Нанопроблемы большого масштаба.Микроорганизмы, бактерии и одноклеточные как фабрики наноструктур

Нанопроблемы большого масштаба

Иллюстрация: Yellowhead, Experiment.ru

Одна из основополагающих проблем нанотехнологий заключается, как это ни странно, в разнице масштабов. Если увеличить трудность набора SMS с полным текстом «Войны и мира» на миниатюрном телефоне при помощи массивного крюка строительного крана на головокружительной высоте приблизительно в миллион раз, то можно ощутить размер поставленной проблемы. Чтобы хотя бы теоретически обойти эти препятствия, группе американских ученых пришлось пустить в дело мощнейшие ресурсы человеческой изобретательности.

На текущем этапе витка развития науки производство наноструктур в значительных количествах не представляет особых проблем. До тех пор, пока они являются многократной копией какого-либо оригинала (штампа). Как, впрочем, и любых других структур из «макро», обычного мира. Но в случае уникальных структур, построенных для определенной ситуации или случая, процесс является исключительно затратным. Какие же существуют пути минимизации стоимости? Как и в обычной жизни, опять же, можно попробовать «договориться» о сборке эксклюзивных наноструктур на какой-либо «нанофабрике». Это решение и предлагается американскими учеными из университетов Нью-Йорка и Аризоны. Тем более, что такие фабрики уже давно существуют и эффективно работают — это микроорганизмы, бактерии и одноклеточные.

Как и в случае с фабрикой, клеткам необходим шаблон или образец. Им служит заданная последовальность ДНК. Механизмы наработки клетками подобного рода структур выработаны и отточены эволюцией в течении миллионов лет (см. школьный курс биологии). Причем производство может идти в поистине промышленных масштабах. Ведь бактерии размножаются в несколько раз быстрее кроликов. В свое время именно микроорганизмы изменили состав земной атмосферы, что лишь в последнее время удаётся многочисленным заводам и фабрикам авторства человечества (и то, стоит отметить, лишь в последние 50 лет и с заметным трудом). Если же представить, что в производственный процесс может быть естественным образом включена оптимизация структур для определенной цели под воздействием внешних условий (особенность, проходящая в биологии под названием эволюция), то открываются воистину безграничные возможности.

Неоспоримые достоинства предложенного подхода компенсируются явными и скрытыми недостатками. На данном этапе к явным следует отнести неидеальность материала — ДНК. К примеру, для производства кремниевых подложек (процессоров) он просто не подходит по причине отсутствия в нем Si, кремния. Привязка к атомарному составу накладывает значительные ограничения на области применения. К неявным недостаткам относится отсутствие контроля.

Вообще говоря, идея об использовании бактериальных нанофабрик как ресурсов производства спроектированных наномеханизмов в литературном контексте принадлежит Майклу Крайтону. Именно он в своем художественном романе «Рой» 2002 года описал подобную технологию. В отличие от Жюля Верна, он при жизни дождался её реализации. В этом же романе он указал на оборотную сторону медали. Потенциально использование эволюции в качестве создающей силы — это как использование атомной энергии. Непонятные вещи неконтролируемы и могут вызывать катастрофические последствия.

Ссылки по теме:
«Оживляя нанотехнологию» (eng)
«Нанотехнологии и симбиоз: американцы не представляют, что происходит» (eng)
Майкл Крайтон, «Рой» на Lib.ru

Об авторе