Что такое нанотехнологии в биологии

Добро пожаловать в клетку

Словечко «нано» стремительно входит в моду. Особенно у рекламистов и пиарщиков: «нанокефир» и «нанокремы» они уже придумали, скоро создадут «нанососиски» и «наноколготки». Но в реальности многие отрасли знания уже вовсю имеют дело с наночастицами. Среди них и медицина.

От мини к нано

История современной медицины – это бег от большого к малому. Многие диагностические аппараты из громыхающих монстров постепенно превратились в элегантные чемоданчики. Довольно объемные мензурки с микстурами и капельницы эволюционировали до крошечных таблеток, подкожных резервуаров с лекарствами или даже пластырей. Устрашающие взгляд полостные операции заменили крошечные проколы, сквозь которые хирурги манипулируют под взглядом видеокамеры.

Но нет предела совершенству. Многие болезни начинаются с изменений в считанных клетках человеческого тела, а болезнетворные бактерии и вирусы тоже вещества микроскопические. Поэтому медицина дерзко мечтает лечить болезнь там, где она возникает, – в клетке.

Нанотехнологиями сегодня активно занимаются примерно в 50 странах. Лидируют США, Япония, Южная Корея, ФРГ. Россия занимает место во второй десятке. Но по числу публикаций по нанотематике мы на почетном 8-м месте

А воплотить эти мечты можно только с помощью нанотехнологий – манипуляций на уровне молекул, атомов и искусственных конструкций тех же размеров. Представить их невозможно, поскольку человеческому глазу сравнить их не с чем. Однако мы знаем, что 1 нанометр – это миллиардная доля метра.

Представим, что мы с вами ростом в 1 нанометр. Тогда земная дистанция всего в один метр превратилась бы для нас в 1 миллиард метров (т.е. 1 млн км), или примерно в кратчайший путь до Луны (356 тыс. км), повторенный три раза. То есть с Луны мы бы с вами уже не вернулись… Вот так же кружит голову и попытка представить себе эти загадочные нанометры.

Кто все это придумал

Мысль о применении микроскопических устройств в медицине впервые была высказана в 1959 году знаменитым американским физиком Ричардом Фейнманом в нашумевшей лекции «Там, внизу, много места». Он описал микроробота, который сможет проникать через сосуд в сердце и выполнять там операцию по исправлению клапана.

В 1967 году биохимик и писатель-фантаст Айзек Азимов первым выдвинул идею «мокрой технологии» – использования для лечения людей живых механизмов, существующих в природе. В частности, собирать их из нуклеиновых кислот и ферментов. Потом Роберт Эттингер предложил использовать модифицированные микробы для ремонта клеток.

Термин «нанотехнология» широко распространился в мире после выхода в 1986 году знаменитой книги «Машины творения» физика Эрика Дрекслера. Он стал называть свои предложения по конструированию отдельных молекул, обладающих заданными свойствами, «молекулярной нанотехнологией». Так что история нанотехнологий уже насчитывает более 20 лет.

Возможности безграничны…

Что же нанотехнологии сулят медицине помимо уже широко разрекламированных, но пока нереальных «нанороботов», которые будут шастать внутри человека и что-нибудь починять?

На самом деле куда больше. Они смогут создавать:

Надеюсь, что тут вам все понятно, кроме разве что «фуллеренов» и «дендримеров». Фуллерен – это пятая (кроме алмаза, графита, карбина и угля) форма углерода, которую сначала предсказали теоретически, а потом открыли в природе. По виду молекула фуллерена (С60) похожа на футбольный мяч, сшитый из пятиугольников и шестиугольников. Медицине же фуллерены интересны тем, что могут пролезать в молекулу ДНК, искривлять и даже «расплетать» ее.

Дендримеры – это древовидные полимеры (длинные молекулы, состоящие из повторяющихся одинаковых элементов). Они способны доставлять прицепленные к ним лекарства прямо в клетки, например, раковые.

…а достижения скромны

Но какими бы захватывающими ни были перспективы нанотехнологий, реальные достижения пока невелики.

Американцы создали материал, имитирующий настоящую костную ткань. Применив метод самосборки волокон, имитирующих природный коллаген, они «посадили» на них нанокристаллы гидрооксиапатита. А уже потом на эту «шпатлевку» приклеивались собственные костные клетки человека – таким материалом можно замещать дефекты костей после травм или операций.

Другая разработка, напротив, не дает клеткам приклеиваться к поверхности. Это нужно, к примеру, для создания биореакторов, в которых будут содержаться стволовые клетки. Проблема в том, что, как только стволовая клетка «села» на какую-то поверхность, она немедленно начинает специализироваться – превращаться в клетку конкретной ткани. А чтобы она сохраняла свой потенциал, надо не давать ей «присесть».

Экспериментируя с фуллеренами и дендримерами, сейчас во многих странах ищут эффективные лекарства от СПИДа, гриппа, болезни Паркинсона, рака и т.п. Микрокапсулы с нанопорами могут послужить больным диабетом 1-го типа – они смогут доставить в организм человека клетки поджелудочной железы животного и вовремя выделять инсулин, при этом оставаясь невидимыми для иммунной системы человека.

Искусственно сконструированная клетка-респироцит сможет заменить недостающие в крови эритроциты – она умеет переносить и кислород, и углекислый газ. При этом взвеси респироцитов понадобится в сотни раз меньше, чем препаратов донорской крови или кровезаменителей.

Не все то золото, что серебро

У российской науки есть и свои рекорды на обширном поле нанотехнологий. Так, мы – явные лидеры в изучении и применении наночастиц металлов в медицине. На солидной научной конференции «Нанотехнологии и наноматериалы для биологии и медицины», которая прошла в конце прошлого года в Новосибирске, чуть не 90% докладов посвящались золоту, серебру, цинку, висмуту и различным комбинациям полимеров, сорбентов и т.п.

Бактерицидные и ранозаживляющие свойства серебра известны медицине давно. Однако наши ученые выяснили, что если серебро и прочие металлы превратить в наночастицы, эти свойства резко возрастают. И доказали это на многочисленных клинических исследованиях. Ожоги, огнестрельные раны, переломы, кожные, гинекологические и прочие воспаления/раны заживают значительно быстрее и эффективнее. Наши ученые создали десятки препаратов, основанных на спасительных свойствах этих металлов. Только не ищите в аптеках – их нет. Почему – это уже вопрос не к ученым, а к тем, кто закупает импортные антибиотики, в тысячи раз более дорогие.

Между прочим, наша сибирячка Нина Богданчикова, которая в России занималась как раз исследованиями серебра, а потом переехала в Мексику и начала работать в Национальном университете, стала инициатором развития этого научного направления во всей Латинской Америке. И теперь оно бурно развивается на континенте. Понятно почему – серебра там хоть завались, а препараты из него получатся не слишком дорогими. Кончится все, как обычно, тем, что начнем их импортировать.

Нам есть чем гордиться

Второе направление, на котором мы могли бы лидировать в мире, – создание биочипов. Чип – это маленькая пластинка, на поверхности которой размещены рецепторы к различным веществам – белкам, токсинам, аминокислотам и т.п. Достаточно капнуть на чип крошечную каплю плазмы, крови или другой биологической жидкости, как «родственные» молекулы прикрепятся к рецепторам. А потом прибор-анализатор считает информацию.

Биочипы, созданные в Институте молекулярной биологии им. Энгельгардта РАН под руководством академика Андрея Мирзабекова, уже умеют практически мгновенно выявлять возбудителей туберкулеза, ВИЧ, особо опасных инфекций, многие яды, антитела к раку и т.п. Причем наши биочипы оказались намного дешевле и удачнее американских. Однако внедрение этой новейшей технологии в практическую медицину идет гораздо медленнее, чем хотелось бы.

Институт молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАН (улица Вавилова, 32). Организован в 1959 как Институт радиационной и физико-химической биологии (современное название с 1965; носит имя организатора и первого директора В.А. Энгельгардта). Исследуются молекулярные основы передачи и реализации наследственной информации.

Хорошая популярная статья в «Известиях»… Вот такими публикациями и передачами по радио и телевидению должны быть постоянно наполнены отечественные СМИ. Чтобы буквально каждая домохозяйка, студенты, школьники, технари и гуманитарии могли – хотя бы схематически и в самом общем виде – представлять себе, что такое эти нанотехнологии и какие они могут найти практичесие применения в экономике, в промышленности, сельском хозяйстве, в медицине… Тогда это будет находить всё более благожелательный отклик в обществе, а отечественная «отрасль НТ» со временем получит достаточный приток желающих освоить эти специальности. Ну и, конечно, всё это будет способствовать более быстрому появлению всех этих лекарственных препаратов, методов диагностики и лечения в наших аптеках и медицинских учреждениях…

Источник

Нанотехнологии в биологии

Нанотехнология как область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью практических методов исследования и производства. Использование биологических наномолекул. Охране окружающей среды. Институт молекулярной биологии.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нанотехнологии в биологии

2. Что такое нанотехнологии

3. Направления и достижения

4. Положительные и отрицательные стороны нанотехнологий

5. Развитие нанотехнологий в России

6. Новые перспективные технологии

Прогресс в области нанотехнологий вызвал определенный общественный резонанс. нанотехнология биологический молекулярный

Отношение общества к нанотехнологиям изучалось ВЦИОМ и европейской службой «Евробарометр».

Ряд исследователей указывают на то, что негативное отношение к нанотехнологии у неспециалистов может быть связано с религиозностью, а также из-за опасений, связанных с токсичностью наноматериалов. Особо это актуально для широко разрекламированного коллоидного серебра, свойства и безопасность которого находятся под большим вопросом.

Реакция мирового сообщества на развитие нанотехнологий.

C 2005 года функционирует организованная CRN международная рабочая группа, изучающая социальные последствия развития нанотехнологий.

В октябре 2006 года Международным Советом по нанотехнологиям выпущена обзорная статья, в которой, в частности, говорилось о необходимости ограничения распространения информации по нанотехнологическим исследованиям в целях безопасности.

Организация «Гринпис» требует полного запрета исследований в области нанотехнологий.

Тема последствий развития нанотехнологий становится объектом философских исследований. Так, о перспективах развития нанотехнологий говорилось на прошедшей в 2007 году международной футурологической конференции Transvision, организованной WTA.

Реакция российского общества на развитие нанотехнологий.

По сообщениям СМИ, представители Российского трансгуманистического движения акцентировали внимание на развитии нанотехнологического производства на круглом столе «Влияние науки на политическую ситуацию в России. Взгляд в будущее», состоявшегося 21 марта 2007 года в Государственной Думе РФ.

Затем о необходимости развития нанотехнологий заявляет ряд российских общественных организаций.

8 октября 2008 года было создано «Нанотехнологическое общество России», в задачи которого входит «просвещение российского общества в области нанотехнологий и формирование благоприятного общественного мнения в пользу нанотехнологического развития страны».

Мысль о применении микроскопических устройств в медицине впервые была высказана в 1959 году знаменитым американским физиком Ричардом Фейнманом в нашумевшей лекции «Там, внизу, много места». Он описал микроробота, который сможет проникать через сосуд в сердце и выполнять там операцию по исправлению клапана.

Термин «нанотехнология» широко распространился в мире после выхода в 1986 году знаменитой книги «Машины творения» физика Эрика Дрекслера. Он стал называть свои предложения по конструированию отдельных молекул, обладающих заданными свойствами, «молекулярной нанотехнологией». Так что история нанотехнологий уже насчитывает более 20 лет.

2.Что такое нанотехнологии

Нанотехнологиями сегодня активно занимаются примерно в 50 странах. Лидируют США, Япония, Южная Корея, ФРГ. Россия занимает место во второй десятке. Но по числу публикаций по нанотематике мы на почетном 8-м месте

3. Направления и достижения

Что же нанотехнологии сулят медицине помимо уже широко разрекламированных, но пока нереальных «нанороботов», которые будут шастать внутри человека и что-нибудь починять?

На самом деле куда больше. Они смогут создавать:

— микро- и нанокапсулы (например, с лекарствами внутри)

— автоматические наноустройства (помимо все тех же нанороботов).

Но какими бы захватывающими ни были перспективы нанотехнологий, реальные достижения пока невелики.

4. Положительные и отрицательные стороны нанотехнологий

Существует ли риск при применении нанотехнологий?

На слушаниях в комитете по науке Палаты представителей Конгресса США главы экологических движений и промышленных корпораций заявили, что расходы на выяснение экологических и медицинских аспектов применения наноматериалов должны составлять 10-20 % всех затрат на нанотехнологии.

Дело в том, что миниатюрные наночастицы могут легко проникнуть в организм человека и животных через кожу, респираторную систему и желудочно-кишечный тракт. В частности, такое воздействие оказывают углеродные нанотрубки, которые считаются одним из самых перспективных наноматериалов близкого будущего. Однако до сих пор сведения о последствиях неконтролируемых выбросов наночастиц в окружающую среду остаются скудными.

Агентство по охране окружающей среды США опубликовало предварительный вариант Белой книги, посвященной обсуждению опасностей применения нанотехнологий. Ее авторы настоятельно рекомендуют ускорить проведение широкомасштабных исследований, нацеленных на выяснение опасностей и рисков, связанных с наночастичным загрязнением среды обитания. Ведь нанотехнологии являются «новой реальностью», которая пока не поддается законодательному регулированию.

5. Развитие нанотехнологий в России

Нам есть чем гордиться.

Биочипы, созданные в Институте молекулярной биологии им. Энгельгардта РАН под руководством академика Андрея Мирзабекова, уже умеют практически мгновенно выявлять возбудителей туберкулеза, ВИЧ, особо опасных инфекций, многие яды, антитела к раку и т.п. Причем наши биочипы оказались намного дешевле и удачнее американских. Однако внедрение этой новейшей технологии в практическую медицину идет гораздо медленнее, чем хотелось бы.

Источник

Что такое нанотехнологии в биологии

В научном прогрессе имеет место тенденция узнавать все больше и больше о все меньшем и меньшем. В особенности это касается нанотехнологий. Этот термин впервые ввел в употребление материаловед из Японии Норио Танигучи. В нанотехнологиях используются объекты, имеющие размеры менее 100 нанометров (1 нанометр – миллиардная доля метра). Оперирование столь малыми величинами отражено в термине использованием греческого слова нанос – карлик, гном. Все чаще находят применение нанотехнологии в медицине и биологии.

Так в задачи наномедицины, входит нахождение новых путей диагностики и лечения различных заболеваний, увеличение продолжительности жизни, получение новых, фундаментальных знаний о жизнедеятельности человеческого организма.

Применение нанотехнологий в медицине

Нанороботы

Большой потенциал, возможно, заложен в возможности использовать нанороботов. Автономные устройства сверхмалых размеров, предполагается использовать для проведения микроскопических операций по восстановлению клеток, тканей, очищения сосудов, а также доставлять и вовремя высвобождать лекарственные препараты, получать более полные данные о состоянии организма.

Также разрабатывается использования биороботов в виде вирусов, что также является применением нанотехнологии в медицине и биологии. Они будут способны проникать в клетку и заменять поврежденную ДНК, «ремонтировать» состарившиеся клетки, регенерировать ткани органы, бороться с бактериями и холестериновыми бляшками, разбивать тромбы.

Лекарственные препараты

Разрабатываются новые виды лекарств с «адресной» доставкой, без побочных эффектов, характерных для традиционных препаратов. Новые лекарства для лечения рака способны. На основе наночастиц некоторых металлов, созданы препараты превосходящие по эффективности антибиотики, способные заживлять раны, воспаления, ожоги и пр., имеющие более низкую себестоимость.

Применяются капсулы, способные доставить продуцирующие инсулин животные клетки, без отторжения иммунной системой. С помощью магнитных наночастиц возможно точное удаление раковой опухоли без причинения вреда здоровым клеткам. Медицинские нанотехнологии успешно использовались в экспериментах для активации и направленного действия стволовых клеток, что открывает новые возможности в регенеративной медицине.

Заменители

Наночипы

Успешное использование нанотехнологий в медицине прошли наночипы. Сенсоры превосходящие обычные анализы в 1000 раз, будут тоньше человеческого волоса. Ученые NASA разрабатывают наносенсоры, которые будут предупреждать о дозе полученной радиации и риске возникновения болезни. Американский исследователь Джеймс Бэйкер руководит работами по созданию датчиков диаметром 5 нанометров, способных распознавать раковые клетки. В скором будущем, используя лишь каплю крови врач сможет провести широкий спектр анализов, а результаты моментально получить на карманный компьютер.

Уже сейчас созданы биочипы, мгновенно распознающие попавшие в организм опасные инфекции, яды, и сигнализирующие об опасности. Биохимические анализы, производимые такими биочипами будут проводиться быстрее и с экономией реактивов. Фактически на одном таком чипе размещена целая лаборатория. Также будут производиться чипы, помогающие управлять протезами, восстанавливать управление телом у парализованных, контролировать эпилептические приступы. Появятся чипы которые будут проводить постоянный мониторинг показателей здоровья, и корректировать их в нужную сторону.

Манипуляторы

Наноманимупуляторы, например, нанопинцет, могут отличаться принципом работы от своих обычных аналогов, так с помощью луча лазера («пинцета»), ученым из Массачусетского и Корнельского университетов удалось растянуть молекулу ДНК.

Биология

Становится возможным создание вымерших организмов или неизвестных ранее форм жизни. Для изучения организма разрабатываются самоуправляемые стационарные и мобильные микроустройства, оснащенные наноиструментами.

Перспективным направлением для цитологии является использование нанолюминофоров, позволяющем метить клетки организма изнутри и наблюдать за их миграцией в живом организме. Специальные наночипы смогут быстро давать объективную информацию о генетическом материале и активности генов.

Также применение сканирующих зондовых микроскопов, позволяет ученым собирать информацию о организме в объемном виде. Стоит заметить, что применение нанотехнологий в производстве промышленных товаров, также может обернуться непредсказуемыми последствиями для экологии, так как нановещества легко попадают внутрь организмов респираторно, через кожу, с пищей или водой. Воздействие же таких частиц еще мало изучено. В настоящее время проводятся исследования с целью выявления материалов, безопасное и использование которых станет возможным в промышленности и строительстве.

Нанотехнологии таят в себе не только великие возможности, но и огромные опасности. Однако они являются лишь «вещью в себе» и как распорядится этими технологиями человечество, зависит от его разумности и осторожности. Не вызывает сомнения лишь то, что уже скорое будущее будет за ними.

Источник

Нанотехнология и живой организм

Министерство образования и науки РФ

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа №- 44

по теме: Нанотехнология и живой организм.

1. Из истории возникновения нанотехнологии………………………………..4

2. Нанотехнологии в биологии и медицине………………………………….5-7

3. Достижения нанотехнологии………………………………………………8-9

4. Перспективы использования нанотехнологии………………………….10-11

5. Но не все так хорошо………………………………………………………. 12

Приложение 1. Схема сканирующего атомного силового микроскопа……16

Приложение 3. Нанотрубки…………………………………………………. 18

Приложение 4. Диод на основе нанотрубки…………………………………19

Я решил углубиться в данную тему. Учитель биологии принесла мне ряд номеров журнала Экологический Вестник России за 2007 и 2008 годы.

Перед собой поставил цель понять, что же лежит в основе понятия- нанотехнология, в чем суть нанотехнологий и где они находят применение. Главная моя цель была понять, как же нанотехнология связана с живым организмом, влияют ли наноматериалы за состояние здоровья живых существ.

Задачи, которые я перед собой поставил:

1- Сбор материала по теме реферата и его дальнейшая обработка.

2- Обобщение обработанного материала.

3- Выводы по проделанной работе.

4- Оформление обобщенного материала.

5- Подготовка презентации.

6- Презентация реферата.

1. Из истории возникновения нанотехнологии.

Нанотехнология- без сомнения самое передовое и многообещающее направление развития науки и техники на сегодняшний день. Для понятия нанотехнология, пожалуй, не существует исчерпывающего определения, но по аналогии с существующими ныне микротехнологиями следует, что нанотехнологии – это технологии, оперирующие величинами порядка наномерта. Поэтому переход от «Микро» к «Нано»- это качественный переход от манипуляции веществом к манипуляции отдельными атомами. Когда речь идет о развитии нанотехнологий, имеются в виду три направления:

— изготовление электронных схем с активными элементами, размерами сравнимыми с размерами молекул и атомов;

— разработка и изготовление наномашин;

— манипуляция отдельными атомами и молекулами и сборка из них макрообъектов.

2. Нанотехнологии в биологии и медицине.

Нанотехнология широкое применение в последнее время находит в биологии и медицине. Данное направление уже много дало в медицинской диагностике. В медицине на сегодняшний день широко применяется иммуноферментный, иммунофлуоресцентный анализ, ампликация нуклеиновых кислот с помощью полимеразной цепной реакции. Вся медицинская диагностика, которая задействует современную технику, основана на использовании комплексов молекул: одна большаа молекула узнает другую большую молекулу, и после этого включается сигнал \обычно это световая индикация на определенной длине волны \.

Второе направление бионанотехнологии – это содружество физической нанотехнологии с физическими методами исследования. Один из примеров – использование квантовых капель. Это сильно светящаяся структура небольших размеров из неорганических материалов. Их, например, «запускают» в организм для определенных целей или используют в диагностических системах. Квантовые капли удобны тем, что флуоресцируют и хорошо заметны. Что касается биологических молекул, они обладают собственными признаками, которых нет у неорганических материалов. Одна биологическая молекула может узнавать другую. Например, если взять одну цепочку дезоксирибонуклеиновой кислоты, то она среди множества других молекул ДНК найдет только одну, которая ей подходит, и тогда две цепочки ДНК образуют спиральную структуру. Ученые уже научились делать из ДНК самособирающиеся слои разных конфигураций. Для этого берут несколько ДНК, и биомолекулы в растворе сами находят друг друга и сами строят заданные архитектурные сооружения – длинные разветвленные цепочки, трехмерные структуры, любые фантастические конструкции. Из больших молекул можно делать наномашины. Сейчас разрабатываются молекулярные машины из молекул ДНК, или белков. В ответ на сигнал \это может быть облучение светом, изменение условий среды, взаимодействие с молекулами \ происходит механическая работа.

В последнее время развивается еще одна область применения нанотехнологий – в генотерапии. Для того, чтобы с целью генотерапии ввести в клетку нуклеиновую кислоту, нужно создать некий носитель. Самое элементарное решение – просто имитировать природный вирус. Его генетическая программа упакована внутри, имеется липидная оболочка, и если научится собирать такой комплекс, то можно вставить генетические программы внутрь этого искусственного вируса. Полученная наноконструкция доставит лечебную программу в клетки.

избавляться от отходов жизнедеятельности, синтезировать самостоятельно недостающее вещества, добывать энергию, необходимую для энергоемких химических и физических процессов; находить подходящих партнеров для обмена наследственным материалом; заботиться о потомстве; защищаться от хищников – и все это в переменчивой, далеко не всегда благоприятной внешней среде.

На симбиозе были основаны многие важнейшие ароморфозы ( прогрессивные преобразования), из которых самый значительный – формирование эукариотической (ядерной) клетки, той основы, из которой в дальнейшем развились все высшие формы жизни (животные, растения, грибы).

На примере симбиоза природа демонстрирует нам, как можно решать сложные вопросы положительного взаимодействия микроорганизмов и высших растений, как в период напряженного энергетического кризиса можно обходиться меньшими затратами энергии. В этом, по нашему убеждению, и заключается необходимость применения в полном объеме нанотехнологий в биологии.

Молодые клубеньковые бактерии размером 0,5-0,9 ; 1,2-3,0 мк неспороносны,

Всем известна проблема с “гостем “ наших картофельных полей из Америки – колорадским жуком. Чего только ни предлагали в борьбе с ним – от сильнодействующих ядов до трансгенного картофеля, который, по данным Института картофелеводства, уже благополучно поедают отдельные особи этого насекомого. Вероятно, не тот путь был избран для решения этой проблемы. Изменчивость насекомых с учетом их многочисленности и плодовитости во много раз превосходит изменения, происходящие в растениях.

Так почему бы не использовать эти особенности и, применяя нанотехнологии, не изменить кормовую базу колорадского жука? Чтобы он с удовольствием поедал осот, а не картофель. Фантастика. Но она может стать реальностью.

Вот пример, в 70-е и 90-е годы прошлого столетия в Крыму наблюдалось нашествие обычно безобидного лугового мотылька. Но в те годы он вдруг стал всеядным вредителем, который за ночь опустошал поля подсолнечника и люцерны, свеклы и кукурузы. Однако когда на пути у него стало поле сои, относительно чистое от сорняков, он уничтожил все сорняки и не затронул сою. Вот так надо изменить “вкусы” колорадского жука, чтобы ему захотелось другой пищи.

Или еще пример, Рашид Башир, работающий над проблемой доставки лекарств а Центре нанотехнологий в Барке, смог поместить наночастицы на поверхность бактерий, связав их к поверхности бактерий специальными молекулами – линкерами. На одной бактерии можно разместить до нескольких сотен наночастиц, расширив таким образом количество и типы доставляемых грузов.

Так как бактерии обладают естественной способностью проникать в живые клетки, на сегодняшний день они являются идеальными кандидатами для доставки лекарств. Особенно это ценно в генной терапии, где необходимо доставить фрагменты ДНК по назначению, не убив при этом здоровую клетку.

После этого, как гены попадают в клеточное ядро, оно начинает вырабатывать специфические белки, корректируя таким образом генетическое заболевание. Как говорит Р. Башир, подобным образом можно доставлять внутрь клеток лекарства или же диагностические агенты.

Этот метод мог бы стать основополагающим в диагностике и лечении сельскохозяйственных животных и на ранних стадиях предупреждать опасные эпидемии, повышать устойчивость организма животных к таким болезням.

Тем более, что многие вирусы имеют размер 10 нм, а 1 нм почти точно соответствует размеру белковых молекул (в частности, радиус

знаменитой двойной спирали молекул ДНК равен именно 1 нм).

Каждая частица квантовой системы каким-то загадочным образом “знает” о том, что происходит с другими частицами. Познав этот механизм, мы должны применить его на благо цивилизации.

3. Достижения нанотехнологии.

В России три предприятия, которые могут делать ультра дисперсные частицы. В Сан Петербурге, под Москвой и в Бийске.

В Томской области создана экономическая зона. На Нефтехимическом комбинате на основе нанотехнологии создали бронежилет на полимерной основе. Вес бронежилета всего три килограмма, вместо 30 килограмм в обычном бронежилете.

Одним из методов, используемых для изучения нанообъектов, является атомно – силовая микроскопия. С помощью атомно – силового микроскопа можно не только увидеть отдельные атомы, но также избирательно воздействовать на них, в частности, перемещать атомы по поверхности. Ученым уже удалось создать двумерные наноструктуры на поверхности, используя данный метод.

Как же нанотехнология связана с экологией?

Прежде всего, более долгий срок годности. Плюс новшество может предотвратить перетекание вкуса упаковки на пищу. Кроме того, есть огромное поле развития различных датчиков, которые смогут предупредить потребителей, когда продукт испортился. Получение упаковочного материала за счет нанотехнологий даст возможность сохранить природные материалы и по возможности защитить природу от вредных выбросов.

Нанотехнология поможет фермерам вырастить более высокие урожаи и уменьшить выброс опасных веществ в окружающую среду. Нанотехнология сможет обеспечить фермера датчиками, которые укажут, что данным растениям не хватает воды или питательных веществ. Растение получит то, в чем нуждается. А пестициды? Вообразите, что наночастицы выпускают пестициды не в почву, а в организм, какого то насекомого. Утилизация отходов и глобальный контроль за системами типа «Ресурс лимит» позволит существенно увеличить сырьевые запасы человечества. Современные технологии позволяют пустить в дело практически все. Уже сейчас карандаши получают из переработанной джинсовой ткани, сумки, футболки изготавливают из отходов пластиковых бутылок. Мы видим экологически грамотное отношение к бытовому мусору. Станут возможными глобальный экологический контроль, погодный контроль благодаря системе взаимодействующих нанороботов, работающих синхронно. С помощью нанопреобразователей можно будет преобразовывать любые виды энергии с большим КПД и создавать любые устройства для получения электроэнергии из солнечного излучения. Энергосбережение станет возможным благодаря созданию с помощью нанотехнологий материалов с необходимыми свойствами, экологически безвредными для человека.

4. Перспективы использования нанотехнологии.

На данный момент можно наметить следующие перспективы нанотехнологий:

Нанотехлогия в корне изменит нашу жизнь. Появится новые возможности, идеи

Датчики на основе наноэлементов используются уже далеко не первый год.

Нанороботы в будущем создают интеллектуальную среду обитания. Благодаря огромному количеству роботов, сеть будет “распараллельной “, что позволит передавать информацию с невообразимой сегодня скоростью.

Представляете, японские ученые изобрели полимерные батарейки толщиной 200 нанометров \10в – 9 степени метр \. Это почти в 500 раз тоньше человеческого волоса. Элемент полностью заряжается за одну минуту, а в количество жизненных циклонов превышает 1000.ученые считают, что новая батарейка не будет испытывать проблем с саморазрядкой.

В России в ближайшее время появятся светодиодные лампы. Они дадут возможность сэкономить энергоресурсы. На сегодняшний день нанотехнологии имеют огромные перспективы. Геронтология. Достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а так же перестройки и улучшения тканей человеческого организма. Промышленность. Замена традиционных методов производства сборки молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул. Сельское хозяйство. Замена природных производителей пищи /растений, животных/ аналогичными функционально комплексами из молекулярных

5. Но не все так хорошо.

Взаимодействие наноматериалов с живыми клетками может быть опасным. Оказалось, что многообещающие наночастицы убивают блох и повреждают мозг рыб. Крошечные частицы углерода диаметром 35 нанометров могут попасть в мозг человека через дыхательные пути и оказать на организм неизвестное, но, вероятнее всего, разрушительное воздействие. Речь идет о С-60 –одной из трех основных форм чистого углерода \алмаз и графит – две другие \. Молекула С-60 состоит из 60 атомов углерода, устроившихся во взаимосвязанных 20 шестиугольниках и 12 пятиугольниках. По форме молекула напоминает футбольный мач. Данный наноматериал был обнаружен в 1985г. американским ученым Обердерстером среди побочных продуктов выпаренного лазером графита. Чтобы определить токсичность молекул, Обердерстер испытала наноматериал \С-60 \ на водяных блохах в 10- литровом резервуаре. По прошествии 48 часов биологи заглянули к дафниям и увидели в аквариуме повышающуюся смертность.

Следующий опыт Обердестер проводила с участием окуней. После опыта ни одна рыба в аквариуме не умерла, но у окуней было обнаружено серьезное повреждение мембраны мозговых клеток. В дальнейшем это вызывает гибель клеток головного мозга.

Однослойные углеродные нанотрубки, как установили ученые, проявляют сильную противомикробную активность. Это ведет к повреждению и гибели клеток. Опыты проводили на культуре бактерии кишечной палочки. Бактерии подвергались обработке нанотрубками в течении часа, в результате чего большая часть бактерий погибла.

Естественно, исследователи отметили, что нанотрубки в чистом виде токсичны для человека и животных, а их длительное воздействие на живой организм сказывается негативно. По степени токсичности нанотрубок можно провести параллель с частым вдыханием асбестовых частиц, которые вызывают органическое повреждение тканей.

Датчики на основе наноэлементов используются уже далеко не первый год.

Нанороботы в будущем создадут интеллектуальную среду обитания. Благодаря огромному количеству роботов, сеть будет «распаралелленой», что позволит передавать информацию с невообразимой сегодня скоростью.

Практически все, что обещает нам нанотехнология, можно ощутить сегодня благодаря смежным технологическим разработкам.

Медицина- биоимплантанты, вживляемые в организм, несущие на борту от чипов с личной информацией до электронных органов. Они пусть медленно, но успешно работают. Конечно, эти разработки сегодня слишком велики по габаритам, чтобы сравниться с наноустройствами, однако уже сейчас мы можем оценить, чем мы будем жить в будущем, причем не слишком отдаленном.

В России в ближайшее время появятся светодиодные лампы. Они дадут возможность сэкономить энергоресурсы.

На сегодняшний день, можно сделать вывод, нанотехнологии имеют огромные перспективы.

В своем реферате я пытался понять суть нанотехнологии. Мне интересно было не только понять суть нанотехнологий, но и познакомиться с практическим использованием результатов данной технологии. Я понял механизм получения наночастиц, а главное данное направление можно использовать в медицинской диагностике. Вы представляете, наночастицы можно внедрять в вирус, а вирус проникая в клетку живого организма может переносить в организм необходимые лекарства. А сколько продуктов питания сегодня получают на основе данной технологии и кроме того упаковочный материал по данной технологии безвреден для организма человека.

Какие огромные перспективы использования нанотехнологии. В медицине предполагается создание молекулярных роботов – врачей, которые жили бы внутри организма и устраняли все его неполадки.

Экономический эффект от использования нанотехнологии значителен.

Но не все еще изучено. Наноматериалы могут повреждать мозг окуней, убивать дафний.

Это новое направление науки. Не все еще изучено. Но данная тема меня очень заинтересовала и неслучайно я обратился к источникам. Мне многое еще не ясно. Но в дальнейшем я свою будущую профессию хочу связать с более глубоким изучением нанотехнологий. Поступать я думаю по окончанию школы в медицинский институт и в дальнейшем заниматься генной инженерией на основе использования нанотехнологий.

Мне интересно было работать над выбранной темой реферата. Ведь я узнал много нового материала, который школьной программой не предусмотрен.

В своей работе я обобщил собранный материал и подготовил для его защиты презентацию, сделанную в редакторе Power Point.

8. Список литературы

1. Экологический Вестник России, 10.07. Москва,2007.

2. Экологический Вестник России,6.08. Москва, 2008.

3. Экологический Вестник России, 8.08. Москва,2008.

4. Экологический Вестник России, 11.08. Москва, 2008.

7. image by john Burch’ Lizard Fire Studios’ http: //www.

8. Пиотровский осторожны, следующая остановка «наноэра» или проблема токсичности наночастиц. ЭВР. Москва,2008.

9. V. Zhao et al, Nature Nanotech. 3,191. / 2008/

10. http // www. ***** Современная нейробиология и нейро науки.

Схема сканирующего атомного силового микроскопа

• 1986 г. – Г. Биннинг, K. Куатт, K. Гербер создали сканирующий атомно-силовой микроскоп;

Фуллерены, как новая форма существования углерода в природе наряду с давно известными алмазом и графитом, были открыты в 1985 г. при попытках астрофизиков объяснить спектры межзвездной пыли.

Нанотрубка – это молекула из более миллиона атомов углерода, представляющая собой трубку с диаметром около нанометра и длиной несколько десятков микрон.

Источник