Шинкура Лариса Михайлівна   

Україна, м. Чернівці, Буковинський державний медичний університет

Наноматеріали і фізичні методи дослідження їх розмірів.

         Нанонаука – нова галузь науки та виробництва, що вивчає фізичні, фізико-хімічні, біологічні, фармакологічні, токсикологічні властивості наночастинок розміром до 100 нм, можливість їх синтезу за допомогою сучасних нанотехнологій та застосування у різних галузях народного господарства, медицині, фармації [1].

         Першу публікацію на цю тему було надруковано у 1991 році. Було наведено таке визначення нанотехнологій – це дослідження і технологічні розробки на атомному, молекулярному або макромолекулярному рівнях у шкалі розмірів приблизно від 1 до 100 нм, що проводяться для одержання фундаментальних знань про природу явищ та властивостей різних матеріалів у наношкалі, а також для створення і використання структур, приладів і систем, що набувають нових якостей завдяки своїм маленьким розмірам [2].  Нанотехнологічні дослідження та розробки включають контрольовані маніпуляції з нанорозмірними структурами, їх інтеграцію у більш великі компоненти, системи та архітектури.

         Виділено три напрямки досліджень у галузі нанотехнологій:

1. Створення нових легких і надзвичайно міцних наноматеріалів та розробка на їх основі нових засобів для комунікацій.

2. Розробка обладнання підвищеної потужності з надзвичайно великою (мультитерабітною) пам’яттю, що здатне зберігати надзвичайно великий об’єм  інформації на малесенькому чіпі.

3. Розробка принципово нових препаратів профілактики та лікування злоякісних пухлин, матеріалів для захисту навколишнього середовища, технологій очистки води, повітря. На сьогодні деякі матеріали уже створено [2].

         Деякі досягнення в цій області представлено нижче.

         За допомогою електронно-променевої нанотехнології (молекулярних пучків) отримано спеціальні сплави, що мають надзвичайно високу міцність та легші за сталь. За допомогою певних методів нанотехнологій можна атоми вуглецю перевести в інший фазовий стан, створивши вуглецеві нанотрубки, що значно легші та міцніші. Результати досліджень магнітостатичних властивостей нанопорошків манганіту La0.7Sr0.3MnO3 і багатошарових наноплівок Fe/Au/Tb свідчать про перспективність їх  використання для  магнітного запису і збереження інформації. Одержано високощільний прозорий композиційний наноматеріал ZrO2 в умовах високого тиску (до 7,5 ГПа), перспективний для сенсорної і лазерної техніки. Розроблено метод зміцнення металевих поверхонь для захисту від корозії у кислотах при підвищених температурах [2].

         Розроблена технологія отримання складнолегованих гетероструктур монокремній/пористий кремній з домішками  Zn і Mn з високими світлочутливими властивостями для детекторів, сенсорів та елементів оптоелектроніки. Дослідження електрофізичних параметрів модифікованого гексафериту барію показали перспективність використання його в якості висококоерцитивних наповнювачів носіїв інформації і систем магнітного запису з високою щільністю накопичення інформації [3].  Розроблені нові літійпровідні матеріали, які можуть бути використані як елементи хімічних джерел струму. Побудовано пристрій для керування електродуговим синтезом вуглецевих кластерів. Розроблена технологія отримання пористого композита – сорбента для газів, фулеренів та органічних сполук з розміром молекул <1 нм. Отримано тонкі плівки сегнетоситалів As-S-Se, Sb-S, Sb-Se та Sb-S-I – з гігантським фотопластичним ефектом для піро-, п’єзо- та фотоелектричних датчиків, голографії, оптико-механічного запису інформації. Виготовлені голографічні дифракційні решітки та оригінали оптичних дисків [3].

         Наномедицина досліджує можливість застосування розробок нанотехнологій у медичній практиці для профілактики, діагностики і лікування різних захворювань з контролем біологічної активності, фармакологічної та токсикологічної дії розроблених технологій, отриманих продуктів чи медикаментів. Важливими досягненями в цій області можна назвати наступні: розроблення технології отримання магніточутливих біосумісних поліфункціональних нанокомпозитів, здатних до пригнічення росту онкоклітин [5]. В Інституті монокристалів запропоновано низькотемпературний і екологічно чистий метод нанесення на поверхню медичних імплантатів з титану і монокристалічного сапфіру біосумісних наноструктурованих кальцій-фосфатних покриттів для використання в стоматології і ортопедії [4].

         Недоліками виконання проектів являються слабка діагностична база для вивчення властивостей наноматеріалів, недостатня націленість на практичне спрямування результатів.

         Специфіка нанотехнології призвела до нарождення і розвитку нового важливого напрямку в метрології – нанометрології, в якій забезпечення єдності лінійних розмірів є особливо важливою задачею. Ця задача вирішується за допомогою стандартизованих методів і засобів передачі розмірів від первинного еталона робочим засобам вимірювання [6].  На даний час вимірювання лінійних розмірів у манометровому діапазоні виконуються за допомогою растрових електронних (РЕМ) і скануючих зондових (СЗМ) мікроскопів. Для калібрування РЕМ і СЗМ були створені тестові об’єкти – лінійні еталони, і розроблені стандарти, які регламентують створення і використання лінійних еталонів. Розглядаються різні аспекти метрологічного і стандартизованого забезпечення єдності вимірювання довжини в манометровому і субмікрометровому діапазонах довжин.

         У нанотехнології однією з важливих задач є задача прецизійного позиціонування і контролю розмірів отриманих наноструктур. Для забезпечення стабільності і відтворюваності результатів необхідно мати зручний еталон довжини [6]. На даний час матеріальним носієм еталона довжини є довжина гелій – неонового лазера. Такий еталон є стабільним – важлива умова для еталона, але не підходять для безпосередньої калібровки реальних вимірювальних приладів.

         Отже, реалізація досліджень з нанотехнологій створить реальні передумови для формування більш багатого суспільства, люди якого мають жити більш щасливо у здоровій екологічній обстановці. Подальші нанотехнологічні розробки сприятимуть більш широкому впровадженню їхніх результатів у практичну діяльність людини.

Література:

1. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / 2- е изд. испр. – М.: ИЗ, МАТЛИТ, 2007. – 416 с.

2. Головин Ю.И. Введение в нанотехнику / Ю.И. Головин. – М.: Машинострое­ние, 2007. – 496 с.

3. Москаленко В.Ф. Нанотехнології, наномедицина, нанофармакологія: стан, перспективи наукових досліджень, впровадження в медичну практику / В.Ф. Москаленко, Л.Г. Розенфельд, Б.О. Мовчан, І.С. Чекман // 1 національний конгрес „Человек и лекарство – Украина”. Київ, 2008. – С. 167–168.

4. Чекман І.С. Нанофармакологія: стан та перспективи наукових досліджень / І.С. Чекман, О.В. Ніцак //Вісник фармакології та фармації. –2007. – №11. – С. 7–10.

5. Caruthers S.D., Wickline S.A., Lanza G.M. Nanotechnological application in medicine // Current Opinion in Biotechnology. – 2007. – Vol. 18. – P. 26–30.

6. Еловиков С.С. Электронная спектроскопия поверхности и тонких пленок: Учеб. пособие.- М.: Изд-во МГУ, 1992.- 94 с.