Необычные изобретения. От Вселенной до атома - Дмитрий Соколов

Возможна также модификация поверхности никеля поверхностно-активными веществами (ПАВ). Подробно указанный процесс описан в [8].

В этом издании я не привожу более подробного описания этих процессов. При желании с полным фрагментом такого описания можно ознакомиться в [9]. А вот уже изготовление платформы 8 и ее соединение с основанием 6, учитывая ее более привычные для нашего мира размеры, могут быть описаны проще и без приведения ссылок на литературные источники. Например, «платформу 8 изготавливают из материала на основе самарий-кобальта и за счет магнитных сил соединяют с основанием 6». Разумеется, такие патенты должны иметь зонтичную форму, чтобы защитить возможные варианты развития. Например, для расширения функциональных возможностей фиксируют платформу 8, после чего биомолекулярный двигатель вращения можно использовать в качестве «нановентилятора».

Работу устройства по рис. 11.3 также придется описывать более подробно. Надо будет объяснить, почему вращается линейная молекула 3, как осуществляется изменение направления перемещения устройства, как можно будет осуществлять контроль его перемещения. В процессе описания работы, возможно, возникнут новые отличительные признаки, которые придется вводить в формулу изобретения. Например, на свободном конце никелевого основания 6 придется разместить нечто подобное рулю яхты, но надо будет придумать, что это может быть и как этим управлять. Для контроля перемещения, возможно, придется закреплять на устройстве радиоактивную метку и т. п. Вопрос выбора прототипа подобных устройств можно решать двояко. В приведенной формуле в качестве прототипа подразумевается обыкновенный двигатель вращения. Но можно было бы взять за прототип и бионаномотор, созданный природой. В этом случае в формуле изобретения вместо слова «ось» надо было бы написать «линейная биологическая молекула», а четвертый пункт просто исключить. Ну и конечно, численные характеристики надо давать в максимально широком диапазоне. Например, диаметр никелевого основания 6 может быть от 20 до 200 нм, а его высота от 50 до 500 нм. Более подробно требования к описанию работы подобных устройств приведены в [5, 6].

Помимо описанных наномашин, существует еще много различных их вариантов. В университете Райса (г. Хьюстон, США) был изобретен и изготовлен молекулярный автомобиль с колесами их фуллеренов, имеющий длину и ширину порядка 4 нм (рис. 11.4). Причем этот автомобиль может двигаться по поверхности золота при ее нагреве до 200 °C. А при наблюдении за его перемещением методом сканирующей зондовой микроскопии было установлено, что фуллереновые колеса не скользят по опорной поверхности, а именно вращаются.

Компанией Nanotechnology News Network спроектирован наноробот на основе конструктивного строения бактериофага, способный проводить диагностику и лечение заболеваний воздействием в нанометровом диапазоне. Уже созданы наноманипуляторы на основе ДНК. Ученые Гарвардского университета и Мюнхенского технического университета продемонстрировали трехмерные управляемые структуры на основе ДНК и возможность создания на их основе сфер, шестеренок, треугольников и других деталей. Специалисты из университета Дьюка (Северная Каролина, США) научились на микрочастицы закреплять магнитные наночастицы, с помощью которых можно, например, управлять перемещением отдельных клеток. В американском Институте молекулярного производства идут разработки искусственных эритроцитов и лейкоцитов. Ученые немецкого института экспериментальной физики изобрели наноколесо. В Токийском университете разработали молекулярную машину, копирующую работу двигателя внутреннего сгорания. Широкое распространение получают сенсоры на основе нанотрубок, которые могут изменять резонансную частоту колебаний в зависимости от масс молекул, ими «захваченных». При соединении нанотрубок с активными молекулярными группами, описанными выше, можно будет не только определять массы молекул, но и их химические свойства, а это уже выход на детектирование токсичных белков и ядовитых веществ.

Работы по созданию новых наномашин идут с огромной скоростью и по многим направлениям, но при любом их патентовании особенное внимание придется обращать на более подробное, чем в обычных изобретениях, описание их конструкций, а также на возможность их изготовления и функционирования, чтобы обеспечить выполнение третьего критерия патентоспособности изобретений «промышленная применимость» (п. 1 ст. 1350 четвертой части Гражданского кодекса).

1. Гаврилов М.И. Техника – колесница прогресса // Изобретатель и рационализатор. – 2013. – № 1.

2. Иваницкий Г.Р. 21 век: что такое жизнь с точки зрения физики // Успехи физических наук. – 2010. —Том 180. – № 4.

Рис. 11.4. Молекулярный автомобиль с колесами из фуллеренов

3. Иваницкий Г.Р. Мир глазами биофизика. – М.: Педагогика, 1985.

4. Шноль С.Э. Космофизические факторы в случайных процессах. Svenska fysikarkivat. Stockolm, 2009. – 388 с.

5. Соколов Д.Ю. Создание, оформление и защита изобретений (Практическое пособие для инженеров, ученых и патентоведов). – М.: ОАО ИНИЦ «Патент», 2013. – 206 с.

6. Соколов Д.Ю. Закономерности патентования высотехнологиче-ских решений // Наноиндустрия. – 2012. – № 7.

7. Hu, М. Wang, H.-U.G. Weier, P. Frantz, W. Kolbe, D.F. Ogletree and M. Salmeron, Imaging of single extended DNA molecules on flat (aminopropyl)triethoxysilanemica by atomic force microscopy. // Langmuir. – 1996. – v. 12. – № 7. – p. 1697–1700.

8. Блинов Л.М. Успехи химии. – 1983. 52. 1263.

9. Патент RU2339036. Способ оценки качества вакцин. 20.11.2008.

Глава 12

Наномир как новая визуальная реальность

На протяжении тысячелетий человеческий глаз видел окружающие предметы, размеры которых были больше 1 мм. В начале XVI века появились первые микроскопы. В числе изобретателей их различных вариантов были отец и сын Янсены, Корнелиус Дреббель, Галилео Галилей, Кристиан Гюйгенс, Роберт Гук. Но только Антони Ван Левенгук привлек к своей модификации микроскопа внимание биологов, и человечество увидело новый микромир.

20 сентября 1979 года Г. Бинниг и Г. Рорер зарегистрировали в Швейцарии заявку на сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). В 1986 году был изготовлен первый атомно-силовой микроскоп (АСМ). Оба прибора, их теперь называют сканирующими зондовыми микроскопами (СЗМ), позволили не только «увидеть» материю на уровне отдельных атомов, но и переносить атомы с одного объекта на другой и даже двигать. Многие связывают начало эры нанотехнологии с созданием этих приборов. В СТМ иголка движется над объектом. Между ними создают разность потенциалов. Если под иголкой бугорок (атом) объекта, то ток между ними большой. Если ямка (межатомное расстояние) – ток маленький. Но для этого иголка и объект должны быть изготовлены из проводника. А если хочется посмотреть бугорки на изоляторе, то используют АСМ, в нем иголку закрепляют на плоской пружинке, которая может изгибаться, и тоже двигают ее над объектом. Над бугорком она поднимается, над ямкой опускается. На пружинке закреплено зеркало, на него светят лазерным лучом, зеркало его отклоняет, и по этому отклонению судят – бугорок (атом) или ямка («пустота») находится под кончиком иглы. В это трудно поверить. Когда появились первые изображения атомов, многие ученые и не поверили. А те, кто поверили, стали делать такие микроскопы и их продавать. Справедливости ради надо заметить, что к моменту создания зондовой микроскопии уже существовала высоковольтная электронная микроскопия, и она тоже «видела» наномир (см., например, [1]), но из-за сложности использования у нее все-таки ограниченная область применения. Конечно, зондовые микроскопы в первую очередь нужны для научных работ и расширяют границы познаваемого мира, но и просто увидеть, как устроен наномир – тоже очень интересно. Я знаю многих людей, которые пришли в сканирующую зондовую микроскопию после того, как они увидели изображения атомов. Так как эта книга посвящена необычным изобретениям, то вполне уместно ее завершить необычными картинами наномира, выполненными на необычных приборах (рис. 12.1–12.8 цв. вклейки). Многие представленные изображения цветные, хотя существует ли там цвет – большой вопрос [2].

Как мы уже отметили, получение изображения поверхности объекта на сканирующем зондовом микроскопе не является самоцелью, оно необходимо для более углубленных исследовании этого объекта. Для этого можно использовать методы цифровой обработки изображений. Эти методы позволяют находить более точные геометрические характеристики частиц, расположенных на поверхности, таких как: нанокластеры, микрокристаллиты, частицы коллоидной природы: вирусы, микробы, клеточные органеллы и т. п. Сущность одного из таких методов заключается в том, что при измерении параметров конкретной частицы исключают влияние соседних частиц на процесс измерения. Благодаря этому параметры измеряемой частицы оказываются ближе к истинным значениям. Подробнее этот метод описан в [3].