Ю. В. Малюкин, д-р физ мат наук, проф., зав отд нанокристаллических

Глава 1
Нанотехнология и бионанотехнология

1. 
   Основные концепции
   

Нанотехнология (англ, nanotechnology) - это междисциплинарная область науки и техники, занимающаяся исследованием, анализом и синтезом, производством и применением продуктов с заданной (искусст­венно созданной) атомарной структурой путём контролируемого манипу­лирования отдельными атомами, молекулами и другими наномасштаб­ными элементами или наночастицами размером 0,1-100 нм.
Размеры большинства атомов лежат в интервале от 0,1 до 0,2 нм.
Наночастица (англ, nanoparticle) - это изолированный твердофаз­ный объект, имеющий отчетливо выраженную границу с окружающей средой, размеры которого во всех трех измерениях составляют от 1 нм до 100 нм.
Многие биообъекты можно классифицировать как наночастицы.
Бактерии, размер которых находится в интервале между 1 и 10 мкм, относятся к объектам мезоскопических масштабов.
Вирусы с размерами от 10 до 200 нм находятся в верхней части диапазона наночастиц.


5

Белка, характерные размеры которых лежат в диапазоне между 4 и 50 нм, находятся внизу нанометрового диапазона. Строительные блоки белков - 20 протеиногенных аминокислот, имеют размеры порядка 1 нм и также попадают в число бионанообъектов.

Нуклеиновые кислоты, и, прежде всего, ДНК как носитель генети­ческой информации, являются полимерами, состоящими из мономеров- нуклеотидов. Молекула ДНК представляет собой двойную наноспираль диаметром 2 нм и шагом 3,4 нм, на который приходится 10 пар нуклеи­новых оснований (base pairs, bp) (рисунок 1).





Рисунок 1 - Схема двойной спирали ДНК


Во многих источниках первое упоминание методов, которые впоследствии будут названы нанотехнологией, связывается с известным


6




выступлением Ричарда Фейнмана "There’s Plenty of Room at the Bottom" (http://www.its.caltech.edu/~feynman/plenty.html) ("В атомном мире полно места"), сделанным им в 1959 году в Калифорнийском технологическом институте на ежегодной встрече Американского физического общества. Ричард Фейнман предположил, что возможно механически перемещать одиночные атомы, при помощи манипулятора соответствующего размера, по крайней мере, такой процесс не противоречил бы известным на сегодняшний день физическим законам.
Впервые термин "нанотехнология" употребил японский физик Норио Танигути (Norio Taniguchi) в 1974 году [70]. Он назвал этим термином производство изделий размером несколько нанометров. В 1986 году этот термин использовал американский инженер и популяризатор Эрик К. Дрекслер (Eric Kim Drexler) в своей книге: "Машины создания: Грядущая эра нанотехнологии" (Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology, http://e-drexler.eom/d/06/00/EOC_Russian/eoc.html).