Вважається, що нанотехнології - це порівняно новий напрямок в науці. Насправді золоті наночастинки використовуються, хай і несвідомо, вже кілька тисячоліть. Римські ремісники, наприклад, знали, що розмішуючи хлористе золото в розплавленому склі (цю техніку використовують для створення крихітних золотих сфер) останнім отримає багатий рубіновий або рожево-ліловий колір. Використовуючи такий спосіб забарвлення скла, було створено безліч творів мистецтва: від стекол в кафедральних соборах по всій Європі, до знаменитого Кубка Лікурга (IV століття н. Е).
Звичайно, склодуви того часу нічого не знали про оптичні аспектах описаного вище процесу і створення частинок, діаметр яких становить всього кілька нанометрів. Сучасні уявлення про хімії ім були абсолютно недоступні. Важливим етапом розвитку нанотехнологій можна назвати 1857 рік, коли англійський фізик і хімік Майкл Фарадей встановив, що колоїди золота мають ряд особливих оптичних і електричних властивостей. Вчений дійшов такого висновку, коли використовував фосфор для відновлення хлориду золота, з якого він одного разу і отримав суспензія наночастинок цього металу. Хоча Фарадей і інші його сучасники працювали над створенням надійної техніки отримання колоїдного золота, наносвіт залишався для них таємницею, навіть незважаючи на те, що характеристики подібних частинок вже тоді цілком можна було спостерігати і вимірювати. Зараз, в епоху мікроскопів, здатних побачити навіть атом, і комп'ютерів, настільки потужних, що ми можемо моделювати поведінку хімічних елементів, області застосування золотих наночасток розвиваються і розширюються все інтенсивніше.
Хоча золото не може обдарувати нас безсмертям, його можна використовувати для того, щоб зрозуміти природу багатьох небезпечних хвороб, таких як рак, і намагатися боротися з ними; його можна використовувати для створення екологічно чистих двигунів, що може істотно знизити шкоду, що наноситься екології планети, а також і в багатьох інших областях.
ЗОЛОТО І ОХОРОНА ЗДОРОВ'Я
Золото має довгу історію застосування в галузі біомедицини, що налічує майже п'ять тисяч років. На відміну від інших металів, воно успішно протистоїть ефекту мінливості (властивість металу змінювати забарвлення при нагріванні). Таким чином, золото дуже довго асоціювалося з богами і тому абсолютно логічно, що його пов'язували і з безсмертям.
Найбільш ранні знайдені записи, в яких згадується про використання золота в медицині, приводять нас до Китаю 2500 року до н.е., і саме з цього часу з'являються свідчення використання металу деякими древніми культурами в якості основи для медичних препаратів проти різних хвороб. Не так давно і з великим успіхом медикаменти, що містять золото, стали застосовуватися для лікування ревматоїдного артриту і, більш того, було проведено важливе дослідження, що стосується потенційних антиракових і антимікробних властивостей сполук золота.
Однак на той момент сонце наноери тільки сходило, і знання про потенціал золота в якості засобу біомедицини були обмежені. В даний час унікальні характеристики наночастинок цього металу є об'єктом дивовижних інноваційних наукових досліджень, орієнтованих на ринкове використання.
Терапія. Як вже було зазначено, золото використовується як засіб лікування різних захворювань вже давно, але зараз воно є основою для абсолютно новаторських способів досягнення терапевтичного ефекту. Проблема багатьох сучасних методик лікування раку полягає в тому, що їх дія не може бути направлено з граничною точністю. Складнощі викликає доставка ліків безпосередньо до ракової пухлини, і саме тому потрібні великі дози, щоб гарантувати доставку необхідної кількості медикаменту до уражених клітин. На жаль, використовувані ліки не завжди можуть успішно «впізнати» такі клітини і відокремити їх від здорових. Це призводить іноді до того, що лікування стає небезпечніше самої хвороби. Однак якщо буде знайдено спосіб більш точної доставки препаратів до ракових клітин, необхідна доза скоротиться і не впливатиме на клітини здорові, а шкідливий вплив на навколишнє пухлина тканину істотно зменшиться.
Можливо, найкращим прикладом використання золота в біомедицині є технологія Aurimune ™, в якій для доставки необхідної терапевтичної дози медикаменту прямо до ракової пухлини використовуються властиві золоту биосовместимость і унікальні характеристики. Даний проект вже пройшов першу стадію клінічних випробувань (тестування на невеликій групі людей, метою якого є підтвердження того, що препарат діє так, як і очікувалося). Більш того, вже почалися роботи на наступному, другому етапі (більш масштабне дослідження, метою якого є виявлення можливих побічних дій, пропущених раніше).
Технології, подібні описаним вище, викликають величезний інтерес з боку інвесторів і мають колосальний ринковий потенціал, який може бути реалізований в майбутньому.
Діагностика. Діагностика - це та область, в якій використання золотих нанотехнологій може просто-напросто перевернути сучасні поняття про медицину. Швидкодіючі і недорогі тести, засновані на нанотехнологіях із застосуванням золота, дозволяють проводити обстеження пацієнтів на предмет наявності в організмі різних захворювань, що мають плохоразлічімие симптоми на ранніх стадіях розвитку або, наприклад, швидко виявити СНІД. Швидкість в цьому питанні вкрай важлива - чим швидше хвороба виявлена, тим ефективніше і дешевше буде лікування.
На сьогоднішній день технології, що використовують наночастинки золота, комерційно доступні. До них, наприклад, можна віднести тест під назвою The First Response® від компанії «Church & Dwight», що дозволяє виявити спеціальний гормон в ланцюжку ДНК, наявність якого говорить про вагітність; дослідження на наявність в організмі вірусу сальмонели і т.д.
До найостаннішим дослідженням в цій області відноситься технологія Verigene ™, розроблена компанією «Nanosphere» .Verigene ™, - повністю інтегрована діагностична система виявлення в організмі специфічних біомолекулярних цілей за допомогою золотих наночастинок. Зонди системи абсолютно нетоксичні, довго функціонують і, що найважливіше, мають виняткову сприйнятливістю і швидкодією. Система може використовуватися для діагностики різних станів здоров'я людини.
Медична діагностика являє собою одну з частин стрімко розвивається, на якому золото грає важливу роль. Десятки академічних і промислових дослідницьких груп працюють в цій галузі, і можна очікувати збільшення інтеграції сфери нанотехнологій на цей ринок.
Протимікробні препарати. У срібла, як у антимікробний засіб, дуже довга історія застосування. Мабуть, найвідомішим способом використання срібла є просочена наночастинками цього металу одяг, що надає позитивний ефект на рани і знижує ризик захворювання інфекційними захворюваннями. Однак благотворний вплив срібла на короткий час. Вчені з Німеччини розсіяли комбінацію з наночастинок золота і срібла в полімерній плівці. Як було доведено, присутність наночастинок золота дозволило істотно продовжити протимікробну дію. Група дослідників з Лондона також займалася створенням подібної технології, яка потім була ліцензована канадською компанією «Ondine Biopharma Corporation», яка зайнялася комерціалізацією розробки.
ЗОЛОТО ТА ОХОРОНА НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА
Проблема охорони навколишнього середовища ще ніколи не стояла гостріше, ніж зараз. У найближчому майбутньому людству доведеться зіткнутися чи цом -на-віч з рядом найгостріших проблем, таких як: збільшення населення планети; постійно зростаючі енергетичні потреби; глобальне потепління і т.д. Застосування технології золотих наноочастіц на цьому тлі виглядає вкрай багатообіцяюче - за допомогою неї з'являється можливість вирішення досить серйозних питань: від екологічно чистого виробництва, до контролю за забрудненням і отчистки води.
Каталізатори. Виробництво більшості значущих для промисловості матеріалів і хімічних речовин включає в себе застосування каталізаторів для підвищення ефективності та економічності процесу. Використання наночастинок дозволяє скоротити кількість необхідних дорогоцінних металів при каталізі. Такі «поліпшені» каталізатори можуть обходитися меншою температурою і тиском, необхідними для багатьох хімічних реакцій. Результатом цього є збільшення виробництва хімічних речовин і зменшення обсягу одержуваних побічних продуктів від подібних процесів.
Якість повітря. Щороку в лікарні від отруєння чадним газом (СО) надходить більше 4000 жителів Північної Америки (10% з них гине). Використання наночастинок золота надає просте рішення цієї гострої проблеми - допомагає провести необхідне окислення найнебезпечнішого СО в менш токсичну речовину СО. Прикладом застосування такого підходу може бути те, що деякі компанії вже розробили спеціальні респіратори, які використовуються в надзвичайних ситуаціях: на пожежах, в шахтах при отруєнні робочих оксидом вуглецю і деяких інших. Але дуже ймовірно, що межі застосування золотих наночасток в цій області розширяться в самий найближчий час.
Очистка води. На нашій планеті в даний час нестачі води поки не спостерігається, але великі запаси забруднені. Це є результатом як промислової діяльності, так і геологічних процесів. До одним з найпоширеніших речовин, що забруднюють воду, відносяться важкі метали, пестициди і галогенізованого органіка, через які мільйони людей по всьому світу постійно перебувають під загрозою отруєння питною водою. В останні роки намітилося значне збільшення обсягу застосування технології золотих наночасток при отчистке води і виявленні її забруднення. Більш того, золото в таких випадках може виступати як ефективний абсорбент для видалення з води ртуті. До іншим інноваційним відкриттям в цій області також відноситься каталітична активність золото-паладієвих наночастинок, яка знижує вміст у воді шкідливих органічних домішок, а також метод визначення вмісту в питній воді пестицидів. У сфері охорони навколишнього середовища нанотехнології, засновані на золоті, використовуються також для створення більш надійних паливних баків, скління і розробки нових сонячних батарей.
ЗОЛОТО І ТЕХНОЛОГІЇ
Золото - один з ключових матеріалів, які використовуються в електроніці. За рік на виробництво тих чи інших електронних продуктів йде близько 300 тонн цього металу.
Внаслідок того, що взаємодія між двома світами - світом електроніки і нанотехнологій в майбутньому буде тільки збільшуватися, цілком ймовірно, що тенденція використання золота як вкрай необхідного матеріалу збережеться. Носії з великим об'ємом пам'яті. Постійно зростаючий попит на носії цифрових даних стимулює розвиток інноваційних досліджень з метою збільшення пам'яті різних пристроїв, доступною для зберігання інформації. Оптичні способи запису і зберігання інформації, відсунувши на другий план магнітні, знаходяться в сфері інтересів розробників, які працюють в галузі електроніки вже близько 30 років. CD і DVD стали частиною повсякденного життя практично кожної людини, але такі технології вже не в змозі витримувати величезний потік даних, вироблених сучасної розважальної галуззю.
Виходом з цієї ситуації може стати поява компакт-дисків, подібних DVD-диску, але зі значно збільшеною пам'яттю - з 8,5 Гб до 10 Тб. Сучасні диски - це деяка кількість заглиблень на поверхні носія, що читаються за допомогою лазера. Одне таке поглиблення являє собою цифровий «нуль», а рівна поверхня - цифрову «одиницю». За допомогою додавання золотих наноелементів для взаємодії з різними частотами світла і його поляризації можна досягти ефекту, при якому з'являться три додаткових вимірювання, що призведе до значного збільшення доступного обсягу зберігання інформації. Подібний метод застосовується і для флеш-карт. На сьогоднішній
день розробники таких пристроїв працюють спільно з компанією «Samsung Electronics», їх метою є комерціалізація своїх розробок.
Сенсорні екрани. Застосування наночастинок золота дає великі функціональні переваги і при виробництві дисплеїв. Тим самим можна вирішити одну з найбільш злободенних проблем індустрії - проблему нестачі металу індію, використовуваного при створенні сенсорних екранів для цифрових пристроїв (наприклад, iPhone або електронних пристроїв для читання). Так як за оцінками, при нинішній кількості споживання індію, що залишився його кількості вистачить менш ніж на 50 років, рішення з використанням нанотехнологій виглядає оптимальним. Головну роль в створенні нового покоління сенсорних екранів повинна зіграти технологія прозорою провідної плівки, заснована на застосуванні нанотрубки з подвійною вуглецевої оболонкою (double walled carbon n anotube, DWNT) і власне золота. Така плівка повинна бути високо проведеної і прозорою. Багато спроб використання вуглецевих нанотрубок вже провалилися внаслідок того, що провідність застосовуваних при цьому матеріалів не відповідала необхідної. Однак зараз передбачається, що опір нанотрубок можна значно зменшити шляхом додавання в плівку золотих наночасток. Такий підхід повинен вирішити проблему використання як сенсорних екранів, так і власне вуглецевих нанотрубок.
У сфері електроніки золоті наночастинки застосовуються і в багатьох інших перспективних розробках і технологіях. До них, наприклад, можна віднести створення друкованих схем і устаткування для друку.
ЩО ДАЛІ?
Абстрагуючись від технологій, наведених вище, можна задатися питанням про те, як будуть використовуватися нанотехнології, наприклад, через 20 років. В останні 10 років нанотехнології стали об'єктом вивчення багатьох дослідницьких груп вчених. За цей час майже 50 мільярдів доларів було інвестовано урядами різних держав для розробок в цій галузі. Але наш час є, можна сказати, лише самим початком «наноери», і тенденції її розвитку і зростання, без сумніву, збережуться і збільшаться, а межі застосування золотих наночасток розширяться.
В області медицини можуть бути створені технології моніторингу здоров'я, виявлення хвороб і патологій. Цілком можливо, що для діагностики будуть створені спеціальні системи, придбати які можна буде в місцевій аптеці. Золоті наночастинки, завдяки своїм приголомшливим властивостям, можуть стати ключем у боротьбі з пандеміями майбутнього. Екологічно чисте хімічне виробництво, а також нова філософія промисловості, заснована на скороченні або навіть усунення використання небезпечних речовин, повинні стати головними поняттями для суспільства майбутнього, спрямованими на захист екології нашої планети. Дивовижні властивості золота на рівні наночасток одного разу можуть привести до того, що цей метал стане застосовуватися для створення нових оптичних чіпів для самих новітніх електронних пристроїв.
джерело
1. World Gold Council, www.goldbulletin.org, «Gold for good: Gold and nanotechnology in the age of innovation», автори: Dr. Trevor Keel, project manager in the World Gold Council's Industrial Sector); Dr. Richard Holliday, Director of the World Gold Council's Industrial Sector; Dr Tim Harper (founder of London based Cientifica Ltd)
Переглядів статті: 11512, коментарів: 6
ЩО ДАЛІ?
