Нанотехнологии: история и развитие

    Практический  аспект нанотехнологий включает в себя производство устройств и их компонентов, необходимых для создания, обработки и манипуляции атомами, молекулами и наночастицами. Подразумевается, что не обязательно объект должен обладать хоть одним линейным размером менее 100 нм — это могут быть макрообъекты, атомарная структура которых контролируемо создаётся с разрешением на уровне отдельных атомов, либо же содержащие в себе нанообъекты. В более широком смысле этот термин охватывает также методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов.

    Одним из важнейших вопросов, стоящих перед  нанотехнологией — как заставить молекулы группироваться определенным способом, самоорганизовываться, чтобы в итоге получить новые материалы или устройства. Этой проблемой занимается раздел химии — супрамолекулярная химия. Она изучает не отдельные молекулы, а взаимодействия между молекулами, которые способны упорядочить молекулы определённым способом, создавая новые вещества и материалы. Обнадёживает то, что в природе действительно существуют подобные системы и осуществляются подобные процессы. Так, известны биополимеры, способные организовываться в особые структуры. Один из примеров — белки, которые не только могут сворачиваться в глобулярную форму, но и образовывать комплексы — структуры, включающие несколько молекул протеинов (белков). Уже сейчас существует метод синтеза, использующий специфические свойства молекулы ДНК. Берётся комплементарная ДНК, к одному из концов подсоединяется молекула А или Б. Имеем 2 вещества: ----А и ----Б, где ---- — условное изображение одинарной молекулы ДНК. Теперь, если смешать эти 2 вещества, между двумя одинарными цепочками ДНК образуются водородные связи, которые притянут молекулы А и Б друг к другу. Условно изобразим полученное соединение: ====АБ. Молекула ДНК может быть легко удалена после окончания процесса.

    В качестве типичного примера действия биологических механизмов можно  рассмотреть размножение вирусов, протекающее в природе подобно  отлично отлаженному массовому производству, действующее совершенно безошибочно и, естественно, без вмешательства человека. Как правило, вирусы состоят из тысяч протеиновых соединений, которые многократно реагируют друг с другом под действием межмолекулярных сил в неравновесных термодинамических условиях. При ошибках в процессе «сборки», как правило, начинают действовать какие-то биологические процессы «самоизлечения» или «исправления». Известно множество примеров биологических машин на межклеточном уровне с удивительными свойствами и поразительной функциональностью, и именно к этой области биологии примыкает большой раздел нанотехнологии, называемый нанобиотехнологией и представляющий собой промежуточную дисциплину на границе между собственно нанотехнологиейи биотехнологией.

    Нанотехнология  и в особенности молекулярная технология — новые, очень мало исследованные  дисциплины. Основные открытия, предсказываемые  в этой области, пока не сделаны. Тем  не менее, проводимые исследования уже  дают практические результаты. Использование  в нанотехнологии передовых научных  достижений позволяет относить её к  высоким технологиям.

    Развитие  современной электроники идёт по пути уменьшения размеров устройств. С другой стороны, классические методы производства подходят к своему естественному экономическому и технологическому барьеру, когда размер устройства уменьшается не намного, зато экономические затраты возрастают экспоненциально. Нанотехнология — следующий логический шаг развития электроники и других наукоёмких производств.