Безопасныенанотехнологии

Автор: Юрий Свидиненко
Опубликовано в журнале "Компьютерра" №25

Читатель вправе спросить: зачем развивать технологии, от которых обязательно надо защищаться? Но почти любая технология несет в себе потенциальную угрозу. Будь то паровые машины, солнечные электростанции или ядерные бомбы. И предотвратить развитие какой-либо технологии, пользующейся спросом на мировом рынке, практически невозможно. Многие думают, что нанотехнологии — очередной ящик Пандоры, открыв который, мы не сможем предотвратить техногенной катастрофы.

Возможные опасности можно разделить на следующие классы:

- Угроза от новых лекарств, улучшенных с помощью нанотехнологий.
- Угроза от новых материалов, улучшенных с помощью нанотехнологий.
- Угроза от нанороботов и репликаторов.
- Угроза от использования нанооружия террористами.

В ближайшем будущем (через пять-шесть лет) нанотехнологии, скорее всего, не принесут ни мировых катастроф, ни массовых эпидемий. Но некоторые опасности все-таки остаются.

Главная из них связана с появлением на мировом рынке новых материалов, улучшенных с применением нанотехнологий. К примеру, с конца 2003 года в продаже появились джинсы фирмы NanoTex (совместно с компанией Lee Jeans), которые трудно испачкать и намочить, а если это и удалось, то снять загрязнение очень просто. Чудесные свойства ткани придают специально разработанные наночастицы Nano-Pel. Конечно, продукция прошла все необходимые испытания, но все же могут найтись люди с аллергией на эти наночастицы.

Гибкие мониторы, которые можно будет встраивать в одежду и предметы быта, тоже могут негативно влиять на человеческий организм. Некоторые компании собираются даже заменять такими мониторами традиционные обои в квартирах. Существует несколько различных типов гибких мониторов: FOLED, нанотрубочные мониторы на органической основе, мониторы на основе квантовых точек. Из перечисленных, только FOLED может выйти на рынок около 2005–06 года (компания Universal Display). Разработка гибких мониторов на нанотрубках и квантовых точках займет больше времени. Сейчас готовы прототипы гибких нанотрубочных аппаратов от компаний Kopin и Nanosys. На рынке они появятся не ранее 2007 года. Как подействует на человеческий организм слабое электромагнитное излучение мониторов, встроенных в одежду, — неизвестно.

Меньше всего следует опасаться лекарств, улучшенных с помощью нанотехнологий. Их влияние на организм человека тщательно проверяется Всемирной организацией здравоохранения. Клинические тесты и проверки новых препаратов становятся все более длительными. Отчасти в этом повинен недавно обнаруженный токсичный эффект фуллеренов.

Алмазоид — гидрокарбонат, в котором атомы углерода образуют тетраэдральную пространственную сетку с конфигурацией электронных орбиталей sp3, точно такую же, как и в алмазе. В природе алмазоид встречается в сырой нефти в виде молекул низших гидрокарбонатов — адамантана (C10H16), диамантана (C14H20) и триамантана (C18H24). Все эти соединения были синтезированы несколько десятилетий тому назад. Свойства этих материалов различны, однако всем им присущи такие базовые характеристики природного алмаза, как модуль Юнга > 1050 ГПа, температура плавления выше 1800 °С, плотность 3500 кг/куб. м. Глядя на характеристики высших алмазоидов, можно сделать вывод, что любой предмет, изготовленный из них, будет иметь жесткость гораздо большую, нежели у аналогичного предмета из стали; более высокую температуру плавления; и, благодаря возможности изготовления волокон, будет гораздо легче аналогов из других материалов. Такие уникальные свойства алмазоида объясняются высокой энергией ковалентных связей С-С. Можно улучшить характеристики алмазоида, включив в его пространственную структуру различные добавки, получив, в частности, материалы с различной электропроводностью, гибкостью и гидрофобностью. Скорее всего алмазоид найдет применение в авиакосмической, автомобильной, судостроительной промышленности и заменит сверхпрочные и сверхлегкие сплавы, использующиеся в этих отраслях. Получать алмазоидные материалы можно будет благодаря автоматизированному высокоточному механосинтезу, который станет возможным с появлением точных наноманипуляторов. При этом производство алмазоида будет быстрым (Эрик Дрекслер оценил механосинтез алмазоида одной нанофабрикой размерами 0,5х0,5х0,5 м в один-два килограмма в час). Вероятно, что благодаря своим уникальным характеристикам, алмазоид станет универсальным и дешевым (сырьем послужит графит либо уголь) материалом XXI века.

Долгое время молекулы фуллеренов считались идеальным средством для доставки лекарств непосредственно к больным клеткам. Для этого фуллерен надо заполнить лекарством, а его поверхность покрыть белковыми маркерами клеток-мишеней. У раковых клеток такие маркеры уже исследованы (CD 95, CD 98). Чтобы, на всякий случай, определить токсичность молекул-повозок, исследователи, возглавляемые Евой Обердёрстер (Eva Oberdцrster), биологом из Южного методистского университета в Далласе, для начала испытали их на дафниях (водяных блохах), добавив фуллерены в десятилитровые резервуары с этими маленькими ракообразными. По прошествии 48 часов биологи заглянули к дафниям и обнаружили, что особей дафний в аквариуме стало меньше.

Исследователи вычислили, что при концентрации молекул 800 частей на миллиард умирает половина водяных блох. А когда ученые заменили дафний окунями и повторили опыт, у рыб обнаружилось серьезное повреждение мембран мозговых клеток. Ущерб был больше в семнадцать раз по сравнению с рыбами, плавающими в обычной воде. Также выяснилось, что окуни, подвергнутые воздействию фуллерена C60, в качестве иммунного ответа на воздействие наночастиц включили кое-какие гены — пытались отбиться от инородных материалов.

Выявленный эффект делает фуллерены «умеренным ядом»: они немного более ядовиты, чем никель, но все же не так опасны, как химикалии типа бензапирена, который содержится в сигаретном дыме и автомобильных выхлопах. Однако покрытие фуллеренов простыми молекулами может предотвратить разрушительное воздействие C60. Возможно также, что при нанесении на фуллерены специальных меток их токсичность снизится.

Конечно же, не все наноматериалы обладают вредными для живых существ свойствами. Их «поведение» зависит не только от размера, но и от формы: являются ли они, к примеру, сферами или длинными трубками. В клеточной мембране существует ряд пор, через которые могут пройти молекулы определенной формы. Поэтому взаимодействие «клеточная пора — наночастица» будет определять степень поражения. К сожалению, в этой области пока ведется немного исследований.