Влажные нанотехнологии - Википедия - Wet nanotechnology

Эта статья поднимает множество проблем. Пожалуйста помоги Улучши это или обсудите эти вопросы на страница обсуждения. (Узнайте, как и когда удалить эти сообщения-шаблоны) Эта статья написано как личное размышление, личное эссе или аргументированное эссе который излагает личные чувства редактора Википедии или представляет оригинальный аргумент по теме. Пожалуйста помогите улучшить это переписав его в энциклопедический стиль. (Май 2012 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) Эта статья возможно содержит оригинальные исследования. Пожалуйста Улучши это к проверка заявленные претензии и добавление встроенные цитаты. Заявления, содержащие только оригинальные исследования, следует удалить. (Май 2012 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Смачивать нанотехнологии (также известен как влажные нанотехнологии) предполагает работу с большими массами от малых.^[1]

Влажная нанотехнология требует воды в котором происходит процесс.^[1] В этом процессе также участвуют химики и биологи, пытающиеся достичь больших масштабов, соединяя отдельные молекулы.^[1] Пока Эрик Дрекслер выдвинул идею о том, что наноассемблеры работают сухими, влажными нанотехнологиями, по всей видимости, первая область, в которой нечто вроде наноассемблера может достичь экономических результатов.^[2] Фармацевтические препараты и бионаука являются центральными особенностями большинства стартапов в сфере нанотехнологий.^[2] Ричард А.Л. Джонс называет нанотехнологиями, которые крадут кусочки природных нанотехнологий и помещают их в синтетическую структуру биоклептические нанотехнологии.^[3] Он называет строительство из синтетических материалов в соответствии с принципами дизайна природы. биомиметические нанотехнологии.^[3]

Использование этих руководящих принципов может привести к созданию триллионов нанотехнологических роботов, которые напоминают бактерии в структурных свойствах, входящих в кровоток делать лечение.^[3]

Фон

Влажная нанотехнология - это ожидаемая новая субдисциплина нанотехнологий, в которой в основном будут доминировать различные формы мокрая инженерия. Процессы, которые будут использоваться, будут проходить в водные растворы и очень близки к биотехнология производство / биомолекулярное производство который в значительной степени связан с производством биомолекулы подобно белки и ДНК /РНК.^[4] Есть некоторое совпадение Биотехнологии и «влажные» нанотехнологии, потому что живые существа по своей природе создаются снизу вверх, и любое использование этого биотехнологами означает, что они балуются восходящей инженерией (хотя в основном на уровне производства макромолекул, таких как белки и нуклеиновые кислоты, из мономерных единиц. , стремится анализировать живые существа и их компоненты как инженерные системы и стремится полностью понять их, чтобы иметь полный контроль над поведением системы и вывести принципы и методы, которые могут быть применены в более широком смысле к производству снизу вверх, чтобы управлять материей на в атомных и молекулярных масштабах, а также в создании машин или устройств в нанометровом и микроскопическом масштабе. Биотехнологии в основном связаны с использованием живых систем любым возможным способом. Молекулярная биология и смежные дисциплины сравнивают механизм функционирования белков в частности - и нуклеиновых кислот в меньшей степени - как «молекулярные машины». Чтобы инженеры могли имитировать эти наноразмерные машины таким образом, чтобы их можно было производить с некоторой эффективностью, они должны изучить восходящее производство. Восходящее производство занимается манипулированием индивидуальными атомы во время производственного процесса, чтобы можно было полностью контролировать их размещение и взаимодействие.^[5]

Затем в атомном масштабе могут быть созданы и даже спроектированы наномашины для самовоспроизведения, если они будут спроектированы в среде с обильным количеством необходимых материалов. Поскольку в этом процессе управляются отдельные атомы, восходящее производство часто называют производством «атом за атомом».^[5] Если производство наномашин станет более доступным с помощью улучшенных технологий, это может иметь большие экономические и социальные последствия. Это начнется с улучшений в создании микроэлектромеханические системы а затем позволит создавать биологические сенсоры нанометрового уровня наряду с вещами, о которых еще не думали.^[4] Это связано с тем, что «мокрые» нанотехнологии находятся только в начале своего существования. Как ученые, так и инженеры считают, что биомиметика - отличный способ начать создание наноразмерных машин.^[5] У людей было всего несколько тысяч лет, чтобы попытаться изучить механику вещей в действительно малых масштабах. Однако природа работала над совершенствованием конструкции и функциональности наномашин миллионы лет. Вот почему уже есть наномашины, такие как АТФ-синтаза, работающие в наших телах с неслыханной эффективностью 95%.^[6]

«Влажный» против «Сухой»

Влажная нанотехнология - это форма мокрой инженерии в отличие от сухой инженерии.^[4] Есть разные области, которые имеют дело с этими двумя типами инженерии. Биологи, с точки зрения нанотехнологий, имеют дело с мокрой инженерией. Они изучают процессы, происходящие в жизнь, и по большей части эти процессы происходят в водной среде. Наши тела состоят в основном из воды.

Электрические и инженеры-механики находятся по другую сторону линии сухого машиностроения.^[4] Они участвуют в процессах и производстве, которые не происходят в водной среде.

По большей части, мокрое проектирование имеет дело с «мягкими» материалами, которые позволяют гибкость что жизненно важно на наноуровне в биологическом производстве. Сухие инженеры в основном справляются со всем жесткий конструкции и детали.^[5] Эти различия проистекают из того факта, что силы, с которыми приходится иметь дело двум типам инженеров, очень разные. В более крупном масштабе в большинстве вещей доминируют Ньютоновская физика. Однако, если смотреть на наномасштаб, особенно в биологических вопросах, доминирующая сила Броуновское движение.^[5]

Поскольку нанотехнологии в новую эпоху, скорее всего, будут иметь дело как с сухим, так и с влажным процессом в сочетании друг с другом, должны произойти изменения в том, как общество смотрит на инженерное дело и производство. Люди должны иметь хорошее образование не только в области инженерии, но и в области биологии, потому что интеграция этих двух аспектов приведет к самым большим улучшениям в нанотехнологиях.^[4]

Броуновское движение в отношении влажных нанотехнологий

Благодаря существованию естественных наномашин, «сложная прецизионная машина микроскопических размеров, которая соответствует стандартному определению машины»,^[6] такие как АТФ-синтаза и Бактериофаг Т4, ученые и биологи знают, что они способны создавать машины аналогичного типа в том же масштабе.^[5] Однако у природы было долгое время, чтобы усовершенствовать конструкцию и создание этих наномашин, и человечество только начало изучать их с большим интересом.

Этот интерес мог быть вызван существованием наномашин, таких как АТФ-синтаза (аденозинтрифосфат ), которая является «второй по значимости после ДНК».^[6] АТФ - это основной преобразователь энергии, который содержится в нашем организме, и без него жизнь, как мы ее знаем, не смогла бы процветать или даже выжить.^[6]

Какое отношение броуновское движение имеет к сложным наномашинам?

Броуновское движение - это случайная, постоянно колеблющаяся сила, действующая на тело в микромасштабе.^[5] Это сила, с которой инженеры-механики и физики не привыкли иметь дело, потому что в более широком масштабе, в котором человечество склонно думать о вещах, эту силу не нужно принимать во внимание. Люди думают о гравитации, инерции и других основанных на физике силах, которые действуют на нас все время, однако на наномасштабе эти силы в основном «незначительны».^[5]

Чтобы наномашины были воссозданы людьми, либо потребуются открытия, которые позволят нам понять, как «использовать» броуновское движение, как это делает природа, либо найти способ обойти его, используя материалы, достаточно жесткие, чтобы выдержать этим силам. Природа смогла использовать броуновское движение через самосборка. Эта сила толкает и тянет все белки и аминокислоты в наших телах и склеивает их во всевозможных комбинациях. Комбинации, которые не работают, разделяются и продолжают свое случайное присоединение, однако комбинации, которые действительно работают, производят такие вещи, как АТФ-синтаза.^[5] Благодаря этому процессу природа смогла создать наномашину с эффективностью 95%, что является подвигом, на который люди пока не способны. Это все потому, что природа не пытается обходить силы; он использует их в своих интересах.

Выращивание клеток в культуре с целью использования их внутреннего механизма химического синтеза можно рассматривать как форму нанотехнологии, но этим механизмом также манипулировали за пределами живых клеток.^[7]

Рекомендации