Einführung
1. Entwicklungsgeschichte der Nanotechnologie
2. Nanotechnologie in der Medizin
3.Region Woronesch an der Spitze der Nanoforschung
3.1 Universitäten der Region Woronesch und ihre Entwicklungen auf dem Gebiet der Nanotechnologie
3.2 Nanotechnologieindustrie der Region Woronesch
3.3 Nanoprodukte für den Massenverbraucher
Fazit
Literatur
"Da unten ist viel Platz"
—Richard Feynman
Einführung
Das Wissenschafts- und Technologiegebiet Nanotechnologie sowie die entsprechende Terminologie sind erst vor relativ kurzer Zeit entstanden. Ihre Aussichten sind jedoch so grandios für unsere Zivilisation, dass es notwendig ist, die Grundidee der Nanotechnologie besonders unter jungen Menschen weit zu verbreiten.
Während das Wort „Nanotechnologie“ relativ neu ist, sind nanometergroße Geräte und Strukturen nicht neu. Tatsächlich existieren sie schon so lange auf der Erde, wie es das Leben selbst gibt. Der Abalone-Muschel wächst von innen eine sehr starke, schillernde Schale, die starke Kreide-Nanopartikel mit einer speziellen Mischung aus Proteinen und Kohlenhydraten zusammenhält. Äußerlich auftretende Risse können sich aufgrund der nanostrukturierten Steine nicht in der Spüle ausbreiten. Schalen sind ein natürlicher Beweis dafür, dass aus Nanopartikeln gebildete Strukturen viel stärker sein können als ein Material mit homogenem Volumen.
Es ist nicht genau bekannt, wann Menschen begannen, nanoskalige Materialien zu nutzen. Es gibt Hinweise darauf, dass römische Glasmacher im vierten Jahrhundert n. Chr. Glas mit Metall-Nanopartikeln herstellten. Ein Gegenstand aus dieser Zeit namens Lycurgus Cup befindet sich im British Museum. Die Schale, die den Tod von König Lykurg darstellt, besteht aus Glas auf Basis von Natronkalk, das Silber- und Gold-Nanopartikel enthält. Die Farbe der Schale ändert sich von grün nach dunkelrot, wenn eine Lichtquelle darin platziert wird. Die große Vielfalt an schönen Farben von Buntglasfenstern in mittelalterlichen Tempeln erklärt sich durch das Vorhandensein von Metallnanopartikeln im Glas.
Die rasante Entwicklung der Nanotechnologien auf Weltebene spricht von ihrer großen Bedeutung für die Entwicklung der Zivilisation. Die Nanotechnologie wird alle Bereiche des menschlichen Lebens radikal verändern. Auf ihrer Basis können Güter und Produkte geschaffen werden, deren Nutzung ganze Wirtschaftszweige revolutionieren wird.
Es ist schwer, die Bedeutung der Entwicklung von Nanotechnologien zu überschätzen! Dies bedeutet, dass bereits in der Schule alles, was mit Nanotechnologie zu tun hat, behandelt werden muss. Vergiss es ein Grundniveau von Das Physikstudium in der High School bietet nur 2 Stunden pro Woche, und jeder interessierte Schüler versteht, dass dies nicht ausreicht - das Interesse an der gestellten Problemstellung lässt nicht nach.
1.
Heute dringt das Konzept der Nanotechnologie fest in unser Leben ein, und bereits 1959 sagte der berühmte amerikanische theoretische Physiker Richard Feynman, dass es „eine erstaunlich komplexe Welt kleiner Formen gibt, und eines Tages (zum Beispiel im Jahr 2000) werden die Menschen überrascht sein denn vor 1960 hat niemand die Erforschung dieser Welt ernst genommen.“
Als Großvater der Nanotechnologie kann der griechische Philosoph Demokrit angesehen werden. Vor 2400 Jahren verwendete er erstmals das Wort "Atom", um das kleinste Teilchen der Materie zu beschreiben.
1905 - Der Schweizer Physiker Albert Einstein veröffentlichte eine Arbeit, in der er bewies, dass die Größe eines Zuckermoleküls ungefähr 1 Nanometer beträgt.
1931 - Die deutschen Physiker Max Knoll und Ernst Ruska schufen ein Elektronenmikroskop, das erstmals die Untersuchung von Nanoobjekten ermöglichte.
1959 - Der amerikanische Physiker Richard Feynman veröffentlichte erstmals eine Arbeit, in der er die Aussichten für die Miniaturisierung bewertete. Die Grundlagen der Nanotechnologie wurden in seinem legendären Vortrag „There’s Plenty of Room at the Bottom“ umrissen, den er am California Institute of Technology hielt. Feynman hat wissenschaftlich bewiesen, dass es aus Sicht der Grundgesetze der Physik keine Hindernisse gibt, Dinge direkt aus Atomen zu erschaffen. Dann schienen seine Worte aus nur einem Grund fantastisch: Es gab noch keine Technologie, die es einem ermöglichen würde, an einzelnen Atomen zu operieren (dh ein Atom zu identifizieren, es zu nehmen und an einem anderen Ort zu platzieren). Um das Interesse an diesem Bereich zu wecken, bot Feynman der ersten Person, die eine Seite aus einem Buch auf einen Stecknadelkopf schrieb, einen Preis von 1.000 US-Dollar an, was übrigens bereits 1964 verwirklicht wurde.
1968 - Alfred Cho und John Arthur, Mitarbeiter der wissenschaftlichen Abteilung der amerikanischen Firma Bell, entwickelt theoretische Basis Oberflächen-Nanobehandlung.
1974 - Der japanische Physiker Norio Taniguchi führte das Wort "Nanotechnologie" in die wissenschaftliche Zirkulation ein und schlug vor, dass Mechanismen mit einer Größe von weniger als 1 Mikron so bezeichnet werden sollten.
1981 - Die deutschen Physiker Gerd Binnig und Heinrich Rohrer haben ein Rastertunnelmikroskop entwickelt - ein Gerät, mit dem Sie Materie auf atomarer Ebene beeinflussen können. Vier Jahre später erhielten sie den Nobelpreis.
1985 - Die amerikanischen Physiker Robert Curl, Harold Kroto und Richard Smalley entwickeln eine Technologie zur genauen Messung von Objekten mit einem Durchmesser von nur einem Nanometer.
1986 - Ein Rasterkraftmikroskop wurde geschaffen, das im Gegensatz zu einem Tunnelmikroskop die Wechselwirkung mit beliebigen Materialien erlaubt, nicht nur mit leitfähigen.
1986 - Die Nanotechnologie wurde der breiten Öffentlichkeit bekannt. Der amerikanische Zukunftsforscher Eric Drexler veröffentlichte ein Buch, in dem er voraussagte, dass sich die Nanotechnologie bald rasant entwickeln würde.
1989 - Donald Aigler, ein Mitarbeiter von IBM, legte den Namen seiner Firma mit Xenon-Atomen aus.
1998 - Der niederländische Physiker Seez Dekker erschuf den Nanotransistor.
2000 - Die US-Regierung kündigte die "National Nanotechnology Initiative" (National Nanotechnology Initiative) an. Dann wurden 500 Millionen US-Dollar aus dem US-Bundeshaushalt bereitgestellt, 2002 wurde die Höhe der Mittel auf 604 Millionen US-Dollar erhöht, 2003 beantragte die Initiative 710 Millionen US-Dollar, und 2004 beschloss die US-Regierung, die Mittel für die wissenschaftliche Forschung in diesem Bereich zu erhöhen 3,7 Milliarden US-Dollar über vier Jahre. Insgesamt beliefen sich die weltweiten Investitionen in Nano im Jahr 2004 auf etwa 12 Milliarden US-Dollar.
2004 - Die US-Regierung unterstützt die "National Nanomedicine Initiative" als Teil der National Nanotechnology Initiative.
Eine solche Chronologie der Ereignisse konnte mein Interesse nicht verfehlen, und in dem vorgelegten Bericht versuchte ich, die Fakten und Ereignisse, die mich interessierten, aus der Sicht eines gleichgültigen Schülers darzustellen, der versteht, dass den neuen Technologien die Zukunft gehört.
2.
Die rasante Entwicklung der Nanotechnologien wird auch durch die Bedürfnisse der Gesellschaft nach der schnellen Verarbeitung riesiger Informationsmengen verursacht.
Fortschritte auf dem Gebiet der Nanotechnologie werden heute mit der Entwicklung von Nanomaterialien für die Luft- und Raumfahrt, die Automobil- und die Elektronikindustrie in Verbindung gebracht.
Doch allmählich wird die Medizin immer häufiger als vielversprechendes Anwendungsgebiet der Nanotechnologie genannt. Das liegt daran, dass Moderne Technologie ermöglicht es Ihnen, mit Materie in einer Größenordnung zu arbeiten, die bis vor kurzem fantastisch schien - Mikrometer und sogar Nanometer. Diese Dimensionen sind charakteristisch für die wichtigsten biologischen Strukturen - Zellen, ihre Bestandteile (Organellen) und Moleküle.
Heute können wir über die Entstehung einer neuen Richtung sprechen - Nanomedizin. Die Idee, mikroskopische Geräte (Roboter-Manipulatoren) in der Medizin einzusetzen, wurde erstmals 1959 von R. Feynman geäußert. Manipulatoren eröffnen die breitesten Möglichkeiten zur Wiederbelebung kranker Körperzellen, einschließlich der menschlichen, die bereits von einigen visionären Wissenschaftlern als Chance angesehen werden, endlich Unsterblichkeit zu erlangen. Allerdings gibt es auch eine sehr negative Möglichkeit der Weiterentwicklung der Nanotechnologien: Insbesondere wenn die Kontrolle über den Manipulator in den Händen ausgewählter Personen liegt, wird die Macht dieser Personen über alle anderen unbegrenzt sein.
Von dem von Feynman beschriebenen Mikroroboter sind wir heute noch weit entfernt Kreislauf ins Herz gelangen und dort die Klappe operieren. Aber in den letzten Jahren sind seine Vorschläge der Realität immer näher gekommen. Moderne Anwendungen der Nanotechnologie in der Medizin lassen sich in mehrere Gruppen einteilen:
. Nanostrukturierte Materialien, einschließlich Oberflächen mit Nanorelief, Membranen mit Nanolöchern;
. Nanopartikel (einschließlich Fullerene und Dendrimere);
. Mikro- und Nanokapseln;
. Nanotechnologische Sensoren und Analysegeräte;
. Medizinische Anwendungen von Rastersondenmikroskopen;
. Nanowerkzeuge und Nanomanipulatoren;
. Mikro- und Nanogeräte mit unterschiedlichem Autonomiegrad.
Das hellste und einfachste Beispiel für den Einsatz von Nanotechnologie in Medizin und Kosmetik ist eine gewöhnliche Seifenlösung, die eine waschende und desinfizierende Wirkung hat. Darin bilden sich Nanopartikel, Micellen sind Partikel der dispergierten Zola-Phase (kolloidale Lösung), umgeben von einer Schicht aus Molekülen oder Ionen des dispersen Mediums. Seife ist ein Wunderwerk der Nanotechnologie, das es schon gab, als niemand die Existenz von Nanopartikeln vermutete. Dieses Nanomaterial ist jedoch nicht das wichtigste Material für die Entwicklung moderner Nanotechnologien im Gesundheitswesen und in der Kosmetik.
Eine weitere alte Anwendung der Nanotechnologie in der Kosmetik war die Tatsache, dass die Farbstoffe, die von den australischen Aborigines verwendet wurden, um leuchtende Kriegsbemalungen aufzutragen, sowie die Haarfarbe der antiken griechischen Schönheiten, ebenfalls Nanopartikel enthielten, die für eine sehr lang anhaltende Farbwirkung sorgten. Lassen Sie uns nun über die Entwicklung der Nanotechnologie sprechen.
In der ersten Entwicklungsstufe der Nanotechnologie wurden Sondenmikroskopiegeräte bevorzugt. Diese Geräte sind wie die Augen und Hände eines Nanotechnologen. Im 21. Jahrhundert wird die Nanotechnologie in alle Bereiche des menschlichen Lebens Einzug halten. Dies ist ein neues Wort in der Wissenschaft, neue Möglichkeiten, eine neue Qualität und ein neuer Lebensstandard. Die rasante Entwicklung der Nanotechnologien auf globaler Ebene ist ihre große Bedeutung für die Entwicklung der Zivilisation. Nanotechnologien und Nanoengineering sind bei weitem die vielversprechendste Richtung in der Entwicklung der russischen und ausländischen Wissenschaft. Nanomaterialien haben in vielen Branchen einen echten Durchbruch bewirkt und dringen in alle Bereiche unseres Lebens vor.
Auf ihrer Basis können Güter und Produkte geschaffen werden, deren Nutzung ganze Wirtschaftszweige modernisieren wird. Zu den Objekten, die wir in naher Zukunft zu sehen bekommen, gehören Nanosensoren zur Identifizierung von Giftmüll aus der chemischen und biotechnologischen Industrie, Drogen, chemische Kampfstoffe, Sprengstoffe, krankheitserregende Mikroorganismen sowie Nanopartikelfilter und andere Reinigungsgeräte zur Entfernung oder neutralisieren sie. . Ein weiteres Beispiel für vielversprechende Nanosysteme in naher Zukunft sind elektrische Backbone-Kabel auf Basis von Kohlenstoff-Nanoröhren, die Hochspannungsströme besser leiten als Kupferdrähte und gleichzeitig fünf- bis sechsmal weniger wiegen.
Nanomaterialien werden die Kosten von Autokatalysatoren, die Abgase von schädlichen Verunreinigungen reinigen, erheblich senken, da sie verwendet werden können, um den Verbrauch von Platin und anderen wertvollen Metallen, die in diesen Geräten verwendet werden, um das 15- bis 20-fache zu reduzieren. Es gibt allen Grund zu der Annahme, dass Nanomaterialien finden werden Breite Anwendung in der erdölverarbeitenden Industrie und in so neuen Bereichen der Bioindustrie wie Genomik und Proteomik.
Blickt man in die ferne Zukunft, kann man davon ausgehen, dass Nanotechnologien einem Menschen physische Unsterblichkeit verleihen können, da die Nanomedizin absterbende Zellen endlos regenerieren kann. Apropos Medizin… Sie wird sich unkenntlich verändern. Erstens können Nanopartikel in der Medizin zur präzisen Verabreichung von Medikamenten und zur Kontrolle der Geschwindigkeit chemischer Reaktionen verwendet werden. Nanokapseln mit Identifikationsetiketten können Medikamente direkt an die angegebenen Zellen und Mikroorganismen abgeben, den Zustand des Patienten überwachen und anzeigen, den Stoffwechsel überwachen und vieles mehr. Dadurch können Krebs, virale und genetische Krankheiten effektiver bekämpft werden. Stellen Sie sich vor, Sie haben sich die Grippe eingefangen (und Sie wissen noch nicht einmal, dass Sie sie sich eingefangen haben). Das System der künstlich verstärkten Immunität wird sofort reagieren, Zehntausende von Nanorobotern beginnen (gemäß ihrer internen Datenbank) das Influenzavirus zu erkennen, und in wenigen Minuten haben Sie kein einziges Virus mehr in Ihrem Blut! Oder Sie haben eine frühe Arteriosklerose, künstliche Zellen beginnen, Ihre Blutgefäße auf mechanische und chemische Weise zu reinigen. Zweitens ist es möglich, Nanoroboter-Ärzte zu schaffen, die im menschlichen Körper „leben“ können und alle auftretenden Schäden beseitigen oder deren Auftreten verhindern. Die konsequente Überprüfung und gegebenenfalls „Korrektur“ von Molekülen, Zelle für Zelle, Organ für Organ, Nanomaschinen werden die Gesundheit jedes Patienten wiederherstellen und dann einfach alle Krankheiten und Pathologien, einschließlich genetischer, verhindern. Theoretisch wird dies einem Menschen ermöglichen, Hunderte, vielleicht Tausende von Jahren zu leben. Drittens wird es möglich sein, den genetischen Code schnell zu analysieren und zu modifizieren, Aminosäuren und Proteine einfach zu gestalten und neuartige Medikamente, Prothesen und Implantate zu entwickeln. In diesem Bereich testen bereits einige Forscher verschiedene Nanomaterialien auf ihre Verträglichkeit mit lebenden Geweben und Zellen.
Heute können wir nur über Nanoroboter phantasieren, aber dennoch haben wir auf diesem Gebiet bereits erhebliche Fortschritte gemacht. So können Nanopartikel bestimmter Substanzen als „Nanoroboter“ dienen. Zum Beispiel Silber. Es wurde festgestellt, dass Silber-Nanopartikel tausendfach wirksamer bei der Bekämpfung von Bakterien und Viren sind als Silberionen.
Wie das Experiment zeigte, zerstörten vernachlässigbare Konzentrationen von Nanopartikeln alle bekannten Mikroorganismen (einschließlich des AIDS-Virus), ohne dass sie verbraucht wurden. Im Gegensatz zu Antibiotika, die nicht nur schädliche Viren, sondern auch davon befallene Zellen abtöten, ist die Wirkung von Nanopartikeln zudem sehr selektiv: Sie wirken nur auf Viren, während die Zelle nicht geschädigt wird! Tatsache ist, dass die Hülle von Mikroorganismen aus speziellen Proteinen besteht, die, wenn sie durch Nanopartikel beschädigt werden, das Bakterium nicht mehr mit Sauerstoff versorgen. Der unglückliche Mikroorganismus kann seinen „Brennstoff“ – Glukose – nicht mehr oxidieren und stirbt ohne Energiequelle. Auch Viren, die gar keine Hülle haben, bekommen ihre eigene, wenn sie auf ein Nanopartikel treffen. Aber menschliche und tierische Zellen haben mehr „Hightech“-Wände, und Nanopartikel haben keine Angst vor ihnen. Derzeit laufen Studien zu den Einsatzmöglichkeiten von Silber-Nanopartikeln in pharmazeutischen Präparaten.
Die Firma Helios stellt beispielsweise die Zahnpasta Witch Doctor mit Silber-Nanopartikeln her, die effektiv vor verschiedenen Infektionen schützt. Außerdem werden einigen Cremes aus einer Reihe von „Elite“-Kosmetika geringe Konzentrationen von Nanopartikeln zugesetzt, um deren Verschlechterung während des Gebrauchs zu verhindern. Silber-Nanopartikel-Additive werden als antiallergisches Konservierungsmittel in Cremes, Shampoos, Make-up-Kosmetika usw. verwendet. Bei der Anwendung wird auch eine entzündungshemmende und heilende Wirkung beobachtet.
Auf vielen harten Oberflächen (Glas, Holz, Papier, Keramik, Metalloxiden etc.) können Nanopartikel ihre bakteriziden Eigenschaften über lange Zeit beibehalten. Damit lassen sich hochwirksame langanhaltende Desinfektionsaerosole für den Heimgebrauch herstellen. Im Gegensatz zu Bleichmitteln und anderen chemischen Desinfektionsmitteln sind auf Nanopartikeln basierende Aerosole ungiftig und schaden der Gesundheit von Mensch und Tier nicht.
Dem Magazin Scientific American zufolge werden in naher Zukunft medizinische Geräte in Briefmarkengröße erscheinen. Es wird ausreichen, sie auf die Wunde zu legen. Dieses Gerät führt selbstständig einen Bluttest durch, bestimmt die zu verwendenden Medikamente und injiziert sie in das Blut. Es sollte beachtet werden, dass das Aufkommen von Hochtechnologien aufgrund ihrer hohen Kosten eine Reihe neuer Probleme in die Gesundheitsversorgung gebracht hat, einschließlich moralischer und ethischer Probleme im Zusammenhang mit der Verfügbarkeit und Zugänglichkeit medizinischer Dienstleistungen für die allgemeine Bevölkerung. Unabhängig davon, wie sehr sich die wissenschaftlichen und technischen Grundlagen der Medizin entwickeln, waren und bleiben die Hauptfaktoren für die Heilung des Patienten immer die professionelle Ausbildung, die ethischen und menschlichen Qualitäten des Arztes.
3. BEIM allgemeine Entwicklung Nanotechnologien wurden und werden von russischen Wissenschaftlern entwickelt. Eine der führenden Regionen Russlands in der Nanoforschung ist die Region Woronesch. Heute hat es ein gewisses Potenzial im Bereich der Nanoindustrie - dies sind Forschungsentwicklungen von Universitäten in der Region Woronesch und eine Reihe innovativer Projekte und technologischer Entwicklungen von Industrieunternehmen. Die Branchenschwerpunkte der Region konzentrieren sich auf die Energie- und Brennstoffindustrie, den Instrumentenbau und die Elektronik sowie die Luft- und Raumfahrtindustrie.
3.1 Die Region Woronesch hat ein hohes industrielles Potenzial, und ein Drittel der Bevölkerung von Woronesch hat eine höhere Bildung. Die Stadt gilt als geistiges Zentrum der Region Zentral-Chernozem. Die führenden Universitäten der Region – die Staatliche Universität Woronesch, die Staatliche Technische Universität Woronesch und einige andere – betreiben erfolgreich Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Nanomaterialien und der Nanoelektronik. Innovationsprojekte Unternehmen in Woronesch haben auch technologische Entwicklungen, bei denen vielversprechenden Arbeiten zur Thermoelektrizität und der Schaffung einer Elementbasis auf der Grundlage von Whisker-ähnlichen Silizium-Nanokristallen sowie anderen verwandten Themen die größte Aufmerksamkeit geschenkt wird. So ist das CJSC Voronezh Engineering and Technology Center zusammen mit der Voronezh State Technical University erfolgreich in der Forschung und Entwicklung tätig, um eine hocheffiziente Nanokomposit-Solarzelle zu entwickeln. Der Technopark Sodruzhestvo führt das Projekt „Entwicklung der technologischen Ausrüstung zur Herstellung einer fullerenhaltigen Mischung, Nanofasern und Nanoröhren“ durch. Entwicklungszentren für die Nanoindustrie werden unter Beteiligung von Hightech-Unternehmen und Universitäten der Region geschaffen. Unter diesen Zentren können wir hervorheben: das Fonon Center auf der Grundlage von OJSC NPO RIF Corporation und Industrial Nanotechnologies auf der Grundlage von Cosmos-Oil-Gas LLC.
Industrieunternehmen auf dem Gebiet der Nanotechnologie widmen den Entwicklungen in den folgenden Bereichen die größte Aufmerksamkeit: Thermoelektrizität, Entwicklung einer Elementbasis auf der Basis von whiskerartigen Silizium-Nanokristallen usw. Kleine innovative Unternehmen, die sich auf die Entwicklung der Nanotechnologie spezialisieren, werden gegründet.
Basierend auf den Entwicklungen der VSU wurde LLC Corrosion Protection LLC gegründet, die fördert neue Technologie Beschichtung von Zink-Nanostrukturen. In diese Richtung arbeitet auch JSC "Rikon", das grundlegend neue Kondensatoren mit Fullerenen entwickelt hat.
Das ZAO Voronezh Engineering and Technology Center engagiert sich zusammen mit der Voronezh State Technical University in der Forschung und Entwicklung, um eine hocheffiziente Nanokomposit-Solarzelle zu entwickeln. Der Technopark Sodruzhestvo führt das Projekt „Entwicklung der technologischen Ausrüstung zur Herstellung einer fullerenhaltigen Mischung, Nanofasern und Nanoröhren“ durch.
Chemiker der Staatlichen Agraruniversität Voronezh haben einen langlebigen Wasserfilter für den Haushalt erfunden, von dem sie behaupten, dass er weltweit seinesgleichen sucht. Die Grundlage des Filters, an dessen Erstellung die Mitarbeiter von VGAU und der Firma "Akva" gearbeitet haben, basiert auf Nanotechnologien. Laut dem Projektleiter, Leiter des Labors für Chemie der Fakultät für Technologie und Rohstoffwissenschaften, Ivan Gorelov, erfolgt die Synthese des Filtermaterials aus Nanopartikeln aus Siliziumdioxid, Kohlenstoff und Silber. Sie werden zunächst als Rohstoffe vorbereitet, dann in strengen Proportionen kombiniert, zu Pellets getrocknet und bei einer Temperatur von 1000 ° C ohne Sauerstoff gebrannt.
Die Einzigartigkeit des neuen Filters liegt laut Wissenschaftlern neben der Verwendung von Nanopartikeln darin, dass er menschengemachte Verunreinigungen – vor allem Eisenverbindungen, Erdölprodukte, aber auch Schwermetallionen (Blei, Quecksilber, Zink , Cadmium, Kupfer). Natürlich mineralische Zusammensetzung Wasser bleibt unverändert.
Das Nanokomposit, das mit dem Filter unseres Designs geliefert wird, hat universelle Eigenschaften. In trockenem Zustand kann es Benzol-, Toluol-, Hexan-, Acetondämpfe sowie Rauch absorbieren. Daher kann es beispielsweise in Notfallschutzeinrichtungen zum Schutz von Rettungskräften und zum Schutz von Arbeitern in der Farben- und Lackindustrie eingesetzt werden.
Kunden aus Europa und Asien haben bereits Interesse an den Filtern gezeigt. Anfang 2013 wird eine Industrielinie für deren Produktion auf Basis von VGAU in Betrieb genommen. Entwicklungszentren für die Nanoindustrie werden unter Beteiligung von Hightech-Unternehmen und Universitäten der Region geschaffen.
3.2
Derzeit sind in der Region 14 Unternehmen und Organisationen in der Nanotechnologiebranche tätig: Woroneschsintezkauchuk OJSC, NPO RIF Corporation OJSC, VZPP-S OJSC, KBKhA OJSC, Sozvezdie Concern OJSC, Voronezh Staatliche Universität, Voronezh State Technical University, Komnet LLC, Vodmashoborudovanie Plant OJSC usw. In der Region werden bereits etwa 20 Industrieprojekte im Bereich der Nanoindustrie umgesetzt. Und nur die Staatliche Universität Woronesch hat etwa 30 Projekte in der Entwicklungsphase.
Die Hauptanwendungsbereiche von F&E der Nanoindustrie der Region Woronesch sind die folgenden Bereiche:
. Nanotechnologien in der Energietechnik und Kraftstoffindustrie. Unternehmen und Organisationen der Region Woronesch führen Projekte durch, die auf die industrielle Produktion von Polysilizium für Solarbatterien, thermoelektrische Materialien zur Verbesserung der Energieeffizienz von Maschinen und Mechanismen und die Nanomodifikation von Brennstoffen und Flüssigkeiten auf dem Markt abzielen.
. Nanotechnologien im Instrumentenbau und in der Elektronik. Die Entwicklungen im Bereich der Nanoindustrie der Region Woronesch zielen auf die Entwicklung und Produktion von Rasterelektronen- und Rasterkraftmikroskopen, Mikroschaltungen, Leiterplatten und Schleifenkabeln ab.
. Nanotechnologien in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Im Rahmen dieser Industrie in der Region Woronesch führen Unternehmen und Organisationen auf dem Gebiet der Nanotechnologie Pilotversuche durch und bereiten die Produktion von hitzebeständigen und anderen nanomodifizierten Verbundwerkstoffen vor, grundlegend neuen Materialien für die Raketenwissenschaft und die Flugzeugindustrie.
. Nanotechnologien im Maschinenbau. In der bezeichneten Industrie arbeiten Unternehmen und Organisationen der Nanoindustrie der Region Woronesch an der Herstellung von Systemen zur Herstellung von Nanomaterialien.
. Nanotechnologien in der Medizin. Unternehmen und Organisationen der Nanoindustrie der Region Woronesch führen Projekte durch, die darauf abzielen, neue Methoden zur Behandlung und Diagnose von Patienten zu entwickeln. Ein erheblicher Teil der vielversprechenden Projekte zielt darauf ab, Technologien zur Importsubstitution ausländischer Arzneimittel zu entwickeln.
. Nanotechnologien in der Baustoffindustrie. In der Baubranche gab es in den letzten Jahren praktisch keine Einführung neuer Technologien. Unterdessen haben Unternehmen und Organisationen der Nanoindustrie der Region Woronesch ein erhebliches Potenzial für Entwicklungen, die darauf abzielen, die Qualität des Bauens in der Region und der Russischen Föderation erheblich zu verbessern.
. Nanotechnologien in der Lebensmittelindustrie. Relevante Entwicklungen von Unternehmen und Organisationen der Nanoindustrie der Region Woronesch sind Wasserreinigungstechnologien, Modifikation von Lebensmitteln zur Verbesserung ihrer Ernährungseigenschaften.
3.3 In der Region Woronesch werden aktiv Nanoprodukte eingeführt, die den Gesundheitszustand der Einwohner von Woronesch qualitativ verbessern. Ein Beispiel sind die Produkte von Nano Hightech, insbesondere ein Hexagon aus Nanokeramik. Nanokeramik ist ein einzigartiges Material, das mehrere Hauptkomponenten synthetisiert: Vulkangestein, Kym-Gan-Stein, natürliches Germanium, Titan, Puzzolan und Barodon, zerkleinert zu nanoskaligen Einheiten. Dank dessen hat die Nano High-Tech Hanguk Nano Medical Company ein einzigartiges Produkt hergestellt - Nanoceramics (NC). Das resultierende Rohmaterial durchläuft den Prozess des Pressens, Formens und Brennens bei einer Temperatur von 1300 ° C in einem Elektroofen. Die gebrannten und polierten Sechsecke werden dann manuell zu dichten Mosaikfeldern geformt, die in der Geräteproduktion Verwendung finden. Dieses Sechseck soll Schmerzen lindern, unangenehme Gerüche beseitigen und Flüssigkeiten strukturieren.
Wie der Hersteller uns versichert, er:
. aktiviert Mikrozirkulationsprozesse,
. stellt den gestörten Energieaustausch wieder her,
. hat bakterizide Eigenschaften,
. beschleunigt den Heilungsprozess von Wunden, Abschürfungen, Prellungen, Verbrennungen,
. bewahrt die Frische der Produkte für lange Zeit, beseitigt unangenehme Gerüche (beim Aufbewahren des Hexagons im Kühlschrank, Schrank oder in den Schuhen),
. hilft, die Bodenfruchtbarkeit zu erhöhen (beim Gießen mit geladenem Wasser oder beim Einsetzen des Hexagons in den Boden),
. beeinflusst die Struktur von Flüssigkeiten,
. lindert Schmerzen und Entzündungen.
Natürlich gibt es nicht so viele Produkte für den Massenverbraucher, aber der Fortschritt steht nicht still, und wir können davon ausgehen, dass wir in den nächsten 5-10 Jahren neue Verbraucherprodukte sehen können.
Fazit
Wie bereits mehrfach festgestellt wurde, eröffnet die Nanotechnologie große Perspektiven für die Entwicklung neuer Materialien, die Verbesserung der Kommunikation, die Entwicklung der Biotechnologie, der Mikroelektronik, der Energie und der Waffen. Zu den wahrscheinlichsten wissenschaftlichen Durchbrüchen zählen Experten eine Steigerung der Computerleistung, die Wiederherstellung menschlicher Organe mit neu nachgebildetem Gewebe, die Herstellung neuer Materialien direkt aus gegebenen Atomen und Molekülen und die Entstehung neuer Entdeckungen in Chemie und Physik einen revolutionären Einfluss auf die Entwicklung der Zivilisation.
Es wird davon ausgegangen, dass die Nanotechnologie Energieprobleme durch den Einsatz effizienterer Beleuchtung, Brennstoffzellen, Wasserstoffbatterien, Solarzellen, Verteilung von Energiequellen, Dezentralisierung der Produktion und Energiespeicherung durch eine qualitative Aufrüstung des elektrischen Energiesystems lösen wird.
Das Wichtigste ist, dass der Begriff „Nanotechnologie“ nicht zu einem Schlupfloch wird, hinter dem sich unehrliche Wissenschaftler, Unternehmer, Firmen und Beamte verstecken.
Derzeit sind nur bescheidene Fortschritte in der Nanotechnologie auf dem Markt, wie selbstreinigende Beschichtungen, intelligente Kleidung und Verpackungen, die Lebensmittel länger frisch halten. Wissenschaftler prognostizieren jedoch den Siegeszug der Nanotechnologie in naher Zukunft und berufen sich auf die Tatsache, dass sie allmählich in alle Branchen vordringt.
Wie bereits erwähnt, sind die Einsatzmöglichkeiten der Nanotechnologie unerschöpflich: Von mikroskopisch kleinen Computern, die Krebszellen abtöten, bis hin zu Automotoren, die die Umwelt nicht belasten, bergen große Versprechungen oft große Gefahren. Nehmen wir zum Beispiel die Errungenschaften auf dem Gebiet der Atomenergie und die traurigen Folgen des Unfalls von Tschernobyl oder die Tragödie von Hiroshima und Nagasaki. Wissenschaftler auf der ganzen Welt müssen heute klar erkennen, dass solche „erfolglosen“ Experimente oder Nachlässigkeiten in Zukunft zu einer Tragödie werden können, die die Existenz der gesamten Menschheit und des Planeten als Ganzes bedroht.
In diesem Zusammenhang wird deutlich, warum seit dem Aufkommen der Nanotechnologie Ängste ihre Entwicklung hemmen, die teils eindeutig in die Kategorie der Science-Fiction fallen, teils aber gar nicht unbegründet sind.
In naher Zukunft ist geplant, "intelligente" Materialien mit Gedächtnis, selbstheilende Materialien, Nanoroboter, die im menschlichen Körper existieren und dessen normale Funktion gewährleisten, die Erforschung entfernter Regionen des Weltraums durch Nanoroboter usw. zu schaffen.
Die ersten Vorhersagen über die Entwicklung der Nanotechnologie, die als fantastischer Film empfunden wurden, sind berechtigt und der Zeit voraus.
Damit befindet sich der Einsatz von Nanotechnologien in der Biophysik noch im Anfangsstadium seiner Entwicklung. Trotzdem ist schon heute klar, dass erst die Einführung nanotechnologischer und biophysikalischer Methoden in die „klassische“ Biologie die unglaublichsten und verblüffendsten Ergebnisse ermöglichen wird. Viele Forscher glauben sogar, dass die biologische Art des Homo sapiens im Laufe des nächsten Jahrhunderts fast vollständig durch eine neue biologische Art ersetzt wird. Diese Person wird eine komplexe Synthese aus genetischen Modifikationen und der Implantation technologischer Systeme sein. Elektronische Komponenten, die direkt im menschlichen Körper platziert werden, sorgen für eine kontinuierliche Kommunikation mit Netzwerken wie dem Internet. Aber bisher sind dies nur Vorhersagen einer möglichen Zukunft, vielleicht weiter entfernt, als wir möchten, aber dennoch faszinierend mit ihren fantastischen Möglichkeiten.
Mein erster Versuch, sich mit Nanotechnologien und Nanoideen vertraut zu machen, fand statt. Sie bestärkte mich in dem Gedanken, das Material auf diesem Gebiet weiter zu studieren. Ich bin mir sicher, dass ich als Student nicht nur das Interesse an der gestellten Problemstellung nicht verlieren werde, sondern mich auch bemühen werde, die Problemstellung aus neuen Erkenntnissen heraus zu analysieren. Schließlich ist der Glaube, dass die Aussichten der Nanotechnologien für unsere Zivilisation, für unsere Zukunft grandios sind, nicht nur eine Gewissheit ... Das ist der Glaube an die Wissenschaft, an ihren Triumph! Der Technologiewettlauf bestimmt das Tempo des Lebens, um erfolgreich zu sein moderne Persönlichkeit, müssen Sie nicht nur mit der Zeit gehen, sondern ihr voraus sein!
Literatur:
1. Alferov Zh.I., Aseev A.L., Gaponov S.V., Koptev P.S., et al., „Nanomaterials and Nanotechnologies“ // Microsystem Engineering. 2003.
2. Balabanov V., „Nanotechnologien. Wissenschaft der Zukunft. 2009.
3. Karasev V.A., "Genetischer Code: neue Horizonte". 2003.
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6. V. V. Svetukhin, I. V. Razumovskaya, et al., "Einführung in die Nanotechnologie. Physik." 2008.
7. Tretjakow Yu.D., „Nanotechnologies. ABC für alle. 2008.
8. R. P. Feynman, „There’s Plenty of Room at the Bottom“, Engineering and Science (California Institute of Technology), Februar 1960, S. 22–36, russische Übersetzung, veröffentlicht in Chemistry and Life, Nr. 12, 2002.
9. Zeitschrift "Russische Nanotechnologien", V.5, Nr. 1-2. 2010.
10. Zeitung "Industrial News", Nr. 1. 2010.
Eine Besonderheit der Nanotechnologie Geschichtlicher Bezug Nanoroboter Anwendungsbereich von Nanorobotern (aktuell) Grundlagen Rasterkraftmikroskopie Nanopartikel Selbstorganisation von Nanopartikeln Fortgeschrittene Wissenschaften Nanotechnologieindustrie Nanotechnologie in der Medizin Nanotechnologiepatente und -investitionen US Science Foundation und ihre Investitionen in Nanotechnologie
Was ist der Unterschied zwischen Nanotechnologie und dem Rest? Nanotechnologie ist ein interdisziplinäres Gebiet der Grundlagen- und angewandten Wissenschaft und Technologie, das sich mit einer Kombination aus theoretischer Begründung, praktischen Forschungs-, Analyse- und Synthesemethoden sowie Methoden zur Herstellung und Verwendung von Produkten mit einer bestimmten atomaren Struktur durch kontrollierte Manipulation befasst einzelne Atome und Moleküle. Die häufig verwendete Definition von Nanotechnologie als eine Reihe von Methoden zum Arbeiten mit Objekten, die kleiner als 100 Nanometer sind, beschreibt nicht genau sowohl das Objekt als auch den Unterschied zwischen Nanotechnologie und traditionellen Technologien. wissenschaftliche Disziplinen Nanotechnologien unterscheiden sich qualitativ von traditionellen Disziplinen, da auf solchen Skalen die üblichen makroskopischen Techniken zum Umgang mit Materie oft nicht anwendbar sind und mikroskopische Phänomene, die auf den üblichen Skalen vernachlässigbar schwach sind, viel wichtiger werden: die Eigenschaften und Wechselwirkungen einzelner Atome und Moleküle oder Aggregate von Molekülen, Quanteneffekte.
Historischer Hintergrund Viele Quellen, vor allem in englischer Sprache, verbinden die erste Erwähnung der später als Nanotechnologie bezeichneten Methoden mit der berühmten Rede von Richard Feynman, die er 1959 am California Institute of Technology auf der Jahrestagung der American Physical Society hielt . Richard Feynman schlug vor, dass es möglich wäre, einzelne Atome mit einem Manipulator entsprechender Größe mechanisch zu bewegen, zumindest würde ein solcher Vorgang den heute bekannten physikalischen Gesetzen nicht widersprechen. Er schlug vor, diesen Manipulator auf folgende Weise auszuführen. Es ist notwendig, einen Mechanismus zu bauen, der seine eigene Kopie erstellt, nur um eine Größenordnung kleiner. Der erstellte kleinere Mechanismus muss erneut seine Kopie erstellen, wiederum um eine Größenordnung kleiner, und so weiter, bis die Abmessungen des Mechanismus den Abmessungen in der Größenordnung eines Atoms entsprechen. Gleichzeitig wird es notwendig sein, Änderungen in der Struktur dieses Mechanismus vorzunehmen, da die im Makrokosmos wirkenden Schwerkraftkräfte immer weniger Einfluss haben werden und die Kräfte der zwischenmolekularen Wechselwirkungen und Van-der-Waals-Kräfte zunehmend auf die wirken werden Betrieb des Mechanismus. Die letzte Stufe des resultierenden Mechanismus wird seine Kopie aus einzelnen Atomen zusammensetzen. Die Anzahl solcher Kopien ist grundsätzlich unbegrenzt, es wird z eine kurze Zeit Erstellen Sie eine beliebige Anzahl solcher Maschinen. Diese Maschinen werden in der Lage sein, Makrodinge auf die gleiche Weise durch Atom-für-Atom-Montage zusammenzubauen. Dies wird die Dinge um eine Größenordnung billiger machen, solche Roboter (Nanoroboter) müssen nur die erforderliche Anzahl von Molekülen und Energie erhalten und ein Programm schreiben, um die erforderlichen Elemente zusammenzubauen. Bisher konnte niemand diese Möglichkeit widerlegen, aber es ist noch niemandem gelungen, solche Mechanismen zu schaffen. Der grundlegende Nachteil eines solchen Roboters ist die Unmöglichkeit, einen Mechanismus aus einem einzigen Atom zu erstellen. Der Begriff „Nanotechnologie“ wurde erstmals 1974 von Norio Taniguchi verwendet. Er nannte diesen Begriff die Herstellung von Produkten mit einer Größe von mehreren Nanometern. Im Mittelpunkt seiner Forschung standen mathematische Berechnungen, mit denen es möglich war, die Funktionsweise eines Geräts mit Abmessungen von mehreren Nanometern zu analysieren.
Nanoroboter Nanoroboter oder Nanobots sind Roboter in der Größe eines Moleküls (weniger als 10 nm), die die Funktionen Bewegung, Verarbeitung und Übertragung von Informationen, Ausführung von Programmen haben. Im Moment (2009) wurden noch keine echten Nanoroboter entwickelt. Einige Wissenschaftler behaupten, dass einige Komponenten von Nanorobotern bereits hergestellt wurden. Nanobots, die in der Lage sind, Kopien von sich selbst zu erstellen, sich also selbst zu reproduzieren, werden Replikatoren genannt. Die Möglichkeit, Nanoroboter zu erschaffen, wurde in seinem Buch „Machines of Creation“ von dem amerikanischen Wissenschaftler Eric Drexler in Erwägung gezogen. Die Idee von Nanorobotern ist in der modernen Science-Fiction weit verbreitet. Andere Definitionen beschreiben einen Nanoroboter als eine Maschine, die in der Lage ist, präzise mit Objekten im Nanomaßstab zu interagieren oder Objekte im Nanomaßstab zu manipulieren. Infolgedessen können sogar große Geräte wie ein Rasterkraftmikroskop als Nanoroboter betrachtet werden, da sie Objekte im Nanomaßstab manipulieren. Darüber hinaus können sogar gewöhnliche Roboter, die sich mit nanoskaliger Präzision bewegen können, als Nanoroboter betrachtet werden. Nanoroboter befinden sich größtenteils in der Forschungs- und Entwicklungsphase, jedoch wurden bereits einige primitive Prototypen molekularer Maschinen erstellt. Beispielsweise ist ein Sensor mit einem Schalter von etwa 1,5 nm in der Lage, einzelne Moleküle in chemischen Proben zu zählen. Die erste sinnvolle Anwendung von Nanomaschinen, sollten sie auftauchen, ist in der Medizintechnik geplant, wo sie zur Identifizierung und Zerstörung von Krebszellen eingesetzt werden können. Sie können auch giftige Chemikalien in der Umwelt erkennen und deren Gehalt messen. Kürzlich demonstrierte die Rice University Nanogeräte zur Verwendung bei der Regulierung chemischer Prozesse in modernen Autos.
Anwendungsbereich Krebsfrüherkennung und gezielte Verabreichung von Medikamenten an Krebszellen Biomedizinische Instrumente Chirurgie Pharmakokinetik Überwachung von Diabetikern Herstellung eines Geräts aus einzelnen Molekülen durch molekularen Zusammenbau durch Nanoroboter nach seinen Zeichnungen Militärische Verwendung als Mittel zur Überwachung und Spionage , sowie Waffen Weltraumforschung und -entwicklung (z. B. von Neumann-Sonden, die eine Gauß-Kanone im erdnahen Orbit tragen können)
Rasterkraftmikroskopie Eine der Methoden zur Untersuchung von Nanoobjekten ist die Rasterkraftmikroskopie. Mit einem Rasterkraftmikroskop (AFM) kann man einzelne Atome nicht nur sehen, sondern gezielt beeinflussen, insbesondere Atome über die Oberfläche bewegen. Wissenschaftlern ist es mit dieser Methode bereits gelungen, zweidimensionale Nanostrukturen auf der Oberfläche zu erzeugen. Im IBM-Forschungszentrum beispielsweise konnten Mitarbeiter durch sequentielles Bewegen von Xenon-Atomen auf der Oberfläche eines Nickel-Einkristalls drei Buchstaben des Firmenlogos mit 35 Xenon-Atomen anordnen. Bei der Durchführung solcher Manipulationen treten eine Reihe technischer Schwierigkeiten auf. Insbesondere müssen Ultrahochvakuumbedingungen geschaffen werden, das Substrat und das Mikroskop müssen auf ultratiefe Temperaturen (4–10 K) gekühlt werden, die Substratoberfläche muss atomar sauber und atomar glatt sein, wofür spezielle Methoden seine Vorbereitung. Das Substrat wird gekühlt, um die Oberflächendiffusion von abgeschiedenen Atomen zu verringern.
Nanopartikel Der moderne Trend zur Miniaturisierung hat gezeigt, dass ein Stoff völlig neue Eigenschaften haben kann, wenn man ein sehr kleines Teilchen dieses Stoffes nimmt. Partikel mit einer Größe von 1 bis 1000 (über 100 Nanometer können herkömmlicherweise als Nanopartikel bezeichnet werden) Nanometer werden üblicherweise als "Nanopartikel" bezeichnet. So hat sich beispielsweise herausgestellt, dass Nanopartikel einiger Materialien sehr gute katalytische und Adsorptionseigenschaften haben. Andere Materialien zeigen erstaunliche optische Eigenschaften, wie z. B. ultradünne Filme aus organischen Materialien, die zur Herstellung von Solarzellen verwendet werden. Solche Batterien sind, obwohl sie eine relativ niedrige Quanteneffizienz haben, billiger und können mechanisch flexibel sein. Es ist möglich, die Wechselwirkung künstlicher Nanopartikel mit natürlichen Objekten aus nanoskaligen Proteinen, Nukleinsäuren usw. zu erreichen. Sorgfältig gereinigte Nanopartikel können sich selbst zu bestimmten Strukturen ausrichten. Eine solche Struktur enthält streng geordnete Nanopartikel und weist auch oft auf ungewöhnliche Eigenschaften. Nanoobjekte werden in 3 Hauptklassen unterteilt: dreidimensionale Partikel, die durch Explosion von Leitern, Plasmasynthese, Dünnschichtrückgewinnung usw. erhalten werden, zweidimensionale Filmobjekte, die durch molekulare Abscheidung, CVD, ALD, Ionenabscheidung usw. erhalten werden. , eindimensionale Whisker-Objekte, diese Objekte werden durch die Methode Molecular Layering, das Einbringen von Substanzen in zylindrische Mikroporen usw. erhalten. Es gibt auch Nanokomposite, Materialien, die durch Einbringen von Nanopartikeln in beliebige Matrizen erhalten werden. Weit verbreitet ist derzeit nur das Mikrolithographie-Verfahren, das es ermöglicht, flache Inselobjekte mit einer Größe von 50 nm oder mehr auf der Oberfläche von Matrizen zu erhalten, es wird in der Elektronik verwendet.
Selbstorganisation von Nanopartikeln Eines der wichtigsten Probleme der Nanotechnologie besteht darin, Moleküle dazu zu zwingen, sich auf bestimmte Weise zu gruppieren, sich selbst zu organisieren, um schließlich neue Materialien oder Geräte zu erhalten. Mit diesem Problem beschäftigt sich der Zweig der Chemie, die supramolekulare Chemie. Sie untersucht nicht einzelne Moleküle, sondern die Wechselwirkungen zwischen Molekülen, aus denen, in bestimmter Weise organisiert, neue Substanzen entstehen können. Es ist ermutigend, dass solche Systeme in der Natur wirklich existieren und solche Prozesse durchgeführt werden. So sind Biopolymere bekannt, die sich zu speziellen Strukturen organisieren können. Ein Beispiel sind Proteine, die sich nicht nur kugelförmig falten können, sondern auch Strukturkomplexe aus mehreren Proteinmolekülen (Proteinen) bilden. Schon jetzt gibt es ein Syntheseverfahren, das sich die spezifischen Eigenschaften des DNA-Moleküls zunutze macht. Komplementäre DNA wird genommen, ein Molekül A oder B wird mit einem der Enden verbunden Wir haben 2 Substanzen: -- -- A und ---- B, wo ---- bedingt Bild eines einzelnen DNA-Moleküls. Wenn Sie nun diese beiden Substanzen mischen, bilden sich Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den beiden Einzelsträngen der DNA, die die Moleküle A und B anziehen. Lassen Sie uns die resultierende Verbindung bedingt darstellen: ====AB. Das DNA-Molekül kann nach Abschluss des Prozesses leicht entfernt werden.
Wissenschaften, die dank der Nanotechnologie entstanden sind Nanomedizin (Verfolgen, Fixieren, Entwerfen und Steuern menschlicher biologischer Systeme auf molekularer Ebene unter Verwendung von Nanogeräten und Nanostrukturen) Nanoelektronik (ein Gebiet der Elektronik, das die physikalischen und technologischen Grundlagen für die Schaffung integrierter elektronischer Schaltkreise mit charakteristischer Topologie entwickelt Abmessungen von Elementen kleiner als 100 nm.) Nanoengineering (wissenschaftliche und praktische menschliche Tätigkeit bei der Gestaltung, Herstellung und Anwendung von Objekten oder Strukturen im Nanomaßstab sowie von Objekten oder Strukturen, die durch nanotechnologische Methoden hergestellt werden.) Nanoionik (Eigenschaften, Phänomene, Wirkungen, Mechanismen von Prozessen und Anwendungen im Zusammenhang mit schnellem Ionentransport in Festkörper-Nanosystemen.) Nanorobotik (angewandte Wissenschaft, die automatisierte technische Systeme (Roboter) auf dem Gebiet der Nanotechnologie entwickelt.) Nanochemie (Wissenschaft, die die Eigenschaften verschiedener Nanostrukturen untersucht, sowie die Entwicklung oh neue Wege, sie zu erhalten, zu studieren und zu modifizieren)
Nanotechnologien in Russland Die staatliche Gesellschaft „Russische Gesellschaft für Nanotechnologien“ (RUSNANO) wurde am 19. Juli 2007 durch Bundesgesetz 139-FZ gegründet, um „die staatliche Politik auf dem Gebiet der Nanotechnologien umzusetzen, innovative Infrastruktur auf dem Gebiet der Nanotechnologien zu entwickeln, umzusetzen Projekte zur Schaffung vielversprechender Nanotechnologien und Nanoindustrie." Das Unternehmen löst dieses Problem, indem es als Co-Investor in Nanotechnologieprojekte mit erheblichem wirtschaftlichem oder sozialem Potenzial auftritt. Die finanzielle Beteiligung des Unternehmens in den frühen Stadien der Projekte reduziert die Risiken seiner Partner - privater Investoren. Das Unternehmen beteiligt sich an der Schaffung von Nanotechnologie-Infrastruktureinrichtungen wie Gemeindezentren, Gründerzentren und Frühinvestitionsfonds. RUSNANO wählt vorrangige Investitionsgebiete auf der Grundlage langfristiger Entwicklungsprognosen aus, die von führenden russischen und internationalen Experten entwickelt werden. Die Regierung der Russischen Föderation hat 130 Milliarden Rubel für die Aktivitäten der Gesellschaft bereitgestellt, die im November 2007 in das genehmigte Kapital von RUSNANO eingebracht wurden. Im Juni 2008 wurden gemäß den Empfehlungen des Finanzministeriums der Russischen Föderation vorübergehend freie Gelder auf Konten bei 8 Geschäftsbanken eingezahlt. Die Organe sind der Aufsichtsrat, der Vorstand und der Generaldirektor. Im September 2008 wurde Anatoly Borisovich Chubais zum Generaldirektor der Russian Corporation of Nanotechnologies ernannt.
Bildungsministerium der Republik Mordowien
SBEI RM SPO (SSUZ) "Saransker Hochschule für Lebensmittel- und Verarbeitungsindustrie"
INFORMATIONSPROJEKT
in Physik zum Thema:
Schüler gr. Nr. 16 Romanow Alexander
Aufsicht:
Physik Lehrer
Rjasina Swetlana Jegorowna
Saransk 2012
Studienobjekt:"NAnotechnologien"
Zweck der Studie:
Die wichtigsten Entwicklungsrichtungen der Nanotechnologien aufzuzeigen, die positiven und negativen Aspekte des Forschungsgebiets aufzuzeigen.
Forschungsschwerpunkte:
Finden Sie heraus, was die Hauptentwicklungsrichtungen dieses Bereichs sind.
Betrachten Sie den Anwendungsbereich der Nanotechnologie.
Erkunden Sie die Auswirkungen der Nanotechnologie auf die Umwelt.
5. Anwendung der Nanotechnologie
die Medizin
Industrie
Landwirtschaft
Biologie
Weltraumforschung
Krieg
Lebensmittelindustrie
7. Sicherheit von Nanotechnologien
8. Nanotechnologien und Ökologie
9. Nanotechnologie gibt es schon lange
10. Fazit
11. Mordwinisches Territorium NANO
1. Nanotechnologie: ein Ort unter anderen Wissenschaften
Haben Sie schon von Nanotechnologie gehört? Ich denke ja, und mehr als einmal. Die Nanotechnologie ist eine Hightech-Industrie, die mit einzelnen Atomen und Molekülen arbeitet. Eine solche Supergenauigkeit ermöglicht es, die Naturgesetze auf einer qualitativ neuen Ebene zum Wohle des Menschen zu nutzen. Entwicklungen auf dem Gebiet der Nanotechnologie finden in nahezu allen Branchen Anwendung: in Medizin, Maschinenbau, Gerontologie, Industrie, Landwirtschaft, Biologie, Kybernetik, Elektronik und Ökologie. Nanotechnologien nehmen unter anderen Wissenschaften eine Sonderstellung ein. Mit Hilfe der Nanotechnologie ist es möglich, den Weltraum zu erforschen, Öl zu raffinieren, viele Viren zu besiegen, Roboter zu erschaffen, die Natur zu schützen, ultraschnelle Computer zu bauen. Man kann sagen, dass die Entwicklung der Nanotechnologie im 21. Jahrhundert das Leben der Menschheit stärker verändern wird als die Entwicklung der Schrift, der Dampfmaschine oder der Elektrizität. Die Nanowelt ist komplex und noch relativ wenig erforscht und doch nicht so weit von uns entfernt, wie es noch vor einigen Jahren schien. In meiner Arbeit werde ich versuchen, das Wesen der Nanotechnologie populär zu erklären und über die Errungenschaften in diesem Wissenschaftszweig zu berichten. Weil ich denke, dass es heute am relevantesten und gefragtesten ist.
Was ist Nanotechnologie und „womit sie essen“
Die Vorsilbe „nano“ (griechisch für „Zwerg“) bedeutet „ein Teil von einer Milliarde“. Das heißt, ein Nanometer (1 nm) ist ein Milliardstel Meter (10–9 m). Wie kann man sich eine so kurze Distanz vorstellen? Am einfachsten geht das mit Geld: Ein Nanometer und ein Meter sind in der Größe verwandt wie eine Penny-Münze und die Erdkugel. Oder wir verkleinern einen Elefanten auf die Größe einer Mikrobe (5000 nm) – dann wird der Floh auf seinem Rücken nur noch einen Nanometer groß. Und wenn die Körpergröße eines Menschen plötzlich auf einen Nanometer reduziert wäre, könnten wir mit einzelnen Atomen Fußball spielen! Die Dicke eines Blattes Papier erscheint uns dann gleich 170 Kilometer. Nanometer messen nur die primitivsten Kreaturen - Viren (ihre Länge beträgt durchschnittlich 100 nm). Die belebte Natur endet bei etwa 10 nm – komplexe Proteinmoleküle haben solche Dimensionen. Einfache Moleküle sind zehnmal kleiner. Die Größe der Atome beträgt wenige Angström (1 Angström = 0,1 nm). Beispielsweise beträgt der Durchmesser eines Sauerstoffatoms 0,14 nm. Hier ist die untere Grenze der Nanowelt, der Welt der Nanoskalen – von Hunderten bis zu Einheiten von Nanometern. In der Nanowelt finden Prozesse von grundlegender Bedeutung statt – chemische Reaktionen finden statt, eine strenge Geometrie von Kristallen und Proteinstrukturen werden aufgebaut. Nanotechnologen arbeiten mit diesen Verfahren. Generell ist die Nanotechnologie kein eigenständiger Wissenschaftszweig. Vielmehr handelt es sich genau um eine Reihe angewandter Technologien, deren Grundlagen in Disziplinen wie Kolloidchemie, Oberflächenphysik, Quantenmechanik, Molekularbiologie usw. Was ist Nano? Die Vorsilbe „nano“ (griechisch „nanos“ – Zwerg) bedeutet „ein Teil von einer Milliarde“. Ein Nanometer (1 nm) ist ein Milliardstel Meter (10 Š m). Wie kann man sich eine so kurze Distanz vorstellen? Am einfachsten geht das mit Geld: Ein Nanometer und ein Meter sind maßstäblich wie eine Penny-Münze und ein Globus (übrigens, wenn jeder Erdbewohner eine Münze gibt, reicht dies aus, um eine Kette auszulegen rund um den Äquator, auch wenn einige wie üblich gierig sind) . Verkleinern wir den Elefanten auf die Größe einer Mikrobe (5000 nm) – dann wird der Floh auf seinem Rücken nur noch einen Nanometer groß. Wenn die Körpergröße eines Menschen plötzlich auf einen Nanometer reduziert würde, könnten wir mit einzelnen Atomen Fußball spielen! Die Dicke eines Blattes Papier erscheint uns dann gleich ... 170 Kilometer. Natürlich sind das nur Fantasien. Es kann keine so winzigen Männer und sogar Insekten auf der Welt geben. Nanometer messen nur die primitivsten Kreaturen - Viren (ihre Länge beträgt durchschnittlich 100 nm). Die belebte Natur endet bei etwa zehn Nanometern – komplexe Proteinmoleküle, die Bausteine der Lebewesen, haben solche Dimensionen. Einfache Moleküle sind zehnmal kleiner. Die Größe der Atome beträgt mehrere Angström (ein Angström entspricht 0,1 nm). Beispielsweise beträgt der Durchmesser eines Sauerstoffatoms 0,14 nm. Hier ist die untere Grenze der Nanowelt, der Welt der Nanoskalen – von Hunderten bis zu Einheiten von Nanometern. In der Nanowelt finden die Prozesse von grundlegender Bedeutung statt - chemische Reaktionen finden statt, eine strenge Geometrie von Kristallen und Proteinstrukturen wird aufgebaut. Nanotechnologen arbeiten mit diesen Verfahren. Nanotechnologie ist eine Möglichkeit, Strukturen im Nanomaßstab zu schaffen, die Materialien und Geräten nützliche und manchmal einfach außergewöhnliche Eigenschaften verleihen. Nanotechnologie ermöglicht es Ihnen, ein Arzneimittelpartikel in eine Nanokapsel zu geben und es genau auf eine erkrankte Zelle zu richten, ohne benachbarte Zellen zu schädigen. Auch der Filter, der von unzähligen Nanometer-Kanälen durchzogen ist, die Wasser durchlassen, aber für Verunreinigungen und Mikroben zu dicht sind, ist ein Produkt der Nanotechnologie. Supermaterialien werden in Laboren der Nanotechnologie getestet – Fasern aus Nanoröhrchen, die tausendmal stärker sind als Stahl, Beschichtungen, die ein Objekt unsichtbar machen. Nun, nicht so fantastische Arten von Nanoprodukten werden bereits in den Läden verkauft. In der Werbung hört man immer häufiger das Wort „Nanokosmetik“: Nanopartikel, die Bestandteil kosmetischer Cremes sind, entfernen kleinste Unreinheiten von der Haut. Es ist bekannt, dass Mikroben Silber nicht mögen, aber es stellt sich heraus, dass es ihnen in Form von Nanopartikeln einfach Angst macht und sie in die Flucht schlägt. Stoffe mit Zusätzen aus solchem Silber erfreuen sich bei echten Hygienekennern wachsender Beliebtheit - sie werden sogar zur Herstellung von „Nano-Socken“ verwendet. Viele altbekannte Dinge sind aber auch ohne „Nano“ nicht möglich: Der Prozessor Ihres Computers enthält Millionen von Transistoren in Nanogröße, an deren Display Nanotechnologen höchstwahrscheinlich auch gearbeitet haben. „Nano“ ist bereits überall – das Militär nutzt Nanotechnologie, die Ärzteschaft nutzt Nanotechnologie, sogar Lebensmittelhersteller nutzen Nanotechnologie.
2. Warum ist "Nanotechnologie" interessant?
Nanotechnologien sind grundlegend neue Technologien, die es in Zukunft ermöglichen werden, beliebige Makroobjekte (Autos, Hemden, Kühlschränke, Häuser) mit Hilfe von Mikroelementen zu erhalten: winzige Roboter ... mit Nanobots). Aber im Prinzip ist dies möglich, und die Wissenschaft nähert sich vorsichtig Schritt für Schritt der Verwirklichung eines solch erstaunlichen Traums. Die Montage von Haushaltsgegenständen durch Nanoroboter, und das sogar in sehr begrenzter Zeit, wird märchenähnlich sein: „in einer Nacht ein Haus errichten“ (oder einen Palast), eine Tischdecke zum Selbstzusammenbau bestellen, um ein Fest zu arrangieren - alles Dies kann durch die Wissenschaft realisiert werden.
Lotus-Effekt. Es ist bekannt, dass der Lotus wirklich ungewöhnliche physikalische und chemische Eigenschaften hat. Aufgrund der besonderen Struktur und der sehr hohen Hydrophobie ihrer Blätter und Blütenblätter bleiben Lotusblüten bemerkenswert sauber. Aber wie schafft er es, eine solche Superhydrophobie zu erreichen? Der Lotus-Effekt wurde in den 1990er Jahren entdeckt. Deutscher Botaniker, Professor Wilhelm Barthlott. Er zeigte, dass die Blütenblätter einer Blume mit winzigen Knubbeln oder „Nanopartikeln“ bedeckt sind. Aber zusätzlich ist das Blatt sozusagen mit Wachs bestrichen. Es wird in den Drüsen der Pflanze produziert und macht sie völlig immun gegen Wasser. Auf Basis dieser Eigenschaft und mit Hilfe moderner Nanotechnologien wurden die sogenannten Lotusbeschichtungen geschaffen. Wenn die Zusammensetzung auf die Oberfläche aufgetragen wird, wird eine Polymerschicht gebildet, die die molekulare Matrix der Oberfläche umwandelt, wodurch eine stabile atomare Struktur entsteht und eine hydrophobe Oberfläche mit starken Schutzeigenschaften entsteht. Diese Oberfläche hält allen äußeren Einflüssen stand. Lotus-Bespannungen sind in vielen Bereichen des menschlichen Lebens unverzichtbar. Herstellung von Gläsern, aus denen kleinste Wassertropfen mit gelösten Schmutzpartikeln herabfließen. Herstellung von Regenmänteln und anderer Spezialkleidung. Erstellung selbstreinigender Fassaden von Gebäuden. Dies sind nur einige Beispiele für die Verwendung der einzigartigen Eigenschaft des Lotus. 
nützlicher Staub. Eine der beliebtesten Arten von Nanoprodukten sind ultrafeine Pulver. Das Mahlen von Substanzen zu Nanopartikeln mit einer Größe von zehn oder hundert Nanometern verleiht ihnen oft neue nützliche Eigenschaften. Tatsache ist, dass ein solches Nanopartikel nur aus wenigen tausend oder Millionen Atomen besteht, also alle nahe an der Oberfläche, an der Grenze zur Außenwelt, stehen und mit ihr intensiv interagieren. Die Gesamtoberfläche der Partikel in einem solchen Nanopulver wird enorm.
3. Hauptstadien in der Entwicklung der Nanotechnologie
Die intensive Forschung auf dem Gebiet der Nanotechnologie, die sich um die Wende vom 20. zum 21. Jahrhundert intensivierte, wurde zum Motor der anhaltenden grundlegenden Veränderungen in der industriellen Produktion und führte zu einem qualitativen Sprung in der Entwicklung von Methoden und Werkzeugen zur Verarbeitung von Informationen, Erzeugung von Elektrizität Energie und die Synthese neuer Materialien auf der Grundlage fortschrittlicher wissenschaftlicher Ansätze zur Kenntnis der Materie. Schon vor Beginn des „Nano-Zeitalters“ begegneten Menschen nanogroßen Objekten und Prozessen, die auf atomar-molekularer Ebene abliefen, nutzten sie in der Praxis. Auf Nanoebene finden beispielsweise biochemische Reaktionen zwischen Makromolekülen statt, aus denen alle Lebewesen bestehen, Katalyse in der chemischen Produktion, Fermentation bei der Herstellung von Wein, Käse und Brot. Allerdings konnte die sogenannte „intuitive Nanotechnologie“, die sich zunächst spontan ohne ein richtiges Verständnis der Natur des Geschehens entwickelte, keine verlässliche Grundlage für die Zukunft sein. Daher wird die wissenschaftliche Forschung immer relevanter, erweitert den Horizont der Nanowelt und zielt darauf ab, grundlegend neue Produkte und Know-how zu schaffen.
Systematische Studien von Objekten im Nanomaßstab stammen aus dem 19. Jahrhundert, als in den Jahren 1856-1857. Der englische Physiker Michael Faraday untersuchte zunächst die Eigenschaften von kolloidalen Lösungen von nanodispersem Gold und darauf basierenden dünnen Filmen. Es ist interessant, ein Beispiel für eine Art Voraussicht des Schriftstellers Nikolai Leskov aus dem Jahr 1881 in der Geschichte des Tula-Handwerkers Levsha zu erwähnen, der es schaffte, den „englischen“ Floh mit „Nanonägeln“ zu beschlagen, die nur im zu sehen waren „Fine Scope“ mit einer 5-Millionen-fachen Vergrößerung, was den Möglichkeiten der modernen hochauflösenden Mikroskopie entspricht (dies wurde zuerst von einem russischen Wissenschaftler, einem Spezialisten auf dem Gebiet der Nanomaterialien, Rostislav Andrievsky, bemerkt).
In der ersten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts. Die Technik zur Untersuchung von Nanoobjekten wurde geboren und entwickelt. 1928 wurde ein Diagramm des optischen Nahfeldmikroskops vorgeschlagen. 1932 entstand erstmals ein Transmissionselektronenmikroskop und 1938 ein Rasterelektronenmikroskop. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Die grundlegenden wissenschaftlichen und technologischen Grundlagen für die Herstellung und Anwendung von Nanostrukturen und nanostrukturierten Materialien begannen Gestalt anzunehmen.
1972 wurde ein optisches Nahfeldmikroskop entwickelt. 1981 schlugen die Wissenschaftler Gerd Binnig und Heinrich Rohrer, damals bei IBM in Zürich tätig, den Entwurf eines Rastertunnelmikroskops vor. Später, 1986, wurden sie für ihre Arbeiten zur Rastertunnelmikroskopie ausgezeichnet Nobelpreis in Physik. Im selben Jahr, 1986, entwickelten sie ein Rasterkraftmikroskop.
1974 führte der japanische Wissenschaftler Norio Taniguchi den Begriff „Nanotechnologie“ ein, als er die Problematik der Verarbeitung von Stoffen diskutierte. 1981 verwendete der amerikanische Wissenschaftler G. Gleiter erstmals die Definition von „nanokristallin“. Später wurden Wörter wie „nanostrukturiert“, „Nanophase“, „Nanokomposit“ usw. verwendet, um Materialien zu charakterisieren.
1975 wurden die grundsätzlichen Möglichkeiten der Existenz von besondere Arten Objekte in Nanogröße - Quantenpunkte und Quantendrähte.
1986 führte der amerikanische Physiker Eric Drexler in seinem auf biologischen Modellen basierenden Buch Machines of Creation: The Coming of the Era of Nanotechnology das Konzept molekularer Roboter ein und entwickelte auch Feynmans Ideen einer Bottom-up-Nanotechnologiestrategie.
Ein starker Impuls für die Aktivierung der Richtung war die Schaffung grundlegend neuer Kohlenstoff-Nanomaterialien. Lange Zeit glaubte man, dass es nur zwei polymorphe Modifikationen von Kohlenstoff gibt – Graphit und Diamant. Wie sich jedoch herausstellte, sind die Grenzen polymorpher Transformationen dieses Elements nicht darauf beschränkt, wie Fullerene und belegen Kohlenstoff-Nanoröhren.
1997 wurde erstmals ein Säugetier aus einer differenzierten somatischen Zelle geklont. All dies ist ein anschauliches Beispiel für die Möglichkeiten der Nanotechnologien in Bezug auf biologische Objekte.
Ein weiteres Beispiel für die Anwendung von Nanotechnologien, aber bereits auf „nicht lebende“ Objekte, ist die Entwicklungsgeschichte der Idee von Quantencomputern. 1985 schlug David Deutsch, Professor an der Universität Oxford, ein mathematisches Modell für eine quantenmechanische Variante der Turing-Maschine vor. 1994 zeigte P. Shor (AT & T Bell), dass eine solche Maschine in die Praxis umgesetzt werden könnte.
Insbesondere erwies es sich als effektiv bei der Lösung von Problemen bei der Faktorisierung großer Zahlen. Derzeit wird der von Shor vorgeschlagene Algorithmus häufig bei der Erstellung verschiedener Arten von Quantencomputern verwendet. 1998 führte M. Takeuchi (Mitsubishi Denki) grundlegende Experimente zu Quantencomputersystemen unter Verwendung von Photonen durch. 1999 erforschte N. Nakamura (NEC) erfolgreich die Möglichkeiten des praktischen Betriebs eines Quantencomputers.
Die aktuelle Periode in der Entwicklung der Nanotechnologien ist gekennzeichnet durch die Intensivierung von Forschung und Entwicklung in diesem Bereich, die Investition erheblicher Investitionen in sie. Diese Trends sind in den führenden Industrieländern der Welt besonders ausgeprägt. Die USA sind in diesem Bereich führend.
Im Jahr 2001 wurde die National Nanotechnology Initiative (NNI) genehmigt, deren Hauptgedanke wie folgt formuliert wurde: „Die National Nanotechnology Initiative definiert eine Strategie für das Zusammenwirken verschiedener US-Bundesbehörden, um die vorrangige Entwicklung der Nanotechnologie sicherzustellen, die in der ersten Hälfte des 21. Jahrhunderts zur Grundlage der US-Wirtschaft und der nationalen Sicherheit werden sollte.
In den Jahren 1996-1998, vor der Verabschiedung des NNI, überwachte und analysierte ein spezielles Komitee des American Center for the Assessment of the World State of Technology die Entwicklung der Nanotechnologie in allen Ländern und gab Übersichts-Newsletter für US-Wissenschaftler aus Technik und Verwaltung heraus Spezialisten für wichtige Trends und Errungenschaften. 1999 fand ein Treffen der Interdisziplinären Gruppe Nanowissenschaften, Nanotechnologie und Nanotechnologie (IWGN) statt, das zur Entwicklung einer Forschungsprognose für die nächsten 10 Jahre führte. Im selben Jahr wurden die Schlussfolgerungen und Empfehlungen des IWGN vom National Council on Science and Technology unter dem Präsidenten der Vereinigten Staaten unterstützt, woraufhin im Jahr 2000 die Annahme des NNI offiziell bekannt gegeben wurde.
Die große Aufmerksamkeit, die die wissenschaftliche Weltgemeinschaft der Entwicklung von Nanotechnologien widmet, wird durch die Verleihung des Nobelpreises für Physik im Jahr 2007 für die Entdeckung und Erforschung eines der ungewöhnlichen Phänomene der Nanowelt – des Effekts des Riesenmagnetowiderstands (GMR) – belegt. .
Sieben Hauptbereiche wurden identifiziert:
Nanomaterialien ist eine Forschungsrichtung, die sich auf die Untersuchung und Entwicklung von Massenmaterialien aus Filmen und Fasern bezieht, deren makroskopische Eigenschaften durch bestimmt werden chemische Zusammensetzung, Struktur, Größe u gegenseitige Übereinkunft nanoskalige Strukturen. Bulk-nanostrukturierte Materialien können innerhalb einer Richtung nach Typ (Nanopartikel, Nanofilme, Nanobeschichtungen usw.) und nach Zusammensetzung (Metall, organisch, Halbleiter usw.) bestellt werden.
Nanoelektronik ist ein Gebiet der Elektronik, das mit der Entwicklung von Architekturen und Technologien für die Herstellung funktionaler elektronischer Geräte mit topologischen Abmessungen von nicht mehr als 100 nm und auf solchen Geräten basierenden Geräten verbunden ist.
Nanophotonik ist ein Gebiet der Photonik, das mit der Entwicklung von Architekturen und Technologien zur Herstellung von nanostrukturierten Geräten zur Erzeugung, Verstärkung, Modulation, Übertragung und Detektion elektromagnetischer Strahlung und auf solchen Geräten basierenden Geräten verbunden ist.
Nanobiotechnologie ist die gezielte Nutzung biologischer Makromoleküle für das Design von Nanomaterialien und Nanogeräten.
Nanomedizin ist die praktische Anwendung der Nanotechnologie für medizinische Zwecke, einschließlich Wissenschaftliche Forschung und Entwicklungen im Bereich Diagnostik, Kontrolle, gezielte Arzneimittelabgabe sowie Maßnahmen zur Wiederherstellung und Rekonstruktion der biologischen Systeme des menschlichen Körpers unter Verwendung von Nanostrukturen und Nanogeräten.
Nanotools (Nanodiagnostik) sind Geräte und Geräte, die zur Manipulation von Objekten im Nanomaßstab, zur Messung, Kontrolle von Eigenschaften und zur Standardisierung von hergestellten und verwendeten Nanomaterialien und Nanogeräten bestimmt sind.
Technologien und Spezialgeräte für die Herstellung und Produktion von Nanomaterialien und Nanogeräten ist ein Technologiebereich, der sich mit der Entwicklung von Technologien und Spezialgeräten für die Produktion von Nanomaterialien und Nanogeräten befasst.
Die Medizin
Heute können wir über die Entstehung einer neuen Richtung sprechen - Nanomedizin. Natürlich können wir heute nur Vermutungen darüber anstellen, wie sich die Wissenschaft der Zukunft, insbesondere die Medizin, entwickeln wird. Einige dieser Annahmen werden mehr gerechtfertigt sein, andere weniger. Somit ist mehr oder weniger zuversichtlich zu erwarten, dass moderne Methoden weiterentwickelt werden. Beispielsweise werden Kleinstgeräte immer kleiner und ausgefeilter, und ihre Funktionen werden immer reichhaltiger. 
Medizinische Diagnoseverfahren werden mit Hilfe der Nanotechnologie ständig verbessert. Es wird erwartet, dass molekulare Roboterärzte geschaffen werden, die im menschlichen Körper „leben“ und alle auftretenden Schäden beseitigen oder deren Auftreten verhindern können. Nanoroboter-Kapsel schwimmt frei im menschlichen Blut und kollidiert mit verschiedenen Bakterien. Wie funktioniert es? Bakterien haften aufgrund von Proteinmarkern an der Oberfläche des Werkstücks. Nach Erkennung des Bakteriums generiert der Nanoroboter einen Antwortcode, der von einem herkömmlichen Laser gelesen werden kann. Diese Informationen helfen Ärzten, schnelle Analysen ohne Langzeitkultur durchzuführen. Jede Bakterienart hat ihren eigenen Code. Der Arzt kann diese Informationen sogar durch ein optisches Mikroskop sehen.
Die Hauptanwendungsgebiete der Nanotechnologien in der Medizin sind: Diagnosetechnologien, Medizinprodukte, Prothetik und Implantate.
Ein Paradebeispiel ist die Entdeckung von Professor Aziz. Menschen mit Parkinson-Krankheit haben Elektroden, die mit einem Stimulator verbunden sind, der durch zwei winzige Löcher in ihrem Schädel in ihr Gehirn eingeführt wird. Etwa eine Woche später wird dem Patienten auch der Stimulator selbst in die Bauchhöhle implantiert. Der Patient kann die Spannung mit Hilfe eines Schalters selbst einstellen. Schmerzen können in 80 % der Fälle behandelt werden:
Bei manchen verschwindet der Schmerz komplett, bei anderen lässt er nach. Etwa vier Dutzend Menschen haben die Methode der tiefen Hirnstimulation durchlaufen.
Viele Kollegen von Aziz sagen, dass diese Methode nicht effektiv ist und möglicherweise hat Negative Konsequenzen. Der Professor ist von der Wirksamkeit der Methode überzeugt. Beides ist bisher nicht bewiesen. Es scheint mir, dass nur vierzig Patienten vertraut werden sollte, die unerträgliche Schmerzen losgeworden sind. Und sie wollten wieder leben. Und wenn diese Methode seit 8 Jahren praktiziert wird und sich nicht negativ auf die Gesundheit der Patienten auswirkt, warum nicht ihre Anwendung erweitern?
Eine weitere revolutionäre Entdeckung ist ein Biochip – ein Plättchen mit DNA- oder Proteinmolekülen, die in einer bestimmten Reihenfolge darauf aufgebracht sind und für biochemische Analysen verwendet werden. Das Funktionsprinzip des Biochips ist einfach. Bestimmte Sequenzen von gespaltenen DNA-Abschnitten werden auf eine Plastikplatte aufgetragen. Bei der Analyse wird das Testmaterial auf den Chip aufgebracht. Wenn es die gleiche genetische Information enthält, dann greifen sie ineinander. Als Ergebnis können Sie beobachten Der Vorteil von Biochips ist eine große Anzahl biologischer Tests mit erheblichen Einsparungen an Testmaterial, Reagenzien, Arbeitskosten und Zeit für die Analyse.
Ziel des Studiums ist die praktische Anwendung der Nanotechnologie.
Aufgaben:
Informationen über Nanotechnologie sammeln und studieren.
Entwickeln Sie einen Umfragefragebogen.
Führen Sie eine Umfrage unter Schülern der Klassen 5,7,10 MKOU "Teguldetskaya Secondary School" durch
Analysieren Sie die erzielten Ergebnisse, formulieren Sie Schlussfolgerungen.
Ziel der Arbeit ist es, die praktische Anwendung der Nanotechnologie aufzuzeigen.
Ziele:
Informationen über Nanotechnologie sammeln und studieren.
Einen Fragebogen erarbeiten.
Befragung von Schülern unserer Schule durchzuführen.
Um die Ergebnisse zu analysieren, um die Schlussfolgerung zu ziehen.
Was ist Nanotechnologie?
In den letzten Jahrzehnten wurden neue und fortschrittlichere Energietechnologien auf dem Gebiet der Wissenschaft und Technik entwickelt, um das Leben auf der ganzen Welt zu verbessern. Damit die nächsten Technologien den Technologien der heutigen Zeit voraus sind, haben Wissenschaftler und Ingenieure ein neues Wissenschaftsgebiet namens Nanotechnologie entwickelt.
Nanotechnologie ist definiert als Wissenschaft und Technologie zur Entwicklung elektronischer Schaltkreise und Geräte aus einzelnen Atomen und Molekülen; oder die Maschinenbauindustrie, die sich mit Dingen befasst, die kleiner als 100 Nanometer sind. Ein Nanometer (nm) ist ein Milliardstel Meter, etwa drei oder vier Atome breit. Zum Vergleich: Die durchschnittliche Breite eines menschlichen Haares beträgt etwa 80.000 Nanometer und die Größe eines einzelnen Partikels etwa 100 Nanometer. Präfixnano- abgeleitet vom griechischen WortNanos- bedeutet "Zwerg". Anfänglich verwendeten Wissenschaftler das Präfix, um sich auf etwas sehr Kleines wie „Nanoplankton“ zu beziehen. Der Begriff "Nanotechnologie" wird auch häufig verwendet, um interdisziplinäre Wissenschaftsbereiche zu beschreiben, die sich der Erforschung und Nutzung des Phänomens der Nanoskala widmen.
Geschichte.
Die Geschichte der Nanotechnologie begann in den 1950er und 60er Jahren, als die meisten Ingenieure in großen Dimensionen dachten. Es war eine Zeit großer Autos, großer Flugzeuge, großer Weltöltanker, großer Wolkenkratzer und großer Pläne, Menschen in den Weltraum zu schicken. Riesige Wolkenkratzer wie das World Trade Center wurden in den großen Städten der Welt gebaut. Während sich andere Forscher darauf konzentriert haben, kleine Gegenstände zu erstellen. Die Erfindung des Transistors im Jahr 1947 und der erste integrierte Schaltkreis im Jahr 1959 läuteten das Zeitalter der Miniaturelektronik ein. Es waren diese kleinen Geräte, die die Grundlage für die Entstehung großer Geräte wie Raumschiffe schufen. Seit der erfolgreichen Atomspaltung vor dem Zweiten Weltkrieg haben Physiker versucht, die Teilchen zu finden, aus denen Atome bestehen, und die Kräfte, die sie zusammenhalten. Gleichzeitig arbeiteten Chemiker daran, Atome zu neuartigen Molekülen zu kombinieren, und hatten große Erfolge bei der Umwandlung komplexer Ölmoleküle in alle möglichen verwendbaren Kunststoffe.
Nanomaterialien.
Nanomaterialien sind Materialien mit einzigartigen Fähigkeiten: Sie können Strom und Wärme auf vielfältige Weise übertragen, ihre Farbe ändern (Goldpartikel können je nach Größe rot, blau, gold sein). Diese besonderen Eigenschaften werden bereits zur Herstellung von Mobiltelefonen und Computerchips genutzt.
Das Ziel der Wissenschaftler ist es, mithilfe der Nanotechnologie neue Geräte zu entwickeln, die stärker, leichter, schneller und effizienter sind.
Nanomedizin.
Nanomedizin ist ein Gebiet der medizinischen Forschung, das versucht, Werkzeuge aus dem Bereich der Nanotechnologie für die Gesundheit zu nutzen. Wissenschaftler sagen, dass sich die physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften von Materialien im Nanomaßstab global von den Eigenschaften derselben Materialien in großer Größe (in der üblichen Größe) unterscheiden. Beispielsweise könnte die Nanotechnologie neue Technologien zur Herstellung von Arzneimitteln und neue Wege zur Abgabe von Arzneimitteln an zuvor unzugänglichen Stellen im menschlichen Körper bereitstellen und so ihr Potenzial erweitern. Kleine Sensoren, die Krankheiten im Körper viel schneller diagnostizieren als bestehende Diagnosewerkzeuge; Dies sind einige der vielversprechenden Forschungsgebiete.
Ist Nanotechnologie gut oder schlecht?
Die Nanotechnologie bietet der Menschheit potenzielle Vorteile, birgt aber auch ernsthafte Gefahren. Einige Nanomaterialien sind für menschliche Muskeln und Zellen toxisch.
Anders als die größten Partikel können Nanomaterialien von den Mitochondrien der Zellen und dem Zellkern aufgenommen werden. Die Forschung hat gezeigt, dass Nanomaterialien möglicherweise mutieren und schwere strukturelle Schäden an Mitochondrien verursachen können, die sogar zum Zelltod führen können. Es ist angebracht, die Risiken einer möglichen Toxizität von Nanopartikeln und anderen Produkten der Technologie sorgfältig zu untersuchen, da die größte Gefahr von der schädlichen oder unklugen Verwendung der molekularen Herstellung ausgeht.
Was ist Nanotechnologie?
In den letzten Jahrzehnten wurde in den Bereichen Wissenschaft und Technik nach der Entwicklung neuer und fortschrittlicherer Energietechnologien gesucht, die das Leben auf der ganzen Welt verbessern können. Um von der aktuellen Generation der Technologie den nächsten Sprung nach vorne zu machen, haben Wissenschaftler und Ingenieure ein neues Wissenschaftsgebiet namens Nanotechnologie entwickelt.
Nanotechnologie ist definiert als die Wissenschaft und Technologie des Aufbaus elektronischer Schaltkreise und Geräte aus einzelnen Atomen und Molekülen oder der Zweig der Technik, der sich mit Dingen befasst, die kleiner als 100 Nanometer sind. Ein Nanometer (nm) ist ein Milliardstel Meter, ungefähr die Breite von drei oder vier Atomen. Zum Maßstabsvergleich ist das durchschnittliche menschliche Haar etwa 80.000 Nanometer breit, und ein einzelnes Viruspartikel ist etwa 100 Nanometer breit. Die Vorsilbe Nano kommt vom griechischen Wort nanos und bedeutet „Zwerg“. Wissenschaftler verwendeten das Präfix ursprünglich nur, um „sehr klein“ anzuzeigen, wie in „Nanoplankton“, aber es bedeutet jetzt ein Milliardstel, genauso wie Milli ein Tausendstel und Mikro eine Million bedeutet.
Der Begriff Nanotechnologie wird auch häufig verwendet, um die interdisziplinären Wissenschaftsbereiche zu beschreiben, die sich der Erforschung und Nutzung von Phänomenen im Nanomaßstab widmen.
Geschichte.
Die Geschichte der Nanotechnologie beginnt in den 1950er und 1960er Jahren, als die meisten Ingenieure groß und nicht klein dachten. Dies war die Ära großer Autos, großer Atombomben, großer Jets und großer Pläne, Menschen in den Weltraum zu schicken. Riesige Wolkenkratzer wie das World Trade Center wurden in den großen Städten der Welt gebaut. Die weltgrößten Öltanker, Kreuzfahrtschiffe, Brücken, Autobahnen und Elektrizitätswerke sind alle Produkte dieser Ära.
Andere Forschungen konzentrierten sich jedoch darauf, die Dinge kleiner zu machen. Die Erfindung des Transistors im Jahr 1947 und des ersten integrierten Schaltkreises (IC) im Jahr 1959 leitete eine Ära der Miniaturisierung der Elektronik ein. Es waren diese kleinen Geräte, die große Geräte wie Raumschiffe ermöglichten.
Als sich Elektronikingenieure darauf konzentrierten, Dinge kleiner zu machen, richteten Ingenieure und Wissenschaftler aus anderen Bereichen ihren Fokus auch auf kleine Dinge – Atome und Moleküle. Nach der erfolgreichen Spaltung des Atoms in den Jahren vor dem Zweiten Weltkrieg bemühten sich die Physiker, mehr über die Teilchen zu verstehen, aus denen Atome bestehen, und über die Kräfte, die sie zusammenhalten. Gleichzeitig arbeiteten Chemiker daran, Atome zu neuartigen Molekülen zu kombinieren, und hatten großen Erfolg bei der Umwandlung der komplexen Erdölmoleküle in alle möglichen nützlichen Kunststoffe.
Nanomaterialien.
Nanomaterialien – Materialien mit einzigartigen Eigenschaften, die sich aus ihren Abmessungen im Nanomaßstab ergeben – können fester oder leichter sein oder Wärme oder Elektrizität auf andere Weise leiten. Sie können sogar die Farbe ändern; Goldpartikel können je nach Größe rot, blau oder gold erscheinen. Diese besonderen Eigenschaften werden bereits vielfältig genutzt, etwa bei der Herstellung von Computerchips, CDs und Mobiltelefonen. Die Forschung findet zunehmend mehr über die Welt der Nonascale heraus, um mithilfe von Nanotechnologien neue Geräte zu entwickeln, die schneller, leichter, stärker oder effizienter sind.
Nanomedizin.
Nanomedizin ist ein Bereich der biomedizinischen Forschung, der versucht, Werkzeuge aus dem Bereich der Nanotechnologie zur Verbesserung der Gesundheit einzusetzen. Wissenschaftler sagen, dass sich die physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften von Materialien im Nanomaßstab auf grundlegende und wertvolle Weise von den Eigenschaften größerer Materie unterscheiden. Beispielsweise könnte die Nanotechnologie neue Formulierungen und neue Wege zur Abgabe von Arzneimitteln an zuvor unzugänglichen Stellen im Körper bereitstellen und dadurch das Potenzial eines Arzneimittels erweitern. Zu den vielversprechenden Forschungsgebieten gehören winzige Sensoren, die Krankheiten im Körper viel früher als bestehende Diagnoseinstrumente erkennen und die Größe von implantierten Molekülen verpumpen, um lebensrettende Medikamente genau dort abzugeben, wo sie benötigt werden.
Ist Nanotechnologie gut oder schlecht?
Die Nanotechnologie bietet der Menschheit potenzielle Vorteile, birgt aber auch ernsthafte Gefahren. Einige Nanomaterialien haben sich als toxisch für menschliches Gewebe und Zellkulturen erwiesen. Im Gegensatz zu großen Partikeln können Nanomaterialien von Zellmitochondrien und dem Zellkern absorbiert werden. Studien haben gezeigt, dass Nanomaterialien potenzielle DNA-Mutationen verursachen und große strukturelle Schäden an Mitochondrien hervorrufen können, die sogar zum Zelltod führen können.
Obwohl die Nanotechnologie aus den 1950er Jahren stammt, haben die größten Veränderungen erst in den letzten Jahren stattgefunden. Innerhalb weniger Jahre haben Regierungen auf der ganzen Welt neue Forschungsprogramme auf den Weg gebracht.
Die in den nächsten 10 Jahren zu erwartenden fortschrittlicheren Nanotechnologieentwicklungen werden höchstwahrscheinlich Lösungen zur Reparatur und Neuordnung lebender Zellen umfassen.
Markin Kirill Petrowitsch
Das als Nanotechnologie bezeichnete Wissenschafts- und Technologiegebiet ist relativ neu. Die Aussichten für diese Wissenschaft sind grandios. Allein das Teilchen „Nano“ bedeutet ein Milliardstel Wert. Beispielsweise ist ein Nanometer ein Milliardstel Meter. Diese Dimensionen ähneln denen von Molekülen und Atomen. Die genaue Definition von Nanotechnologien lautet wie folgt: Nanotechnologien sind Technologien, die Materie auf der Ebene von Atomen und Molekülen manipulieren (weshalb Nanotechnologien auch Molekulartechnologie genannt werden). Den Anstoß für die Entwicklung der Nanotechnologie gab ein Vortrag von Richard Feynman, in dem er wissenschaftlich beweist, dass es aus Sicht der Physik keine Hindernisse gibt, Dinge direkt aus Atomen zu erschaffen. Um ein Mittel zur effizienten Manipulation von Atomen zu bezeichnen, wurde das Konzept eines Assemblers eingeführt – einer molekularen Nanomaschine, die jede molekulare Struktur aufbauen kann. Ein Beispiel für einen natürlichen Assembler ist ein Ribosom, das Proteine in lebenden Organismen synthetisiert. Offensichtlich ist die Nanotechnologie nicht nur ein separater Teil des Wissens, sondern ein groß angelegtes, umfassendes Forschungsgebiet mit Bezug zu den Grundlagenwissenschaften. Wir können sagen, dass fast jedes Fach, das in der Schule unterrichtet wird, auf die eine oder andere Weise mit den Technologien der Zukunft verbunden sein wird. Am offensichtlichsten ist die Verbindung von „Nano“ mit Physik, Chemie und Biologie. Offensichtlich werden diese Wissenschaften im Zusammenhang mit der nahenden nanotechnischen Revolution die größten Entwicklungsimpulse erhalten.
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Vorschau:
Städtische Haushaltsbildungseinrichtung
"Sekundarschule Nr. 2 benannt nach. AA Arakantsev Semikarakorsk
Einführung………………………………………………………………….. | |
1. Nanotechnologien in der modernen Welt………………………………... | |
1.1 Entstehungsgeschichte der Nanotechnologie…………………………... | |
1.2 Nanotechnologien in verschiedenen Bereichen menschlicher Aktivität…. | |
1.2.1 Nanotechnologien im Weltraum…………………………………………… | |
1.2.2 Nanotechnologien in der Medizin………………………………………. | |
1.2.3 Nanotechnologien in der Lebensmittelindustrie…………………... | |
1.2.4 Nanotechnologien in militärischen Angelegenheiten………………………………….. | |
Fazit……………………………………………………………….. | |
Referenzliste……………………………..................................... .... | |
Einführung.
Derzeit wissen nur wenige, was Nanotechnologie ist, obwohl die Zukunft hinter dieser Wissenschaft liegt.
Zielsetzung:
Erfahren Sie, was Nanotechnologie ist;
Finden Sie die Anwendung dieser Wissenschaft in verschiedenen Branchen heraus;
Finden Sie heraus, ob Nanotechnologie für Menschen gefährlich sein kann.
Das als Nanotechnologie bezeichnete Wissenschafts- und Technologiegebiet ist relativ neu. Die Aussichten für diese Wissenschaft sind grandios. Allein das Teilchen „Nano“ bedeutet ein Milliardstel Wert. Beispielsweise ist ein Nanometer ein Milliardstel Meter. Diese Dimensionen ähneln denen von Molekülen und Atomen. Die genaue Definition von Nanotechnologien lautet wie folgt: Nanotechnologien sind Technologien, die Materie auf der Ebene von Atomen und Molekülen manipulieren (weshalb Nanotechnologien auch Molekulartechnologie genannt werden). Den Anstoß für die Entwicklung der Nanotechnologie gab ein Vortrag von Richard Feynman, in dem er wissenschaftlich beweist, dass es aus Sicht der Physik keine Hindernisse gibt, Dinge direkt aus Atomen zu erschaffen. Um ein Mittel zur effizienten Manipulation von Atomen zu bezeichnen, wurde das Konzept eines Assemblers eingeführt – einer molekularen Nanomaschine, die jede molekulare Struktur aufbauen kann. Ein Beispiel für einen natürlichen Assembler ist ein Ribosom, das Proteine in lebenden Organismen synthetisiert. Offensichtlich ist die Nanotechnologie nicht nur ein separater Teil des Wissens, sondern ein groß angelegtes, umfassendes Forschungsgebiet mit Bezug zu den Grundlagenwissenschaften. Wir können sagen, dass fast jedes Fach, das in der Schule unterrichtet wird, auf die eine oder andere Weise mit den Technologien der Zukunft verbunden sein wird. Am offensichtlichsten ist die Verbindung von „Nano“ mit Physik, Chemie und Biologie. Offensichtlich werden diese Wissenschaften im Zusammenhang mit der nahenden nanotechnischen Revolution die größten Entwicklungsimpulse erhalten.
Bereits heute können wir die Vorteile und neuen Möglichkeiten genießenNanotechnologien in:
- Medizin, einschließlich Luft- und Raumfahrt;
- Pharmakologie;
- Geriatrie;
- Schutz der Gesundheit der Nation im Zusammenhang mit der wachsenden Umweltkrise und von Menschen verursachten Katastrophen;
- weltweite Computernetze und Informationskommunikation auf der Grundlage neuer physikalischer Prinzipien;
- Ultra-Langstrecken-Kommunikationssysteme;
- Automobil-, Traktor- und Luftfahrtausrüstung;
- Verkehrssicherheit;
- Informationssicherheitssysteme;
- Lösung von Umweltproblemen von Megastädten;
- Landwirtschaft;
- Lösung der Probleme der Trinkwasserversorgung und Abwasserbehandlung;
- grundlegend neue Navigationssysteme;
- Erneuerung natürlicher mineralischer und kohlenwasserstoffhaltiger Rohstoffe.
Wir haben uns entschieden, uns auf die Anwendung der Nanotechnologie in der Medizin, der Lebensmittelindustrie, dem Militär und der Raumfahrt zu konzentrieren, da diese Bereiche unser Interesse geweckt haben.
1. Nanotechnologie in der modernen Welt.
1.1 Die Entstehungsgeschichte der Nanotechnologie.
Wissenschaft „Nanotechnologien ICH" entstanden durch die revolutionären Veränderungen in der Informatik!
1947 wurde der Transistor erfunden, danach begann die Ära der Blütezeit der Halbleitertechnologie, in der die Größe der hergestellten Siliziumgeräte ständig abnahm.Der Begriff „Nanotechnologie“1974 schlug der Japaner Noryo Taniguchi vor, den Prozess des Baus neuer Objekte und Materialien durch Manipulation einzelner Atome zu beschreiben. Der Name kommt vom Wort "Nanometer" - ein Milliardstel Meter (10-9 m).
Modern ausgedrückt sind Nanotechnologien Technologien zur Herstellung supermikroskopischer Strukturen aus kleinsten Materiepartikeln, die alle technischen Prozesse vereinen, die direkt mit Atomen und Molekülen zu tun haben.
Die moderne Nanotechnologie hat eine ziemlich tiefe historische Spur. Archäologische Funde bezeugen die Existenz kolloidaler Formulierungen in der Antike, zum Beispiel „chinesische Tinte“. Antikes Ägypten. Der berühmte Damaststahl wurde aufgrund des Vorhandenseins von Nanoröhren hergestellt.
Als Vater der Idee der Nanotechnologie kann bedingt der griechische Philosoph Demokrit um 400 v. Chr. angesehen werden. Ära verwendete er erstmals das Wort "Atom", was auf Griechisch "unzerbrechlich" bedeutet, um das kleinste Teilchen der Materie zu beschreiben.
Hier ist ein beispielhafter Entwicklungspfad:
- 1905 Der Schweizer Physiker Albert Einstein veröffentlichte eine Arbeit, in der er bewies, dass die Größe eines Zuckermoleküls ungefähr 1 Nanometer beträgt.
- 1931 Die deutschen Physiker Max Knoll und Ernst Ruska schufen ein Elektronenmikroskop, das erstmals die Untersuchung von Nanoobjekten ermöglichte.
- 1934 Der amerikanische theoretische Physiker und Nobelpreisträger Eugene Wigner begründete theoretisch die Möglichkeit, ein ultrafeines Metall mit einer relativ kleinen Anzahl von Leitungselektronen zu erzeugen.
- 1951 John von Neumann hob die Prinzipien selbstkopierender Maschinen hervor, Wissenschaftler bestätigten allgemein ihre Möglichkeit.
- 1953 beschrieben Watson und Crick die Struktur der DNA, die zeigte, wie Lebewesen die Anweisungen kommunizieren, die ihren Aufbau regeln.
- 1959 Der amerikanische Physiker Richard Feynman veröffentlichte als erster eine Abhandlung, in der er die Perspektiven der Miniaturisierung bewertete. Nobelpreisträger R. Feynman schrieb einen Satz, der heute als Prophezeiung gilt: "Soweit ich sehen kann, verbieten die Prinzipien der Physik nicht die Manipulation einzelner Atome." Diese Idee wurde geäußert, als der Beginn der postindustriellen Ära noch nicht erkannt wurde; damals gab es keine integrierten schaltkreise, keine mikroprozessoren, keine personalcomputer.
- 1974 Der japanische Physiker Norio Taniguchi prägte den Begriff „Nanotechnologie“ für Mechanismen, die kleiner als ein Mikrometer sind. Das griechische Wort „nanos“ bedeutet so viel wie „alter Mann“.
- 1981 Gleiter machte zunächst auf die Möglichkeit aufmerksam, Materialien mit einzigartigen Eigenschaften zu schaffen, deren Struktur durch Kristallite im Nanobereich repräsentiert wird.
- Am 27. März 1981 zitierte CBS Radio News einen NASA-Wissenschaftler mit der Aussage, dass Ingenieure innerhalb von zwanzig Jahren in der Lage sein würden, sich selbst replizierende Roboter für den Einsatz im Weltraum oder auf der Erde zu bauen. Diese Maschinen würden Kopien von sich selbst erstellen, und die Kopien könnten angewiesen werden, nützliche Produkte herzustellen.
- 1982 G. Bining und G. Rohrer entwickeln das erste Rastertunnelmikroskop.
- 1985 Die amerikanischen Physiker Robert Curl, Harold Kroto und Richard Smaley haben eine Technologie entwickelt, mit der Sie Objekte mit einem Durchmesser von einem Nanometer genau messen können.
- 1986 Die Nanotechnologie ist in der breiten Öffentlichkeit bekannt geworden. Der amerikanische Wissenschaftler Eric Drexler veröffentlichte das Buch Engines of Creation: The Coming of the Era of Nanotechnology, in dem er voraussagte, dass sich die Nanotechnologie bald aktiv entwickeln würde.
- 1991, Houston (USA), Department of Chemistry, Rice University. Dr. R. Smalley (Nobelpreisträger 1996) verdampfte in seinem Labor unter Vakuum mit einem Laser Graphit, dessen Gasphase aus ziemlich großen Kratern bestand: jeder mit 60 Kohlenstoffatomen. Ein Cluster aus 60 Atomen ist stabiler, da er eine erhöhte freie Energie hat. Dieser Cluster ist eine strukturelle Formation, die einem Fußball ähnelt, und es wurde vorgeschlagen, dieses Molekül Fulleren zu nennen.
- 1991 entdeckte Sumio Ijima, ein Mitarbeiter des NEC-Labors in Japan, erstmals Kohlenstoffnanoröhren, die einige Monate zuvor von dem russischen Physiker L. Chernozatonsky und dem Amerikaner J. Mintmir vorhergesagt worden waren.
- 1995 Am Forschungsinstitut für Physik und Chemie benannt nach L.Ya. Karpov hat einen Sensor entwickelt, der auf einem Film-Nanokomposit basiert und verschiedene Substanzen in der Atmosphäre (Ammoniak, Alkohol, Wasserdampf) erkennt.
- 1997 Richard E. Smalley, Chemie-Nobelpreisträger von 1996, Professor für Chemie und Physik, sagte die Anordnung von Atomen bis zum Jahr 2000 voraus und sagte gleichzeitig das Erscheinen der ersten kommerziellen Nanoprodukte voraus. Diese Vorhersage traf innerhalb des vorhergesagten Zeitrahmens ein.
- 1998 die Abhängigkeiten der elektrischen Eigenschaften von Nanoröhren von geometrischen Parametern wurden experimentell bestätigt.
- 1998 Der niederländische Physiker Seez Dekker hat den Transistor auf Basis der Nanotechnologie entwickelt.
- 1998 Das Entwicklungstempo der Nanotechnologie begann stark zuzunehmen. Japan hat die Nanotechnologie als wahrscheinliche Technologiekategorie für das 21. Jahrhundert identifiziert.
- 1999 Die amerikanischen Physiker James Tour und Mark Reed stellten fest, dass sich ein einzelnes Molekül genauso verhalten kann wie Molekülketten.
- Jahr 2000. Forschungsgruppe Hewlett-Packard hat ein Schaltermolekül oder eine Minimikrodiode mit den neuesten nanotechnologischen Selbstorganisationsmethoden entwickelt.
- Jahr 2000. Beginn der Ära der hybriden Nanoelektronik.
- 2002 S. Dekker kombinierte eine Nanoröhre mit DNA und erhielt einen einzigen Nanomechanismus.
- 2003 Japanische Wissenschaftler haben als weltweit erste ein Festkörpergerät entwickelt, das eines der beiden Hauptelemente implementiert, die zur Herstellung eines Quantencomputers erforderlich sind. 2004. Der „weltweit erste“ Quantencomputer wurde vorgestellt
- Am 7. September 2006 genehmigte die Regierung der Russischen Föderation das Konzept des Föderalen Zielprogramms für die Entwicklung von Nanotechnologien für 2007-2010.
Auf diese Weise Die historisch entstandene Nanotechnologie dringt, nachdem sie das theoretische Feld des gesellschaftlichen Bewusstseins erobert hat, bis heute in dessen alltägliche Schicht vor.
Nanotechnologie sollte jedoch nicht nur auf einen lokalen revolutionären Durchbruch in diesen Bereichen (Elektronik, Informationstechnologie). In der Nanotechnologie wurden bereits einige außerordentlich wichtige Ergebnisse erzielt, die auf bedeutende Fortschritte in der Entwicklung vieler anderer Wissenschafts- und Technologiebereiche (Medizin und Biologie, Chemie, Ökologie, Energie, Mechanik usw.) hoffen lassen. Zum Beispiel, wenn man sich in den Nanometerbereich bewegt (d. h. zu Objekten mit charakteristischen Längen von ungefähr 10 nm), viele die wichtigsten Eigenschaften Stoffe und Materialien verändern sich erheblich. Wir sprechen über so wichtige Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, optischer Brechungsindex, magnetische Eigenschaften, Festigkeit, Hitzebeständigkeit usw. Basierend auf Materialien mit Es entstehen bereits neue Arten von Solarbatterien, Energiewandlern, umweltfreundlichen Produkten etc. mit neuen Eigenschaften.Möglicherweise wird die Herstellung billiger, energiesparender und umweltfreundlicher Materialien die wichtigste Folge der Einführung der Nanotechnologie sein.Es wurden bereits hochempfindliche biologische Sensoren (Sensoren) und andere Geräte geschaffen, die es ermöglichen, über die Entstehung einer neuen Wissenschaft der Nanobiotechnologie zu sprechen, und große Aussichten haben. praktische Anwendung. Die Nanotechnologie bietet neue Möglichkeiten für die Mikrobearbeitung von Materialien und die Schaffung auf dieser Grundlage neuer Produktionsverfahren und neuer Produkte, die einen revolutionären Einfluss auf das wirtschaftliche und soziale Leben zukünftiger Generationen haben sollten.
1.2. Nanotechnologien in verschiedenen Bereichen des menschlichen Lebens
Das Vordringen der Nanotechnologie in die Sphären des menschlichen Handelns lässt sich als Baum der Nanotechnologie darstellen. Die Anwendung wird als Baum dargestellt, wobei Zweige die Hauptanwendungen darstellen und Zweige von den Hauptzweigen die Differenzierung innerhalb der Hauptanwendungen zu einem bestimmten Zeitpunkt darstellen.
Heute (2000 - 2010) ergibt sich folgendes Bild:
- Biowissenschaften umfassen die Entwicklung von Gen-Tag-Technologie, Oberflächen für Implantate, antimikrobielle Oberflächen, zielgerichtete Medikamente, Gewebezüchtung, onkologische Therapie.
- Einfache Fasern legen die Entwicklung der Papiertechnologie nahe, billige Baumaterialien, leichte Platten, Autoteile, Hochleistungsmaterialien.
- Nano-Clips beinhalten die Herstellung neuer Stoffe, Glasbeschichtungen, "intelligenter" Sande, Papier, Kohlefasern.
- Korrosionsschutz durch Nano-Additive zu Kupfer, Aluminium, Magnesium, Stahl.
- Katalysatoren finden Anwendung in der Landwirtschaft, Desodorierung und Lebensmittelproduktion.
- Leicht zu reinigende Materialien werden im Alltag, in der Architektur, in der Milch- und Lebensmittelindustrie, im Transportwesen und in der Sanitärtechnik eingesetzt. Dies ist die Herstellung von selbstreinigenden Gläsern, Krankenhausgeräten und -werkzeugen, Anti-Schimmel-Beschichtungen und leicht zu reinigenden Keramiken.
- Biobeschichtungen werden in Sportgeräten und Lagern eingesetzt.
- Die Optik als Anwendungsgebiet der Nanotechnologie umfasst Bereiche wie die Elektrochromie, die Herstellung optischer Linsen. Dies sind neue photochrome Optiken, leicht zu reinigende Optiken und beschichtete Optiken.
- Keramik im Bereich der Nanotechnologie ermöglicht die Gewinnung von Elektrolumineszenz und Photolumineszenz, Druckpasten, Pigmenten, Nanopulvern, Mikropartikeln, Membranen.
- Computertechnik und Elektronik als Anwendungsgebiet der Nanotechnologie werden Elektronik, Nanosensoren, Haushalts(eingebettete) Mikrocomputer, Visualisierungstools und Energiewandler entwickeln. Darüber hinaus ist es die Entwicklung globaler Netzwerke, drahtloser Kommunikation, Quanten- und DNA-Computer.
- Nanomedizin als Anwendungsgebiet der Nanotechnologie umfasst Nanomaterialien für die Prothetik, „intelligente“ Prothesen, Nanokapseln, diagnostische Nanosonden, Implantate, DNA-Rekonstruktoren und -Analysatoren, „intelligente“ und Präzisionsinstrumente, gerichtete Pharmazeutika.
- Der Weltraum als Anwendungsgebiet der Nanotechnologie wird die Perspektive für mechanoelektrische Wandler eröffnen Solarenergie, Nanomaterialien für Weltraumanwendungen.
- Ökologie als Anwendungsgebiet der Nanotechnologie ist die Wiederherstellung der Ozonschicht, Wetterkontrolle.
1.2.1 Nanotechnologie im Weltraum
Im Weltraum tobt eine Revolution. Es wurden Satelliten und Nanogeräte bis zu 20 Kilogramm hergestellt.
Es wurde ein System von Mikrosatelliten geschaffen, das weniger anfällig für Zerstörungsversuche ist. Es ist eine Sache, einen Koloss im Orbit abzuschießen, der mehrere hundert Kilogramm oder sogar Tonnen wiegt und sofort die gesamte Weltraumkommunikation oder -intelligenz außer Kraft setzt, und eine andere, wenn sich ein ganzer Schwarm von Mikrosatelliten im Orbit befindet. Der Ausfall eines von ihnen wird in diesem Fall den Betrieb des Systems als Ganzes nicht stören. Dementsprechend können die Anforderungen an die Betriebszuverlässigkeit jedes Satelliten verringert werden.
Junge Wissenschaftler glauben, dass unter anderem die Schaffung neuer Technologien im Bereich Optik, Kommunikationssysteme, Methoden zum Übertragen, Empfangen und Verarbeiten großer Informationsmengen den Schlüsselproblemen der Mikrominiaturisierung von Satelliten zugeschrieben werden sollte. Wir sprechen von Nanotechnologien und Nanomaterialien, die es ermöglichen, die Masse und die Abmessungen von Geräten, die in den Weltraum gebracht werden, um zwei Größenordnungen zu reduzieren. Beispielsweise ist die Festigkeit von Nanonickel 6-mal höher als die von herkömmlichem Nickel, was den Einsatz in Raketentriebwerke Reduzieren Sie die Masse der Düse um 20-30%.Die Reduzierung der Masse der Weltraumtechnologie löst viele Probleme: Sie verlängert den Aufenthalt des Raumfahrzeugs im Weltraum, ermöglicht ihm, weiter zu fliegen und mehr nützliche Ausrüstung für die Forschung zu transportieren. Gleichzeitig wird das Problem der Energieversorgung gelöst. Mit Miniaturgeräten werden bald viele Phänomene untersucht, zum Beispiel der Einfluss von Sonnenstrahlen auf Prozesse auf der Erde und im erdnahen Weltraum.
Der Weltraum ist heute kein Exot, und seine Erforschung ist nicht nur eine Frage des Prestiges. Zunächst einmal geht es um die nationale Sicherheit und die nationale Wettbewerbsfähigkeit unseres Staates. Gerade die Entwicklung superkomplexer Nanosysteme kann zu einem nationalen Vorteil des Landes werden. Wie die Nanotechnologie werden uns auch die Nanomaterialien die Möglichkeit geben, ernsthaft über bemannte Flüge zu verschiedenen Planeten zu sprechen. Sonnensystem. Es ist der Einsatz von Nanomaterialien und Nanomechanismen, die bemannte Flüge zum Mars und die Erforschung der Mondoberfläche Wirklichkeit werden lassen.Eine weitere äußerst beliebte Richtung in der Entwicklung von Mikrosatelliten ist die Schaffung der Fernerkundung der Erde (ERS). Mit einer Auflösung von Satellitenbildern von 1 m im Radarbereich und weniger als 1 m im optischen Bereich (zunächst werden solche Daten in der Kartographie verwendet) begann sich ein Markt für Informationskonsumenten zu bilden.
1.2.2 Nanotechnologie in der Medizin
Jüngste Fortschritte in der Nanotechnologie können Wissenschaftlern zufolge im Kampf gegen Krebs sehr nützlich sein. Ein Anti-Krebs-Medikament wurde direkt zum Ziel entwickelt – in Zellen, die von einem bösartigen Tumor befallen sind. Ein neues System, das auf einem Material basiert, das als Biosilizium bekannt ist. Nanosilikon hat eine poröse Struktur (mit einem Durchmesser von zehn Atomen), die für die Einführung von Arzneimitteln, Proteinen und Radionukliden geeignet ist. Ist das Ziel erreicht, beginnt das Biosilizium zu zerfallen und die von ihm abgegebenen Medikamente werden zur Wirkung gebracht. Darüber hinaus können Sie mit dem neuen System laut den Entwicklern die Dosierung des Medikaments anpassen.
Mitarbeiter des Zentrums für Biologische Nanotechnologie haben in den vergangenen Jahren an der Entwicklung von Mikrosensoren gearbeitet, mit denen Krebszellen im Körper entdeckt und diese schreckliche Krankheit bekämpft werden sollen.
Eine neue Technik zur Erkennung von Krebszellen basiert auf der Implantation von winzigen kugelförmigen Reservoirs aus synthetischen Polymeren, sogenannten Dendrimeren (von griechisch dendron - Baum) in den menschlichen Körper. Diese Polymere wurden im letzten Jahrzehnt synthetisiert und haben eine grundlegend neue, nicht feste Struktur, die der Struktur von Korallen oder Holz ähnelt. Solche Polymere werden hyperverzweigt oder kaskadiert genannt. Diejenigen, bei denen die Verzweigung regelmäßig ist, werden Dendrimere genannt. Im Durchmesser erreicht jede solche Kugel oder jeder Nanosensor nur 5 Nanometer - 5 Milliardstel Meter, was es ermöglicht, Milliarden solcher Nanosensoren auf einem kleinen Bereich des Weltraums zu platzieren.
Sobald sie sich im Körper befinden, dringen diese winzigen Sensoren in die Lymphozyten ein, die weißen Blutkörperchen, die die Abwehrreaktion des Körpers gegen Infektionen und andere Krankheitserreger darstellen. Wenn die Immunantwort lymphoider Zellen auf eine bestimmte Krankheit oder Umweltbedingung – beispielsweise eine Erkältung oder Strahlenbelastung – reagiert, verändert sich die Proteinstruktur der Zelle. Jeder Nanosensor, der mit speziellen Chemikalien beschichtet ist, beginnt bei solchen Veränderungen zu leuchten.
Um dieses Leuchten zu sehen, werden Wissenschaftler ein spezielles Gerät entwickeln, das die Netzhaut scannt. Der Laser eines solchen Geräts sollte das Leuchten von Lymphozyten erkennen, wenn sie einzeln durch die engen Kapillaren des Augenhintergrunds strömen. Wenn genügend markierte Sensoren in den Lymphozyten vorhanden sind, wäre ein 15-Sekunden-Scan erforderlich, um Schäden an der Zelle zu erkennen, sagen die Wissenschaftler.
Hier werden die größten Auswirkungen der Nanotechnologie erwartet, da sie die Existenzgrundlage der Gesellschaft – den Menschen – betrifft. Die Nanotechnologie erreicht eine solche dimensionale Ebene der physischen Welt, auf der die Unterscheidung zwischen Lebendigem und Unbelebtem ins Wanken gerät – das sind molekulare Maschinen. Sogar ein Virus kann teilweise als lebendes System betrachtet werden, da es Informationen über seinen Aufbau enthält. Aber das Ribosom, obwohl es aus denselben Atomen besteht wie die gesamte organische Materie, enthält solche Informationen nicht und ist daher nur eine organische molekulare Maschine. Die Nanotechnologie in ihrer entwickelten Form beinhaltet die Konstruktion von Nanorobotern, molekularen Maschinen aus anorganischer atomarer Zusammensetzung, diese Maschinen werden in der Lage sein, ihre Kopien zu bauen, wenn sie Informationen über eine solche Konstruktion haben. Daher beginnt die Grenze zwischen Lebendigkeit und Nichtlebendigkeit zu verschwimmen. Bis heute wurde nur ein primitiver gehender DNA-Roboter geschaffen.
Die Nanomedizin wird durch folgende Möglichkeiten repräsentiert:
1. Labs on a Chip, gezielte Wirkstoffabgabe im Körper.
2. DNA - Chips (Erstellung individueller Medikamente).
3. Künstliche Enzyme und Antikörper.
4. Künstliche Organe, künstliche funktionelle Polymere (Ersatz für organisches Gewebe). Diese Richtung ist eng mit der Idee des künstlichen Lebens verbunden und führt in Zukunft zur Schaffung von Robotern mit künstlichem Bewusstsein und der Fähigkeit zur Selbstheilung auf molekularer Ebene. Dies liegt an der Erweiterung des Lebensbegriffs über das Organische hinaus
5. Nanoroboter-Chirurgen (Biomechanismen, die Veränderungen durchführen und medizinische Maßnahmen erfordern, Erkennung und Zerstörung von Krebszellen). Dies ist die radikalste Anwendung der Nanotechnologie in der Medizin, die die Schaffung molekularer Nanoroboter sein wird, die Infektionen und Krebstumore zerstören, beschädigte DNA, Gewebe und Organe reparieren, ganze Lebenserhaltungssysteme des Körpers duplizieren und die Eigenschaften des Körpers verändern können.
Betrachtet man ein einzelnes Atom als Baustein oder „Detail“, suchen Nanotechnologien nach praktischen Wegen, um Materialien mit gewünschten Eigenschaften aus diesen Details zu konstruieren. Viele Unternehmen wissen bereits, wie man Atome und Moleküle zu bestimmten Strukturen zusammensetzt.
Beliebige Moleküle werden künftig wie ein Kinderdesigner zusammengesetzt. Dazu ist der Einsatz von Nanorobotern (Nanobots) geplant. Tatsächlich kann jede beschreibbare chemisch stabile Struktur aufgebaut werden.. Da ein Nanobot programmiert werden kann, um jede Struktur zu bauen, insbesondere um einen anderen Nanobot zu bauen, werden sie sehr billig sein. Nanobots arbeiten in großen Gruppen und können beliebige Objekte mit geringen Kosten und hoher Genauigkeit erstellen. In der Medizin liegt das Problem beim Einsatz von Nanotechnologien in der Notwendigkeit, die Struktur der Zelle auf molekularer Ebene zu verändern, d.h. mit Hilfe von Nanobots "molekulare Chirurgie" durchzuführen. Es wird erwartet, dass molekulare Roboterärzte geschaffen werden, die im menschlichen Körper „leben“ und alle auftretenden Schäden beseitigen oder deren Auftreten verhindern können.Durch die Manipulation einzelner Atome und Moleküle werden Nanobots in der Lage sein, Zellen zu reparieren. Die vorhergesagte Zeit für die Schaffung von Roboterärzten ist die erste Hälfte des 21. Jahrhunderts.
Trotz des derzeitigen Stands der Dinge sind Nanotechnologien als Kardinallösung für das Problem des Alterns mehr als vielversprechend.
Dies liegt daran, dass Nanotechnologien in vielen Branchen ein großes Potenzial für kommerzielle Anwendungen haben und dementsprechend neben ernsthafter staatlicher Förderung von vielen großen Unternehmen in dieser Richtung geforscht wird.
Gut möglich, dass Nanobots nach der Verbesserung zur „ewigen Jugend“ nicht mehr benötigt werden oder von der Zelle selbst produziert werden.
Um diese Ziele zu erreichen, muss die Menschheit drei Hauptfragen lösen:
1. Entwerfen und bauen Sie molekulare Roboter, die Moleküle reparieren können.
2. Entwerfen und erstellen Sie Nanocomputer, die Nanomaschinen steuern.
3. Erstellen Gesamte Beschreibung aller Moleküle im menschlichen Körper, mit anderen Worten, um eine Karte des menschlichen Körpers auf atomarer Ebene zu erstellen.
Die Hauptschwierigkeit bei der Nanotechnologie ist das Problem, den ersten Nanobot zu entwickeln. Es gibt mehrere vielversprechende Richtungen.
Eine davon ist, das Rastertunnelmikroskop oder Rasterkraftmikroskop zu verbessern und Positionsgenauigkeit und Greifkraft zu erreichen.
Ein weiterer Weg zur Entstehung des ersten Nanobots führt über die chemische Synthese. Vielleicht das Entwerfen und Synthetisieren ausgeklügelter chemischer Komponenten, die in Lösung zur Selbstorganisation fähig wären.
Und ein anderer Weg führt über die Biochemie. Ribosomen (innerhalb der Zelle) sind spezialisierte Nanobots, und wir können sie verwenden, um vielseitigere Roboter zu erschaffen.
Diese Nanobots werden in der Lage sein, den Alterungsprozess zu verlangsamen, einzelne Zellen zu behandeln und mit einzelnen Neuronen zu interagieren.
Die Forschungsarbeiten haben vor relativ kurzer Zeit begonnen, aber das Tempo der Entdeckungen in diesem Bereich ist extrem hoch, viele glauben, dass dies die Zukunft der Medizin ist.
1.2.3 Nanotechnologie in der Lebensmittelindustrie
Nanofood (Nanofood) ist ein neuer, obskurer und unansehnlicher Begriff. Nahrung für Nanomenschen? Sehr kleine Portionen? Lebensmittel aus Nanofabriken? Nein, natürlich. Aber dennoch ist es ein merkwürdiger Trend in der Lebensmittelindustrie. Es stellt sich heraus, dass Nanoeating eine ganze Reihe wissenschaftlicher Ideen ist, die bereits auf dem Weg zur Umsetzung und Anwendung in der Industrie sind. Erstens kann die Nanotechnologie Lebensmittelherstellern einzigartige Möglichkeiten für die vollständige Echtzeitüberwachung der Qualität und Sicherheit von Produkten direkt im Produktionsprozess bieten. Die Rede ist von Diagnosemaschinen mit verschiedenen Nanosensoren oder sogenannten Quantenpunkten, die kleinste chemische Verunreinigungen oder gefährliche biologische Wirkstoffe in Produkten schnell und zuverlässig erkennen können. Und die Lebensmittelproduktion sowie deren Transport und Lagerungsmethoden können ihren Anteil an nützlichen Innovationen aus der Nanotechnologieindustrie erhalten. Laut Wissenschaftlern werden die ersten massenproduzierten Maschinen dieser Art in den nächsten vier Jahren in der Massenproduktion von Lebensmitteln auftauchen. Aber auch radikalere Ideen stehen auf der Agenda. Sind Sie bereit, Nanopartikel zu schlucken, die Sie nicht sehen können? Was aber, wenn Nanopartikel gezielt eingesetzt werden, um nützliche Substanzen und Medikamente an genau ausgewählte Körperstellen zu bringen? Was wäre, wenn solche Nanokapseln eingeführt werden könnten Lebensmittel? Bisher hat noch niemand Nanofood verwendet, aber Vorentwicklungen sind bereits im Gange. Experten sagen, dass essbare Nanopartikel aus Silizium, Keramik oder Polymeren hergestellt werden können. Und natürlich - organische Stoffe. Und wenn hinsichtlich der Sicherheit der sogenannten "weichen" Partikel, die in Struktur und Zusammensetzung biologischen Materialien ähneln, alles klar ist, dann sind "harte" Partikel aus anorganischen Stoffen ein großer weißer Fleck am Schnittpunkt zweier Territorien - Nanotechnologie und Biologie. Wissenschaftler können noch nicht sagen, welche Wege solche Partikel im Körper zurücklegen und wo sie dabei aufhören. Dies bleibt abzuwarten. Einige Experten zeichnen jedoch bereits futuristische Bilder der Vorteile von Nano-Essern. Zusätzlich zur Lieferung wertvoller Nährstoffe an die richtigen Zellen. Die Idee ist folgende: Jeder kauft das gleiche Getränk, aber dann kann der Konsument die Nanopartikel selbst steuern, sodass sich Geschmack, Farbe, Aroma und Konzentration des Getränks vor seinen Augen verändern.
1.2.4 Nanotechnologie im Militär
Die militärische Nutzung von Nanotechnologien eröffnet eine qualitativ neue Ebene militärisch-technischer Dominanz in der Welt. Die Hauptrichtungen bei der Schaffung neuer Waffen auf Basis der Nanotechnologie können in Betracht gezogen werden:
1. Schaffung neuer leistungsstarker Miniatursprengkörper.
2. Zerstörung von Makrogeräten auf Nanoebene.
3. Spionage und Schmerzunterdrückung durch Neurotechnologien.
4. Biologische Waffen und Nanogeräte der genetischen Führung.
5. Nanoausrüstung für Soldaten.
6. Schutz vor chemischen und biologischen Waffen.
7. Nanogeräte in Kontrollsystemen für militärische Ausrüstung.
8. Nanobeschichtungen für militärische Ausrüstung.
Die Nanotechnologie wird die Herstellung starker Sprengstoffe ermöglichen. Die Größe von Sprengstoffen kann um das Zehnfache reduziert werden. Ein Angriff von Lenkflugkörpern mit Nanosprengstoffen auf Wiederaufbereitungsanlagen für Kernbrennstoffe könnte dem Land die physische Fähigkeit nehmen, waffenfähiges Plutonium zu produzieren. Die Einführung kleiner Robotergeräte in elektronische Geräte kann den Betrieb elektrischer Schaltungen und Mechanik mit Hilfe von stören. Der Ausfall von Kontrollzentren und Kommandoposten kann nicht verhindert werden, wenn die Nanogeräte nicht isoliert werden. Roboter für die Demontage von Materialien auf atomarer Ebene werden zu einer mächtigen Waffe, die die Panzerung von Panzern, die Betonstrukturen von Bunkern, Kernreaktorgehäuse und die Körper von Soldaten in Staub verwandelt. Aber das ist noch immer nur die Aussicht auf eine fortgeschrittene Form der Nanotechnologie. Inzwischen wird auf dem Gebiet der neuronalen Technologien geforscht, deren Entwicklung zur Entstehung militärischer Nanogeräte führen wird, die Spionage betreiben oder die Kontrolle über die Funktionen des menschlichen Körpers abfangen, indem sie die Verbindung mit Nanogeräten nutzen nervöses System. NASA-Labors haben bereits Betriebsmuster von Geräten zum Abfangen interner Sprache erstellt. Photonische Komponenten auf Nanostrukturen, die riesige Informationsmengen empfangen und verarbeiten können, werden zur Grundlage von Weltraumüberwachungs-, Bodenüberwachungs- und Spionagesystemen. Mit Hilfe von im Gehirn eingebetteten Nanogeräten ist es möglich, „künstliches“ (technisches) Sehen mit einem im Vergleich zum biologischen Sehen erweiterten Wahrnehmungsspektrum zu erreichen. Ein in Körper und Gehirn implantiertes Schmerzunterdrückungssystem für Soldaten, Neurochips, werden entwickelt.
Die nächste Anwendung der Nanotechnologie im militärischen Bereich sind genetische Steuerungs-Nanogeräte. Ein genetisch gesteuertes Nanogerät kann so programmiert werden, dass es bestimmte Leistungen erbringt destruktive Aktionen abhängig von der genetischen Struktur der DNA der Zelle, in der sie gelandet ist. Als Bedingung für die Aktivierung des Geräts wird ein eindeutiger Abschnitt des genetischen Codes einer bestimmten Person oder eine Vorlage für Aktionen an einer Gruppe von Personen festgelegt. Ohne Nanobot-Erkennungswerkzeuge wäre es praktisch unmöglich, eine normale Epidemie von ethnischen Säuberungen zu unterscheiden. Nanogeräte funktionieren nur gegen eine bestimmte Art von Menschen und unter streng definierten Bedingungen. Einmal im Körper manifestiert sich das Nanogerät bis zum Aktivierungsbefehl in keiner Weise. Die nächste Anwendung der Nanotechnologie ist die Ausrüstung und Ausrüstung von Soldaten. Es wird vorgeschlagen, aus einer Person, Uniformen und Waffen eine Art Hybrid zu machen, dessen Elemente so eng miteinander verbunden sein werden, dass ein voll ausgestatteter Soldat der Zukunft als eigenständiger Organismus bezeichnet werden kann.
Die Nanotechnologie hat einen Durchbruch bei der Herstellung von Rüstungen und Körperpanzern gebracht.
Militärische Ausrüstung soll mit einem speziellen "elektromechanischen Lack" ausgestattet werden, der die Farbe ändert und Korrosion verhindert. Nanopaint wird in der Lage sein, kleine Schäden am Körper der Maschine zu "straffen" und wird aus einer großen Anzahl von Nanomechanismen bestehen, mit denen alle oben genannten Funktionen ausgeführt werden können. Mit Hilfe eines Systems optischer Matrizen, die separate Nanomaschinen in „Lack“ darstellen, wollen die Forscher den Effekt der Unsichtbarkeit eines Autos oder Flugzeugs erreichen.
Die Nanotechnologie wird Veränderungen im militärischen Bereich bringen. Neues qualitativ verändertes und unkontrolliertes Wettrüsten. Die Kontrolle über die Nanotechnologie kann nur in einer globalen Zivilisation wirklich durchgeführt werden. Die Nanotechnologie wird die vollständige Mechanisierung der Feldkriegsführung ermöglichen, ohne die Anwesenheit modernisierter Soldaten.
Daher ist die Hauptschlussfolgerung über das Ergebnis des Eindringens der Nanotechnologie in den Waffenbereich die Aussicht auf die Bildung einer globalen Gesellschaft, die in der Lage ist, die Nanotechnologie und das Wettrüsten zu kontrollieren. Dieser Trend des Universalismus wird von der Rationalität der technogenen Zivilisation bestimmt und bringt ihre Interessen und Werte zum Ausdruck.
Fazit
Nachdem ich den Begriff Nanotechnologie erläutert, seine Perspektiven skizziert und mögliche Gefahren und Bedrohungen angesprochen habe, möchte ich ein Fazit ziehen. Ich glaube, dass die Nanotechnologie eine junge Wissenschaft ist, deren Ergebnisse die Welt um uns herum bis zur Unkenntlichkeit verändern können. Und was diese Veränderungen sein werden – nützlich, das Leben unvergleichlich erleichternd, oder schädlich, die Menschheit bedrohend – hängt vom gegenseitigen Verständnis und der Vernunft der Menschen ab. Und gegenseitiges Verständnis und Vernunft hängen direkt von der Ebene der Menschlichkeit ab, was die Verantwortung einer Person für ihre Handlungen impliziert. Daher ist die wichtigste Notwendigkeit in den letzten Jahren vor dem unvermeidlichen nanotechnologischen "Boom" die Bildung von Philanthropie. Nur vernünftige und humane Menschen können Nanotechnologien zu einem Sprungbrett zum Verständnis des Universums und ihres Platzes in diesem Universum machen.
Referenzliste
- Grundlagen der objektorientierten Programmierung in Delphi: Proc. Zulage / V. V. Kuznetsov, I. V. Abdrashitova; Ed. T. B. Korneeva. - Hrsg. 3., überarbeitet. und zusätzlich - Tomsk, 2008. - 120 p.
- Kimmel P. Erstellen einer Anwendung in Delphi./P. Kimel - M: Williams, 2003. - 114p.
- Kobayashi N. Einführung in die Nanotechnologie / N. Kobayashi. - M.: Binom, 2005 - 134s
- Chaplygin A. Nanotechnologien in der Elektronik / A. Chaplygin. - 2005 M.: Technosphäre
- http:// www.delphi.com
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