Перспективы нанотехнологий

Перспективы нанотехнологий

«Нанотехнологии являются основными технологиями промышленной революции в 21 веке. Тот, кто освоит нанотехнологии будет лидировать в отрасли». Michighary Nakamura. Вице-Президент Hitachi. «Мы считаем, что крупные научные достижения нанотехнологий будут состоять в создании новых материалов» Troy Kirkpatrick. GE Global Research.

В последнее  время в научной литературе уделяется  много внимания развитию и перспективам нанотехнологий и возможностям их применения в различных отраслях человеческой деятельности. Развитие науки о нанотехнологиях обещает большие возможности для применения в разработке новых материалов, связи, биотехнологии, микроэлектроники и энергетики. Среди наиболее вероятных научных прорывов эксперты называют увеличение производительности компьютеров, восстановление человеческих органов c использованием вновь воссозданной ткани, получение новых материалов, созданных напрямую из заданных атомов и молекул и появление новых открытий в химии и физике.

Государственная поддержка развития нанотехнологий в США. Развитие данного направления исследований активно поддерживается правительством США. Так администрацией Президента Клинтона была создана национальная программа исследований нанотехнологий (National Nanotechnology Initiative) с целью поддержки долгосрочных исследований и разработок ведущих к значительным открытиям в области новых материалов, наноэлектроники, медицины и здравоохранения, энергетики, химической промышленности, биотехнологий, сельского хозяйства, информационных технологий и национальной безопасности. Данная программа была одобрена конгрессом США в ноябре 2000 г. и первоначальные расходы составили $422 млн. В 2003 Президент Буш подписал документ о финансировании программы исследований в размере 3.7 млрд. долл. на 4 года. В эту сумму не входят инвестиции проведенные Департаментом обороны США, Департаментом национальной безопасности и Национальным институтом здравоохранения.

На рынке наноматериалов и их обработки действуют около 50 компаний. Они разрабатывают материалы и методы работы с ними и производят продукты на основе наноматериалов, создавая основу для инфраструктуры более высоких уровней. Нанобиотехнология — это гибридная дисциплина, сочетающая биологию и наноэлектронику. Нанобиотехнологические компании создают разнообразные диагностические инструменты из набора микроскопических датчиков, способных обнаруживать определенные биологические молекулы или отдельные спирали ДНК. Эти устройства обеспечат гораздо более быструю, дешевую и точную диагностику сложных заболеваний. Например, один наночип сможет обеспечить полную диагностику по единственной капле крови. В числе других приложений новые средства для быстрого обнаружения наркотиков. Компании, занимающиеся нанофотоникой, разрабатывают высокоинтегрированные компоненты оптических коммуникаций с применением технологий нанооптики и нанопроизводства. Такой подход к изготовлению оптических компонентов позволяет ускорить получение их прототипов, улучшить технические характеристики, уменьшить размеры и снизить стоимость. К наноэлектронике относятся электронные и оптоэлектронные устройства, в которых роль активных элементов выполняют узлы из компонентов нанометрического масштаба. Среди потенциальных наноэлектронных продуктов память, логика, пассивные оптические компоненты, автоэмиссионные устройства, а также плоские дисплеи и светодиоды.

Перспективные исследования компаний. Сегодня много молодых компаний работают в направлении развития нанотехнологий. Наиболее многообещающими могут быть исследования компаний в области нанобиотехнологий, наноэлектроники и в создании новых материалов. Нанотехнологии обещают значительный прогресс в фармацевтике и медицине. Такие технологии трансформируют устоявшиеся научные дисциплины такие как биохимия и позволяют создавать новые научные дисциплины как прикладная генетика. Разделение может быть произведено между созданием молекул (molecular manufacturing) с точно заданными свойствами и характеристиками и нанотехнологии твердых веществ (solid-phase nanotechnology), созданием наноматериалов. Несмотря на то, что многие ожидают, что нанороботы будут циркулировать в крови человека, перспективы ближайшего применения в медицине могут произойти во взаимодействии дисциплин по созданию молекул, нанотехнологий твердых веществ, микроэлектроники, микроэлектромеханических систем (microelectromechanical systems - MEMS) и микрооптикоэлектромеханических систем (microopticalelectromechanical systems MOEMS). Много работы ведется в направлении разработки новых инструментов, технологий и устройств.

Пост генетическая эра уже началась с подробными описаниями клеточного, молекулярного  и генетических процессов. Несмотря на то, что еще много лет необходимо для исследования генома человека, открытия происходят регулярно. Когда  появляются признаки нарушения работы клетки, может быть создана молекула для предотвращения ненормального  поведения клетки, ее стимуляции к  работе в нормальном режиме. Такие  технологии позволят применять новую  диагностическую технику, более  специфическую терапию и местное  применение лекарства, которое увеличивает  эффективность, медленно увеличивает  сопротивляемость к нарушениям и  снижает нагрузку токсичными компонентами на организм человека. По мнению ученых, количество целевых зон для лекарственных  препаратов, которые будут выявлены в результате исследования генома человека, может составить от 3000 до 10000 по сравнению  с 417 эмпирически полученными в  настоящее время. Кроме того, детальное  понимание взаимодействия между  генами, молекулярным движением и  болезнью может дать возможность  создания высоко специфичного, индивидуального лекарства. Комбинаторная химия начала исследовать новые сферы, которые приоткрыл проект изучения генома человека. Вероятно, что фармацевтическая отрасль будет переходить от парадигмы исследования медикаментов через сочетание различных компонентов в препарате к целевой инженерии заданных молекул. В краткосрочной перспективе лекарство может быть целенаправленно доставлено в нужную ткань, что увеличивает эффективность и снижает побочные эффекты.

Пока еще рано предсказывать рыночный эффект, который  получится в результате широкого применения техники создания молекул  и нанотехнологий твердых веществ. Это связано с тем, что влияние данных технологий на диагностику, может быть получено только с развитием самой диагностической отрасли во взаимодействии с остальной фармацевтической индустрией.

Применение нанотехнологий в лечении рака. Современные методы лечения рака действуют таким образом, что когда препарат нацелен на поражение раковой клетки, все клетки в теле пациента подвергаются негативному воздействию. В результате побочные эффекты химиотерапии (слабость, выпадение волос и рвота) наиболее часто встречаются в курсе лечения. В настоящее время проводятся исследования методов лечения, которые воздействовали бы только на пораженную клетку и снизили бы большинство побочных эффектов. Уже только по одной этой причине можно ожидать интересных результатов от применения наночастиц, которые доносят цитотоксический препарат в определенную пораженную часть тела человека. Как пример, такие наночастицы теоретически должны отличать нормальную живую клетку от раковой клетки. В настоящее время перед учеными встают проблемы создания специфического препарата для лечения и способа целенаправленной доставки этого лекарства в пораженные клетки. Последние сообщения ученых из Гарвардского Университета и Массачусетского Технологического Института говорят, что успех в данном направлении может быть скоро получен.

Ученые успешно  направили на раковую клетку простаты химический реагент используя наночастицы, которые имеют специальную лиганд молекулу, так называемый аптамер. Аптамер соединяется с химическим реагентом и после того, как между ними произошло взаимодействие, препарат направляется точно в то место, куда необходимо. В результате раковая клетка с химическим реагентом умирают, а здоровые клетки, которые не были атакованы химическим реагентом остаются здоровыми