Нанонаука: історія становлення, стан, перспективи досліджень

Народи стародавнього світу отримували матеріали за допомогою нанотехнологій. Приклади емпіричного періоду застосування нанотехнологій, коли людство про це навіть не здогадувалося отримання кольорового скла, глиняних та керамічних виробів у Стародавній Греції, Китаї, Римі, Єгипті, Київській Русі.

Ідея мініатюризації володіла людством з давніх часів. Про це свідчать народні билини, фантастичні літературні твори. Так, відомий англійський письменник Джонатан Свіфт (16671745) у повісті "Мандрівка Гулівера" описав маленьких людей ліліпутів. Відомий російський письменник Микола Семенович Лесков (1831-1895) у повісті "Сказ про тульського косого Лівшу і про стальну блоху" описав майстерність Лівші, зумівшого підкувати блоху, яку з Англії привіз російський цар Олександр Павлович. Відомим є талант українського майстра Миколи Сябристого по виготовленню мікропортретів видатних українських письменників, поетів. Польський письменник Станіслав Лем (19212006) у романі "Непереможений" описує своєрідну цивілізацію з використанням самоорганізуючих систем, біосенсорів, логічних пристроїв. Цікаво, що автор передбачив наявність природних нанотехнологій.

Австрійський вчений, фізиктеоретик, один із засновників квантової механіки, лауреат Нобелівської премії з фізики Ервін Шредінгер (1887-1961) у лютому 1943 року в столиці Ірландії Дубліні прочитав лекцію на тему: "Що таке життя з позицій фізики". У цій лекції, яка пізніше була видана окремою книгою, вперше у світі висунув ідею аперіодичного кристалу мікросистеми великої інформаційної ємності. У даній книзі вказується: "Ми можемо цілком точно назвати дані утворення аперіодичним кристалом або твердим тілом: тому доцільно вважати, що ген чи хромосомне волокно нагадує аперіодичне тверде тіло" [42].

Отримання та застосування колоїдних розчинів відомо з давній часів. У цих дисперсних системах складові частини мають нанорозміри. Колоїдні розчини є у живій природі, в тому числі і в організмі людини (кров, спинно-мозкова рідина та ін.). В останні роки розроблені нанотехнології синтезу колоїдних розчинів металів, органічних матеріалів. Також цікаво, що ліпосоми, вже застосовуються більше 40 років, але тільки в останні роки встановлено, що ці структури мають нанорозміри [5, 27, 30].

Значний внесок у розвиток теоретичних досліджень з вивчення властивостей наночастинок зробив американський вчений, фізиктеоретик російського походження Георгій Антонович Гамов (19041968). Ще у 20і роки XX століття він вперше розв’язав рівняння Ервіна Шредінгера. Як встановлено Г.А. Гамовим, особлива властивість квантових частинок, у тому числі електронів, проявляється у їх здатності проникати через перешкоду, навіть коли енергія нижче потенційного бар’єру. Якщо для подолання електроном перешкоди необхідна більша енергія, ніж володіє електрон, він не відштовхнеться від перешкоди, а з втратою енергії (подібно хвилі води) подолає цю перешкоду. Відкрите Г.А. Гамовим явище отримало назву "тунельний ефект", або "тунелювання", дозволило пояснити багато фізичних явищ, зокрема, процеси при виділенні частинок з ядра, що стало основою для сучасної атомної науки і техніки, а також для створення тунельного мікроскопу, який сприяв дослідженню частинок нанорозмірів менше 0,5 нм [1].

У 1932 році на основі цих теоретичних досліджень нідерландський вчений Фриц Церніке (1888-1966) відкрив метод фазового контрасту і сконструював перший фазовоконтрастний мікроскоп, отримавши за це у 1953 році Нобелівську премію. У 1939 році німецькі фізики Ернст Август Руска і Макс Кноль сконструювали електронний мікроскоп, що забезпечило можливість дослідження наноматеріалів розміром 10 нм.

1956 рік відзначений створенням американським інженером Джоном Алоізіусом О’Кіфі растрового мікроскопа, а також ще одним відкриттям російських вчених Дмитра Миколайовича Гаркунова та Ігоря Вікторовича Крагельского "ефекту беззношування". В основі даного ефекту є утворення "серпоподібної плівки" між частинами машин товщиною біля 10 нм, що труться між собою. Така плівка в десятки раз знижує втрати при терті, що зумовлює зміни інтенсивності зношування.

За конструювання у 50их роках ХХ століття тунельного діода японському фізику Лео Есаки спільно з Айваром Джайевером і Брайаном Девідом Джозефсоном присуджена Нобелівська премія з фізики (1973 рік). Російський фізик Юрій Сергійович Тиходеєв вперше запропонував розрахунки параметрів і варіанти застосування приладів на основі багатошарових тунельних структур.

1959 рік відзначився історичною подією, яка мала важливе значення для подальшого розвитку нанонауки. Американський фізиктеоретик, професор Каліфорнійського технологічного інституту, лауреат Нобелівської премії з фізики (отримав у 1965 році за створення вчення з квантової електродинаміки) Річард Філліпс Фейнман (1918-1988), у грудні 1959 року на щорічному засіданні Американського фізичного товариства зробив доповідьлекцію: "Внизу багато місця: запрошення увійти в нову область фізики" (There is plenty of room at the bottom: an invitation to enter a new field of physics). Це було тим поштовхом, який стимулював теоретичні, а пізніше і практичні дослідження з нанонауки. Слухачі лекції та читачі надрукованого її варіанту сприйняли її як нереальну фантастику. Сам же Р.Ф. Фейнман стверджував, що в майбутньому можна буде маніпулювати окремими атомами, і людство зможе реалізувати фантастичні ідеї: "Жоден фізичний або хімічний закон не перешкоджає нам міняти взаємне розташування атомів...". Цей видатний вчений передбачив можливість використання атомів як звичайного будівельного матеріалу. Через 20 років це передбачення здійснилося. Фактично з цього часу розпочалися науково обґрунтовані дослідження знанонауки, нанотехнологій та наномедицини. Американського вченого Р.Ф. Фейнмана і російського Л.Д. Ландау вважають найвидатнішими фізикамиуніверсалами ХХ століття [25, 26].

Ральф Лейтон, один з бібліографів Р.Ф. Фейнмана, назвав його "шаманом фізики". До цього слід додати три факти з науковопедагогічної діяльності Р.Ф. Фейнмана: 1. Багато праці вклав у розробку атомної бомби, як один із керівників Манхеттенського проекту. 2. Лектор, наставник молоді, гуморист, створив школу фізиківтеоретиків. 3. Викладач з великої букви, популяризатор науки, фізики. Викладаючи фізику в Каліфорнійському і Корнеяльському університетах та інших вузах, у лекціях він говорив про фізику, як про щось живе, допомагав студентам подивитися на цей предмет іншими очима. Якщо фізичне явище було надзвичайно складне, лектор приводив гумористичний приклад. Це допомагало слухачам зрозуміти те, що стверджував Р.Ф. Фейнман. Досить часто такі приклади супроводжувалися оплесками. Один з американських фізиків, який співпрацював з Р.Ф. Фейнманом, Фрімен Дайсон писав: "Я ніколи не чув жодної лекції Фейнмана, на якій би аудиторія не реготала" [4].

Початок 60их років ХХ століття. Отримання сплавів металів, що містили наночастинки. В інституті електрозварювання ім. Є.О. Патона (академік Б.Є. Патон і академік Б.О. Мовчан) за допомогою електронно-променевої технології (молекулярних пучків) отримані спеціальні сплави металів, що мають надзвичайно високу міцність та більш легкі, ніж сталь. Такі сплави застосовували для побудови космічних апаратів, у військовій галузі, авіації, металургії. Отримання таких матеріалів базувалося на найбільш передових наукових технологіях. У ті часи такі методи отримання матеріалів не мали назви "нанотехнології", але з сучасних позицій вони є типовими нанотехнологіями [14, 15, 16].

1964 рік. Гордон Мур, почесний президент і один із засновників американської корпорації Intel (Integrated Electronics Technologies Incorporated), сформулював закономірність: число транзисторів на кристалі інтегральних мікросхем буде подвоюватися кожні два роки. Це отримало назву першого закону Мура. Встановлена закономірність характерна і для їх ємності. Впровадження мікроелектроніки в різні сфери діяльності людини сприяло прискореному розвитку нанотехнологій.

1966 рік. Американський фізик Рассел Янг розробив п’єзоелектричний пристрій (п’єзодвигун), який сьогодні застосовують в скануючих тунельних мікроскопах для вивчення розміру наночастинок і властивостей наноматеріалів.

1968 рік. Виконавчий віцепрезидент компанії Bell Альфред Чо і співробітник відділення досліджень напівпровідників Джон Артур обґрунтували можливість використання нанотехнологій для обробки поверхні різних матеріалів і досягнення атомної точності при створенні електронних приладів.

1974 рік ознаменований тим, що японський фізик Норіо Танігучі вперше ввів науковий термін "нанотехнології" у доповіді "Про концептуальні основи нанотехнологій" на міжнародній конференції "International Conference on Precision Engineering". Н. Танігучі запропонував називати структури розмірами від 1 до 100 нанометрів "наночастинками", а методи їх отримання нанотехнологіями [44].

1975 рік. Німецькі вченіботаніки з Боннського університету Вільгельм Бартлотт і Кристоф Найнуйс відкрили і запатентували явище самоочищення поверхні деяких рослин (Lotuseffect®). Цей феномен характерний для ієрархічних наноструктурованих поверхонь. Наприклад, структура листя лотоса характеризується співіснуванням мікророзмірних горбків та нанорозмірних воскових ворсинок. Адгезія частинок бруду на таких поверхнях, саме завдяки наноструктурованості, надзвичайно мала. Тому забруднювачі можуть бути легко видалені краплями води, що вільно скочуються по листю. Спостерігається явище самоочистки [39, 45]. Накопичені знання у області нанотехнологій дозволили поновому поглянути на унікальні природні явища.

У 1980-1981 роках почали розроблятися методи отримання кластерів при випаровуванні за допомогою лазера в надзвукових соплах. За допомогою цих методів стало можливим отримання кластерів з кількістю атомів від 40 до 100. Зокрема, у 1984 році німецькі вчені отримали вуглецеві кластери, а професор Герберт Гляйтер розробив концепцію наноструктури твердого тіла.

1981 рік ознаменований тим, що швейцарськими вченими з Цюріхської дослідницької лабораторії IBM Гердом Біннігом і Генріхом Рорером сконструйований принципово новий скануючий тунельний мікроскоп (Нобелівська премія за 1986 р.), за допомогою якого можна розглядати атомні структури з роздільною здатністю до 0,1 нм, виводити зображення окремих молекул і атомів на екран комп’ютерного монітора, а також безпосередньо досліджувати розміри наночастинок. Окрім цього, можна не тільки побачити атом, а й за допомогою спеціального нанопінцета перенести атом з однієї молекули на іншу. Тунельний мікроскоп дає змогу синтезувати наноречовини за допомогою нанотехнологій (нанопінцет) за принципом "знизу вгору". Завдяки цьому приладу фізики, хіміки, фізикохіміки, спеціалісти з матеріалознавства отримали можливість конструювати наномашини, механічні двигуни, обчислювальні пристрої тощо.

Перші квантові розрахунки структур вуглецевих кластерів до 20 атомів були зроблені в 1959 році. Вчені дійшли до висновку, що такі кластери мають вигляд лінійних ланцюгів від С2 до С10, а при більшій кількості атомів повинні мати кільцеподібну форму. При подальшому збільшенні кількості вуглецевих атомів у певний період можуть формуватися дво і тривимірні структури. Питання про те, яку ж форму вони мають насправді, довго залишалося дискусійним. Наприклад, у середині 60х років англійський хіміктеоретик ДжонЕдвард ЛеннардДжонс припустив, що графітові листи можуть згортатися, утворюючи "порожнисті молекули".

Вуглецеві кластери вперше були отримані в 1984 році, а сама молекула С60 була виявлена в 1985 році при дослідженні масспектрів парів графіту після лазерного опромінення твердого зразка. Так стала відомою ще одна алотропна форма вуглецю так званий "фулерен". Названа дана структура на честь відомого американського архітектораавангардиста, філософа, поета та інженера Річарда Бакмінстера Фулера, який розробив дизайн будівельних конструкцій, форма яких аналогічна формі молекули фулерену С60.

Російські вчені Дмитро Анатолійович Бочвар і Олена Григорівна Гальперн ще в 1973 році вперше провели квантовохімічні розрахунки наномолекули фулерену і доказали її стабільність. Через 12 років їхні теоретичні дослідження знайшли практичне підтвердження. У 1985 році англійський астрофізик і хімік Гарольд Крото із Сассекського університету, американські хіміки Роберт Керл, Джеймс Хіт і Шон О’Брайен під науковим керівництвом Річарда Смоллі з університету Райса (США) отримали новий клас сполук фулерени та дослідили основні їх властивості. Молекула 60атомного фулерену містить 20 правильних шестикутників і 12 п’ятикутників. За це відкриття Гарольд Крото, Роберт Керл і Ричард Смоллі в 1996 році отримали Нобелівську премію з хімії [8, 11, 22].

1986 рік вніс новий поштовх у розвиток нанонауки і нанотехнологій завдяки тому, що американський вчений Кім Ерік Дрекслер, який працював у лабораторії штучного інтелекту Массачусетського технологічного інституту, випустив книгу "Машини творення: прихід ери нанотехнологій". К.Е. Дрекслер висловив припущення про можливість створення універсальних молекулярних роботів, що працюють за спеціальною програмою і можуть збирати різні прилади (в тому числі і собі подібні) з навколишніх молекул. Хоча висловлені у книзі ідеї сприймалися як наукова фантастика, але вони зацікавили вчених і дослідників. К.Е. Дрекслер вже тоді передбачив багато нанотехнологій, які через декілька років почали впроваджуватися у практичні розробки [36, 37].

У 1988 році французький учений Альберт Фер і німецький учений Петер Грюнберг відкрили нове фізичне явище ефект гігантського магнітоопору. Суть ефекту полягає в тому, що незначна зміна магнітного поля спричиняє виражену зміну електричного опору всієї системи. Практична реалізація цього фізичного явища полягала у розробці комп’ютерних нанотехнологій, одержанні дисків значно меншого розміру та більшої ємності. Вже у 1997 році на основі ефекту гігантського магнітоопору були розроблені системи зчитування інформації, які швидко стали промисловим стандартом. За відкриття ефекту згаданим вище вченим у 2007 році присуджена Нобелівська премія у галузі фізики.

У 1989 році американські дослідники Дональд Ейглер і Ерхард Швейцер, із Каліфорнійського наукового центру компанії IBM, за допомогою скануючого тунельного мікроскопу та 33 атомів інертного газу ксенону, на очищеній у вакуумі і охолодженій до 4К поверхні монокристалу нікелю, зробили напис "IBM". Ця подія свідчила про можливість створення молекулярних автоматів із застосуванням сучасних технологій.

1991 рік відкриття вуглецевих нанотрубок японським вченим Суміо Ііджимою з компанії NEC (Nippon Electric Corporation). При дослідженні ним фулеренів виявилось, що одночасно зі сферичними вуглецевими структурами можуть утворюватися циліндричні структури нанотрубки. Це графітові наноциліндри з вуглецевою серцевиною. Електронна мікроскопія показала наявність порож нистих структур діаметром 0,52 нм та довжиною 57 нм. Циліндричні стінки складалися з шестигранних кілець вуглецю, а по краях розмщувалися кришечки з семи або восьмигранників.

Нанотрубки володіють властивістю самоорганізації, що може знайти застосування у багатоканальній системі передачі інформації. За міцністю нанотрубки перевищують сталь, вони легші за пластик. Ці структури мають властивість металів, напівметалів і напівпровідників. Австралійським вченим вдалося синтезувати ще одну нову форму вуглецю нанопіну, що складається з мілкої сітки (піни) з нанотрубок. Нанопіна проявляє магнітні властивості, якими зазвичай не володіє вуглець. Крім того, під дією інфрачервоного випромінювання нанопіна нагрівається, що може бути застосовано в лікуванні злоякісних пухлин.

1992 рік. У природному вуглецевому мінералі шунгіті були виявлені фулере ни. Подальші дослідження наноматеріалів показали наявність природних нано структур у таких матеріалах як лід і метеорити. Отримали розвиток такі розділи нанонауки як нанобіологія та біоміметика. Нанобіологія поєднує знання біології та нанотехнологій, вивчає природні наноструктури та наномеханізми, займається вирішенням біологічних та медичних задач за допомогою нанотехнологій. Біоміметика, у свою чергу, досліджує способи створення штучних наносистем на основі структур та механізмів, що існують у природних нанооб’єктах. У цьому ж році була надрукована нова книга К.Е. Дрекслера "Наносистеми. Молекулярні механізми, виробництво і програмування". У книзі автор описав можливість практичного застосування молекулярних нанотехнологий.

Ці та інші дослідження сприяли практичному застосуванню нанотехнологічних розробок у промисловості, біології, медицині, фармакології, фармації. У 1994 році почали вироблятися матеріали на основі наночастинок нанопрепарати срібла, нанопорошки, нанопокриття, хімічні нанореактиви.

1997 рік організація в Англії першого в Європі Інституту наноструктурних матеріалів. При університетах світу створюються інститути, лабораторії з вивчення властивостей наноматеріалів.

У 2000 році президент США Біл Клінтон запропонував конгресу створити федеральну програму "Націо нальна нанотехнологічна ініціатива", виділивши три напрямки досліджень в області нанотехнологій:

  • Створення нових легких і надзвичайно міцних, міцніших за сталь, наноматеріалів та розробка на їх основі нових засобів для комунікацій.
  • Розробка обладнання підвищеної потужності з надзвичайно великою (мультитерабітною) пам’яттю, яке здатне зберігати всю інформацію Бібліотеки Конгресу США на малесенькому чипі.
  • Розробка принципово нових препаратів профілактики та лікування злоякісних пухлин, матеріалів для захисту навколишнього середовища, технологій очистки води, повітря.

У США в 2000 році створений науковий центр "Національна Нанотехнологічна Ініціатива" (ННІ), де зосереджуються основні дослідження з нанонауки, а в серпні 2001 році прийнята програма реалізації ННІ. Основні напрямки впровадження програми ННІ буде здійснюватися за рахунок виділених фінансів для реалізації досліджень з нанотехнологій. Заплановано організувати довготривалі (1020 років) дослідження з найбільш важливих проблем нанонауки з конкретним впровадженням отриманих результатів у народне господарство. Згідно розробленого плану зорганізується активне співробітництво приватних та держаних промислових установ для більш швидкого вирішення та конкретної реалізації цілей та завдань ННІ. Виконання ННІ покладено на такі державні організації: Міністерство торгівлі та Національний інститут стандартів і технологій, Міністерство оборони, Міністерство енергетики, Національне агентство з аеронавтики і космонавтики, Національний інститут здоров’я, Національний науковий фонд.

Головну увагу приділено проведенню фундаментальних досліджень (приблизно 1/3 усіх асигнувань). Слід зауважити, що 70% цих робіт фінансує Національний науковий фонд. Це основна стратегія діяльності цього фонду, яка полягає в об’єднанні спеціалістів різних наукових і виробничих напрямків у розв’язанні важливих державних завдань, у тому числі в нанотехнологіях. Крім фундаментальних наукових розробок, дослідження будуть проводитися з метою створення науководослідних центрів, науковотехнічної бази, соціальних та навчальних програм. Значні кошти виділені на дослідження для оборонної промисловості.

Державним бюджетом США в 2001 році на цей напрям науки планувалося виділити 270 млн доларів, але натомість було виділено 422 млн. Комерційні компанії внесли в 10 разів більше фінансів. 3 грудня 2003 року в США затверджений закон "Дослідження і розвиток нанотехнологій у XXI столітті". Для реалізації цього закону і прискорення досліджень залучено ще п’ять державних організацій: Національний науковий фонд, Міністерство енергетики, Національний інститут стандартів і технологій, Національне аерокосмічне агентство (NASA), Управління з охорони навколишнього середовища, з виділенням 3,7 млрд. доларів терміном на чотири роки.

Країни Євросоюзу приділяють велику увагу розвитку нанотехнологій. У ФРН уже з 1998 року створено п’ять дослідницьких центрів для проведення досліджень з нанотехнологій, які фінансуються Міністерством освіти, науки, досліджень і технологій. Дослідницькі центри з цієї тематики створенні в Інституті Макса Планка, Інституті Фраунгофера, багатьох університетах.

В Англії науковими розробками з нанотехнологій керує Рада з фізикотехнічних дослідженнь (EPSRC). Національна фізична лабораторія розробила Національну Ініціативу з нанотехнологій (National Initiative on Nanotechnology), в якій намічені головні напрямки досліджень цієї програми. Дана програма виконується з 1998 року.

Національний центр наукових досліджень (CNRS) Франції затвердив програму з вивчення нанопорошків та нанокомпозитних матеріалів, згідно якої фінансуються дослідження у більше ніж 40 фізичних та 20 хімічних лабораторіях. Крім цього у Франції створений "Французький Клуб з Нанотехнологій" (French Club Nanotechnologie), що координує дослідження у цій галузі та організовує спільну працю між науковими і промисловими установами.

У Швеції вже в 1998 році для прискорення досліджень з нанотехнологій створено 4 великих наукових центри: 1. Angstrom Consortium. 2. Nanometer Structures Consortium. 3. Clasterbased and Ultrafine Particle Materials. 4. Brinnel Center, що фінансуються державою, а також Євросоюзом. Крім цього, до виконання досліджень з нанотехнологій залучились великі промислові підприємства.

Стратегію розвитку досліджень з нанотехнологій та впровадження їх у виробництво у Швейцарії визначено державною програмою "Top NANO 21 Projects". У цій державі над розвитком науковопрактичних досліджень з нанотехнологій працюють у таких центрах:

  • IBM Research Laboratory (Zurich). Основні дослідження з нанонауки зосередженні на вивченні поверхні наночастинок, нанозондів, особливостей виконання молекулярних маніпуляцій.
  • Paul Scherrer Institute. Розробляють нанотехнології отримання нанообладнання, нанодатчиків, вивчають їх властивості.
  • ETH Zurich. Проводять дослідження в області наноелектроніки.
  • L’Ecole Polytechnique Federale de Lausanne. У цьому науковому центрі вивчають процеси самоскладання наночастинок.

Дослідження з нанонауки, нанотехнологій та нанофармакології проводяться також у Австрії, Італії, Бельгії, Голландії, Польщі та інших країнах Європи. В 2002 році в Європі організована "Європейська асоціація нанобізнесу" (ENA) для сприяння розвитку нанонауки і нанотехнологій та створення конкурентоздатної європейської нанопромисловості з виділенням більше мільярда доларів у рік.

Бурхливий розвиток досліджень з нанонауки розгорнувся також у Японії. Держава та фірми розпочали розвивати та вдосконалювати не тільки дослідження з нанонауки, розробки нових методик в област нанотехнологій, але і мікроскопії. За короткий термін у Японії розроблені нові типи скануючих тунельних мікроскопів та електронних мікроскопів з високою роздільною здатністю, які дозволили досліджувати властивості не тільки наночастинок, але й окремих атомів і молекул. Японська Економічна Асоціація (Кейданрен) організувала в 2000 році спеціальний відділ з нанотехнологій при промисловотехнічному комітеті. У 1991 році в Японії розробили загальний план розвитку досліджень з нанотехнологій та почала функціонувати програма розвитку техніки маніпулювання атомами і молекулами (проект "Атомна технологія"), а також розроблено конкретний план реалізації проекту "Нанотек для нового суспільства!" (nPlan 21). Створений спеціальний центр з вивчення наноматеріалів, перед яким поставлено завдання з розробки так званих "революційних" наноматеріалів, що необхідні для впровадження у різні галузі діяльності суспільства та виробництва: магнітні запам’ятовуючі середовища та конструкції, високоефективні сонячні батареї, надпотужні комп’ютери, засоби передачі інформації. Крім цього, розроблена спеціальна програма з розвитку нанотехнологічного матеріалознавства. Дослідження з нанонауки в Японії планують проводити за такими напрямами:

  • Інформаційні технології, біологічні науки, енергетика, екологія, матеріалознавство, напівпровідникові нанотехнології, висофункціональні матеріали, нанометрова техніка для систем з оптичними дисками, фотонна техніка, фемтосекундні технології.
  • Організація притоку значних капіталовкладень від промислових підприємств у нанонауку з конкретним механізмом розподілу фінансів. Всебічний розвиток венчурних підприємств та фірм, діяльність яких сприятиме проведенню досліджень з нанонауки.
  • Інтенсифікація наукових досліджень протягом 510 років з метою реального впровадження результатів у практичну діяльність суспільства. Японія має стати флагманом майбутньої науковотехнічної революції.
  • Проведення держаної стратегії з організації ефективного співробітництва державних, приватних, наукових відомств та громадських організацій у цій новій галузі науки і виробництва.
  • Створення реальних передумов для формування більш багатого суспільства, люди якого мають жити більш щасливо в здоровій екологічній обстановці.

Згідно програми "Нанотек для нового суспільства!" (nPlan 21) дослідження з нанонауки в Японії розділені на три категорії.

Категорія 1. Флагманські розробки, що мають закінчитися за короткий період часу (510 років) впровадженням конкретних інформаційних технологій для покращення системи зв’язку. Зокрема, створення надзвичайно малих (мініатюрних) напівпровідникових приладів, підвищення щільності запису до 1 терабіт/кв. дюйм, підвищення пропускної здатності оптичних ліній зв’язку до 1 петабіт/кв. дюйм, а радіоліній до 10 гігабіт/кв. дюйм.

Категорія 2. Перспективні проекти зосереджуються на розробці довготривалих нанотехнологій (1020 років). Виконання цієї програми буде спрямовано на створення цілком нових нанопристоїв, наноплівок, нанотрубок, напівпровідникових приладів, розробку високоточної вимірювальної апаратури, організацію великих промислових виробництв зі застосуванням нанотехнологій як "зверху вниз", так і "знизу вгору".

Категорія 3. Фундаментальні дослідження планується зосередити на вивченні механізмів дії наночастинок (квантових міток, нанокристалів, кристалічних решіток, атомів, молекул, геномів, білків), їх фізичних та фізикохімічних властивостей. Більш складними фундаментальними дослідженнями є розробка обчислювальних систем нового типу, а також процесів, що координуються з ресурсозбереженням, енергетикою та самозбіркою наносистем. До фундаментальних досліджень вчені Японії відносять вивчення різноманітних властивостей наносистем, їх фізичних, електричних, магнітних, біологічних, фармакологічних, токсикологічних властивостей та розробку принципово нових методів теоретичного, експериментального вивчення та застосування у клінічній практиці.

Компанії світу різного напрямку діяльності активно інвестують у нанотехнологічні проекти. Наприклад, компанія "Dow Chemical" зі щорічним обсягом продажу продукції близько 33 млрд. доларів США і клієнтами в 180 країнах світу об’єднала свої зусилля з компанією "Starpharma" (Мельбурн, Австралія) і компанією "Dendritic NanoTechnologies, Inc" (DNT) для розробки нанопродуктів за допомогою наномасштабних полімерів. Компанія DNT отримала більше 30 патентів на дендримери й продала ліцензії на понад 200 типів цих структур іншим фармацевтичним, діагностичним і біотехнологічним компаніям. DNT розробляє продукти для роботи з білками й антитілами, займається створенням протизапальних лікарських засобів, а також можливістю цільової доставки препаратів до осередку патологічного процесу та нанодіагностикою різних захворювань.

Компанія "Starpharma" у 2004 р. однією з перших розпочала розробку нанопрепаратів на основі дендримерів для боротьби з вірусом імунодефіциту людини (ВІЛ). Компанія "Dow Chemical" також здійснює наукові розробки з пошуку лікарських засобів на основі дендримерів.

У 2004 р. створено Європейську дорадчу раду в галузі наноелектроніки (European NanoElectronics Initiative Advisory Council). Основні напрямки наукової діяльності ради такі:

  • Підвищення ефективності і конкурентоспроможності європейської наноелектроніки, збільшення інвестицій у цю галузь.
  • Посилення фінансування та проведення науководослідних робіт з нанотехнологій з виходом на європейський і світовий ринки отриманих наноматеріалів.
  • Усунення перепон для координації та прискорення розвитку нових нанотехнологій для різних галузей народного господарства.
  • Зацікавлення країн Євросоюзу у вкладенні інвестицій у розвиток нанонауки і нанотехнологій.
  • Підвищення рівня сприймання, розуміння й визнання нанотехнологій у суспільстві з метою залучення різних спеціалістів для розвитку нанонауки.

Значну увагу приділяють розвитку нанонауки в Росії. Діє "Комітет з нанотехнологій" при президенті країни. Затверджена державна програма "Стратегія розвитку наноіндустрії". Головною організацією з її реалізації визначено

Російський науковий центр "Курчатовський інститут". Наукові дослідження проводяться за програмами: "Фізика наноструктур" (керівник академік РАН, лауреат Нобелівської премії Ж.І. Алферов), "Перспективні технології у мікро і наноелектроніці" (керівник академік РАН К.А. Валієв). З метою прискореного розвитку та координації робіт у даній області в 2007 році в Російській академії наук створено нове відділення "Нанотехнології і інформаційні технології".

Постановою уряду РФ від 2 серпня 2007 року № 498 затверджена Федеральна програма "Розвиток інфраструктури наноіндустрії у Російській Федерації на 2008-2010 роки". Для інтенсифікації наукових досліджень та прискорення їх впровадження у різні галузі діяльності людини федеральним законом від 19 липня 2007 р. № 139ФЗ "Про Російську корпорацію нанотехнологій" створена державна корпорація "Російська корпорація нанотехнологій" ("Роснанотех").

В Україні також проводять наукові розробки з нанонауки і нанотехнологій. У Національній академії наук України в межах спеціальної програми "Наноструктурні системи, наноматеріали, нанотехнології" тривають дослідження з фізики металів і сплавів, хімії поверхні, порошкових технологій, мікроелектроніки, колоїдних нанорозчинів, сорбентів, лікарських засобів. Міністерством освіти і науки України спільно з Міністерством промислової політики затверджено УкраїнськоРосійську міжвідомчу науковотехнічну програму "Нанофізика і наноелектроніка". Застосування наноматеріалів у клінічній практиці вивчають у Інститутах Академії медичних наук України, національних та медичних університетах країни [16, 31].

Останнім часом інститути НАН України та НАМН України активізували вивчення фізичних, фізикохімічних, біохімічних основ нанонауки, нанотехнологій, наномедицини.

Більше 50 років у Інституті електрозварювання ім. Є.О. Патона (директор академік Б.Є. Патон) проводяться дослідження з розробки сучасних нанотехнологій, результати яких впроваджені в авіаційну та військову промисловість, космічну галузь, а в останні роки і медицину. Академіком Б.Є. Патоном і академіком Б.О. Мовчаном розроблена оригінальна електроннопроменева технологія отримання наночастинок неорганічного і органічного походження. У січні 2008 року створена спільна лабораторія "Електроннопроменева нанотехнологія неорганічних матеріалів для медицини" між Інститутом електрозварювання ім. Є.О. Патона та Національним медичним університетом ім. О.О. Богомольця з розробки нових нанопрепаратів [14, 15, 16]. У плані продовження досліджень з наномедицини в 2010 році при Національному медичному університеті ім. О.О. Бо гомольця створений Інститут нанофармакології. Науковці Інституту епідеміології та інфекційних хвороб ім. Л.В. Громашевського НАМН України (директор професор В.Ф. Марієвський) спільно з дослідниками лабораторії електроннопроменевої технології неорганічних матеріалів для медицини Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона (директор академік Б.Є. Патон) та Національного медичного університету ім. О.О. Богомольця (ректор академік НАМН В.Ф. Москаленко) встановили, що наночастинки срібла та міді виявляють більш виражену протимікробну дію щодо Staphylococcus aureus, ніж звичайні препарати цих металів [19].

Академіком НАН України Б.О. Мовчаном узагальнені дані літератури та власні дослідження з отримання наночастинок, які проводяться більше 50 років. Б.О. Мовчан дає таке визначення нанотехнологій: "Нанотехнологія сукупність наукових знань, способів і засобів направленого регульованого складання (синтезу) із окремих атомів і молекул різних речовин, матеріалів та виробів з лінійним розміром елементів структури до 100 нм (1 нм = 109 м; 1 нм = 10 А)" [15].

В Інституті металофізики ім. Г.В. Курдюмова (директор академік НАН України А.П. Шпак) розроблені методи одержання нанорозмірних дисперсних систем за допомогою електровибуху провідників й електричного пробою рідких середовищ. Ця методика дає змогу отримувати нанопорошки металів, а також вуглецеві наноматеріали: наноалмази, нанотрубки та фулерени. Встановлена висока сорбційна активність нанодисперсного апатиту кальцію, який може застосовуватися як трансплантат при переломах кісток. Виявлено ранні стадії кристалізації в аморфних стрічках. Однією зі структурних складових сплавів системи FeSiB в рідкому та аморфному станах є кристалічні кластери розміром 34 нм. На базі цього академічного інституту проводяться міжнародні конференції з нанотехнологій на яких узагальнюють результати досліджень з нанонауки у свт.

Значний цикл досліджень з нанохімії здійснений в Інституті біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України (директор д.х.н., професор З.Р. Ульберг). Дослідженнями З.Р. Ульберг і співавторів з’ясовані молекулярні структури комплексів нанометалбіомолекули та принципи виникнення таких комплексів. Виділені основні механізми, що визначають процеси сорбції, гетерокоагуляціії й адгезії наночастинок на поверхні клітин [10, 24].

В інституті фізики НАН України (директор академік НАН України Л.П. Яценко) розроблено метод створення штучних наноструктур за допомогою стимульованих електричним полем поверхневих хімічних реакцій на поверхні розділу рідинагрань (ІІІ) золота (академік НАН України А.Г. Наумовець і професор О.А. Марченко), що має важливе значення для виявлення високої активності нанорозмірних частинок цього металу. У процесі дослідження міжчастинкової взаємодії орієнтованих анізотропних феромагнітних наночастинок встановлено виникнення коерцитивного поля з формуванням "супермагнітного" стану з корельованим напрямком магнітних моментів (членкореспондент НАН України СМ. Рябченко та співав.).

В Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова (директор академік НАН України В.Ф. Мачулін) з’ясована екситонна природа переходів у гетероструктурах із квантовими точками InAsInP та ідентифіковані екситони, що формуються за участю важких і легких діркових станів (академік НАН України М.П. Лисиця та співавтори). За допомогою розробленої технології формування люмінесціюючих Siнанокластерів встановлене значне збільшення концентрації випромінюючих центрів при відпалі в атмосфері Н2 або О2, що дозволяє приблизно на порядок збільшити інтенсивність свічення (членкоресподент НАН України В.Г. Литовченко і співав.). За допомогою поляризаційної модуляції випромінювання встановлені особливості поверхневого плазмонного резонансу в нанорозмірних плівках золота, нанесених на поверхню призми повного внутрішнього відбиття (Б.К. Сердега і співав.).

В Інституті експериментальної патології, онкології і радіобіології ім. Р.Є. Кавецького (директор академік НАН України В.Ф. Чехун) спільно з Інститутом електрозварювання ім. Є.О. Патона (директор академік Б.Є. Патон) розробляють нові варіанти колоїдних систем з магнітними наночастинками Fe3O з метоюстворення протипухлинних препаратів.

Українські вчені відомі своїми дослідженнями з вивчення властивостей наноструктур кремнію. Членкореспондент НАН України М.Я. Валах і співробітники отримали цікаві дані про можливість керування характеристиками самоорганізованих SiGe наноструктур шляхом зміни традиційного ненапруженого кремнієвого буферного шару. Це зумовлює зміну розміру, форми, поверхневої щільності та компонентного складу сформованих наночастинок.

У Донецькому фізикотехнічному інституті ім. О.О. Галкіна НАН України (членкореспондент НАН України В.М. Варюхін) встановлені якісні зміни властивостей кобальтиту лантану при переході до нанорозмірних частинок. Це дає підстави стверджувати, що магнітний стан кобальтиту лантану визначають розміри його елементарної поверхні.

В Інституті магнетизму НАН та МОН України (директор академік НАН України В.Г. Бар’яхтар) встановлено, що зміни амплітуд осциляцій викликають також зміни осциляцій гігантського магнетоопору в металевих магнітних наноструктурах. Такий ефект спостерігається в дво і тришарових плівках ФМ/РЗМ при зміні в них товщин немагнітних металевих прошарків (членкореспондент НАН України А.М. Погорілий, В.Ф. Лось).

У науковотехнічному комплексі "Інститут монокристалів" (директор академік НАН України В.П. Семиноженко) розроблено наноматеріали, які можна застосовувати в медичній практиці і фармації.

В Інституті хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України (директор членкореспондент НАН України М.Т. Картель) спільно з Вінницьким національним медичним університетом (ректор академік НАМН В.М. Мороз) розроблено і впроваджено в медичну практику новий препарат сорбційнодетоксикаційної дії на основі нанокремнезему силікс [12, 29]. На кафедрі фармакології та клінічної фармакології Національного медичного університету ім. О.О. Богомольця розроблено нову лікарську форму силіксу суспензію нанодисперсного кремнезему. Вона мінімізує токсичність і негативний вплив на функцію печінки таких сполук, як натрію фторид і натрію нітрит, а також протитуберкульозних препаратів ізоніазиду, піразинаміду, етамбутолу, що різняться механізмом негативного впливу на організм і хімічною структурою. За фармакологічною активністю суспензія нанодисперсного кремнезему перевищує препарати звичайного кремнезему [20].

Майже півстоліття проводять дослідження з нанотехнологій в Інституті загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України (директор академік НАН України СВ. Волков). Тут винайшли технологію синтезу дрібнодисперсних систем з сажі (згодом її назвали нанотрубками) і методику розчинення металів у полімерному середовищі, яку застосовують у магнітному записі інформації та у хімічних засобах одержання наночастинок [18].

Тривають дослідження з нанотехнологій в інших Інститутах НАН України: фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського (директор академік НАН України В.Д. Походенко), фізикотехнічному інституті низьких температур ім. Б.І. Вєркіна (директор членкореспондент НАН України С.Л. Гнатченко), проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича (директор академік НАН України В.В. Скороход), біохімії ім. О.В. Палладіна (директор академік НАН України СВ. Комісаренко), фізикохімічному інституті ім. О.В. Богатського (директор академік НАН України С.А. Андронаті).

Одним із перших вітчизняних препаратів з ліпосом є ліпін спільна розробка Інституту фармакології і токсикології АМН України (директор член-кореспондент НАМН, професор Т.А. Бухтіарова) і Харківського фармацевтичного підприємства "Біолік". Основний компонент препарату нанокапсули фосфатидилхоліну, який є природним компонентом біомембран. Препарат виявляє антигіпоксичну дію, пригнічує процеси перекисного окиснення ліпідів, підвищує неспецифічний імунітет, модулює функцію адренорецепторів [5].

Дослідження у сфері нанонауки, нанотехнологій і наномедицини здійснюються в наукових колективах НАМН України, зокрема, Інституті епідеміології та інфекційних хвороб ім. Л.В. Громашевського НАМН України (директор професор В.Ф. Марієвський), Інституті гематології і трансфузіології (директор проф. П.М. Перехрестенко), Інституті очних хвороб (директор проф. Т.В. Пасічникова) та інших. Цікаві дослідження з нанотоксикології органічних та неорганічних наноматеріалів проводяться в Інституті гігієни і медичної екології (дир. академік НАМН А.М. Сердюк) та в Інституті медицини праці НАМН України (директор академік НАН України Ю.І. Кундієв).

Дослідження різних аспектів цього напрямку науки проводяться у багатьох вищих навчальних медичних (фармацевтичних) закладах: крім Національного медичного університету ім. О.О. Богомольця (ректор академік НАМН України В.Ф. Москаленко), також у Харківському національному медичному університету (ректор членкор. НАМН В.М. Лісовий), Львівському національному медичному університеті (ректор проф. В.П. Зіменьковський). Національному фармацевтичному університеті (ректор членкор. НАН В.П. Черних), Вінницькому національному медичному університеті (ректор акад. НАМН В.М. Мороз), Запорізькому медичному університеті (ректор проф. Ю.М. Колесник), Дніпропетровській медичній академії (ректор акад. НАМН Г.В. Дзяк), Одеському медичному університеті (ректор. акад. НАМН В.М. Запорожан), Тернопільському медичному університеті (ректор. членкор. НАМН Л.А. Ковальчук), Луганському медичному університеті (ректор проф. В.М. Івченко), Полтавській медичній стоматологічній академії (ректор проф. В.М. Ждан), Національній медичній академії післядипломної освіти (ректор академік НАМН Ю.В. Вороненко).

Можна констатувати, що основні фізичні, хімічні та фізикохімічні властивості наноматеріалів встановлені. Але у вітчизняній і світовій літературі недостатньо досліджень з вивчення біологічних, фізіологічних, біохімічних, фармакологічних, фармацевтичних, токсикологічних властивостей наноматеріалів органічного і неорганічного походження [2, 3, 6, 7, 9, 12, 17, 21, 23, 28, 32, 35, 40, 41].

Нанотехнології, наноматеріали, наноелектроніка, нанофізика, нанохімія, нанобіологія, наномедицина, нанофармація та ще багато термінів з префіксом "нано" можна зустріти у відомих наукових журналах та інших виданнях. Видається багато журналів з нанонауки: "Nanotechnology", "Journal of Nanoscience and Nanotechnology", "Journal of Computational and Theoretical Nanoscience", "National Nanotechnology", "Nano Letters", "Nanomedicine", "Small", "Lab Chip", "Langmuir", "IEE Proceedings Nanobiotechnology", "Journal Biomedical Nanotechnology", "Nano Today", "ACS Nano", "Nano Research", "Nanoscale", "Fullerenes, Nanotubes, and Carbon Nanostructures", "Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine" та інші. У 2004 році в Америці випущена 10 томна "Енциклопедія з нанонауки і нанотехнологій". Щорічно проводяться багато конгресів, конференцій, симпозіумів, на яких обговорюються досягнення з нанонауки. У вищих навчальних закладах створюються нові кафедри, факультети з нанонауки. В багатьох країнах організовані центри, інститути з нанотехнологій. Організовані міжнародні центри з цього напрямку наукової діяльності.

У США, Японії, Євросоюзі, Китаї, Росії та інших країнах дослідження з нанонауки та нанотехнологій визначені вищими національними пріоритетами, затверджуються спеціальні програми, на реалізацію яких виділяються значні кошти. Розробки з нанотехнологій почали використовуватися в електроніці, матеріалознавстві, військовій галузі, біології, медицині, енергетиці, охороні довкілля, сільському господарстві. Все це переконливо свідчить, що з 80х років ХХ століття розпочалась ера нанонауки і нанотехнологій. Вчені світу вважають, що реалізація досліджень з нанонауки сприятиме значному прогресу в різних сферах діяльності людини.

Отримані за допомогою нанотехнологій наноматеріали застосовуються у різних галузях діяльності людини та входять до складу: сплавів нанометалів, каталізаторів, плівок у електроніці, магнітних матеріалів, біосенсорів, медикаментів, спеціальних засобів для доставки лікарських препаратів до уражених тканин, захисних покриттів, що наносяться на матеріали тощо.

Аналіз даних досліджень світу свідчить, що нанонаука буде розвиватися у таких основних напрямках:

  • Фундаментальні дослідження нанометричних явищ, процесів, об’єктів.
  • Розробка технологій синтезу наноматеріалів, необхідної апаратури, і впровадження їх, а також стандартів такого виробництва, в практичну діяльність людини.
  • Вивчення властивостей наночастинок і наноматеріалів.
  • Отримання нанопрепаратів для застосування у медичній практиці, дослідження їх лікувальних та можливих токсичних властивостей.
  • Дослідження природних наноструктур та наномеханізмів у функціонуванні біологічних систем.
  • Вивчення впливу нанотехнологій і наноматеріалів на навколишнє середовище.
  • Дослідження соціальних аспектів у зв’язку з розвитком нанотехнологій.
  • Підготовка спеціалістів в області нанотехнологій.

1. Фундаментальні дослідження нанометричних явищ, процесів, об’єктів.

Розвиток нанотехнологій і отримання наноматеріалів пов’язані з необхідністю дослідження нових і незвичайних властивостей отриманих наноструктур, пристроїв, процесів. Це вимагатиме від вчених розробки не тільки принципово нових теоретичних підходів з вивчення основ нанонауки, але вирішення надзвичайно важливих завдань з квантової хімії і фізики, моделювання складних систем на молекулярному і атомному рівнях, розвиток моделей поведінки наночастинок у організмі людини та навколишньому середовищі. Дослідники мають вивчити особливості взаємодії наночастинок на атомномолекулярному рівні, їх фізичні, хімічні та фізикохімічні властивості.

Суттєве значення слід надати проведенню фундаментальних досліджень у області нанобіоструктур та пов’язаних з ними процесів, що торкаються нанобіотехнологій, та вирішенню проблем, які відносяться до створення нанобіоматеріалів, біоелектроніки, біосенсорів, розробки нанорозмірних зондів, вивчення властивостей біотканин на нанорівні тощо. Теоретичні аспекти нанонауки є важливими в практичному плані для більш швидкого впровадження результатів нанотехнологій у різні галузі народного господарства.

2. Розробка технологій синтезу наноматеріалів, необхідної апаратури, і впровадження їх, а також стандартів такого виробництва, у практичну діяльність людини.

В загальному плані технології синтезу наноматеріалів можна розділити на три основних групи: сухий синтез, мокрий синтез і хімічний розмел. Перших два метода відносяться до так званого отримання наночастинок "знизу вгору". В основу цієї технології покладений принцип отримання наноматеріалів шляхом їх збирання елементів менших розмірів, зокрема, атомів, молекул, біологічних клітин.

Незалежно від метода отримання наночастинок існують такі проблеми:

  • Отримання наночастинок певного розміру при створенні наноматеріалу. Сучасні технології не завжди дозволяють отримувати наночастинки однакових розмірів. Інколи домішуються величини інших розмірів, тому виникає необхідність забирати так звані "хвости наночастинок" іншими методами, що підвищує вартість та зменшує продуктивність таких технологій.
  • Необхідність попередження агломерації (злипання) наночастинок і створення стійких колоїдних систем. Для створення стійких систем добавляють поверхнево активні речовини, готують такі системи у вигляді суспензій, мазей, супозиторій.
  • Синтез наночастинок, що розчиняються у воді або органічних розчинниках.
  • Синтез нанокомпозитів.

3. Вивчення властивостей наночастинок і наноматеріалів.

Такі дослідження проводяться в багатьох країнах світу з метою застосування отриманих речовин у різних галузях діяльності людини. Результати проведених експериментальних досліджень показали наявність у частинок з нанорозмірами інших фізичних, фізикохімічних, біологічних, фармакологічних властивостей у порівнянні з макрооб’єктами. Завдяки маленькому розміру, наночастинки можуть проникати безпосередньо через шкіру, органи дихання, травлення, отвори клітинних мембран або через клітинні транспортні механізми і розподілятися по всьому організму. Вивчення цих унікальних характеристик наночастинок дозволить розробити нові технології у техніці, медицині, фізіології, лікознавстві, нутріцитології, сільському господарстві, військовій галузі та інших напрямках діяльності людини.

4. Отримання нанопрепаратів для застосування у медичній практиці, дослідження їх лікувальних та можливих токсичних властивостей.

Медична практика потребує нових ефективних препаратів для лікування багатьох захворювань. Тому одним із завдань нанотехнологій є отримання нових наномедикаментів з вивченням їх лікувальних, а також токсичних властивостей. В медичну практику впроваджені такі препарати, отримані за допомогою нанотехнологій: порошок силіксу, капсули нанозаліза, мазь наносрібла, ліпін, ліолів, ліподокс, ліпофлавон, ліпоферон. Продовження досліджень по розробці нових медикаментів для лікування різних захворювань буде мати не тільки важливе медичне, але і соціальне значення.

5. Дослідження природних наноструктур та наномеханізмів у функціонуванні біологічних систем.

Відомо, що фізіологічні та біохімічні фундаментальні процеси в живих системах відбуваються на нанорівні, а сама структура таких систем часто має нанорозмірні елементи [43]. Нанорозмірні об’єкти присутні в природі майже на всіх рівнях біологічної організації та представлені величезною різноманітністю структур ДНК, РНК, форм вірусів та ферментних систем, архітектурною досконалістю біомембран та зовнішньоклітинних матриць, і це далеко не повний перелік нанооб’єктів. Такий широкий спектр наноструктур та нанопроцесів контролюється уніфікованими й досконалими правилами та законами наносвіту. Нині опубліковано багато робіт з опису загальних правил розробки молекулярних машин чи наномашин, подібних до створених природою [33, 38]. Одні з найбільш відомих природних наноструктур поверхня листя лотоса та стопи гекону, складні очі комах, молекулярні поступальні та роторні клітинні наномотори, перламутр, павуковий шовк, екзоскелет діатомових водоростей. Дизайн та використання наноструктурованих систем у фізіологічних, біохімічних та імунологічних процесах вимагає більш глибокого розуміння природних законів функціонування організму. Здатність відтворювати біологічні форми з нанорозмірною точністю знайде застосування у тканинній інженерії, адресній доставці лікарських засобів, моделюванні та розробці сенсорних та імунологічних систем, засобів візуалізації та діагностики [34].

6. Вивчення впливу нанотехнологій і наноматеріалів на навколишнє середовище.

Дослідження у цьому аспекті направлені на розуміння ролі впливу нанотехнологій і наноматеріалів на навколишній світ. Особливе значення має вивчення походження і складу багатьох наноструктур, що виникають природним шляхом, а також створюються людиною у процесі виробництва. Важливим напрямком є взаємодія розроблених і природних наноматеріалів з органічними і неорганічними структурами, перенос ультрадисперсних частинок у колоїдах та аерозолях, зміни пилових наночастинок у міжпланетному просторі. Вивчення цих питань допоможе не тільки зрозуміти атомномолекулярні процеси в оточуючому світі, але й розробити дійові методи боротьби із забрудненням навколишнього середовища, створити екологічно чисті джерела енергії, принципово нові методи очистки води, біотехнологічні виробництва.

7. Дослідження соціальних аспектів у зв’язку з розвитком нанотехнологій.

Прогрес у техніці потребує соціальної підтримки, а також призводить до значних змін у суспільному житті, при цьому такі зміни є не завжди передбачувані. Враховуючи бурхливий розвиток нанотехнологій та їх важливість їх для науки і виробництва, виникає необхідність надзвичайно ґрунтовно вивчити соціальні, етичні, економічні та екологічні проблеми, які неминуче будуть виникати при впровадженні наноматеріалів у життя людини. Більш широкий розвиток нанонауки і нанотехнологій буде сприяти розширенню знань людства про навколишній світ, а також впливати на всі сторони суспільного життя. Уже сьогодні перед вченими стоять питання, на які напрямки розвитку нанонауки слід зосередити зусилля, а для урядів які програми фінансувати. Як передбачити можливий негативний вплив нанотехнологій та наноматеріалів не тільки на живі структури, але на суспільство в цілому.

8. Підготовка спеціалістів в області нанотехнологій.

Актуальним напрям ком інтенсифікації досліджень нанонауки є підготовка науковопедагогічних кадрів, які будуть проводити дослідження та готовити відповідних фахівців з нанонауки та здійснювати обмін інформацією з отриманих результатів як у окремому науковому колективі, так і на міжнародному рівні. Це можливо тільки на основі міждисциплінарного співробітництва і державної підтримки не тільки фінансової, але й організаційної, а також технічної для забезпечення наукових колективів відповідним обладнанням. Позитивну роль має відіграти залучення до проведення досліджень з нанонауки молодих дослідників, можливість їх стажування за кордоном у відомих центрах з нанотехнологій. У США створені навчальні центри з підготовки спеціалістів з нанотехнологій, така ж робота проводиться в інших країнах. Доцільно розпочати підготовку подібних спеціалістів і в Україні.

За 50 років, від моменту, коли Р. Фейнман вперше звернув увагу на необхідність досліджень надмалих частинок навколишнього світу, нанонаука досягла певних успіхів. Подальші нанотехнологічні розробки сприятимуть більш широкому впровадженню їх результатів у практичну діяльність людини: техніку, біологію, медицину, сільське господарство та захист довкілля.

Література

  1. Балабанов В. И. Нанотехнологии. Наука будущего / Балабанов В. И. М.: Эксмо, 2009. 256 с.
  2. Головенко М. Адресна доставка наносистемами лікарських засобів до головного мозку / М. Головенко, В. Ларіонов // Вісник фармакології та фармації. 2008. № 4. С. 816.
  3. Головин Ю. И. Введение в нанотехнику / Головин Ю. И. М.: Машиностроение, 2007. 496 с.
  4. Грибин Д. Ричард Фейман: жизнь в науке / Грибин Д., Грибин М. МоскваИжевск: Институт компьютерных исследований, 2002. 288 с.
  5. Григор’єва Г. С. Реальна нанофармакологія: становлення, міфи та успіх ліпосомофармакології / Г. С. Григор’єва // Фармакологія та лікарська токсикологія. 2007. Т. 4, № 5. Р. 8388.
  6. Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / Гусев А. И. [2е изд.]. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. 416 с.
  7. Кац Е. Ф. Фуллерены, углеродные нанотрубки и нанокластеры: родословная форм и идей / Кац Е. Ф. [2е изд.]. М.: URSS, 2008. 294 с.
  8. Керл Р. Ф. Истоки открытия фуллеренов: эксперимент и гипотеза / Р. Ф. Керл // Успехи физических наук. 1996. Т. 168, № 3. С. 331342.
  9. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию / Кобаяси Н. ; [пер. с японск.] М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. 134 с.
  10. Коллоиднохимический механизм связывания металлов микроорганизмами / З. Р. Ульберг, Т. А. Полищук, Л. Г. Марочко [та ін.] // Коллоидный журнал. 1994. Т. 58, № 4. С. 554558.
  11. Крото Г. Симметрия, космос, звёзды и С60 / Крото Г. // Успехи физических наук. 1996. Т. 168, № 3. С. 343358.
  12. Медицинская химия и клиническое применение диоксида кремния / [Чуйко А. А., Погорелый В. К., Пентюк А. А. и др.]. К.: Наукова думка, 2003. 415 с.
  13. Мовчан Б. А. Электроннолучевая гибридная нанотехнология осаждения неорганических материалов в вакууме / Мовчан Б. А. // Актуальные проблемы современного материаловедения. К.: Академпериодика, 2008. Т. 1. С. 227247.
  14. Мовчан Б. А. Электроннолучевая нанотехнология и новые материалы в медицине первые шаги / Б. А. Мовчан // Вісник фармакології і фармації. 2007. № 12. С. 513.
  15. Нанонаука і нанотехнології: технічний, медичний та соціальний аспекти / Б. Є. Патон, В. Ф. Москаленко, І. С. Чекман [та ін.] // Вісник НАН України. 2009. № 6. С. 1826.
  16. Нанотехнологии и перспективы их использования в медицине и биотехнологии / В. М. Лахтин, С. С. Афанасьев, М. В. Лахтин [и др.] // Вестник РАМН. 2008. № 4. С. 5055.
  17. Нанохімія. Наносистеми. Наноматеріали / [Волков СВ., Ковальчук СП., Генко В.М., Решетняк О.В.]. К.: Наукова думка, 2008. 422 с.
  18. Наукові основи наномедицини, нанофармакології та нанофармації / В.Ф. Москаленко, В. М. Лісовий, І. С. Чекман [та ін.] // Вісник Національного медичного університету ім. О.О. Богомольця. 2009. № 2. С. 1731.
  19. Ніцак О. В. Ефектиність суспензії нанодисперсного кремнезему при гепатиті, викликаному ізоніазидом / О. В. Ніцак, Л. І. Казак, І. С. Чекман // Фармакологія та лікарська токсикологія. 2008. № 13. С. 6669.
  20. Пул Ч.мл. Нанотехнологии / Пул Ч.мл., Оуенс Ф. [2е изд.]. М.: Техносфера. 2006. 336 с.
  21. Смолли Р. Е. Открывая фуллерены / Р. Е. Смолли // Успехи физических наук. 1996. Т. 168, № 3. С. 323330.
  22. Трефилов В. И. Фуллерены основа материалов будущого / Трефилов В. И. Киев: АДЕФ Украина, 2001. 148 с.
  23. Ульберг З. Р. Коллоиднохимические свойства биологических наносистем. Биомембраны / З. Р. Ульберг, Т. Г. Грузина, Н. В. Перцев // Коллоиднохимические основы нанонауки. К.: Академпериодика, 2005. С. 199237.
  24. Фейнман Р. Внизу полнымполно места: приглашение в новый мир физики / Р. Фейнман // Российский химический журнал. 2002. Т. 56, № 5. С. 406409.
  25. Фейнман Р. Ф. Фейнмановские лекции по физике. Излучение. Волны. Кванты / [Фейнман Р. Ф., Лейтон Р. Б., Сэндс М.] ; под ред. Я. А. Смородинского. [4е изд.]. М.: Едиториал УРСС, 2004. 152 с.
  26. Хромов О. С. Експериментальне обґрунтування застосування фосфатидилхолінових ліпосом у медицині / О. С. Хромов, А. І. Соловйов // Фармакологія і лікарська токсикологія. 2008. Т. 4, № 5. С. 8898.
  27. Чекман І. С. Нанофармакологія / І. С. Чекман. К.: Задруга, 2011. 424 с.
  28. Чуйко А. А. Химия поверхности кремнезёма / Чуйко А. А. К.: Наукова думка, 2001. 736 с.
  29. Шабанова Н. А. Основы зольгель технологии нанодисперсного кремнезема / Шабанова Н. А., Саркисов П. Д. М.: ИКЦ "Академкнига", 2004. 208 с.
  30. Шпак А. П. Звіт про діяльність Національної академії наук України у 2008 році / Шпак А. П. Київ, 2009. 298 с.
  31. Agoramoorthy G. Re: introduction to nanotechnology potential application in physical medicine and rehabilitation / G. Agoramoorthy, C. Chakraborty // American journal of physical medicine & rehabilitation. - 2007. - Vol. 86, № 3. - P. 225 -241.
  32. Balzani V. Molecular devices and machines: concepts and perspectives for the nanoworld / Balzani V., Credi A., Venturi M. - Weinheim: WileyVCH, 2008. - 588 p.
  33. Berger M. Nanosociety. Pushing the boundaries of technology / Berger M. - Cambridge: RSC Nanoscience & Nanotechnology, 2009. - 317 p.
  34. Caruthers S. D. Nanotechnological application in medicine / S. D. Caruthers, S. A. Wickline, G. M. Lanza // Current opinion in biotechnology. - 2007. - Vol. 18, № 1. - P. 26 -30.
  35. Drexler K. E. Engines of creation: The coming era of nanotechnology / Drexler K. E. - New York: Anchor Press, 1987. - 320 p.
  36. Drexler K. E. Nanotechnology: the past and the future / K. E. Drexler // Science. - 1992. - Vol. 255, № 5042. - P. 268 -269.
  37. Firstprinciples design of nanomachines / J. R. Banavar, M. Cieplak, T. X. Hoang [et al.] // Proceedings of the national academy of sciences of the USA. - 2009. - Vol. 106, № 17. - P. 6900 -6903.
  38. Genzer J. Biological and manmade self cleaning surfaces / J. Genzer, A. Marmur // MRS Bulletin. - 2008. - Vol. 33, № 8. - P. 742 -746.
  39. Jain K. K. Nanomedicine: application of nanobiotechnology in medical practice / K. K. Jain // Medical Principles and Practice. - 2008. - Vol. 17, № 2. - P. 89 -101.
  40. Nanoparticles: pharmacological and toxicological significance / C. Medina, M. J. SantosMartinez, A. Radomski [et al.] // British journal of pharmacology. - 2007. - Vol. 150, № 5. - P. 552 -558.
  41. Schrodinger E. What is life? With mind and matter and autobiographical sketches / Schrodinger E. - Cambridge: “Cambridge University Press”, 1967. - 194 p.
  42. Shaefer H. E. Nanoscience. The science of the small in physics, engineering, chemistry, biology and medicine / Shaefer H. E. - Berlin, Heidelberg: Springer, 2010. - 772 p.
  43. Taniguchi N. On the basic concept of nanotechnology / N. Taniguchi // Proceedings of the international conference on production engineering, Tokyo, Part II. - Japan society of precision engineering, 1974.
  44. Youngblood J. P. Bioinspired materials for selfcleaning and selfhealing / J. P. Youngblood, N. R. Sottos // MRS Bulletin. - 2008. - Vol. 33, № 8. - P. 732 -741.



Наиболее просматриваемые статьи: