Нанотехнологии в действии

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Двадцать два года назад в США появилась Национальная инициатива в области нанотехнологий. Ее одобрил тогдашний президент США Билл Клинтон. В 2003 году ее закрепили законодательно.

Конечно, такая экстравагантная идея не могла прийти в голову политику. Ее, разумеется, предложили ученые. В данном случае одним из инициаторов выступил лауреат Нобелевской премии 1996 года американский физик Ричард Смолли.

Он, а также британские химики Гарольд Крото и Роберт Кёрл получили Нобелевскую премию по химии за то, что открыли фуллерен — удивительную молекулу, состоящую из 60 атомов углерода и похожую по структуре поверхности на футбольный мяч. Ее диаметр составляет один нанометр. Так что фуллерен стал своего рода символом нанотехнолгий.

А что такое один нанометр? С удовольствием напомню вам образ от автора нашего журнала, доктора химических наук Владимира Зинуровича Мордковича, который не один год занимался исследованием углеродных нанотрубок: «Один нанометр — это диаметр трубочки для коктейля, если коктейль пьет микроб». Наглядно. Правда?

А что же в России? Восемь лет спустя, в 2008-м, у нас тоже появилась своя наноинициатива, которая материализовалась в виде госкорпорации РОСНАНО. И с тех пор слово «нанотехнологии» стало одним из часто употребляемых не только в науке, но и в обыденной жизни, чаще — в анекдотах.

Тогда, поначалу, нам рассказывали о нанотехнологиях как о чем-то совершенно новом и волшебном, что кардинально изменит нашу жизнь в ближайшие годы.

Правда, химики и физики недоуменно пожимали плечами, потому что ничего нового, разумеется, в нанонауке не было. Ей, по меньшей мере, 250 лет — с тех пор как Бенджамин  Франклин ставил свои знаменитые эксперименты с маслом на поверхности водоемов.

Конечно, вы знаете, как выглядит Бенджамин Франклин — его портрет с 1914 года печатают на стодолларовых купюрах. Но мало кто знает, что Бенджамин Франклин, современник нашего Михаила Васильевича Ломоносова, был не только политиком и писателем XVIII века, но еще и физиком, исследователем, членом многих академий наук, в том числе и Императорской академии наук в Санкт-Петербурге.

Франклина очень интересовало одно явление, о котором он прочитал у Плиния Старшего в его «Естественной истории». Явление действительно необычное — древнегреческие и римские мореходы усмиряли волны, выливая растительное масло на поверхность воды.

Франклин исследовал его 17 лет. Оказалось, что об этой хитрости знают мореходы всего мира. Простые моряки на Бермудах успокаивают таким образом рябь на воде, чтобы увидеть рыбу в глубине.

Бенджамин Франклин постоянно носил с собой бутылочку с маслом. И когда оказывался у какого-нибудь водоема в ветреную погоду, то ставил натурные эксперименты, чтобы разобраться в сути явления.

Кстати, этот поразительный эксперимент вы можете сделать сами — в тазу с водой. Взбаламутьте ее рукой, а потом капните несколько капель свежего растительного масла. Результат действительно удивительный.

После этого вас точно потянет на природу к какому-нибудь пруду, чтобы повторить эксперимент в большом масштабе. Только подойти к пруду надо с наветренной стороны, где зарождаются волны. Эту хитрость тоже придумал Франклин.

В своей статье, опубликованной в научном журнале Philosophical Transactions в 1774 году, он писал, что с помощью чайной ложки масла ему удалось успокоить волнение в пруду на площади в 20 соток, то есть на 2000 квадратных метров. Масло растекается по поверхности воды, образуя слой толщиной в несколько нанометров.

Удивительно, что такой тончайший и непрерывный нанометровый слой масла не дает распространяться волнению на поверхности воды. Но это факт. И похоже, именно слой масла на воде стал первым нанометровым объектом, на который обратила внимание наука. Так что за плечами у нанотехнологий большая история, сотни лет.

Когда 20 лет назад в мире начался нанотехнологический бум, лауреат Нобелевской премии по химии Роалд Хоффман заявил в интервью нашему журналу, что нанотехнологии — это новое название, которое придумали для химии, чтобы сделать ее модной. И действительно, размеры большинства молекул в органическом мире измеряются нанометрами.

А природа и вовсе самый лучший нанотехнолог, потому что повсеместно использует эти технологии. Например — когда создает гидрофобную поверхность листьев и лепестков цветка лотоса, благодаря чему к ним не пристает грязь. Или — окрашивая в яркий синий цвет крылышки бабочек морфо без единого нанограмма красителя, а только за счет наноструктурированных чешуек, покрывающих крылышки.

Нанотехнологический бум двадцатилетней давности обещал нам открыть двери в новый мир. Людям и вправду нужно что-то новое, вдохновляющее, многообещающее, способное решить людские проблемы.

Помню, как в 2008 году в Вашингтоне, в Национальном научном фонде США, мне рассказывали, как уже в ближайшие годы по нашим сосудам внутри тела будут ползать нанороботы и очищать сосуды от бляшек. Эта картина, которую я представила себе в красках, меня тогда буквально потрясла. И я стала следить, когда же эти нанороботы появятся.

И вот — сообщение из Университета Эссекса. Здесь создали технологию очистки засорившихся шунтов, установленных в теле человека, с помощью роёв, состоящих из магнитных микророботов (IEEE Transactions on Biomedical Engineering).

Операция шунтирования, когда вокруг пораженного сосуда строят обводной канал внутри организма, стала сегодня рутиной. Людей, которые носят внутри себя шунты, миллионы.

Но эти обводные каналы со временем начинают засоряться. На их стенках скапливаются отложения, просвет сужается, шунт теряет гибкость и перестает выполнять свою работу.  В таких случаях приходится делать повторную операцию, чтобы его заменить.

Теперь лишние повторные операции не понадобятся, потому что очищать шунты прямо на месте будут рои из сотен магнитных микророботов. Каждый такой микроробот, изготовленный из магнитных наночастиц, меньше толщины человеческого волоса.

Рой магнитных микророботов вводят в шунт, а затем начинают перемещать его внутри этого устройства с помощью магнитного поля. Его создает мощный магнит на поверхности тела. Рой микророботов, который гоняют с места на место, очищает шунт от наслоений на стенках. Похоже на то, как вы ершиком отмываете пробирку.

Микророботы биосовместимы и нисколько не ядовиты для организма. И покидают его они естественным путем. Так утверждают исследователи.

Это, конечно, еще не нанороботы, разбирающие бляшки в сосудах. Здесь нужна куда большая деликатность и тонкость, чтобы не повредить сосуд. Но уже хоть что-то. Наука должна держать свое слово и исполнять свои обещания, пусть самые маленькие. За язык-то ведь никто не тянул. Иначе веры ей не будет.