Nanotechnologijos kol kas skamba kaip paslaptingas burtažodis, bet labai tikėtina, kad būtent šios technologijos iš esmės pakeis gyvenimą.

Tradicinės ekonomikos galas

Industriniam kapitalizmui, kurio pagrindą sudaro mechaninė gamyba ir tradicinė elektronika, ateina galas. Mokslininkai sutaria: žengiame į kokybiškai naują laikotarpį, kuriam pamatus kloja daugybę mokslo sričių apimančios ir kol kas daug kam paslaptingai skambančios nanotechnologijos.

Dabar pasaulį krečiančią finansų krizę kai kurie mokslininkai laiko pirmuoju signalu apie žlungančią tradicinę ekonomiką. Jie siūlo prisiminti istoriją: kaskart prieš tam tikrą ekonominį šuolį vykdavo technologiniai perversmai. Tik po revoliucijų, krizių ir kitokių neramumų susiformuodavo tam tikra sistema, pagal kurią veikdavo pasaulio ekonomika.

Pavyzdžiui, XVIII a. išradus garo mašiną, sukurti judantys mechanizmai, vėliau jie transformuoti į audimo stakles. Prasidėjo mechanizacijos etapas, kai žmogaus rankų darbą keitė mašinos.

"Senoji sistema nepripažino naujų technologijų. Stiprus buvo luditų, kurie daužė mašinas, judėjimas. Visa tai baigėsi revoliucijomis, gatvės mūšiais", – primena KTU Mikrosistemų ir nanotechnologijų mokslinio centro vadovas, profesorius Valentinas Snitka.

Artėja naujas lūžis

Visuomenei sukaupus tam tikrą naują supratimą apie pasaulį, ekonomika žengė į naują lygį. Prasidėjus elektrizavimo etapui, išrasti elektros motorai, su jais siejama industrinės ekonomikos pradžia. Vėliau sekė kapitalizmas, kurio pagrindas – konvejerinė gamyba. Tuomet pradėta masiškai štampuoti daug tokių pat gaminių ir kiekvienas galėjo įpirkti tokį daiktą, kokį turi kaimynas.

Po Antrojo pasaulinio karo sparčiai vystėsi mokslas, visos šalys gausiai finansavo universitetus, todėl netrukus prasidėjo elektronikos era. Kiekvienus namus pasiekė televizoriai, magnetofonai, o vėliau ir internetas.

"Kapitalizmo žydėjimas baigėsi JAV prezidento Ronaldo Reigano laikais. Prasidėjo privatizacija ir ėmė darytis aišku, kad industrinis kapitalizmas žlugs, – pasakojo V.Snitka. – Kartu su juo griuvo ir globali dvipolė politinė sistema, žlugo Sovietų Sąjunga."

Ekonomika, kurios pagrindas – mechaninė gamyba – jau vakarykštė ekonomika. Stoja senų technologijų fabrikai, tradicinę elektroniką ir mikroelektroniką išstumia naujesnės technologijos.

Mokslininkų nuomone, jau formuojasi nauja technologinė bazė, kurios pagrindu ir formuosis naujoji ekonomika.

Išaušo nanotechnologijų diena

Pastaraisiais metais įvairiose valstybėse daug pinigų investuota į mokslinius tyrimus gerai nesuvokiant, kam jie bus panaudoti. Naujas supratimas apie pasaulį susiformavo ne tik fundamentaliųjų, bet ir socialinių mokslų srityje. Atsirado sąvokos "kompleksiškumo teorija", "netiesinių sistemų termodinamika". Nanotechnologijų link artėjo fizikai, kuriems rūpėjo žvaigždės, kosmosas ir elementariųjų dalelių kilmė. Šios technologijos tapo ir mechanikų, elektronikų tyrimo objektu – ypač pastarieji stengėsi pagaminti vis mažesnius daiktus ir taip priartėjo prie nanodalelių, kurios yra vos didesnės už atomą.

"Nanotechnologijos apima daugybę mokslo sričių. Dedamos pastangos, kad visose srityse – nuo elektronikos iki medicinos – gamtos dėsnių suvokimas ir technologijų įvaldymas atominiame lygmenyje perkeltų žmoniją į aukštesnį kokybinį lygį", – apie pažangius išradimus kalbėjo fundamentaliųjų tyrimų puslaidininkių elektronikoje elitinės įstaigos – Miuncheno Walter Schottky instituto – doktorantas Augustinas Vizbaras.

Medžiagas pažino iš naujo

Tyrinėjimus, susijusius su nanotechnologijomis, ypač palengvino 1986 m. išrastas atominės jėgos mikroskopas: sukurti tokie smailūs zondai, kuriais mokslininkai galėjo prisiliesti prie nanopasaulio. Eksperimentuodami mokslininkai suprato, kad, nuo tam tikros medžiagos atskėlus mažą jos gabaliuką – nanodalelę, tos medžiagos savybės yra visiškai kitokios ir labai dažnai daug geresnės. Pastebėta, kad tas mažas daiktas chemiškai ir elektriškai yra daug aktyvesnis ir laidesnis. Atrasta, kad kai kurios medžiagos formuoja nanostruktūras, kurių savybės kitokios. Jeigu iš tų struktūrų pagaminsime daiktus, jų savybės bus unikalios.

Pažvelkime į anglį: anglies pieštukas – minkštas, anglies deimantas – labai kietas, o anglies nanovamzdelis – tvirtas, jo atsparumas tempimui dešimtis kartų viršija plieno stiprumą. Japonai pranešė apie ketinimus pagaminti lyną iš anglies nanovamzdelių ir ištempti jį iki kosmoso. Ten pakabins palydovą ir nuties į jį liftą, kad galėtų siuntinėti į kosmosą ką jiems reikia.

Nanotechnologijų tikslas – sukurti gamybą, kuri imituotų gamtą, ir taip pagaliau baigti konkurenciją su gamta.

Primena fantastinius romanus

Klausantis profesoriaus V.Snitkos pasakojimo apie nanotechnologijas išnyksta riba tarp realybės ir fantastikos. Esą, supilstę įvairius skysčius ir įdėję specialaus DNR, ant virtuvės stalo ateityje užsiauginsime vištą ir, jei bus noro, pašausime ją į orkaitę.

Anot profesoriaus, tik laiko klausimas, kiek dar bus reikalinga "Achema". Nanotechnologinių trąšų pagrindu valdysime augalo stresą, kitaip tariant – kontroliuosime augimą, tada tradicinės trąšos bus nebereikalingos.

Kur kas tolimesnis nanotechnologijų tikslas – sukurti biologinius robotus, vadinamuosius kyborgus.

"Išradimų eiga priklausys nuo daugelio dalykų: prieš tai reikės suprasti, kaip veikia protas. Ir kas yra protas? Ar smegenų veiklos, tai yra biologinės substancijos produktas, o gal smegenys skirtos komunikuoti su aukštesnėmis materijomis? Gal kada modifikuosime DNR ir sugebėsime komunikuoti su daugiamačiu pasauliu, o kartu – su kitomis civilizacijomis?" – svarstė V.Snitka, kuris šį mėnesį į Kauną grįžo po dvejus metus trukusio darbo Malaizijos mokslinių tyrimų korporacijoje MIMOS.

Perversmas – ne už kalnų

Įvaldžius itin plonų sluoksnių auginimo technologiją, mokslininkams pavyko sukurti naujo tipo lazerinius šviesos šaltinius, kurie pavadinti kvantiniais kaskadiniais lazeriais. Unikaliomis savybėmis pasižymintys lazeriai gali aprėpti labai platų bangos ilgių spektrą, ypač artimojoje ir tolimojoje infraraudonojoje spektro dalyje.

"Perversmo informacinių technologijų srityje ilgai laukti tikrai neteks. Šie lazeriai jau naudojami kontroliuojant atmosferos užterštumą. Jau kuriamos naujos kartos skaičiavimo technologijos – kvantinis skaičiavimas", – apie mokslinius tyrimus pasakojo doktorantas A.Vizbaras. Nanotechnologijos didžiausią perversmą, anot jo, sukels medicinos ir farmacijos srityje.

"Įvaldę nanotechnologijas, nanometriniame mastelyje geriau suprasime anatomiją, ištobulinsime genetinę inžineriją, suvoksime tokių ligų, kaip vėžys, priežastis ir galbūt išmoksime užkirsti joms kelią kur kas anksčiau nei šiandien", – iššūkiais mokslininkams dalijosi A.Vizbaras.

Kalifornijos universitete nustatyta, kad vėžiui gydyti gali būti pasitelktos aukso nanodalelės. Esą jų būtų galima įšvirkšti į vėžio ląsteles ir apšvitinti žmogų lokaliai elektromagnetinėmis bangomis. Pakilus aukso temperatūrai, vėžinės ląstelės žūtų. Šis išradimas užpatentuotas.

Gali pakenkti sveikatai

Praskleidę nanopasaulio skraistę, netrukus mokslininkai pastebėjo, kad nanotechnologijos gali kelti ir pavojų – ši mokslo sritis pavadinta nanotoksikologija.

"Tai ypač aktualu medicinos ir farmacijos srityse, nes čia žmogui kyla potencialus pavojus. Tai, kas šiandien atrodo sveika, atlikus daugiau tyrimų, gali paaiškėti, kad yra kenksminga, todėl eksperimentuojama labai atsargiai", – pasakojo A.Vizbaras.

Didžiosios Britanijos mokslininkai pernai pasidalijo įtarimais, kad kai kurios, jau į kasdienio vartojimo produktus kelią prasiskynusios, nanomedžiagos gali sukelti vėžį. Mokslininkai nuogąstavo, kad apie nanodalelių poveikį sveikatai kol kas nieko nežinoma, bet jas naudoti kremų nuo saulės ar maisto papildų gamyboje leidžiama. Britų mokslininkams susirūpinimą kelia toksiškos nanodalelės, galinčios prasiskverbti pro apsauginius organizmo barjerus ir patekti į smegenis ar besilaukiančių moterų nešiojamus būsimus kūdikius. Kad pabrėžtų galimą pavojų, jie pasitelkė asbesto pavyzdį. Ši medžiaga taip pat anksčiau buvo laikoma pažangia, tačiau vėliau paaiškėjo, kad ji sukelia vėžį.

Mokslo pasiekimai – jau versle

Nanodalelės jau naudojamos kojinių, kremų nuo saulės, rankšluosčių, alaus, tvarsčių, maisto pakuočių, kompiuterių, maisto papildų, skustuvų ašmenų, teniso rakečių ir kitų plataus vartojimo prekių gamyboje.

Prieš dvejus metus Kaune pradėjusi prekiauti naujos kartos paviršių priežiūros medžiagomis bendrovė "Baltic Nano Technologies" jau turi ištikimų pirkėjų ratą.

"Matome, kad visas pasaulis atsigręžė į nanotechnologijas, norime būti pirmieji rinkoje, todėl atvežėme į Lietuvą pažangios produkcijos", – pasakojo bendrovės direktorius Vytautas Švirinas.

Bendrovė prekiauja Austrijos įmonės "Vadlau GesmbH" nano linijos produktais "StayClean" ir "Powernano", kuriais dengiami įvairūs paviršiai.

"Tokiu produktu padengus kriauklę, ją valyti užtenka tik vandeniu ir kempine, nes joks purvas prie paviršiaus nekimba ir į gilesnį sluoksnį nepatenka", – pateikė pavyzdį V.Švirinas. Nanotechnologijos danga padengus mašinos stiklą, vėjas lengvai nuo jo nupučia lašus.

Specialisto komentaras

Bristolio universiteto (Anglija) Fizikos katedros mokslo darbuotojas Artūras Ulcinas:

Nanotechnologijos jau keičia pasaulį – be didesnio triukšmo rinkoje atsirado "savaime nusivalantys" stiklai ar ypač tvirtos ir lengvos teniso raketės su anglies nanovamzdeliais, kosmetika ir padangos su nanodalelėmis. Nanotechnologijos turės didelės įtakos medicinai (patogenų, ypač mažų koncentracijų nustatymas, ankstyvesnė ligos diagnostika, geriau lokalizuotas ir personalizuotas gydymas), komunikacijosoms (dar greitesni ir mažiau energijos vartojantys kompiuteriai ir mobilieji telefonai), energetikai (didesnis elektros generavimo efektyvumas, efektyvus vandenilio išgavimas). Su kolegomis Bristolyje esame sukūrę keletą unikalių prietaisų ir metodų, ypač atominių jėgų mikroskopijos (AJM) srityje. Vienas jų – dideles spartos atominių jėgų mikroskopas. Šiuo prietaisu polimerinius paviršius galime vizualizuoti iki tūkstančio vaizdų per sekundę sparta. Nuo šiol galime tiesiogiai stebėti paviršiuje vykstančius procesus nanometrų skiriamąja geba bei greitai gauti didelio paviršiaus ploto aukštos skiriamosios gebos "žemėlapius". Kita vertus, tiriant biologines struktūras, būtini kiek įmanoma mažiau invaziniai metodai. Dėl to sukūrėme naują metodą labai mažų geometrinių matmenų atominių jėgų mikroskopo zondus veikiančiai jėgai matuoti. Šis metodas leis neinvaziškai tirti paviršines biologines struktūras jų natūralioje terpėje didele sparta ir ypač aukšta skiriamąja geba, taip pat biologijoje ir technologijoje svarbius procesus, vykstančius ties skysčio ar tampraus kūno skiriamąja riba. Pavyzdžiui, šiuo prietaisu man pavyko vizualizuoti vandens molekulinius sluoksnius, susiformuojančius prie atomiškai lygaus žėručio paviršiaus. Tikiuosi, kad metodas bus taikomas kurti naujiems ypačjautriems jutikliams, skirtiems, pavyzdžiui, ypač mažoms bakterijų koncentracijoms nustatyti. Šiuo metu metodas yra patentuojamas.

Kūrinys

Prezidento Baracko Obamos portretas, kuris tapo populiarus per jo rinkimų kampaniją, šiuo metu kabo Nacionalinėje portretų galerijoje Vašingtone. Tačiau šis žmogus, kurio atvaizdus galima pamatyti visoje žiniasklaidoje – pradedant iškarpomis ir baigiant vėliavomis – dabar yra įamžintas ir naudojant nanotechnologijas. Trimatės erdvės 44-ojo JAV prezidento paveikslų dydis – mažiau nei pusė milimetro. Kiekvienas paveikslas suformuotas iš 150 milijonų vertikaliai sudėtų anglies nanovamzdelių.

Nanotechnologijų istorija

1959 m. vadinami nanotechnologijos pradžia. Richardas Feynmanas prabilo apie tai, kad kažkada bus galima manipuliuoti medžiaga atomų lygyje.

1974 m. užpatentuotas pirmasis molekulinės elektronikos prietaisas.

1981 m. išrastas skenuojantis tunelinis mikroskopas (STM).

1985 m. atrasti fulerenai – sferiniai dariniai iš 60 anglies atomų.

1986 m. išrastas atominės jėgos mikroskopas (AJM).

1987 m. eksperimentu užregistruotas elektrinio laidumo kvantavimas.

1988 m. sukurtas pirmas "dirbtinis baltymas".

1989 m. nanomanipuliacija – užrašas IBM sudėliojamas iš 35 ksenono atomų.

1991 m. atrasti anglies nanovamzdeliai.

1994 m. sukurtas pirmasis puslaidininkinis kvantinis kaskadinis lazeris.

1997m. sukurtas nanomechaninis prietaisas su DNR.

1999 m. sukurtas molekulinių matmenų jungiklis.

2001 m. sukurti nanovamzdelių loginiai elementai.

Šaltinis: Vilniaus universitetas