Материал: Нанотехнологии. Новинки завтрашнего дня (Шуленбург), 2006, c.60
|
в обществе |
Мобильность |
Нанотехнологии |
|
Наночастицы золота в качестве новых катализаторов.
Технология микросистем с защитой от вандализма в писсуарах на станциях обслуживания. Нанопокрытия с «эффектом лотоса» еще более упростят содержание и мытье туалетов.
Золото-катализатор
Нанотехнологии помогут золоту освоить новую профессию. В то время как «простое» золото сильно уступает платине
по каталитическим свойствам, наночастицы золота на пористом материале-носителе являются хорошим катализатором в автомобилях: даже при запуске холодного двигателя они разлагают оксиды азота и моноксид углерода до безвредных веществ. Наночастицы золота могут стать достойными катализаторами для топливных батарей.
Все эти разработки усовершенствуют и другие транспортные средства, не имеющие ничего общего с автомобилями. Например, от применения нанотехнологий, в частности топливных батарей и фотоэлементов, выиграют велосипеды, превратившись в «вечные двигатели», перемещающиеся повсюду и заряжающиеся только от света, воды и воздуха. Благодаря раме, сделанной из нановолокон углерода, они будут суперлегкими, еще у них будут диодные сигнальные фары и много других преимуществ.
Ароматизирующие нанокапсулы придают коже приятный запах.
Золото предотвращает появление запахов
Внастоящее время испытываются свойства наночастиц золота предотвращать появление запахов. В небольших системах
кондиционирования, например, в автомобилях, они могут предотвращать запахи, появляющиеся из-за присутствия в системе бактерий. В Японии наночастицы золота уже используются в туалетах.
Нанотехнологии на станциях обслуживания
Водители уже могут увидеть технологию микросистем в действии на придорожных станциях обслуживания. В современных
туалетах на унитазы ставятся датчики, которые посылают сигнал об увеличении температуры в центр электронного контроля, вызывая смыв.
Необходимая электроэнергия вырабатывается минитурбиной, приводимой в движение потоком воды во время смывания. В отличие от систем с инфракрасными датчиками, эту систему невозможно вывести из строя куском жевательной резинки.
С другой стороны, применением в писсуарах нанотехнологий достигается более простой и в то же время более сложный эффект: благодаря эффекту лотоса вода легко сбегает со стенок унитаза, проходит через жидкий слой, предотвращающий появление запахов, и исчезает бесследно – насколько это работает, покажет практика. Разумеется, эта технология годится и для жилых домов.
34
Топливные батареи – прибор на все случаи жизни
Как и обычные батарейки, топливные батареи производят электричество. Однако в то
время как химические составляющие обычной батарейки рано или поздно израсходуются, в топливной батарее материал с богатым запасом энергии постоянно возобновляется. Таким материалом может служить водород или другой газ или жидкость, содержащие водород, например, природный газ или рапсовое масло. В последних двух случаях водород сначала должен быть выделен в
«преобразователе», а потом уже работать в топливной батарее. При соединении водорода и кислорода происходит переход электронов от водорода к кислороду. В топливной батарее эти электроны силой выталкиваются во внешнюю электрическую схему, которая обеспечивает электричеством двигатель или другой прибор.
Продуктом такой реакции является обычная чистая вода.
Топливные батареи имеют высокий КПД, который зависит от вида батареи, но почти не зависит от ее размера. Выпускаются множество вариантов таких батарей. Нанотехнологии могут многое в них привнести, например, керамические пленки, наноструктурированные покрытия, нано-катализаторы.
В последние годы во всем мире было потрачено от шести до восьми миллиардов долларов на разработку технологии производства топливных батарей, так что нет причин сомневаться в
значимости данной технологии. Эти бесшумные источники электричества бывают всех размеров, начиная от размера почтовой марки и заканчивая
размером грузового контейнера, и, разумеется, будут применяться не только в автомобилях. Для меньших приборов источником водорода будет
служить негорючая смесь метанола и воды, запас которой можно будет пополнить в супермаркете.
Топливные батареи помогут вернуть электродвигателю
звание лучшего двигателя (первый электромобиль выехал на дорогу в Париже в 1881 году). Только электродвигатель может иметь КПД более 90%, и только он может одновременно служить генератором и превращать кинетическую энергию обратно в
электрическую, например, при торможении. Разумеется, в новых электромоторах и генераторах исключительные по своим свойствам магнитные материалы состоят из нанокристаллов.
Благодаря своим нано-порам металлические нанокубики от компании BASF могут хранить большие количества водорода.
Топливные батареи будут использоваться и в домах, одновременно снабжая их электричеством и теплом.
нологии |
в обществе |
Нанотех |
|
Вверху слева: пленка с наночастицами дольше сохраняет свежесть продуктов.
Вверху справа: умный упаковочный материал с полимерным чипомретранслятором.
Умные вещи – снабженное наноэлектроникой умное зеркало учит чистить зубы.
Здоровье
Завтрак с последствиями в 2020:
Кофе еще пьют? Конечно, а апельсиновый сок? Разумеется, только упаковка может быть необычной, например, внутри может располагаться «электронный язык», проверяющий, не испортился ли сок.
Или же датчик будет снаружи, и в его работу будет входить определение возможного дефицита кальция или других элементов по
пальцам, прикасающимся к упаковке; этот дефицит затем может восполнить «функциональная пища». Ею может стать обычный козий сыр – органические светоиспускающие диоды на ценнике упаковки помогут выбрать правильный сорт.
Зеркало в ванной с наноэлектронными вставками предоставляет владельцу информацию по первому требованию и несколько сдержанно относится к апельсиновому соку, так как в нем содержится сахар, а сахар способствует разрушению зубов. И вновь нужна помощь нанотехнологий: зубная паста (уже выпускается), содержащая нано-частицы
апатита и белка – природный зубной материал, возвращающий им здоровье (смотри также пункт Биоминерализация).
Дневной крем (уже выпускается) содержит наночастицы оксида цинка, борющиеся с вредным воздействием ультрафиолетового излучения. Из-за своих размеров наночастицы не видны, поэтому крем не белый, а абсолютно прозрачный.
Разведчики на кончиках пальцев
При участии нанотехнологий, наноэлектроники и технологии микросистем появится сложное
оборудование для проведения анализов, которое будет по карману обычным гражданам. В будущем небольшого укола в палец будет достаточно для проведения анализа крови. А какой у нас уровень холестерина? В норме ли содержание сахара? Результаты можно будет послать по Интернету в ближайший наномедицинский центр, где могут назначить более тщательный анализ или с помощью нано-реакторов создадут индивидуальное лекарство. Попав в тело, лекарство доставляет наночастицы со специальным покрытием, которое позволяет им действовать только на источник болезни. «Доставка лекарств на дом», с точностью до мельчайших деталей. Врачи следят за подобными разработками с возрастающим интересом.
36
Надмолекулярные лекарственные капсулы
Вводимые лекарства могут быть чрезвычайно сложными по структуре. Они будут находиться в надмолекулярных
полых молекулах (в стадии разработки), транспортировочных нано-контейнерах с антенной, к которой прикреплены антитела подобных сенсорных белков. При вступлении в контакт со структурами, принадлежащими агенту, вызвавшему заболевание – например, с внешней частью раковых клеток или бактериями – антитела пристыковываются к ним и посылают сигнал в полую молекулу, которая открывается и выпускает содержимое. При помощи таких нанотехнологий большие дозы лекарств могут доставляться прямо в источник заболевания, не подвергая воздействию весь организм и сводя к минимуму побочные эффекты.
Магнитные частицы излечивают рак
Подобные приемы можно использовать для доставки магнитных наночастиц к источникам раковых опухолей. Нагретые с
помощью переменного электромагнитного поля, эти частицы могут уничтожить опухоль. Наночастицы способны проникнуть и через «пропускной пункт», стоящий на пути крови в мозг, поэтому могут использоваться и для борьбы с опухолью мозга. Данный метод гипотермии
магнитной жидкостью был разработан рабочей группой под руководством биолога Андреаса Джордана. В настоящее время начались его клинические испытания.
Турникеты на чипе
Технология микросистем и нанотехнологии – границы между ними размыты – окупят себя в медицинском секторе хотя бы путем
миниатюризации и удешевления имеющихся аппаратов иногда в сотни тысяч раз и более. Это произойдет, среди всего прочего, и со сложнейшими аппаратами, способными проверить миллионы клеток, например, крови на предмет выявления определенных свойств со скоростью несколько тысяч в секунду, и рассортировать живые клетки.
Диагностика завтрашнего дня. Нанотехнологии сделают постоянно дорожающие методы доступными.
Раковые клетки в глиобластоме мозговой опухоли «до отвала наелись» наночастицами магнетита со специальным покрытием, которые заполняют все пространство вплоть до границы здоровых клеток. Если теперь эти частицы нагреть с помощью электромагнитного поля, то опухоль станет восприимчивой к дальнейшему лечению. Медицинская апробация данного метода намечена на 2005 год.
37
технологии |
в обществе |
Нано |
|
Здоровье |
Нанодисперсные порошки |
|
можно обжигать для |
|
получения совершенных, |
|
надежных керамических |
|
изделий, применяемых, |
|
например, в |
|
имплантантах. |
|
|
Это будет делаться так: в кровь добавляются антитела, которые прикрепляются к интересующим клеткам – и только к ним – и в то же время несут на себе частицы краски, которая светится или флуоресцирует в лазерном луче. В сортировочном устройстве заключенные в оболочку клетки будут прогоняться через такой луч; когда флуоресцирующий сигнал будет замечен, электрические поля направят оболочку и клетку в приемник – методика отчасти заимствована у струйных принтеров. Сортировочные устройства
гигантскими по сравнению с размещенными на них наноприборами – площадью в несколько квадратных сантиметров. Нужно это для того, чтобы обеспечить внутри них циркуляцию жидкостей, которые в нано-космосе приобретают вязкость меда и которым, для того чтобы течь, нужно пространство. Лаборатории на чипах совершат революцию в биологии, если ученые смогут использовать нанолаборатории для того, чтобы шаг за шагом отследить процессы, происходящие в отдельных клетках. Это позволит сделать своего рода видеозапись – видеозапись жизни. И ученые не удовольствуются простым наблюдением клетки, а будут нащупывать и двигать ее, чтобы увидеть ее реакцию и раскрыть тайну жизни.
Маленькая, но сложная «лаборатория на чипе», лаборатория размером с кончик пальца.
являются очень сложными приборами, сочетающими в себе микромеханику, оптику, и сложнейшую электронику, соответственно эти устройства очень дороги. Нанотехнологии уменьшат эти сортировочные устройства размером с турникет до размеров почтовой марки, возможно даже сделают их одноразовыми, что значительно ускорит прогресс в медицине.
Для создания лаборатории на чипе планируется привлечь еще более продвинутые нанотехнологии. Ведущие разработчики утверждают, что такие лаборатории будут примерами слаженной работы миллионов наноприборов. Такие чипы будут
Имплантант сетчатки.
Нейропротезирование
Внастоящее время к стадии испытаний приближается самонастраивающийся имплантант сетчатки – сложнейший
результат применения технологии микросистем и нанотехнологий. Его задача – частично восстановить зрение в случае слепоты, вызванной retinitis pigmentosa. В систему входит крошечная
38