Нанотехнология және наножүйелер туралы негізгі түсініктер. Қолданылатын терминдер

Нанотехнология  және наножүйелер туралы негізгі  түсініктер. Қолданылатын терминдер

Нанотехнология  - бұл көзге көрінбейтін аса ұсақ бөлшектерді ретке келтіре отырып, соның ерекшеліктерін алдын-ала белгілеп беру арқылы әлдебір құрылымды құрастыруға қажетті жекелеген атомдарды ыңғайластыра орналастыру. Нанотехнология (гректің «нанос» – ергежейлі және технология) кеңістіктің нанометрлік аймағындағы жеке атомдарға, молекулаларға, молекулалық жүйелерге әсер ету арқылы жаңа физика-химиялық қасиеттері бар молекулалар, наноқұрылымдар, наноқұрылғылар мен материалдар алу мүмкіндіктерін зерттейтін қолданбалы ғылым болып табылады.

Нанометр - дегеніміз бір метрдің миллиардтан бір бөлігі (1 нанометр = метр). Нанотехнология осындай ауқымды өлшемдермен айналысады.

Нанотехнология  қайдан пайда болды деген сұраққа  келейік. Әуестену, еліктеу, қиялға берілу секілді адами қалыптардың бірте-бірте ел сенгісіз жаңалықтарға бастайтыны ерте заманнан белгілі. Аңыз-ертегілердегі аспанға ұшатын ағаш ат пен кілем, желаяқ етіктер, аста-төк дастархан, қияндағыны көз алдыңа алып келетін қол айна секілділер шындыққа айналып, дәл қазір "көне дүниелер" санала бастады. Нанотехнология да өмірге осындай қиял мен әуестік нәтижесінде келген еді. 1986 жылы студент Эрик Дрекслер өзінің «Жасампаз машина» аталатын футуристік эссесінде тұңғыш рет «молекулярлы технология» атауын қолданады. Ол фантаст-жазушы Станислав Лемнің идеяларына өз қиял-болжамдарын қосақтай отырып, "Саналы тіршілік ортасының" жалпы бет-бейнесін жасап шығады. Осы болжамға сәйкес, ХХ ғасырда нанороботтар әрбір заттың, әрбір адам ағзасының ішіне енгізіледі де, адамзат қоршаған әлеммен бірге тұтастай саналы компьютерге айналады. Мұндай идея Эссе Дрекслерден бұрынырақ пайда болған еді. 1981 жылы ІВМ корпорациясының швейцариялық филиалындағы екі инженер, Герд Бинниг пен Гейнрих Рорер мәнерлеп туннельдеуші микроскоп ойлап тауыпты. Микроскоптың құрылымы аса қарапайым: шамалы қысымға қосылған аса жіңішке ине бір нанометр шамасындағы қашықтықта материалдың үстімен жылжып отырады. Осы кезде инелердің өткір ұшы материалдың беткі қабатына электрондарды тесіп өткізеді де, соның нәтижесінде шамалы тоқ пайда болады, оның көлемі ине мен беткі қабаттың арасындағы қашықтыққа байланысты болады. Осылайша материалдың беткі қабатынан жекелеген атомдарды "ажыратуға" мүмкіндік туады. Бұл ғылымның пайда болуын 1959 жылы Нобель сыйлығының лауреаты, АҚШ физигі Р.Фейнманның жеке атомдарды манипулятор көмегімен қозғалту мүмкіндіктері туралы жасаған баяндамасымен байланыстырады. Нанотехнология терминін қолданысқа алғаш рет 1974 жылы жапон физигі Норио Танигути енгізген. Макроскопиялық заңдылықтарға сүйенетін басқа инженер ғылымдардан нанотехнологияның негізгі ерекшелігі, нанонысандар үшін кванттық және молекулааралық өзара әсерлесуінің күшті болуына байланысты. Нанотехнология саласындағы зерттеулер қазірдің өзінде практикалық маңызы зор нәтижелер беруде.

Қазір ғалымдар тұсауы жаңа кесілген нанотехнологияның үш негізгі міндеттерін айқындап көрсетеді:

• біріншіден, осының көмегіне сүйене отырып, атомдарды өз қалауымызша тікелей орналастыру жүзеге асырылады, яғни ерекше қасиеттерге ие болған материалдар жасалады;
• екіншіден, көлемдері жекелеген молекулаларға немесе атомдарға тең белсенді элементтері бар электрондық схемалардың өндірісін ұйымдастыру көзделіп отыр;
• үшіншіден, ғалымдар көлемі молекулаға тең механизмдер мен роботтар, яғни наномашина жасауды көздеуде.

Бұл әрине, енді ғана қолға алына бастаған, тәжірибе жүзінде сынақтан өткен  алғашқы қадамдар ғана. Бірақ ғылымы мен білімі дамыған бірқатар елдерде  соның алғашқы үлгілері қолданысқа енгізіле бастады. Мәселен, Массачусетс  технологиялық институтында қазір  көлемі бақыр ақшадай өрмекші-роботтың алғашқы үлгісі жасалынды, ол бір минутта 10000-ға дейін әртүрлі қозғалыстарға келтіріледі. Бірақ көлемі үлкен болғандықтан, оны нағыз наноробот деуге ертерек секілді. Ресей ғалымдары да америкалық әріптестерінен қалысар емес. Олар нанотехнологияны медицина саласына жұмыс істету жолында ғылыми-зерттеу жұмыстарын жүргізуде.

Таяудағы  жылдары адамның індері бойымен  өз бетінше қозғалып жүретін және биологиялық заттардың орналасқан әрі шоғырланған жерін анықтауға  мүмкіндік беретін молекулалық  құрылымдар жасауымыз мүмкін, - дейді  Ресей ғылым академиясының академигі, профессор Юрий Евдокимов. Егер осыған қол жетсе, онда биохимиялық зертханалар мен медицина-клиникалық диагностикада аса ауқымды мүмкіндіктер ашылып, адам ағзасындағы дертті дәл анықтауға және толық емдеуге мүмкіндік туады.

Осындай молекулярлы машина өткен жылы Мичиган  университетінде сынақтан өткізіліпті. Нанороботтар үш бөліктен тұрған екен: тасымалдағыш-молекулалар, қатерлі  ісік жасушаларын барлап білетін-молекулалар (ДНҚ фрагменттері бар) және люминофер-молекулалар. Осындай құрылымды ағзаға енгізген кезде олар ісік жайлаған жерге орналасып, люминесценцияның көмегімен соны нақты  көрсеткен. Дәл осындай амалмен  ауру жайлаған жерге дәрі жіберуге болатыны да күмәнсіз.

Қалай дегенмен де ғалымдар адам өмірі үшін күресті  одан әрі жалғастыруда. Олардың сөзіне сенсек, таяудағы жылдары қолдан жасалған ДНҚ-молекуланың негізінде адам ағзасын микробтардан тазартуға  немесе енді тамыр жая бастаған қатерлі  ісік жасушасын жоюға жол ашылатыны  сөзсіз.

Микродеңгейдегі нанотехнология объектілері мыналар:

1. нанобөлшектер мен наноұнтақтар. Олардың екі қасиеттік өлшемдерінің де диапазондары 100 нанометрге дейін болады;
2. наноқұбырлар мен наноталшықтар. — Олардың екі қасиеттік өлшемдерінің де диапазондары 100 нанометрге дейін болады;
3. Наноқабыршықтар. Олардың бір ғана қасиеттік өлшемдері бар, диапазоны 100 нанометрге дейін болады.

Басқа жағын  қарастыратын болсақ, нанотехнология объектілеріне атомдық және молекулалық  құрылымдары бағдарламаланған микробөлшектерді атом және молекулалық деңгейде бақылаумен таратып, жасалатын макроскопиялық объектілерді де жатқызуға болады.