Кластерные нанотехнологии

 

Нанотехнологии – это процессы, в которых простые биологические молекулы методом самосборки организовывают себя в цельные структуры, представляющие собой гораздо более сложное строение. В значительной степени, нанотехнология стремится подражать естественному миру, где миллионы лет эволюции работали над тем, чтобы развить эффективность (КПД) на максимуме, при одновременном уменьшении затрат энергии.

Nannos («нано») в переводе с греческого означает «карлик». Отсюда и единицы измерения, пришедшие к нам из мира карликов, — нанометр (10-9 м). Сама же идея «карликовых технологий» родилась в 1959 году в голове известного физика, нобелевского лауреата Ричарда Фейнмана .

Нанотехнологиям пророчат будущее во всех областях науки: электронике, биологии, медицине, химии, сельском хозяйстве и т. д.

Известно, что биологические системы саморегулируют свою работу, т. е. способны перестраиваться в зависимости от внешних воздействий так, чтобы сохранить оптимальный уровень их функционирования. Более того, сложные биологические системы (к которым относится и организм человека) могут существовать и эволюционировать только на основе саморегулирования. Это означает, что в работу организма человека допустимо искусственно вмешиваться только в случае крайней необходимости, например, при угрозе жизни. Любое искусственное вмешательство в работу организма ведёт к ухудшению здоровья, иначе и быть не может. Если этого не понимать, то естественным состоянием организма будет не здоровье, а болезни.

«В последние десятилетия в физике, биологии, психологии и в других областях научного знания сделаны открытия, которые заставляют в очередной раз переосмыслить огромное количество новых, фундаментальных данных, которые, зачастую не воспринимаются многими учёными, особенно установившейся традиционной школы. Под защитой барьера междисциплинарных границ природа хранит основную, важную часть своих секретов. Например, переходы (границы) от атома к молекуле, от молекулы к полимерным биологическим структурам. Понять принцип перехода – значит найти общий закон разделённого ныне понятия взаимодействия. Для дальнейшего развития науки нужны новые знания о тонком мире. Эти знания официальной медициной не поддерживались и не пропагандировались. Только врачи, учёные-практики, творческие исследователи прикладной науки о природе видели и чувствовали это направление» (1).

Атомная физика как наука возникла и в значительной степени сформировалась в первой половине XX столетия. К объектам атомной физики относят атомные частицы (атомы, ионы и молекулы). Атомная физика как наука не стоит на месте. Однако в учебниках по-прежнему, внимание уделяется только описанию свойств атомов, ионов и молекул, и практически не рассматриваются многозарядный, отрицательный и комплексный ион, кластерные частицы и некоторые другие объекты, играющие существенную роль в физической картине мира (2).

В обычном состоянии атомы или молекулы в макроскопических количествах образуют вещества в конденсированном состоянии, которое бывает жидким или твердым. Значения таких параметров как кристаллическое строение, температура плавления и кипения, удельная электропроводность, спектры излучения и поглощения и т.п. характеризующих свойства вещества в конденсированном состоянии, не зависят от его количества. Объекты являющиеся промежуточным звеном между молекулярным и конденсированным состоянием материи, называют кластерами, которые обладают рядом специфических физико-химических свойств, в том числе уровнем энергии отличной от минимальной (3). Свойства изолированных кластеров отличаются от свойств кластеров, образующих наносистемы (4). В связи с этим методы синтеза нанокластеров и наноструктур играют важную роль при формировании их свойств. Нанометровый (10 -9 м) диапазон измерений открывает мир новых свойств веществ. По сравнению с обычным состоянием вещества изменяются параметры его кристаллической решетки, атомная динамика, тепловые, электронные и магнитные свойства. Все эти эффекты носят размерный характер и сильно зависят от состояния поверхности нанокластера, межкластерных взаимодействий и взаимодействий кластера с матрицей. В связи с этим методы синтеза нанокластеров и наноструктур играют важную роль при формировании их свойств.

В неживой природе кластеры – большая редкость, их в основном можно получить только искусственным способом, подвергая различные материалы воздействию концентрированного источника энергии, в качестве которого удобно использовать либо лазерный луч, либо пучок заряженных частиц (электронов, ионов) высокой энергии (5). Собственно изучение кластеров началось с неживой природы, и только затем учёные обратили внимание на то, что в живой природе кластеры имеют весьма широкое распространение. Более того – без кластерной организации биологических материалов жизнь вообще не могла бы существовать. Как известно, биологические вещества (в отличие от материалов в неживой природе) не обладают высокой стабильностью и легко разрушаются, если не объединены в кластерные структуры. Таким образом, в живой природе объединение биологических веществ в кластеры играет роль стабилизирующего фактора.

Интерес к необычным свойствам кластеров не ограничивался чисто фундаментальными исследованиями, и постепенно трансформировался в кластерные технологии для получения, например, кластерных источников света, фрактальных кластеров, колебательно-возбуждённых молекул и пр. Исследования в области нанокластеров лежат в основе создания новых технологий ХХI века – нанотехнологий, самые передовые из которых будут в значительной степени подражать миру живой природы, достигшему за миллионы лет эволюции высокой эффективности самоорганизации, самовоспроизводства и использования биологически активных веществ при одновременном уменьшении затрат энергии.

Нанотехнологии уже находят применение в производстве средств для оздоровления организма, например, хлорофилл-комплекса растительных веществ « GL -Грин Лайт» (6).

Ниже на Рис. приведена фотография при сильном увеличении под микроскопом GL -кластеров в составе хлорофилл-комплексе « GL -Грин Лайт». Благодаря GL -кластерам достигается высокая стабильность хлорофилл-комплекса « GL -Грин Лайт» при хранении и защита входящих в него биологически активных веществ от агрессивного воздействия внутренней среды организма.

Рис. 1 - фотография кластера под микроскопом

 

_______________________________________________

  1. В.В. Довгуша, Л.Н. Пискарёв. Познавая мир живого. Достойно передать эстафету жизни потомкам. Изд.ООО «Северный дом», СПб, 2003. 417 стр.
  1. Елецкий А.В., Смирнов Б.М. Свойства кластерных ионов. Успехи физ. наук. 1989. Т . 159. С . 45.
  2. Clusters of atoms and molecules, Springer Series in Chemical Physics, Berlin , Heidelberg , Springer-Verlag, 1994 v52.
  3. Evolution of Size Effects in Chemical Dynamics, v70, Ed.I.Prigogine, S.A.Rice, J.Wiley and Sons, part 2, 1988.
  4. R.F.Service Small Clusters Hit the Big Time, Science, v271, 1996, p.920-22.
  5. Шнитко Г.Н. Эволюционный потенциал здоровья. Тип. ООО «ПЦ «Синтез», СПб., 2003, 75 стр.