Нанотехнологии

Citato loco : "Нанометр" и "Популярная механика"

Наноконтроль

Из лаборатории – на конвейер

Важное достижение на пути к массовому промышленному производству наноустройств – технология выращивания нанотрубок непосредственно в нужном месте будущего крохотного механизма.

Метод позволяет свести к минимуму число шагов, необходимых для формирования наноустройства – фактически, он требует всего трех этапов фотолитографии – и может использоваться в массовом производстве. Создан он группой ученых во главе с Бабаком Никообахтом (Babak Nikoobakht) и, по сути, состоит в контроле над областью, в которой миллионы наночастиц складываются в высокоупорядоченные структуры.

Для этого на горизонтальной подложке задаются начальные точки и направления формирования нанонитей, их количество и плотность расположения. Для этого используются наночастицы золота, от которых и начинается рост, а структура подложки определяет схему роста. По словам авторов разработки, в сравнении с другими существующими методами их подход наиболее прост и уже в существующем виде может использоваться для промышленных целей.

Между тем, существует и иная принципиальная проблема, связанная с внедрением нанотехнологий в повседневную жизнь. И состоит она в контакте нашего макро- и микромира с наномиром

От макро к нано

Проблема контакта с наномиром

Прежде чем внедрить нанотрубки в микросхему, необходимо создать и стандартизировать систему, которая обеспечит передачу электрических сигналов к ним и от них.

С тех самых пор, когда в начале 1990-х были открыты углеродные нанотрубки, они обещали скорое появление целого ряда революционных технологий. Одна из причин столь больших надежд, возлагаемых на эти крошечные объекты, — их способность проводить электрический ток, не рассеивая при этом много тепла. Как известно, с уменьшением размеров полупроводниковых микросхем потеря тепла становится одной из главных их проблем.

Нанотрубки действительно кажутся идеальными кандидатами на роль основных функциональных блоков в электронных устройствах будущего, однако сначала нужно научиться создавать электрический контакт с ними. Из-за невероятно маленьких размеров нанотрубок (их стенки могут состоять даже из одного слоя атомов), эта задача крайне сложна, и до сих пор не существовало стандартного подхода к ее решению.

Эту проблему собираются решить ученые из Техасского университета в Далласе в рамках трехлетнего проекта, удостоившегося гранта в размере 225 тыс. долларов от Министерства науки и технологий Южной Кореи и ВВС США. В ходе этого проекта впервые будут просчитаны и изучены металлические контакты, с помощью которых возможно установить электрический контакт с нанотрубками для успешного внедрения их в технологические системы. Ученые попытаются установить стандартную методику применения нанотрубок, в которой использовался бы весь их невероятный потенциал.

Между тем, нанотехнологии уже позволили создать ряд ранее недоступных материалов. Читайте о полимере, который «заживает» после повреждения: «Ремонтируйся сам», о жидкой броне: «Непробиваемый гель», о прочной, как сталь, ткани: «Наноткань».

Нанолекарство

Все лекарства в одной частице

Предложено интересное использование наночастиц для доставки лекарств, генов, а также для терапии опухолей.

Ученые воспользовались способностью магнитных наночастиц разогреваться под действием переменного электромагнитного поля. К частицам были пришиты одноцепочечные фрагменты ДНК, способные при добавлении к ним новых фрагментов ДНК формировать двухцепочечные структуры. Двухцепочечные ДНК, в свою очередь, распадаются на одноцепочечные фрагменты при определенной температуре.

Итак, к наночастицам оксида железа размером 50 нм, покрытых декстраном, были пришиты 30-нуклеотидные молекулы ДНК. Затем к нему пришили «модель» лекарства — флуоресцентную метку с фрагментом ДНК, комплементарным пришитому к наночастицам. Весь комплекс поместили в гель, который послужил «моделью» опухоли. Теперь флуоресцентные метки могли оказаться в растворе только в том случае, если нарушалось их связывание с наночастицами.

Когда на такую «опухоль» с наночастицами, содержащими два типа «лекарств», действовали переменным магнитным полем различной мощности, при одном его напряжении высвобождалось только одно, а при другом – оба вещества. Таким образом, была продемонстрирована возможность контролируемого последовательного высвобождения нескольких лекарств. С точки зрения дальнейших биологических применений важно, что применяемое в данном случае электромагнитное поле частотой 400 кГц легко проникает в ткани организма.

Вдохновленные успехом, исследователи перешли к испытаниям на живых организмах. «Модельная опухоль» вместе с магнитными частицами была имплантирована живым мышкам, на которых затем также подействовали переменным электромагнитным полем в течение 5 минут. В тканях обнаруживалось высвобождение ровно того «лекарства», которое и ожидалось исследователями.

Впереди – новый важный этап: замена красителя на реальное лекарство. Напомним, что параллельно ведутся и другие опыты по созданию эффективной системы адресной доставки лекарств. Например, из «выпотрошенной» палочки сальмонеллы («Вопросы доставки») или других бактерий («Аптека внутри»).

Золотая пулька

Золото убивает

«Золотая пуля» – мечта врачей с незапамятных времен – лекарство, поражающее только болезнетворные частицы, и оставляющее нетронутыми клетки хозяина. Этот подход может сработать полностью, если использовать золото в виде наночастиц. Подход уже оправдал себя в борьбе с токсоплазмой.

Наночастицы золота различной формы давно привлекают внимание ученых как потенциальные помощники в лечении целого спектра болезней. Золотые «нанопрутья» активно поглощают излучение в ближнем инфракрасном диапазоне, для которого человеческое тело относительно прозрачно. Это делает их фототермальной терапии – избирательного разрушения патогенных агентов нагреванием.

Все это уже позволило использовать нанопрутья из золота для уничтожения клеток раковых опухолей, а на днях группа Дакронга Писсавана (Dakrong Pissuwan) сообщила о возможности использования их для уничтожения внутриклеточных паразитов. Авторы с успехом протестировали этот подход на организмах Toxoplasma gondii.

Такие внутриклеточные паразиты чрезвычайно распространены и у животных, и у людей. В разных странах им могут быть инфицированы от 10 до 90% населения. T.gondii способны вызвать опасное заболевание – токсоплазмоз. Заразив клетку хозяина, со временем токсоплазма становится причиной ее гибели, после чего новые частицы переносятся током крови, заражая соседние клетки и вновь начиная цикл смертоносного взаимодействия.

Для уничтожения паразитов использовалась система из золотых наночастиц в комплексе с антителами. Антитело позволяет селективно связываться с мишенью, после чего воздействие лазерного ИК-излучения приводит к перегреву и гибели токсоплазм. Как показали тесты, после такой обработке в опытных образцах погибали от 19 до 83% паразитов.