Što je nanotehnologija? Što je nanotehnologija: jednostavno o složenom Što je nanotehnologija

) — Ovaj pojam trenutno nema jedinstvenu, općeprihvaćenu definiciju. Pod pojmom "nanotehnologija" RUSNANO razumijeva skup tehnoloških metoda i tehnika koje se koriste u proučavanju, dizajnu i proizvodnji materijala, uređaja i sustava, uključujući ciljanu kontrolu i upravljanje strukturom, kemijskim sastavom i interakcijom njihovih pojedinačnih elemenata nanorazmjera (s dimenzije reda veličine 100 nm ili manje prema barem jednom od mjerenja), što dovodi do poboljšanja ili pojave dodatnih radnih i/ili potrošačkih karakteristika i svojstava dobivenih proizvoda.

Opis

Pojam "nanotehnologija" profesor je prvi upotrijebio u svom izvješću "O osnovnom konceptu nanotehnologije" na međunarodnoj konferenciji u Tokiju 1974. U početku se pojam "nanotehnologija" koristio u užem smislu i označavao je skup procesa koji pružaju visokopreciznu obradu koristeći visokoenergetske zrake elektrona, fotona i iona, taloženje filma i ultra tanke. Trenutno se pojam "nanotehnologija" koristi u širokom smislu, pokrivajući i kombinirajući tehnološke procese, tehnike i sustave strojeva i mehanizama dizajniranih za izvođenje ultrapreciznih operacija na skali od nekoliko nanometara.

Objekti nanotehnologije mogu biti izravno niskodimenzionalni objekti dimenzija karakterističnih za nanoraspon u barem jednoj dimenziji (nanofilmovi) i makroskopski objekti (rasuti materijali, pojedinačni elementi uređaja i sustava), čija se struktura kontrolirano stvara i mijenja. s rezolucijom na razini pojedinih nanoelemenata . Smatra se da su uređaji ili sustavi proizvedeni korištenjem nanotehnologije ako je barem jedna od njihovih glavnih komponenti predmet nanotehnologije, odnosno postoji barem jedna faza tehnološkog procesa čiji je rezultat predmet nanotehnologije.

Autori

• Goldt Ilya Valerievich
• Gusev Aleksandar Ivanovič

Izvori

1. Gusev A.I. Nanomaterijali, nanostrukture, nanotehnologije. - M.: Fizmatlit, 2007. - 416 str.
2. Gusev A. I., Rempel A. A. Nanokristalni materijali. - Cambridge: Cambridge International Science Publishing, 2004. - 351 str.

1. Definicije i terminologija

2. Nanotehnologija: povijest nastanka i razvoja

3. Osnove

Skenirajuća sonda mikroskopija

Nanomaterijali

Nanočestice

Samoorganizacija nanočestica

Problem stvaranja aglomerata

Mikro- i nanokapsule

Nanotehnološki senzori i analizatori

4. Prijave nanotehnologija

Medicina i biologija

U automobilskoj industriji

Poljoprivreda

Ekologija

Istraživanje svemira

Kibernetika

5. Odnos društva prema nanotehnologiji

Nanotehnologija je interdisciplinarno područje fundamentalne i primijenjene znanosti i tehnologije, koje se bavi skupom teorijskih opravdanja, praktičnih metoda istraživanja, analize i sinteze, kao i metodama za proizvodnju i korištenje proizvoda sa zadanom atomskom strukturom kontroliranom manipulacijom pojedinačnih atoma i molekula.

Nanotehnologija je tehnologija za proučavanje objekata nanometarskih razmjera i rad s objektima veličine nanometra (milijunti dio milimetra), što je usporedivo s veličinom pojedinačnih molekula i atoma.

Definicije i terminologija

U Tehničkom odboru ISO/TC 229, nanotehnologija znači sljedeće:

poznavanje i kontrola procesa, obično na skali od 1 nm, ali ne isključujući skalu ispod 100 nm, u jednoj ili više dimenzija, gdje uvođenje učinka veličine (fenomena) dovodi do mogućnosti novih primjena;

korištenje svojstava objekata i materijala na nanometarskoj skali, koja se razlikuju od svojstava slobodnih atoma ili molekula, kao i od skupnih svojstava tvari koja se sastoji od tih atoma ili molekula, za stvaranje naprednijih materijala, uređaja, sustava koji ostvaruju ta svojstva.

Prema „Konceptu razvoja u Rusiji djela u području nanotehnologije do 2010.“ (2004.) nanotehnologija se definira kao skup metoda i tehnika koje omogućuju stvaranje i modificiranje objekata na kontrolirani način, uključujući komponente dimenzija manjih od 100 nm, barem u jednoj dimenziji, i kao rezultat toga, dobivanje temeljno novih kvaliteta koje omogućuju njihovu integraciju u potpuno funkcionalne sustave većeg mjerila.

Praktični aspekt nanotehnologije uključuje proizvodnju uređaja i njihovih komponenti potrebnih za stvaranje, obradu i manipuliranje atomima, molekulama i nanočesticama. Podrazumijeva se da objekt ne mora nužno imati barem jednu linearnu veličinu manju od 100 nm – to mogu biti makroobjekti čija se atomska struktura kontrolirano kontrolira s rezolucijom na razini pojedinačnih atoma ili mogu sadržavati nano-objekte. U širem smislu ovaj pojam također obuhvaća metode dijagnostike, karakterologije i istraživanja takvih objekata.

Nanotehnologije se kvalitativno razlikuju od tradicionalnih disciplina, budući da su u takvim mjerilima uobičajene, makroskopske tehnologije za rukovanje materijom često neprimjenjive, a mnogo značajniji postaju mikroskopski fenomeni, zanemarivo slabi u konvencionalnim mjerilima: svojstva i međudjelovanja pojedinačnih atoma i molekula ili agregata. molekula (npr. Vanove sile -der Waals), kvantni efekti.

Nanotehnologija, a posebno molekularna tehnologija su nove, vrlo malo istražene discipline. Velika otkrića predviđena u ovom području još nisu napravljena. Međutim, istraživanja koja su u tijeku već daju praktične rezultate. Korištenje naprednih znanstvenih dostignuća u nanotehnologiji omogućuje nam da je svrstamo u visoku tehnologiju.

Razvoj moderne elektronike kreće se putem smanjenja veličine uređaja. S druge strane, klasični načini proizvodnje približavaju se svojoj prirodnoj ekonomskoj i tehnološkoj barijeri, kada se veličina uređaja ne smanjuje mnogo, ali se ekonomska eksponencijalno povećava. Nanotehnologija je sljedeći logičan korak u razvoju elektronike i drugih visokotehnoloških industrija.

Nanotehnologija je logičan nastavak i razvoj mikrotehnologije.

Mikrotehnologija, spoj znanosti koja proučava mikroobjekte i tehnologiju raditi s objektima reda veličine mikrometra (tisućinka milimetra), postala je osnova za stvaranje moderne mikroelektronike. Mobiteli, računala, internet, razna kućanska, industrijska i potrošačka elektronika, sve je to promijenilo i svijet i ljude do neprepoznatljivosti.

Nanotehnologija će jednako promijeniti svijet. Nanotehnologija zahtijeva vrlo veliku računalnu snagu za simulaciju ponašanja atoma, te visokoprecizne električne i mehaničke uređaje za raspored atoma i molekula različitih materijala na nove načine. Na taj način nastaje nova materija. Po prvi put u povijesti civilizacije nastaju materijali s novim svojstvima koja su potrebna ljudima. Nabrojimo samo neke od njih. Ovo je proziran i fleksibilan materijal lakoće plastike i tvrdoće čelika, fleksibilna plastična prevlaka koja je solarna baterija, materijal za elektrodu električne baterije, koja je desetke i stotine puta jača od obične. .

Čak i na suvremenoj razini, nanotehnologija omogućuje dobivanje fleksibilnih plastičnih zaslona debljine lista papira i svjetline modernog monitora, kompaktne elektronike temeljene na spojevima ugljika, dimenzija i energetskog intenziteta stotinama puta manjim od modernih. Nanotehnologija također znači lagane i fleksibilne konstrukcijske i građevinske materijale, visoko učinkovite filtere za zrak i vodu, lijekove i kozmetiku koji djeluju na dubljoj razini, brzo smanjenje troškova letova u svemir i još mnogo, mnogo više.

Do sada su svi nanotehnološki materijali vrlo skupi. Ali, kao što je slučaj s računalnom industrijom, masovna proizvodnja će dovesti do dramatičnih cjenovnih kompromisa. U nevidljivoj borbi za profit i utjecaj koji će nanotehnologija dati, glavni špekulanti su SAD i Rusija. Izrael, europske zemlje i zemljama Latinska Amerika ubrzano povećava svoj potencijal na ovom području.

Nažalost, unatoč prisutnosti dobre znanstvene baze i velikog privatnog kapitala, ukrajinski znanstveni razvoj i primijenjeni proizvodi slabo su zastupljeni u svijetu.

Znanstveni nacionalni nanotehnološki programi od posebne su važnosti za nanotehnološki razvoj. Više od 50 razvijeno zemljama najavili su pokretanje vlastitih nanotehnoloških programa.

Nanotehnologija: povijest nastanka i razvoja

Mnogi izvori, prvenstveno oni na engleskom jeziku, prvi spomen metoda koje će kasnije biti nazvane nanotehnologija povezuju s poznatim govorom Richarda Feynmana “There’s Plenty of Room At the Bottom” koji je održao 1959. godine na Kalifornijskom institutu za tehnologiju na godišnjem skupu Američkog fizikalnog društva.

Richard Feynman je predložio da bi bilo moguće mehanički pomicati pojedinačne atome pomoću manipulatora odgovarajuće veličine, barem ove veličine postupak ne bi proturječio trenutno poznatim fizikalnim zakonima.

Predložio je da se ovaj manipulator izvede na sljedeći način. Potrebno je izgraditi mehanizam koji bi stvorio kopiju samoga sebe, samo red veličine manju. Stvoreni manji mehanizam mora opet stvoriti svoju kopiju, opet za red veličine manju, i tako sve dok dimenzije mehanizma ne budu razmjerne dimenzijama reda jednog atoma. U tom slučaju će biti potrebno napraviti promjene u strukturi ovog mehanizma, jer će gravitacijske sile koje djeluju u makrokozmosu imati sve manji utjecaj, a sile međumolekulskih interakcija i van der Waalsove sile će sve više utjecati na rad mehanizam. Posljednja faza - rezultirajući mehanizam će sastaviti svoju kopiju od pojedinačnih atoma. U načelu, broj takvih kopija je neograničen, bit će moguće stvoriti proizvoljan broj takvih strojeva u kratkom vremenu. Ovi će strojevi moći sastavljati makrostvari na isti način, atomskim sklapanjem. To će znatno pojeftiniti stvari - takvim će robotima (nanoroboti) trebati dati samo potreban broj molekula i energije te napisati program za sastavljanje potrebnih predmeta. Do sada nitko nije uspio opovrgnuti tu mogućnost, ali nitko još nije uspio stvoriti takve mehanizme. Ovako je R. Feynman opisao svog navodnog manipulatora:

Razmišljam o stvaranju električno upravljanog sustava koji koristi konvencionalno proizvedene "uslužne robote" u obliku četiri puta manjih kopija operaterovih "ruka". Takvi mikromehanizmi moći će lako izvoditi operacije u smanjenom opsegu. Govorim o sićušnim robotima opremljenim servo motorima i malim "rukama" koje mogu zatezati jednako male vijke i matice, bušiti vrlo male rupe itd. Ukratko, moći će obaviti sav posao u mjerilu 1:4. Da bi se to postiglo, naravno, potrebni mehanizmi, alati i manipulativne ruke moraju prvo biti izrađeni na jednu četvrtinu uobičajene veličine (zapravo, jasno je da to znači smanjenje svih kontaktnih površina za faktor 16). Ovi će uređaji u završnoj fazi biti opremljeni servo motorima (16 puta smanjene snage) i spojeni na konvencionalni električni upravljački sustav. Nakon ovoga, moći ćete koristiti ruke manipulatora koje su 16 puta manje! Opseg primjene takvih mikrorobota, kao i mikrostrojeva, može biti vrlo širok - od kirurških operacija do transporta i obrade radioaktivnih materijala. Nadam se da je načelo predloženog programa, kao i neočekivani problemi i uzbudljive prilike povezane s njim, jasni. Štoviše, možete razmišljati o mogućnosti daljnjeg značajnog smanjenja razmjera, što će, naravno, zahtijevati daljnje promjene i modifikacije dizajna (usput, u određenoj fazi možda ćete morati napustiti "ruke" uobičajenog oblika ), ali će omogućiti proizvodnju novih, mnogo naprednijih uređaja opisanog tipa. Ništa me ne sprječava da ovo nastavim postupak i stvorite onoliko sićušnih strojeva koliko želite, budući da nema ograničenja vezanih uz smještaj strojeva ili njihovu potrošnju materijala. Njihov će volumen uvijek biti puno manji od volumena prototipa. Lako je izračunati da će ukupni volumen od 1 milijun strojeva smanjen za 4000 puta (a time i masa materijala koji se koristi za proizvodnju) biti manji od 2% volumena i težine konvencionalnog stroja normalnih dimenzija.

Jasno je da to odmah uklanja problem trošak materijala. U principu, bilo bi moguće organizirati milijune identičnih minijaturnih tvornica, u kojima bi sićušni strojevi neprestano bušili rupe, utiskivali dijelove itd. Kako budemo postajali manji, stalno ćemo se susretati s vrlo neobičnim fizičkim pojavama. Sve s čime se susrećete u životu ovisi o čimbenicima velikih razmjera. Osim toga, tu je i problem “sljepljivanja” materijala pod utjecajem sila međumolekularne interakcije (tzv. van der Waalsovih sila), što može dovesti do učinaka neobičnih na makroskopskoj razini. Na primjer, matica se neće odvojiti od vijka nakon što se odvrne, au nekim slučajevima će se "zalijepiti" čvrsto za površinu, itd. Postoji nekoliko fizičkih problema ove vrste koje treba imati na umu prilikom projektiranja i izrade mikroskopskih mehanizama.

Tijekom teorijskog proučavanja ove mogućnosti pojavili su se hipotetski scenariji sudnjeg dana, koji pretpostavljaju da će nanoroboti apsorbirati svu biomasu Zemlje, provodeći svoj program samoreprodukcije (tzv. “grey goo” ili “grey slurry”).

Prve pretpostavke o mogućnosti proučavanja objekata na atomskoj razini mogu se naći u knjizi “Opticks” Isaaca Newtona, objavljenoj 1704. godine. U knjizi Newton izražava nadu da će budući mikroskopi jednog dana moći istraživati ​​“tajne korpuskula”.

Pojam "nanotehnologija" prvi je upotrijebio Norio Taniguchi 1974. godine. On je koristio ovaj izraz da bi opisao proizvodnju komercijalnih predmeta veličine reda nanometara. U 1980-ima, Eric K. Drexler koristio je taj izraz, ponajviše u svojoj knjizi iz 1986. Motori stvaranja: Nadolazeća era nanotehnologije. Koristio je ovaj izraz za označavanje novog područja znanosti koje je istraživao u svojoj doktorskoj disertaciji na Massachusetts Institute of Technology (MIT). Nakon toga je objavio rezultate svojih istraživanja u knjizi Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation. Veliku ulogu u njegovim istraživanjima odigrali su matematički izračuni, budući da je uz njihovu pomoć još uvijek moguće analizirati hipotetska svojstva i razviti uređaje s dimenzijama reda veličine nanometara.

Uglavnom, trenutno se razmatra mogućnost mehaničke manipulacije molekulama i stvaranje samoreplicirajućih manipulatora za te svrhe.

Kao što je već rečeno, to će omogućiti višestruko smanjenje troškova svih postojećih proizvoda i stvaranje temeljno novih, rješavajući sve postojeće ekološke probleme. Također, takvi manipulatori imaju golem medicinski potencijal: sposobni su popraviti oštećene ljudske stanice, što zapravo dovodi do stvarne tehničke besmrtnosti osobe. S druge strane, stvaranje nanomanipulatora može dovesti do scenarija "sivog mulja". Također sugeriraju mogući scenarij kada određena grupa ljudi stekne potpunu kontrolu nad takvim manipulatorom i iskoristi je za potpuno utvrđivanje svoje pozicije nad drugim ljudima. Ako se ovaj scenarij ostvari, rezultat će biti idealan, koji će, po svemu sudeći, biti nemoguće uništiti.

Najpotpunija definicija NT dana je u materijalima nacionalne nanotehnološke inicijative SAD:

NT - znanstveno istraživanje i tehnološki razvoj na atomskoj, molekularnoj ili makromolekularnoj razini s subnanometarskom ljestvicom duž jedne ili više koordinata za pružanje temeljnog razumijevanja fenomena i svojstava materijala na takvim dimenzijama te za proizvodnju i upotrebu struktura, uređaja i sustavi koji zbog svoje male veličine imaju nova svojstva i funkcije.

Ujedno, rad pokazuje da su temelji NT postavljeni u drugoj polovici 19. stoljeća u vezi s razvojem koloidne kemije. Godine 1857. M. Faraday prvi je dobio stabilne koloidne otopine (solove) zlata crvene boje. Godine 1861. T. Graham uspio je koagulirati solove i pretvoriti ih u gelove. Također je uveo podjelu tvari prema stupnju disperzije strukture na koloidne (amorfne) i kristaloidne (kristalne).

Kristalno ili amorfno stanje tvari ovisi, prije svega, o njezinim vlastitim svojstvima, a zatim o uvjetima pod kojima se odvija prijelaz u čvrsto stanje.

Godine 1869. kemičar I. Borščov iznio je hipotezu da se, ovisno o uvjetima, tvar može dobiti i u kristalnom (sklonost stvaranju kristala) i u koloidnom (amorfnom) stanju. Odgovarajućom promjenom uvjeta prijelaza tvari u čvrsto stanje moguće je dobiti tipično amorfne tvari (guma, ljepilo, staklo) u kristalnom stanju i, obrnuto, dobiti tipično kristalne tvari (metali i kuhinjska sol) u amorfnom (staklastom) stanju.

Budući da su u 19. stoljeću postojali samo optički mikroskopi za promatranje objekata i mjerenje njihovih veličina, koji nisu dopuštali otkrivanje čestica u koloidnim otopinama i zrnaca u koloidnim tvarima, tvari s ultravisokim stupnjem disperzije, čestica, vlakana, zrnaca i filmova od kojih se ne mogu detektirati u optičkim mikroskopima koji imaju rezoluciju od 300 nm pri korištenju bijele svjetlosti i 150 nm pri korištenju ultraljubičastog svjetla.

Godine 1892. D. Ivanovsky otkrio je prvu biološku koloidnu česticu, virus mozaične bolesti duhana, a 1901. W. Reed izolirao je prvi ljudski virus, virus žute groznice. Valja napomenuti da virusi imaju karakteristične veličine od 40 do 80 nm.

Godine 1903. R. Zsigmondy i R. Siedentopf izumili su optički ultramikroskop koji je imao razlučivost do 5 nm i omogućio promatranje koloidnih čestica. Ultramikroskop je izgrađen na principu promatranja u reflektiranoj svjetlosti, zbog čega postaju vidljivi manji objekti nego u običnom mikroskopu. Uz pomoć ultramikroskopa R. Zsigmondyja bilo je moguće ustanoviti da u koloidnim otopinama (solovima) zlatožute čestice imaju veličinu od 20 nm, crvene - 40 nm, a plave - 100 nm.

Godine 1904. P. Weymarn je ustanovio: Između svijeta molekula i mikroskopski vidljivih čestica postoji poseban oblik materije s kompleksom novih fizikalno-kemijskih svojstava koji su joj svojstveni - ultradisperzno ili koloidno stanje, nastalo kada je njezin stupanj disperzije u područje od 105-107 cm-1, u kojem filmovi imaju debljinu, a vlakna i čestice imaju promjer u rasponu od 1,0-100 nm.

Klasifikacija agregatnog stanja tvari prema stupnju raspršenosti data je u tablici 1. Vidi se da je koloidno stanje izrazito visoko disperzno ili ultradisperzno stanje tvari.

Svi disperzni sustavi su heterogeni, jer se sastoje od kontinuirane kontinuirane faze - disperzijskog medija i usitnjenih čestica koje se nalaze u njemu - disperzne faze. Preduvjet za njihovo postojanje je međusobna netopljivost disperzne faze i disperzijskog medija.

Koloidni sustavi često se nazivaju ultramikroheterogenim kako bi se naglasilo da se razdvajanje faza u njima ne može otkriti optičkim mikroskopima. Ako su čestice disperzne faze jednake veličine sustavi se nazivaju monodisperzni, a ako su različite onda se zovu polidisperzni sustavi.

Svojstva tvari i materijala ovise o njihovoj strukturi, koju karakteriziraju međusobno povezane razine koje utječu na takva svojstva.

Prva razina strukture naziva se kristalna i karakterizira prostorni raspored atoma, iona i molekula u kristalnoj rešetki krutine, na koji mogu utjecati točkasti defekti (prazna mjesta, atomi u međuprostorima, strani atomi). Točkasti defekti su pokretni i uvelike određuju difuzijska i električna svojstva materijala, posebice poluvodiča.

Druga razina povezana je s prisutnošću u krutini različitih linearnih i planarnih strukturnih defekata (dislokacija), čiji se broj po jedinici volumena povećava pod mehaničkim opterećenjima, što dovodi do pojave unutarnjih naprezanja u materijalu. Kao i točkasti defekti, dislokacije su pokretne, a njihova gustoća i sposobnost gibanja u čvrstom tijelu određuju mehanička svojstva materijala, posebno metali.

Treća razina strukture su volumetrijski defekti kao što su pore i kapilare, koji se mogu stvoriti u materijalima tijekom njihovog formiranja ili upotrebe. Povezani su s nedostatkom određenih područja čvrstog tijela.

Sve tvari u čvrstom stanju mogu se podijeliti na monokristalne, polikristalne, amorfne (ili nanokristalne) i molekularne čvrste otopine.

Ako se uređeni raspored čestica (atoma, molekula ili iona), reflektiranih od jedinične ćelije, održava u cijelom volumenu krutine, tada nastaju pojedinačni kristali.

Ako se održava uređenost strukture u makroskopskim (>100 µm) i mikroskopskim (>0,1 µm) područjima čvrste tvari (vidi tablicu 1), tada se formiraju polikristalne tvari s takozvanim kristalitima ili kristalnim zrncima odgovarajuće veličine i prostorno međusobno pogrešno orijentirane kristalne rešetke.

Sve do sredine 1980-ih vjerovalo se da amorfnim tvarima nedostaje uređen raspored čestica. Međutim, studije provedene korištenjem prijenosa elektrona visoke razlučivosti, skenirajućeg tuneliranja i mikroskopa atomske sile, posebno na metalnim staklima, omogućile su otkrivanje kristalita ili zrnaca veličine u subnanometarskom rasponu u amorfnim tvarima.

Dakle, amorfne tvari i materijale karakterizira ultradisperzni (koloidni) stupanj fragmentacije zrnaca kristalne faze, te ih možemo nazvati nanokristalnima.

U molekularnim krutim otopinama, kao iu tekućim otopinama, koje se obično nazivaju pravim otopinama ili jednostavno otopinama, raspodijeljena tvar jednoliko je pomiješana s molekulama disperzijskog medija na molekularnoj razini. Stoga su molekularne krute i tekuće otopine koje nemaju faze ili međupovršine homogeni sustavi.

Kristalno stanje tvari uvijek je stabilnije od amorfnog (nanokristalnog) stanja, stoga je moguć spontani prijelaz iz amorfnog u kristalno stanje, ali obrnuto nije. Primjer je devitrifikacija – spontana kristalizacija stakla na povišenim temperaturama.

Disperzni sustavi, uključujući koloidne, klasificiraju se prema stupnju disperzije, stanju agregacije disperzne faze i disperzijskog medija, intenzitetu međudjelovanja između njih, odsutnosti ili formiranju struktura.

Raznolikost koloidnih sustava posljedica je činjenice da faze koje ih tvore mogu biti u bilo kojem od tri agregatna stanja; imaju anorgansku, organsku i biološku prirodu. Ovisno o agregatnom stanju disperzne faze i disperzijskog medija, moguće je sljedećih 9 vrsta disperznih sustava:

Zh1 - G2, Zh1 - Z2, Zh1 - T2,

T1 - G2, T1 - G2, T1 - T2,

G1 - G2, G1 - T2, T1(F1) - T1(F2),

gdje su G, F i T plinovito, tekuće i čvrsto stanje, a brojevi 1 i 2 se odnose na disperznu fazu, odnosno disperzijski medij. Za potonji tip disperznog sustava, F1 i F2 označavaju različite faze (polimorfne modifikacije) čvrstog stanja jedne tvari.

U plinovitom disperzijskom mediju mogu se dispergirati samo tekućine i krutine, budući da se svi plinovi neograničeno otapaju jedan u drugom pri ne baš visokim tlakovima.

Raspršeni sustavi s plinovitim disperzijskim medijem nazivaju se aerosoli. Magle su aerosoli s tekućom dispergiranom fazom (L1 - G2), a dimovi su aerosoli s čvrstom disperziranom fazom (T1 - G2). Najjednostavniji primjer aerosola je duhanski dim čija je prosječna veličina čestica 250 nm, dok veličina čestica čađe ili vulkanskog pepela može biti manja od 100 nm, a njihovi aerosoli pripadaju ultrafinim (koloidnim) sustavima.

U tekućem disperzijskom mediju mogu se dispergirati plinovi, tekućine i krutine. Pjene su disperzija plina u tekućini (G1 - G2). Emulzije su disperzni sustavi u kojima je jedna tekućina usitnjena u drugu tekućinu koja je ne otapa (L1 - L2). Za kemiju i biologiju od najvećeg su značaja koloidni sustavi u kojima je disperzni medij tekuća faza, a disperzna faza kruta tvar (T1 - L2), koje nazivamo koloidnim otopinama ili solima, često liosolima. Ako je disperzni medij voda, onda se takvi solovi nazivaju hidrosoli, a ako je organska tekućina, onda se nazivaju organosoli. Koloidne otopine su vrlo važne, jer su s njima povezani mnogi procesi koji se odvijaju u živim organizmima.

U čvrstom disperzijskom mediju mogu se dispergirati plinovi, tekućine i krutine. Sustavi (G1 - T2) nazivaju se čvrste pjene ili kapilarno dispergirani sustavi, u kojima je plin u obliku zasebnih zatvorenih ćelija odvojenih čvrstim disperzijskim medijem. Čvrste pjene uključuju polistirensku pjenu, pjenasti beton, plovućac, trosku, metali uz uključivanje plinova, raznih poroznih materijala (aktivni ugljen, silikagel, drvo), kao i membrana i dijafragmi, fotonskih kristalnih vlakana, kože, papira, tkanina.

Sustav (G1 - T2) uključuje široku klasu kristalnih hidrata - kristala koji sadrže molekule kristalizacijske vode. Tipični kristalni hidrati su mnogi prirodni minerali, na primjer, gips CaSO4∙2H2O, karnalit MgCl2∙KCl∙6H2O, kalijev alum KAl(SO4)2·12H2O.

Veliki praktični značaj imaju disperzni sustavi tipa (T1 - T2), koji uključuju najvažnije građevne materijale, metalo-keramičke sastave, neke legure, emajle, niz minerala, posebice neko drago i poludrago kamenje, mnoge stijene. u kojem su kristali otpušteni kada se magma skrutila .

Obojena stakla nastaju kao rezultat disperzije metalnih nanočestica ili njihovih oksida u silikatnom staklu. Emajli su silikatna stakla s uključcima pigmenata SnO2, TiO2 i ZrO2 koji caklinama daju neprozirnost i boju.

Dakle, koloidi se ne shvaćaju kao posebna klasa tvari, već kao posebno stanje bilo koje tvari, karakterizirano, prije svega, određenim veličinama čestica. Nanostrukturiranje krutine treba shvatiti kao prijenos tvari ili materijala u koloidno (ultradisperzno) stanje, tj. stvaranje u strukturi fizikalnih ili kemijskih faza subnanometarskih veličina, koje se mogu smatrati osebujnim nanočesticama odvojenim od ostatka strukture sučeljima.

Takve nanočestice, osim mehanički dispergiranih nanoprahova, su:

Nanokristalna zrna;

Polimorfne faze nano veličine;

Strukturni defekti nano veličine (nanoblokovi);

Površinske nanostrukture (udubine, izbočine, utori, stijenke);

Volumetrijske nanostrukture (pore i kapilare);

Kemijske faze stranih atoma ili molekula nano veličine, formirane na njegovoj površini ili u volumenu i imaju vlaknasti ili korpuskularni oblik;

Strukture nano veličine nastale kao rezultat fizičkog ili kemijskog taloženja iz plinovite ili tekuće faze (fulereni, ugljikove nanocijevi);

Filmovi nanovelikih tvari formirani u periodičnom nizu;

Makromolekule, polimolekularni sklopovi, molekularni filmovi, molekularni kompleksi tipa "domaćin-gost" (prisutnost raspodjele veličina je značajka koja razlikuje nanočestice od makromolekula); biološke strukture nano veličine i nanostrukture (virusi, proteini, geni, proteini, kromosomi, DNA i RNA molekule).

Koloidno stanje tvari je kvalitativno poseban oblik njezina postojanja s kompleksom inherentnih fizikalno-kemijskih svojstava. Iz tog razloga područje prirodnih znanosti koje proučava objektivne fizikalne i kemijske zakonitosti heterogenog ultradisperznog stanja tvari, visokomolekularni spojevi ( polimeri, kompleksni spojevi i molekularni sklopovi) i međufazne površine, početkom XX. stoljeća formirala se u samostalnu disciplinu - koloidnu kemiju.

Nagli razvoj koloidne kemije posljedica je velike važnosti pojava i procesa koje ova znanost proučava u različitim područjima ljudske prakse. Takva naizgled potpuno različita područja kao što su životni procesi u organizmima, stvaranje mnogih minerala, struktura i produktivnost tla usko su povezana s koloidnim stanjem tvari. Koloidna kemija također je znanstvena osnova za indekse industrijske proizvodnje mnogih materijala.

S razvojem tehničkih sredstava za formiranje i manipulaciju nanoobjektima, kao i metoda za njihovo proučavanje, počele su se pojavljivati ​​specijaliziranije discipline u koloidnoj kemiji, poput kemije polimeri i površinska fizikalna kemija (kasne 1950-ih), supramolekularna kemija (kasne 1970-e).

Proučavanje i proučavanje nanodimenzioniranih i nanostrukturiranih bioloških struktura (proteini, geni, kromosomi, proteini, aminokiseline, DNA, RNA), koje su predmet biologije ultradisperznih sustava, dovelo je do stvaranja virologije 30-50-ih godina prošlog stoljeća, molekularna biologija te u posljednjoj četvrtini dvadesetog stoljeća genetika i imunokemija.

Ako su dimenzije materijala u barem jednoj dimenziji manje od kritičnih duljina koje karakteriziraju mnoge fizikalne pojave, takav materijal dobiva nova jedinstvena fizikalna i kemijska svojstva kvantno mehaničke prirode, koja se proučavaju i koriste za stvaranje novih uređaja od strane fizika niskodimenzionalnih struktura, koja je najdinamičnije razvijajuće područje suvremene fizike čvrstih tijela.

Rezultat proučavanja niskodimenzionalnih sustava (kvantnih jažica, žica i točkica) bilo je otkriće temeljno novih fenomena - cjelobrojnog i frakcijskog kvantnog Hallovog efekta u dvodimenzionalnom elektronskom plinu, Wignerove kristalizacije kvazi-dvodimenzionalnih elektrona i rupa, otkriće novih kompozitnih kvazičestica i elektroničkih pobuđenja s frakcijskim nabojem.

Područje koloidne kemije, koje proučava procese deformiranja, razaranja i stvaranja materijala i disperznih struktura, razvilo se u fizikalnu i kemijsku mehaniku krutih tijela i ultradisperznih struktura. Formirana je sredinom dvadesetog stoljeća zahvaljujući radu akademika P. Rebindera i njegove škole kao nove spoznaje, granična koloidna kemija, molekularna fizika čvrstih tijela, mehanika materijala i tehnologija njihove proizvodnje.

Glavna zadaća fizikalne i kemijske mehanike je stvaranje konstrukcijskih materijala sa zadanim svojstvima i optimalnom strukturom za potrebe njihove primjene.

Druga industrija koja proučava i stvara elemente, strukture i uređaje u subnanometarskom području je mikroelektronika, u kojoj se izdvaja nanoelektronika (razvoj i proizvodnja integriranih sklopova s ​​elementima subnanometarske veličine - integrirani nanokrugovi (INS), molekularna elektronika, funkcionalna elektronika nanostrukturiranih materijala. i nanoelektromehanički sustavi (NEMS).

Rezimirajući gore navedeno, kao i na temelju analize provedene u radu, možemo formulirati definiciju NT: nanotehnologija je kontrolirana proizvodnja tvari i materijala u koloidnom (ultradisperznom, nanostrukturiranom obliku s veličinom strukturnih elemenata u rasponu od 1,0-100 nm) navode, istražuju i mjere njihova svojstva i karakteristike te njihovu primjenu u raznim industrije znanosti, tehnologije i industrija.

Svi pojmovi povezani sa stvaranjem i proučavanjem koloidne (nanostrukturne) razine strukture materije pod markom "nanotehnologija" automatski su dobili prefiks "nano", iako su se do sredine 1980-ih prema tome nazivali: mehanika, fotonika, kristalografija , kemija, biologija i elektronika ultrafini ili koloidni sustavi; a objekte svojih istraživanja imenovali su: ultrafini prahovi i kompoziti, aero-, hidro- i organosoli, reverzibilni i ireverzibilni gelovi, ultrafina keramika i dr.

Pojava interesa za koloidno stanje tvari pod markom "nanotehnologija" u posljednjih 20 godina posljedica je, prvo, njegovih jedinstvenih svojstava, a drugo, razvoja i stvaranja tehnološke i upravljačke opreme za dobivanje i proučavanje sub -nanoskalna razina strukture materije: njezina fizika, kemija i biologija.

Umjesto otkrivanja novih materijala i fenomena putem slučajnosti ili kaotičnog istraživanja, kontrolirana transformacija materije u nanostrukturirano (koloidno) stanje, nazvana konceptom nanotehnologije, omogućuje da se to čini sustavno. Umjesto pronalaženja nanočestica i nanostruktura dobrih svojstava pomoću intuicije, poznavanje zakonitosti nastanka i stabilizacije ultradisperznih sustava otvara mogućnost njihovog umjetnog dizajna prema određenom sustavu.

Posebno je zanimljivo bilo stjecanje potpuno novih svojstava od strane nekih dobro poznatih tvari u nanoveličinama.

Nanostrukturni (koloidni) sustavi, u skladu sa svojim srednjim položajem između svijeta atoma i molekula i svijeta mikroskopskih i makroskopskih tijela, mogu se dobiti na dva glavna načina: disperzijom, tj. mljevenje (drobljenje) velikih sustava, te kondenzacija, tj. nastanak nanosustava od atoma, molekula, klastera i nanostruktura.

Metode dobivanja nanostrukturnih sustava prvim putem nazivaju se disperzijom, a drugim kondenzacijom. Postoje mješovite metode za proizvodnju nanostrukturiranih sustava, koje se nazivaju disperzijsko-kondenzacijske i kondenzacijsko-disperzijske.

U tradicionalnoj nanoelektronici, tijekom proizvodnje integriranih nanokrugova (ANC) klasičnom CMOS tehnologijom, kontrolirano nanostrukturiranje funkcionalnih slojeva (FL) na silicijskim pločicama osigurava se projekcijskim (foto predlošcima i nanostampovima) maskom (otporne maske) litografskim uzorkovanjem.

U ovom slučaju koristi se pristup strateške disperzije ili pristup odozgo prema dolje, tj. Lokalno uklanjanje nepotrebnih područja FS-a provodi se njihovim nagrizanjem. Točnost reprodukcije dimenzija konstrukcijskih elemenata u horizontalnoj ravnini osigurana je korištenjem otpornih maski formiranih u litografskim procesima.

U tom pogledu, naglašavajući stratešku disperziju ili korišteni pristup odozgo prema dolje, tradicionalnu industrijsku nanoelektroniku prikladnije je nazvati D-nanoelektronikom.

Kondenzacijske metode (metode nelitografske sinteze), koje koriste pristup odozdo prema gore za dobivanje nanostrukturnih sustava, mogu se podijeliti u dvije skupine: tradicionalne i nove, nastale u okviru najnovijih dostignuća nanotehnologije.

Temeljne odredbe

Skenirajuća sonda mikroskopija

Jedna od metoda koja se koristi za proučavanje nanoobjekata je skenirajuća sonda mikroskopija. U okviru pretražne sondne mikroskopije primjenjuju se neoptičke i optičke tehnike.

Studije površinskih svojstava pomoću skenirajućeg mikroskopa (SPM) provode se u zraku pri atmosferskom tlaku, vakuumu, pa čak i u tekućini. Različite SPM tehnike omogućuju proučavanje vodljivih i nevodljivih objekata. Osim toga, SPM podržava kombinaciju s drugim metodama istraživanja, kao što su klasična optička mikroskopija i spektralne metode.

Pomoću skenirajućeg mikroskopa (SPM) možete ne samo vidjeti pojedinačne atome, već i selektivno utjecati na njih, posebno pomicati atome po površini. Znanstvenici su ovom metodom već uspjeli stvoriti dvodimenzionalne nanostrukture na površini. Na primjer, u istraživačkom centru IBM-a, uzastopnim pomicanjem atoma ksenona na površini monokristala nikla, zaposlenici su uspjeli rasporediti tri slova logotipa tvrtke pomoću 35 atoma ksenona.

Prilikom izvođenja takvih manipulacija pojavljuju se brojne tehničke poteškoće. Konkretno, potrebno je stvoriti uvjete ultravisokog vakuuma (10−11 torra), potrebno je ohladiti supstrat i mikroskop na ultraniske temperature (4-10 K), površina supstrata mora biti atomski čista. i atomski glatka, za što se koriste posebne metode njezine pripreme. Supstrat se hladi kako bi se smanjila površinska difuzija taloženih atoma.

Nanomaterijali

Nanomaterijali su materijali strukturirani na razini veličine molekule ili blizu nje. Struktura može biti više ili manje pravilna ili nasumična. Površine sa slučajnom nanostrukturom mogu se dobiti obradom snopom čestica, plazma jetkanjem i nekim drugim metodama.

Što se tiče pravilnih struktura, mala područja površine mogu se strukturirati "izvana" - na primjer, pomoću mikroskopa za skeniranje (vidi dolje). Međutim, prilično velika (~1 μ2 ili više) područja, kao i volumeni materije, mogu se strukturirati, očito, samo metodom samosastavljanja molekula.

Samosastavljanje je rašireno u živoj prirodi. Građa svih tkiva određena je njihovim samosastavljanjem iz stanica; Građa staničnih membrana i organela određena je samosastavljanjem iz pojedinačnih molekula.

Samosastavljanje molekularnih komponenti razvija se kao način konstruiranja periodičnih struktura za izradu nanoelektroničkih sklopova, a postignut je značajan napredak.

U medicini se materijali s nanostrukturnom površinom mogu koristiti za zamjenu određenih tkiva. Tjelesne stanice prepoznaju takve materijale kao "svoje" i pričvršćuju se na njihovu površinu.

Trenutno je postignut napredak u proizvodnji nanomaterijala koji oponašaju prirodno koštano tkivo. Tako su znanstvenici sa Sveučilišta Northwestern ( SAD) Jeffrey D. Hartgerink, Samuel I. Stupp i drugi koristili su trodimenzionalno samosklapanje vlakana promjera oko 8 nm, oponašajući prirodna kolagena vlakna, nakon čega je uslijedila mineralizacija i stvaranje nanokristala hidroksiapatita orijentiranih duž vlakana. Vlastite koštane stanice bile su dobro pričvršćene na dobiveni materijal, što mu omogućuje da se koristi kao "ljepilo" ili "kit" za koštano tkivo.

Također je zanimljivo razviti materijale koji imaju suprotno svojstvo: ne dopuštaju stanicama da se pričvrste na površinu. Jedna od mogućih primjena takvih materijala mogla bi biti proizvodnja bioreaktora za uzgoj matičnih stanica. Činjenica je da, nakon što se pričvrsti na površinu, matična stanica nastoji diferencirati, tvoreći određene specijalizirane stanice. Korištenje materijala s površinskom strukturom u nanoskali za kontrolu procesa proliferacije i diferencijacije matičnih stanica predstavlja veliko polje za istraživanje.

Nanopore membrane mogu se koristiti u mikrokapsulama za isporuku lijekova i druge svrhe. Stoga se mogu koristiti za filtriranje tjelesnih tekućina od štetnih tvari i virusa. Membrane mogu zaštititi nanosenzore i druge implantabilne uređaje od albumina i sličnih tvari za oblaganje.

Nanočestice

Suvremeni trend prema minijaturizaciji pokazao je da tvar može imati potpuno nova svojstva ako uzmete vrlo malu česticu te tvari. Čestice veličine od 1 do 100 nanometara obično se nazivaju "nanočestice". Primjerice, pokazalo se da nanočestice nekih materijala imaju vrlo dobra katalitička i adsorpcijska svojstva. Drugi materijali pokazuju nevjerojatna optička svojstva, na primjer, ultratanki filmovi organskih materijala koriste se za izradu solarnih ćelija. Takve baterije, iako imaju relativno nisku kvantnu učinkovitost, jeftinije su i mogu biti mehanički savitljive. Moguće je ostvariti interakciju umjetnih nanočestica s prirodnim objektima nano veličine – proteinima, nukleinskim kiselinama itd. Pažljivo pročišćene nanočestice mogu se same sastavljati u određene strukture. Ova struktura sadrži strogo uređene nanočestice i također često pokazuje neobična svojstva.

Nanoobjekti se dijele u 3 glavne klase: trodimenzionalne čestice dobivene eksplozijom vodiča, sintezom u plazmi, redukcijom tankih filmova itd.; dvodimenzionalni objekti - filmovi proizvedeni molekularnim taloženjem, CVD, ALD, ionskim taloženjem itd.; jednodimenzionalni objekti - brkovi, ti se objekti dobivaju metodom molekularnog raslojavanja, uvođenjem tvari u cilindrične mikropore itd. Postoje i nanokompoziti - materijali dobiveni uvođenjem nanočestica u bilo koje matrice. Trenutno je široko korištena samo metoda mikrolitografije, koja omogućuje dobivanje ravnih otočnih objekata veličine 50 nm na površini matrica, koristi se u elektronici; CVD i ALD metoda uglavnom se koriste za stvaranje mikronskih filmova. Ostale metode se uglavnom koriste u znanstvene svrhe. Posebno treba istaknuti ionsku i molekularnu metodu nanošenja slojeva, budući da je pomoću njih moguće stvoriti prave monoslojeve.

američki organizacija C-Sixty Inc. Provodi pretklinička ispitivanja proizvoda na bazi nanosfera fulerena C60 s poredanim kemijskim skupinama na njihovoj površini. Te se skupine mogu odabrati da se vežu na prethodno odabrane biološke mete. Raspon mogućih primjena je iznimno širok. Uključuje borbu protiv virusnih bolesti poput gripe i HIV-a, raka i neurodegenerativnih bolesti, osteoporoze i krvožilnih bolesti. Na primjer, nanosfera može sadržavati atom radioaktivnog elementa unutra, a na površini - skupine koje mu omogućuju da se pričvrsti na stanicu raka.

Slični razvoji se provode u Ruska Federacija. Institut za eksperimentalnu medicinu (St. Petersburg) koristio je adukt fulerena s polivinilpirolidonom (PVP). Ovaj spoj je visoko topiv u vodi, a šupljine u njegovoj strukturi slične su veličine molekulama C60. Šupljine se lako ispunjavaju molekulama fulerena, što rezultira stvaranjem adukta topljivog u vodi s visokim antivirusnim djelovanjem. Budući da sam PVP nema antivirusni učinak, sva se aktivnost pripisuje molekulama C60 sadržanim u aduktu.

Što se tiče fulerena, njegova je učinkovita doza približno 5 μg/ml, što je znatno niže od odgovarajuće brojke za rimantadin (25 μg/ml), koji se tradicionalno koristi u borbi protiv virusa influence. Za razliku od rimantadina koji je najučinkovitiji u ranoj razdoblje infekcije, adukt C60/PVP ima stabilan učinak tijekom cijelog ciklusa reprodukcije virusa. Još jedna posebnost konstruiranog lijeka je njegova učinkovitost protiv virusa influence tipa A i B, dok rimantadin djeluje samo na prvi tip.

Nanosfere se također mogu koristiti u dijagnostici, primjerice, kao kontrastno sredstvo za rendgenske zrake koje se pričvrsti na površinu određenih stanica i pokazuje njihov položaj u tijelu.

Dendrimeri su od posebnog interesa. Oni predstavljaju novu vrstu polimera koji imaju razgranatu strukturu umjesto uobičajene linearne.

Naime, prvi spoj s takvom strukturom dobiven je još 50-ih godina prošlog stoljeća, a glavne metode za njihovu sintezu razvijene su uglavnom 80-ih godina. Pojam "dendrimeri" pojavio se ranije od "nanotehnologije" i u početku nisu bili povezani jedni s drugima. Međutim, u posljednje vrijeme dendrimeri se sve više spominju u kontekstu njihove nanotehnološke (i nanomedicinske) primjene.

To je zbog niza posebnih svojstava koja imaju spojevi dendrimera. Među njima:

Predvidljive, kontrolirane i ponovljive veličine makromolekula s velikom točnošću;

Prisutnost kanala i pora u makromolekulama koje imaju dobro ponovljive oblike i veličine;

Sposobnost visoko selektivne inkapsulacije i imobilizacije tvari niske molekularne težine uz stvaranje supramolekularnih konstrukata "gost-domaćin".

Samoorganizacija nanočestica

Jedno od najvažnijih pitanja s kojima se suočava nanotehnologija je kako natjerati molekule da se grupiraju na određeni način, da se samoorganiziraju, kako bi u konačnici dobili nove materijale ili uređaje. Ovim problemom bavi se grana kemije — supramolekularna kemija. Ne proučava pojedinačne molekule, već interakcije između molekula koje mogu rasporediti molekule na određeni način, stvarajući nove tvari i materijale. Ohrabrujuće je da slični sustavi i slični procesi stvarno postoje u prirodi. Tako su poznati biopolimeri koji se mogu organizirati u posebne strukture. Jedan primjer su proteini, koji ne samo da se mogu savijati u kuglasti oblik, već također formiraju komplekse - strukture koje uključuju nekoliko proteinskih molekula (proteina).

Već postoji metoda sinteze koja koristi specifična svojstva molekule DNA. Uzima se komplementarna DNA, na jedan od krajeva povezuje se molekula A ili B. Imamo 2 supstance: ----A i ----B, gdje je ---- konvencionalna slika jedne molekule DNA. Sada, ako pomiješate ove dvije tvari, formiraju se vodikove veze između dvaju pojedinačnih niti DNK, koje će privući molekule A i B jedna drugoj. Ugrubo oslikajmo dobivenu vezu: ====AB. Molekula DNA može se lako ukloniti nakon završetka procesa.

Problem stvaranja aglomerata

Čestice veličine reda nanometara, ili nanočestice kako ih nazivaju u znanstvenim krugovima, imaju jedno svojstvo koje uvelike otežava njihovu upotrebu. Mogu stvarati nakupine, odnosno lijepiti se jedna za drugu. Budući da nanočestice obećavaju industrije proizvodnja keramike, metalurgija, taj problem se mora riješiti. Jedno od mogućih rješenja je uporaba disperzijskih tvari, kao što su amonijev citrat (vodena otopina), imidazolin, oleinski alkohol (netopljiv u vodi). Mogu se dodati u medij koji sadrži nanočestice. O tome se detaljnije raspravlja u izvoru "Organic Additives And Ceramic Processing," D. J. Shanefield, Kluwer Academic Publ., Boston (engleski).

Mikro- i nanokapsule

Za dostava Minijaturne (~1 μ) kapsule s nanoporama mogu se koristiti za dostavu lijekova na željeno mjesto u tijelu. Već se testiraju slične mikrokapsule dostava i fiziološki regulirano otpuštanje inzulina kod dijabetesa tipa 1. Korištenje pora veličine oko 6 nm omogućuje zaštitu sadržaja kapsule od utjecaja imunološkog sustava tijela. To omogućuje stavljanje životinjskih stanica koje proizvode inzulin u kapsule koje bi inače tijelo odbacilo.

Mikroskopske kapsule relativno jednostavnog dizajna također mogu duplicirati i proširiti prirodne sposobnosti tijela. Primjer takvog koncepta je respirocit koji je predložio R. Freitas - umjetni nosač kisika i ugljičnog dioksida, znatno superiorniji u svojim sposobnostima i crvenim krvnim stanicama i postojećim nadomjescima krvi (na primjer, na temelju emulzija fluorougljika). O mogućem dizajnu respirocita detaljnije će se govoriti u nastavku.

Nanotehnološki senzori i analizatori

Korištenje mikro- i nanotehnologija omogućuje značajno povećanje sposobnosti detekcije i analize ultra malih količina različitih tvari. Jedna od varijanti ovakvog uređaja je „laboratorij na čipu". To je ploča na čijoj su površini uredno raspoređeni receptori za željene tvari, primjerice protutijela. Pričvršćivanje molekule tvari do receptora detektira se električnim putem ili fluorescencijom Na jednu ploču mogu se postaviti senzori za više tisuća tvari.

Takav uređaj, sposoban detektirati doslovno pojedinačne molekule, može se koristiti za određivanje slijeda DNA baza ili aminokiselina (u svrhu identifikacije, detekcije genetskih ili onkoloških bolesti), detekcije uzročnika zaraznih bolesti, otrovnih tvari.

Uređaj veličine nekoliko milimetara može se postaviti na površinu kože (za analizu tvari izlučenih znojem) ili unutar tijela (u ustima, probavnom traktu, ispod kože ili u mišiću). Istodobno će moći izvijestiti o stanju unutarnjeg okoliša tijela i signalizirati sve sumnjive promjene.

Na Institutu za molekularnu biologiju nazvan. Engelhardt s Ruske akademije znanosti razvio je sustav dizajniran za brzo otkrivanje soja patogena; Jedan čip sadrži oko stotinu fluorescentnih senzora.

Zanimljivu ideju razvija nekoliko skupina istraživača odjednom. Njegova suština je "provući" molekulu DNA (ili RNA) kroz nanopore u membrani. Veličina pore mora biti takva da DNK prolazi u "ispravljenom" obliku, jedna baza za drugom. Mjerenje električnog gradijenta ili struje kvantnog tuneliranja kroz poru omogućilo bi nam da odredimo koja baza trenutno prolazi kroz poru. Uređaj koji se temelji na ovom principu omogućio bi dobivanje kompletne sekvence DNK u jednom prolazu.

Primjene nanotehnologije

Medicina i biologija

Postat će moguće "uvesti" u živi organizam na atomskoj razini. Posljedice mogu biti vrlo različite - od "obnove" izumrlih vrsta do stvaranja novih vrsta živih bića i biorobota. Stvaranje molekularnih robota liječnika koji bi “živjeli” unutar ljudskog tijela, eliminirajući sva oštećenja koja nastaju, odnosno sprječavajući nastanak istih, uključujući i genetska oštećenja.

Prema znanstvenicima sa Sveučilišta u Michiganu, doći će dan kada će se uz pomoć nanotehnologije u ljudske krvne stanice moći ugraditi mikroskopski senzori koji će upozoravati na prve znakove radijacijske prijetnje ili razvoja bolesti.

Posljednjih godina djelatnici Centra za biološku nanotehnologiju, predvođeni dr. Jamesom Bakerom, radili su na stvaranju mikrosenzora koji će se koristiti za otkrivanje stanica raka u tijelu i borbu protiv ove strašne bolesti.

Nova tehnika za prepoznavanje stanica raka temelji se na ugrađivanju u ljudsko tijelo sićušnih sferičnih spremnika od sintetskih polimera koji se nazivaju dendrimeri (od grčkog dendron - drvo). Ovi polimeri sintetizirani su u posljednjem desetljeću i imaju temeljno novu, nečvrstu strukturu, koja nalikuje strukturi koralja ili drva. Takvi polimeri nazivaju se hiperrazgranati ili kaskadni. Oni kod kojih je grananje pravilno nazivaju se dendrimeri. U promjeru svaka takva kugla, odnosno nanosenzor, doseže samo 5 nanometara - 5 milijarditih dijelova metra, što omogućuje postavljanje milijardi sličnih nanosenzora na malo područje prostora.

Jednom kada uđu u tijelo, ti sićušni senzori će prodrijeti u limfocite - bijele krvne stanice koje pružaju obrambenu reakciju tijela protiv infekcija i drugih čimbenika koji uzrokuju bolest. Tijekom imunološkog odgovora limfoidnih stanica na određenu bolest ili stanje okoliša - na primjer prehladu ili izloženost zračenju - mijenja se proteinska struktura stanice. Svaki nanosenzor, obložen posebnim kemijskim reagensima, počet će fluorescirati ili svijetliti s takvim promjenama.

Kako bi vidjeli ovaj sjaj, dr. Baker i njegovi kolege izradit će poseban uređaj koji skenira mrežnicu oka. Laser takvog uređaja trebao bi detektirati sjaj limfocita kada oni, jedan za drugim, prolaze kroz uske kapilare fundusa. Ako u limfocitima ima dovoljno obilježenih senzora, bit će potrebno skeniranje od 15 sekundi da bi se otkrilo oštećenje stanica, kažu znanstvenici.

Sama ideja još je u fazi istraživanja, no već je privukla pozornost uprave NASA-e koja je za daljnja istraživanja izdvojila dva milijuna dolara. NASA-u je zanimala mogućnost stvaranja gore opisanih senzora koji stalno prate razinu zračenja kojoj je astronaut izložen i pojavu bilo kakvih znakova bolesti ili infekcije u njegovom tijelu.

Baker je rekao da njegov tim radi na sličnoj tehnologiji za otkrivanje stanica raka, ali istraživanje je još daleko od završetka. Još nije jasno, na primjer, kako će biti moguće otkriti sjaj nanosenzora u bijelim krvnim stanicama kada postoji ogroman broj tamnijih crvenih krvnih stanica. Istraživači su već postigli određeni uspjeh u laboratorijskim pokusima sa kulturama stanica, a ove godine planiraju testirati novu tehnologiju na životinjama.

Znanstvenici iz države Michigan kažu da će uz pomoć nanotehnologije u ljudske krvne stanice biti moguće ugraditi mikroskopske senzore koji će upozoravati na znakove zračenja ili razvoj bolesti. Tako je u SAD-u, na prijedlog NASA-e, u tijeku razvoj takvih nanosenzora. James Beiner zamišlja "nanostorbu" sa kozmičkim zračenjem: prije lansiranja astronaut hipodermičkom špricom ubrizgava bistru tekućinu zasićenu milijunima nanočestica u krevetić; tijekom leta ubacuje malu napravu u svoje uho (poput sluha pomoć). Tijekom leta ovaj će uređaj malim laserom tražiti užarene stanice. To je moguće jer Stanice prolaze kroz kapilare bubnjića. Stanice će se bežično prenijeti na glavno računalo letjelice i potom obraditi. Ako se nešto dogodi, bit će poduzete potrebne mjere.

Sve to može postati stvarnost za nekih 5-10 godina. Znanstvenici koriste nanočestice više od 5 godina.

Sada, senzori tanji od ljudske vlasi mogu biti 1000 puta osjetljiviji od standardnih DNK testova. Američki znanstvenici koji su razvili ove nanosenzore vjeruju da će liječnici pomoću samo jedne kapi krvi moći provesti cijeli niz različitih testova. Jedna od prednosti ovog sustava je mogućnost trenutnog slanja rezultata analize na džepno računalo. Istraživači vjeruju da će biti potrebno oko pet godina za razvoj potpuno funkcionalnog modela nanosenzora koji će liječnici moći koristiti u svom svakodnevnom radu.

Uz pomoć nanotehnologije medicina će moći ne samo liječiti bilo koju bolest, već i spriječiti njen nastanak, te će moći pomoći prilagodbi čovjeka u svemiru.

Kada mehanizam završi svoj posao, nanoliječnici će morati ukloniti nanorobote iz ljudskog tijela. Stoga je opasnost da “zastarjeli nanoroboti” preostali u ljudskom tijelu ne rade ispravno vrlo mala. Nanoroboti će morati biti dizajnirani tako da izbjegnu kvarove i smanje medicinske komplikacije. Kako će se nanoroboti ukloniti iz tijela? Neki od njih bit će sposobni sami se ukloniti iz ljudskog tijela prirodnim kanalima. Drugi će biti dizajnirani tako da ih liječnici mogu ukloniti. uklanjanje će ovisiti o dizajnu određenog nanorobota.

Vjeruje se da će glavna opasnost za pacijenta biti nesposobnost liječnika. Ali greške se mogu pojaviti iu neočekivanim slučajevima. Jedna nepredviđena situacija mogla bi biti interakcija između robota kada se sudare. Takve kvarove bit će teško identificirati. Ilustracija ovog slučaja može biti rad dvije vrste nanorobota A i B u ljudskom tijelu. Ako nanorobot A otkloni posljedice rada robota B, to će dovesti do ponovljenog rada robota A, i to će se nastaviti unedogled, odnosno nanoroboti će jedni drugima ispravljati rad. Kako bi se spriječile takve situacije, liječnik mora stalno pratiti rad nanorobota i, ako je potrebno, reprogramirati ih. Stoga su kvalifikacije liječnika vrlo važan čimbenik.

Kao što znate, naš imunološki sustav reagira na strana tijela. Stoga će u tome važnu ulogu imati veličina nanorobota, kao i hrapavost površine i pokretljivost uređaja. Tvrdi se da problem biokompatibilnosti nije jako težak. Izlaz iz ovog problema bit će stvaranje robota na temelju dijamantoidnih materijala. Zbog jake površinske energije i dijamantoidne površine te njene snažne glatkoće, vanjska ljuska robota bit će kemijski inertna.

Nanotehnologije koje se nedavno koriste u medicini

Nanotehnologije se već koriste u medicini. Glavna područja njegove primjene su: dijagnostičke tehnologije, medicinski uređaji, protetika i implantati.

Upečatljiv primjer je otkriće profesora Aziza. Ljudi s Parkinsonovom bolešću imaju elektrode umetnute u mozak kroz dvije sićušne rupice na lubanji, koje su spojene na stimulator. Nakon otprilike tjedan dana pacijentu se implantira sam stimulator u trbušnu šupljinu. Pacijent može sam podesiti napon pomoću prekidača. Bol se može kontrolirati u 80% slučajeva:

Kod nekih bolovi potpuno nestanu, kod drugih se povuku. Oko četiri tuceta ljudi podvrgnuto je dubokoj stimulaciji mozga.

Mnogi Azizovi kolege kažu da ova metoda nije učinkovita i može imati negativne posljedice. Profesor je uvjeren da je metoda učinkovita. Ni jedno ni drugo sada nije dokazano. Čini mi se da treba vjerovati samo četrdeset pacijenata koji su oslobođeni nesnosne boli. I htjeli su ponovno živjeti. A ako se ova metoda prakticira 8 godina i ne utječe negativno na zdravlje pacijenata, zašto onda ne proširiti njezinu primjenu.

Još jedno revolucionarno otkriće je biočip - mala pločica na koju su određenim redoslijedom nanesene molekule DNK ili proteina koja se koristi za biokemijske analize. Princip rada biočipa je jednostavan. Specifični nizovi dijelova podijeljene DNK nanose se na plastičnu ploču. Tijekom analize, materijal koji se testira stavlja se na čip. Ako sadrži iste genetske informacije, tada se pare. Rezultat se može promatrati. Prednost biočipova je veliki broj bioloških testova uz značajne uštede u ispitnom materijalu, reagensima, troškovima rada i vremenu za analizu.

Generologija

Postizanje osobne besmrtnosti ljudi uvođenjem molekularnih robota u tijelo koji sprječavaju starenje stanica, kao i restrukturiranje i “oplemenjivanje” tkiva ljudskog tijela. Oživljavanje i iscjeljenje onih beznadno bolesnih ljudi koji su trenutno bili zamrznuti krioničkim metodama. Predviđeno razdoblje provedbe: treća - četvrta četvrtina 21. stoljeća.

Industrija

Zamjena tradicionalnih proizvodnih metoda molekularnim robotima koji sastavljaju robu široke potrošnje izravno iz atoma i molekula. Sve do osobnih sintisajzera i uređaja za kopiranje koji vam omogućuju izradu bilo kojeg predmeta. Prvi praktični rezultati mogu se dobiti početkom 21. stoljeća.

grafen. U listopadu 2004. godine na Sveučilištu u Manchesteru stvorena je mala količina materijala nazvanog grafen. Robert Freitas sugerira da bi ovaj materijal mogao poslužiti kao supstrat za stvaranje dijamantnih mehanosintetskih uređaja.

Satelitske komunikacije naširoko se koriste za televizijske, internetske i telefonske komunikacije. Sustave za pozicioniranje u svemiru koriste zrakoplovi, brodovi, automobili i turisti.

Čovječanstvo je već izraslo iz svoje kolijevke — naš život više nije zamisliv bez prostora. Stoga danas mnoge zemlje pokreću vlastite svemirske programe, a početkom 21. stoljeća započela su i privatna istraživanja svemira. Godine 2001. prvi svemirski turist, Dennis Tito, otišao je u orbitu. Godine 2004., u sklopu natjecanja X-Prize, svemirska letjelica za višekratnu upotrebu SpaceShipOne, koju su kreirali neovisni programeri, izvršila je suborbitalni let (na visinu od 112 km). Godine 2005. započela je izgradnja privatnih svemirskih luka u Mojaveu (SAD), Ras Al Khaimahu (UAE) i Singapuru. U nadolazećim godinama planira se velika ekspanzija turizma (Virgin Galactic planira poslati 7000 ljudi na svemirska krstarenja do 2013. zahvaljujući pristupačnoj cijeni od 200 000 dolara). Vlasnik najvećeg lanca motela Robert Bigolow 2010. planira otvoriti prvi orbitalni hotel Skywalker.

Sve ovo i mnogo više postat će moguće s dolaskom novog puta u svemir, učinkovitijeg čak i od modernih svemirskih letjelica za višekratnu upotrebu. Razvijaju se planovi za izgradnju svemirskog dizala uz sudjelovanje NASA-e! Zbog niske gravitacijske sile Mjeseca, izgradnja ovakvog lifta od Lagrangeovih točaka (L-1 ili L-2), gdje se uravnotežuju gravitacijske sile Mjeseca, Zemlje i Sunca, do površine Mjeseca, može biti prikladna. moguće je i uz pomoć današnjih tehnologija! Potreban je samo kabel od ultračvrstog M5 vlakna, ukupne težine 7 tona, koji se u jednom lansiranju može podići u svemir.

Izgradnja takvog dizala na Zemlji zahtijevala bi naprednije materijale, no očekuje se da će ugljikove nanocijevi biti dovoljno jake za tu svrhu. Potrebne tehnologije mogu se razviti u roku od 10-15 godina. Ali kada svemirsko dizalo bude izgrađeno, cijena izbacivanja tereta u orbitu pasti će na desetke dolara po kilogramu. Vjerojatno će odmah nakon pojave prvog dizala uz ekvator biti izgrađena nova, zatim će se poboljšati i više neće izgledati kao nekoliko tankih vrpci, već otvoreni tornjevi sa strukturama na srednjim razinama. Može biti. da će se nakon nekog vremena stvoriti cijeli prsten na razini geostacionarne orbite - ogromna orbitalna svemirska stanica, slična onoj koju opisuje A. Clark u Odiseji 3000.

Planovi (NASA-e) za rudarenje resursa na Mjesecu i asteroidima također se sada ozbiljno razmatraju. Jedna vrsta minerala koji se može ekonomično iskopavati u svemiru je helij-3. Nema ga na Zemlji; na Mjesecu ga ima u izobilju (prikupio ga je Mjesec od solarnog vjetra tijekom milijardi godina). A ujedno je i izvrsno gorivo za termonuklearnu energiju. U isto vrijeme, da bismo cijelom našem planetu osigurali potrošnju energije na razini 2005. godine, na Zemlju će trebati dostaviti samo 100 tona helija-3 godišnje!

Bez obzira na ekonomske izglede, izgradnja nastanjivih baza na Mjesecu i Marsu ostaje na dnevnom redu. Kina sprema se izgraditi prvu bazu na Mjesecu, Rusija i Sjedinjene Države idu prema Marsu. Postupna poboljšanja tehnologije čine te projekte sve izvedivijima.

Sada o motorima. Na početku svemirskog doba koristili smo raketne motore. Od tada su predložene mnoge alternative, ali one još nisu postale dominantne. U budućnosti će se ionski motori koristiti za letove unutar Sunčevog sustava. Već sada pružaju neobično visoku učinkovitost. Laserski motori mogu se koristiti za podizanje u orbitu. Kada svemirski lift bude izgrađen, on će na ovim prostorima zamijeniti rakete.

Drugi primjer: Godine 1958. razvijen je projekt Orion: projekt svemirske letjelice koja polijeće s površine Zemlje pomoću eksplozija nuklearnih mikrobombi. No zabrana detoniranja nuklearnih naprava u atmosferi, koja je stupila na snagu 1963. godine, zaustavila je ovaj projekt. Trenutačno postoji projekt za svemirsku letjelicu ovog tipa, Prometheus, koja se planira poslati na Mars.

Također, za let do zvijezda mogu se koristiti atomski i fotonski motori koji omogućuju putovanje brzinama blizu svjetlosti. Međutim, ako je to fizički moguće, onda će Superum budućnosti sigurno pronaći način da zaobiđe svjetlosnu barijeru, na primjer, korištenjem crvotočina, kompresije prostora ili drugih metoda.

Ovdje treba napomenuti da je malo vjerojatno da će jednostavno otkriće, proučavanje ili kolonizacija novih svjetova ostati važni za supercivilizacije. Uostalom, računalna tehnologija omogućit će simulaciju cjelokupnog bogatstva mogućnosti trilijuna zvjezdanih sustava u okviru računalnih generatora virtualne stvarnosti. Prvi korak na tom putu bit će učinjen u narednim godinama izlaskom računalne igre Spore. Stoga je izgledno da će stav Superuma prema dalekim zvijezdama biti pragmatičniji.

Prije nego bilo što upotrijebite, morate doći do toga. Vrlo je vjerojatno da će taj zadatak preuzeti takozvane Von Neumannove sonde: inteligentni samoreplicirajući automatski brodovi sposobni doseći cilj, proučavati ga, prenositi informacije i stvarati stotine svojih kopija koje će biti poslane u nove zvijezde. Takva decentralizacija može se pokazati puno učinkovitijom od romantičnih zvjezdanih ekspedicija homo sapiensa s robotskim pomoćnicima opisanih u znanstvenoj fantastici.

Razvoj raketne znanosti postavlja istraživačku i eksperimentalnu osnovu za budućnost, najvjerojatnije, postsingularni super-tehnološki proboj u bliski, a potom i u duboki svemir. Ali kakvi su izgledi za ljudski život u svemiru? Vidimo tri radikalno različite mogućnosti: teraformiranje, ljudsku prilagodbu svemirskim uvjetima i restrukturiranje kozmičke materije u kompjuterij. Pogledajmo ih sve.

Već postoje projekti za teraformiranje Marsa. Rekonstrukcija površine drugih planeta može se provesti uz pomoć umjetnih mikroorganizama ili nanorobota koji stvaraju atmosferu, zaštitni sloj ozona, tlo, rijeke i mora... Superinteligencija može stvoriti čak i uređaj - nazovimo ga " Genesis " - sposoban učiniti planetu naseljivom za nekoliko dana ili mjeseci.

No, moguća je i druga alternativa: razvoj ljudske autotrofije, samodostatnosti i neovisnosti o okolini. Promjene ostvarljive uz pomoć nanotehnologije omogućit će ljudski život (i u fizičkom tijelu i unutar računalnih sustava) u uvjetima vakuuma i ultravisokog tlaka, ultravisokog zračenja i gravitacije, ultraniskih ili ultravisokih temperatura, tj. je, gotovo posvuda, osim, možda, Sunca.

Ako osoba napusti naše uobičajene oblike postojanja, tada bi najučinkovitiji scenarij mogao biti rastavljanje planeta Sunčevog sustava i restrukturiranje sve materije u super-moćna računala ujedinjena u jednu mrežu. Hipotetska tvar koja daje maksimalnu računalnu snagu po jedinici mase naziva se computernium. Ako odustanemo od ideje stvaranja ugodnog okruženja za ljude u svemiru, onda čak i postojanje unutar Sunca može biti moguće za Superum: naposljetku, gdje god mogu postojati uređene strukture, mogu se odvijati proračuni, a samim time i svijest. Zanimljivo je da kada govore o granicama računalne snage, znanstvenici obično opisuju kugle vruće plazme - objekte koji vrlo nalikuju unutrašnjosti Sunca.

Kakav god bio put istraživanja svemira, posthumanost neće odustati od širenja svemira. Uostalom, Superum nije imanentno planetaran. Ova podjela mu je strana, jer za njega nema fizičkih ograničenja života u svemiru. I svakako će se baviti kozmičkom megagradnjom, pretvarajući inertnu kozmičku materiju u inteligentnu materiju.

Možda će se dogoditi ovako. Nakon što osvojimo planete Sunčevog sustava, izgradit ćemo megastrukturu koja će povećati naše teritorijalne mogućnosti, na primjer, divovske svemirske gradove. Budući da očekujemo razvoj najrazličitijih tipova postljudi, tada će otprilike u to vrijeme neke od postosobnosti transformirati planete najbliže Suncu (i bogatije solarnom energijom) u “mozgove matrjoški”, dok će druge, sličnije svojim precima (to jest, mi), možda su zauzeti izgradnjom mega-svjetova (kao što je "prstenasti svijet") između orbita Zemlje i Marsa. Plinoviti divovi će biti rastavljeni, a njihove sastavne tvari će se koristiti za naše potrebe. S vremenom će oko Sunčevog sustava biti podignuta Dysonova sfera kako bi se maksimalno iskoristila sunčeva energija.

U daljoj budućnosti, Nadum će preuzeti galaktičke projekte. Kao što je izvlačenje energije iz crnih rupa, podizanje materije iz aktivnih zvijezda, paljenje i gašenje zvijezda, stvaranje crvotočina u svemiru kako bi se prevladala svjetlosna barijera.

A kada Univerzalni um iscrpi mogućnosti našeg Svemira, doći će vrijeme za stvaranje novih svemira kćeri. Praktična vrijednost svemira kćeri je osigurati doista beskrajno postojanje uma, prenoseći ga iz umirućih svemira u novostvorene. Međutim, prema nekim modelima, unutar našeg svemira može se osigurati beskonačno dugo subjektivno postojanje.

Kibernetika

Doći će do prijelaza s trenutno postojećih planarnih struktura na volumetrijske mikrosklopove, a veličine aktivnih elemenata smanjit će se na veličinu molekula. Radne frekvencije računala doseći će vrijednosti teraherca. Rješenja sklopova temeljena na elementima sličnim neuronima postat će široko rasprostranjena. Pojavit će se dugotrajna memorija velike brzine temeljena na proteinskim molekulama, čiji će se kapacitet mjeriti u terabajtima. Postat će moguće "preseliti" ljudsku inteligenciju u računalo. Predviđeno razdoblje provedbe: prva - druga četvrtina 21. stoljeća.

Institut za molekularnu proizvodnju (IMM) razvio je preliminarni dizajn za nanomanipulator s atomskom preciznošću. Čim se dobije sustav "nanoračunalo - nanomanipulator" (stručnjaci to predviđaju 2010.-2020.), bit će moguće programski proizvesti još jedan sličan kompleks - on će sastaviti svoj analog prema zadanom programu, bez izravne ljudske intervencije. Bakterije se, koristeći replikativna svojstva DNK, mogu razviti u nekoliko sati od nekoliko jedinki do milijuna. Dakle, dobivanje asemblera na masovnoj razini neće zahtijevati ništa troškovi izvana, osim što im osigurava energiju i sirovine.

Na temelju sustava "nanoračunalo - nanomanipulator" bit će moguće organizirati automatizirane montažne komplekse koji će moći sastaviti bilo koje makroskopske objekte koristeći prethodno preuzetu ili razvijenu trodimenzionalnu mrežu atoma. Xerox trenutno provodi intenzivna istraživanja u području nanotehnologije, što upućuje na njegovu želju za stvaranjem duplikatora materije u budućnosti. Kompleks robota rastavljat će originalni objekt na atome, a drugi kompleks će stvarati kopiju identičnu, do pojedinačnih atoma, originalu (stručnjaci to predviđaju 2020.-2030.). To će omogućiti ukidanje trenutno postojećeg kompleksa tvornica koje proizvode proizvode pomoću "volumetrijske" tehnologije; bit će dovoljno dizajnirati bilo koji proizvod- a skupit će se i umnožiti montažnim kompleksom.

Postat će moguće automatski konstruirati orbitalne sustave, samosastavljajuće kolonije na Mjesecu i Marsu te bilo koje strukture u svjetskim oceanima, na površini zemlje iu zraku (stručnjaci to predviđaju 2050. godine). Mogućnost samosastavljanja može dovesti do rješavanja globalnih problema čovječanstva: problema nedostatka hrane, stanovanja i energije. Zahvaljujući nanotehnologiji, dizajn strojeva i mehanizama značajno će se promijeniti - mnogi će dijelovi biti pojednostavljeni zbog novih tehnologija montaže (razvoja), mnogi će postati nepotrebni. To će omogućiti dizajn strojeva i mehanizama koji su prije bili nedostupni ljudima zbog nedostatka tehnologija montaže i dizajna. Ti će se mehanizmi u biti sastojati od jednog vrlo složenog dijela.

Uz pomoć mehanoelektričnih nanopretvarača bit će moguće pretvoriti bilo koju vrstu energije s visokom učinkovitošću i stvoriti učinkovite uređaje za proizvodnju električne energije iz sunčevog zračenja s učinkovitošću od oko 90%. Gospodarenje otpadom i globalno kontrolirati sustavi poput "recikliranja" značajno će povećati zalihe sirovina čovječanstva. Globalni okoliš kontrolirati, kontrola vremenskih prilika zahvaljujući sustavu međusobno povezanih nanorobota koji rade sinkrono.

Biotehnologija i računalna tehnologija vjerojatno će imati koristi od nanotehnologije. S razvojem nanomedicinskih robota postat će moguće odgoditi ljudsku smrt na neodređeno vrijeme. Također neće biti problema s restrukturiranjem ljudskog tijela kako bi se kvalitativno povećale prirodne sposobnosti. Također je moguće opskrbiti tijelo energijom, bez obzira jeli nešto pojeli ili ne.

Računalna tehnologija pretvara se u jedinstvenu globalnu informacijsku mrežu enormne produktivnosti, a svaka će osoba imati priliku biti terminal – kroz izravan pristup mozgu i osjetilnim organima. Područje znanosti o materijalima značajno će se promijeniti - pojavit će se “pametni” materijali sposobni za multimedijsku komunikaciju s korisnikom. Pojavit će se i ultračvrsti, ultra lagani i nezapaljivi materijali.

Što se tiče problema sirovina, za izgradnju većine objekata nanoroboti će koristiti nekoliko najčešćih vrsta atoma: ugljik, vodik, silicij, dušik, kisik itd. u manjim količinama. S razvojem drugih planeta od strane čovječanstva, problem opskrbe sirovinama bit će riješen.

Dakle, na temelju predviđanja, nanotehnologija obećava radikalnu transformaciju kako moderne proizvodnje i srodnih tehnologija, tako i ljudskog života općenito. Nanotehnologija će proizvesti istu revoluciju u manipulaciji materijom koju su računala proizvela u manipulaciji informacijama. One će utjecati na svijet više od otkrića elektriciteta.

Odnos društva prema nanotehnologiji

Napredak u području nanotehnologije izazvao je određeno negodovanje javnosti.

Odnos društva prema nanotehnologiji proučavali su VTsIOM i europska služba Eurobarometar.

Brojni istraživači pokazuju da negativan stav prema nanotehnologiji među nestručnjacima može biti povezan s religioznošću, kao i zbog zabrinutosti o toksičnosti nanomaterijala.

Reakcija svjetske zajednice na razvoj nanotehnologije

Od 2005. godine u organizaciji CRN-a djeluje međunarodna radna skupina koja proučava društvene posljedice razvoja nanotehnologije.

U listopadu 2006. godine Međunarodno vijeće za nanotehnologiju objavilo je pregledni članak, u kojemu se posebice govorilo o potrebi ograničavanja širenja informacija o istraživanju nanotehnologije iz sigurnosnih razloga.

Greenpeace zahtijeva potpunu zabranu istraživanja u području nanotehnologije.

Tema posljedica razvoja nanotehnologije postaje predmetom filozofskih istraživanja. Tako se o perspektivama razvoja nanotehnologije raspravljalo na međunarodnoj futurološkoj konferenciji Transvision, održanoj 2007. godine u organizaciji WTA.

Reakcija ruskog društva na razvoj nanotehnologije

Ruski predsjednik Dmitrij Medvedev uvjeren je da u zemlji postoje svi uvjeti za uspješan razvoj nanotehnologije.

Nanotehnologija je novi smjer znanosti i tehnologije koji se aktivno razvija posljednjih desetljeća. Nanotehnologije uključuju stvaranje i korištenje materijala, uređaja i tehničkih sustava čije je funkcioniranje određeno nanostrukturom, odnosno njezinim uređenim fragmentima veličine od 1 do 100 nanometara.

Prefiks "nano", koji dolazi iz grčkog jezika ("nanos" na grčkom - gnom), označava jedan milijarditi dio. Jedan nanometar (nm) je milijardni dio metra.

Izraz "nanotehnologija" skovao je 1974. Norio Taniguchi, znanstvenik za materijale sa Sveučilišta u Tokiju, koji ju je definirao kao "proizvodnu tehnologiju koja može postići ultra-visoku preciznost i ultra-male dimenzije... reda veličine 1 nm...” .

U svjetskoj literaturi nanoznanost se jasno razlikuje od nanotehnologije. Za nanoznanost se također koristi izraz znanost nanomjera.

U ruskom jeziku iu praksi ruskog zakonodavstva i regulatornih dokumenata pojam "nanotehnologija" kombinira "nanoznanost", "nanotehnologiju", a ponekad čak i "nanoindustriju" (područja poslovanja i proizvodnje u kojima se koriste nanotehnologije).

Najvažnije komponente nanotehnologije su nanomaterijala, odnosno materijali čija su neobična funkcionalna svojstva određena uređenom strukturom njihovih nanofragmenata veličine od 1 do 100 nm.

- nanoporozne strukture;
- nanočestice;
- nanocijevi i nanovlakna
- nanodisperzije (koloidi);
- nanostrukturirane površine i filmovi;
- nanokristali i nanoklasteri.

Tehnologija nanosustava- funkcionalno cjeloviti sustavi i uređaji izrađeni u cijelosti ili djelomično na bazi nanomaterijala i nanotehnologija, čija se svojstva radikalno razlikuju od sustava i uređaja slične namjene izrađenih korištenjem tradicionalnih tehnologija.

Područja primjene nanotehnologije

Gotovo je nemoguće nabrojati sva područja u kojima ova globalna tehnologija može značajno utjecati na tehnološki napredak. Možemo navesti samo neke od njih:

- elementi nanoelektronike i nanofotonike (poluvodički tranzistori i laseri;
- foto detektori; Solarne ćelije; razni senzori);
- ultra-gusti uređaji za snimanje informacija;
- telekomunikacije, informacijske i računalne tehnologije; superračunala;
- video oprema - ravni ekrani, monitori, video projektori;
- molekularne elektroničke uređaje, uključujući sklopke i elektroničke sklopove na molekularnoj razini;
- nanolitografija i nanootisak;
- gorivne ćelije i uređaji za pohranu energije;
- uređaji mikro- i nanomehanike, uključujući molekularne motore i nanomotore, nanorobote;
- nanokemija i kataliza, uključujući kontrolu izgaranja, premazivanje, elektrokemiju i farmaceutske proizvode;
- primjene u zrakoplovstvu, svemiru i obrani;
- uređaji za nadzor okoliša;
- ciljana isporuka lijekova i proteina, biopolimeri i zacjeljivanje bioloških tkiva, klinička i medicinska dijagnostika, stvaranje umjetnih mišića, kostiju, implantacija živih organa;
- biomehanika; genomika; bioinformatika; bioinstrumentacija;
- registraciju i identifikaciju kancerogenih tkiva, patogena i biološki štetnih agensa;
- sigurnost u poljoprivredi i proizvodnji hrane.

Računala i mikroelektronika

Nanoračunalo— računalni uređaj temeljen na elektroničkim (mehaničkim, biokemijskim, kvantnim) tehnologijama s veličinom logičkih elemenata reda veličine nekoliko nanometara. Samo računalo, razvijeno na temelju nanotehnologije, također ima mikroskopske dimenzije.

DNK računalo- računalni sustav koji koristi računalne mogućnosti molekula DNA. Biomolekularno računalstvo skupni je naziv za razne tehnike koje su na ovaj ili onaj način povezane s DNK ili RNK. U DNK računalstvu podaci nisu predstavljeni u obliku nula i jedinica, već u obliku molekularne strukture izgrađene na temelju DNK spirale. Ulogu softvera za čitanje, kopiranje i upravljanje podacima obavljaju posebni enzimi.

Mikroskop atomske sile- skenirajući probni mikroskop visoke rezolucije koji se temelji na interakciji konzolne igle (sonde) s površinom uzorka koji se proučava. Za razliku od skenirajućeg tunelskog mikroskopa (STM), može ispitivati ​​i vodljive i nevodljive površine čak i kroz sloj tekućine, što omogućuje rad s organskim molekulama (DNA). Prostorna rezolucija mikroskopa atomske sile ovisi o veličini konzole i zakrivljenosti njezina vrha. Horizontalno doseže atomsku rezoluciju, a okomito je znatno premašuje.

Antena-oscilator- 9. veljače 2005. u laboratoriju bostonskog sveučilišta dobivena je antena-oscilator dimenzija oko 1 mikrona. Ovaj uređaj ima 5000 milijuna atoma i sposoban je oscilirati na frekvenciji od 1,49 gigaherca, što mu omogućuje prijenos ogromne količine informacija.

Nanomedicina i farmaceutska industrija

Smjer u modernoj medicini koji se temelji na korištenju jedinstvenih svojstava nanomaterijala i nanoobjekata za praćenje, dizajn i modificiranje ljudskih bioloških sustava na nanomolekularnoj razini.

DNK nanotehnologija- koristiti specifične baze molekula DNA i nukleinske kiseline kako bi na njihovoj osnovi stvorili jasno definirane strukture.

Industrijska sinteza molekula lijekova i farmakoloških pripravaka jasno definiranog oblika (bis‑peptidi).

Početkom 2000. godine brzi napredak tehnologije nanočestica dao je poticaj razvoju novog područja nanotehnologije: nanoplazmonika. Pokazalo se da je moguće prenijeti elektromagnetsko zračenje duž lanca metalnih nanočestica uz pomoć pobude plazmonskih oscilacija.

Robotika

Nanoroboti- roboti stvoreni od nanomaterijala i po veličini usporedivi s molekulom, s funkcijama kretanja, obrade i prijenosa informacija te izvršavanja programa. Nanoroboti sposobni stvarati svoje kopije, tj. samoreprodukcije nazivaju se replikatori.

Trenutačno su već stvoreni elektromehanički nanouređaji s ograničenom mobilnošću, koji se mogu smatrati prototipovima nanorobota.

Molekularni rotori- sintetički motori nano veličine sposobni generirati okretni moment kada se na njih primijeni dovoljno energije.

Mjesto Rusije među zemljama koje razvijaju i proizvode nanotehnologiju

Svjetski lideri po ukupnim ulaganjima u nanotehnologiju su zemlje EU, Japan i SAD. Nedavno su Rusija, Kina, Brazil i Indija značajno povećale ulaganja u ovu industriju. U Rusiji će iznos financiranja u okviru programa "Razvoj infrastrukture nanoindustrije u Ruskoj Federaciji za 2008. - 2010." iznositi 27,7 milijardi rubalja.

Najnovije (2008.) izvješće londonske istraživačke tvrtke Cientifica, pod nazivom Nanotechnology Outlook Report, doslovno opisuje ruske investicije na sljedeći način: “Iako je EU još uvijek na prvom mjestu po ulaganjima, Kina i Rusija već su prestigle Sjedinjene Države. ”

Postoje područja u nanotehnologiji u kojima su ruski znanstvenici postali prvi u svijetu, dobivši rezultate koji su postavili temelje za razvoj novih znanstvenih trendova.

Među njima su proizvodnja ultradisperznih nanomaterijala, dizajn jednoelektronskih uređaja, kao i rad u području atomske sile i skenirajuće sonde mikroskopije. Samo na posebnoj izložbi održanoj u okviru XII Peterburškog ekonomskog foruma (2008.) predstavljeno je odjednom 80 specifičnih razvoja.

Rusija već proizvodi brojne nanoproizvode koji su traženi na tržištu: nanomembrane, nanopraškove, nanocijevi. Međutim, prema mišljenju stručnjaka, Rusija u komercijalizaciji nanotehnoloških dostignuća zaostaje deset godina za Sjedinjenim Državama i drugim razvijenim zemljama.

Materijal je pripremljen na temelju informacija iz otvorenih izvora

Na web stranici britanskog časopisa New Scientist osnovne informacije o nanotehnologiji predstavljene su u vrlo praktičnom obliku - u obliku odgovora na često postavljana pitanja, piše dp.ru.

Što je nanotehnologija?

Pojam "nanotehnologija" treba shvatiti kao skup znanstvenih i inženjerskih disciplina koje proučavaju procese koji se odvijaju na atomskoj i molekularnoj razini. Nanotehnologija uključuje manipulaciju materijala i uređaja koji su tako mali da ništa manje ne može postojati. Kada se govori o nanočesticama, obično se misli na veličine od 0,1 nm do 100 nm. Imajte na umu da su veličine većine atoma u rasponu od 0,1 do 0,2 nm, širina molekule DNA je približno 2 nm, karakteristična veličina krvne stanice je približno 7500 nm, a ljudska kosa je 80 000 nm.

Zašto mali objekti poprimaju tako specifična svojstva na razini nanoskala? Na primjer, male skupine (zvane klasteri) atoma zlata i srebra pokazuju jedinstvena katalitička svojstva, dok su veći uzorci obično inertni. A nanočestice srebra pokazuju izrazita antibakterijska svojstva i stoga se obično koriste u novim vrstama zavoja.

Kako se veličina čestica smanjuje, omjer površine i volumena se povećava. Zbog toga nanočestice mnogo lakše stupaju u kemijske reakcije. Osim toga, učinci kvantne fizike pojavljuju se na razinama ispod 100 nm. Kvantni učinci mogu utjecati na optička, električna ili magnetska svojstva materijala na nepredvidive načine.

Mali kristalni uzorci nekih tvari postaju jači jer jednostavno dosegnu stanje u kojem se ne mogu raspasti na način na koji to rade veći kristali kada su podvrgnuti sili. Metali u nekim aspektima postaju slični plastici.

Kakvi su izgledi za primjenu nanotehnologije?

Davne 1986., futurist Eric Dressler zamislio je utopijsku budućnost u kojoj će samoreplicirajući nanoroboti obavljati sve poslove potrebne društvu. Ovi sićušni uređaji sposobni su popraviti ljudsko tijelo iznutra prema van, čineći ljude gotovo besmrtnima. Nanoroboti se također mogu slobodno kretati u okolišu, što ih čini nezamjenjivima u borbi protiv onečišćenja ovog okoliša.

Očekuje se da će nanotehnologija omogućiti značajan napredak u računalnoj tehnologiji, medicini, a također iu vojnim poslovima. Na primjer, medicinska znanost razvila je načine za isporuku lijekova izravno u kancerogena tkiva u sićušnim "nanobombama". U budućnosti bi nanouređaji mogli "patrolirati" arterijama, suzbijati infekcije i pružati dijagnostiku za bolesti.

Američki znanstvenici uspješno su koristili pozlaćene "nanometke" za pronalaženje i uništavanje neoperabilnih tumora raka. Znanstvenici su pričvrstili nanometke na antitijela koja mogu kontaktirati stanice raka. Ako se nanometci izlože zračenju bliskom frekvenciji infracrvenom, njihova temperatura će se povećati, što pomaže uništavanju kancerogenih tkiva.

Istraživači s Army Institute of Nanotechnology u Cambridgeu (SAD) koji financira američka vojska koriste nanotehnologiju za stvaranje potpuno nove vrste uniforme. Njihov cilj je stvoriti tkaninu koja može mijenjati boju, odbijati metke i energiju eksplozije, pa čak i lijepiti kosti.

Gdje se nanotehnologije trenutno koriste?

Nanotehnologija se već koristi u proizvodnji tvrdih diskova za osobna računala, katalizatora - elemenata motora s unutarnjim izgaranjem, teniskih loptica s dugim vijekom trajanja, kao i vrlo čvrstih, a istovremeno laganih teniskih reketa, alata za rezanje metala , antistatički premazi za osjetljivu elektroničku opremu i posebni premazi za prozore koji osiguravaju njihovo samočišćenje.

Kako nastaju nanouređaji?

Trenutno postoje dvije glavne metode za izradu nanouređaja.

Dolje gore. Sastavljanje nanouređaja po principu “molekula na molekulu” što podsjeća na sastavljanje kuće ili. Jednostavne nanočestice, poput titanijevog dioksida ili željeznog oksida koji se koriste u kozmetici, mogu se proizvesti kemijskom sintezom.

Moguće je stvoriti nanouređaje povlačenjem pojedinačnih atoma uokolo pomoću takozvanog mikroskopa atomske sile (ili skenirajućeg tunelskog mikroskopa), koji je dovoljno osjetljiv za izvođenje takvih postupaka. Ovu su tehniku ​​prvi demonstrirali IBM-ovi stručnjaci - pomoću skenirajućeg tunelskog mikroskopa postavili su kraticu IBM-a, postavljajući 35 atoma ksenona na površinu uzorka nikla u skladu s tim.

Vrh prema dolje. Ova tehnika pretpostavlja da koristimo makroskopski uzorak i, primjerice, jetkanjem na njegovoj površini stvaramo obične komponente mikroelektroničkih uređaja s parametrima karakterističnim za nanoskali.

Predstavlja li nanotehnologija prijetnju ljudskom zdravlju ili okolišu?

Nema puno informacija o negativnim učincima nanočestica. Godine 2003. jedno je istraživanje pokazalo da ugljikove nanocijevi mogu oštetiti pluća miševa i štakora. Studija iz 2004. pokazala je da se fulereni mogu akumulirati i uzrokovati oštećenje mozga u riba. Ali obje studije koristile su velike količine tvari u neuobičajenim uvjetima. Prema riječima jednog od stručnjaka, kemičara Kristena Kulinowskog (SAD), "bilo bi preporučljivo ograničiti izloženost ovim nanočesticama, unatoč činjenici da trenutno nema informacija o njihovoj opasnosti za ljudsko zdravlje."

Neki su komentatori također sugerirali da široka uporaba nanotehnologije može dovesti do društvenih i etičkih rizika. Tako, primjerice, ako korištenje nanotehnologije pokrene novu industrijsku revoluciju, to će dovesti do gubitka radnih mjesta. Štoviše, nanotehnologija može promijeniti pojam osobe, jer će njezina uporaba pomoći produžiti život i značajno povećati otpornost tijela.

“Nitko ne može poreći da je široka upotreba mobilnih telefona i interneta donijela goleme promjene u društvu”, kaže Kristen Kulinowski. “Tko bi se usudio reći da nanotehnologija neće imati veći utjecaj na društvo u nadolazećim godinama?”

Koliko god ovo pitanje zvučalo čudno u naše vrijeme, na njega će se morati odgovoriti. Barem za sebe. Komunicirajući sa znanstvenicima i stručnjacima uključenim u ovu industriju, došao sam do zaključka da to pitanje još uvijek ostaje otvoreno.

Netko na Wikipediji je to ovako definirao:

Nanotehnologija je interdisciplinarno područje fundamentalne i primijenjene znanosti i tehnologije, koje se bavi kombinacijom teorijskog opravdanja, praktičnih metoda istraživanja, analize i sinteze, kao i metoda za proizvodnju i korištenje proizvoda sa zadanom atomskom strukturom kontroliranom manipulacijom pojedinačnih atoma i molekula.

A ova definicija je postojala prije 2 godine:

Nanotehnologija je područje primijenjene znanosti i tehnologije koje se bavi proučavanjem svojstava objekata i razvojem uređaja dimenzija reda veličine nanometra (prema SI sustavu jedinica 10 -9 metara).

Popularni tisak koristi još jednostavniju i prosječnoj osobi razumljiviju definiciju:

Nanotehnologija je tehnologija za manipuliranje materijom na atomskoj i molekularnoj razini.

(Volim kratke definicije :))

Ili evo definicije profesora G. G. Elenina (MSU, Institut primijenjene matematike M. V. Keldysh RAS):

Nanotehnologija je interdisciplinarno znanstveno područje u kojem se proučavaju zakonitosti fizikalnih i kemijskih procesa u prostornim područjima nanometarskih dimenzija radi upravljanja pojedinim atomima, molekulama, molekularnim sustavima u stvaranju novih molekula, nanostruktura, nanouređaja i materijala s posebnim fizikalnim svojstvima. , kemijska i biološka svojstva.

Da, generalno, sve je sasvim jasno.. Ali naš (posebno napominjem, domaći) pedantni skeptik će reći: „Šta, svaki put kad otopimo komadić šećera u čaši čaja, ne manipuliramo li supstancom na na molekularnoj razini?"

I bit će u pravu. Vodećim konceptima potrebno je dodati “kontrolu i preciznost manipulacije”.

Savezna agencija za znanost i inovacije u „Konceptu razvoja rada u području nanotehnologije u Ruskoj Federaciji do 2010.“ daje sljedeću definiciju:

„Nanotehnologija je skup metoda i tehnika koje pružaju mogućnost stvaranja i modificiranja objekata na kontrolirani način, uključujući komponente veličine manje od 100 nm, barem u jednoj dimenziji, i kao rezultat toga, dobivanje temeljno novih kvaliteta koje omogućiti njihovu integraciju u potpuno funkcionalne velike sustave; u širem smislu, ovaj pojam također obuhvaća metode dijagnostike, karakterologije i istraživanja takvih objekata.”

Wow! Snažno rečeno!

Ili, državni tajnik Ministarstva obrazovanja i znanosti Ruske Federacije Dmitry Livanov definira nanotehnologiju kao:

“skup znanstvenih, tehnoloških i industrijskih područja koja su ujedinjena u jedinstvenu kulturu temeljenu na operacijama s materijom na razini pojedinačnih molekula i atoma.”

Obični skeptik je zadovoljan, ali skeptik-specijalist će reći: “Nisu li to iste nanotehnologije kojima se tradicionalna kemija ili molekularna biologija i mnoga druga područja znanosti neprestano bave, stvarajući nove tvari u kojima se određuju njihova svojstva i struktura. predmetima nano veličine povezanim na određeni način?"

Što uraditi? Razumijemo što je "nanotehnologija".. osjećamo to, moglo bi se reći.. Pokušajmo definiciji dodati još par pojmova.

Occamova britva

Nanotehnologija: svaka tehnologija za stvaranje proizvoda čija su potrošačka svojstva određena potrebom za kontrolom i manipuliranjem pojedinačnim objektima nano veličine.

Kratko i štedljivo? Objasnimo pojmove koji se koriste u definiciji:

"Bilo koji": Ovaj termin je namijenjen pomirenju stručnjaka iz različitih znanstvenih i tehnoloških područja. S druge strane, ovaj pojam obvezuje organizacije koje kontroliraju proračun razvoja nanotehnologije da vode računa o financiranju širokog spektra područja. Uključujući, naravno, molekularne biotehnologije. (Bez potrebe za umjetnim dodavanjem prefiksa "nano-" nazivu ovih smjerova). Smatram ga prilično važnim pojmom za situaciju s nanotehnologijom u našoj zemlji u trenutnoj fazi :).

"Potrošačka svojstva" (možete, naravno, koristiti tradicionalni izraz “Potrošačka vrijednost” - kako želite): stvaranje proizvoda korištenjem tako naprednih metoda kao što su kontrola i manipulacija materijom na nanoskali trebala bi prenijeti neka nova potrošačka svojstva ili utjecati na cijenu proizvoda, u suprotnom postaje besmislen.

Također je jasno da, primjerice, nanocijevi, kod kojih jedna od linearnih dimenzija leži u području tradicionalnih dimenzija, također potpadaju pod ovu definiciju. Istodobno, sami stvoreni proizvodi mogu imati bilo koju veličinu - od "nano" do tradicionalnog.

"Pojedinac": prisutnost ovog pojma udaljava definiciju od tradicionalne kemije i jasno zahtijeva prisutnost najnaprednijih znanstvenih, mjeriteljskih i tehnoloških alata koji mogu osigurati kontrolu nad pojedinačnim, a po potrebi i specifičnim nano-objektima. Individualnom kontrolom dobivamo predmete koji imaju potrošačku novost. Moglo bi se tvrditi da, na primjer, mnoge postojeće tehnologije za industrijsku proizvodnju ultrafinih materijala ne zahtijevaju takvu kontrolu, ali to je samo na prvi pogled; zapravo ovjereni Proizvodnja ultradisperznih materijala nužno zahtijeva kontrolu nad veličinom pojedinačnih čestica.

"Kontrolirati" , bez "Manipulacija" proširuje definiciju na tzv. nanotehnologija “prethodne generacije”.
"Kontrolirati" zajedno s "Manipulacija" proširuje definiciju na napredne nanotehnologije.

Dakle, ako smo u stanju pronaći određeni objekt nano veličine, kontrolirati i po potrebi promijeniti njegovu strukturu i veze, onda je to “nanotehnologija”. Ako dobivamo objekte nano veličine bez mogućnosti takve kontrole (nad konkretnim nano objektima), onda to nije nanotehnologija ili, u najboljem slučaju, nanotehnologija “prethodne generacije”.

"Objekti nano veličine": atom, molekula, supramolekulska tvorevina.

Općenito, definicija pokušava povezati znanost i tehnologiju s ekonomijom. Oni. zadovoljava postizanje glavnih ciljeva programa razvoja nanoindustrije: stvaranje tehnologija temeljenih na naprednim istraživačkim i proizvodnim metodama, kao i komercijalizacija postignutih postignuća.