Достижения в области технологий для решения проблем, с которыми сталкиваются различные дисциплины, такие как медицина, сельское хозяйство, промышленность и многие другие, привели к тому, что известно как нанотехнологии.
Это что-то относительно новое, однако с момента своего появления до настоящего времени оно внесло большой вклад в каждую из областей, в которых оно применялось.
Нанотехнологии призваны произвести революцию во многих областях нашей повседневной жизни, таких как здоровье, вычисления или окружающая среда. При правильном применении он имеет большие преимущества, однако может оказаться вредным в чужих руках.
Поэтому удобно быть в курсе всего, что подразумевает технология, ее истории, приложений, рисков и продуктов, которые находятся в стадии разработки.
Определение нанотехнологии
Нанотехнология - это изучение, проектирование, создание, синтез, манипулирование и применение материалов, устройств и функциональных систем посредством контроля материи в наномасштабе и использования явлений и свойств материи в наномасштабе. (Наука, технологии и инновации, nd)
«Нано» - это префикс Международной системы единиц, который происходит от греческого νάνος, что означает карлик, и соответствует коэффициенту 10 ^ -9, который применяется к единицам длины, соответствует одной миллиардной части метра (10 ^ -9 метров), что составляет 1 нанометр, нанотехнология изучает материю с нанометрическим уровнем разрешения, примерно от 1 до 100 нанометров. (Нанотехнологии, б. Д.).
Когда материей манипулируют в крошечном масштабе атомов и молекул, она демонстрирует совершенно новые явления и свойства. Поэтому ученые используют нанотехнологии для создания новых и недорогих материалов, устройств и систем с уникальными свойствами.
На рисунке 1 показаны единицы измерения различных систем и масштаб, к которому они принадлежат (нано- или микро).
Рисунок 1 Единица измерения различных систем
Хронологическая история
На протяжении всей истории различные события ознаменовали создание нанотехнологий, ниже приведены некоторые из наиболее важных.
- 19 3 6
Эрвин Мюллер из Siemens изобрел автоэмиссионный микроскоп, который позволил получать изображения материалов с разрешением, близким к атомному.
- 40-е годы
Фон Нейман изучает возможность создания самовоспроизводящихся систем как способ снижения затрат.
Артур фон Хиппель из Массачусетского технологического института ввел, среди прочего, термин «молекулярная инженерия».
- 19 5 8
Джек Килби из Texas Instruments разрабатывает и строит первую интегральную схему, за которую он позже получил Нобелевскую премию в 2000 году.
- 19 5 9
Ричард Фейнманн впервые выступает на конференции о будущем научных исследований: «На мой взгляд, принципы физики не выступают против возможности маневрирования объектами атом за атомом».
- 19 6 6
Снят фильм «Удивительное путешествие», повествующий о путешествии некоторых ученых через человеческое тело. Ученые уменьшают свой размер до размера частицы и проникают внутрь тела исследователя, чтобы уничтожить опухоль, убивающую его. Впервые в истории это считается реальной научной возможностью. Фильм имеет большой успех.
- 19 7 4
Норио Танигучи из Токийского университета наук ввел термин нанотехнология в размерную структуру в атомном масштабе.
- 19 8 5
Бакминстерфуллерены открыты.
- 19 8 9
Снимается фильм «Дорогая, я уменьшил детей» - фильм, рассказывающий историю ученого, который изобрел машину, которая может уменьшать размер вещей с помощью лазеров.
- 19 9 6
Сэр Гарри Крото получает Нобелевскую премию за открытие фуллеренов.
Изготовлена самая маленькая гитара в мире. Он размером с эритроцит.
- 19 9 8
Углеродную нанотрубку можно превратить в нанокарандаш, который можно использовать для записи
- 19 9 9 - 20 0 0
На рынке начинают появляться потребительские товары, в которых используются нанотехнологии: автомобильные бамперы, устойчивые к вмятинам и царапинам, мячи для гольфа, летящие прямо, теннисные ракетки более жесткие, бейсбольные биты с лучшими характеристиками. гибкость и «шишка», антибактериальные носки из нано-серебра, прозрачные солнцезащитные кремы, немнущаяся и устойчивая к пятнам одежда, терапевтическая косметика глубокого проникновения, устойчивые к царапинам стеклянные покрытия, быстро перезаряжаемые батареи для аккумуляторных электроинструментов, и улучшения экрана для телевизоров, сотовых телефонов и цифровых камер
- 20 0 1
Джеймс Гимзевски внесен в Книгу рекордов Гиннеса за изобретение самого маленького калькулятора в мире.
Достижения последних лет
- 20 0 3
Наоми Халас, Дженнифер Уэст, Ребека Дрезек и Рената Паскуалин из Университета Райса разрабатывают золотые нанокапсулы, которые, будучи «настроены» по размеру для поглощения света в ближнем инфракрасном диапазоне, служат платформой для комплексного обнаружения, диагностики и лечения рака. без инвазивной биопсии, хирургического вмешательства или деструктивного системного облучения или химиотерапии.
- 20 0 6
Джеймс Тур и его коллеги из Университета Райса построили наноразмерный «автомобиль» из олигонуклеотида (этиниленфенилен) с алкинильными осями и четырьмя сферическими колесами из фуллерена C60 (бакиболл). В ответ на повышение температуры нанокарка двигалась по золотой поверхности за счет колес - бакибола, как движется обычная машина. При температуре выше 300 ° C он двигался слишком быстро, чтобы химики могли его отслеживать.
- 20 0 7
Анджела Белчер и ее коллеги из Массачусетского технологического института создают литий-ионную батарею с распространенным типом вируса, который не опасен для человека, используя недорогую и экологически безопасную процедуру. Батареи обладают такой же энергоемкостью и энергетическими характеристиками, что и аккумуляторные батареи, созданные по последнему слову техники (гибридные автомобили, персональные электронные устройства и т. Д.)
- 20 0 9
Надриан Симан и несколько его коллег из Нью-Йоркского университета создают различные наноразмерные устройства с роботизированной сборкой ДНК. Это процесс создания трехмерных структур ДНК с использованием синтетических последовательностей кристаллов ДНК, которые могут быть запрограммированы для самосборки с использованием «липких концов» и размещены в совместном порядке и ориентации. Это прогресс с потенциальными приложениями в наноэлектронике. Еще одно творение Симана (с коллегами из Нанкинского университета Китая) - это «конвейер по сборке ДНК». За эту работу Симан получил премию Кавли в области нанонауки в 2010 году.
- 20 1 0
IBM использует силиконовый наконечник, размер которого на вершине составляет всего несколько нанометров (аналогично наконечникам, используемым в атомных силовых микроскопах), чтобы вырезать материал из подложки и создать полную наноразмерную карту.
3D мира - одна тысячная крупицы соли и сделала это за 2 минуты 23 секунды. Это упражнение демонстрирует методологию.
Мощные возможности создания узоров для создания наноразмерных узоров и структур размером до 15 нанометров при значительном снижении затрат. Открывает новые перспективы для таких областей, как электроника, оптоэлектроника и медицина.
- 20 1 3
Исследователи из Стэнфордского университета разработали первый набор углеродных нанотрубок.
Преимущества
Использование молекулярных нанотехнологий в производстве и производственных процессах может решить многие из сегодняшних проблем. Например:
- Нехватка воды - серьезная и растущая проблема. Большая часть потребления воды используется в производственных и сельскохозяйственных системах, что может трансформировать производство продуктов с использованием молекулярного производства. Инфекционные заболевания вызывают проблемы во многих частях мира. Простые продукты, такие как трубы, фильтры и сети Комары могут уменьшить эту проблему. Информация и общение - полезные инструменты, но во многих случаях их даже нет. С нанотехнологиями компьютеры были бы чрезвычайно дешевыми; во многих местах по-прежнему не хватает электроэнергии. Но эффективное и дешевое строительство легких и прочных конструкций, электрического оборудования и устройств для хранения энергии позволило бы использовать солнечную тепловую энергию в качестве основного и обильного источника энергии.Экологический износ - серьезная проблема во всем мире. Новые технологические продукты позволят людям жить с гораздо меньшим воздействием на окружающую среду. Многие районы мира не могут быстро собрать производственную инфраструктуру на уровне наиболее развитых стран. Молекулярное производство может быть автономным и чистым: одна коробка или один чемодан могут содержать все необходимое для осуществления промышленной революции на уровне деревни. Молекулярные нанотехнологии могут сделать дешевое и современное оборудование для медицинских исследований и здравоохранения, что значительно увеличивает доступность более совершенных лекарств.Многие регионы мира не могут быстро построить производственную инфраструктуру на уровне более развитых стран. Молекулярное производство может быть автономным и чистым: одна коробка или один чемодан могут содержать все необходимое для осуществления промышленной революции на уровне деревни. Молекулярные нанотехнологии могут сделать дешевое и современное оборудование для медицинских исследований и здравоохранения, что значительно увеличивает доступность более совершенных лекарств.Многие регионы мира не могут быстро построить производственную инфраструктуру на уровне более развитых стран. Молекулярное производство может быть самодостаточным и чистым: одна коробка или один чемодан могут содержать все необходимое для осуществления промышленной революции на уровне деревни. Молекулярные нанотехнологии могут сделать дешевое и современное оборудование для медицинских исследований и здравоохранения., что значительно увеличивает доступность более совершенных лекарств.Молекулярные нанотехнологии могут сделать дешевое и современное оборудование для медицинских исследований и здравоохранения, что значительно повысит доступность более совершенных лекарств.Молекулярные нанотехнологии могут сделать дешевое и современное оборудование для медицинских исследований и здравоохранения, что значительно повысит доступность более совершенных лекарств.
Многие социальные проблемы проистекают из материальной бедности, проблем со здоровьем и невежества. Молекулярные нанотехнологии могут значительно уменьшить все эти проблемы и связанные с ними человеческие страдания.
риски
Молекулярная нанотехнология является настолько важным достижением, что ее влияние может быть сопоставимо с промышленной революцией, но с одним заметным отличием: в случае нанотехнологий огромное влияние будет ощущаться в течение нескольких лет с опасностью того, что она будет человечество не осознает рисков, которые влечет за собой такое воздействие. Некоторые соображения, о которых следует помнить, включают:
- Основные изменения в структуре общества и политической системе. Сила нанотехнологий может стать причиной новой гонки вооружений между двумя конкурирующими странами. Производство оружия и шпионских устройств могло бы иметь гораздо более низкую стоимость, чем нынешнее, поскольку продукция была бы меньше, мощнее и многочисленнее. Недорогое производство и дублирование конструкций могут привести к большим изменениям в экономике. Чрезмерная эксплуатация дешевых товаров может нанести значительный ущерб окружающей среде; попытка администрации контролировать эти и другие риски может привести к принятию чрезмерно жестких правил, которые, в свою очередь,создать спрос на черный рынок, который был бы столь же опасным, сколь и неудержимым, потому что было бы очень легко продавать небольшие и очень опасные продукты, такие как нанофабрики. Существует множество очень серьезных рисков различного рода, к которым нельзя всегда применять одинаковые меры реагирования. Простые решения не увенчаются успехом. Найти правильный ответ в этой ситуации без тщательного планирования невозможно.
Чтобы воспользоваться огромными преимуществами молекулярной нанотехнологии, необходимо противостоять рискам и устранять их. Для этого мы должны сначала понять их, а затем разработать планы действий по их предотвращению. Молекулярные нанотехнологии позволят производить и создавать прототипы самых разнообразных очень мощных продуктов. Эта возможность появится внезапно, поскольку последние шаги, необходимые для разработки технологии, вероятно, будут проще, чем начальные шаги, и многие из них уже были запланированы во время самого процесса. Внезапное появление молекулярного производства не должно застать нас врасплох, если не будет достаточно времени, чтобы приспособиться к его последствиям. К этому необходимо подготовиться заранее.
Приложения
В медицине
Одно из наиболее интересных сегодня приложений нанотехнологий связано со здоровьем. В настоящее время изучаются, в частности, два эксперимента, в которых используются нанотехнологии: с одной стороны, нанотранспортеры, которые будут отвечать за перемещение определенного лекарства в заранее определенное место в организме, это может стать большим шагом вперед в борьбе с раком или болезнями. сложно иметь дело. С другой стороны, у нас есть молекулярные биосенсоры, которые в мгновение ока будут определять различные вещества в организме, такие как уровни глюкозы или холестерина.
E п окружающей среды
Нанотехнологии также вызывают большой интерес у тех, кто каждый день занимается задачами, связанными с заботой об окружающей среде. С помощью этой науки стремятся не только разрабатывать новые энергии и материалы, которые не загрязняют окружающую среду, но также использовать нанотехнологии для очистки атмосферы, почвы и воды.
В пищевой промышленности
Применение этой науки в пищевом секторе включает создание датчиков и наночипов, призванных гарантировать не только качество продукта, но и его безопасность, обнаруживая от уровня свежести до срока годности и срока годности.
В косметологии
Нанотехнологии также могут предложить бесконечные преимущества в области красоты и косметологии, поскольку они могут производить кремы против морщин на основе наночастиц, которые могут значительно улучшить результаты, полученные с их использованием.
В текстильной промышленности
Благодаря внедрению электронных наночипов ткани можно получить ряд новых свойств, таких как отталкивание пятен, или даже одежды с системой самоочистки и защиты от запаха. Эти «умные ткани» означают значительный прогресс на рынке одежды. (Proymec, 2014)
В сельском хозяйстве
Следуя тенденции, которую продвигала генная инженерия, корпоративного контроля от семян до продуктов в супермаркетах, сельское хозяйство с нанотехнологиями будет контролировать даже атомы, из которых состоят эти продукты.
Все корпорации, которые доминируют в мировом бизнесе ГМО, инвестируют в нанотехнологии.
В строительстве
Разработка более прочных и легких материалов (наноматериалов) с большей устойчивостью, стекол, отталкивающих пыль, влагу, красок с особыми свойствами, самовосстанавливающихся материалов и т. Д.
В электронике
К ним относятся разработка электронных компонентов, позволяющих резко увеличить скорость обработки в компьютерах, создание полупроводников, квантовых нанопроволок, схем на основе графена или углеродных нанотрубок.
В технологиях связи и информатики
Он включает в себя разработку систем хранения данных большей емкости и меньшего размера, устройств отображения на основе материалов с большей гибкостью или с другими свойствами, такими как прозрачность, которые позволяют создавать гибкие и прозрачные экраны, а также развитие квантовых вычислений.
В животноводстве
Они связаны с разработкой наночипов для идентификации животных, наночастиц для введения вакцин или лекарств, наносенсоров для обнаружения микроорганизмов и болезней, а также токсичных веществ. (Нанотехнологии, nd)
Продукты в разработке
Контактные линзы с виртуальной и дополненной реальностью
Скоро отпадет необходимость использовать те громоздкие устройства, которые кладут на голову, чтобы наслаждаться виртуальной реальностью или дополненной реальностью. Благодаря нанотехнологиям достаточно просто надеть контактные линзы. Они разрабатываются американской компанией Innovega, базирующейся в Белвью, штат Вашингтон. Для этого они включили поляризационный фильтр в контактную линзу и крошечную линзу, которая действует как экран для отображения изображений виртуальной или дополненной реальности.
Эти элементы меньше зрачка глаза, поэтому не мешают нормальному зрению человека. Таким образом, сетчатка получает изображения из виртуальной или дополненной реальности вместе с изображениями из внешнего мира, и пользователь воспринимает их как одно целое. В сочетании с панорамными солнцезащитными очками компании, известными как iOptik, пользователь может наслаждаться полным погружением в 3D в качестве HD, что идеально подходит для видеоигр с дополненной реальностью, сред моделирования и т. Д.
Детектор сердечного приступа
Использование наносенсоров для обнаружения сердечных приступов до их возникновения может спасти множество жизней. Два исследователя - Эрик Тополь из Scripps Health и Аксель Шерер из Caltech - работали над этой технологией, которая состоит из крошечных микросхем наносенсоров для кровотока, способных обнаруживать симптомы до сердечного приступа. Последние версии чипа едва ли составляют 90 микрон, то есть меньше песчинки; и их вводили пациенту в руку.
С помощью этой системы человек с чипом может получить предупреждение на свой смартфон или другое мобильное устройство с указанием немедленно отправиться в медицинское учреждение.
В настоящее время они используются для определения глюкозы в исследованиях на животных. После завершения начнутся исследования на людях. В будущем его также можно будет использовать для выявления аутоиммунных заболеваний, различных типов рака и даже отторжения у пациентов, перенесших трансплантацию.
В октябре 2015 года Scripps Health получила грант в размере 3,75 миллиона долларов от Qualcomm Foundation на развитие ряда многообещающих технологий, включая эту.
M icrorobot для глазной хирургии и доставки лекарственных средств
Ученые из лаборатории робототехники ETH Zürich, Швейцария, разработали крошечный микроробот, которым можно управлять с помощью магнитов. Микроробот, известный как OctoMag, вводится в глаз с помощью небольшой иглы и направляется с помощью электромагнитных полей для выполнения точной хирургии или доставки очень точного количества лекарств без необходимости в надрезе. Одно из возможных его применений - растворение сгустков в глазных сосудах.
Крошечные батарейки, сделанные с помощью 3D-печати
Исследователи из Гарвардского университета и Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне обнаружили, как производить с помощью 3D-печати миниатюрные батареи диаметром примерно 1 мм, используя электрохимически активные материалы, которые они назвали «чернилами»., Послойно упрочняя эти материалы в стиле 3D-печати, они создали аноды и катоды. Для этого принтер наносит чернила на зубцы двух золотых гребней, чтобы создать плотно сцепленную стопку анодов и катодов.
Наконец, вся установка упаковывается в небольшой контейнер и заполняется раствором электролита для полной зарядки аккумулятора. Исследователи утверждают, что уже создали небольшие медицинские устройства с этой технологией, такие как устройства для доставки лекарств и биосенсоры.
Новый черный силиконовый материал для борьбы с бактериями
В природе можно найти все виды поверхностей с антибиотиками. В последние годы некоторые ученые изучали их, пытаясь создать на их основе искусственные версии. Примером может служить новый синтетический наноматериал, разработанный австралийскими и испанскими учеными из черного кремния, с добавлением небольших выступов на его поверхности.
Геометрия поверхности материала навеяна крыльями стрекозы Diplacodes bipunctata, распространенной в Индонезии, Австралии и Новой Зеландии, чьи маленькие клювы подавляют рост бактерий. По словам ученых, лабораторные испытания показали, что этот материал эффективен против широкого спектра грамотрицательных и грамположительных бактерий, а также эндоспор. (Родригес, нф)
Ответственная нанотехнология
Ответственная нанотехнология - относительно новая концепция, она относится к ответственному управлению, которое контролирует потенциальные риски нанотехнологий и увеличивает выгоды от имени человечества.
Центр ответственной нанотехнологии заключил соглашение о сотрудничестве для распространения теорий ответственного управления нанотехнологиями в испаноязычном мире.
С помощью передовых нанотехнологий машины можно построить в тысячу раз мощнее и в сотни раз дешевле, чем существующие устройства. Потенциал нанотехнологий с гуманитарной точки зрения огромен, как и возможные риски, связанные с неправильным использованием или безответственным управлением.
Ученые, ученые и группы, которые защищают концепцию ответственной нанотехнологии, преследуют видение мира, в котором молекулярное производство используется для продуктивных и полезных целей и в котором неправильное использование его потенциала ограничивается эффективным управлением технология.
вывод
Нанотехнологии произвели революцию во всех областях, где они применялись, от сельского хозяйства до медицины. Благодаря достижениям в каждой из этих областей многие из используемых методов были упрощены и улучшены, а в некоторых случаях им даже удалось спасти жизни.
Будущее нанотехнологии очень велико, и каждый раз, когда она будет появляться и охватывать все больше дисциплин, необходимо также проявлять осторожность при неправильном использовании ее, поскольку так же, как она используется для строительства, ее также можно использовать для разрушения, и что это один из самых больших рисков.
Со временем мы увидим все больше и больше ее великолепных достижений и станем свидетелями той новой эры, когда нанотехнологии станут частью нашей повседневной жизни.
Библиография
- Науки, технологии и инновации. (SF). Получено с: http://www.oas.org/en/ Nanotechnology. (SF). Получено с: http://www.nanotecnologia.cl/que-es-nanotecnologia/ Proymec. (31 декабря 2014 г.). Получено от Proymec: http://proymec.es/blog/la-nanotecnologia-y-sus-aplicaciones/Rodríguez, M. (sf). Достижения нанотехнологий. Получено с:
