ნანო... (ბერძნ. nanos - ჯუჯა), რთული თავსართი იმ წილობითი ერთეულების საწარმოებლად, რომლებიც სიდიდით საწყისი ერთეულების ერთი მემილიარდედი ნაწილის ტოლია. აღნიშვნები: ქართული ნ., საერთაშორისო n. მაგ., 1 ნმ (ნანომეტრი)=10^-9მ.
ტერმინი ნანოტექნოლოგია 1974 წელს შემოიტანა იაპონელმა პროფესორმა ნორიო ტანიგუჩიმ, იგი ეწოდება ატომებისა და მოლეკულების შეკავშირებისა და მოწესრიგების გზით 1 დან 100 ნმ-მდე ხელსაწყოების, მასალებისა და სისტემების შექმნას.

ნანოტექნოლოგია-ფუნდამენტური და გამოყენებითი მეცნიერებისა და ტექნიკის დისციპლინათშორისი სფერო, რომელიც საგნების ატომურ და მოლეკულურ დონეზე მანიპულირების მეთოდებსა და ხერხებს შეისწავლის. ზოგადად ნანოტექნოლოგია იკვლევს სტრუქტურებს, რომელთა ზომა 100 ნანომეტრს არ აღემატება და მოიცავს მასალებისა და მოწყობილობების შემუშავებას ამ ზომის ფარგლებში. ნანოტექნოლოგია უკიდურესად მრავალფეროვანია და მოიცავს, როგორც არსებული მოწყობილობების ახლებურად აწყობის საშუალებებს, ისე სრულიად ახალი მასალების შექმნას ნანოშკალის დონეზე.
აღმოჩნდა, რომ ზოგიერთი ნივთიერების ნანონაწილაკებს აქვთ განსაკუთრებული კატალიზატორული და ადსორბციული(შეწოვა) თვისებები. სხვებს განსაკუთრებული ოპტიკური თვისებები, მათი უთხელესი ფენებით მზადდება მზის ბატარეები. დაბალი ეფექტურობის მიუხედავდ, ასეთი ენერგიის წყაროს დამზადება უფრო იაფია და ის შეიძლება იყოს ელასტიურიც. ნანონაწილაკები ურთიერთქმედებენ ასეთივე ზომის ბუნებრივ ნაწილაკებთან - ცილებთან, ნუკლეინურ მჟავებთან და სხვა. კარგად გასუფთავებულ ნანონაწილაკებს შეუძლიათ თვითმოწყობა გარკვეულ სტრუქტურებად. ასეთი სტრუქტურა შეიცავს მკაცრად ორიენტირებულ ნანონაწილაკებს, რაც მას განსაკუთრებულ თვისებებს სძენს.
ნანოებიექტები იყოფიან 3 ძირითად კლასად: სამ განზომილებიანი ნაწილაკები, მათ იღებენ გამტარის მაღალი ამპერაჟის დენით აფეთქებით, პლაზმური სინთეზით და სხვა. ორ განზომილებიანი ობიექტები - აფსკი, რომელიც მოლეკულური ფენების დალექვით მიიღება, იონური დალექვა და სხვა. ერთ განზომილებიანი ობიექტები - ვისკერები, მათი მიღება ხდება მოლეკულების დალექვით სპეციალურ ცილინდრულ მიკროფორებში. არსებობენ აგრეთვე ნანოკომპოზიტები - ისინი ნივთიერების რაიმე სახის მატრიცებში შეყვანით მიიღება. ამჟამად ფართო გამოყენება ჰპოვა მიკროლითოგრაფიამ, ის საშუალებას იძლევა მატრიცების ზედაპირზე მივიღოთ 50 ნანომეტრის ზომის ნივთიერებათა ერთმანეთისგან გამოყოფილი ნაწილაკები, ეს მეთოდი ძირითადათ ელექტროტექნიკაში გამოიყენება. სხვა ცნობილი მეთოდები კი მეცნიერული კვლევებისთვისაა განკუთვნილი. განსაკუთრებულად აღსანიშნავია იონურ მოლეკულური დალექვა, ამ ხერხით შესაძლებელი გახდა რეალური მონო ფენების მიღება - მასში ერთ ფენადაა განლაგებული რაიმე ნივთიერების მოლეკულები, ატომები ან უჯრედები.
განსაკუთრებულ კლასს მიეკუთვნებიან როგორც ხელოვნური ასევე ბუნებრივი წარმოშობის ორგანული ნანონაწილაკებიც.
მასალები, შექმნილი ნანოტექნოლოგიის საფუძველზე, მათი შემადგენელის მიკროსკოპული ზომებიდან გამომდინარე უნიკალური თვისებებით:


ნახშირბადის ნანომილები -წაგრძელებული ცილინდრული სტრუქტურები ერთიდან ათეულობით ნანომეტრი ზომით და რამდენიმე სანტიმეტრის სიგრძით. ისინი შედგებიან ერთი ან რამდენიმე, ერთმანეთში ჩახვეული ჰექსაგონალური გრაფიტების სიბრტყეებისგან(გრაფენი), დაბოლოებული ნახევრად სფერული თავებით.



ფულერენები-მოლეკულური ნაერთები, რომლებიც ნახშირბადის ალოტროპული ფორმების კლასს ეკუთვნიან(ალმასი, კარბინი და გრაფიტი), ფორმით ამობურცული, შეკრული მრავალკუთხედები, შემდგარნი ლუწი რიცხვის, სამად კოორდინირებული ნახშირბადის ატომებისგან.
ფულერენები (C60 - C70) ფორმირდებიან პლანეტარულ ნისლეულებში და ვარსკვლავთშორის სივრცეში მიგრირებენ. კოსმოსური ტელესკოპი სპიცერის მიერ მიღებული სპექტრი სუფთაა და ემთხვევა ლაბორატორიაში მიღებული ფულერენის სპექტრს. ამასთან ერთად, ორი ტიპის ფულერენი შეადგენს 3%-ს ამ ვარსკვლავის გარშემო არსებული ნახშირბადისა. საინტერესოა ნახშირბადის რა რაოდენობაა ასეთი მოლეკულის სახით მთელს სამყაროში, ეს მოლეკულა ხომ ძალიან გამძლეა გარემო პირობების მიმართ.


გრაფენი-ნახშირბადის ატომების მონო ფენა(ერთი ფენა), მიიღეს 2004 წელს მანჩესტერის უნივერსიტეტში(The University Of Manchester). მისი გამოყენება შესაძლებელია აზოტის ორჟანგის დეტექტორად, რომელიც ამ ნივთიერების ერთეულ მოლეკულებსაც კი აფიქსირებს. ეს ნახევრად ლითონი ძალიან აქტიურია ოთახის ტემპერატურაზე, ის განიხილება პერსპექტიულ მასალად, რომელიც შეცვლის სილიციუმს ინტეგრალურ მიკროსქემებში.

ნანოკრისტალები — ერთეული ერთგვაროვანი კრისტალი, აქვს უწყვეტი კრისტალური მესერი, ახასიათებს ანიზოტროპული თვისებები. სილიციუმის ასეთი კრისტალი შეუცვლელი ელემენტია თანამედროვე ელექტროტექნიკაში.

აეროგელი - მასალა, რომელიც წარმოადგენს გელს, მასში თხევადი ფაზა მთლიანად შეცვლილია გაზურით. ასეთ მასალას აქვს რეკორდულად დაბალი სიმკვრივე და უნიკალური თვისებები: სიმყარე, გამჭვირვალობა, სითბომედეგობა, უკიდურესად დაბალი თბოგამტარობა. გავრცელებულია ამორფული სილიციუმის დიოქსიდის,თიხამიწების და ასევე ქრომისა და კალას ოქსიდების საფუძველზე შექმნილი აეროგელები. 1990 წელს მიღებულ იქნა გელები ნახშირბადის საფუძველზეც.

ნანოაკუმულატორები-2005 წლის დასაწყისში კომპანიამ სახელად Altair Nanotechnologies(ა.შ.შ.) გამოაცხადა, რომ შექმნა ინოვაციური ნანოტექნოლოგური მასალა, ლითიუმ-იონური აკუმულატორებისთვის. აკუმულატორები Li4Ti5O12-ით იტენება 10-15 წუთში.


თვითმწმენდი -ზედაპირები დაფუძნებული ლოტოსის ეფექტზე. ეს არის ზედაპირის უკიდურესად ძნელად დასველების თვისება, რომელიც ახასიათებს ლოტოსის ფოთოლებს და ზოგიერთი სხვა მცენარეების ფოთლებსაც. ასეთ ზედაპირზე მოძრაობის დროს წყლის წვეთები არ ასველებენ მას და თან იყოლებენ ამავე ზედაპირზე მოხვედრილ მტვრის ნაწილაკებს.

ნანონაწილაკებს აქვთ ერთი თვისება, რომელიც ხელს უშლის მათ გამოყენებას. ნაწილაკებს შეუძლიათ წარმოქმნან აგლომერატები, ანუ ეწებებიან ერთმანეთს. იმისათვის, რომ ნანონაწილაკები მომავლის ტექნოლოგიების უმნიშვნელოვანეს ნაწილად იქცეს საჭიროა ამ პრობლემის გადაჭრა. ერთ-ერთი გზაა დისპერსანტების გამოყენება - ასეთებია ამონიუმის ციტრატი(წყალხსნარი), იმიდაზოლინი, წყალში უხსნადი სპირტები. მათ დაუმატებენ არეებში, რომლებიც ნანონაწილაკებს შეიცავენ


ნანოტექნოლოგიის ისტორია

პირველი დაკვირვებები და ზომა-გაზომვაnano-ნაწილაკების მიღებულ იქნა პირველი ათწლეულის მე -20 საუკუნეში.ისინი ძირითადად ასოცირდება Richard Adolf Zsigmondy-თან,რომელმაც დეტალურად შეისწავლა ოქროს sol-ები და სხვა ნანომეტრიები ზომებით 10 nm და უფრო ნაკლები.მან გამოსცა წიგნი 1914 წელს.
ის იყენებდა ულტრამიკროსკოპს(ultramicroscope-არის გასანათბელი მოწყობილობა,რომელსაც იყენებენ პატარა ნაწილაკების დასანახად),იმიტომ რომ ამ მოწყობილობაში წვრილი მუქი ნაწილაკების დასანახვა უფრო კარგი საშუალებაა,ვიდრე ღია ტალღის სიგრძე. სიგმონდი აგრეთვე პირველი იყო,რომელიც იყენებდა ტერმინს ( nanometer ) ზუსტად,მისთვის დამახასიათებელი ზომებით.მან განსაზღვრა ეს,როგორც 1/1,000,000 მილიმეტრის.(მილიმეტრი-(ამერიკული მართლწერა: millimeter,სიმბოლო MM), არის ერთეული სიგრძის საძომ სისტემაში,რომელიც ტოლია 1000 მეტრის.) .მან შექმნა პირველი სისტემის კლასიფიკაციის საფუძველზე ნაწილაკების ზომის nanometer დიაპაზონი.

არსებობს ბევრი მნიშვნელოვანი მოვლენების დროს მე-20 საუკუნისთვის დამახასიათებელი ნანომეტრული და მასთან დაკავშირებული მოვლენები.1920 წელს Irving Langmuir-სა და Katharine B. Blodgett-ს გააცნო კონცეფცია monolayer(monolayer- არის ერთი მჭიდროდ შეკრული ფენა ატომების,მოლეკულების ან უჯრედების).ლონგმურმა მიიღო ნობელის პრემია ქიმიაში მისი ნამუშევრისთვის.

" მოლეკულური ნანოტექნოლოგია "



მოლეკულური ნანოტექნოლოგია,ზოგჯერ მას უწოდებენ მოლეკულის წარმოებას,აღწერს ნანოსისტემების ტექნოლოგიას,ფუნქციონირებს მოლეკულური მასშტაბით.მოლეკულური ნანოტექნოლოგია განსაკუთრებით ასოცირდება მოლეკულურ assembler-თან,მანქანა,რომელსაც შეუძლია აწარმოოს სასურველი სტრუქტურა ან ნოწყობილობა atom-by-atom მექანოსინთეზის პრინციპის გამოყენებით.( Mechanosynthesis-არის რაიმე ქიმიური სინთეზი,სადაც მუშაობის შედეგები განისაზღვრება‘‘ მექანიკური შედეგების გამოყენებით ).
ტერმინი "ნანოტექნოლოგია" ითვალისწინებდა მომავალში მოლეკულური სისტემის მქონე ტექნიკის შექმნას.






ფუნქციონალური მიდგომები

. მოლეკულური მასშტაბის ელექტრონიკა ესწრაფვის განავითაროს მოლეკულების სასარგებლო და საინტერესო ელექტრონული თვისებები.ეს შეიძლება გამოყენებულ იქნას,როგორც ერთ მოლეკულად ნანოელექტრონულ მოწყობილობებში.

. სინთეტიკური ქომიური მეთოდები აგრეთვე შეიძლება გამოყენებული იქნას სინთეტიური მოლეკულური ძრავების შესაქმნელას,როგორიცაა nanocar-ი.( nanocar-ი არის მოლეკულა,რომელიც შექმნილია Rice University-ში ჯგუფის მიერ ჯეომს ტურის თაოსნობით)http://en.wikipedia.org/wiki/Nanocar




იარაღები და ტექნიკა



არსებობს რამდენიმე მნიშვნელოვანი თანამედროვე განვითარება.atomic force microscope და Scanning Tunneling Microscope არის ორი ადრეული მეთოდი სკალირების,რომელიც დაიწყო ნანოტექნოლოგიაში.არსებობს სხვა მეთოდიც სკანირების გამოძეიბის მიკროსკოპით.ყველა ეს იდეა წარმოშობილი იყო მარვინ მინსკის მიერ 1961 წელს და სკალირების აკუსტიკური მიკროსკოპის იდეა წარმოშობილი იქნა კელვინ ქუოითის მიერ 1970 წელს.ის ქმნის ნანოსკალის სტრუქტურის ნახვის შესაძლებლობას.ეს ტიპი სკანირებისა აგრეთვე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნანოსტრუქტურის მანიპულირტებისთვის.


გზა ვაკუმური ლამფებიდან მიკროჩიპებამდე




მიკროჩიპის კაფსულა


1969 წელს ფირმა "intel"-მა შექმნა პირველი მიკროპროცესორი-ჩიპი,რომელზეც მუშაობდა მთელი გამოთვლები.ამან არა მარტო გაამარტივა კომპიუტერის კონსტრუქცია,არამედ მისი შემდგომი მინიატურიზაცია და შემდგომ პერსონალური კომპიუტერის შექმნა გამოიწვია.(apple-ი,1976 წ. ს.ჯობსი და ს.უოზნიაკი)პერსონალური კომპიუტერის ბაზაზე მალე გიგანტი "IBM"-იც გამოჩნდა.აღსანიშნავია,რომ ფირმამ მოულოდნელად შეზღუდა თავისი მონოფოლია და კონკურენტებისთვის არ გაასაიდუმლოვა თავისი კომპიუტერის მოწყობილობები.პირიქით,მისი არქიტექტურა და ბლოკები ყველასთვის ღია და ხელმისაწვდომი იყო.ნებისმიერ მწარმოებელს,პრაქტიკულად მუქთა ლიცენზიით შეეძლო ეწარმოებინა ამ კომპიუტერის ბლოკები.სწორედ ამან გამოიწვია,ე.წ IBM-თავსებადი,აწყობილი კომპიუტერებისა და მისი ბლოკების მასობრივი წარმოება აზიის ქვეყნებში.ამით კომპიუტერი მთელ მსოფლიოს მოედო და IBM-ის კომპიუტერის არქიტექტურა მსოფლიოს სტანდარტად იქცა.
კომპიუტერიზაციის ტალღამ დიდი ხანია მოაღწია საქართველომდეც და ჩვენი საძოგადოების ყველა სასკობრივი ფენის წარმომადგენელი ფართოდ მოიხმარს საინფორმაციო ტექნოლოგიების მიღწევებს ყოფა-ცხოვრებაში.
კომპიუტერის მუშაობა,მასში იმფორმაციის დამუშავება მიკროელექტრონული ინტეგრალური სქემების საშუალებით ხდება.მიკროელექტრონული ტექნოლოგია მოიცავს იმ სქემების შექმნას,რომლებიც უზრუნველყოფენ ინფორმაციის კომპიუტერში შეყვანას,დამახსოვრებას,მიმოცვლას,გადაცემას და ასახვას.
მიკროელექტრონულ სქემებში მცირე ზომის მიღწევების ცვლილებამ ერთგვარი უშეღავათო შეჯიბრების სახე მიიღო.სწორედ ეს ტენდენცია იგრძნო კომპანია "ინტელის" ერთერთმა დამფუძვნებელმა გ.მურმა 1965 წელს,როცა გამოსცა დღეს უკვე აღიარებული ემპირული კანონი:მიკროსქემაში ტრანზისტორთა რიცხვი ორმაგდება ყოველ 18 თვეში.ეს კანონი პრაქტიკულად გულისხმობს ყოველ წელიწადნახევარში რტანზისტორთა ზომების მესამედით შემცირებას(მიღებულია,რომ ტრანზისტორთა ზომების 30%-ით შემცირება იწვევს მათი რიცხვის გაორმაგებას და 50%-ით სიჩქარის ზრდას).მაგალითად:1971 წელს პროცესორი 4004 შეიცავდა 2000 რტანზისტორს,



ზომების შემცირების ეს ტენდენციები განსაკუთრებით კარგად აისახა მეხსიერების სქემებსა და ელემენტებზე,რომელთა ფასი მუდმივად იზრდება,ტევადობა კი მცირდება.
საყურადღებოა ის ფაქტი,რომ 990-იან წლებში შეინიშნებოდა მურის კანონის მცირედი შეფერხება რაც კარგად ჩანს დიაგრამაზეც:





ამ ფაქტმა ისეთი შეშფოთება გამოიწვია მწარმოებლებში,რომ თითქოს მისი კანონი ბუნების კანონი ყოფილიყოს და მის არ შესრულებას გლობალური კატასტროფის გამოწვევა შეეძლოს.
სულ მალე კი არათუ აღდგა მურის კანინი, არამედ წრფივი დამოკიდებულების ექსპონენციალურით შეცვლაზეც ალაპარაკდნენ.





ნანოტექნოლოგები,როგორც მომავლის მეცნიერების საფუძველი

როგორც უკვე ავღნიშნეთ,ტერმინი ნანოტექნოლოგია იაპონელი პროფესორის ნორიო ტანიგუჩის დამსახურებით გახდა ცნობილი 1974 წელს.
მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ უახლოეს მომავალში ნანონაწილებით შექმნილი ტექნოლოგიები შეცვლიან სამყაროს, საზოგადოებას, კაცობრიობის ცხოვრების წესს. ანოტექნოლოგიით დამზადებული სისტემებით დაინტერესებულია როგორც საბუნებისმეტყველო და სიცოცხლისშემსწავლელი, ისე საინფორმაციო, ფარმაცევტული და საინჟინრო მეცნიერებები. აქედან გამომდინარე, ნანოტექნოლოგია, როგორც უაღრესად მულტიდისციპლინარული გამოყენებითი სფეროს მეცნიერება ზემოთ ჩამოთვლილ ყველა მიმართულებას მოიცავს. ნანომედიცინის მიმართულებითაა მოსალოდნელი ადამიანის ჯანმრთელობისთვის ყველაზე მნიშვნელოვანი შედეგების მიღება. ბიოლოგიური დაავადებათა გამომწვევი ობიექტები ნანოზომებით ხასიათდებიან. დღეს მათთან ბრძოლა სწორედ მათი თანაზომადი და კიდევ უფრო მცირე ნანონაწილაკებით, ნანორობოტებითა და ნანოხელსაწყოებით მიმდინარეობს, რაც მკურნალობის მეთოდების ეფექტურობას მნიშვნელოვნად ზრდის.
2009 წლის ნობელის პრემია ფიზიოლოგიისა და მედიცინის დარგში მიენიჭა სამ ამერიკელ მეცნიერს, რომლებმაც ნანონაწილაკებით მარკირების მეთოდით აღმოაჩინეს ქრომოსომთა დაყოფისას მათ განაპირა რეგიონებში დეფექტების გაჩენა, შესაბამისად, სიბერის გამოწვევისა და მასთან ე.წ. ტელომერებით ბრძოლის ეფექტი. ეს აღმოჩენა, რომელიც ნანოტექნოლოგური მასალების გამოყენებით გაკეთდა, სავარაუდოდ, სულ მალე შეძლებს სიბერის გადავადებას.დღეს უკვე რეალობად იქცა სამკურნალო პრეპარატების მოლეკულების ჩანერგვა ისეთ ნანონაწილაკში, რომელიც სისხლს გაჰყვება და დაუკავშირდება მხოლოდ წინასწარდეგეგმილ ორგანოს, მაგალითად, ღვიძლს ან თირკმელს. ამრიგად, შესაძლებელი ხდება წამლის სელექციური მიტანა დაავადებულ ორგანოში, რაც მნიშვნელოვნად ზრდის პრეპარატის ეფექტურობას.შექმნილია ძვლის და კანის შემცვლელი ხელოვნური ნანომასალები. ცნობილია, რომ ადამიანის გაცვეთილი ხრტილი აღარ აღსდგება, რაც ბევრი ადამიანის, მათ შორის სპორტსმენის ინვალიდობას იწვევს. წელს გაცხადდა, რომ შეიქმნა ბიოაქტიური ნანომასალა, რომელიც ხრტილის აღდგენასა და სახსრის განკურნებას იწვევს.
არის ნანომედიცინის ბევრი სხვა მიღწევაც, რომელთა რიცხვი სულ უფრო იზრდება.
რაც შეეხება კიბოს პრობლემის დაძლევას ნანოტექნოლოგიური მეთოდებით, ამ მიმართულებით ბევრი რამაა მიღწეული, მაგრამ ბევრი ისევ კვლევის პროცესშია. უმთავრესი აქ მაინც ადრეული დიაგნოსტიკაა, რაც მკურნალობას აიოლებს. უკვე დამზადებულია ე.წ. ერთ ჩიპზე დამზადებული ქიმიური ლაბორატორიები, რომელთა ზომები კვადრატული მილიმეტრებით განისაზღვრება. ასეთი ჩიპები სისხლისა თუ დნმ-ის ანალიზისთვის უმცირეს წვეთებს მოიხმარენ. მათი საშუალებით შეიძლება დნმ-ის სწრაფი ანალიზი, მასში მომხდარი მუტაციებისა და შესაბამისად, დაავადების ადრეული დიაგნოსტიკა. სწორედ კიბოს დროული გამოვლენა და სწრაფი, შედარებით იოლი მეთოდებით მკურნალობაა ბევრი განვითარებული ქვეყნის კიბოსთან ბრძოლის მთავარი სტრატეგია. მის ხერხემალს სწორედ ნანოტექნოლოგიური მასალები და ზემგრძნობიარე ნანოხელსაწყოები წარმოადგენენ.
ხოლო რაც შეეხება კიბოს მკურნალობას, უკანასკნელ ხანს ერთ-ერთ პროგრესულ მეთოდად მიჩნეულია სისხლში სპეციალური მაგნიტური ნანონაწილაკების შეშვება, რომლებიც მხოლოდ კიბოთი დაავადებულ უჯრედებთან გროვდებიან. გარედან რეზონანსული მაღალსიხშირიანი ველის მოდებისას მხოლოდ ეს ნანონაწილაკები ითვისებენ ველის ენერგიას, ხურდებიან და მეზობელი კიბოიანი უჯრედების განადგურებას და შესაბამისად, კიბოს განკურნებას იწვევენ.