Пять направлений развития нанотехнологий

Нанотехнологии — это методы изменения или создания материалов размером от 100 до 1 нм. Их начали применять в конце XX века, и с тех пор они стремительно развиваются и проникают во все сферы жизни. От создания новых материалов с уникальными свойствами до революционных решений в медицине и энергетике — нанотехнологии открывают практически безграничные возможности для инноваций.

К природным бионаноструктурам относятся: ДНК, антитела и бактериофаги (вирусы) Изображение: Роман Смирнов, «Биомолекула»

Наноматериалы и их новые свойства

В лаборатории по изучению неорганических нанотрубок и графенов в Национальном исследовательском технологическом университете МИСиС Фото: © ITAR-TASS

Одно из ключевых направлений развития нанотехнологий — создание наноматериалов, обладающих уникальными физическими и химическими свойствами. Один из наиболее ярких примеров — графен. Он представляет собой двумерный материал, состоящий из одного слоя атомов углерода, и обладает невероятной прочностью, гибкостью и высокой проводимостью.

Кроме того, продолжается активное исследование квантовых точек — нанокристаллов полупроводников, которые могут изменять свои оптические и электронные свойства в зависимости от размера. Эти наноматериалы открывают новые возможности в создании сверхъярких дисплеев, высокоэффективных солнечных элементов и новейших медицинских технологий.

Медицина

В лечении людей нанотехнологии обещают произвести настоящую революцию. Частицы, способные целенаправленно доставлять лекарства в пораженные участки организма, открывают новую эру в борьбе с раком и инфекционными болезнями. Такие препараты могут значительно повысить эффективность терапии, снижая побочные эффекты и минимизируя ущерб для здоровых тканей.

Основные типы применяемых сегодня наночастиц для адресной доставки лекарств — липосомы, полиплексы, наночастицы золота, магнитные наночастицы и наночастицы графеновых полимеров. Сейчас активно разрабатывают многофункциональные наночастицы из разных комбинаций перечисленных материалов.

Микромашину для лечения патологий, связанных со зрением, можно вводить прямо в глазное яблоко с помощью иглы Изображение: Роман Смирнов, «Биомолекула»

Помимо доставки лекарств, нанотехнологии находят применение в диагностике. Наносенсоры, способные обнаруживать малейшие изменения в биохимических процессах, позволяют выявлять заболевания на самых ранних стадиях, когда лечение наиболее эффективно. В будущем нанороботы могут стать неотъемлемой частью хирургических операций, выполняя тончайшие манипуляции на клеточном уровне.

#антибиотик #наночастицы

Ученые Университета «Сириус» разработали наночастицы для обнаружения устойчивых к антибиотикам бактерий

Читать

Энергетика и окружающая среда

Энергетический сектор также извлекает пользу из наноматериалов, которые позволяют создавать более эффективные и устойчивые источники энергии. К примеру, суперконденсаторы и аккумуляторы на основе наноструктурированных материалов обеспечивают высокую емкость и быструю зарядку, что является ключевым фактором для развития электромобилей.

Наноматериалы отличаются от «обычных» свойствами. Это позволяет повысить эффективность существующих подходов к получению энергии из солнечного света. Применяя такие материалы, КПД выработки энергии с помощью солнечных панелей можно увеличить до 90 %.

Сегодня КПД солнечных батарей составляет всего 20 % Фото: © ultramansk / Shutterstock / FOTODOM

Кроме того, нанотехнологии играют важную роль в экологии. Нанофильтры и нанокатализаторы используются для очистки воды и воздуха, удаляя токсичные вещества и микроскопические загрязнители. Также разрабатываются методы переработки отходов с использованием нанотехнологий, что способствует созданию более устойчивых и экологически безопасных производств.

Электроника и ИТ

Транзисторы и микросхемы, созданные с использованием наноматериалов, позволяют значительно повысить производительность электронных устройств и уменьшить их энергопотребление. Это особенно важно в контексте продолжающегося роста потребности в вычислительных мощностях и скорости передачи данных.

В центре внимания исследователей не только квантовые компьютеры, но и нанофотоника. Она использует наноструктуры для управления светом, открывая новые горизонты в области оптических вычислений и передачи данных. Эти технологии могут радикально изменить будущее вычислительной техники, предоставив гораздо более мощные и эффективные машины для обработки информации.

Гибкая и носимая электроника, основанная на наноматериалах, также получает все большее внимание. Такие устройства могут интегрироваться в одежду, аксессуары или даже в кожу, предлагая новые формы взаимодействия с технологиями и открывая путь к новому поколению потребительской электроники.

Масштабное событие в области общей и прикладной химии, которое затронет и область нанотехнологий, XXII Менделеевский съезд пройдет на федеральной территории «Сириус» с 7 по 12 октября 2024 года. Он станет одним из ключевых событий, посвященных 190-летию Д. И. Менделеева и 300-летию основания Российской академии наук. В программе пленарные и секционные доклады, стендовые сообщения, симпозиумы и круглые столы по основным направлениям химической науки.

#химия #Менделеевский съезд

Что такое Менделеевский съезд и каким он будет в «Сириусе»?

Читать

Производство и промышленность

В производственном секторе нанотехнологии становятся драйвером инноваций, позволяя создавать материалы и продукты с новыми уникальными свойствами. Умные покрытия, основанные на наноматериалах, могут обеспечивать защиту от коррозии, загрязнений или даже биологических угроз. Нанокомпозиты, сочетая в себе свойства различных материалов на наноуровне, находят применение в авиации, автомобилестроении и строительстве.

При изготовлении лопаток вентилятора для двигателей современных самолетов применяют титан и полимерные композитные материалы Фото: © M101Studio / Shutterstock / FOTODOM

Среди наиболее перспективных направлений — трехмерная нанопечать. Эта технология позволяет создавать сложные структуры с высокой точностью и контролем на молекулярном уровне, что открывает новые возможности в производстве медицинских имплантатов, микроэлектроники и других высокотехнологичных изделий.

Этот материал мы подготовили совместно с научно-популярным сайтом «Биомолекула». Там можно найти много интересного о молекулярных основах современной биологии и практическом применении научных достижений в медицине и биотехнологиях.