НАНОТЕХНОЛОГИЯ В БЛИЖАЙШЕМ ДЕСЯТИЛЕТИИ

Нанонаука и нанотехнология в центрах по исследованию и разработке материалов (сеть MRSBC)

Т. Вебер[76]

В 1999 г. нанонаука и нанотехнология были объявлены приоритетной обла­стью работы во всех 28 центрах по исследованию и разработке материалов, финансируемых ННФ. В этих центрах, ориентированных на проведение меж­дисциплинарных исследований, работает свыше 600 сотрудников более десят­ка высших учебных заведений. Около 75% ежегодного бюджета сети центров (45,5 млн. долл.) уже направляется на исследования по нанотехнологии и смежным вопросам. Быстрее всего развиваются исследования по биоматери­алам, включая биомиметические материалы, синтезируемые на основе при­родных образцов. В настоящее время интенсивные исследования в этом на­правлении проводятся в восьми центрах (ниже подробно описаны два таких исследования).

Центр в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре осуществляет об­ширную междисциплинарную программу (с участием специалистов по химии материалов, химической технологии, физике, механике и молекулярной гене­тике) по исследованию строения раковин семейства «морское ухо» и выясне­нию причин их удивительной прочности (известно, что сопротивление разру­шению материала раковины в 3000 раз превышает соответствующую величину для карбоната кальция, из которого в основном состоят эти раковины). Уда­лось обнаружить, что прочность обусловлена полимерным «клеем», соединяю­щем слои раковины. Используя атомно-силовую микроскопию, исследовате­ли выделили отдельные молекулы полимера и показали, что они составлены из «узлов», которые могут развязываться при повышении механической нагруз­ки, вследствие чего напряжения перераспределяются внутри полимера до тех пор, пока раковина не сломается целиком, как единое целое. Это открытие по­зволило предложить новый тип «молекулярного клея» (напоминающего по свойствам природный аналог), что может привести к значительному прогрессу в технологиях склеивания и упрочнения материалов.

В Центре при Висконсинском университете проводятся исследования на­норазмерных свойств полупроводников и высокотемпературных сверхпровод­ников, а также методов их изготовления и аттестации. В настоящее время Центр утвердил новую перспективную программу (которая финансируется по

Центральная идея

Базальная мембрана, присутствующая в роговой оболочке глаза, может использоваться в качестве подложки при выращивании клеточных структур.

Гипотезы

Основные характеристики выращиваемых клеток определяются наноразмерной топологией мембран-подложек, а не их биохимическим составом.

Можно создавать поверхности из синтетических материалов, имеющие заданные характеристики (форма, размеры, химический состав) для выращивания клеток, поведение которых будет соответствовать топологии природной базальной мембраны.

Схема строения эпителия роговой оболочки глаза

Рис. 11.9. Влияние топографии подложки на рост клеток (С. J. Murphy, Univ. Wise.).

Линии инновационных проектов Центра), посвященную созданию нанострук­турных поверхностей в качестве темплатов (подложек или шаблонов) для выращивания биологических клеток (в частности, эпителиальных клеток рого­вицы глаза). Центральная идея программы и заложенные в ней гипотезы пред­ставлены на рис. 11.9. Хотя осуществление этого проекта только начинается, исследователи уже умеют создавать синтетические темплаты, способные заме­нять соответствующие аналоги в живых организмах. Удалось также зарегист­рировать изменения роста клеток на наноструктурных подложках, что может иметь существенное значение для исследований, связанных с биоразнообрази­ем и соответствующими биоинженерными приложениями.