NanoTehnologia "Nanotehnologie" este un termen colectiv pentru dezvoltarile tehnologice la scara nanometrica. In sens larg, nanotehnologia reprezinta orice tehnologie al carei rezultat finit e de ordin nanometric: particule fine, sinteza chimica, microlitografie avansata etc. Intr-un sens restrans, nanotehnologia este orice tehnologie care se bazeaza pe abilitatea de a construi structuri complexe respectand specificatii la nivel atomic si folosindu-se de sinteza mecanica. Structurile nanometrice nu numai ca sunt foarte mici, ajungandu-se chiar pana la scara atomica in proiectarea lor, dar ele poseda unele proprietati total deosebite si neasteptate, in comparatie cu trasaturile aceleiasi substante luata la nivel macroscopic.

Medicii se confrunta adesea cu problematica executarii unor operatii complexe de micro-chirurgie pentre repararea vaselor de sange, pentru transplantarile de tesut sau pentru reatasarea membrelor sectionate. Intrucat astfel de proceduri sunt foarte complicate, chirurgia se dovedeste rareori solutia optima, avand un caracter prea invaziv si destule limitari. In curand insa, sistemul medical si mai ales cel chirurgical si-ar putea modifica stilul de abordare, capotand spre tehnologia nano, cea care va permite prestarea celor mai sinuoase sarcini medicale prin controlarea telecomandata a unor mecanisme robotice minuscule, capabile sa calatoreasca prin corpul omenesc, sa diagnosticheze afectiuni si sa le trateze.

La Universitatea Tonhuku din Japonia, inginerul Kazushi Ishiyama si grupul sau de cercetare au proiectat mici spirale rotative electronice, capacitate sa inoate prin fluidul celor mai subtiri vene organice. La nevoie, aceste dispozitive pot chiar penetra anumite tumori pentru a le suprima si pot livra substante medicale catre anumite tesuturi si organe. Gratie dimensiunilor reduse, nanobotii pot fi injectati in organism cu ajutorului unei seringi standard cu ac hipodermic, odata intrati in sistem reactionand impulsurilor exercitate cu ajutorul unui camp magnetic si al unei telecomenzi. Ishiyama considera ca aceste dispozitive si altele asemenea lor se vor dovedi extrem de eficiente din punct de vedere medical, mai ales in privinta indepartarii tumorilor cerebrale, foarte greu de operat pe cale clasica.

In loc sa se bazeze pe utilizarea unui camp magnetic pentru coordonarea miscarilor nanorobotilor, alti cercetatori creeaza dispozitive similare de diagnosticare si tratare a anumitor afectiuni, propulsate insa prin corp cu ajutorul unor motoare minuscule.

Viitorul este nano!Daca aceste utilizari pe termen scurt ale nanotehnologiei par impresionante, posibilitatile pe termen

lung sunt de-a dreptul naucitoare. Institutul pentru Concepte Avansate (ICA) din cadrul NASA a fost special creat pentru a promova cercetarea vizionara in domeniul tehnologiilor spatiale care vor necesita intre 10 si 40 de ani ca sa fie fructificate. Spre exemplu, ICA a fondat un studiu de fezabilitate asupra manufacturii la nanoscara - altfel spus, folosirea unui numar mare de masinarii microscopice moleculare care sa produca orice obiect prin asamblarea acestuia atom cu atom. O asemenea"nanofabrica" ar putea produce, de exempleu, componente de aeronava cosmica cu precizie atomica, fiecare atom din cadrul fiecarui obiect fiind amplasat acolo unde ii este locul. Componenta rezultata ar fi extrem de dura, iar forma sa s-ar abate de la design-ul ideal cu numai o grosime de atom. Suprafetele ultra-fine n-ar necesita lustruire sau lubrifiere si n-ar suferi, virtual, nicio pata sau zgarietura in timp. Asemenea precizie si sustenabilitate ridicate ale componentelor aeronavelor sunt mai mult decat un moft atunci cand vietile astronautilor sunt in joc.

Totusi, inspirandu-se din biologie, Constantinos Mavroidis, director al Laboratorului de Bionanorobotica Computerizata din cadrul Universitatii Nord-Estice din Boston, exploreaza o alternativa a abordarii nanotehnologiei: in loc sa inceapa de la zero, conceptele lui Mavroidis angajeaza "masinarii" functionale molecular, pre-existente, care pot fi gasite in celulele vii: molecule de ADN, proteine, enzime, etc.

Formate de evolutie in milioane de ani, aceste molecule biologice sunt deja foarte adaptate la manipularea materiei la scara moleculara, motiv pentru care o planta poate combina aerul, apa si pamantul pentru a produce capsune rosii si suculente iar corpul uman poate converti cina de aseara in noile celule rosii de azi. Rearanjarea atomilor, care face aceste lucruri posibile, este performata de sute de proteine si enzime specializate, iar ADN-ului stocheaza codul producerii lor.

Folosirea acestor masinarii moleculare "pre-construite" sau folosirea lor ca puncte de pornire pentru noi design-uri reprezinta o abordare populara a nanotehnologiei, denumita "bio-nanotehnologie". "De ce sa reinventam roata? Natura ne-a oferit toata acesta minunata si rafinata nanotehnologie in interiorul organismelor vii, deci de ce nu ne-am folosi de ea si nu am incerca sa invatam din ea?", mai adauga Mavroidis.

Utilizarile specifice ale bio-nanotehnologiei, pe care Mavroidis le propune in studiul sau, sunt foarte futuriste. O idee face referire la obtinerea unui soi de "panza de paianjen", din tuburi de grosimea firului de par, asamblate cu senzori bio-nanotehnologici pe parcursul a mii de kilometri de teren, intr-o metoda de cartografiere detaliata a mediului unor planete straine. Un alt concept propus este "o a doua piele" pe care astronautii sa o poarte pe sub costumele spatiale, care ar folosi bio-nanotehnologia pentru a simti si a raspunde radiatiei ce penetreaza costumul, sigiland rapid orice zgarieturi sau brese.

Futurist? Cu siguranta? Posibil? Poate. Mavroidis admite ca asemenea tehnologii se afla, cel mai probabil, la distante de zeci de ani, si ca tehnologia viitorului indepartat va diferi mult de cea pe care ne-o imaginam in prezent. Totusi, el considera ca este important sa incepem sa ne gandim de pe acum la ce ar putea face posibil nanotehnologia peste multi ani de acum inainte.

Nanotehnologii implementate în practică

Câteva exemple de nanotehnologii care sunt deja realizate şi folosite în practică, chiar dacă sunt încă scumpe (ianuarie 2009):- lacuri de automobile cu calităţi superioare (rezistente; autorefacere la zgârieturi; cu darea în folosinţă încă din anul 2003);- oglinzi retrovizoare care nu orbesc;- ferestre auto pe care apa nu condensează;- ferestre transparente pe tavanul auto care produc curent electric; altele care se întunecă după dorinţă;- îmbunătăţirea proprietăţilor materialelor de lucru;- substanţe adezive (lipiciuri) care, supuse de ex. la microunde, permit şi dezlipirea fără probleme a două piese metalice;- pneuri auto cu calităţi îmbunătăţite prin reducerea frecărilor interne;

NanomaterialeMateriale produse din componente care au dimensiuni de cel

mult 100 nm, fiind formate din grupari de cateva zeci sau sute de atomi. Prin comparatie, firul de par uman are un diametru de 80-100 mii nm. Cele mai cercetate nanomateriale sunt cele pe baza de nanotuburi sau nanosfere din carbon. Nanomaterialele sunt foarte promitatoare in domeniul electronicii si al medicinii, dar pun probleme de toxicitate tocmai din cauza dimensiunilor extrem de mici pe care le au: se pot raspandi cu usurinta, pot fi purtate de curenti de aer foarte slabi, iar efectele lor asupra organismului sunt foarte putin cunoscute.

O metoda inovativa si necostisitoare de realizare pe scara larga a nanomaterialelor a rezultat in noi forme de materiale avansate care netezesc calea catre proprietati exceptionale si neprevazute.Noua tehnica de fabricatie, cunoscuta sub numele de litografie soft (soft lithography - SIL), ofera multe avantaje semnificative comparativ cu tehnicile existente, inclusiv abilitatea de a amplifica procesul de manufacturare pentru a produce dispozitive in cantitati mari.

Cercetarea, finantata de National Science Foundation (NSF) si condusa de Teri Odom de la Northwestern University, SUA, apare pe coperta numarului din Septembrie 2007 a revistei Nature Nanotechnology.

Nanomaterialele optice din aceasta cercetare sunt numite "metamateriale plasmodice" deoarece proprietatile lor fizice unice isi au originea in forma si structura, si nu doar in compozitia materialului. Doua exemple de metamateriale in natura sunt penele paunului si aripile fluturelui. Culorile lor vii se datoreaza variatiilor structurale la nivel de sute de nanometri, ceea ce le face sa absoarba sau sa reflecte lumina.

Prin dezvolatarea unei noi tehnici de manufacturare, Odom si colegii sai au reusit sa faca filme de aur cu perforatii dispuse in matrici care sunt practic extinse la infinit, perforatiile avand pana la 100 de nanometri - de 500 pana la 1000 de ori mai putin decat un fir de par uman. Marite, aceste filme de aur cu perforatii arata ca o felie de cascaval, cu exceptia faptului ca perforatiile sunt bine ordonate si se pot intinde pe distante macroscopice. Abilitatea cercetatorilor de a realiza aceste metamateriale in mod necostisitor si pe wafere sau foi de mari dimensiuni diferentiaza munca lor de alte tehnici anterioare.

"Una dintre cele mai mari probleme cu nanomaterialele a fost dintotdeauna obtinerea lor pe scara mare," a spus Odom. "A fost foarte dificil sau foarte scump sa multiplicam modelul lor pe arii mai mari decat aproximativ un milimetru patrat. Acesta cercetare este interesanta nu numai fiindca demonstreaza o modalitate ieftina de repetare a unui sablon, dar de asemenea una care poate produce materiale optice de inalta calitate cu proprietati interesante."

De exemplu, daca perforatiile sunt asezate in "petice" microscopice, ele demonstreaza un comportament al luminii care difera dramatic comparativ cu o matrice infinita de perforatii. Peticele par sa focalizeze lumina, in vreme ce matricea infinita nu are aceasta proprietate.

In plus, proprietatile lor de transmitere a luminii pot fi alterate prin simpla schimbare a geometriei perforatiilor, si nu prin "coacerea" unei noi compozitii de materiale. Aceasta caracteristica le face foarte atractive atunci cand este necesara acordarea simpla a comportamentului lor pentru o anumita cerinta.

Aceste materiale pot fi de asemenea folosite ca senzori optici, si deschid posibilitatea realizarii de surse de lumina de dimensiuni ultra reduse. In plus, datorita organizarii precise, pot servi ca sabloane pentru propria lor copiere sau pentru a realiza alte materiale bine ordonate, cum ar fi matrici de nanoparticule.

" Aceasta activitate este exact genul de cercetare transformationala cu risc ridicat, potential ridicat, care Divizia de Materiale de la NSF este interesata sa o sprijine," a spus Harsh Deepak Chopra, manager de program la NSF. "Rezultatele incipiente sunt extrem de promitatoare si sugereaza o noua generatie de dispozitive optice."

The End