Биосинтез

      Другой перспективный инструмент создания нанострукутур-биологические наномашины. Нэд Симэн из Ньюйоркского университета уже создал из молекул ДНК “фабрику” по производству одного-единственного полимера. Размеры устройства составляют всего 110x30x2 нм. Оно состоит из двух наномашин, которые Нэд изобрел, скомбинировав определенным образом цепи молекул ДНК.

Рис. 182. Схема и АСМ_изображение ДНК_наномашины*

* Перепечатано с www.nanotechweb.org

      Ученые заставили эту наномашину работать, добавив в раствор, содержащий ее, фрагменты все той же ДНК. Машина тут же начала собирать из них полимер, повторяющий структуру первоначальной “фабрики”. Эта наномашина работает подобно информационной РНК, управ-ляющей синтезом белковой цепочки в организме.

      Ученые хотят со временем создать наномашину, работающую подобно рибосоме. “Главное применение будущей искусственной рибосоме будет в синтезе новых материалов по заданной последовательности, закодированной в ДНК,-говорит Симэн. – В конце концов, мы научимся делать полимеры и новые материалы в больших количествах и за малый промежуток времени благодаря ДНК_машинам”.

Итак, повторим еще раз!

_ На пути познания природы огромную роль играют инструменты получения информа-ции о ней.

_ Оптический микроскоп состоит из двух систем линз-окуляра и объектива. Объектив создает первое увеличенное изображение объекта, которое затем увеличивается еще и окуляром. С помощью таких микроскопов можно получать увеличение до 1000 крат.

_ Открытие оптической микроскопии привело к бурному развитию многих наук. Были обнаружены микроорганизмы, более полно изучена работа и строение организма, создана клеточная теория, согласно которой все живое на Земле состоит и развива-ется из одних и тех же клеток.

_ Предельное разрешение микроскопа, согласно “принципу Рэлея”, не может быть больше половины длины волны падающего на объект света. Поэтому с помощью оптического микроскопа невозможно изучать объекты меньше 150 нм. В связи с этим возникла идея заменить свет электронами (с длиной волны в сотни раз меньше, чем у фотонов).

_ “Линзы” электронного микроскопа манипулируют пучком электронов подобно тому, как обычные линзы фокусируют и рассеивают световой поток. Разрешающая способность электрон-ных микроскопов _ единицы нанометров.

_ Недостаток электронных микроскопов _ необходимость работы в полном вакууме и разруши-тельное воздействие на биообъекты., что делает их непригодными для исследования в области биологии и биотехнологии.

_ Этих недостатков лишены СЗМы, обеспечивающие атомарное разрешение. Наиболее попу-лярны среди них туннельный, атомно_силовой и оптический ближнеплольный микроскопы. Сегодня они являются основным аналитическим оборудованием нанотехнологов.

_ К другие необходимым измерительным приборам относятся нановесы, спектромет-ры, наноинденторы, зондовые лаборатории и т.п.

_ Чтобы создать любой нанообъект его сначала нужно детально смоделировать. Программы для моделирования наноструктур можно разделить на три группы:

1) визуализационные (показывают наноструктуры, но ничего не рассчитывают);

2) вычислительные (позволяют проектировать различные наноструктуры, используя методы математического моделирования и законы квантовой физики)

3) нженерные (позволяют разрабатывать наносистемы, описывать их на молекуляр-ном уровне и определять основные электрические, оптические и физические свойст-ва)

_ Возможности компьютерного моделирования наноструктур напрямую зависят от мощности компьютеров и эффективности вычислительных алгоритмов.

_ Камень преткновения современной нанотехнологии невозможность массового про-изводства высокотехнологичных продуктов. В связи с этим возник проект нанофаб-рики, создающей различные предметы: от одежды до оргтехники. Среди вариантов нанофабрики наиболее популярны проекты конвергентной и параллельной наносборки.

_ Основой работы нанофабрики является множество фабрикаторов – управляемых устройств, способных комбинировать атомы, создавая между ними химические связи. По сути, фабрикатор – это наноманипулятор, связанный с компьютером и линией доставки сырья. В отличие от мобильного наноробота_ассемблера, он неподвижен и привязан к подложке.

_ Помимо нанофабрики, сегодня разработано большое множество альтернативных способов массового производства наноструктур. К ним относятся, например, электроосаждение, мягкая и перьевая нанолитография, биоисинтез и пр.