Rewolucja w skali mini

Rewolucja w skali mini

Nanotechnologia to superkomputery i roboty wielkości pyłku kurzu lub wirusa

“Dzięki nanotechnologii już za kilka dziesięcioleci zbudujemy komputery pasujące na czubek igły i całe flotylle robotów medycznych mniejszych niż komórka organizmu. Zlikwidują one nowotwory, infekcje, skrzepy w naczyniach krwionośnych, a nawet proces starzenia. Obecne czasy wydadzą się wtedy ludziom ciemnym średniowieczem”, twierdzi Ralph Merkle, futurolog z instytutu Foresigh w Palo Alto i założyciel firmy nanotechnologicznej Zyvex.
Premier Wielkiej Brytanii, Tony Blair, w przemówieniu do członków Royal Society, skupiającego czołowych naukowców kraju, zapowiadał, że nanomaszyny rozprawią się z bakteriami i pasożytami, zwalczą malarię, gruźlicę i mikroby odporne na antybiotyki. 3 grudnia br. prezydent USA, George W. Bush, podpisał ustawę, zgodnie z którą Stany Zjednoczone zainwestują w badania nanotechnologiczne 3,7 mld dol. w ciągu najbliższych czterech lat. Unia Europejska wydaje na ten cel 700 mln euro rocznie. Na całym świecie tajemnice nanotechnologii poznaje milion naukowców i inżynierów w 500 firmach specjalistycznych, na 270 wyższych uczelniach i w ponad 30 ośrodkach badawczych. Eksperci są bowiem zgodni, że nanotechnologia stanie się kluczową gałęzią gospodarki i postępu technicznego XXI w. Usunie ona w cień inżynierię genetyczną i nowe media, zrewolucjonizuje ludzkie życie bardziej niż maszyna parowa, energia nuklearna czy klasyczne komputery pracujące na układach krzemowych. Według ocen amerykańskiej National Science Foundation, w 2015 r. światowe obroty produktami zawierającymi nanocząsteczki sięgną biliona dolarów.
Słowo “nanotechnologia” pochodzi od greckiego

nanos, czyli karzeł.

Jeden nanometr to jedna milionowa część milimetra, 80 tys. razy mniejsza, niż wynosi grubość ludzkiego włosa. Nanotechnolodzy operują na poziomie atomów i cząsteczek tak małych, że nie można dostrzec ich w mikroskopach optycznych. Pracowicie układają nanostruktury w absolutnej próżni, dosłownie atom po atomie, wykorzystując w tym celu magnetyzm i elektryczność. W niezwykłym świecie nanomolekuł obowiązują inne prawa niż w makrokosmosie, tu bowiem zachodzą zjawiska kwantowe. W konsekwencji dzięki nanotechnologii powstają materiały o zadziwiających właściwościach – struktury 100 razy mocniejsze od najszlachetniejszej stali, ale 10 razy od niej lżejsze, czy włókna przewodzące prąd w sposób doskonały, bez żadnych strat. W mechanice nanoświata nie ma tarcia, a zużycie materiału zostaje ograniczone do minimum. Nanocząsteczki już teraz odgrywają praktyczną rolę, stosowane są w kremach przeciwsłonecznych, w kurtkach, których nie ima się brud, w dachówkach, na których nie urosną mech czy glony, w lakierach samochodowych odpornych na zarysowanie. Specjalne nanofarby na ścianach sprawiają, że można z nich zmywać graffiti jak kredę z tablicy. Twórcy tych farb wzorowali się na nanostrukturze powierzchni liści lotosu, po których krople wody spływają w mgnieniu oka razem z wszelkimi zanieczyszczeniami. A to, zdaniem ekspertów, dopiero początek. Jaka wspaniała przyszłość czeka nanorurki węglowe, w połączeniu z fulerenami najmocniejszy materiał, jaki kiedykolwiek wyprodukowano (fulereny to osobliwa forma węgla w kształcie dwudziestościanu, przypominająca piłkę futbolową). W nanorurkach wiązania między atomami są silniejsze niż w diamencie, przy tym cieniutkie włókna nanorurek są doskonałymi przewodnikami elektryczności. Zdaniem Jeana-Marca Grogneta, dyrektora do spraw naukowych Komisji Energii Atomowej w Komisji Europejskiej, materiał ten znajdzie masowe zastosowanie w energetyce i elektronice, gdy tylko cena nanorurek będzie wynosić 1 euro za gram. Na razie sięga 80 euro, ale z pewnością w 2004 r. znacznie spadnie – najważniejsze państwa przemysłowe inwestują w tę technologię ogromne sumy. Amerykańska agencja kosmiczna NASA opracowała plan skonstruowania z nanorurek orbitalnej windy wysokiej na 36 tys. km! Urządzenie to umożliwiłoby radykalne obniżenie kosztów umieszczania na orbicie satelitów – z 20 tys. do 200 dol. za kilogram. Hewlett-Packard i inne koncerny komputerowe pracują nad stworzeniem molekularno-elektronicznych chipów, zdolnych pomieścić gigantyczną masę danych. Dzięki nim amerykańska Biblioteka Kongresu zostanie zapisana w aparacie wielkości ręcznego zegarka. Podobnych rozmiarów systemy umożliwią nawiązanie każdego rodzaju łączności z dowolnego punktu planety. Zdaniem Związku Inżynierów Niemieckich, między 2010 a 2015 r. pojawią się superkomputery, wytwarzane nie konwencjonalnym sposobem, lecz niejako wyrastające z molekularnej zupy na zasadzie samoorganizacji. Za 10 lat w sprzedaży znajdą się

inteligentne łazienki,

codziennie przeprowadzające analizę oddechu, śliny i moczu użytkownika. Firma Nanosys Inc. z Palo Alto zapowiada stworzenie w ciągu trzech lat płaskich telewizorów, składających się wyłącznie ze szklanego ekranu (w którym umieszczona jest cała elektronika) oraz superwydajnych baterii słonecznych, które ogrzeją dom nawet w krajach, w których słońce nie pokazuje się często.
Pionierem nanotechnologii jest amerykański fizyk, późniejszy noblista Richard Feynman, który w 1959 r. podczas wykładu pod zadziwiającym tytułem “Tam, na dole, jest dużo miejsca”, podkreślił, że żadne prawo fizyki nie zabrania budowy przedmiotów atom po atomie. Drogę do Krainy Nano otworzyli 23 lata później Gerd Binnig i Heinrich Rohrer ze szwajcarskiego laboratorium IBM. Skonstruowali oni mikroskop tunelowy, dzięki któremu można nie tylko dostrzec atomy, ale także przesuwać je, wykorzystując siły elektryczne i magnetyczne. W 1989 r. ułożyli logo IBM z 35 atomów ksenonu.
Trzy lata wcześniej amerykański wizjoner Eric Drexler wywołał nanogorączkę, która trawi naukowców do dziś. W bestsellerze “Engines of Creation” (“Maszyny stworzenia”) przedstawił świat przyszłości, w którym mikroskopijne nanoboty krążą w ludzkim krwiobiegu, zabijając wirusy, naprawiając uszkodzone tkanki i niszcząc miażdżycowe złogi. Ludzie nie będą już musieli trudzić się pracą, gdyż nanoboty zbudują dla nich każdy dowolny przedmiot, atom po atomie.
Obecnie naukowcy wątpią, czy uda się stworzyć te lecznicze nanoboty w możliwej do przewidzenia przyszłości. Łatwiej jest zresztą zmodyfikować genetycznie i przystosować do spełniania określonych zadań w organizmie wirusa, będącego naturalną nanomaszyną, niż budować takie miniokręty krwiobiegu od postaw. Nie ulega jednak wątpliwości, że nanotechnologia odegra kapitalną rolę w medycynie, i to już w najbliższych latach. Trwają eksperymenty z nanokapsułkami, które przenoszą lekarstwa, proteiny, enzymy czy przeciwciała i uwalniają je w organizmie.
Naukowcy z Rice University w Houston w Teksasie stworzyli nanoskorupki (nanoshells), szklane miniperełki powleczone złotem, które służy do przetwarzania energii z promieniowania na ciepło. W poddanej radiacji o niskiej energii tkance nanoshells rozgrzały się do temperatury 55 stopni Celsjusza, niszcząc komórki rakowe, ale pozostawiając zdrowe struktury nietknięte. Doświadczenia przeprowadzone zarówno na ludzkich tkankach nowotworowych, jak i w rakowych tumorach myszy przyniosły znakomite rezultaty. Prof. Naomi Halas z Rice University podkreśla, że nanoskorupki są równie skuteczne jak chemioterapia, jednak bez jakichkolwiek skutków ubocznych.
Prawdopodobne jest, że nanotechnologia przyczyni się do wykorzenienia choroby Alzheimera, demencji i podobnych dolegliwości, które zamieniają podeszły wiek w koszmar. Naukowcy z University of Central Florida, biolog molekularny Beverly Rzigalinski i specjalista od technologii materiałów, Sudipta Seal, postanowili sprawdzić, jaki wpływ wywierają nanocząsteczki przemysłowe na żywe komórki. W eksperymencie tym wykorzystano nanocząsteczki tlenkowe, które Seal opracował w celu pokrywania powierzchni maszyn. Wyniki wielokrotnie powtarzanego testu okazały się zdumiewające. Nanocząsteczki wydatnie przedłużały życie komórek szczurzego mózgu – trzy-, a nawet czterokrotnie. Co więcej, nanocząsteczki sprawiły, że “sędziwe” neurony komunikowały się ze sobą równie intensywnie jak młode komórki. “Oznacza to, że możliwe jest nie tylko przedłużenie życia komórek mózgowych, ale także zachowanie ich funkcji”, twierdzi Beverly Rzigalinski. Prawdopodobnie uszkodzenia komórek powodują wolne rodniki tlenowe, zaś nanocząsteczki działają jak doskonałe antyutleniacze. Eksperymenty wykazały, że antyutleniacze z nanocząsteczek same regenerują się w komórkach. Czyżby ich działanie terapeutyczne

było nieograniczone w czasie?

Z wcześniejszych badań pani Rzigalinski wyciągnęła wniosek, że nanocząsteczki mają silne działanie przeciwzapalne. Obecnie trwają próby wykorzystania ich do stworzenia protez naczyń krwionośnych i implantów ortopedycznych.
Technologia w skali nano słusznie budzi ogromne nadzieje. Ale pojawiają się również poważne obawy. Przed sztucznymi ministrukturami ostrzegają organizacja ekologiczna Greenpeace, następca tronu brytyjskiego, książę Karol, i Bill Joy, jeden z czołowych amerykańskich uczonych i proroków ery informatyki, który przed dwoma laty zapowiedział technologiczną apokalipsę. Bill Joy, jeden z założycieli koncernu komputerowego Sun, stwierdził w kasandrycznym manifeście “Dlaczego przyszłość już nas nie potrzebuje”, że rozwijające się błyskawicznie inżynieria genetyczna i technologia komputerowa mogą zmieść ludzkość z powierzchni Ziemi po upływie zaledwie dwóch pokoleń. Szczególnie groźne okażą się nanoboty. Co będzie, jeśli wyrwą się spod kontroli swych stwórców i zaczną rozmnażać się lawinowo jak wirusy komputerowe? Tylko że te ostatnie powodują szkody w świecie wirtualnym, zaś nanoboty, rozprzestrzeniające się błyskawicznie z wiatrem niczym pyłki kwiatowe, będą siać spustoszenie w realnym świecie. W poszukiwaniu energii słonecznej mogą np. otulić Ziemię szczelną powłoką, nie dopuszczając światła, co spowoduje zagładę całej biosfery. Albo też przetworzą ludzi, rośliny i zwierzęta na surowce do swej replikacji, pozostawiając bezkształtną szarą masę (grey goo, która szczególnie trwoży księcia Karola). Podobny scenariusz wykorzystał w swej powieści “Prey” autor “Parku jurajskiego”, Michael Crichton.
Ale renomowani naukowcy uważają takie wizje za całkowicie nierealne. Zdaniem badaczy z brytyjskiego Royal Society, stworzenie inteligentnych, zdolnych do samopowielania nanobotów nigdy nie będzie możliwe. Istnieją jednak inne realne niebezpieczeństwa.
Prof. Mark Wiesner z Rice University zwraca uwagę, że już teraz wytwarzane są całe tony nanocząsteczek. “Co z tym wszystkim zrobić? Co się stanie, jeśli nanocząsteczki przenikną do łańcucha pokarmowego? W jaką interakcję wejdą ze środowiskiem?”, pyta naukowiec. Eksperymenty wykazały, że nieorganiczne nanocząsteczki wzbogacają się w żywych komórkach, wchłaniają je też bakterie. Nawet minimalne ilości nanocząsteczek arsenowo-galenowych są trujące dla ludzkiego organizmu. Nanotechnologia może się okazać pomocna do stworzenia nowej generacji niszczycielskiej broni masowej zagłady. Jak napisał w listopadzie br. magazyn “Science”, wciąż

nieznany terrorysta,

który jesienią 2001 r. siał postrach w Stanach Zjednoczonych, wysyłając listy z bakteriami wąglika, prawdopodobnie stworzył te zarazki w niezwykle nowoczesnym superlaboratorium, być może amerykańskim. Przetrwalniki wąglika zostały bowiem spreparowane za pomocą nanotechnologii, tak aby stały się niezwykle lotne – dosłownie do każdego zarazka została przytwierdzona nanocząsteczka szkła kwarcowego. Eksperci przewidują, że Narody Zjednoczone będą musiały uzupełnić konwencje dotyczące broni masowej zagłady o nowe rozdziały o środkach zabijania w skali nano.
Z pewnością wyprawa w zagadkowy świat nanomolekuł i minimaszyn nie jest wolna od ryzyka. Ale nikt nie zdoła zatrzymać postępu nauki. Rewolucja nanotechnologiczna w ciągu najbliższych dwóch, trzech dziesięcioleci zmieni życie ludzi w sposób, którego teraz nie można sobie wyobrazić.

 

Wydanie: 52/2003-1/2004

Kategorie: Nauka

Napisz komentarz

Odpowiedz na treść artykułu lub innych komentarzy