Нанотехнология физика мен медицинада

1.5. Нанотехнология медицинада

Нанотехнологияны медицина саласында  да кеңінен пайдалануға болады. Қазіргі ғалымдардың пайымдауынша, нанотехнология өнімдері медицина саласына дендеп енген кезде адамзат барлық дерттен айығатын көрінеді. Әбден мүмкін. Өйткені қазірдің өзінде дүниежүзінің гемотология (қан қасиеттерін зерттеу) саласындағы ғалымдар қарыштап алға басқан сыңайлы. Мәселен, қазірдің өзінде бұл саладағы ізденістер қанның негізгі талшығы (стволовые клетки) адам ағзасындағы бүлінген дене мүшесінің зақымданған жерін байырғы қалпына келтіруге ішінара қол жеткізді. Тіпті мидың зақымданған жерін де осылай емдеп, сауықтыра бастады. «Бейдауа дерт» саналып жүрген «қатерлі ісіктің» біраз түрі ерте анықталған жағдайда беті қайтатын дәрежеге жетті. Көп ұзамай ол мүлде «қатерсіз дертке» айналуы мүмкін. Қазіргі таңда әлемнің медициналық ғылымы қол жеткізе алмай жүрген көп­теген дертті емдеу енді 15-20 жылдың көлемінде түйінді мәселе болуын доғарады. Бұған нанотехнологияның биология, физиоло­гия, гемотология, фармакология саласындағы жаңалықтары қол жеткізеді. Қысқасы, осы салада еңбектеніп жүрген дүниежүзінің танымал ғалымдары «адамзат үшін енді «ем қонбайтын ауру» болуы мүмкін емес» дегенді айтады. Өйткені нанотехнология құпиясын молырақ ашқан кезде, адамзат үшін жер бетінде «жұмбақ» қалмайтындай жағдай болады.

Нанотехнология арқылы адамзаттың пішімін де, мінез-құлқын да, ниетін де мүлде өзгертуге әбден болады. Біздің мінез-құлқымыз бен көңіл күйімізді, соған байланысты ауруға шалдығумыз бен айығуымызды реттеуга болады. Өйткені мұның барлығын да адам миында жүректін кезекті химиялық реакциялар басқарады. Адам миында бір секунда үш миллионнан астам ақпарат тасымалданады. Әрбір ақпарат белгілі бір заряд туғызады. Әрбір заряд әртүрлі эмоция мен күйге сәйкес келеді. Мидағы нейрондардың ұштары синапстар деп аталады. Синапс бұлттары арқылы разрядтар таралады. Белгілі бір жағымды не жағымсыз ақпаратқа қатысты белгілі бір нейрондар тізбегі синапстар арқылы жалғасады және тұрақты байланыс түзеді. Көптеген жағдайларда аурудың туындауы эмоцияналдық негізде болады, сонымен қатар эмоцианалдық негізде дамып ушығады.

Мидың қабылданған ақпараттар легіне жауап беретін, химиялық реакциялар жүретін бөлігі гипоталамус деп аталады. Мұнда арнайы реакциялар нейропептидтердің пайда болуына әсер етеді.

Нейропептидтер – наноөлшемдегі адам ағзасындағы аса кіші бөлшектердің бірі. Олардың табиғатын зерттеу тек қана наноөлшемдерді бақылау арқылы жүзеге асырылады.

Нейропептидтер – жүйке жасушаларында синтезделетін,биологиялық белсенді қосылыстар. Олар зат алмасу үрдісіне қатысады, иммундық процестерге әсер етеді, есте сақтау, ұйқы т.б. механизмдерде маңызды роль атқарады. Нейропептидтер аминдер қышқылы қатарына жататын заттар немесе гормондар.

Нейропептидтер ағзаның барлық бөлігіне тарап жекелеген жасушаға жетеді. Әр жасушаның рецепторлық саңылаулы ұштары бар. Әр эмоцияға белгілі бір нейропептид және белгілі бір рецептор сәйкес келеді. Нейропептид өзіне сәйкес рецепторға «есіктің кілті» тәрізді еніп, адам белгілі бір анықталған күйге енеді.

Нейропептидтер ағзаға зиянды және пайдалы болады. Ағзаға зиянды нейропептидтер иммундық жүйенің бұзылуына әкеп соқтырады. Сондықтан кез келген аурудың алдын алу үшін ағзаның наноөлшемді бөлшектері –жасушаларды емдеуден бастаса, болашақтың медицинасы дұрыс жолға қойылар еді.

Нанотехнологиялық ізденіс – жоғарыда айтқанымыздай, әлемнің көптеген елдерінде, көптеген сала бойынша қолға алынған дүние. Есте сақтайтын бір тұс – бұл саладағы ғылыми ізденістердің кейбір нәтижесі оған қол жеткізгендерге адамзатты құртатын құрал «беруі де» мүмкін. Қазір біз «құс тұмауы», «шошқа тұмауы» дейтіндердің әскери үстемдікке таласушы мемлекеттер тарапынан жасалған бактериялогиялық қарулардың «құқайы» болуы мүмкін дегенді айта бастадық. Ал егер мен «нанотехнологияның бір сала­сы бойынша адамзатты түбірінен өзгерту мәселелері» қарастырылып жатыр десем, бұл мүлде ойдан шығарылған дүние емес. Нанотехнология арқылы адамзаттың пішімін де, мінез-құлқын да, ниетін де мүлде өзгертуге әбден болады. Айталық, ергежейлілер немесе алыптар жасау нанотехнология жетілген кезде қиын іс болмай қалады. Сондай-ақ қаскөйлер мен мәңгүрттерді, адам-роботтарды нанотехнологтардың өмірге әкелуі әбден мүмкін. Қазірдің өзінде осы сала бойынша ой айтып жүрген батыстық бір топ ғалым «егер нанотехнология осы қалпымен дами беретін болса, онда таяудағы жүз жылдың ішінде адамдардың бір шағын тобы рахат өмір сүруші, қалған қалың тобы солардың құлы болуға ризашылықпен еңбек ететін мәңгүрттерге айналуы әбден мүмкін» деген үрейлі пікірді айтып жатыр. Назардан ешқашан да шығармайтын тұс – осы. Біз нанотехнологиялық зерттеулерге ин­вестиция бөлгенде тек сол арқылы баюды мақсат тұтумен шектелсек, қателесеміз. Сондықтан нанотехнология арқылы сырттан тө­нетін қатерге төтеп беретін «өнімдер» іздеу ісіне де немқұрайды қарай алмаймыз.

ІІ. Даму мен болашақтағы мәселелері туралы толық ақпарат жинақтау

2.1. Ғарышты игеру. Ақпараттық және әскери технологиялар.

Ғылым қарыштап алға басқан сайын өмiрiмiзге нанотехнология, биотехнология деген терминдер дендеп ене бастады. Олардың атқаратын қызметiне көз жiберсек ол бейне бiр фантастика секiлдi көрiнуi мүмкiн. Бiрақ, бұл жаңалық ертең бiзге де келедi. «Нано» грек тiлiнде «ергежейлi» деген мағына бередi. Егер ғылым тiлiмен суреттесек, бұл бiр метрдiң миллиардтан бiр бөлiгi деген сөз. Мысалы, нанороботты алайық, ол адам  шашының бiр талынан мың есе жұқа. Сондай кiшкентай робот адамның денесiне жiберiледi. Ол ағзаның кез келген клеткасына барып, оның қызметiн өзгерте алады. Жалпы, бұл ғылым бiр салаға ғана қатысты емес. Ғалымдар оның ел экономикасының барлық салаларында, металлургиядан бастап денсаулық жүйесiнде де көрiнiс табатынын дәлелдеп отыр.

Жалпы нанотехнологияның экономикаға, медицина саласына берерi мол. Сондықтан оны болашақтың ғылымы деп санайды. Нанотехнологияны ең бiрiншi Американың ғалымдары ашқан екен. Лазерлiк қуаттағы атом көмiрқышқылдары бiр-бiрiмен қосылып, ерекше қабiлетi бар өзiндiк нанотүтiктер мен кiшкентай шарларды түзедi. Оны ғылыми тiлде фуллерен немесе капсул деуге болады. Олар табиғаттың агрессивтi факторларына өте төзiмдi келедi. Бұл салада әзiрге Америка көш бастап тұр. Дүниежүзi бойынша нанотехнология саласындағы зерттеулерге жылына 4 млрд. АҚШ доллары жұмсалады. 2015 жылы осы әдiс арқылы шығарылған тауарлар мен көрсетiлетiн қызмет көлемi 1 триллион долларға жетедi деп күтiлуде. Әлемнiң 30 елiнде нанотехнология жөнiнде ұлттық бағдарлама қабылданған. Соңғы жылдары 1600-ден астам нанотехнологиялық компаниялар мен ұлттық орталықтар құрылған. Ғаламтордағы дерек осындай. Ал, Қазақстанға келсек, рас, әзiрге бұл салада «мiне» деп көрсететiндей өз зерттемелерiмiз жоқ. Егер бизнес пен ғылым бiр-бiрiне бетпе-бет келiп, ынтымақтаса жұмыс iстесе, өнертапқыштарымыз өздерiнiң ғылымдағы жетiстiктерiн тәптiштеп қорғай бiлсе, ғалымдардың бетi берi бұрылуы мүмкiн.

Жалпы, нанотехнологияны меңгеру — болашаққа қадам жасау деген сөз. Сондықтан да шығар, қазiр Ресейдiң жоғары оқу орындарында студенттердiң өз бетiнше таңдап оқитын, iзденетiн пәнi ретiнде оқу бағдарламасына енiп отыр. Мұны бiр жағынан физика, химия, биология сияқты үш саланы қосып зерттейтiн ғылымаралық сала деп айтуға болады.

Әзiрге мұндай ғылым жоқ. Нанотехнология дегенiмiз әр атоммен жұмыс iстеу десек, оған физика ғылымы тұрғысынан сәулелiк жаңа аппараттар шығару, химия саласында заттарды атомдық деңгейде зерттеу, биологияда шағын дәрiлiк заттар ойлап табу жатады. Сондықтан алдағы кезде бiздiң елiмiзде нанотехнология жөнiнде белгiлi бiр бағдарлама қабылдануы керек.

Ресей, Америка, Батыс Еуропа елдерiнде бағдарлама бар. Осыған бiздiң де физика, химия, биология саласындағы озық ойлы жастарымызды тарту керек.

5 жыл өтер, 10 жыл өтер, нанотехнологиядағы iзденiсiмiз жемiсiн бередi.

2.2. Нанотехнологияның Қазақстанда дамуы

2003 жылдан бастап нанотехнологиялар  саласындағы зерттеулер Қазақстандағы iргелi зерттеулер бағдарламасының басымдықтары болып табылады. Елде осындай зерттеулердi орындайтын және осы салада әзiрлемелерге ие ғылыми ұжымдар бар. Алайда, республикада нанотехнологиялар саласында ғылыми зерттеулердi жүргiзу үшiн қымбат жабдық жоқ, ғалымдарға зерттеулердi Ресейдiң ғылыми зертханаларында жүргiзуiне тура келедi.

 Ғылым мен техниканы дамытудың басым салаларында ғылыми зерттеулердi жүргiзу Қазақстанға зияткерлiк әлеуеттi сақтау мен дамытуға, елдiң экономикалық дамуына серпiн беруге мүмкiндiк бередi.

 Қазiргi уақытта Қазақстанда республикада өндiрiлетiн металдар негiзiнде көп функционалды қорытпалар мен материалдарды алудағы бәсекеге қабiлеттi технологиялар жоқ. Отандық металл өнiмдерiн өткiзу нарықтарын кешендi талдау оның кен өндiру және өңдеушi өнеркәсiптерiнiң арасындағы тепе-теңсiздiкпен, машина жасау кешенiнiң дамымағандығымен сипатталатындығын, ал металлургия өнеркәсiбiнiң шығаратын өнiмiнiң шетелдiк тұтынушыларға бағдарланатынын көрсетедi.

 Барлық металл өнiмдерi (қорытпалар) шетелден әкелiнедi. Осылайша қорытпаларға ұдайы өсiп отырған қажеттілiк қанағаттандырылған жоқ және жыл сайын бұл проблема күрделi бола түсуде. Сондықтан көп функционалды материалдар мен қорытпалар өндiрудiң бәсекеге қабiлеттi технологияларын дамыту Қазақстанды жоғары технологиялық өнiмдер өндiрушiлердiң әлеуеттi серiктестерi қатарына шығарады және әлемдiк нарықта тиiстi тауашадан орын алады.

 Металл бұйымдары мен қорытпаларды өндiру машина жасау мен экономиканың басқа салаларының өспелi қажеттiлiктерiне сәйкес келмейдi, бұл республикаға металл бұйымдары мен қорытпалардың айтарлықтай келемiн импорттаудың себебi болып табылады.

 Бүгiнде Қазақстанда жоғары тиiмдi ғылымды қажетсiнетiн материалдарды, республикада өндiрiлетiн металдар негiзiнде көп функционалды қорытпаларды және материалдарды шығаруға негiзделген қазiргi заманғы кәсiпорындар жоқ.

 Кепiлдiк сапасы бар сортты илемнiң өспелi iшкi сұранысын қамтамасыз ету проблемасын шешу өте маңызды. Осыған байланысты шикiзатты iшкi нарыққа бұру мен 4-5 қайта бөлiстердегi металл өнiмдерiн шығару бойынша өндiрiстiк қуаттарды кеңейту қажет.

 Қазiргі заманғы техника салаларын дамытуда ұнтақ және композициялық материалдардың рөлi үздiксiз өсуде, мұнда осы материалдардың арнайы ерекшелiктерiн қамтамасыз етпейiнше авиация және зымыран техникасының, химия машина жасау машиналары мен агрегаттарын пайдалану мүмкiн емес.

 Республикада отандық машина жасау, энергетика, мұнай, химия өндiрiстерi үшiн жұмыстың жоғары ресурстары бар сенiмдi техникаға және аспаптар мен тетiктердiң жауапты бөлшектерiнiң ыстыққа және тотығуға берiктiгiн ұлғайтуға мүмкiндiк беретiн жаңа технологияларды әзiрлеуге және қолданыстағыларын енгiзуге қажеттiлiк сезiледi, құрастырмалы материалдардың қызмет мерзiмi қазiргi уақытта барынша өзектi болып табылады.

 Металл бұйымдарын, қорытпалар мен көп функционалды материалдарды өндiрудiң бәсекеге қабiлеттi технологияларын дамыту Қазақстанды әлемдiк нарықта жоғары технологиялық өнiм өндiрушiлердiң әлеуеттi серiктестерi қатарына шығарады.

 Қазақстан Республикасы өнеркәсiптi жаңғырту және жаңа өндiрiстердi құру үшiн қажеттi барлық жағдайларға ие. Мұндай алғышарттарға бай шикiзат базасын, елдiң жеткiлiктi дамыған ғылыми-техникалық әлеуетiн, ғылыми әрi технологиялық бөлiктердiң, бiлiктi кадрлардың болуын жатқызуға болады.

Салааралық ғылыми‑зерттеу кешені, Ядролық физика институтының Астана қаласындағы филиалы

DC-60 ауыр ионды жылдамдатқыш базасындағы салааралық ғылыми‑зерттеу кешені «Бірлескен ядролық зерттеулер институты» Халықаралық үкіметаралық ұйымы (ОИЯИ, Дубна қ., Ресей Федерациясы) және ҚР ұлттық ядролық орталық Ядролық физика институты бірлесе жасаған құрылғы болып табылады. Кешен Астана қаласында салынып, Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің бас ғимаратының жанында орналасқан. Оны құру кезінде әлемдегі өзіне ұқсас үздіктердің бірі ретінде қолданылатын ең алдыңғы физикалық идеялар мен техникалық шешімдер пайдаланылды.

Ғылыми зерттеудің негізгі бағыттары.

Қазақстанның жаңа Астанасындағы Салааралық ғылыми‑зерттеу кешені ядролық физика және радиациялық материалтану бойынша әлемдік деңгейдегі іргелі және қолданбалы зерттеулер үшін қазіргі материалдық негізбен қамтамасыз етеді. Нейтрондық материяны – сегізнейтронды кластерлерді іздеу, астрофизикалық және термоядролық қосымшалар үшін зарядталған бөлшектерді өткізетін кедергілі ядролық реакцияларды зерттеу бұған дейін кулонск кедергісінен төмен және энергиясы жақын ауыр иондар жоғарыинтенсивті жылдамдатқыштардың болмауына байланысты жүргізілмеген. Осыған байланысты DC-60 ауыр иондарының жылдамдатқышында мұндай эксперименталды зерттеулер жүргізу өте өзекті және перспективасы жоғары болып табылады.

DC-60 жылдамдатқышында кең көлемді эксперименталды зерттеулер жүргізу мүмкіндігі ауыр денелер физикасы саласын жаңа сапалы деңгейге көтереді. Маңызды қолданбалы мәні бар фундаменталды сипаттағы есептерге мынадай тематикаларды жатқызуға болады: радиациялық жеңілдеу, жоғары температуралы радиациялық осалдық, радиациялық көбею, бөліну мен синтездің нейтрондармен жоғары дозалы сәулеленуді модельдеу; иондық қоспалау әдісімен материалдар қасиетін модификациялау. Сонымен қатар зерттеудің басым бөлігі қатты денелердегі ядролық тректерді пайдалану мен қалыптастырудың іргелі және қолданбалы аспектілеріне арналады. Бұл зерттеулер, ең алдымен, ХХІ ғасырдағы жылдам дамушы технология – радиациялық нанотехнологиялардың ғылыми-техникалық қамтамасыз етілуіне бағытталады. Заттардың қасиеттері оның химиялық құрамы мен кристалл тордың құрылымы арқылы анықталса, онда иондардың арнайы таңдалған шоғырлары көмегімен сәулеленген нысанның кез келген физика-хмиялық және механикалық қасиеттеріне әсер етуге болады. Бұл материалдың барлық көлемін емес, тек оның қажетті бөлігінің ғана берілген қасиеттерін алудың экономикалық және экологиялық ең тиімді тәсілі болып табылады. Бөлшектердің қатты денелермен өзараәрекеттесуіндегі осындай іргелі физикалық үдерістерді түсіну мен оқыту материалдарды радиациялық-иондық модификациялау үшін олардың практикалық қолданысын анықтайтын негіз болып табылады. Тректі мембрандар базасындағы «шаблонды» нанотехнологияларды қолдануға қызығушылық тек 90-жылдардың аяғында пайда бола бастағандықтан, бұл бағыттың көптеген аспаптық және технологиялық аспектілері дамудың алғашқы сатысында. Сондықтан ионды-имплантациялық нанотехнологиялар зерттеулерде маңызды бағыттың бірі болып отыр. Бұл бағыт бойынша қатты денелердің (жартылай өткізгіштер, металдар, полимерлер және т.б.) іргелі қасиеттерін басқаруға қазіргі жаңа тәсілдерді іздеумен байланысты жұмыстар дамуда. Бұл бағыт қазіргі уақытта нанотехнология саласында жұмыс істейтін әлемнің жетекші ғылыми орталықтарының басты мәселелерінің бірін құрайды.