Это многоликое нано

Подробная информация оборудование медицинское на нашем сайте. .

То, что тебя бранят, — не твой порок.
Прекрасное обречено молве.

Уильям Шекспир. Сонеты
Чтобы содержательно говорить о рисках и угрозах, связанных с развитием нанотехнологий, необходимо разобраться в самих технологиях, объединенных приставкой «нано». Конечно, серьезный разбор требует самостоятельной книги — авторы, не очень довольные тем, что на сегодня уже на эту тему написано как в России, так и за рубежом, уже приступили к созданию такой книги (ее рабочее название — «Многоликое нано. Надежды и заблуждения»).

Но нам необходимо — здесь и сейчас — дать те минимально необходимые сведения, без которых разговор о рисках будет сводиться к разговору о рисках технологического развития и технологических рисках в целом, пропуская столь важные особенности именно нано. А эти особенности важны — уж больно отличны эти странные нанотехнологии от того, что человечество делало ранее.
Чаще всего нанотехнологии связывают с размером. В нанотехнологиях обязательно что-то маленькое, наноразмерное — сама ли «вещь» или ее функциональная «деталь», а может, что-то вообще такое, что и «деталью» назвать трудно. Заметим, что слова «вещь», «деталь» намеренно взяты нами в кавычки. Конечно, продвинутый философ легко оперирует понятием «вещь» в самых общих смыслах. Но мы-то привыкли понимать под вещью то, что можно потрогать, увидеть. Ну, в общем, как дети, познающие мир, ломая игрушки. А с нано это не всегда возможно.

Итак, размер. Размер — так определили эксперты — должен быть в диапазоне от 1 до 100 нанометров — вот отсюда и приставка «нано» ко всему остальному: к технологиям, материалам, свойствам. Эта приставка (дословно переводимая с древнегреческого как «карлик», «гном») означает одну миллиардную часть чего-либо. В данном случае — метра. Это очень маленький размер. В 1 нм (так кратко записывают нанометр) привычного нам твердого тела — кусочка льда, титановой детали реактивного самолета, куска школьного мела — умещается лишь несколько атомов.
Поразительную малость этого размера можно представить себе и так: если уменьшить Землю до размера теннисного мяча, то яблоки, растущие на ней, будут размером в 1 нм. Помните поговорку о иголке в стоге сена? Задача найти и наточить иглу (причем не вынимая ее из стога) — пустяк по сравнению с тем, что делают нанотехнологии: найти наноразмерный объект и осуществить манипуляции с ним. А это именно так — транзистор в чипе размером 10 нм уже никого не удивляет. А эти транзисторы, между прочим, собраны в сложнейшие схемы, которые работают.
Но в размере ли дело, точнее, только ли в нем? Бывает, что и в нем. Например, для электроники такой размер принципиален: чем он меньше, тем меньше электропотребление и тем выше скорость работы (тактовая частота). Но чаще дело вовсе не в размере. Просто с ним связано то, что мы вынуждены (или хотим) иметь дело с отдельными атомами и молекулами. Именно возможность манипуляции отдельными атомами и молекулами наиболее точно определяет нанотехнологии. Нанотехнологии во многом напоминают конструктор, подобный «Лего», деталями в котором служат отдельные атомы и молекулы. А уж размер деталей, само собой, маленький.
Но этот маленький размер может быть все же больше объявленных предельными 100 нм. Есть такой важный объект — молекула белка. Ее нормальное состояние — быть свернутой в глобулу (образование в виде клубка) диаметром более 300 нм. Но это настоящий нанообъект, причем один из самых важных. Именно с такими объектами связывают наиболее перспективное в нано: способность к репродукции, способность к производству по программе, заложенной в самой молекуле белка. Именно так работает наследственный механизм всего живого. Для нанотехнологий такой механизм применительно к неживой материи называют самосборкой.
Принципиальная связь нанотехнологий и механизмов живого — очень важный аспект нанобезопасности и соответствующих рисков. Именно здесь есть где разгуляться фантазии. Но — и это принципиально важно — за этими образными фантазиями, которые с успехом могут стать основой сценария увлекательного ужастика, порой стоят отнюдь не броские, но реальные угрозы, которые крайне опасно не заметить.
Итак, нано — это малый размер, атомарная «механика» и «механика» живого или «механика» подражания жизни. Но где мы можем увидеть это нано, эти нанотехнологии, в чем они «находятся»?
Простейшее (если по отношению к «нано» данное слово вообще уместно) «вместилище» нанотехнологий — это наноматериалы, а также наносырье для их производства. Новые материалы основаны на том, что придание им структуры с характерным наноразмером кардинально улучшает их полезные свойства: повышает прочность, износостойкость, снижает вес. Они могут обладать дополнительными качествами, ради которых их и создают, такими как отсутствие трения в трущихся частях, биосовместимость (что означает, например, неотторжение протеза организмом), несмачиваемость или связанная с ней способность не обледеневать и др. Все такие материалы называют конструкционными. Из них что-то делают: корпус ядерного реактора или подводной лодки, электропровода контактной сети сверхскоростного электропоезда, беговые лыжи, скользящие по асфальту как по снегу, и многое-многое другое. И с наличием (или отсутствием) таких материалов связаны те или иные возможности и те или иные риски.
При производстве этих — а также других, о которых речь чуть ниже — материалов используют наносырье. Наносырье само является нанообъектом: это наночастицы и нанопорошок, углеродные и неуглеродные нанотрубки, фуллерены, дендримеры и др. Этот — собирательно назовем его — нанопорошок состоит из частиц или волокон наноразмера. Но и сами частицы и волокна могут обладать довольно специфичными свойствами. Простейший из нанопорошков, встречающихся в природе, — асбест, применение которого несет с собой хорошо известные риски, прежде всего канцерогенность. С другими наночастицами на сегодня не все так ясно.
Кроме конструкционных материалов нанотехнологии знают материалы функциональные. Это такие материалы, в которых само «тело» материала является механизмом. Неправильно думать, что до появления нанотехнологий функциональных материалов не было. Напротив, они были и широко использовались. Это и кристалл кварца, «держащий» частоту в высокоточном генераторе или часах, это и пьезокристалл, преобразующий колебания иглы электропроигрывателя 50–70-х годов XX в. в электрический сигнал и популярную мелодию Бернеса. (Кстати, похожие кристаллы используются и в нанотехнологиях. С помощью электрического тока, подаваемого на пьезокристалл, перемещают кантилевер[5] атомно-силового микроскопа на расстояние в десятки микрон с точностью до нескольких нанометров.) Функциональные материалы разнообразны: это и электротехнические среды аккумуляторов и батареек, и катализаторы большой химии, и даже порох.
Однако расцвет функциональных материалов приходится на нано. С появлением нанотехнологий они стали по-настоящему важны и разнообразны. Например, представьте себе материал, который способен подбирать к молекулам множество «ключей» (один подошел, другой нет) и на основе которого возможно создание такого устройства, как искусственный нос (см. п. 2.3 «Оставив свободу с носом»).
С функциональными наноматериалами тесно связаны наноустройства. Часто невозможно различить, где «заканчивается» материал и «начинается» устройство. В этом и суть функциональных материалов: они сами — распределенное устройство, устройство без шестеренок и винтиков.
Такие устройства — источник широчайшего спектра возможностей, часть которых сегодня даже трудно представить. А возможности, как мы уже говорили, имеют оборотную сторону — риски. И их спектр также широк, как и спектр возможностей. Об этом необходимо помнить всегда, когда мы создаем что-то новое, когда кардинально расширяем наши возможности.
Важной отличительной особенностью функциональных наноматериалов является структура. В простейшем случае это специально приготовленная поверхность, в более сложных — квантовые точки, квантовые борозды и их аналоги. Речь идет о структуре именно на атомарно-молекулярном уровне. Конечно, углеродная нанотрубка является также структурой. Но в составе нанопорошка такая структура не носит строго упорядоченного характера. Так, лес отличается от парка: парк может быть «французским», где деревья составляют строгие геометрические узоры, может быть «английским», который похож на естественный лес, но все равно каждое дерево посажено строго по плану.
В нанотехнологиях часто материал уходит на второй план и вперед выступает Ее Величество Структура (см. главу 2 «Чудеса структуры»). Так и говорят — мы имеем дело с наноструктурами. Наноструктуры разнообразны. Это и так называемые метаматериалы (здесь слово «материалы» почему-то сохранилось), используемые в гига- и терагерцовой электронике, и то, что представляет собой следующий этап электроники, включая собственно электронику (как традиционную, так и принципиально новую), а также фотонику и спинтронику. Фотоника заменяет «привычный» нам электрон на квант света как носитель сигнала в наших сложных схемах, из которых мы собираем компьютеры, датчики и бытовые приборы. Спинтроника основана на коллективном поведении тех же электронов, их взаимодействии через спин: ток не идет (ток — это направленное движение электронов), сигнал же — пожалуйста: электроны как бы передали его «из рук в руки». С устройствами на базе спинтроники мы уже хорошо знакомы на бытовом уровне: она присутствует во флешках и другой долговременной памяти.
Структура — источник как возможностей, так и рисков. Гора кирпичей «в навал» представляет меньшую опасность при землетрясении, чем милый кирпичный домик, под которым есть шанс быть погребенным при его разрушении. Утрата структуры может иметь самые неожиданные и порой тяжелые последствия. Но и сама структура может быть не безопасной. Неудачно, а может, и намеренно (как в рассказе Карела Гашека «История о взломщике и поджигателе») расположенный кусок стекла (линза) может стать источником пожара[6].
Структурный аспект нанобезопасности проявляется и при создании новых, ранее не существующих, и без технологий невозможных, химических соединений, хотя сам термин можно уже поставить под сомнение: химия ли это? Как отдельные молекулы, так и их совокупности (структурные или нет) — источник новых рисков, частично подобных тем, с которыми человечество столкнулось при бурном развитии химической промышленности в XX в.
И нельзя забывать, что эти структуры приносят нам «весточку» из мира квантового — интуитивно непонятного, неожиданного, с «сюрпризами».
Крайним выражением структуры являются устройства. В нанотехнологии это МЭМСы и НЭМСы. Эти аббревиатуры расшифровываются так: первая — микро- , вторая — наноэлектромеханические устройства. НЭМС — это что-то вроде машинки, «колесиками» в которой выступают отдельные (очень специальные) молекулы, т. е. такая штуковина может передвигаться. Делает это она либо под внешним воздействием (например, «ползет» туда, где соленость раствора выше), либо за счет внутренней «батарейки» или иного источника.
Конечно, МЭМСы и НЭМСы — это не только и не столько движущиеся машинки чрезвычайно малого размера — меньше человеческой клетки. Это прежде всего датчики, заменяющие нам гироскопы, измерители давления, температуры и многое другое. Но именно с НЭМСами связывают наиболее яркие картины нанотехнологической опасности. Естественно, речь идет о нанороботах. О том, так ли это, мы также поговорим в нашей книге (см. п. 6.4 «Самоходный чип и кошмар Дрекслера»).
Гипотетическая способность нанороботов размножаться — один из таких «беспокоящих» факторов. Представляется, что на эту проблему надо смотреть шире: наиболее перспективные области нанотехнологий лежат на стыке всего того, о чем шла речь выше, и живого. Нано проникает в жизнь на клеточном уровне, как создавая миметические устройства, «списанные» с живого как со шпаргалки, так и изменяя саму клетку для различных целей: промышленных, медицинских и др. И это, конечно, один из наиболее важных аспектов нанобезопасности (см. главы 4, 5). Медицинские, экологические и технологические риски переплетаются в запутанный клубок, который нам предстоит распутать.
Вот далеко не полный перечень того, что мы называем «нано», того, с чем нам придется считаться в недалекой перспективе или даже уже сейчас.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.

На www.ek1.dosugekat.net недорогие индивидуалки екатеринбурга.