Наномашина, наногенератор, наноэлектроника - но больше всего инноваций года относятся к сфере наномедицины.
Самые интересные достижения в области нанотехнологий 2011 года представил сайт «Нано Дайджест».
Наномашина
Исследователи из университета Гронингена в Нидерландах и Швейцарской научно-исследовательской лаборатории материаловедения и технологии создали прототип наноразмерного автомобиля. Он представляет собой большую молекулу с четырьмя симметричными элементами, которые играют роль колес. Двигается он на электрическом заряде, поступающем от щупа электронного микроскопа. Наномашина размерами 4 на 2 нм помещается на медную подложку и подзаряжается током от расположенного над ним щупа электронного микроскопа. Стекающие со щупа электроны вызывают структурные изменения в моторных элементах молекулы и заставляют их вращаться. Вращаются они только в одну сторону, так что заднего хода у наномобиля нет.
Плащ-невидимка из графена
Ученые из Университета Далласа в Техасе изобрели плащ-невидимку, использовав принцип природного явления – миража. Мираж в природе наблюдается при очень большом вертикальном градиенте температуры (падении её с высотой) над перегретой ровной поверхностью, часто пустыней. Лучи света преломляются на границе между резко различными по плотности слоями воздуха. Новый материал, созданный на базе графена, обладает свойствами, которые вызывают сходное явление. При этом невидимость можно включать и выключать, пуская по наноматериалу электрический ток.
Наноэлектроника
Исследователи из Японии и Швейцарии продемонстрировали возможность связывания между собой отдельных молекул с помощью проводящих ток молекулярных нанопроводов. В качестве исходного субстрата они взяли мономолекулярную пленку из диацетилена, нанесенного на графитовую подложку. Затем на него нанесли небольшое количество фталоцианина, из которого на поверхности субстрата образовались нанокластеры. На заключительном этапе исследователи переместили щуп сканирующего туннельного микроскопа к одной молекуле фталоцианина и, подав на щуп пульсирующее напряжение, инициировали цепную полимеризацию диацетилена, в результате чего образовался полимерный нанопровод, который можно дотянуть до другой молекулы фталоцианина. По мнению создателей, данная схема будет функционировать как диод.
Наномозг
Сотрудники Стэнфордского университета заявили о создании функциональной модели синапса (контакт между нейронами) на основе материала с лёгким изменением фазового состояния. Такие материалы часто применяются при конструировании элементов памяти. Значения «0» и «1» в этом случае кодируются разными уровнями сопротивления, между которыми можно переключаться, подавая электрические импульсы, которые нагревают материал и вызывают фазовое превращение. При высоком сопротивлении состояние вещества аморфно, а при низком переходит в кристаллическое. Ученым удалось добиться на порядок более высокой разницы сопротивления в обоих состояниях, что было необходимым условием для моделирования синапса и, как показали последующие опыты, схема на базе узлов из такого вещества действительно работает подобно фрагменту сетки нейронов.
Наногенератор
Исследователи из Технологического института Джорджии разработали два типа наногенераторов, помещенных в полимер. Каждый из них представляет собой стопку тонких листков, соединенных нанопроводами из пьезоэлектрического оксида цинка, толщиной в несколько сотен нанометров. В одном прототипе пространство между нанопроводами заполнено пластиком, а вся конструкция находится между двумя пластинами электропроводного материала. При небольшом сжатии он вырабатывает напряжение около 0,24 В. Другой генератор содержит больше нанопроводов и вырабатывает 1,26 В, то есть приближается к напряжению стандартной батарейки или аккумулятора.
Наносенсор
Ученые из Стэнфордского университета разработали чип-биосенсор, позволяющий диагностировать рак на ранних стадиях. Он основан на принципе магнитного детектирования и способен обнаруживать белок-биомаркер рака при концентрации один к ста миллиардам (то есть 30 молекул на один кубический миллиметр крови). Такой сенсор почти в тысячу раз чувствительнее, чем применяющиеся в настоящее время технологии диагностики начальных стадий развития опухолей, говорят ученые. Кроме того, его работа одинаково эффективна в любой биологической жидкости, в которой врачам нужно определить нахождение ракового биомаркера – в слюне, плазме и сыворотке крови, моче или лимфе. Эффективность наносенсорного чипа была подтверждена опытами на мышах.
Наноробот
Корейские ученые заявили о разработке новой технологии управления медицинскими микророботами в теле человека. Перемещаясь с током крови, микромашины могли бы выполнять сложнейшую работу, доставлять лекарственные препараты, убивать раковые клетки и бактерии, разрушать тромбы и другие образования, до которых невозможно добраться никаким другим способом. Однако на настоящее время проблемой остается не только конструирование некоторых узлов микроботов, но и управление ими.
Исследователи из Южной Кореи предложили использовать внешнее магнитное поле для создания двух различных типов движений наноробота: «винтового» или штопорообразного и поступательного. В первом случае робот сможет перемещаться вперед/назад и «бурить» или другим образом разрушать тромбы. Во втором – сворачивать в нужный кровеносный сосуд в месте разветвления артерии и выполнять другие маневры, связанные с перемещением в кровеносной системе. В ходе проведенных испытаний в макете кровеносного сосуда, заполненного водой, ученые подтвердили эффективность такого способа управления микророботом.
Выращивание органов
Органы для трансплантации нельзя вырастить, как кусочек кожи в чашке Петри, им нужна объемная матрица, своего рода каркас для роста. Однако ученые из университета Райса предложили совершенно иной способ – выращивать органы в подвешенном положении с помощью магнитного поля. С использованием вирусов в клетку доставляется запатентованная смесь наночастиц. Эти частицы внутри клеток реагируют на воздействие магнитного поля, что позволяет контролировать рост ткани в трех измерениях. В таком подвешенном положении клетки могут жить и размножаться, образуя объёмные структуры, согласно заложенной в ДНК программе. В ходе экспериментов специалистам n3D Biosciences уже удалось вырастить эмбриональные клетки почки, которые можно использовать для скорейшего заживления ран и тестирования определенных лекарств.
Восстановление спинного мозга
Совместной группе ученых из Италии и США удалось добиться значительных успехов в области восстановления ткани позвоночника после травм. Обычно после переломов в месте повреждения образуется рубец, не передающий нервные импульсы, из-за чего человек оказывается частично или полностью парализован. Ученые выдвинули идею выращивания с помощью опорных наноструктур множества крошечных параллельных трубочек, в которых нарастала бы новая нервная ткань. Такие конструкции из трубочек 2-3 мм длиной и 0,5 мм в диаметре удалось сформировать из биоразлагаемых полимеров. В экспериментах на крысах удалось восстановить подвижность задних лапок после травмы в течение шести месяцев, что возвращает надежду людям с параплегией.
Восстановление сетчатки глаза
Другое достижение из области наномедицины сделано в Институте технологий в Милане. Ученые нашли способ восстановления повреждённой сетчатки глаза с помощью светочувствительного пластика. Решением проблемы искусственной сетчатки стали гибкие полупроводники: ученые засеяли поверхность светочувствительного полупроводникового полимера нервными клетками, которые выросли и сформировали сложные разветвленные нейронные сети. В ходе экспериментов выяснилось, что покрытый нейронами полимер можно использовать в качестве электрода в светоуправляемой электролитической ячейке, при этом он обладает пространственной избирательностью. Кроме того, по словам исследователей, его можно настроить так, чтобы он реагировал только на световые волны определённой длины, благодаря чему становятся возможными разработки систем лечения поврежденной сетчатки.
