News image News image News image News image News image News image News image News image


Самосборка в нанотехнологиях
Новости и технологии - Технологии

 самосборка  в нанотехнологиях

Термин «самосборка» все чаще появляется в статьях, посвященных био - и нанотехнологиям. Настало время разобраться в деталях, что представляют собой процессы, стоящие за этим термином. Термин «самосборка» является калькой с английского «self-assembly» и, когда речь идет о молекулярной самосборке, представляет собой процесс, в ходе которого молекулы выстраиваются и соединяются друг с другом без внешнего управления. Соединение происходит с помощью различных нековалентных, то есть слабых связей - электростатических и капиллярных взаимодействий, поверхностного натяжения. Именно так образуются жидкие кристаллы.

В живой природе процессы самосборки проявляются во многих областях. Наиболее ярким примером самоорганизации является кристаллизация – хаотически расположенные атомы вещества превращаются в стабильную систематически организованную структуру, при этом процесс кристаллизации начинается спонтанно и проходит без какого-либо внешнего задающего форму вмешательства.
Другим примером самоорганизации молекул являются процессы построения липидных мембран в живой клетке. Эти мембраны представляют собой тонкий и подвижный покров, который защищает органеллы клетки от неблагоприятных внешних воздействий. В основе мембраны находится двойной слой молекул, имеющих гидрофильное и гидрофобное окончания. Соединяясь друг с другом противоположными окончаниями, молекулы формируют мицелий – структуру с очень высокой плотностью. Процессы самоорганизации проявляются также при образовании двойной спирали ДНК с помощью водородных связей, например, объединение разрозненных элементарных частиц (нуклонов и электронов) в атомы, образование спутниковых гравитационных систем — вращающихся друг вокруг друга массивных тел.

В целом можно сказать, что под самосборкой системы ученые понимают образование упорядоченной надмолекулярной структуры, в которой элементы исходной структуры или среды собраны в более сложную структуру. Перспективы, которые открывает освоение этого процесса человеком можно оценить, рассмотрев основные достоинства самосборки: Во-первых, с ее помощью можно осуществлять множество сложных изменяющих структуру процедур, которые происходят на уровне атомов, во-вторых, исследуя природные процессы мы будем находить все новые способы ее осуществления, в-третьих, процессы, основанные на самосборке структуры должна быть более устойчивы с точки зрения термодинамики, они не имеют дефектов и зачастую приобретают способность к самовосстановлению.

Неудивительно, что такое явление не оставлено без внимания учеными, работающими в области нанотехнологий. В нанотехнологии существуют два подхода, которые в англоязычной литературе обозначают выражениями “top-down” и “bottom-up”, что можно перевести как подходы «сверху вниз» и «снизу вверх». В первом случае параметры объекта задаются «сверху», например, в процессе литографии материалу придается структура, заданная формой. Молекулярная самосборка является важным аспектом подхода «снизу вверх»: параметры итоговой структуры задаются формой и функциональными группами молекул. В идеале, соединяясь друг с другом определенным образом, молекулы формируют структуру именно таково вида и свойств, которые заданы конструктором, который, однако, не вмешивается непосредственно в процесс самоорганизации.

Несколько лет назад группа российских, немецких и голландских ученых уже заявляла о возможности осуществления одного из самых многообещающих направлений в обласи самосборки – разработки самособирающихся микросхем.

Современная технология изготовления микросхем, оптическая литография, практически достигла предела своих возможностей: оптические эффекты не позволяют увеличивать плотность печати и число составляющих микрочипа на единицу площади. Однако идя «снизу вверх» можно значительного увеличения плотности размещения компонентов.

Ученым, разрабатывающим проект удалось заставить молекулы самостоятельно собраться согласно заданному шаблону в работающее кодирующее устройство толщиной в несколько нанометров. На первом этапе создавалась подложна со сформированной сеткой проводящих электродов. Затем ее помещали раствор органического полупроводника. Его молекулы прикреплялись к подложке, формируя «мостики» между электродами толщиной в одну молекулу, по которым может течь ток.

Специалисты IBM еще в 2007 году заявляли о том, что им удалось использовать принципы самосборки для создания изоляторов в микросхеме. Суть метода заключалась в формировании триллионов вакуумных микрополостей в структуре микросхем которые имеют диаметр порядка 20 нанометров и служат изоляторами. По словам экспертов, новая методика позволяет увеличить производительность чипов на 35%, а потребление энергии сокращено на 15%. Также заявлялось о том, что данную технологию легко внедрить на существующих производственных линиях.

Другим примером использования молекулярной самосборки являются ДНК-нанотехнологии. В них также используется подход «снизу вверх», когда уникальные молекулярные свойства ДНК и других нуклеиновых кислот приводят к самосборке ДНК-комплексов с требуемыми свойствами. В данном случае ДНК используется скорее как структурный материал, а не носитель биологической информации, например, для изготовления двумерных периодических решеток (используется метод, который называют «ДНК-оригами») или трехмерных структур в форме полиэдров.

Помимо перспектив, технологии самосборки ставят перед исследователями и немало вопросов.Прежде всего, в большинстве случаев мы видим результат процесса, иногда наблюдаем сам процесс, но не можем понять и смоделировать его. Примеров самоорганизации материи вокруг на множество, но их принципы до конца не изучены. Факторы, которые направляют самосборку – форма молекул, баланс между энтальпией и энтропией, природа нековалентных связей, которые притягивают друг к другу молекулы – все это зачастую находится вне нашего контроля на современном этапе развития науки.

Впрочем, даже те успехи, которые демонстрируют сегодня ученые из различных лабораторий обнадеживают и возможно, не за горами тот день, когда мы увидим описанные фантастами многоступенчатые процессы, в которых из отдельных молекул собираются не только компоненты, но и целые аппараты и постройки.

Георгий Проконичев

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Применение нанотехнологий

Водные процедуры с полимерными наношарик

News image

Полистирол в быту является в разных формах. Коробочки для компакт-дисков, стаканчики для йогурта и материалы дл...

Молекулярные солнечные батареи

News image

В обзоре Hiroshi Imahori Electrophoretic deposition of donor-acceptor nanostructures on electrodes for molecular photovoltaics (J...

Новый вид утилизации отходов: старые пла

News image

Большинство из покупателей даже не задумывается над тем, куда деть отработавшие свое пластиковые пакеты из бл...

Нанотехнологии в пламени свечи

News image

Углеродные наночастицы (CNP) являются побочным продуктом производства углеродных нанотрубок (CNT). Однако и они могут оказаться по...

Призрачная угроза

News image

Ничто не вечно под луной Едва ли не все полезные изобретения и научно-технические разработки не только сп...

Фотонные нанокристаллы – лучший теплоизо

News image

Вакуум не только является проблемой космических путешественников, но и является одним из лучших теплоизоляторов в пр...

Наноспирали оксида кремния

News image

Во многих научных журналах публикуются статьи, в которых учёные синтезируют и описывают всё новые и но...

О спиновых кубитах (новости нанотехнолог

News image

Электронные спины рассматриваются как вероятные кандидаты в носители квантовой информации. Логические состояния спинового кубита «0» и ...

Новости нанотехнологий

Кремниевые нанотрубки выращивают без применения золота

Кремниевые нанопроволоки помогут уменьшить размеры микрочипов. Ученые из Института Физики микроструктур Макса Планка в Галле впервые разработали нанопроволоки на кре...

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из графена желаемой формы оказалась подвластна капелькам воды – о пластичности графеновых наноструктур сообщают химики из...

Влияние полярности электрического поля на рост вертикал

Одно из наиболее перспективных направлений использования углеродных нанотрубок (УНТ) связано с разработкой холодных полевых эмиттеров на их основе. Уникальные особенности та...

Наноальтернатива таблеткам

  Одним из первых медицинских применений нанотехнологии стало разработанное учеными из США быстродействующее лекарство от импотенции, которое сможет соперничать таблетками Частицы препарата ...

Композиты медицинские «MBM — ЛН»

Справка о применении в клинической практике композитного материала «MBM — ЛН» Композитный материал «MBM — ЛН» представляет собой ткань черного цвета. Развитая по...

More in: Технологии, Наноматериалы, Наномедицина, НаноТехника , Новости

Популярные заметки:

Космический лифт и нанотехнологии

От фантастики к реальности КОСМИЧЕСКИЙ ЛИФТ - это лента, один конец которой присоединен к поверхности Земли, а другой находится на...

Высокие требования к энергоэффективным решениям

Химический концерн «Халфрид» — группа предприятий, созданная в 2008 году под эгидой промышленного внедрения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в сфере на...

Medfield - атомная платформа третьего поколения

Компания Intel с громкого успеха начала освоение платформы для ультрамобильных персональных компьютеров, известных также как нетбуки, и MID-аппаратов – только по...

Нанотехнологии избавят мир от фальшивомонетчиков

Японские ученые изобрели новую технологию, с помощью которой планируют усложнить для фальшивомонетчиков подделку денег. Группа исследователей из японской компании Da...

Ученые слепили самого маленького в мире снеговика

Фигурка получилась высотой всего в одну сотую миллиметра – впятеро меньше толщины человеческого волоса. Как правило, дети состязаются друг с другом в ...

Your are currently browsing this site with Internet Explorer 6 (IE6).

Your current web browser must be updated to version 7 of Internet Explorer (IE7) to take advantage of all of template's capabilities.

Why should I upgrade to Internet Explorer 7? Microsoft has redesigned Internet Explorer from the ground up, with better security, new capabilities, and a whole new interface. Many changes resulted from the feedback of millions of users who tested prerelease versions of the new browser. The most compelling reason to upgrade is the improved security. The Internet of today is not the Internet of five years ago. There are dangers that simply didn't exist back in 2001, when Internet Explorer 6 was released to the world. Internet Explorer 7 makes surfing the web fundamentally safer by offering greater protection against viruses, spyware, and other online risks.

Get free downloads for Internet Explorer 7, including recommended updates as they become available. To download Internet Explorer 7 in the language of your choice, please visit the Internet Explorer 7 worldwide page.