Уважаемые читатели!

На прошлой неделе мы узнали о многочисленных интересных открытиях, как в области материаловедения, так и в области наноэлектроники. Радует факт постоянного пристального внимания нашего правительства, ГК «Роснанотех» и отдельных государственных лиц в частности. Будем надеяться, что эта тенденция будет продолжаться.

Также хотим особенно отметить начало интернет-олимпиады по нанотехнологиям. Хотим от лица нашего сайта пожелать успеха всем ее участникам!

Итак, обо всех событиях недели с 10 по 17 марта 2008 года подробнее!

Материаловедение

Нанопробирки с наночастицами внутри

В настоящее время пористые пленки из анодированного оксида алюминия широко используются в качестве матриц для получения различных наноматериалов. Исследователи из Японии таким способом научились изготавливать не что иное как нанопробирки (carbon nano test tubes, CNTTs), т.е. трубки, один конец которых открыт, а другой закрыт. Таким образом, внутрь такой пробирки можно что-нибудь поместить, например, магнитные частицы. Кроме того, образующиеся пробирки хорошо диспергируются в воде, что открывает множество их возможных применений, например, в области доставки лекарств.

По данным просвечивающей электронной микроскопии нанопробирки имеют внешний диаметр около 35 нм, внутренний 25 нм, а внутри полости располагаются наночастицы. На внешней поверхности пробирок частиц не было обнаружено. Длина трубок составила около 1,3 мкм. По данным электронной дифракции в полостях пробирок находится NiFe, а также небольшое количество NiO.

Пробирки хорошо диспергируются в воде и этиловом спирте. Если к сосуду с диспергированными пробирками поднести магнит, они начинают к нему медленно притягиваться, и в течение нескольких часов раствор обесцвечивается. После удаления магнита трубки могут быть диспергированы снова.

В статье Наноинженерия тепла Михаил Евгеньевич Компан, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ФТИ им А.Ф. Иоффе РАН прольет свет на загадочный механизм исчезновения температуры в наноразмерном диапазоне. "Размер имеет значение” – этот игривый рекламный слоган, как ни удивительно, очень точно определяет смысл и устремления нано- наук и технологий. Именно когда уменьшение размера приводит к новым качествам, закономерностям, возможностям – это и есть область осмысленного перехода к НАНО-.

Простое же уменьшение размеров меньше узаконенных долей метра, как это установлено собранием Академии Наук, позволяет почти каждому считать себя участником нанопроектов – ведь, как минимум, мы все состоим из атомов и молекул. Конечно, не в каждом случае понятно, перешли ли количественные изменения в качественные. Но и бесспорные примеры качественных изменений при переходе в наномир уже не единичны.

Михаил Евгеньевич Компан

Среди таких малоизвестных аномалий – исчезновение температуры. Причем не полное отсутствие, а именно исчезновение как процесс, который в нанометровой области начинает разворачивается, а заканчивается отсутствием температуры как физического понятия в применении к отдельным частицам. При этом оказывается, что это не просто философский парадокс, а комплекс явлений, из которого человечество, возможно, сможет извлечь кое-какую пользу в виде специфических устройств.

Получение сферических полых частиц – одна из важных задач современной технологии, решение которой даст ключ к новым материалам для различных биомедицинских приложений. Классическим подходом является темплатный синтез, заключающийся в нанесении слоя полимера на сферический шаблон. Однако при этом возникает ряд трудноразрешимых задач, а именно удаление шаблона и введение активного вещества внутрь частицы. Однако, недавно предложен новый метод получения полых частиц , которые могут быть в дальнейшем «запечатаны».

Частицы микронного размера были приготовлены двумя путями. В первом случае продажные частицы полимера (использовался полиметилметакрилат и полистирол), взвешенные в воде под действием подходящего растворителя «разбухали», после чего проводилась обработка жидким азотом. Далее растворитель был удален испарением ниже 0оС. При малых коэффициентах «разбухания» формировалась структура с одной полостью, при больших возможно образование пор на внешней поверхности. Лед дополнительно стабилизирует структуру, предотвращая схлопывание полостей.

При помощи отжига или обработки полученных частиц раствором полимера становится возможным закрыть полости, что делает эти структуры перспективными для использования в медицинских приложениях, в т.ч. в точечной доставке лекарств. Для демонстрации был выбран процесс инкапсулирования родамина. После центрифугирования родамин был введен в полости частиц, после чего частицы были запечатаны обработкой в диоксане при 40^оС. Далее изучался процесс высвобождения родамина в фосфатном буферном растворе, который показал, что в случае биоразлагаемого PCL процесс проходит сравнительно быстро, даже в отсутствие белков, а полистирол не высвобождает родамин, что свидетельствует о высокой степени устойчивости и «прочности» этих частиц.

Специалисты из Национального Института Стандартов и Технологий США разработали новую конструкцию микроскопа , которая позволяет проследить за наноразмерными объектами в трех измерениях. Безусловно, этот очень полезный инструмент для нанотехнологий не останется невостребованным.

Использующиеся на сегодняшний день технологии самосборки наночастиц предполагают их позиционирование в растворе и дальнейшее наблюдение за процессом сборки.

Однако, если все вышеперечисленное для «двумерной самосборки» не составляет проблемы, то точное отслеживание наночастиц в 3D – задача посложнее. Ученые из NIST смогли решить эту проблему достаточно просто – с помощью дополнительных зеркал, которые отражают боковые изображения объема исследуемой структуры. Далее, обрабатывая изображения. Полученные от зеркал, ученые могут точно установить третью координату положения наночастицы – ее глубину в растворе.

Нанобиотехнологии

Вопросам безопасности нанотехнологий и наноматериалов в мире уделяется все больше внимания, появляются разнообразные публикации, организуются конференции. Очень важно, что в России, где развертывается национальная программа по нанотехнологиям, эти вопросы также стали серьезно рассматриваться .

31 октября 2007 г. была утверждена Концепция токсикологических исследований, методологии оценки риска, методов идентификации и количественного определения наноматериалов, разработанная Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека совместно с ведущими научными центрами и НИИ РАМН, Минобрнауки РФ и Роспотребнадзора.

В Концепции дана характеристика новых свойств и поведения наноматериалов в окружающей среде и биологических объектах; рассмотрены особенности оценки риска производства и использования наноматериалов; представлен анализ сведений о безопасности производства и использования наноматериалов и определен порядок организации надзора и проведения токсикологических исследований наноматериалов.

Микроиголки для доставки лекарств

Особое внимание должно быть обращено на разработку высокочувствительных и адекватных методов определения наноматериалов в объектах окружающей среды, пищевых продуктах и биосредах.

В Концепции подчеркивается, что, несмотря на то, что наноматериалы уже используются более 10 лет, «ни один вид не был изучен в полном объеме на безопасность ни в одной из стран мира». Действительно, проведенные до сих пор исследования не позволяют точно оценить соотношение риск/пользу наноматериалов.

Исследователи из США нашли альтернативный способ для доставки лекарств через кожу пациента с ее наименьшими повреждениями. Предложенный способ доставки совмещает эффективность инъекции и безболезненность пластыря. Сотни полимерных иголочек микрометровых размеров содержат в себе лекарство. После введения их в кожу они быстро растворяются, а медикамент диффундирует внутрь кожи.

Микроиголочки состоят из поливинилпирролидона (polyvinylpyrrolidone, PVP). Мономерный винилпирролидон является жидкостью (в условиях эксперимента), и к нему можно добавить интересующее лекарство. Затем такую смесь заливают в заранее изготовленную форму, и винилпирролидин полимеризуется под действием ультрафиолета. PVP отлично растворяется в воде – таким образом, будучи введенными в кожу, микроиголочки затем быстро исчезают. Полученные иголочки размерами 750 мкм в длину, 250 мкм в диаметре у основания и 5 мкм в радиусе у вершины, содержащие в качестве модельного лекарства различные соединения, были протестированы на свиной коже in vitro.

Примерно через 1 минуту после введения в кожу свиньи массивы микроиголочек полностью растворялись. В одном из экспериментов в качестве модельного лекарства взяли флуоресцентно меченный бычий сывороточный альбумин (это белок), благодаря чему смогли проследить судьбу введенных вместе с микроиголочкой соединений. Как утверждают исследователи, метод не только безопасен, но и безболезнен.

Кибернетический глазной имплант

Ученые Массачусетского технологического института находятся на финальном этапе почти 20-летней научно-медицинской программы, которая поможет людям вернуть утраченное зрение. В начале 80-х основатель проекта доктор Джозеф Рицо (Dr. Joseph Rizzo III) собрал команду из 36 ученых со всего мира, которая занялась поисками решения проблемы пропадающего зрения. За прошедшее время было выдвинута масса идей и даже была разработана технология, которая на то время была неосуществима, так как нанотехнологии еще только начинали свое развитие.

Теперь эта технология стала осуществимой и ученые горят желанием поскорее устроить первые испытания. Проблема исчезающего зрения заключается в том, что глазная сетчатка деградирует и неспособна передавать в мозг четкое изображение. Ученые разработали биоимплантат , который вживляется за глазное яблоко, принимает изображение и при помощи коннетора толщиной с человеческий волос передает его в мозг. Ученые планируют начать испытания на животных уже летом текущего года.

Имплантат поможет только тем людям, которые уже видели раньше, то есть слепым от рождения или больным глаукомой кибер-глаз не поможет.

В медицинских и биологических исследованиях — как прикладных, так и фундаментальных — существует необходимость визуализации каких-либо событий внутри клетки на молекулярном уровне. Например, в области фармакокинетики лекарственных препаратов важно отследить пути распространения лекарства в организме после его введения.

Хорошо бы для таких случаев «посадить» на молекулы фармпрепаратов какие-то маленькие метки, которые бы постоянно сигнализировали о месте их нахождения и происходящем с ними и при этом были бы совершенно безвредными для биологического объекта.

Существующие методы визуализации исследователей уже не удовлетворяют, поскольку используемые здесь метки ограничены по своим функциональным свойствам и в основном токсичны. Ученые НТК «Институт монокристаллов» предложили для этой цели использовать монокристаллы на основе различных редкоземельных элементов, например ортофосфатов и полифосфатов, которые обладают способностью люминесцировать в ответ на внешнее облучение.

Проблема состояла в том, чтобы получить люминофоры очень маленького размера, сопоставимого с толщиной мембраны клетки живого организма. И харьковчанам это удалось — они сумели получить монокристаллы величиной всего два нанометра, в каждый из которых входит всего 100 молекул.

В 2008 году многие страны значительно увеличили финансирование исследований в области нанотехнологии по сравнению с прошлым годом. В Украине — в три раза, в Казахстане — сразу в 25. Россия занимает сейчас третье место в мире по объёму вкладываемых в эту сферу средств. Впереди — США.

Наноэлектроника

Лента гибких OLED-ов

Компании General Electric Global Research, согласно ее утверждениям, удалось первой в мире произвести органические светоизлучающие диоды (OLED) на гибкой рулонной подложке, используя технологии печати.

Как исходный материал, так и конечный продукт свернуты в рулоны, что отражено в англоязычном термине roll-to-roll manufacturing. В этом варианте изготовление OLED-устройств здорово походит на процесс печати газет, а себестоимость производства снижается до такой степени, что позволяет рассматривать OLED-светильники в качестве более эффективной с точки зрения энергопотребления альтернативы лампам накаливания и люминесцентным светильникам.

Инвестиции в эту энергосберегающую разработку GE производит как часть своей общей инициативы Ecomagination, направленной на улучшение характеристик своей продукции с точки зрения экологии. Ожидается, что подобной технологией производства скорее всего заинтересуются также производители солнечных панелей.

Международная команда ученых из университета штата Пенсильвании (США) и Саутгемптонского университета (Великобритания) сумела разработать процесс, в ходе которого монокристаллические полупроводниковые элементы образуются непосредственно в канале внутри оптического волокна .

Ранее интегрировать полупроводники и оптические каналы передачи пытались путем интеграции готовых полупроводниковых элементов с поликристаллическими и аморфными веществами, однако внедрение полупроводников внутрь оптического волокна сулит большой выигрыш в скорости передачи данных и обработки их уже в ходе передачи.

Для получения полупроводника ученые сначала внедрили крохотный кусочек золота внутрь оптоволокна, воздействуя лазером на специальный золотосодержащий состав. Затем они ввели силан, особую смесь кремния и водорода, в потоке гелия, подаваемого под высоким давлением. При нагревании оптоволокна золото сработало как катализатор разложения силана. Водород при этой реакции вышел наружу, а оставшийся кремний образовал внутри пустотелого волокна подвижный относительно стенок тоннеля монокристаллический полупроводник, закрытый кусочком золота.

Значение этого открытия состоит не только в разработке новой технологии изготовления материалов, но в функциональных возможностях, которые открывает перед электроникой этот материал. Фактически, ученым удалось поместить нанокристаллическую структуру в тоннеле оптоволокна, создав принципиально новый тип композитного устройства.

Бизнес

Максимальное число инвестиций в исследования и разработки «чистых технологий» получили компании, расположенные в штате Калифорния, в котором сосредоточен основной инвестиционный капитал.

Каждый американский штат хотел бы стать Кремниевой Долиной для чистых технологий. Но основные деньги на это следующее большое мероприятие в хайтеке идут как раз в штат, где исторически сосредоточился инвестиционный капитал – штат Калифорния, или Кремниевая Долина (так названный из-за того, что именно здесь расположены большинство компьютерных компаний).

Исследование, проведенное фондом Доу Джонсона , указывает, что более половины всего инвестиционного капитала, вложенного в чистые технологии в 2007 г. в США, пришлось именно на калифорнийские компании – 66 из них, расположенные от Сан Хосе до Сан Франциско, получили 1,3 млрд. долларов В целом, в США 159 компаний, работающих над чистыми технологиями, получили в 2007 г. финансирование в размере 2,5 млрд. долларов, что составляет 83% от общей мировой суммы вложений в эту область исследований (приблизительно 3 млрд. долларов).

В какие отрасли предпочитают вкладывать деньги инвесторы? Самая большая часть инвестиций (30%) приходится на солнечную энергетику, затем идет транспорт (14%) и биотопливо (12%). Самую большую сумму в 2007 г. получила компания-производитель электромобилей (Palo Alto, Калифорния) – 200 млн. долларов на проект «Самый лучший город» (Better Place), связанный с разработкой инфраструктуры для обслуживания электромобилей.

Корпорация IBM, которая в последнее время активно занимается различными научными разработками, подписала соглашение с японской корпорацией Hitachi , согласно которому компании в течении как минимум двух лет будут совместно исследовать структуру полупроводников и займутся разработкой 32-нм технологического процесса. Исследования и разработки будут производиться в научных центрах IMB на территории США: в исследовательском центре Thomas J. Watson Research Center в Yorktown Heights, штат Нью-Йорк, и в комплексе нанотехнологий в Олбани (College of Nanoscale Science and Engineering's Albany NanoTech Complex).

Обе компании до настоящего времени никогда не сотрудничали, но представители IBM и Hitachi полны оптимизма и не скрывают, что рады работать друг с другом. В планах совместных разработок создание 22-нм технологического процесса, на который в 2011 году планирует перейти корпорация Intel. IBM часто работает в тандеме с другими компаниями. Недавно в вышеупомянутом комплексе в Олбани IBM и AMD добились создания технологии полномасштабной гравировки микрочипа при помощи дальнего ультрафиолета.

События

Сайт Нанометр объявил о регистрация участников второй Всероссийской Интернет — олимпиады по нанотехнологиям «Нанотехнологии – прорыв в будущее!» (e-NANOS'08).

Целью Олимпиады является популяризация знаний в области нанотехнологий, а также поиск и поощрение молодых талантов, желающих участвовать в развитии нанотехнологий в Российской Федерации.

Участие в Олимпиаде возможно для всех пользователей всемирной сети Интернет, чей возраст на 1 июня 2008 г. не превышает 27 лет и которые прошли регистрацию до 5 апреля 2008 г. (включительно). Для школьников организован отдельный заочный тур. Участие в Олимпиаде бесплатное. Победителям и призерам Олимпиады будут вручены денежные премии, а также ценные подарки от спонсоров. Общее число победителей и призеров Олимпиады составит 10 человек.

В Санкт-Петербурге учрежден новый инновационный научно-образовательный центр , специализирующийся на нанотехнологиях. Как сообщает корреспондент ИА REGNUM, сегодня, 13 марта, документ об учреждении центра был подписан академиком Российской Академии наук Жоресом Алферовым и первым проректором Санкт-Петербургского государственного политехнического университета (СПбГПУ) Андреем Рудским.

Учредителями научно-образовательного центра в области нанотехнологий стали Санкт-Петербургский научный центр Академии наук, Санкт-Петербургский государственный политехнический университет и Санкт-Петербургский физико-технологический научно-образовательный центр РАН. «Главной целью создания центра является объединение усилий в сфере подготовки кадров в области нанотехнологий», — подчеркнул Алферов.

Инновационный центр будет располагаться в помещении научно-образовательного центра СПбГПУ в парке Сосновка. По словам Алферова, учредительная комиссия предполагает создать секции в области нанофизики, наноматериалов, образования, наноэлектроники и нанобиологии. В настоящее время у учредителей центра уже имеются совместные проекты в области полупроводниковых технологий.

Напомним еще раз, что первый вице-премьер РФ Сергей Иванов и уполномоченный по правам человека в РФ Владимир Лукин выступят на пленарном заседании Совета Федерации в среду 19 марта.

Как сообщили ИТАР-ТАСС в пресс-службе СФ, С.Иванов проинформирует сенаторов в рамках «Правительственного часа» о ходе реализации стратегии развития нанотехнологий.

Итак, наш девятый выпуск подошел к концу!

Напоминаем, что если у вас есть какие-либо замечания или пожелания насчет состава рубрик или того, что бы вы хотели видеть в следующих выпусках – пишите !

До встречи через неделю!

Составитель – Свидиненко Юрий