TEMA BROJA

O.K.

Nanotehnologija / Daleki istok

Budućnost se meri nanometrima

Nanotehnologija predstavlja vrlo složen proces, zasnovan na nizu naučnih disciplina i delatnosti i podrazumeva proizvodnju i upotrebu materijala na nivou čestica. Kina je sa značajnim ulaganjima u ovoj oblasti počela poznih osamdesetih godina prošlog veka. Iza čitavog poduhvata stale su vodeće nacionalne institucije kada je reč o nauci i tehnologiji. Najpre, Kineska akademija nauka, najveća istraživačka ustanova na planeti, Nacionalna fondacija za prirodne nauke koja je direktno odgovorna vladi u Pekingu, i nekadašnja Komisija za nauku i tehnologiju koja je u međuvremenu prerasla u ministarstvo.

Po broju objavljenih stručnih radova, još 2004. godine najmnogoljudnija država sveta prestigla je SAD. U poslednje vreme, ova azijska zemlja bez konkurencije je prva u svetu po broju članaka iz ovog domena, sa gotovo trećinom od svih objavljenih tekstova na planeti iako su, što se tiče citata u stranim publikacijama, još uvek na niskom nivou. Na drugoj strani, udeo Kine po pitanju nanotehnoloških patenata je u nagloj ekspanziji.
Početkom poslednje decenije 20. stoleća, stručnjaci iz Kine su bili veoma zapaženi na međunarodnim skupovima posvećenim skenirajućem tunelskom mikroskopu koji pruža mogućnost posmatranja i proizvodnje slike na nivou atoma i u delu nauke zasnovanom na nanoskopskoj skali. Pronalazak tog mikroskopa postavio je osnov za sticanje novih saznanja.
Prvo zvanično veliko istraživanje nanomaterijala i nanostruktura obavljeno je 1999. godine. Kineske vlasti su finansijski pomogle, do 2002. godine, izvršenje skoro hiljadu projekata koji se odnose na nanotehnologiju. Ubrzo potom, nastao je Nacionalni komitet za upravljanje nanotehnologijom. Većina istraživačkih i obrazovnih ustanova koja se bave naukom i primenom znanja na sićušne materijale su u širem regionu Pekinga i Šangaja. Praktična primena ove delatnosti ogleda se u borbi sa pojačanim emisijama ugljen-dioksida prouzrokovanim industrijskim razvojem.
Ultratanke katalitičke membrane od nanomaterijala doprinose smanjenju emisija ovog štetnog gasa čak do 90% tako što njegovi molekuli ostaju pričvršćeni na površini i pretvaraju se u manje opasne gasove. Rad na ovom polju može pomoći Kini da značajno smanji koncentraciju gasova staklene bašte.

Prvo na baterije

Kinezi su svetski lideri u proizvodnji baterija.U okviru te delatnosti, posebno mesto imaju baterije namenjene električnim vozilima. Pritom, ipak, nastaju brojni problemi, pre svega sa sporim punjenjem i kratkim rokom trajanja. Rešenje kod teškoća sa ovim proizvodom Kinezi su potražili u nanotehnologiji.
BAIC grupa je javno preduzeće čiji je naziv „Pekinška automobilska industrija“. Tokom proizvodnje 200 električnih limuzina, kineski stručnjaci napravili su litijum-jonsku bateriju izuzetne gustine energije. Po kilogramu mase može da skladišti 300 vat-sati sa kojima kola mogu da pređu više od 500 km.
Nanotehnologija je primenjena  i kod nove generacije litijum-sumporskih i litijum-vazdušnih baterija koje su, pored toga što su u stanju da uskladište znatno više enegrije, značajno lakše i jeftinije od svojih litijum-jonskih preteča. Kineska litijum-sumporska baterija ima snagu 609 vat-sati po kilogramu. Još veće dostignuće je ostvareno sa litijum-vazdušnom baterijom u kojoj je 780 vat-sati po kilogramu. Ona koristi kiseonik iz vazduha, za elektrode pošto katalitički nanomaterijali mogu da ubrzaju hemijske rekacije.

Pročišćavanje vode, lekovi

U unutrašnjoj Mongoliji, deo ljudi vodi nomadski način života. Namera je da više od hiljadu dvesta  nomadskih porodica dobiju pokretne sisteme za pročišćavanje vode. U tim sistemima je i nanomaterijal koje će nomadi menjati samo jednom godišnje.
U poslednje vreme, niče sve više privatnih kompanija koji se bave proizvodima proisteklim iz ugljenikove alotropske modifikacije, grafena.
U sve većem usponu je i nanomedicina. Nano lekovi omogućavaju niz prednosti u odnosu na konvencionalne jer su u stanju da prevaziđu prepreke poput ćelijskih membrana a odlikuju ih farmako-kinetičke posebnosti sa nizom specifičnih funkcija. Kineski stručnjaci nastoje da oforme nanonosioce za lečenje malignih tumora, poput DNK nanostruktura. Koriste se, pored ostalog,silicijum-dioksid, nanočestice pigmenta zasnovane na ugljeniku...
U Kini se dosta radi na višefunkcionalnim nanokompozitima, zasnovanim na titanijum-dioksidu za svetlosnu terapiju.
Kineski stručnjacisu, zahvaljujući nanotehnologiji, detaljno opisali uočavanje i zolaciju vanćelijskih struktura i počeli da ih koriste za praćenje promena kod presađenih atičnih ćelija koje mogu da ubrzaju terapiju. Svoju primenu nanomaterijali imaju i u lečenju Alchajmerove bolesti i hipotermije.

DNK nanorobot

Od pre petnaest godina deluje, pod pokroviteljstvom Kineske akademije nauka, vlade i dva elitna pekinška univerziteta, Nacionalni centar za nanonauku i tehnologiju. Naučnici iz tog centra su, prošle godine, stvorili prvog autonomnog  DNK nanorobota. Sarađujući sa kolegama iz Arizone, u SAD, njihova tvorevina je dodatno unapređena. Oni su sproveli ispitivanja kako da nanorobote koriste u borbi protiv kancera. Sa prečnikom od 19 nanometara i dužine 90, cevastog oblika, prolaze kroz krvotok tražeči tumore. Kada ih detektuju, napadaju ih enzimima tako što prekinu dotok krvi tumoru.
Istraživanje je trajalo pet godina. Prvi put su do kraja sprovedeni eksperimenti na živim organizmima. Pokazalo se da se, kod miševa, tumor smanjio a nekad i u potpunosti nestao za kratko vreme.
Delovanje nanorobota proučeno je i na svinjama zbog organske sličnosti sa ljudima. Velika prednost ovog lečenja je što ne uzrokuje oštećenja kao što to čine hemoterapija i zračenje.

Ka razvoju biološkog računarstva

Sam izraz „nanotehnologija“ prvi je upotrebio japanski naučnik Norio Taniguči. Ovaj profesor Tokijskog univerziteta za nauku 1974. godine objavio je stručni rad o poluprovodničkim procesima i tehnologiji proizvodnje, pri kojoj se stvaraju predmeti čija se veličina meri u nanometrima.
I u Japanu su resorna ministarstva usmeravala razvoj ove oblasti. Najznačajniju ulogu ima Savet za nauku i tehnologiju. Oformljena je mreža istraživača koji istraživanja nanostrukture obavljaju pod upravom japanskog Ministarstva za međunarodnu trgovinu i industriju i Agencije za nauku i tehnologiju. Prevashodni cilj je je da se osmisle inovacije u proizvodnji čipova. Proučavanje ovih materijala su uznapredovali u dve laboratorije u Japanu, posvećeni su poluprovodničkim napravama pošto smatraju da je sadašnja tehnologija uveliko prevaziđena.
Najpre se istražuju oblasti poput fotonike. U saradnji japanske vlade i privatnika, projekti traju između tri i dvanaest godina. Početkom devedestih, u Japanu se dosta radilo na kvantnim uređajima. Iz tog poduhvata proistekle su kvantne žice dužine 18 nanometara, koje se upotrebljavaju kao skenirajući tunelski mikroskop.

Vrše se i osnovne operacije sa raznim vrstama kvantnih tranzistora a u začetku je i proučavanje uticaja delovanja bioelektroničkih naprava. Takođe, izučavani su principi pamćenja, učenja  i uočavanja obrazaca. To vodi ka razvoju biološkog računarstva u čijem korenu je nanotehnologija. Japanci su osmislili i projekat  „Femtosekund“ gde su istraživali ultrabrzu lasersku tehnologiju u širokom talasnom opsegu.  
Dosta je učinjeno na identifikaciji, merenju  i uređivanju atoma i molekula na površini različitih materijala. Namera je da se predvide procesi u česticama. I ovaj nanotehnološki projekat manipulacije atoma i molekula počeo je u laboratoriji u Cukubi, da bi kasnije bio prihvaćen od strane nadležnog ministarstva i proširen tako što su u njega uključene i druge bitne istraživačke institucije.
U drugoj fazi projekta, posebna pažnja je posvećena nanostrukturnim formacijama u poluprovodnicima. Treba ustanoviti hemijske karakteristike atoma i molekula na čvrstoj površini. U postupku je korišćen mikroskop za osmatranje atomskih čestica u kombinaciji sa skenirajućim tunelskim mikroskopom. Takođe, na taj način se posmatra površina atoma i vrši identifikacija preko masene spektometrije. Prva provera je izvršena na atomima silicijuma.
Zajednički istraživački centar za atomsku tehnologiju je nauticajnija institucija u Japanu za ova istraživanja. Posebna laboratorije za nanoelektroničke, nanonofotoničke i nanoelektrične materijale postoji u velikom institutu „Riken“, koji se bavio ispitivanjem veštačke neuronske mreže, odnosno veštačke inteligencije.
Japanske privatne kompanije, u saradnji sa Istraživačkim centrom za naprednu nauku i tehnologiju Tokijskog univerziteta, dosta čine na istraživanju biosenzora, što je put ka stvaranju mikromašina.

O.K.

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"