2.1 Коротка історія розвитку

Батьком нанотехнології можна вважати грецького філософа Демокріта. Приблизно в 400 р. до н.е. він вперше використав слово «атом», що в перекладі з грецького означає «нераскаливаемий», для опису найменшої частинки речовини.

Прикладом першого використання нанотехнологій можна назвати - винахід у 1883 році фотоплівки Джорджем Істмен, який згодом заснував відому компанію Kodak.

Один нанометр (від грецького «нано» - карлик) дорівнює одній мільярдній частині метра. На цій відстані можна впритул розташувати приблизно 10 атомів. Мабуть, першим вченим, що використав цю одиницю виміру, був Альберт Ейнштейн, який в 1905 р. теоретично довів, що розмір молекули цукру дорівнює одному нанометра.

3. Сучасний рівень розвитку нанотехнологій

В даний час наноматеріали використовують для виготовлення захисних та светопоглощающих покриттів, спортивного обладнання, транзисторів, светоіспускающіх діодів, паливних елементів, ліків і медичної апаратури, матеріалів для упаковки продуктів харчування, косметики та одягу.

Нанопрімесі на основі оксиду церію вже зараз додають в дизельне паливо, що дозволяє на 4-5% підвищити ККД двигуна і знизити ступінь забруднення вихлопних газів.

Загальносвітові витрати на нанотехнологічні проекти перевищують $ 9 млрд. на рік. На частку США припадає приблизно третина всіх світових інвестицій у нанотехнології. Інші головні гравці на цьому полі - Європейський Союз і Японія. Дослідження в цій сфері активно ведуться також у країнах колишнього СРСР, Австралії, Канаді, Китаї, Південній Кореї, Ізраїлі, Сінгапурі, Бразилії і Тайвані. Прогнози показують, що до 2015 року загальна чисельність персоналу різних галузей нанотехнологічної промисловості може дійти до 2 млн. чоловік, а сумарна вартість товарів, вироблених з використанням наноматеріалів, складе, як мінімум, кілька сотень мільярдів доларів і, можливо, наблизиться до $ 1 трлн.

4. Нанобіотехнології

Нанобіотехнології - область нанонауки і наноінженерії, яка застосовує методи і підходи нанотехнології для створення біоструктур і вивчення біологічних систем. Нанотехнологи також використовують здатність біомолекул до самосборке в наноструктури. Так, наприклад, ліпіди здатні спонтанно об'єднуватися і формувати рідкі кристали. Молекули пептидів у воді формують правильні нановолокна, які, в свою чергу, зв'язуються і утворюють каркаси.

"ПюраМатрікс" - це комерційно реалізований каркасний матеріал з нановолокон, який отримав свою назву завдяки ідеальності як біотехнологічно розробленого біологічного каркаса. Вчені-біомедікі в усьому світі зараз використовують його для вивчення ракових і стовбурових клітин і для відтворення кісткової тканини. Наявність в каркасах з нановолокон пір розміром від 5 до 200 нанометрів і надзвичайно високий вміст води обумовлюють можливість їх використання при тривимірному вирощуванні клітин і тканин у відновній медицині.

Крім цього завдяки малим розмірам пір цих каркасів, очевидно, їх можна буде використовувати для поступового виділення медикаментів для пролонгування їх дії. Пристрій з нанокаркасом для повільного виділення може імплантуватися в шкіру з запасом ліків на місяці, і навіть роки.

ДНК використовується не тільки для створення наноструктур, але і як важливого компонента нанопристроїв. Цілком імовірно, що ДНК, що представляє собою молекулу, що зберігає інформацію, може стати основним компонентом комп'ютерів наступного покоління. Замість того щоб створювати кремнієву основу мікросхеми, нанотехнології зможуть використовувати двухцепочечную молекулу ДНК, яка представляє собою натуральний каркас для створення наноструктур, а її здатність до високоспецифічний зв'язування дозволяє об'єднувати атоми в передбачуваною послідовності, необхідної для створення наноструктури.

До того часу, як мікропроцесори і мікросхеми перетворяться в нанопроцессори і наносхеми, молекули ДНК можуть замінити використовувані в даний час неорганічні напівпровідники. Такі біочіпи будуть являти собою ДНК-процесори, що використовують виняткову здатність ДНК до зберігання інформації.

Інші біологічні молекули також використовуються для створення способів передачі як можна більшої кількості інформації. Наприклад, деякі дослідники вивчають можливість використання поглинаючих світло молекул подібних тим, що містяться в сітківці ока, для тисячократного збільшення обсягу що зберігається на компакт-дисках інформації. Застосування нанобіотехнології сприятиме розвитку екологічно чистих виробничих процесів.

Дослідження щодо практичного застосування нанобіотехнології в медицині спрямовані на вдосконалення засобів і методів діагностики, профілактики та лікування. До них можна віднести:

- Підвищення чутливості і експресності аналізу, що дозволить здійснювати ранню діагностику захворювань і вже найближчим часом може бути використано для виявлення онкологічних, ендокринних і серцево-судинних захворювань, вірусних і бактеріальних інфекцій. Особливим типом нанопристроїв є біочіпи, засновані на застосуванні полімеразної ланцюгової реакції. Вони дозволяють оцінити генетичний статус обстежуваного пацієнта і / або патогенного мікроорганізму і спланувати заходи з профілактики та лікування;

- Підвищення продуктивності дозволяє проводити комплексне обстеження по набору діагностичних критеріїв, що може бути використано для індивідуального підходу до лікування та профілактики;

- Створення біосенсорів шляхом об'єднання біологічного та електронного компонентів в один мініатюрний прилад;

- Розробка молекулярних детекторів на основі нанопор;

- Вивчення можливості отримання і застосування, ефективних фармпрепаратів і вакцин у вигляді наночастинок;

- Створення на основі наноструктур системи адресної доставки ліків, що дозволяє підвищити специфічність і швидкість доставки функціональних молекул в клітини-мішені.