Что такое нанотехнологии и как они работают

Большинство из нас не взаимодействует с наноразмерными объектами; по крайней мере, не сознательно. Наноразмерная шкала невероятно, непостижимо мала. Нанометр — это одна миллиардная часть метра. Для контекста, если представить, что размер Земли составляет метр, то нанометр был бы не больше виноградины.

Нанотехнологии же позволяют человечеству манипулировать объектами подобных масштабов. При помощи них можно контролировать индивидуальные молекулы, или даже атомы. Например, на площади в один нанометр поместится где-то четыре молекулы воды. Другой вопрос, что молекулы, как правило, не всегда хотят аккуратно выстраиваться в цепочки сами по себе — именно поэтому нанотехнологии считаются сложной сферой работы.

По правде говоря, их в принципе нельзя считать самостоятельной сферой. Они находятся на стыке химии, ядерной физики и квантовой физики. Молекулярная биология также может выйти на наноуровень. Ширина цепочки ДНК, богатого и плотного медиума для хранения информации, составляет порядка двух нанометров. Нанотехнологии тяжело разрабатывать и применять на практике, но их потенциал практически безграничен: от здравоохранения до создания микроскопических схем и даже «живых роботов».

Однако интересная особенность нанотехнологий кроется в том, что разница между молекулами и наномашинами, которые ими управляют, не так уж и велика. По сути, наномашины также состоят из атомов и молекул — просто они манипулируют другими молекулами примерно так же, как и роботизированная рука на конвейере. Разница лишь в том, что электрохимия объектов столь малого размера не позволяет им хватать, поднимать и толкать предметы.

Но это ограничение предоставляет и новые возможности. Например, Cas9 — энзим, способный выполнять инструкции по разрезанию цепочки ДНК в нужном месте. Специалисты используют эту естественную наномашину для точного ремонта поврежденных ДНК.

Помимо этого, другая важная сфера интереса — самореплицирующиеся наноботы. Машины, которые производят копии самих себя. Если бы один нанобот манипулировал одной молекулой за раз, то любые процессы занимали бы крайне много времени… Но если один нанобот может построить копию себя за час, то к концу дня можно получить более 16 млн наноботов благодаря экспоненциальной прогрессии.