Важнейшей задачей нанотехнологий в ближайшие 10–20 лет, по мнению большинства экспертов, будет разработка материалов для медицины.

Считается, что за эти годы будут созданы наноматериалы для целевой доставки лекарств, «умных» имплантатов (искусственных сосудов, искусственной кожи и т.д.) и искусственных органов, для интерфейса электронных устройств, вживляемых в человеческие органы, и самих органов для поддержания жизнедеятельности человека.

Это очень серьезный вызов для специалистов, занятых разработкой новых материалов. Предыдущий опыт показывает, что создание материалов, совместимых с живым организмом, требует совместимости искусственного материала не просто с живой тканью, но именно с тканью конкретного человека. Это означает, что искусственные материалы должны обладать многими свойствами своего природного «партнера».

За прошедшее столетие исследователи хорошо научились копировать природные материалы. Созданы искусственные красители, волокна, полимеры, кожи и т.д. Но хотя эти искусственные материалы близки к биоматериалам по химическому составу, они значительно отличаются от них по строению – люди пока не научились копировать биоматериалы и создавать искусственные материалы, приближающиеся по сложности к природным.

Единственный искусственный материал, сравнимый по сложности химического состава и строения с биоматериалами, – это галогенидосеребряный фотографический материал. Он содержит более сотни химических веществ и состоит из элементов различного масштаба: молекул, агрегатов красителей и кластеров атомов серебра нанометрового масштаба, микрокристаллов галогенидов серебра, микроэмульсии цветообразующих компонент и т.д. Чтобы создать современные галогенидосеребряные материалы, потребовались усилия тысяч ученых и более 150 лет.

Ясно, что методологические подходы, использованные при разработке фотографических материалов, могут быть полезны при создании биосовместимых материалов. Однако эти методологические подходы потребуют существенной доработки, для того чтобы стать основой проектирования и разработки современных биосовместимых материалов.

Природные материалы – ткани живых организмов и растений – имеют иерархическое строение, и если человечество намерено создавать полноценные биосовместимые материалы, их строение также должно быть иерархическим, что потребует разработки высокопроизводительных методов компьютерного проектирования и эффективных технологий производства, основанных на процессах самоорганизации многомасштабных иерархических материалов.

Создание многомасштабных иерархических материалов будет в ближайшие десятилетия целью разработчиков материалов не только для медицины, но и для других сфер деятельности человека – машиностроения, приборостроения и энергетики – поскольку именно такие архитектуры позволяют строить «снизу – вверх» материалы с большим разнообразием характеристик.

По материалам статьи журнала «Российские нанотехнологии» (№ 1–2 2010 год) главного редактора академика РАН М.В. АЛФИМОВА: