Нанотехнологии. Правда и вымысел - Виктор Балабанов

«Нанотехнологически видоизмененные продукты позволят улучшить здоровье людей», – считает химик из института прикладной химии Еврейского университета в Иерусалиме (Casali Institute ofApplied Chemistry in the Hebrew) Ниссим Гарти (Nissim Garti), предложивший создавать наноконтейнеры из витаминов и пищевых кислот по аналогии с косметическими разработками.

По словам ученого, капсулы размером 10-100 нм значительно лучше растворяются, а потому подвижнее и эффективнее обычных вкусовых и ароматических капельных добавок. Это метод уже предложен предприятию Nutralease для усиления аромата кофе. Молекулы сахара и аминокислот заключены в особые нанокапли, которые разбрызгивают по кофейным зернам. В обычных условиях ни аромат, ни вкус ничем не проявляются, что, возможно, не является достоинством разработки. Однако под воздействием горячей воды при приготовлении нанооболочки разрушаются, и субстанции смешиваются с кофе, придавая необходимый и стойкий вкус. При этом введением в нанокапсулы тех или иных компонентов можно достичь самых разнообразных вкусовых оттенков.

Похожий метод также используют и для обработки шоколадных кондитерских изделий. Например, нанометровый слой диоксида титана, нанесенный на шоколадный батончик Mars, увеличивает его срок хранения в несколько раз. Фактически получается продукт, упакованный в оболочку (нанофольгу) из оксида титана. При этом сам нанометровый оксид титана также способен усваиваться организмом.

Однако, как и в случае с нанокосметикой, степень безопасности широкого применения нанотехнологических добавок пока однозначно не установлена.

Голландская фирма Friesland Foods – один из крупнейших в мире производителей сыров – разрабатывает технологию применения наноразмерных сит, более приемлемых с точки зрения безопасности конечного продукта. Цель этих работ – высокоэффективное разделение (сепарация) молока на протеины, полисахариды и молекулы жирных кислот.

По мнению участников Международного конгресса Nano 4 Food, проходившего в голландском городе Вагенинген, уже в ближайшем времени нанотехнологические добавки, способные изменять вкус и питательные свойства продуктов, станут обязательным компонентом многих пищевых продуктов.

Становится немного жаль, что в будущем вкус и аромат хрустящих французских булочек, бельгийских шоколадных кремов, изысканных голландских и швейцарских сыров станет не заботой умелых рук и теплотой душ известных всему миру мастеров, а одним из изделий заводов и фабрик по производству синтетических нанодобавок.

Перспективы развития нанонауки

Чтоб все знали – и бизнес, – что если он сегодня не пойдет в нанотехнологии… он пропустит все на свете. И будет в лучшем случае в телогрейке работать на скважине… которой будут управлять наши друзья и партнеры.

М. Фрадков, премьер-министр Российской Федерации (2007 год)

Согласно исследованиям, проведенным Foresight Nanotech Institute в 2005 году, использование нанотехнологий в будущем позволит решить ряд наиболее значимых для человечества проблем.

Как уже неоднократно упоминалось, нанотехнология открывает большие перспективы при разработке новых материалов, совершенствовании связи, развитии биотехнологии, микроэлектроники, энергетики и вооружений. Среди наиболее вероятных научных прорывов эксперты называют увеличение производительности компьютеров, восстановление человеческих органов с использованием вновь воссозданной ткани, получение новых материалов напрямую из заданных атомов и молекул и новые открытия в химии и физике, способные оказать революционное воздействие на развитие цивилизации.

В своих работах Э. Дрекслер и его последователи оценивали параметры механических устройств при приближении размера компонентов к молекулярному масштабу. Это обусловлено не тем, что ученые недооценивали важность электрических, оптических и других эффектов, а тем, что механические конструкции гораздо проще и достовернее масштабируются. При этом, разумеется, осознается, что электрические и другие эффекты могут дать значительные дополнительные возможности.

Произведя соответствующее масштабирование, Э. Дрекслер получил следующие численные оценки различных эффектов:

• позиционирование реагирующих молекул – с точностью около 0,1 нм;

• механосинтез – с производительностью около 106 операций/с на устройство;

• молекулярная сборка объекта массой 1 кг – ориентировочно за 104 с;

• работа наномеханического устройства – с частотой до 109 Гц;

• логический затвор – объемом около 10-26 м3, с частотой переключения менее 0,1 нс и рассеиваемой теплотой 10-21 Дж;

• компьютеры – с производительностью до 1016 операций/с/Вт; компактные вычислительные системы на 1015 млн команд в секунду.

Возможно и молекулярное производство макроскопических объектов. Оценки показывают, что устройство массой около 60 кг («настольная нанофабрика») сможет с молекулярной точностью изготовить объект объемом около 1 л и массой около 4 кг примерно за три часа. Это позволило бы за два дня создать вторую такую же нанофабрику; удвоение их количества каждые два дня дало бы возможность за два месяца обеспечить собственной нанофабрикой каждого жителя Земли.

Согласно прогнозам Министерства торговли Великобритании, в 2015 году спрос на нанотехнологии составит не менее 1 трлн долларов в год, а численность специалистов, занятых в данной отрасли, вырастет до 2 млн человек.

По прогнозам американской ассоциации National Science Foundation, объем рынка товаров и услуг в мире с использованием нанотехнологий в ближайшие 10–15 лет может вырасти до 1 трлн долларов:

• материалы с высокими заданными характеристиками, которые не могут быть созданы традиционным способом, займут рынок объемом 340 млрд долларов в ближайшие 10 лет;

• в полупроводниковой промышленности объем рынка нанотехнологичной продукции может достигнуть 300 млрд долларов в ближайшие 10–15 лет;

• в сфере здравоохранения использование нанотехнологий может увеличить продолжительность жизни, улучшить ее качество и расширить физические возможности человека;

• в фармацевтической отрасли около половины всей продукции будет зависеть от нанотехнологий. Объем продукции с использованием нанотехнологий составит более 180 млрд долларов в ближайшие 10–15 лет;

• в химической промышленности наноструктурные катализаторы уже применяются при производстве бензина и в других химических процессах, причем рост рынка составляет приблизительно до 100 млрд долларов. По прогнозам экспертов, рынок таких товаров увеличивается на 10 % в год;

• в транспортной промышленности применение нанотехнологий и наноматериалов позволит создавать более легкие, быстрые, надежные и безопасные автомобили. Только рынок авиакосмических изделий может достичь 70 млрд долларов к 2010 году;

• в сельском хозяйстве и в сфере защиты окружающей среды применение нанотехнологий может увеличить урожайность сельскохозяйственных культур, обеспечить более экономичные способы фильтрации воды и ускорить развитие таких возобновляемых энергетических источников, как высокоэффективное преобразование солнечной энергии. Это позволит снизить загрязнение окружающей среды и экономить значительные ресурсы.

В настоящее время (с участием автора данной книги), в рамках общего проекта изучения рынка нанотехнологий, Институт статистических исследований и экономики знаний (ИСИЭЗ) Государственного университета «Высшая школа экономики» (ГУ-ВШЭ) в соответствии с контрактом с «РОСНАНО» проводит Форсайт-исследование. Это прогноз рынков наноиндустрии на основе массового опроса отечественных и зарубежных экспертов по методу Дельфи (многоуровневый анкетный опрос экспертов с обратной связью), а также построение системы дорожных карт применения нанотехнологий в различных областях, в том числе энергосбережении, аэрокосмической технике и т. д.

Цель данного исследования – построение прогнозов рынков сферы нанотехнологий и определение наиболее перспективных направлений развития данных рынков (изделий и технологий) на кратко-, средне– и долгосрочный период (до 2030 года).

Прогноз ориентирован на определение конкретных групп и видов продуктов, инновационные свойства которых будут определяться использованием принципиально новых компонентов, создаваемых на положениях нанонауки.

Опрос экспертов в области нанотехнологий по методу Дельфи проводится в два раунда. При этом результаты, полученные в первом раунде, обобщаются, а затем уточняются при проведении второго раунда исследований.

Конечно, чрезмерное увлечение Форсайт-исследованиями вызывает у ряда политиков и ученых определенный сарказм, но в целом следует отметить, что такие исследования позволяют провести достаточно квалифицированную и объективную оценку текущего состояния науки и технологий, а также определить перспективные направления их развития.