Инструменты нанотехнологий

(Nanotechnology Instruments)

Все профессии важны, Все профессии нужны..

Перефразируя С. Я. Маршака

Согласитесь, какой бы профессией вы ни занимались, вам всегда потребуется определен­ный набор специфических инструментов, без которых невозможно было бы добиваться же­лаемого результата — для художника это, как минимум, краски и кисти, для садовника — грабли, лопаты, идя врача— шприцы, скаль­пели, термометры А какие инструменты ис­пользует нанотехнолог, чтобы оперировать объектами, размеры которых составляют одну миллиардную — олну миллионную дол ю мет­ра, существует ли Л1Я этого специальный на- ноинструментарий⁷ В том, что такая специфи­ческая «приборная база» должна быть, ни у кого не возникнет сомнений — чтобы просто визуа­лизировать наночастицы, недостаточно разре­шения оптического микроскопа. Чтобы, к при­меру, препарировать клетки, нужны иглы в тысячу раз тоньше человеческого волоса, скаль­пели, заточенные до немыслимой остроты.

Недаром oi ромный прорыв в развитии нано- техноло! ий произошел лишь тогда, когда появи­лась возможность сначала «увидеть» наночасти­цы с помощью электронного микроскопа, а затем и «пощупать» их с помощью сканирующего зон­тового микроскопа Сегодня современные мето­ды зондовой микроскопии позволяют не толь­ко изучать рельеф поверхности наноструктур, но и определять состав, атомную и магнитную структуру наночастиц и даже перемещать еди­ничные атомы и молекулы (см. также Систе­мы нанопозиционирооания).

Благодаря открытию в 1991 г. новой моди­фикации углерода — углеродных нанотрубок, обладающих необычной структурой и, как след­ствие, уникальными физическими и механи­ческими свойствами, ученым удалось создать целый арсенал наноинструментоь (наноскаль- пель, наношприц, нанотермометр, нанопинцет,

Рис. 1. Наноскальпель на основе одностенной углеродной нанотрубки

нановесы), с которыми связывают большие пер­спективы в развитии наномебицины, микроби­ологии и новых подходов к созданию наност­руктур методами нанолитографии.

Первыми в ряду наноинструментов стали нанопинцет, позволяющий углеродными нанот- рубками, как китайскими палочками, «подцеп­лять» и, удерживая, перемешать отдельную крупную молекулу, a i акже оптический пинцет, осуществляющий аналогичные операции, но при помощи лазерного луча. Вслед за ними были разработаны самые чувс вительные в мире нановесы, с помощью которых молекулу мож­но взвесить, и самый маленький нанотермо- мет р. очень похожий на обычный медицинский градусник.

Следует сказать, что на создании нанотер- мометра ученые не остановились, и в 2006 году ученые из Института стандартов и технологий (NIST) и Университета Колорацо разработали наноскальпель (рис. 1), состоящий из одностен- ной углеродной нанотрубки, натянутой между двумя вольфрамовыми иглами. С помощью та­кого прочного и острого ножичка под микро­скопом можно производить вскрытие единич­ных клеток с более высокой точностью, чем это позволяют сегодня стеклянные микроскаль пели, легко повреждающие исследуемые объек­ты такого размера

И вот, наконец, уже в 2007 году американ­ские исследователи из Drexel University сооб­щили о создании первого наношприца, спо­собного дозированно вводить жидкие пробы через клеточные мембраны, не повреждая их

Рис. 2. Введение наношприца в клетку (в качестве иглы — углеродная нанотрубка)

(рис. 2). Идея шприца достаточно проста — надо лишь соединить углеродную нано фубку, ко го- рая будет выступать в качестве иглы, и макро­скопический стеклянный капилляр, являющий­ся резервуаром шприца. Легко сказать, да сложно сделать! Однако американским ученым удалось заполнить углеродную нанотрубку диа­метром 200 нм магнитной жидкостью (см. На- ножидкости), содержащей 10-нм частицы ок­сида железа, а потом с помощью магнитного поля частично ввести такую «магнитную» на­нотрубку в канал стеклянного капилляра и гер­метизировать место стыка оптически клеем — наношприц готов

Как видите, последнее десятилетие пода­рило нам много удивительных наноустройств и открыло головокружительные перспективы их использования Ну что ж, теперь с нетер­пением будем ждать первых нанохирургиче- ских операций!