История инженерной деятельности - В. Морозов

Важнейшей проблемой нанотехнологии, как мы выяснили, является здоровье человека, продление жизни. Здесь очень много интересных проектов, предложений.

Что же может дать нанотехнология для продления жизни? Ответ естественен – мы можем создать микроскопических роботов для внутренней молекулярной хирургии даже для отдельных клеток. И прототипы подобных устройств уже созданы.

Национальный институт рака (США) и управление космонавтики НАСА приняли решение выделить в течение ближайших трех лет 36 миллионов долларов для разработки нанодатчиков – устройств размером в тысячу раз меньше толщины человеческого волоса. Эти устройства смогут сканировать человеческий организм в поисках молекулярных признаков рака – например, дефектных белков, характерных для злокачественных клеток, – и определения местонахождения и формы опухолей. Приспособленные для переноса лекарств или «сменных» генов, такие устройства смогут атаковать только раковые клетки, не затрагивая здоровые, и обрабатывать их одну за другой. Это сделает излишними химиотерапию и рентгеновскую бомбардировку организма со всеми их печальными последствиями. Так что через каких-нибудь пятнадцать лет лечение самых страшных сегодня видов рака будет сводиться к приему таблетки, содержащей миллионы микроустройств, приспособленных для обнаружения и уничтожения раковых клеток внутри организма. И это не научная фантастика.

На конференции по молекулярной нанотехнологии, прошедшей еще в 2002-м году в Штатах, группа инженеров из штата Юта доложила о проекте совершенно нового типа микродвигателя, основанного на… «бактериальной тяге». Этот мотор предлагается для создания миниатюрного биоробота, который был бы способен двигаться внутри человеческого организма.

Молекулярные двигатели уже разработаны, но инженеры из Юты предложили новый подход. Они планируют использовать бактериальные клетки для преобразования теплового движения атомов в механическую энергию поступательного движения микроробота. Благодаря малости бактериального источника энергии размеры такого плавучего устройства можно будет уменьшить всего до нескольких микронов. А на следующем этапе авторы намерены приспособить для движения своего робота одни лишь флагеллы с их броуновскими моторами, без бактерий. В таком случае, по предварительным расчетам, размеры биомотора можно будет снизить до 100 и менее нанометров. Продолжительность его работы будет определяться продолжительностью жизни бактерий или флагелл, использованных для его перемещения, и авторы надеются довести этот срок службы до часа и более. Фирма «Reneissance Technologies» из штата Кентукки уже объявила, что первый прототип такого микробиоробота размером в один миллиметр будет выпущен на рынок в течение года.

А если это будут еще и саморазмножающиеся устройства, то они смогут осуществлять не только экстренные операции, но и текущий мониторинг – коррекцию состояния организма. Это сулит гигантские перспективы. Робот-симбиот может избавить нас от многих проблем. Ведь недаром Foresight Institute обещал 250 тыс. долларов тому, кто построит нано-робота («руку», которая сможет оперировать на молекулярном уровне) и тому, кто создаст 8-ми битный сумматор, умещающийся в кубике со стороной в 50 нанометров.

Как известно в 1986 г., усилиями ученых и инженеров был создан атомно-силовой микроскоп, позволивший, в отличие от туннельного микроскопа, осуществлять взаимодействие с любыми материалами, а не только с проводящими. Именно тогда открылась перспектива создавать нанотехнические устройства. Дело в том, что для столь маленьких механизмов классическая технология не приемлема,и приходится опираться на разработки самой природы, которая, как известно, предпочитает углерод и органику.

Еще в 1991-м году удалось создать углеродные нанотрубки диаметром около 1 нм, однако лишь в 1997–1998 гг. им нашлось практическое применение в виде сверхчувствительных весов, на которых можно взвешивать вирусы. Более того, на основе нанотрубок были сделаны микротранзисторы.

По сообщению агентства «Информнаука» от 18 апреля 2000 г., японские ученые, испаряя в луче импульсного лазера таблетки из смеси нитрида бора, углерода и окиси кремния, обнаружили в продуктах реакции нанокатушку индуктивности, созданную самой природой.

В октябре 1998-го датские ученые продемонстрировали функционирование атомного бинарного тригера (позволяющего запоминать два состояния). Туннельный микроскоп использовался для удаления одного или двух атомов водорода от атома кремния, вследствие чего оставшийся атом водорода «переключался» в одно из двух положений.

13 января 1999 г. CNN сообщила о построении группой исследователей Надриана Симана (Nadrian C. Seeman) молекулярного двигателя на основе ДНК. Размер сгибающегося по команде механизма шарнирного типа составляет четыре десятитысячных толщины человеческого волоса. Устройство изготовлено при помощи соединения двух двойных спиралей ДНК посредством ДНК-моста. При подаче определенного химического сигнала часть этой структуры изгибается.

Это лишь первая «ласточка». «Мы пока не знаем, способен ли подобный механизм передавать нагрузку; мы продемонстрировали лишь то, что при движении правильно выдерживаются исходное и конечное положения. Что происходит в промежутке между ними, неизвестно,– сказал Ж. Симан. – Но мы постараемся использовать это открытие и надеемся, что в случае неудач сможем внести изменения, которые сделают конструкцию более полезной».

29 января 1999 г. Исследовательская группа Чикагского Северо-западного Университета (Northwestern University) опубликовала метод, названный ими dip-pin lithography, позволяющий чертить линии шириной в несколько атомов на поверхности золота. В июне 2000 г. они представили на суд публики 8-ми перьевой наноплоттер, способный создавать 8 идентичных изображений молекулярными чернилами с точностью рисунка до 1 молекулы и шириной линии 30 молекул.

И вот 25 января 2001 г. «AK&M» сообщил, что в Японии создан первый в мире молекулярный двигатель. Суперминиатюрная конструкция состоит из трех частей: иона металла и двух молекул порфинина – сложного циклического соединения, в состав которого входит хлорофилл, преобразующий свет в органические вещества. При определенной температуре ион притягивает с двух сторон молекулы, и под воздействием света и электрического напряжения те начинают вращаться. По мнению создателей, эта разработка открывает фантастические возможности в области молекулярных технологий. Энергия такого двигателя может быть использована в медицине при создании макроскопических препаратов или клеток-трансплантантов.

В июне 2001 г. нанотехнологи осуществляют новый прорыв. Роботы размером с рисовое зерно созданы Казуши Ишиямой (Kazushi Ishiyama) из японского Tohuku University. Этими машинками, имеющими внутри цилиндрические магниты длиной 8 мм и диаметром менее 1 мм, можно управлять с помощью электромагнитного поля, под воздействием которого роботы вкручиваются туда, куда надо вкрутиться. К. Ишияма разработал два прототипа – для жидкой и для плотной среды. Результаты первых испытаний обнадеживают: робот для жидкости успешно передвигался в емкости, заполненной силиконом, а «плотный» робот оказался в состоянии проходить сквозь двухсантиметровый бифштекс. Одно из устройств К. Ишияма оснастил металлическим шипом: предполагается, что, нагреваясь, он будет разрушать раковые клетки. Вводить в вены такую машинку можно через обычную иглу.

По словам К. Ишиямы, его разработка в перспективе может оказаться намного эффективнее используемых сейчас катетеров. Если удастся сконструировать еще более миниатюрные устройства, они смогут проникнуть и в самые мелкие, а потому пока недоступные сосуды, находящиеся, например, в головном мозге. Это дело будущего и проблема настоящего.

С древних времен человек всей душой восстает против смерти, которая неизбежно отнимает у него близких людей, и, в конце концов, одолевает каждого. Н. Ф. Федоров считал важнейшей задачей человека – борьбу со смертью. Эта идея должна объединить всех людей. Бессмертия, по мнению Федорова, можно достичь, преобразуя слепую природу, управляя ею.

С точки зрения молекулярных нанотехнологий если не идея бессмертия, то идея неограниченного продления жизни человека не кажется невозможной. Человеческий организм, как и организм любого живого существа на Земле, возник под действием эволюции. При этом для сохранения вида не нужно долголетия и бессмертия – достаточно достижения репродуктивного возраста. Частая смена поколений даже благоприятствует сохранению и развитию вида, так как обеспечивает быстрый естественный отбор.

Эволюционным путем не может возникнуть бессмертное или длительно живущее существо. Скорее наоборот – генетически закодировано прекращение жизни по достижении определенного возраста.