Tik 1959 metais pirmą kartą oficialiai įvardinta kaip mokslo ir technologijų sritis, po 50 metų nanotechnologija tapo beveik bendriniu žodžiu, išreiškiančiu pažangą ir mokslo plėtrą. Kaip ir pats pažangos terminas, taip ir nanotechnologija neapsiriboja viena mokslo sritimi ir apima beveik visus fizinius ir gamtinius mokslus.

Ričardas Rotomskis straipsnyje Nanotechnologija – “mokslas miniatiūroje” primena, jog pirmą kartą šį žodį, įvardinantį atskirą mokslo ir technologijų sritį, pavartojo 1959 m. Nobelio premijos laureatas, fizikas Richard’as Feynman’as savo įžymioje kalboje pasakytoje Kalifornijos technologijos universitete [from Richard P. Feynman's 1959 visionary talk at Caltech]. “Daugelis problemų, kurios šiandien iškyla chemikams ir biologams, gali būti sėkmingai išspręstos jeigu mes atomų lygyje galėtume matyti ką mes darome ir jeigu sugebėtume daryti daugelį dalykų iš atskirų atomų. Tai ateities vizija, kurios manau mes niekaip neišvengsime ir mokslo evoliucija vyks šia kryptimi. Dar daugiau, skenuojančio zondo mikroskopai, jau dabar sudaro galimybes matyti atomus ir molekules, ir pasiekimai cheminėje sintezėje, biochemijoje, lazerinių suktukų ir gaudyklių kūrimo ir kitose srityse taip pat vainikuoja mūsų pastangas matyti ir kurti atomo tikslumu“.

Iš kur gi kilo nanotechnologijų mokslo pavadinimas? Priešdėlis ”nano” apibūdina objekto mažumą. Vienas nanometras (nm) yra lygus vienai milijardinei metro daliai, t.y. nanometras - 80 tūkstančių kartų mažesnis už žmogaus plauko storį. Tačiau kažin ar įmanoma šiandien konkrečiau apibrėžti nanotechnologinių tyrimų sritį ir objektą. Nors istoriškai viena iš pažinimo vystymosi krypčių natūraliai suprantama, kaip noras pažinti vis mažesnius objektus ir išsiaiškinti mažiausias daleles iš kurių sudaryta mus supanti aplinka ir mes patys.

Prasidėjus XXI-jam amžiui darosi akivaizdus elektronikos, biotechnologijos ir medžiagotyros suartėjimas nanometrinių darinių bei manipuliacijų molekuliniame bei atominiame lygmenyse pagrindu. Visose paminėtose srityse tyrimų sėkmė priklausys nuo technologinio progreso nanometrinėje skalėje. Tačiau nanotechnologijos negalima apibrėžti vien dimensijos aspektu. Veikiau nanotechnologija –tai tokių tradicinių mokslo šakų kaip fizika, chemija, biologija, biochemija - be abejo ir inžinerija, biotechnologija bei klasikinė technologija suartėjimas, nanometrinių darinių tyrimo ir kūrimo srityje. Nanotechnologijų ir nanomokslo tyrimų objektas šiuo atveju apima visus tiek gyvosios tiek negyvosios gamtos darinius, kurių matmenys yra nanometrų dydžio. Tai netgi susiję su tuo, kad tokio dydžio darinių tyrimuose išnyksta ribos tarp atskirų mokslo šakų ir aprašant juos naudojami visų mokslo sričių atrasti dėsningumai, modeliai ir metodai (2 pav.).

Kodėl gi su nanotechnologija siejamos tokios didžiulės viltys ir perspektyvos? Pasirodo, makropasaulyje mokslui žinomos įprastinės medžiagų savybės gali iš esmės pasikeisti, jeigu naudosime tik kelis ar keliolika tos pačios medžiagos molekulių sluoksnių. Kaip pavyzdį galima paimti labai paplitusią ir visiems puikiai žinomą medžiagą – vandenį. Net ir vanduo molekulių lygmenyje elgiasi labai neįprastai ir tuo pačiu atveria neįtikėtinas naujas galimybes mokslui.

Štai 2007 metais Nebraskos-Linkolno universiteto mokslininkų grupė modeliuodama medžiagų elgesį esant ypatingoms sąlygoms, aptiko labai įdomų reiškinį. Paaiškėjo, kad vandens molekulės gali organizuotis į netikėtą darinį – dvigubą spiralę anglies nanovamzdelių viduje.

Grupės vadovas Chengas Zengas kartu su kolegomis jau seniai kompiuterinio modeliavimo metodais tyrinėjo medžiagų elgesį esant didelėms temperatūroms, slėgiui ir ribotam tūriui nano skalėje, t. y. tai, kaip elgiasi medžiagų atomai ir jų grupės. Jie labai nustebo gavę netikėtą rezultatą – po kelių mėnesių skaičiavimų galingas kompiuteris parodė, kad vandens molekulės, esant dideliam, 40 tūkst. atmosferų slėgiui ir –22 °C temperatūrai, 1,4–1,9 nanometrų diametro vamzdeliuose sudaro tvarkingą struktūrą – dvigubą spiralę.

Ši dviguba spiralė labai primena DNR struktūrą, tad mokslininkai iškėlė hipotezę, kad tokia forma galbūt yra universali, ir molekulės geba organizuotis į ją, esant dideliam slėgiui ir ribotai erdvei. Šis atradimas gali padėti mokslininkams tyrinėjantiems panašias baltymo struktūras, sukeliančias pavojingas ligas, pavyzdžiui, Alzheimerio, ar numatyti, kokias ledo formas galbūt bus galima tikėtis aptikti kitose planetose.

Tačiau tai ne vienintelė „vandens išdaiga“. Iš kelių molekulių sudarytas nanoledas nenoriai elgiasi kaip priklausytų "tikram" ledui ir ima tirpti gerokai aukštesnėje temperatūroje nei 0 laipsnių pagal Celsijų (prie to pačio galite žvilgtelėti, kokie gi procesai molekulių lygyje vyksta tirpstant įprastiniam ledui). Šią savybę jau galima išnaudoti medicinoje – nuo atmetimo reakcijos saugant implantus ar tokia plėvele padengiant chirurginius instrumentus.

Žinoma, tai tik keli pavyzdžiai kaip pasikeičia medžiagos savybės jas tyrinėjant nanolygyje. Turbūt tas pats vanduo dar ne kartą nustebins mokslininkus. O kur dar kitos medžiagos? Štai kodėl nanotechnologijos yra tarsi raktas į visiškai naują ir mokslui dar nepažintą žinių pasaulį. Galima tik įsivaizduoti, kaip pasikeistų dabartinės technologijos, kai šios žinios bus suprastos ir mokslo visiškai įsisavintos. Apie tokias galimybes ir perspektyvas įdomiai ir suprantamai Rolando Maskoliūno parengtame reportaže pasakoja prof. Juozas Vidmantis Vaitkus.

Komentarai (6)