Ponad milion naukowców i inżynierów w Japonii, Stanach Zjednoczonych oraz w krajach europejskich znalazło furtkę do niewidzialnego świata najmniejszych rozmiarów. Tworzą materiały o nie znanych dotychczas właściwościach, lekkie jak aluminium i trwalsze od stali. Z DNA, w którym zapisane są informacje genetyczne, budują pamięć dla komputerów. Konstruują też miniaturowe struktury, na przykład zdolne do oczyszczania krwi z nadmiernej ilości cholesterolu. Jeszcze dziesięć lat temu brzmiałoby to jak science fiction. W czerwcu 1992 r. przed amerykańską Komisją Senatu ds. Nauki, Techniki i Przestrzeni Kos-micznej stawił się Eric Drex-ler, młody naukowiec z Uniwersytetu Stanforda. Do Waszyngtonu wezwano go jako eksperta, mającego przedstawić wizję, która odmieni naszą cywilizację. Drexler twierdził, że potrzebne ludziom do życia sprzęty, urządzenia i ubrania, a także samochody, komputery czy statki kosmiczne mogą być konstruowane przez mikroskopijne roboty. Tak małe, że niewidzialne gołym okiem. Drexler nazwał je monterami molekularnymi. Roboty te byłyby setki razy cieńsze od ludzkiego włosa. Mieściłyby się w tzw. nanoskali, czyli nie przekraczałyby miliardowych części metra. Armia takich robotów, zdolnych w dodatku do samoodtwarzania, składałaby wszystko z atomów. Nanotechnologia stałaby się niewyczerpanym rogiem obfitości.
Tam na dole jest mnóstwo miejsca
Na możliwości, które kryją się w świecie najmniejszych wymiarów, pierwszy zwrócił uwagę ponad 40 lat temu genialny amerykański fizyk Richard Feynman, jeden z twórców mechaniki kwantowej, laureat Nagrody Nobla. Podczas sesji Amerykańskie- go Towarzystwa Fizycznego w 1959 r. wygłosił wykład pod intrygującym tytułem: "Tam na dole jest mnóstwo miejsca". "Zmniejszanie przedmiotów w praktyce jest realne. Nie robimy tego, bo jeszcze się do tego nie zabraliśmy" - mówił Feynman. Do wyścigu w nanotechnologii przystąpiły obecnie prawie wszystkie wielkie agencje, które finansują badania naukowe. Japoński resort przemysłu i handlu pierwszy przyznał olbrzymie sumy na badania w nanoświecie. W Stanach Zjednoczonych prezydent Clinton powołał w 2000 r. Narodową Inicjatywę Nanotechnologiczną. "Nanotechnologia może sprawić, że cała Biblioteka Kongresu zmieści się w urządzeniu wielkości kostki cukru" - zapowiedział wówczas. W ubiegłym roku na podstawowe badania w tej dziedzinie przeznaczono w USA setki milionów dolarów. Komisja Europejska zobowiązała się w ciągu 4 lat przekazać 1,5 mld euro na programy sprawdzające możliwości zastosowania nanotechniki w krajach unii. Firmy komputerowe IBM i Hewlett-Packard urucho- miły już własne programy w przekonaniu, że elektronikę krzemową zastąpią miniaturowe układy nanokompozytów. Agencja kosmiczna NASA liczy, że nowe materiały, uzyskane dzięki manipulowaniu pojedynczymi atomami, pozwolą na zmniejszenie wielkości i masy statków kosmicznych. Biolodzy chcą użyć cząstek o rozmiarach kilkunastu atomów do poszukiwania defektów genetycznych, wykrywania obecności bakterii chorobotwórczych czy diagnozowania AIDS.
Maszyny ze stu atomów
Ćwierć wieku temu nikt jeszcze nie widział pojedynczych atomów. Są zbyt małe, by wiązka światła widzialnego mogła się od nich odbić i trafić do naszego oka. Budowanie z nich molekularnych robotów wydawało się więc absurdem. Jednak tempo schodzenia w dół skali rozmiarów, aż do świata atomów, okazało się równie szybkie jak poznawanie genów. Parę tygodni temu na konferencji w Brukseli zaprezentowano dziennikarzom film dokumentalny "NANO: The Next Dimension". Pokazano w nim atomy w otoczeniu białawych obłoczków elektronów. Skaningowy mikroskop tunelowy pozwala je nie tylko ujrzeć, ale i ich dotknąć. Zakończona tylko jednym atomem ostra igła, która stanowi zasadniczą część mikroskopu, pełni tę samą funkcję co biała laska u niewidomego - rozpoznaje kształty. Christian Joachim, dyrektor Laboratorium Nanomateriałów w Tuluzie, jeden z bohaterów filmu, zbliża ją do badanego przedmiotu. Ekran wówczas rozjaśnia błękitna poświata. To prąd elektronów płynący między igłą mikroskopu a atomami z badanej powierzchni. Joachim kieruje projektem budowy nanomaszyn, których rozmiary nie przekraczają 100 atomów. Manipulowanie najmniejszymi cząstkami materii okazało się możliwe. Niżej nie da się już zejść. Trzeba by rozerwać jądro atomu.
Pociąg do przyszłości
Pierwszą maszynę molekularną skonstruował dwanaście lat temu brytyjski chemik Fraser Stoddart. Był to pociąg wykonany z zaledwie kilku tuzinów atomów. Całkowicie niedostrzegalny gołym okiem poruszał się wzdłuż molekularnych torów i zatrzymywał na czterech molekularnych stacjach. Dokładnie tak jak normalne pociągi. Hiszpański fizyk Enrique Ortega z laboratorium w San Sebastian wykorzystuje mikroskop tunelowy do tworzenia pożądanych konfiguracji atomów i do projektowania nanoukładów scalonych. Inżynierowie z brytyjskiej firmy Seagate wyprodukowali głowicę zapisującą i odczytującą do twardych dysków komputerowych o grubości zaledwie kilku atomów. Dzięki temu informacje na dysku mogą być spakowane dziesięć razy ciaś-niej niż dotychczas. Brytyjski chemik Harold Kroto (wraz z dwoma innymi naukowcami) odkrył niezwykłą formę węgla - fulereny. Sześć lat temu dostali za to Nagrodę Nobla. Cząsteczka fulerenu ma postać foremnego dwudziestościanu. Wkrótce japoński zespół odkrył jej krewniaczki - nanorurki węglowe. Wiązania atomów w nanorurkach są jeszcze silniejsze niż w diamencie. Nanorurki w połączeniu z fulerenami są nie tylko najwytrzymalszym materiałem, jaki kiedykolwiek wyprodukowano, ale są również doskonałym przewodnikiem prądu elektrycznego. Te niewiarygodnie cienkie włókna mogą zastąpić druty miedziane i aluminiowe. W przeciwieństwie do obecnych kabli będą przewodzić prąd bez najmniejszych strat. Dzięki zastosowaniu domieszki specjalnie dobranych nanocząstek w wielu laboratoriach wyprodukowano lakiery samochodowe, których nie można zarysować. Farby do malowania budynków mogą być odporne na graffiti. Nakładane sprayem malowidła po prostu spływają po ścianach. Wiele produktów nanotechnologii najszybciej znajdzie zastosowanie w diagnostyce, a także w leczeniu różnych chorób. Nad wykorzystaniem magnetycznych nanocząstek do wykrywania bakterii chorobotwórczych w organizmie pracują naukowcy niemieccy i amerykańscy. Jednym z priorytetów Narodowej Inicjatywy Nanotechnologicznej w USA jest stworzenie miniaturowych urządzeń do wykrywania pierwszych stadiów niektórych chorób, na przykład schorzeń serca i nowotworów. Instytut Nanotechnologii w Wielkiej Brytanii informuje o prowadzeniu prac nad kieszonkowym laboratorium diagnostycznym do analizy składu żywności. Urządzenia o miniaturowych rozmiarach stworzyła już ewolucja. W żywych komórkach molekularne struktury działają jak urządzenia produkcyjne. Rybosomy, małe organy komórkowe, wytwarzają białka, podobnie jak fabryki produkują samochody. Carl Montemagno z Uniwersytetu Cornella w USA zbudował nanomechanizm z silnikiem napędzanym przez komórki bakterii. Wizje nanorobotów, o których mówił Eric Dexler, mogą się wkrótce stać rzeczywistością.
| Nanometr |
|---|
| to jedna miliardowa część metra, 10 atomów wodoru ułożonych jeden za drugim, jedna tysięczna długości bakterii, jedna milionowa łebka od szpilki, jedna miliardowa długości świetnie umięśnionej nogi Michaela Jordana. |
| Nanooferta |
|---|
| Instytut Nanotechnologii Wojskowej z Cambridge opracowuje skafandry bojowe z nanoczujnikami, które zmienią kolor uniformów żołnierskich w zależności od barwy otoczenia. Nanoczujniki też zaalarmują, gdy w powietrzu pojawią się gazy bojowe lub zabójcze mikroorganizmy. Firma Smart Shirt z Nowego Jorku umieszcza w tkaninach, z których szyje się koszule, biosensory o wymiarach nanometrycznych. Monitorują one pracę serca i temperaturę ciała. Nadajnik przesyła informacje do laptopa. Amerykańska firma Acorda Therapeutics pracuje nad nanotechnologią, która pozwoli na doprowadzanie sztucznych nerwów do uszkodzonego rdzenia kręgowego i przywrócenie normalnych funkcji neurologicznych. Nanocząstki, które nie są większe od drobin białka, znalazły zastosowanie w diagnostyce chorób i nowych lekach. Koncesję na wykorzystanie tych metod uzyskała firma Quantum Dot Corporation. Nanoskorupki, czyli małe pojemniki pokryte złotem, wynalezione przez naukowców z Rice University, zawierają przeciwciała. W organizmie osób chorych na raka będą się łączyć tylko z komórkami nowotworowymi. Odpowiednio uaktywnione promieniowaniem z zewnątrz zniszczą komórki rakowe, a równocześnie nie uszkodzą zdrowych tkanek. |
| KRZYSZTOF KURZYDŁOWSKI Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej: W wielu laboratoriach na świecie produkuje się już urządzenia z materiałów projektowanych i wytwarzanych w skali nanometrycznej. Składa się je atom po atomie w absolutnej próżni, w ściśle określonych polach magnetycznych i temperaturze. W ten sposób powstają nie znane dotychczas tworzywa o bardzo korzystnych cechach mechanicznych i elektrycznych. W Polsce nanotechnologią zajmuje się prawie 1000 osób, głównie w Warszawie (Politechnika Warszawska oraz Instytut Chemii Fizycznej PAN) i w Krakowie. Otrzymujemy materiały ceramiczne i polimery o szczególnych właściwościach. W obu wypadkach dodanie niewielu cząstek o bardzo małych wymiarach drastycznie zmienia te materiały - na przykład zwykłe torebki plastikowe z polietylenu zyskują nagle nowe własności elektryczne i magnetyczne, co przejawia się m.in. w ich żywych barwach. Aluminium o strukturze nanokrystalicznej staje się wytrzymalsze niż stal. Przy tym jest lekkie, błyszczące, nie ulega korozji. W świecie nanotechnologią zajmuje się co najmniej milion osób. Na badania przeznacza się gigantyczne pieniądze. |
Archiwalne wydania tygodnika Wprost dostępne są w specjalnej ofercie WPROST PREMIUM oraz we wszystkich e-kioskach i w aplikacjach mobilnych App Store i Google Play.
