Учёные всего мира считают, что наступила эра нанотехнологий. И действительно, мы все чаще стали слышать слова «нанонаука», «нанообъект», «наноматериал» и другие не менее модные термины с этой простой и в то же время необычной приставкой, показывающей, что исходная величина должна быть уменьшена в миллиард раз. Не так давно французские ученые провели первую в мире гонку наномашин, а в австралийско-китайская группа исследователей создала самую маленькую наноголограмму.

Свойства наноматериалов использовали ещё в древности, правда, даже не подозревая об этом. Оказывается, слово «нано» в греческом языке, откуда к нам оно и пришло, означает «карлик». Конечно же, главная цель всех научных исследований, в результате которых создаются эти микроскопические материалы, улучшение качества нашей жизни. Но порой бывают случаи, когда синтезируются такие экзотические наноструктуры, что кажется будто учёные создали их лишь ради забавы.

Например, нанопуты. Какое слово оно тебе напоминает? Верно, лилипуты! Так получилось, что в 2003 году химики из Университета Райс (под руководством профессора Джеймса Тура) синтезировали целый ряд органических молекул, структурные формулы которых были очень похожи на микроскопические фигурки людей, поэтому и были прозваны «нанопутами». Конечно, в отличие от других наноматериалов, «нанопуты» не обладают какими-то особыми свойствами и, как следствие, не имеют столь жизненно важного назначения. Тем не менее, профессор Тур полагает, что «нанопутики» могут пробудить у школьников интерес к науке.

Интересно, что позже эта же группа учёных разработала «нанокар» («наномашина»). Это органическая молекула, способная передвигаться по металлической подложке. Казалось бы, ещё одна наноструктура, которая не найдёт широкого практического применения. Но на самом деле «нанокар» сыграл определённую роль в развитии нанотехнологий. Именно с его помощью была наглядно показана возможность управления объектами на наноскопическом уровне. Это открывало двери для разработки совершенно новых устройств, в особенности для наноэлектроники. Так что созданный «нанокар» был высоко оценён учёными.

А вот оригинальный проект исследователей из Университета Мичиган привлёк внимание не только общественности, но и самого главы Белого дома. Из миллиона углеродных нанотрубок методом высокотемпературной химической реакции они создали точную микрокопию портрета президента США Барака Обамы, поразительное сходство с «макроаналогом» было обеспечено благодаря оптической литографии. Своё творение, которое в какой-то мере можно считать произведением искусства, они назвали «НанОбама».

Исходя из подобных примеров, мы смело можем заявить, что нанотехнология – это не только наука, направленная решать вопросы человечества, но и искусство, которое способно порождать безумные идеи и вдохновлять учёных на новые открытия.

Предлагаем провести очень простой эксперимент. Возьми карандаш с листком бумаги и нарисуй абсолютно уникальное существо, части тела которого не будут похожи ни на что живое или неживое на этой планете. Ты можешь попросить друга помочь тебе или же провести этот эксперимент на ком-то другом. Однако, в любом случае, как бы ты ни старался, нарисовать такое существо будет крайне тяжело и даже вовсе невозможно.

В чём причина? Секрет кроется в ограниченности человеческой природы, то есть мы не способны придумать что-то абсолютно новое, нам свойственно мыслить и действовать лишь аналогиями. Иначе говоря, изобретая, человек основывается только на том, что видел или видит вокруг себя. Например, самолёты были изобретены по аналогии с птицами, а на создание первого колеса повлияло перекатывающееся бревно. И это не единичные случаи заимствования идей у природы.

Возможно, что учёным-нанотехнологам следует искать вдохновение в объектах природы, которая таит в себе огромное количество примеров самых удивительных и ранее неизвестных наноструктур.

Наверное, наиболее популярной наноструктурой, встречающейся в природе, является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Всем известно из курса биологии, что ДНК – это макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу и реализацию генетической информации. Однако, мало кому известно, что такое «ДНК-оригами» и как из ДНК можно создавать наноструктуры любых форм и размеров. Двухмерные смайлики, трёхмерные фигуры, кристаллы с запрограммированной структурой, ДНК-коробочки с крышкой, способные нести молекулы нужных веществ и выпускать их после определённого сигнала, а также динамические структуры гуляющие по подложке – это примеры уже созданных из ДНК наноструктур. Осуществляется всё это согласно принципу комплементарности: цепочка ДНК самостоятельно собирается в желаемую структуру благодаря наличию заранее синтезированных комплементарных (взаимоподходящих) участков. Далее, после окончания сборки, саму структуру уже можно разглядеть под Атомно-Силовым Микроскопом (АСМ).

Гекконы – это существа, способные легко взбежать по любой вертикальной стене, спокойно бегать по потолку вниз головой и даже висеть на одной лапке. Ты не поверишь, но это возможно благодаря нанотехнологии. Дело в том, что лапка геккона снабжена миллионами очень тонких волосков, каждая из которых при соприкосновении с большой площадью поверхности образует так называемую ван-дер-ваальсовую связь. И несмотря на то, что сама по себе эта связь является очень слабой, она благодаря миллионам точек сцепления способна удерживать вес геккона. А позволяет ему бегать по потолку то, что эти связи легко разрушаются при последовательном отрывании от поверхности, так же как и в случае липкой ленты (скотча). Наверняка, учёные уже разрабатывают искусственного «геккон».

Вот только у геккона и его технологических имитаций есть один большой недостаток. Если поместить этого ящера в воду, то в такой среде лапы геккона сразу перестанут «работать», то есть потеряют способность прилипать. В отличие от геккона, обычные моллюски, которые подаются в ресторанах как деликатесы, не имеют таких недостатков и используют ещё более изощрённую технику сцепления с поверхностью. Их сцепление со скалами настолько прочно, что может выдерживать даже самые сильные волны. В этом моллюску помогает очень клейкое водоотталкивающее вещество, которое он выстреливает через свои тончайшие трубочки. Это клейкое вещество, как показали исследования, может быть использовано для создания сверхпрочных нанокомпозитных материалов.

К поразительным явлениям в природе можно отнести и полёты некоторых насекомых. В начале ХХ века учёные рассчитали, что, согласно законам аэродинамики, полёт пчелы невозможен. Конечно, тогда это были грубые расчёты, однако даже сейчас не существует однозначных объяснений, почему и как некоторые насекомые могут летать. Для жуков типа скарабея существует гипотеза, что они на самом деле не летают, а левитируют. Осуществляется это благодаря наличию наноскопических пор в подкрылках этих жуков, которые способны преображать магнитное поле вокруг жука, тем самым поднимая его. Причём, наличие этих нанопор доказано Сканирующим Электронным Микроскопом (СЭМ). Хочется верить, что данная гипотеза тоже будет однажды доказана.

Ещё одно удивительное явление из мира насекомых – это цвет крыльев бабочек. Из школьного курса нам известно, что в животных или растениях любому цвету должны отвечать определённые пигменты. Например, пигмент, отвечающий за зелёный цвет в растениях – это хлорофилл. Но в случае с бабочками, не пигменты несут ответственность за столь причудливый окрас их крыльев, а гироидные наноструктуры, расположенные на этих крыльях. При попадании света на гироидные структуры происходит интерференция, вследствие чего и проявляется тот или иной цвет. Более поразительным является факт, что ещё в 1970 году гироиды, как бесконечные структуры с наименьшей площадью поверхности, впервые открыл и описал американский учёный из NASA Алан Шён. Но вследствие того, что в ту пору электронные микроскопы ещё не были созданы, а крылья бабочек и вовсе не изучены, Шён на тот момент ничего не мог подозревать о существовании этих структур в природе.

Крылья бабочки при увеличении. Справа масштаб – 2 мкм.

В заключении скажем, что выше показана лишь бесконечно малая часть всех возможных примеров проявления нанотехнологий в природе. Сколько же ещё поразительных тайн могут открыться нам в будущем. И ведь глубоко ошибаются те, кто считает, что не осталось ничего неизученного. Напротив, человечество ещё только в начале пути познания этого мира.