http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=a2697cf3-7bda-44d0-a89f-eea4f5926d47&print=1© 2024 Российская академия наук
О нанотехнологиях вдруг заговорили мощно все - от ученых до чиновников президентской администрации. Россия официально заявила о приоритетном финансировании этого научного направления, для чего на высшем правительственном уровне объявлено о создании корпорации "Роснанотех". Конкурс за право стать головной научной организацией работ в области нанотехнологий и наноматериалов в РФ выиграл Российский научный центр "Курчатовский институт". Как посчитали эксперты, одним из главных "козырей" "Курчатника" является первый специализированный российский источник синхротронного излучения, который вместе с нейтронным реактором ИР-8 уже стал основой для развертывания работ в области нанотехнологий. Что же такое нанотехнологий и чем они "грозят" нашей стране, обозреватель "ВМ" попытался выяснить у заведующего лабораторией Курчатовского института, кандидата технических наук Кирилла Потловского.
Что такое нанотехнологии?
- Кирилл Геннадьевич, для начала давайте разберемся: почему общее название технологий, о которых пойдет речь, снабжено приставкой "нано"?
- Эта приставка говорит об уменьшении основной единицы измерения в миллиард (или в десять в девятой степени) раз. В данном случае имеется в виду нанометр - одна миллиардная метра. Это барьер, за которым уже "ощущаются" характерные размеры атомов. Скажем, период кристаллической решетки кремния - основного химического элемента, применяемого в современной микроэлектронике, -составляет 5,4 Ангстрема (Ангстрем - одна десятая нанометра). Поэтому под нанотехнологиями принято понимать набор научно обоснованных приемов, позволяющих оперировать с группами атомов или даже с отдельными атомами. Спектр применения этих технологий невероятно высок. Например, медикам известна аллергия на контрастное вещество, вводимое в кровь пациента перед рентгеновским обследованием. Так вот, нанотехнологии позволяют изготовить безвредный для человека углеродный контейнер, внутрь которого можно поместить всего несколько атомов контрастного вещества, и при этом удастся избежать непосредственного контакта человеческих тканей с веществом-аллергеном. А в энергетике с использованием нанотехнологий можно построить ячейки и контейнеры для безопасного хранения водорода чуть ли не на улице.
- Это пока фантастика или в лабораториях уже ведутся работы с конкретными результатами?
- Нанотехнологии - уже не фантастика. Например, у меня дома лежат так называемые наноноски. Это обычные носки, покрытые наночастицами серебра. Дело в том, что серебро, попавшее внутрь организма, -сильнейший яд. На поверхности же человеческого тела этот металл - наоборот, наш союзник: он очень эффективно убивает болезнетворные бактерии (вспомните серебряные столовые приборы, неизменно ценившиеся во все времена). И, скажем, в больницах и госпиталях атомы серебра могли бы сослужить человечеству огромную службу, сохраняя перевязочный материал стерильным фактически даже в условиях открытого хранения. Но как этого добиться на практике? Нанотехнологии подсказывают, как именно: достаточно обработать ткань так называемым ультраколлоидным раствором серебра - и, пожалуйста, носите себе на здоровье. В России такие вещи уже выпускает одна петербургская текстильная фирма.
- Сколько стоят такие носки? Ведь серебро - все-таки драгметалл...
- Немногим дороже обычных носков: общий вес серебра там - тысячная доля грамма.
- Наверное, они требуют бережного обращения...
- Да нет, носки как носки. Правда, выдерживают всего около десяти стирок.
Молекула, вам укольчик!
- Но мне до сих пор казалось, что нанотехнологии прежде всего призваны обеспечить внедрение чужеродной, искусственно созданной микроструктуры в живой организм с целью оказать ему помощь. Например, в научно-популярной и околонаучной прессе активно обсуждаются перспективы крионики - набора технических методов, позволяющих подвергнуть неизлечимо больного пациента глубокой заморозке сразу же после его клинической смерти в надежде, что будущие поколения найдут возможность справляться с ныне смертельными недугами, и сразу после разморозки обреченный обретет исцеление. Так вот, апологеты крионики убеждены, будто безопасную разморозку обеспечат именно нанотехнологии - при помощи так называемых нанороботов.
- Вот это как раз пока фантастика. Прежде всего потому, что главный ущерб биотканям при разморозке наносят ледяные кристаллики, рвущие клеточные мембраны. И я не очень представляю, как нанотехнологии (по крайней мере в обозримой перспективе) могут справиться с этой проблемой. Но мы занимаемся и "внедрением искусственных структур", говоря вашими словами. Так, источник синхротронного излучения, возле которого мы беседуем, помогает реализовать одну из важнейших задач нанотехнологии - непосредственную доставку лекарства к пораженной точке человеческого организма. С помощью большого накопительного кольца "Сибирь-2" мы расшифровываем структуры белковых молекул, которые потом можно использовать в лекарственных препаратах, и пытаемся понять, как именно в силу своей геометрии эта молекула будет взаимодействовать с живой тканью. Фактически это и есть нанотехнологии в чистом виде, потому что здесь мы имеем дело с "тонкой настройкой" атомно-молекулярного мира. За рубежом уже опубликованы работы, авторы которых утверждают, что смогли "увидеть" отдельные атомы углерода при помощи так называемого зондового микроскопа.
- А что собой представляет зондовый микроскоп?
- Это очень тонкая кремниевая игла с диаметром острия порядка нанометра. С ее помощью можно фактически "ощупывать" поверхность, различая отдельные молекулы и атомы. Подведя же к кончику иглы электрический потенциал, реально вырывать отдельный атом из окружения и, перетаскивая его на другое место, изменять геометрию кристаллической решетки.
- То есть можно превращать графит в алмаз?
- Теоретически да. Но стоить он будет много дороже самых крупных самородков, продающихся на самых дорогих биржах мира. Пока приемы зондовой микроскопии - скорее научные игрушки, отлично тем не менее демонстрирующие перспективные возможности нанотехнологий.
Не прозевать старт
- С чем связан неимоверный ажиотаж вокруг нанотехнологий в России?
- Поколение назад наша страна проиграла гонку в микроэлектронике. Все, что делается сейчас в этой области человеческой деятельности, придумано, за редчайшим исключением, не нами. Конечно, можно, затратив гигантские средства, попытаться догнать ушедших далеко вперед лидеров. И... убедиться, что сделано это напрасно: не сегодня-завтра человеческая цивилизация исчерпает возможности микроэлектроники. Дальше уменьшать приборы и устройства уже нельзя из-за принципиальных ограничений на размер кристалла кремния -основного химического элемента, применяемого в микроэлектронике. Значит, надо либо переходить на другой элемент (и тем самым менять все основы микроэлектроники), либо вообще отказываться от микроэлектроники, ведь за ближайшим поворотом - уже нанотехнологии. Понятно, что второй путь плодотворнее. А наша страна сейчас находится в уникальной ситуации. На стартовой позиции в силу развитых научных школ и пока имеющихся кадров мы остальному миру практически не уступаем, поэтому важно не проиграть уже после "отмашки" в начальной фазе самой "гоночной дистанции".
- Но мы сегодня говорили об исследованиях, проводящихся в тиши научных лабораторий. Значит ли это, что главный "старт" еще не дан?
- Конечно, пока нанотехнологии в основном удел ученых. И наша задача - выйти как можно скорее на опытное, а потом и на промышленное производство. В России уже производится целый ряд нанопродуктов, востребованных на рынке: наномембраны, нанопорошки, нанотрубки. Думаю, потребуется всего несколько лет, чтобы подготовить к выходу на рынок продукцию следующего поколения: наноэлектронные устройства, средства доставки лекарств микросистемной техники, наноуглеродные материалы. А лет через десять настанет пора продуктов нанобиотехнологий и гибридных приборов. Всего один пример: на минувшем Международном авиационно-космическом салоне в Жуковском Институт ядерного синтеза нашего научного центра заключил договор с НПО "Сатурн" и Уфимским моторостроительным производственным объединением на выпуск модифицированного турбинного покрытия. Наши ученые вышли на эту тему, ведя исследования по международному проекту "ИТЭР" в области управляемого термоядерного синтеза. Там нужно было разработать покрытие, выдерживающее температуру раскаленной плазмы. Так что теперь термояд косвенно поможет нашим авиаторам получить сверхпрочные турбины.
- А чем непосредственно занимается ваша лаборатория?
- Сейчас мы совместно с немецкими коллегами создали микрореактор для смешивания жидкостей в мельчайших объемах (до одного миллилитра). Это устройство незаменимо, если в результате химической реакции может образовываться особо опасное вещество, а возможности изолировать лабораторию от внешней среды нет. Раз речь идет о микрообъемах, то и опасность в случае ЧП намного меньше. Это, конечно, пока еще не нанотехнологии -как говорится, "болванки", "нано-дрова". Но это реальные научные заготовки, которые обязательно пригодятся в ближайшем будущем.