Mikroskopske čestice u brzim računalima, kirurgiji, odjeći i ljudskim organima

Iako nanotehnologija postoji već 20 godina, prvi val njezine primjene nadire tek sad. Kad se posve razvije, u odnosu na nju računalna će revolucija izgledati kao mala promjena jer će primjena te tehnologije utjecati na sve, počevši od baterija koje rabimo i hlača koje nosimo pa do načina kako liječimo rak.

U posljednjih dvadesetak godina znanstvenici proučavaju domete nanotehnologije na svim istraživačkim razinama i u svim znanstvenim disciplinama, od računalne tehnologije, preko biotehnologije sve do nanomaterijala. Nanotehnologija je uistinu presudna jer u nanoskopskim dimenzijama poznate tvari poprimaju čudesna svojstva. I upravo zahvaljujući čudesnom spektru mogućnosti primjene nanotehnologije, znanstvenici su u stanju konstruirati egzotične nove materijale, poput plastike koja provodi električnu energiju ili presvlake koja sprečava hrđanje željeza.

Ovih je dana američkim znanstvenicima sa sveučilišta San Jose pošlo za rukom izraditi nanožice za RAM, što bi moglo rezultirati stvaranjem računala koja mogu započeti s radom iste sekunde kad se uključe. Druga važna značajka te tehnologije je očuvanje podataka ako nestane struje. Tvari se u nanoskopskim dimenzijama ponašaju čudesno, jer tu se određuju sama bazična svojstva materije. Primjerice, s novom tehnologijom nanostruktura u računalima više nikada nećemo morati čuvati svoje podatke ili resetirati računalo. Današnja računala služe se RAM-om za obradu podataka dok se podaci pohranjuju na magnetskoj ploči tvrdih diskova. Njihova je prednost povoljna cijena, a nedostaci sporost i nepouzdanost. No, konačan rezultat nove tehnologije je nova vrsta RAM-a čiji je kapacitet 100 puta snažniji od modela koji se trenutno nude na tržištu.

Primamljiva je zamisao stvoriti materijal savršenih svojstava prilagođujući njegovu atomsku strukturu. Nanotehnologija je već djelomice posvuda, u skalpelima kojima se liječnici koriste tijekom operacija i u tkaninama kojima se odijevamo. Izrađen je već par Gapovih nanohlača otpornih na mrlje, od vlakana obrađenih nanopolimerom s fluorom. Kirurzi bi uskoro mogli nanotehnologijom spajati vene prerezane kirurškim zahvatima. Jedan od najtežih zahvata pri transplantaciji bubrega ili srca jest ponovo spojiti prerezane arterije. Liječnici moraju spojiti krajeve sićušnim šavovima, ali i pukotine su velik problem. Pomoću Gobinove otopine nanoljusaka kirurg bi mogao jednostavno slijepiti dva kraja i ostvariti savršen spoj. Time bi spajanje krvnih žila moglo postati jednostavno poput lemljenja žica. Antibakterijski materijal od nanosrebra jedna korejska tvrtka rabi za izradu unutrašnjosti zamrzivača. Taj materijal moguće je ugrađivati i u zavoje.

Iako su obećanja nanotehnologije uglavnom još neostvarena, ulaganja na tom području naglo su porasla. Američka je administracija već 2005. godine istraživanjima za nanotehnologiju dodijelila više od milijardu dolara – više nego dvostruko od onoga što je potrošeno na velebni znanstveni projekt očitanja ljudskog genoma u vrijeme kad je on bio na vrhuncu. Japan i Europska unija uložili su slične iznose, a čak se i manje zemlje žure uhvatiti korak s njima. Cilj je uključiti se u to rastuće globalno tržište za koje američka Državna zaklada za znanost procjenjuje da će do 2015. godine biti vrijedno bilijun dolara. Zbog napretka biotehnologije i robotike čovjek budućnosti mogao bi također biti posve drukčiji. Uzme li se u obzir mogućnost uzgajanja zamjenskih organa, uporabe genetski prilagođenih lijekova i naprednih genetskih metoda utvrđivanja nasljednih bolesti te nemiješanje s 'običnim' ljudima, takvo što uopće nije nemoguće.

Mnogi smatraju da je nanotehnologija zapravo jedini pravi odgovor na ključne probleme današnjice koji ujedno određuju budućnost čovječanstva. Tako je svojedobno ugledni američki nobelovac, kemičar prof. Richard Smalley sa sveučilišta Rice smatrao da se posljedice populacijskog buma, primjerice, energetska i ekološka kriza, mogu razriješiti prvenstveno razvojem nanotehnologije, primjerice, solarne nanotehnologije, što se u posljednjih pet godina i počelo ostvarivati. U međuvremenu, dok skeptici molekularnu nanotehnologiju još doživljavaju kao znanstvenu fantastiku, nanotehnologija u širem smislu napreduje doduše malim ali nezaustavljivim koracima. Razvoj skenirajućih mikroskopa omogućuje ne samo promatranje pojedinačnih atoma na površinama, već i manipulaciju ili praćenje kretanja pojedinih atoma - ugljikov nanocijevni tranzistor primjer je za to. Minijaturizacija poluvodičkih lasera već je blizu postizanja uvjeta za rad bez energetskog praga, čime će se ostvariti ultrabrzi uređaji, najavljuju američki znanstvenici.

Primjena nanotehnologije u medicini već je postala stvarnost. Američki znanstvenici sa sveučilišta u Stanfordu uz pomoć nanotehnologije razvili su novi tretman protiv raka koji ne oštećuje zdravo tkivo - umetnu se sintetičke nanocjevčice u stanice raka i zagrijavaju pomoću lasera. Te nanocjevčice imaju pola promjera molekule DNK te ih u prosječnu stanicu može stati nekoliko tisuća. Nakon što se cjevčice proizvedene od ugljika izlože dvije minute laserskom svjetlu, dolazi do zagrijavanja na 70 stupnjeva Celzijusa i smrti stanica u kojima se nalaze. Znanstvenici dodaju da je pričvršćivanjem antitijela na nanocjevčice moguće precizno naciljati određeni tip stanica raka. Standardna kemoterapija, pak, ubija tumorske, ali i zdrave stanice u organizmu.
U liječenju raka pluća također se bilježe zavidni rezultati korištenjem nanočestica. Kanadski su znanstvenici razvili nanočestice koje su u laboratorijskim uvjetima uspješno uništavale stanice raka pluća. Iako tek slijede istraživanja na životinjama, čestice bi se u ljudski organizam mogle uvesti uz pomoć inhalatora, sličnom onom kojim se služe astmatičari. Za rak pluća karakterističan je nekontrolirani rast abnormalnih stanica u jednom ili oba plućna krila. Inhaliranje nanočestica moglo bi funkcionirati bolje od tradicionalnih načina liječenja zbog toga što te čestice napadaju samo stanice raka i ne utječu na zdravo tkivo.

Sličan lijekovima koje uzimaju astmatičari, novi lijek je u obliku praha, no za razliku od njih, razlaže se u nanočestice kad dođe do kontakta. Znanstvenici očekuju da bi se takva terapija mogla primijeniti i u liječenju drugih bolesti. I u razvoju atomske litografije, zapisivanju periodičnih struktura pomoću atomskih snopova, nanotehnologija će omogućiti stvaranje trodimenzionalnih periodičnih uzoraka s rezolucijom manjom od 100 nanomilimetra.Niz je institucija koje se sve više uključuju u utrku osvajanja prostora nanotehnologije. Tako Scientific American redovito prati trendove u tom području, financira se i sve više projekata...

Futuristička razmišljanja
Utrka za genetskim poboljšanjima bit će za 21. stoljeće ono što je svemirska utrka bila u 20. stoljeću. Genske terapije i biomedicina postaju unosna industrija. Novi postupci omogućit će liječnicima intervenciju u naš DNK kako bi se revitalizirali ostarjeli ili nefunkcionalni organi, promijenio izgled, povećale atletske sposobnosti, povećala inteligencija... I desalinizacija vode uskoro bi mogla postati jedna od najvećih svjetskih industrija. Do sredine stoljeća oko 3,5 milijarde ljudi ostat će bez pristupa pitkoj vodi, što je višestruko povećanje od 1995. godine. Silna potražnja i nove učinkovitije tehnologije desalinizacije pružit će veće prilike za zaradom i za dovođenjem novog života u sušna područja. Životni vijek se također produljuje. Znanstvenici predviđaju da će se do 2025. životni vijek svake godine diljem svijeta produljiti za jednu godinu. Procjenjuje se i da će samo 15 posto smrtnih slučajeva prouzročiti zarazne bolesti koje se prirodno pojavljuju. U sljedećim desetljećima biotehnologije, koje su donedavno značile granicu znanosti, postat će dostupne mnogima s minimalnim znanstvenim obrazovanjem. Genomika i nanotehnologija omogućit će izmjenu strukture bakterija i virusa kako bi postali smrtonosniji ili otporniji na antibiotike. Jedan od prvih proizvoda bežične tehnologije je antena za jednu od Nasinih svemirskih misija. Ova tehnologija omogućit će i tehnički neobrazovanim ljudima da se okušaju kao izumitelji. Japan predviđa da će oko 2015. u svaka kuća imati robota. Južna Koreja oštro slijedi i planira to isto učiniti do 2020. godine.