noodzakelijk is om alles wat met nanotechnologie te maken heeft op schoolniveau te bestuderen. En hoewel het basisniveau van natuurkunde op de middelbare school slechts 2 uur per week bedraagt, en elke geïnteresseerde student begrijpt dat dit niet genoeg is, neemt de interesse in het gestelde probleem niet af.
1.
Tegenwoordig is het concept van nanotechnologie stevig verankerd in ons leven, en in 1959 zei de beroemde Amerikaanse theoretisch natuurkundige Richard Feynman dat er ‘een verbazingwekkend complexe wereld van kleine vormen bestaat, en op een dag (bijvoorbeeld in 2000) zullen mensen verrast omdat vóór 1960 niemand de verkenning van deze wereld serieus nam.”
De grootvader van de nanotechnologie kan worden beschouwd als de Griekse filosoof Democritus. 2400 jaar geleden gebruikte hij voor het eerst het woord ‘atoom’ om het kleinste materiedeeltje te beschrijven.
1905 - De Zwitserse natuurkundige Albert Einstein publiceerde een artikel waarin hij bewees dat de grootte van een suikermolecuul ongeveer 1 nanometer is.
1931 - De Duitse natuurkundigen Max Knoll en Ernst Ruska creëerden een elektronenmicroscoop, die het voor het eerst mogelijk maakte om nanoobjecten te bestuderen.
1959 - De Amerikaanse natuurkundige Richard Feynman publiceerde voor het eerst een artikel waarin hij de vooruitzichten voor miniaturisatie beoordeelde. De belangrijkste principes van nanotechnologie werden uiteengezet in zijn legendarische lezing ‘Er is genoeg ruimte aan de onderkant’, door hem gehouden aan het California Institute of Technology. Feynman heeft wetenschappelijk bewezen dat er, vanuit het oogpunt van de fundamentele wetten van de natuurkunde, geen obstakel bestaat om dingen rechtstreeks uit atomen te creëren. Toen leken zijn woorden maar om één reden fantastisch: er was nog geen technologie die het mogelijk maakte om op individuele atomen te opereren (dat wil zeggen, een atoom te identificeren, het te nemen en het op een andere plaats te plaatsen). Om de belangstelling op dit gebied te stimuleren, loofde Feynman een prijs van $ 1.000 uit aan de eerste persoon die een pagina uit het boek op de punt van een speld schreef, wat overigens al in 1964 werd bereikt.
1968 - Alfred Cho en John Arthur, medewerkers van de wetenschappelijke afdeling van het Amerikaanse bedrijf Bell, ontwikkelden de theoretische basis voor nanoverwerking van oppervlakken.
1974 - De Japanse natuurkundige Norio Taniguchi introduceerde het woord ‘nanotechnologie’ in de wetenschappelijke circulatie en stelde voor mechanismen kleiner dan 1 micron groot te noemen.
1981 - De Duitse natuurkundigen Gerd Binnig en Heinrich Rohrer creëerden een scanning tunneling microscoop - een apparaat waarmee materie op atomair niveau kan worden beïnvloed. Vier jaar later ontvingen zij de Nobelprijs.
1985 - De Amerikaanse natuurkundigen Robert Curl, Harold Kroteau en Richard Smalley creëerden technologie die het mogelijk maakt om objecten met een diameter van één nanometer nauwkeurig te meten.
1986 - Er werd een atoomkrachtmicroscoop gemaakt die, in tegenstelling tot een tunnelmicroscoop, interactie met alle materialen mogelijk maakt, niet alleen met geleidende materialen.
1986 - Nanotechnologie werd bekend bij het grote publiek. De Amerikaanse futurist Eric Drexler publiceerde een boek waarin hij voorspelde dat nanotechnologie zich binnenkort actief zal gaan ontwikkelen.
1989 - Donald Eigler, een IBM-medewerker, baseerde de naam van zijn bedrijf op xenonatomen.
1998 - De Nederlandse natuurkundige Seez Dekker creëerde een nanotransistor.
2000 - De Amerikaanse regering kondigde het National Nanotechnology Initiative aan. Vervolgens werd uit de Amerikaanse federale begroting 500 miljoen dollar toegewezen. In 2002 werd het bedrag van de toewijzingen verhoogd tot 604 miljoen dollar. Voor 2003 verzocht het initiatief om 710 miljoen dollar, en in 2004 besloot de Amerikaanse regering de financiering voor wetenschappelijk onderzoek op dit gebied te verhogen. $3,7 miljard over vier jaar. In totaal bedroegen de mondiale investeringen in nano in 2004 ongeveer 12 miljard dollar.
2004 - De Amerikaanse regering steunde het “National Nanomedicine Initiative” als onderdeel van het National Nanotechnology Initiative.
Deze chronologie van gebeurtenissen kon mij niet anders dan interesseren, en in het rapport dat ik verstrekte, probeerde ik de feiten en gebeurtenissen te presenteren die mij interesseerden vanuit het standpunt van een zorgzaam schoolkind dat begrijpt dat de toekomst in nieuwe technologieën ligt.
2.
De snelle ontwikkeling van nanotechnologie wordt mede veroorzaakt door de behoefte van de samenleving aan snelle verwerking van grote hoeveelheden informatie.
Tegenwoordig wordt vooruitgang op het gebied van nanotechnologie geassocieerd met de ontwikkeling van nanomaterialen voor de lucht- en ruimtevaart-, automobiel- en elektronica-industrie.
Maar stilaan wordt de geneeskunde steeds vaker genoemd als een veelbelovend toepassingsgebied van nanotechnologie. Dit komt door het feit dat moderne technologie het mogelijk maakt om met materie te werken op een schaal die tot voor kort fantastisch leek: micrometer en zelfs nanometer. Dit zijn de afmetingen die kenmerkend zijn voor de belangrijkste biologische structuren: cellen, hun componenten (organellen) en moleculen.
Vandaag kunnen we praten over de opkomst van een nieuwe richting: nanogeneeskunde. Het idee om microscopische apparaten (robotmanipulatoren) in de geneeskunde te gebruiken werd voor het eerst uitgedrukt in 1959 door R. Feynman. Manipulators openen de breedste mogelijkheden voor het reanimeren van zieke cellen van het lichaam, inclusief menselijke cellen, die sommige visionaire wetenschappers al beschouwen als een kans om eindelijk onsterfelijkheid te verwerven. Er bestaat echter ook een zeer negatieve mogelijkheid voor de verdere ontwikkeling van nanotechnologie: vooral als de controle over de manipulator in de handen van geselecteerde mensen terechtkomt, zal de macht van deze mensen over alle anderen grenzeloos zijn.
Tegenwoordig zijn we nog steeds vrij ver verwijderd van de door Feynman beschreven microrobot, die via de bloedsomloop het hart kan binnendringen en daar klepoperaties kan uitvoeren. Maar de afgelopen jaren zijn zijn voorstellen dichter bij de realiteit gekomen. Moderne toepassingen van nanotechnologie in de geneeskunde kunnen in verschillende groepen worden onderverdeeld:
. Nanogestructureerde materialen, inclusief oppervlakken met nanoreliëf, membranen met nanogaten;
. Nanodeeltjes (inclusief fullerenen en dendrimeren);
. Micro- en nanocapsules;
. Nanotechnologische sensoren en analysatoren;
. Medische toepassingen van scanning-sondemicroscopen;
. Nanotools en nanomanipulatoren;
. Micro- en nano-apparaten met verschillende mate van autonomie.
Het meest opvallende en eenvoudige voorbeeld van het gebruik van nanotechnologie in de geneeskunde en cosmetica is een gewone zeepoplossing die een reinigende en desinfecterende werking heeft. Het vormt nanodeeltjes, micellen - deeltjes van de gedispergeerde fase van Zol (colloïdale oplossing), omgeven door een laag moleculen of ionen van het gedispergeerde medium. Zeep is een wonder van de nanotechnologie, en dat was het al toen niemand zelfs maar het bestaan van nanodeeltjes vermoedde. Dit nanomateriaal is echter niet het belangrijkste materiaal voor de ontwikkeling van moderne nanotechnologieën in de gezondheidszorg en cosmetologie.
Een andere oude toepassing van nanotechnologie in de cosmetologie was het feit dat de kleurstoffen die door de Australische aboriginals werden gebruikt om heldere oorlogsverven aan te brengen, evenals de haarverf van oude Griekse schoonheden, ook nanodeeltjes bevatten die voor een zeer langdurig en duurzaam kleureffect zorgden. Laten we het nu hebben over de ontwikkeling van nanotechnologie.
In de eerste fase van de ontwikkeling van de nanotechnologie werd de voorkeur gegeven aan sondemicroscopieapparatuur. Deze apparaten zijn als de ogen en handen van een nanotechnoloog. In de 21e eeuw zal nanotechnologie zijn intrede doen in alle domeinen van het menselijk leven. Dit is een nieuw woord in de wetenschap, nieuwe kansen, een nieuwe kwaliteit en levensstandaard. De snelle ontwikkeling van nanotechnologie op mondiaal niveau is van groot belang voor het ontwikkelingsproces van de beschaving. Nanotechnologie en nano-engineering zijn tegenwoordig de meest veelbelovende gebieden in de ontwikkeling van de Russische en buitenlandse wetenschap. Nanomaterialen hebben in veel industrieën voor een echte doorbraak gezorgd en dringen door tot in alle gebieden van ons leven.
Op basis daarvan kunnen goederen en producten worden gecreëerd, waarvan het gebruik het mogelijk zal maken hele sectoren van de economie te moderniseren. Tot de objecten die we in de nabije toekomst zullen kunnen zien behoren nanosensoren voor het identificeren van giftig afval uit de chemische en biotechnologische industrie, medicijnen, middelen voor chemische oorlogsvoering, explosieven, pathogene micro-organismen, evenals nanodeeltjesfilters en andere zuiveringsapparatuur die ontworpen is om of neutraliseer ze. Een ander voorbeeld van veelbelovende nanosystemen in de nabije toekomst zijn elektrische backbone-kabels op basis van koolstofnanobuisjes, die hoogspanningsstroom beter geleiden dan koperdraden en tegelijkertijd vijf tot zes keer minder wegen.
Nanomaterialen zullen de kosten van autokatalysatoren die de uitlaatgassen reinigen van schadelijke onzuiverheden aanzienlijk verlagen, omdat het met hun hulp mogelijk is om het verbruik van platina en andere waardevolle metalen die in deze apparaten worden gebruikt, met 15-20 keer te verminderen. Er is alle reden om aan te nemen dat nanomaterialen een brede toepassing zullen vinden in de olieraffinage-industrie en in nieuwe gebieden van de bio-industrie als genomica en proteomica.
Als we naar de verre toekomst kijken, kunnen we aannemen dat nanotechnologie iemand fysieke onsterfelijkheid kan bieden, omdat nanogeneeskunde stervende cellen eindeloos kan regenereren. Over geneeskunde gesproken... Het zal onherkenbaar veranderen. Ten eerste kunnen nanodeeltjes in de geneeskunde worden gebruikt om medicijnen nauwkeurig af te leveren en de snelheid van chemische reacties te controleren. Nanocapsules met identificatielabels zullen medicijnen rechtstreeks aan specifieke cellen en micro-organismen kunnen afleveren, de toestand van de patiënt kunnen monitoren en weergeven, het metabolisme kunnen monitoren en nog veel meer. Dit zal het mogelijk maken om kanker, virale en genetische ziekten effectiever te bestrijden. Stel je voor dat je griep krijgt (en je weet nog niet eens dat je de griep hebt). Het kunstmatig versterkte immuunsysteem zal onmiddellijk reageren, tienduizenden nanorobots zullen het griepvirus beginnen te herkennen (in overeenstemming met hun interne database), en binnen enkele minuten zal er geen enkel virus meer in je bloed zitten! Of u bent in een vroeg stadium begonnen met atherosclerose, kunstmatige cellen beginnen uw bloedvaten mechanisch en chemisch te reinigen. Ten tweede is het mogelijk om nanorobotartsen te creëren die in staat zijn om in het menselijk lichaam te ‘leven’, waardoor alle schade die optreedt wordt geëlimineerd of het optreden ervan wordt voorkomen. Door consequent moleculen te controleren en, indien nodig, te ‘corrigeren’, cel voor cel, orgaan voor orgaan, zullen nanomachines de gezondheid van elke patiënt herstellen en vervolgens eenvoudigweg alle ziekten en pathologieën voorkomen, inclusief genetische ziekten. Theoretisch zal dit iemand in staat stellen honderden, en misschien wel duizenden jaren te leven. Ten derde zal het mogelijk zijn om snel de genetische code te analyseren en aan te passen, het eenvoudige ontwerp van aminozuren en eiwitten, en de creatie van nieuwe soorten medicijnen, prothesen en implantaten. Op dit gebied testen een aantal onderzoekers al verschillende nanomaterialen op compatibiliteit met levende weefsels en cellen.
Tegenwoordig kunnen we alleen maar fantaseren over nanorobots, maar toch hebben we op dit gebied al aanzienlijke vooruitgang geboekt. Zo kunnen nanodeeltjes van bepaalde stoffen dienen als ‘nanorobots’. Zilver bijvoorbeeld. Het is vastgesteld dat zilveren nanodeeltjes duizenden keren effectiever zijn in het bestrijden van bacteriën en virussen dan zilverionen.
Zoals uit het experiment bleek, vernietigden onbeduidende concentraties nanodeeltjes alle bekende micro-organismen (inclusief het AIDS-virus), zonder te worden geconsumeerd. Bovendien is de werking van nanodeeltjes, in tegenstelling tot antibiotica, die niet alleen schadelijke virussen doden, maar ook de cellen die erdoor worden aangetast, zeer selectief: ze werken alleen op virussen, zonder de cel te beschadigen! Feit is dat de schil van micro-organismen uit speciale eiwitten bestaat, die, wanneer ze door nanodeeltjes worden beschadigd, de bacteriën niet langer van zuurstof voorzien. Het ongelukkige micro-organisme kan zijn ‘brandstof’ – glucose – niet langer oxideren en sterft, zonder energiebron. Virussen die helemaal geen omhulsel hebben, krijgen dat ook als ze een nanodeeltje tegenkomen. Maar menselijke en dierlijke cellen hebben meer ‘hightech’ muren en zijn niet bang voor nanodeeltjes. Momenteel wordt onderzoek gedaan naar de mogelijkheden om zilveren nanodeeltjes in geneesmiddelen te gebruiken.
Het bedrijf Helios produceert bijvoorbeeld "Zakhar"-tandpasta met zilveren nanodeeltjes, die effectief beschermt tegen verschillende infecties. Ook worden aan sommige crèmes uit de ‘elite’ cosmeticaserie kleine concentraties nanodeeltjes toegevoegd om te voorkomen dat deze tijdens gebruik verslechteren. Additieven op basis van zilvernanodeeltjes worden gebruikt als anti-allergeen conserveermiddel in crèmes, shampoos, make-upproducten, enz. Bij gebruik wordt ook een ontstekingsremmend en genezend effect waargenomen.
Nanodeeltjes kunnen na toepassing op veel harde oppervlakken (glas, hout, papier, keramiek, metaaloxiden, enz.) lange tijd hun bacteriedodende eigenschappen behouden. Dit maakt het mogelijk om zeer effectieve, duurzame desinfecterende aërosolen voor huishoudelijk gebruik te creëren. In tegenstelling tot bleekmiddel en andere chemische desinfectiemiddelen zijn spuitbussen op basis van nanodeeltjes niet giftig en schadelijk voor de gezondheid van mens en dier.
Scientific American voorspelt dat er in de nabije toekomst medische apparaten ter grootte van een postzegel zullen verschijnen. Het is voldoende om ze op de wond aan te brengen. Dit apparaat voert zelfstandig een bloedtest uit, bepaalt welke medicijnen moeten worden gebruikt en injecteert deze in het bloed. Opgemerkt moet worden dat de opkomst van hoogwaardige technologieën, vanwege de hoge kosten ervan, een aantal nieuwe problemen in de gezondheidszorg heeft geïntroduceerd, waaronder morele en ethische problemen die verband houden met de beschikbaarheid en toegankelijkheid van medische diensten voor de algemene bevolking. Maar hoezeer de wetenschappelijke en technische basis van de geneeskunde zich ook ontwikkelt, de belangrijkste factoren bij de genezing van een patiënt zijn en blijven altijd de professionele opleiding en de ethische en menselijke kwaliteiten van een arts.
3. Russische wetenschappers hebben hun bijdrage geleverd en blijven dat doen aan de algehele ontwikkeling van de nanotechnologie. Een van de leidende regio's van Rusland op het gebied van nanoonderzoek is de regio Voronezh. Tegenwoordig heeft het een zeker potentieel op het gebied van de nano-industrie - dit zijn onderzoeksontwikkelingen van universiteiten in de regio Voronezh en een aantal innovatieve projecten en technologische ontwikkelingen van industriële ondernemingen. De industriële prioriteiten van de regio zijn geconcentreerd in de energie- en brandstofindustrie, de instrumentenbouw en elektronica, en de lucht- en ruimtevaartindustrie.
3.1 De regio Voronezh heeft een groot industrieel potentieel en een derde van de bevolking van Voronezh heeft hoger onderwijs genoten. De stad wordt met recht beschouwd als het intellectuele centrum van de Central Black Earth Region. Toonaangevende universiteiten in de regio - Voronezh State University, Voronezh State Technical University en een aantal anderen - voeren met succes onderzoeksontwikkelingen uit op het gebied van nanomaterialen en nano-elektronica. Voronezh-bedrijven hebben ook innovatieve projecten en technologische ontwikkelingen, waarbij de grootste aandacht wordt besteed aan veelbelovend werk op het gebied van thermo-elektriciteit en het creëren van een elementaire basis op snorhaarachtige silicium nanokristallen, evenals aan andere gerelateerde onderwerpen. Zo is JSC Voronezh ITC, samen met VSTU, met succes betrokken bij R&D om een zeer efficiënte nanocomposiet zonnecel te ontwikkelen. Het technologiepark Sodrugestvo voert het project “Ontwikkeling van technologische apparatuur voor de productie van fullereenhoudende mengsels, nanovezels en nanobuisjes” uit. Er worden ontwikkelingscentra voor de nano-industrie opgezet met deelname van hightechbedrijven en universiteiten in de regio. Onder dergelijke centra kunnen we de nadruk leggen op: het Fonon Center op basis van OJSC NPO RIF Corporation en Industrial Nanotechnologies op basis van Cosmos-Oil-Gas LLC.
Industriële ondernemingen op het gebied van nanotechnologie besteden de grootste aandacht aan ontwikkelingen op de volgende gebieden: thermo-elektriciteit, ontwikkeling van elementbasis op snorhaarachtige nanokristallen van silicium, enz. Er ontstaan kleine innovatieve ondernemingen die gespecialiseerd zijn in de ontwikkeling van nanotechnologie.
Op basis van VSU-ontwikkelingen werd Corrosion Protection LLC opgericht, waarmee een nieuwe technologie voor het aanbrengen van coatings uit zinknanostructuren op de markt werd gebracht. JSC Rikon werkt ook in deze richting en heeft fundamenteel nieuwe condensatoren gemaakt met behulp van fullerenen.
JSC "Voronezh ITC" houdt zich samen met VSTU bezig met R&D om een zeer efficiënte nanocomposiet zonnecel te ontwikkelen. Het technologiepark Sodrugestvo voert het project “Ontwikkeling van technologische apparatuur voor de productie van fullereenhoudende mengsels, nanovezels en nanobuisjes” uit.
Chemici van de Voronezh State Agrarian University hebben een duurzaam huishoudelijk waterfilter uitgevonden, dat volgens hen geen analogen in de wereld heeft. Het filter, gemaakt door medewerkers van VSAU en het bedrijf Aqua, is gebaseerd op nanotechnologie. Volgens projectleider, hoofd van het scheikundig laboratorium van de Faculteit Techniek en Handelswetenschappen Ivan Gorelov, bestaat de synthese van het filtermateriaal uit nanodeeltjes siliciumdioxide, koolstof en zilver. Ze worden eerst als grondstof bereid, vervolgens in strikte verhoudingen gecombineerd, gedroogd tot korrels en zonder zuurstof bij een temperatuur van 1000ºC gebakken.
Volgens wetenschappers is het unieke aan het nieuwe filter, naast het gebruik van nanodeeltjes, dat het door de mens veroorzaakte onzuiverheden verwijdert – voornamelijk ijzerverbindingen, aardolieproducten, maar ook zware metaalionen (lood, kwik, zink, cadmium, enz.). koper). De natuurlijke minerale samenstelling van het water blijft onveranderd.
Het nanocomposiet waarmee ons filter is uitgerust heeft universele eigenschappen. In droge toestand kan het dampen van benzeen, tolueen, hexaan, aceton en rook absorberen. Daarom kan het bijvoorbeeld toepassing vinden in beschermingsmiddelen in noodsituaties voor de bescherming van reddingspersoneel en voor de bescherming van werknemers in de verf- en lakindustrie.
Klanten uit Europa en Azië hebben al interesse getoond in de filters. De industriële lijn voor hun productie aan de Voronezh State Agrarian University zal begin 2013 in gebruik worden genomen. Er worden ontwikkelingscentra voor de nano-industrie opgezet met deelname van hightechbedrijven en universiteiten in de regio.
3.2
Momenteel zijn er in de regio 14 ondernemingen en organisaties actief op het gebied van de nanotechnologie-industrie: JSC Voronezhsintezkauchuk, JSC NPO RIF Corporation, JSC VZPP-S, JSC KBKhA, JSC Concern Sozvezdie, Voronezh State University, Voronezh State Technical University, Komnet LLC , Vodmashoborudovanie Plant OJSC, enz. In de regio worden al ongeveer twintig industriële projecten op het gebied van de nano-industrie uitgevoerd. En alleen al aan de Voronezh State University bevinden zich ongeveer dertig projecten in de ontwikkelingsfase.
De belangrijkste toepassingsgebieden van R&D voor de nano-industrie van de regio Voronezh zijn de volgende gebieden:
. Nanotechnologieën in de energie- en brandstofindustrie. Bedrijven en organisaties uit de regio Voronezh voeren projecten uit die gericht zijn op de industriële productie van polysilicium voor zonnebatterijen, thermo-elektrische materialen om de energie-efficiëntie van machines en mechanismen te vergroten, en nanomodificatie van de soorten brandstoffen en vloeistoffen die op de markt aanwezig zijn.
. Nanotechnologieën in instrumentenbouw en elektronica. De ontwikkelingen op het gebied van de nano-industrie in de regio Voronezh zijn gericht op de ontwikkeling en productie van scanning-elektronen- en atoomkrachtmicroscopen, microschakelingen, printplaten en serieschakelingskabels.
. Nanotechnologie in de lucht- en ruimtevaartindustrie. In het kader van deze industrie in de regio Voronezh voeren bedrijven en organisaties op het gebied van nanotechnologie pilottests uit en bereiden ze de productie voor van hittebestendige en andere nanogemodificeerde composieten, fundamenteel nieuwe materialen voor de raketten en de vliegtuigindustrie.
. Nanotechnologieën in de machinebouw. In de aangewezen industrie werken ondernemingen en organisaties uit de nano-industrie van de regio Voronezh aan de productie van systemen voor het maken van nanomaterialen.
. Nanotechnologie in de geneeskunde. Bedrijven en organisaties uit de nano-industrie van de regio Voronezh voeren projecten uit die gericht zijn op het creëren van nieuwe methoden voor de behandeling en diagnose van patiënten. Een aanzienlijk deel van de veelbelovende projecten is gericht op het creëren van technologieën voor importvervanging van buitenlandse medicijnen.
. Nanotechnologieën in de bouwmaterialenindustrie. De afgelopen jaren heeft er vrijwel geen introductie van nieuwe technologieën in de bouw plaatsgevonden. Ondertussen hebben ondernemingen en organisaties uit de nano-industrie in de regio Voronezh een aanzienlijk ontwikkelingspotentieel dat is ontworpen om de kwaliteit van de bouw in de regio en de Russische Federatie aanzienlijk te verbeteren.
. Nanotechnologieën in de voedingsmiddelenindustrie. De huidige ontwikkelingen van nano-industriebedrijven en -organisaties in de regio Voronezh omvatten technologieën voor waterzuivering en modificatie van voedselproducten om hun voedingseigenschappen te verbeteren.
3.3 In de regio Voronezh worden momenteel actief nanoproducten geïntroduceerd om de gezondheid van de inwoners van Voronezh kwalitatief te verbeteren. Een voorbeeld zijn de producten van het bedrijf Nano Hightech, in het bijzonder een zeshoek gemaakt van nanokeramiek. Nanokeramiek is een uniek materiaal dat verschillende hoofdcomponenten synthetiseert: vulkanisch gesteente, Kym-Gan-steen, natuurlijk germanium, titanium, pozzolan en barodon, vermalen tot eenheden van nanoformaat. Dankzij dit produceerde de Nano Hitech Hanguk Nano Medical Company een uniek product: Nanoceramics (NC). De resulterende grondstoffen ondergaan een proces van persen, vormen en bakken bij een temperatuur van 1300°C in een elektrische oven. De gebakken en gepolijste zeshoeken worden vervolgens met de hand gevormd tot dichte mozaïekvelden voor gebruik bij de productie van hardware. Deze zeshoek is ontworpen om pijn te verlichten, onaangename geuren te elimineren en vloeistoffen te structureren.
Zoals de fabrikant ons verzekert:
. activeert microcirculatieprocessen,
. herstelt verstoorde energie-uitwisseling,
. heeft bacteriedodende eigenschappen,
. versnelt het genezingsproces van wonden, schaafwonden, kneuzingen, brandwonden,
. houdt voedsel lang vers, elimineert onaangename geurtjes (bij plaatsing van de Hexagon in de koelkast, kast of schoenen),
. helpt de bodemvruchtbaarheid te verhogen (bij het besproeien met geladen water of het plaatsen van de Hexagon in de grond),
. beïnvloedt de structuur van vloeistoffen,
. verlicht pijn en ontstekingen.
Natuurlijk zijn er nog niet veel producten ontworpen voor massaconsumenten, maar de vooruitgang staat niet stil en we kunnen er gerust van uitgaan dat we de komende vijf tot tien jaar nieuwe consumentenproducten zullen zien.
Conclusie
Zoals herhaaldelijk is gezegd, opent nanotechnologie grote perspectieven voor de ontwikkeling van nieuwe materialen, verbetering van de communicatie, de ontwikkeling van biotechnologie, micro-elektronica, energie en wapens. Tot de meest waarschijnlijke wetenschappelijke doorbraken noemen deskundigen de verbeterde computerprestaties, het herstel van menselijke organen met behulp van nieuw gecreëerd weefsel, de productie van nieuwe materialen rechtstreeks uit bepaalde atomen en moleculen, en de opkomst van nieuwe ontdekkingen in de scheikunde en natuurkunde die een revolutionaire ontwikkeling zouden kunnen hebben. invloed op de ontwikkeling van de beschaving.
Er wordt verwacht dat nanotechnologie energieproblemen zal oplossen door het gebruik van efficiëntere verlichting, brandstofcellen, waterstofbatterijen, zonnecellen, distributie van energiebronnen, decentralisatie van energieproductie en -opslag door een kwalitatieve update van het elektrische energiesysteem.
Het allerbelangrijkste is dat het concept van ‘nanotechnologie’ geen maas in de wet wordt waarachter oneerlijke wetenschappers, ondernemers, bedrijven en ambtenaren zich zullen verschuilen.
Momenteel zijn er slechts bescheiden ontwikkelingen op het gebied van de nanotechnologie op de markt, zoals zelfreinigende coatings, slimme kleding en verpakkingen die voedsel langer vers houden. Wetenschappers voorspellen echter de triomfantelijke opmars van nanotechnologie in de nabije toekomst, gebaseerd op het feit van de geleidelijke penetratie ervan in alle productiesectoren.
Zoals eerder vermeld zijn de mogelijkheden voor het gebruik van nanotechnologie onuitputtelijk, van microscopisch kleine computers die kankercellen doden tot milieuvriendelijke automotoren, maar grote beloftes gaan vaak gepaard met grote gevaren. Neem bijvoorbeeld de prestaties op het gebied van atoomenergie en de trieste gevolgen van het Tsjernobyl-ongeval of de tragedie van Hiroshima en Nagasaki. Wetenschappers over de hele wereld moeten vandaag de dag duidelijk begrijpen dat dergelijke ‘mislukte’ experimenten of nalatigheid in de toekomst kunnen uitmonden in een tragedie die het voortbestaan van de hele mensheid en de planeet als geheel bedreigt.
In dit opzicht wordt het duidelijk waarom de ontwikkeling ervan sinds de opkomst van de nanotechnologie wordt belemmerd door angsten, waarvan sommige duidelijk tot de categorie sciencefiction behoren, maar andere helemaal niet ongegrond zijn.
In de nabije toekomst is het de bedoeling om ‘slimme’ materialen met geheugen te creëren, zelfherstellende materialen, nanorobots die in het menselijk lichaam voorkomen en de normale werking ervan garanderen, de verkenning van verre gebieden in de ruimte door nanorobots, enz.
De eerste voorspellingen voor de ontwikkeling van nanotechnologie, die werden gezien als een sciencefictionfilm, komen uit, en dat is nog vóór de tijd.
Het gebruik van nanotechnologie in de biofysica bevindt zich dus in de allereerste fase van zijn ontwikkeling. Maar desondanks is het vandaag de dag al duidelijk dat het de introductie van nanotechnologische en biofysische methoden in de ‘klassieke’ biologie is die ons in staat zal stellen de meest ongelooflijke en verbazingwekkende resultaten te bereiken. Veel onderzoekers geloven zelfs dat de biologische soort ‘Homo sapiens’ de komende eeuw vrijwel volledig zal worden vervangen door een nieuwe biologische soort. Deze persoon zal een complexe synthese zijn van genetische modificaties en implantatie van technologische systemen. Elektronische componenten die direct in het menselijk lichaam worden geplaatst, zorgen voor continue communicatie met netwerken zoals internet. Maar voorlopig zijn dit slechts voorspellingen van een mogelijke toekomst, misschien verder weg dan we zouden willen, maar niettemin fascinerend met zijn fantastische mogelijkheden.
Mijn eerste poging om kennis te maken met nanotechnologie en nano-ideeën vond plaats. Ze bevestigde mijn gedachten over verdere studie van materiaal op dit gebied. Ik ben ervan overtuigd dat ik, als student, niet alleen de interesse in het gestelde probleem niet zal verliezen, maar ook alles in het werk zal stellen om het probleem vanuit nieuwe hoogten van kennis te analyseren. Het vertrouwen dat de vooruitzichten van nanotechnologie groot zijn voor onze beschaving, voor onze toekomst, is immers niet alleen vertrouwen... Het is geloof in de wetenschap, in haar triomf! De race van technologieën bepaalt het tempo van het leven, en om een succesvol modern mens te zijn, moet je niet alleen met de tijd meegaan, maar ze ook een stap voor zijn!
Literatuur:
1. Alferov Zh.I., Aseev AL, Gaponov S.V., Koptev P.S., et al., "Nanomaterialen en nanotechnologieën" // Microsysteemtechnologie. 2003.
2. Balabanov V., “Nanotechnologieën. Wetenschap van de toekomst.” 2009.
3. Karasev V.A., “Genetische code: nieuwe horizonten.” 2003.
4. Poole Ch., Owens F., “Nanotechnologieën” // M. Technosphere. 2004.
5. Rybalkina M., “Nanotechnologieën voor iedereen.” 2005.
6. Svetukhin V.V., Razumovskaya IV, et al., "Inleiding tot nanotechnologie. Natuurkunde." 2008.
7. Tretyakov Yu.D., “Nanotechnologieën. ABC voor iedereen.” 2008.
8. Feynman R.P., ‘Er is genoeg ruimte aan de onderkant’, Engineering and Science (California Institute of Technology), februari 1960, pp. 22-36. Russische vertaling gepubliceerd in het tijdschrift ‘Chemistry and Life’, nr. 12. 2002.
9. Tijdschrift "Russische Nanotechnologieën", deel 5, nr. 1-2. 2010.
10. Krant “Industrial News”, nr. 1. 2010.
Dia 2
Nanotechnologie
Nanotechnologie is een gebied van toegepaste wetenschap en technologie dat zich bezighoudt met de studie van de eigenschappen van objecten en de ontwikkeling van apparaten met afmetingen in de orde van 10-9 m of 10 nm. Nanotechnologie is een technologie voor het manipuleren van materie op atomair en moleculair niveau om nanostructuren, nanodevices en materialen met bijzondere eigenschappen te creëren. De eigenaardigheid van nanotechnologie is dat de beschouwde processen en de uitgevoerde acties plaatsvinden in het nanometerbereik van ruimtelijke schalen. In dit groottebereik zijn de ‘grondstoffen’ individuele atomen, moleculen en moleculaire systemen. 1 nanometer (nm) is een miljardste van een meter, oftewel een miljoenste van een millimeter. Wat is "NANO"?
Dia 3
Richard Feynman stond aan de wieg van de nanotechnologie, hij stelde veel verschillende formuleringen voor. De term ‘nanotechnologie’ werd voor het eerst gebruikt door Norio Taniguchi in 1974. In de jaren tachtig werd de term gebruikt door Eric K. Drexler, vooral in zijn boek ‘Machines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology”, gepubliceerd in 1986 Richard Feynman Eric K. Drexler
Dia 4
Nanotechnologie wordt momenteel actief nagestreefd in ongeveer 50 landen. De leiders zijn de VS, Japan, Zuid-Korea en Duitsland. Rusland staat op de tweede tien. Maar qua aantal publicaties over nanothema’s staan we op een eervolle 8e plaats.
Dia 5
Nanotechnologie in Rusland
Het bestuderen van de eigenschappen van metalen als nanodeeltjes. Het creëren van biochips en dunne films. Het creëren van manipulatoren van de kleinste afmetingen
Dia 6
Nanotechnologieën die we in het leven gebruiken:
Dia 7
Gebruik van nanotechnologie in de geneeskunde
Amerikanen hebben een materiaal gemaakt dat echt botweefsel imiteert. Met behulp van de methode van zelfassemblage van vezels die natuurlijk collageen imiteren, ‘plantten’ ze er nanokristallen van hydroxyapatiet op. En pas toen werden de eigen botcellen van de persoon aan deze "stopverf" vastgelijmd - dit materiaal kan worden gebruikt om botdefecten na verwondingen of operaties te vervangen.
Dia 8
Nanotechnologie en mode
Nanotechnologie werd ongeveer een jaar geleden voor het eerst gebruikt bij de productie van modieuze kleding. Sindsdien zijn sommige modeontwerpers begonnen samen te werken met wetenschappers om modellen van zogenaamde ‘functionele kleding’ te produceren. Het zal niet alleen qua uiterlijk verschillen van wat we gewend zijn, maar ook qua eigenschappen van de stof waaruit het is gemaakt.
Dia 9
Vereist geen wassen Het is onmogelijk om ziek te worden Het laat geen schadelijke gassen door en beschermt tegen moderne ecologie 1 m². Een meter stof kost ongeveer 10 duizend. $
Dia 10
Computer in een thermosbeker
Ontwerpstudent Jason Farsai bedacht een Yuno-computer ingebouwd in een koffiemok. Het softwaregedeelte van deze mokcomputer zal bestaan uit widgets die het weer, de wegomstandigheden, aandelenkoersen, e-mail, enz. weergeven.
Dia 11
Nokia en specialisten van de Universiteit van Cambridge lieten onlangs een interessant nieuw product zien: een rekbare Morph-mobiele telefoon, gemaakt met behulp van nanotechnologie.
Dia 12
Er worden ook satellieten gemaakt op basis van nanotechnologie
Dia 13
Nanorobots en computers
Dia 14
Nanotechnologen maken grapjes
Het nanotoilet kreeg op de 49e internationale micrografiewedstrijd een prijs als de meest excentrieke activiteit van 2005. In totaal namen meer dan 40 werken deel aan de competitie, maar het project van SII NanoTechnology bleek het meest ongewone. De jury heeft nog nooit zo'n gebruik van nanotechnologie gezien!
Dia 15
Conclusie: De impact van nanotechnologie op het leven belooft universeel te zijn, waardoor de economie zal veranderen en alle aspecten van het leven, werk en sociale relaties zullen worden beïnvloed. Het gebruik van innovatieve materialen van de 21e eeuw zal het mogelijk maken om de meest onvoorstelbare projecten werkelijkheid te laten worden. Met behulp van nanotechnologie zullen we tijd kunnen besparen, meer voordelen kunnen krijgen tegen een lagere prijs en het niveau en de kwaliteit van het leven voortdurend kunnen verbeteren. Het struikelblok van de moderne nanotechnologie is de onmogelijkheid van massaproductie van hightechproducten. Resultaten die het potentieel van nanotechnologie aantonen zijn al bereikt, maar technologieën voor massaproductie bestaan nog niet.
Bekijk alle dia's
