- •Оглавление
- •Первая и вторая научно-технические революции
- •Третья научно-техническая революция
- •Природные и искусственные наночастицы
- •Свойства наночастиц
- •Общие принципы получения наночастиц
- •История возникновения нанотехнологии
- •Ближайшие перспективы нанотехнологии
- •Сканирующие микроскопы
- •Туннельный эффект. Зонная теория и гетероструктуры
- •Основные» принципы ст микроскопии
- •Асм и его возможности
- •Технологические применения зондовой микроскопии
- •Кластеры и особенности их свойств
- •Методы получения кластеров. Магические числа
- •Квантовые точки Роль процессов самоорганизации
- •Методы модификации свойств кластеров
- •Области применения кластеров
- •Природа магнетизма
- •Магнитные свойства кластеров
- •Методы получения магнитных кластеров
- •Области применения магнитных кластеров
- •Суперпарамагнетизм
- •Магнитные нанослои, гигантское магнитосопротивление
- •Магнитная память
- •Аллотропные соединения углерода
- •История открытия фуллеренов и их структура
- •Соединения фуллеренов и их свойства
- •Методы получения фуллеренов
- •Углеродные нанотрубки - история открытия, структура
- •Использование фуллеренов и углеродных нанотрубок
- •Электрические свойства нанотрубок
- •Электрические свойства нанотрубок
- •Механические свойства углеродных нанотрубок
- •Углеродные наноконтейнеры
- •Использование фуллеренов и нанотрубок в наноэлектромеханических системах (нэмс)
- •Углеродные наноструктуры в природе и в изделиях ремесленников
- •Перспективы применения фуллеренов и нанотрубок
- •Сверхрешетки
- •Дифракция на одно-, двух-, трехмерной сверхрешетке. Зонная теория фотонных кристаллов
- •Оптоэлектроника. Возможности оптического компьютера
- •Получение фотонных кристаллов
- •Применение фотонных кристаллов
- •Фотонные кристаллы в природе
- •Микро- и наноэлектроника
- •Одноэлектронный транзистор
- •Новая логика
- •Физические основы памяти
- •Полупроводниковые гетероструктуры и сверхрешетки
- •Основные материальные элементы современной электроники
- •Новые материалы
- •Технологии
- •Роль процессов самоорганизации
- •Использование нейронов
- •Дисплеи
- •Перспективы
- •Определение понятия «наноматериалы»
- •Нанокристаллические материалы
- •Композиты и нанокомпозиты
- •Н анопористые материалы
- •Нанопленки и покрытия
- •Методы получения наноматериалов
- •Гибридные наноматериалы
- •«Умные» материалы
- •Основные составляющие наноробота
- •Ассемблер э. Дрекслера
- •Мэмс - микроэлектромеханические системы
- •«Умная пыль»
- •Наномоторы
- •Нанопереключатели
- •Угроза «серой слизи». Идея нанофабрик
- •Нано и биотехнология
- •Основные области применения нанотехнологии в медицине
- •Биодатчики (биосенсоры)
- •«Умные» устройства в медицине
- •Новые имплантаты
- •Доставка лекарства «по адресу»
- •Наноматериалы в медицине
- •Перспективы медицинской диагностики
- •Нанотехнология - «путь к бессмертию и свободе»
- •Дистанционная хирургия
- •Нанотехнология в производстве средств гигиены
- •Нанопокрытия
- •Внедрение нанотехнологии в производство парфюмерии и пищевую промышленность
- •Новые спортивные товары
- •«Умная» одежда и обувь
- •Влияние нанотехнологии на военные доктрины
- •Костюм солдата будущего
- •Использование новых материалов в «костюме скорпиона»
- •Мэмс и нэмс системы
- •Экзоскелет
- •Биодатчики в костюме солдата будущего
- •Наносредства для защиты от химического и биологического оружия
- •Проблемы, связанные с применением нанотехнологии в военном деле
Наноматериалы в медицине
Уже сейчас наноматериалы находят свое применение в медицине. Так, трековые мембраны (см. гл. 7) используются для детоксикации плазмы крови, для фильтрации воды. Стоматологи пользуются высокоэстетичным универсальным пломбировочным материалом с наполнителем в виде наночастиц. Бактерицидный пластырь с наночастицами серебра позволяет убивать до 150 видов бактерий. Российскими учеными получен патент на таблетки наноструктурированного аспирина, которые в 5 раз легче обычных и во много раз эффективнее. Нанопористый полимер используется для улучшения биосовместимости в искусственном сердечном клапане. Имплантаты покрываются антисептиком, находящимся в нанокристаллическом состоянии. Уже используется методика лечения рака с помощью магнитных наночастиц.
В последние годы при синтезе новых эффективных лекарств все шире используется предварительное компьютерное моделирование. Не решая задачу синтеза целиком, такое моделирование позволяет исключить некоторые варианты синтеза, наметить перспективные пути и тем самым существенно снизить расходы на разработку технологии.
Перспективы медицинской диагностики
Достижения наноэлектроники открыли возможность замены рентгеновского излучения в медицинской диагностике нанолокацией в субмиллиметровом диапазоне с щадящей интенсивностью, близкой к фоновой. В области ультразвуковой диагностики также планируется снижение уровня излучения с одновременным увеличением разрешающей способности.
Нанотехнология - «путь к бессмертию и свободе»
Одной из основных задач в медицине, идеалом, к которому стремится нанотехнология, остаются нанороботы, способные поддерживать правильное функционирование организма и уничтожать опасные для него клетки, вирусы, микроорганизмы. Эта задача была сформулирована в 80е гг. XX в. Э. Дрекслером и развита им вместе с Р. Фрайтасом. Нанотехнология рассматривается как «ключ к бессмертию и свободе», возможность существенно продлить полноценную жизнь человека и даже усовершенствовать некоторые функции его тела и мозга.
В качестве примера возможности увеличения памяти рассматривается проект наноэлемента памяти размером с клетку печени (но меньше объема, занимаемого нейроном). Один такой элемент памяти сможет хранить информацию, эквивалентную информации Библиотеки Конгресса США или Ленинской библиотеки в Москве. Имплантация его в мозг человека вместе с устройством, обеспечивающим доступ к нему, сделает реальностью сюжеты фантастических фильмов.
Фрайтас теоретически разработал нанороботреспироцит, который фактически является искусственным эритроцитом и может переносить в двести с лишним раз больше кислорода, чем естественная красная клетка. Больному человеку будут вводиться путем инъекции несколько кубических сантиметров нанороботов, растворенных в жидкости, т. е. от нескольких миллионов до нескольких триллионов (1012) нанороботов. Инъекция 50% го раствора респироцитов объемом 5 см3 вдвое увеличит несущую способность крови.
Имея в крови 1 л такого раствора (еще допустимая величина), человек, например, может 4 ч находиться под водой, не пользуясь легочным дыханием.
Респироциты будут иметь сенсоры, позволяющие врачу ими управлять: включать и выключать.
На рисунке 9 на цветной вклейке художник изобразил будущего наноробота, следящего за «порядком» в кровеносном сосуде. Соответствующий этому рисунок и аналогичные минифильмы можно посмотреть на сайтах [5].
Ставится задача ликвидации последствий старения организма и предупреждения процессов старения. Нанороботы будут «ремонтировать» клетки, удалять накапливающиеся вредные продукты обмена, корректировать повреждения ДНК и т. п. Не исключено, что в будущем будет перепроектирована сама ДНК, так что организму будет обеспечена «вечная молодость», причем в случае необходимости клетки сами будут создавать нанороботов - дополнительные охранные клетки. Все это может стать реальностью уже во второй половине XXI в.