Nanotehnologija

Nanotehnologija je bilo koja tehnologija čije su polje djelovanja veličine reda milijarditog dijela metra. To su tehnologije koje manipulišu sa pojedinačnim atomima. To je primijenjena nauka i odnosi se na proizvodnju uređaja čije su dimenzije 100 nanometara ili manje.

mini|300x300piksel| Fulerenski nanozupčanici

Nanotehnologija je upotreba materije na atomskoj, molekularnoj i supramolekularnoj skali u industrijske svrhe. Najraniji, široko rasprostranjeni opis nanotehnologije odnosio se na određeni tehnološki cilj preciznog manipulisanja atomima i molekulama za proizvodnju proizvoda na makro nivou, koji se sada naziva i molekularna nanotehnologija Generalizovaniji opis nanotehnologije je naknadno uspostavljen od strane Nacionalne nanotehnološke inicijative, koja je definisala nanotehnologiju kao manipulaciju materijom sa najmanje jednom dimenzijom veličine od 1 do 100 nanometara (nm). Ova definicija odražava činjenicu da su kvantno-mehanički efekti važni na ovoj skali kvantnog carstva, pa se definicija pomjerila sa određenog tehnološkog cilja na kategoriju istraživanja koja uključuje sve vrste istraživanja i tehnologija koje se bave posebnim svojstvima materije koja se javljaju ispod datog praga veličine. Stoga je uobičajeno vidjeti oblik množine "nanotehnologije" kao i "tehnologije nanorazmjera" da se odnosi na širok spektar istraživanja i primjena čija je zajednička osobina veličina.

Nanotehnologija definisana veličinom prirodno je široka, uključujući područja nauke koja su raznolika kao što su nauka o površini, organska hemija, molekularna biologija, fizika poluprovodnika, skladištenje energije inženjerstvo,Elishakoff,I., D. Pentaras, K. Dujat, C. Versaci, G. Muscolino, J. Storch, S. Bucas, N. Challamel, T. Natsuki, Y.Y. Zhang, C.M. Wang and G. Ghyselinck, Carbon Nanotubes and Nano Sensors: Vibrations, Buckling, and Ballistic Impact, ISTE-Wiley, London, 2012, XIII+pp.421; . mikrofabrikacija, i molekularni inženjering. Povezana istraživanja i primjene su podjednako raznolike, u rasponu od proširenja konvencionalne fizike uređaja do potpuno novih pristupa zasnovanih na molekularnom samosastavljanju, od razvoja novih materijala s dimenzijama na nanoskali do direktne kontrole materije na atomskoj skali.

Naučnici trenutno raspravljaju o budućim implikacijama nanotehnologije. Nanotehnologija bi mogla stvoriti mnoge nove materijale i uređaje sa širokim spektrom primjena, kao što su nanomedicina, nanoelektronika, proizvodnja energije biomaterijala i proizvode široke potrošnje. S druge strane, nanotehnologija postavlja mnoga ista pitanja kao i svaka nova tehnologija, uključujući zabrinutost oko toksičnosti i uticaja nanomaterijala na životnu sredinu, i njihovih potencijalnih efekata na svjetsku ekonomiju, kao i spekulacije o različitim scenarijima sudnjeg dana. Ova zabrinutost dovela je do rasprave među grupama za zagovaranje i vladama o tome je li posebna regulacija nanotehnologije opravdana.

 Porijeklo 
Koncepte koji su postavili nanotehnologiju prvi je 1959. godine razmotrio poznati fizičar Richard Feynman u svom govoru There's Plenty of Room at the Bottom, u kojem je opisao mogućnost sinteze putem direktne manipulacije atoma.
desno|mini| Poređenje veličina nanomaterijala
Termin "nano-tehnologija" prvi je upotrebio Norio Taniguchi 1974. godine, iako nije bio široko poznat. Inspirisan Feynmanovim konceptima, K. Eric Drexler je koristio termin "nanotehnologija" u svojoj knjizi Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology iz 1986. godine, koja je predložila ideju o "sastavljaču" nanorazmjere koji bi bio u stanju  napraviti kopiju samog sebe i drugih stavki proizvoljne složenosti sa atomskom kontrolom. Također 1986. Drexler je suosnivač The Foresight Instituta (s kojim više nije povezan) kako bi pomogao povećanje svijesti i razumijevanje nanotehnoloških koncepata i implikacija.

Pojava nanotehnologije kao polja 1980-ih dogodila se kroz konvergenciju Drexlerovog teoretskog i javnog rada, koji je razvio i popularizirao konceptualni okvir za nanotehnologiju, i vrlo vidljiv eksperimentalni napredak koji je privukao dodatnu široku pažnju na izglede atomske kontrole materije. U 1980-im, dva velika otkrića izazvala su rast nanotehnologije u modernoj eri. Prvo, pronalazak skenirajućeg tunelskog mikroskopa 1981. koji je omogućio vizuelizaciju pojedinačnih atoma i veza bez presedana, a uspješno je korišten za manipulaciju pojedinačnim atomima 1989. godine. Programeri mikroskopa Gerd Binnig i Heinrich Rohrer iz IBM Zurich Research Laboratory dobili su Nobelovu nagradu za fiziku 1986. Binnig, Quate i Gerber su te godine također izumili analogni mikroskop atomske sile.
lijevo|mini| Buckminsterfuleren C 60, također poznat kao buckyball, reprezentativni je član ugljikovih struktura poznatih kao fulereni. Članovi porodice fulerena su glavni predmet istraživanja koji spada pod okrilje nanotehnologije.
Drugo, fulerene su 1985. otkrili Harry Kroto, Richard Smalley i Robert Curl, koji su zajedno dobili Nobelovu nagradu za hemiju 1996. godine. C60 u početku nije opisan kao nanotehnologija; termin je korišten u vezi s naknadnim radom sa srodnim ugljičnim nanocijevima (ponekad nazvanim grafenske cijevi ili Bucky cijevi) što je sugerisalo potencijalne primjene za elektroniku i uređaje nanorazmjera. Otkriće ugljičnih nanocijevi se uglavnom pripisuje Sumiu Iijimi iz NEC -a 1991. za koji je Iijima osvojio inauguralnu Kavli nagradu 2008. godine za nanonauku.

Početkom 2000-ih, ovo polje je privuklo povećanu naučnu, političku i komercijalnu pažnju što je dovelo do kontroverzi i napretka. Pojavile su se kontroverze u vezi sa definicijama i potencijalnim implikacijama nanotehnologija, što je ilustrovano u izvještaju Kraljevskog društva o nanotehnologiji. Pokrenuti su izazovi u vezi izvodljivosti primjena koje su zamislili zagovornici molekularne nanotehnologije, što je kulminiralo javnom debatom između Drexlera i Smalleya 2001. i 2003.

U međuvremenu, počela se pojavljivati komercijalizacija proizvoda zasnovana na napretku u nanotehnologijama. Ovi proizvodi su ograničeni na masovnu primjenu nanomaterijala i ne uključuju atomsku kontrolu materije. Neki primjeri uključuju Silver Nano platformu za korištenje srebrnih nanočestica kao antibakterijskog agensa, prozirne kreme za zaštitu od sunca na bazi nanočestica, jačanje ugljičnih vlakana korištenjem nanočestica silicij dioksida i karbonske nanocijevi za tekstil otporan na mrlje.

Vlade su krenule sa promovisanjem i finansiranjem istraživanja u nanotehnologiji, kao što je u SAD sa Nacionalnom inicijativom za nanotehnologiju, koja je formalizovala definiciju nanotehnologije zasnovanu na veličini i uspostavila finansiranje istraživanja na nanorazmjeri, a u Evropi preko Evropskih okvirnih programa za istraživanje i tehnološki razvoj.

Sredinom 2000-ih nova i ozbiljna naučna pažnja počela je da cvjeta. Pojavili su se projekti za izradu mapa puta za nanotehnologiju koje su usmjerene na atomski preciznu manipulaciju materijom i raspravljaju o postojećim i projektovanim sposobnostima, ciljevima i primjenama.

 Fundamentalni koncepti 
Nanotehnologija je inženjering funkcionalnih sistema na molekularnoj razmjeri. Ovo pokriva i trenutni rad i naprednije koncepte. U svom izvornom smislu, nanotehnologija se odnosi na projektovanu sposobnost konstruisanja predmeta odozdo prema gore, koristeći tehnike i alate koji se danas razvijaju kako bi se napravili potpuni proizvodi visokih performansi.

Jedan nanometar (nm) je milijarditi dio, ili 10−9 metra. Poređenja radi, tipične dužine veze ugljik-ugljik, ili razmak između ovih atoma u molekuli, su u rasponu od , a dvostruka spirala DNK ima prečnik oko 2 nm. S druge strane, najmanji ćelijski oblika života, bakterija iz roda Mycoplasma, ima oko 200 nm dužine. Po konvenciji, nanotehnologija se uzima kao opseg skale od  prema definiciji koju koristi Nacionalna inicijativa za nanotehnologiju u SAD. Donja granica je određena veličinom atoma (vodik ima najmanje atome, koji su približno četvrtina nm kinetičkog prečnika) budući da nanotehnologija mora izgraditi svoje uređaje od atoma i molekula. Gornja granica je manje-više proizvoljna, ali je oko veličine ispod koje pojave koje se ne primjećuju u većim strukturama počinju da postaju očigledne i mogu se koristiti u nano uređaju. Ovi novi fenomeni čine nanotehnologiju različitom od uređaja koji su samo minijaturne verzije ekvivalentnog makroskopskog uređaja; takvi uređaji su u većem obimu i spadaju pod opis mikrotehnologije.

Ako stavimo tu razmjeru u drugi kontekst, uporedna veličina nanometra na metar je ista kao veličina klikera u odnosu na veličinu Zemlje. Ili drugačije rečeno: nanometar je količina brade koju prosječnom čovjeku naraste za vrijeme koje mu je potrebno da podigne britvu do lica.

U nanotehnologiji se koriste dva glavna pristupa. U pristupu "odozdo prema gore", materijali i uređaji su izgrađeni od molekularnih komponenti koje se same sastavljaju hemijski prema principima molekularnog prepoznavanja. U pristupu odozgo prema dolje, nano-objekti se konstruiraju od većih entiteta bez kontrole na atomskom nivou.

Oblasti fizike kao što su nanoelektronika, nanomehanika, nanofotonika i nanoinika su se razvile tokom posljednjih nekoliko decenija kako bi pružile osnovnu naučnu osnovu nanotehnologije.

 Veći prema manjim: perspektiva materijala 
desno|mini| Slika rekonstrukcije na čistoj površini od zlata (100), kako je vizualizirana pomoću skenirajuće tunelske mikroskopije. Položaji pojedinačnih atoma koji čine površinu su vidljivi.
Nekoliko fenomena postaje izraženo kako se veličina sistema smanjuje. To uključuje statističke mehaničke efekte, kao i kvantno mehaničke efekte, na primjer "efekt kvantne veličine" gdje se elektronska svojstva čvrstih materija mijenjaju sa velikim smanjenjem veličine čestica. Ovaj efekt ne dolazi u obzir prelaskom sa makro na mikro dimenzije. Međutim, kvantni efekti mogu postati značajni kada se dosegne raspon veličine nanometara, obično na udaljenostima od 100 nanometara ili manje, u takozvanom kvantnom području. Osim toga, brojna fizička (mehanička, električna, optička, itd.) svojstva se mijenjaju u poređenju sa makroskopskim sistemima. Jedan primjer je povećanje odnosa površine i zapremine koje mijenja mehanička, termička i katalitička svojstva materijala. Difuzija i reakcije na nanoskali, materijali nanostrukture i nanouređaji s brzim transportom iona općenito se nazivaju nanoionikom. Mehanička svojstva nanosistema su od interesa za istraživanje nanomehanike. Katalitička aktivnost nanomaterijala također otvara potencijalne rizike u njihovoj interakciji s biomaterijalima.

Materijali svedeni na nanorazmjeru mogu pokazati različita svojstva u odnosu na ono što pokazuju na makro skali, što omogućava jedinstvene primjene. Na primjer, neprozirne materije mogu postati prozirne (bakar); stabilni materijali mogu postati zapaljivi (aluminij); nerastvorljivi materijali mogu postati rastvorljivi (zlato). Materijal kao što je zlato, koji je hemijski inertan na normalnim razmjerama, može poslužiti kao moćan hemijski katalizator na nanoskali. Veliki dio fascinacije nanotehnologijom proizlazi iz ovih kvantnih i površinskih fenomena koje materija ispoljava na nanoskali.

 Od jednostavnog do složenog: molekularna perspektiva 
Moderna sintetička hemija dostigla je tačku u kojoj je moguće pripremiti male molekule za gotovo svaku strukturu. Ove metode se danas koriste za proizvodnju širokog spektra korisnih hemikalija kao što su farmaceutski proizvodi ili komercijalni polimerii. Ova sposobnost postavlja pitanje proširenja ovakve vrste kontrole na sljedeći veći nivo, tražeći metode za sklapanje ovih pojedinačnih molekula u supramolekularne sklopove koji se sastoje od mnogih molekula raspoređenih na dobro definisan način.

Ovi pristupi koriste koncepte molekularnog samosastavljanja i/ili supramolekularne hemije kako bi se automatski uredili u neku korisnu konformaciju kroz pristup odozdo prema gore. Koncept molekularnog prepoznavanja je pogotovo važan: molekule se mogu dizajnirati preferirajući određene konfiguracije ili raspored zbog nekovalentnih međumolekularnih sila. Watson-Crickova pravila uparivanja baza su direktan rezultat ovoga, kao i specifičnost enzimaa koji je usmjeren na jedan supstrat, ili specifično savijanje samog proteina. Dakle, dvije ili više komponenti mogu biti dizajnirane da budu komplementarne i međusobno privlačne čineći složeniju i korisniju cjelinu.

Takvi pristupi odozdo prema gore trebali bi biti sposobni za proizvodnju uređaja paralelno i biti mnogo jeftiniji od metoda odozgo prema dole, ali bi potencijalno mogli biti preopterećeni čim se veličina i složenost željenog sklopa povećaju. Većina korisnih struktura zahtijeva složene i termodinamički malo vjerovatne rasporede atoma. Ipak, postoji mnogo primjera samosastavljanja zasnovanog na molekularnom prepoznavanju u biologiji, najupečatljivije je Watson-Crick uparivanje baza i interakcije enzima i supstrata. Izazov za nanotehnologiju je mogu li se ovi principi koristiti za izradu novih konstrukcija pored prirodnih.

 Molekularna nanotehnologija: dugoročni pogled 
Molekularna nanotehnologija, koja se ponekad naziva i molekularna proizvodnja, opisuje projektovane nanosisteme (mašine nanorazmjera) koje rade na molekularnoj skali. Molekularna nanotehnologija je posebno povezana sa molekularnim asemblerom, mašinom koja može proizvesti željenu strukturu ili uređa,j atom po atom, koristeći principe mehanosinteze. Proizvodnja u kontekstu produktivnih nanosistema nije povezana, i treba se jasno razlikovati od konvencionalnih tehnologija koje se koriste za proizvodnju nanomaterijala kao što su ugljenične nanocevi i nanočestice.

Kada je termin "nanotehnologija" nezavisno skovao i popularizovao Eric Drexler (koji u to vreme nije znao za raniju upotrebu kod Norio Taniguchija), on se odnosio na buduću proizvodnu tehnologiju zasnovanu na molekularnim mašinskim sistemima. Pretpostavka je bila da biološke analogije tradicionalnih komponenti mašina na molekularnoj razmjeri pokazuju da su molekularne mašine moguće: na osnovu bezbrojnih primjera pronađenih u biologiji, poznato je da se mogu proizvesti sofisticirane, stohastički optimizirane biološke mašine.

Nada postoji da će razvoj nanotehnologije omogućiti njihovu izgradnju na neki drugi način, možda koristeći biomimetičke principe. Međutim, Drexler i drugi istraživači. crnano.org su predložili da se napredna nanotehnologija, iako je možda prvobitno implementirana biomimetičkim sredstvima, u konačnici može zasnivati na principima mašinstva, odnosno proizvodnoj tehnologiji zasnovanoj na mehaničkoj funkcionalnosti ovih komponenti (kao što su zupčanici, ležajevi, motori i strukturni elementi) koji bi omogućili programabilnu, pozicionu montažu prema atomskoj specifikaciji. Fizičke i inženjerske performanse uzornih dizajna analizirane su u Drexlerovoj knjizi Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation (Nanosistemi: molekularna mašina, proizvodnja i računanje).

Općenito, vrlo je teško sastaviti uređaje na atomskoj skali, jer se moraju postaviti atomi na druge atome usporedive veličine i ljepljivosti. Drugi stav, koji je iznio Carlo Montemagno, je da će budući nanosistemi biti hibridi silicijske tehnologije i bioloških molekularnih mašina. Richard Smalley je tvrdio da je mehanosinteza nemoguća zbog poteškoća u mehaničkom manipulisanju pojedinačnim molekulama.

To je dovelo do razmjene pisama u ACS publikaciji Chemical & Engineering News 2003. Iako biologija jasno pokazuje da su sistemi molekularnih mašina mogući, nebiološke molekularne mašine su danas tek u povojima. Lideri u istraživanju nebioloških molekularnih mašina su Alex Zettl i njegove kolege u Lawrence Berkeley Laboratories i UC Berkeley. Oni su konstruisali najmanje tri različita molekularna uređaja čije se kretanje kontroliše sa radne površine sa promjenljivim naponom: nanocijevni nanomotor, molekularni aktuator i nanoelektromehanički relaksacioni oscilator. Pogledajte nanocijevni nanomotor za više primjera.

Eksperiment koji pokazuje da je poziciono molekularna montaža moguća izveli su Ho i Lee na Univerzitetu Cornell 1999. godine. Koristili su skenirajući tunelski mikroskop da pomjere pojedinačnu molekulu ugljičnog monoksida (CO) do pojedinačnog atoma željeza (Fe) koji se nalazi na ravnom srebrnom kristalu i hemijski vezali CO za Fe primjenom napona.

 Trenutna istraživanja 
desno|mini| Grafički prikaz rotaksana, korisnog kao molekularni prekidač.
desno|mini| Ovaj DNK tetraedar je umjetno dizajnirana nanostruktura tipa napravljena u oblasti DNK nanotehnologije. Svaki rub tetraedra je dvostruka spirala DNK od 20 parova baza, a svaki vrh je spoj sa tri kraka.
mini|Rotirajući pogled na C60, jednu vrstu fulerena
desno|mini| Ovaj uređaj prenosi energiju iz nano-tankih slojeva kvantnih bunara do nanokristala iznad njih, uzrokujući da nanokristali emituju vidljivu svjetlost.

 Nanomaterijali 
Područje nanomaterijala uključuje podpolje koje razvija ili proučava materijale koji imaju jedinstvena svojstva koja proizilaze iz njihovih nanosmjernih dimenzija.

 Nauka o interfejsu i koloidu dovela je do mnogih materijala koji mogu biti korisni u nanotehnologiji, kao što su ugljične nanocijevi i drugi fulereni, te razne nanočestice i nanošipke. Nanomaterijali sa brzim transportom iona takođe se odnose na nanojoniku i nanoelektroniku.
 Materijali nanorazmjera se također mogu koristiti za velike primjene; većina prisutnih komercijalnih primjena nanotehnologije je ovog okusa.
 Postignut je napredak u korištenju ovih materijala za medicinske primjene; vidi Nanomedicina.
 Materijali nanorazmjera kao što su nanostubovi se ponekad koriste u solarnim ćelijama koje se bore protiv troškova tradicionalnih silikonskih solarnih ćelija.
 Razvoj aplikacija koje uključuju poluprovodničke nanočestice koje će se koristiti u sljedećoj generaciji proizvoda, kao što su tehnologija prikaza, rasvjeta, solarne ćelije i biološka slika; vidi kvantne tačke.
 Nedavna primjena nanomaterijala uključuje niz biomedicinskih primjena, kao što su inženjering tkiva, isporuka lijekova, antibiotika i biosenzori.

 Pristupi odozdo prema gore 
Oni nastoje rasporediti manje komponente u složenije sklopove.

 DNK nanotehnologija koristi specifičnost Watson-Crickovog uparivanja baza za konstruisanje dobro definisanih struktura od DNK i drugih nukleinskih kiselina.
 Pristupi iz oblasti "klasične" hemijske sinteze (anorganska i organska sinteza) također imaju za cilj dizajniranje molekula dobro definisanog oblika (npr. bis-peptidaa).
 Općenito, molekularno samosastavljanje nastoji koristiti koncepte supramolekularne hemije, a posebno molekularnog prepoznavanja, kako bi se komponente jedne molekule automatski rasporedile u neku korisnu konformaciju.
 Vrhovi mikroskopa atomske sile mogu se koristiti kao "glava za pisanje" na nanoskali za nanošenje hemikalije na površinu u željenom uzorku u procesu koji se naziva nanolitografija dip pen. Ova tehnika se uklapa u šire podpolje nanolitografije.
 Epitaksija molekularnog snopa omogućava montažu materijala odozdo prema gore, posebno poluvodičkih materijala koji se obično koriste u čipovima i računarskim aplikacijama, stekovi, gejting i nanožični laseri.

 Pristupi odozgo prema dole 
Oni nastoje stvoriti manje uređaje koristeći veće za vođenje njihovog sklapanja.

 Mnoge tehnologije koje su proizašle iz konvencionalnih silicijskih metoda u čvrstom stanju za proizvodnju mikroprocesora sada su sposobne kreirati karakteristike manje od 100 nm, što potpada pod definiciju nanotehnologije. Ogromni čvrsti diskovi zasnovani na magnetootpornosti koji su već na tržištu odgovaraju ovom opisu, kao i tehnike atomskog slojnog taloženja (ALD). Peter Grünberg i Albert Fert dobili su Nobelovu nagradu za fiziku 2007. godine za otkriće divovske magnetootpornosti i doprinos području spintronike.
 Tehnike čvrstog stanja mogu se koristiti i za kreiranje uređaja poznatih kao nanoelektromehanički sistemi ili NEMS, koji su povezani sa mikroelektromehaničkim sistemima ili MEMS.
 Fokusirani snopovi iona mogu direktno ukloniti materijal, ili čak taložiti materijal kada se u isto vrijeme primjenjuju odgovarajući gasovi prekursori. Na primjer, ova tehnika se rutinski koristi za kreiranje sub-100 nm presjeka materijala za analizu u transmisijskoj elektronskoj mikroskopiji.
 Vrhovi mikroskopa atomske sile mogu se koristiti kao "glava za pisanje" na nanoskali za nanošenje otpornika, nakon čega slijedi proces jetkanja za uklanjanje materijala metodom odozgo prema dole.

 Funkcionalni pristupi 
Oni nastoje razviti komponente željene funkcionalnosti bez obzira na to kako bi se mogle sastaviti.

 Magnetski sklop za sintezu anizotropnih superparamagnetnih materijala kao što su nedavno predstavljeni magnetni nano lanci.
 Elektronika na molekularnoj skali nastoji razviti molekule s korisnim elektronskim svojstvima. One bi se zatim mogle koristiti kao komponente od jedne molekule u nanoelektronskom uređaju. Za primjer vidi rotaksan.
 Sintetičke hemijske metode također se mogu koristiti za stvaranje sintetičkih molekularnih motora, kao što je u takozvanom nanoautomobilu.

 Biomimetički pristupi 

 Bionika ili biomimikrija nastoji da primijeni biološke metode i sisteme pronađene u prirodi, na proučavanje i projektovanje inženjerskih sistema i moderne tehnologije. Biomineralizacija je jedan primjer sistema koji se proučava.
 Bionanotehnologija je upotreba biomolekula za primjenu u nanotehnologiji, uključujući korištenje virusa i lipidnih sklopova. Nanoceluloza, nanopolimer koji se često koristi za velike primjene, je zeleni materijal koji je stekao interes u nanotehnologiji i zelenoj hemiji zbog svojih korisnih svojstava kao što su obilje, visok omjer stranica, dobra mehanička svojstva, obnovljivost i biokompatibilnost.

 Spekulativno 
Ova potpolja nastoje da predvide koje bi pronalaske nanotehnologija mogla donijeti ili da pokušaju predložiti plan po kome bi istraživanje moglo napredovati. Oni često imaju širok pogled na nanotehnologiju, s većim naglaskom na njene društvene implikacije, nego na detalje o tome kako bi takvi izumi zapravo mogli biti stvoreni.

 Molekularna nanotehnologija je predloženi pristup koji uključuje manipulaciju pojedinačnih molekula na fino kontrolisane, determinističke načine. Ovo je više teoretski nego u drugim potpoljima, a mnoge od predloženih tehnika prevazilaze trenutne mogućnosti.
 Nanorobotika se usredsređuje na samodovoljne mašine neke funkcionalnosti koje rade na nanorazmjeri. Postoje nade za primjenu nanorobota u medicini. Ipak, napredak na inovativnim materijalima i metodologijama je demonstriran s nekim patentima koji su odobreni za nove uređaje za nanoproizvodnju za buduće komercijalne primjene, što također progresivno pomaže u razvoju prema nanorobotima uz korištenje ugrađenih koncepata nanobioelektronike.
 Produktivni nanosistemi su "sistemi nanosistema" koji će biti složeni nanosistemi koji proizvode atomski precizne dijelove za druge nanosisteme, ne koristeći nužno nova svojstva nanorazmjera, ali dobro shvaćene osnove proizvodnje. Zbog diskretne (tj. atomske) prirode materije i mogućnosti eksponencijalnog rasta, ova faza se smatra osnovom još jedne industrijske revolucije. Mihail Roco, jedan od arhitekata američke Nacionalne inicijative za nanotehnologiju, predložio je četiri stanja nanotehnologije koja izgledaju paralelno sa tehničkim napretkom industrijske revolucije, napredujući od pasivnih nanostruktura do aktivnih nanouređaja do složenih nanomašina i konačno do produktivnih nanosistema.
 Programabilna materija nastoji dizajnirati materijale čija se svojstva mogu lako, reverzibilno i eksterno kontrolisati kroz fuziju informatičke nauke i nauke o materijalima.
 Zbog popularnosti i medijske eksponiranosti pojma nanotehnologija, riječi pikotehnologija i femtotehnologija skovane su po analogiji s njim, iako se koriste rijetko i neformalno.

 Dimenzionalnost u nanomaterijalima 
Nanomaterijali se mogu klasifikovati u 0D, 1D, 2D i 3D nanomaterijale . Dimenzionalnost igra glavnu ulogu u određivanju karakteristika nanomaterijala uključujući fizičke, hemijske i biološke karakteristike. Sa smanjenjem dimenzionalnosti, uočava se povećanje omjera površine i volumena. Ovo ukazuje da nanomaterijali manjih dimenzija imaju veću površinu u poređenju sa 3D nanomaterijalima. Nedavno su dvodimenzionalni (2D) nanomaterijali opsežno istraženi za elektroniku, biomedicinu, isporuke lijekova i primjene biosenzora.

 Alati i tehnike 
desno|mini| Tipična AFM postavka. Mikroproizvedena konzola sa oštrim vrhom se odbija od karakteristika na površini uzorka, slično kao kod fonografa, ali u mnogo manjoj razmjeri. Laserski snop reflektuje se sa stražnje strane konzole u set fotodetektora, omogućavajući mjerenje otklona i sastavljanje u sliku površine.
Postoji nekoliko važnih savremenih razvoja. Mikroskop atomske sile (AFM) i skenirajući tunelski mikroskop (STM) su dvije rane verzije sondi za skeniranje koje su pokrenule nanotehnologiju. Postoje i druge vrste mikroskopije skenirajuće sonde. Iako je konceptualno sličan skenirajućem konfokalnom mikroskopu koji je razvio Marvin Minsky 1961. i skenirajućem akustičnom mikroskopu (SAM) koji su razvili Calvin Quate i saradnici 1970-ih, noviji mikroskopi za skeniranje sonde imaju mnogo veću rezoluciju, budući da nisu ograničeni talasnom dužinom zvuka ili svjetlosti.

Vrh sonde za skeniranje također se može koristiti za manipulaciju nanostruktura (proces koji se naziva pozicioni sklop). Metodologija skeniranja orijentisana na karakteristike može biti obećavajući način za implementaciju ovih nanomanipulacija u automatskom režimu. Međutim, ovo je još uvijek spor proces zbog male brzine skeniranja mikroskopa.

Razvijene su i različite tehnike nanolitografije kao što su optička litografija, rentgenska litografija, dip pen nanolitografija, litografija elektronskim snopom ili litografija nanootiska. Litografija je tehnika izrade odozgo prema dole u kojoj se rasuti materijal smanjuje u veličinu na uzorak nano-razmjera.

Druga grupa nanotehnoloških tehnika uključuje one koje se koriste za proizvodnju nanocijevi i nanožica, one koje se koriste u proizvodnji poluprovodnika kao što su: duboka ultraljubičasta litografija, litografija elektronskim snopom, obrada fokusiranim ionskim snopom, litografija nanootiska, taloženje atomskog sloja i taloženje molekularnom parom, i dalje uključujući molekularne tehnike samosastavljanja kao što su one koje koriste di-blok kopolimere. Preteče ovih tehnika prethodile su eri nanotehnologije i predstavljaju proširenje u razvoju naučnog napretka, a ne tehnike koje su osmišljene sa jedinom svrhom stvaranja nanotehnologije i koje su rezultat istraživanja nanotehnologije.

Pristup odozgo prema dole predviđa nanouređaje koji se moraju graditi dio po dio u fazama, kao što se prave proizvedeni predmeti. Skenirajuća sondna mikroskopija je važna tehnika kako za karakterizaciju tako i za sintezu nanomaterijala. Mikroskopi atomske sile i skenirajući tunelski mikroskopi mogu se koristiti za gledanje površina i pomicanje atoma. Dizajniranjem različitih vrhova za ove mikroskope, oni se mogu koristiti za izrezivanje struktura na površinama i za pomoć pri vođenju struktura koje se same sastavljaju. Koristeći, na primjer, pristup skeniranja usmjerenog na karakteristike, atomi ili molekule se mogu pomicati po površini pomoću tehnika mikroskopije skenirajuće sonde. Trenutno je skup i dugotrajan za masovnu proizvodnju, ali vrlo pogodan za laboratorijske eksperimente.

Nasuprot tome, tehnike odozdo prema gore grade ili rastu veće strukture atom po atom ili molekul po molekul. Ove tehnike uključuju hemijsku sintezu, samosastavljanje i poziciono sastavljanje. Interferometrija dvostruke polarizacije je jedan alat pogodan za karakterizaciju samosastavljenih tankih filmova. Druga varijacija pristupa odozdo prema gore je epitaksija molekularnim snopom ili MBE. Istraživači u Bell Telephone Laboratories poput Johna R. Arthura. Alfred Y. Cho i Art C. Gossard razvili su i implementirali MBE kao istraživački alat kasnih 1960-ih i 1970-ih. Uzorci koje je napravio MBE bili su ključni za otkriće frakcionog kvantnog Holovog efekta za koji je 1998. godine dodijeljena Nobelova nagrada za fiziku. MBE omogućava naučnicima da postave atomski precizne slojeve atoma i, u tom procesu, izgrade složene strukture. Važan za istraživanje poluprovodnika, MBE se takođe široko koristi za pravljenje uzoraka i uređaja za novonastalu oblast spintronike.

Međutim, novi terapeutski proizvodi, zasnovani na nanomaterijalima koji reaguju, kao što su ultradeformabilni, na stres osjetljivi Transfersome vezikule, su u razvoju i već su odobreni za ljudsku upotrebu u nekim zemljama.

 Prijave 
desno|mini|Jedna od glavnih primjena nanotehnologije je u oblasti nanoelektronika sa MOSFET's being main nanožice ≈10 nm dužine. Ovo je simulacija takve nanožice.
mini|Nanostrukture ovoj površini daju superhidrofobnost, koje omogućavaju vodenim kapljicama oticanje sa kose ravni.
mini|Laseri s nanožicom za ultrabrz prijenos informacija u svjetlosnim impulsima
Od 21. augusta 2008., Projekt o novim nanotehnologijama procjenjuje da je preko 800 nanotehnoloških proizvoda identifikovanih proizvođača javno dostupno, pri čemu novi izlaze na tržište brzinom od 3-4 sedmično. Projekt navodi sve proizvode u javno dostupnoj online bazi podataka. Većina primjena ograničena je na upotrebu pasivnih nanomaterijala "prve generacije", što uključuje titan dioksid u kremama za sunčanje, kozmetici, površinskim premazima, i nekim prehrambenim proizvodima; Ugljični alotropi koji se koriste za proizvodnju geko trake; srebro u ambalaži za hranu, odjeći, dezinficijensima i kućanskim aparatima; cink oksid u kremama za sunčanje i kozmetici, površinskim premazima, bojama i lakovima za vanjski namještaj; i cerij oksid kao katalizator goriva.

Dalje primjene omogućavaju da teniske loptice traju duže, loptice za golf da lete ravnije, pa čak i kugle za kuglanje da postanu izdržljivije i imaju tvrđu podlogu. Pantalone i čarape su prožete nanotehnologijom kako bi duže trajale i hladile ljude ljeti. Na zavoje se unose nanočestice srebra kako bi se posjekotine brže zacijelile. Konzole za video igre i lični računari mogu postati jeftiniji, brži i sadržavati više memorije zahvaljujući nanotehnologiji. Također, za izgradnju struktura za računanje na čipu  svjetlom, na primjer na čipu za optičku kvantnu obradu informacija i pikosekundni prijenos informacija.

Nanotehnologija može imati mogućnost da postojeće medicinske aplikacije učini jeftinijim i lakšim za korištenje na mjestima kao što su ordinacije doktora opće prakse i kod kuće. Automobili se proizvode korištenjem nanomaterijala na takav način da dijelovi automobila zahtijevaju manje metala tokom proizvodnje i manje goriva za rad u budućnosti.

Naučnici se sada okreću nanotehnologiji u pokušaju da razviju dizel motore sa čistijim ispušnim gasovima. Platina se trenutno koristi kao katalizator u dizel motorima. Katalizator je ono što čisti čestice ispušnih gasova. Prvi redukcijski katalizator se koristi za uzimanje atoma dušika iz molekula NOx kako bi se oslobodio kisik. Zatim oksidacijski katalizator oksidira ugljikovodike i ugljični monoksid da nastane ugljični dioksid i voda.  Platina se koristi i u redukcijskim i oksidacijskim katalizatorima. Međutim, upotreba platine je neefikasna jer je skupa i neodrživa. Danska kompanija InnovationsFonden uložila je 15 miliona DKK u potragu za novim zamjenama za katalizatore koristeći nanotehnologiju. Cilj projekta, koji je pokrenut u jesen 2014. godine, je maksimizirati površinu i minimizirati količinu potrebnog materijala. Objekti imaju tendenciju da minimiziraju svoju površinsku energiju; dvije kapi vode, na primjer, spojit će se i formirati jednu kap i smanjiti površinu. Ako je površina katalizatora koja je izložena ispušnim gasovima maksimizirana, efikasnost katalizatora je maksimizirana. Tim koji radi na ovom projektu ima za cilj stvaranje nanočestica koje se neće spajati. Svaki put kada se površina optimizira, materijal se štedi. Stoga će stvaranje ovih nanočestica povećati efikasnost rezultirajućeg katalizatora dizel motora – što će zauzvrat dovesti do čistijih ispušniih gasova – i smanjiti troškove. Ako bude uspješan, tim se nada da će smanjiti upotrebu platine za 25 procenata.

Nanotehnologija također ima istaknutu ulogu u oblasti inženjerstva tkiva koje se brzo razvija. Kada dizajniraju strukture, istraživači pokušavaju da oponašaju karakteristike mikrookruženja ćelije na nanorazmjeri kako bi usmjerili njenu diferencijaciju niz odgovarajuću liniju. Na primjer, kada stvaraju strukture koje podržavaju rast kostiju, istraživači mogu oponašati jame za resorpciju osteoklasta.

Istraživači su uspješno koristili nanorobote zasnovane na DNK origamiju sposobne da izvode logičke funkcije kako bi postigli ciljanu isporuku molekula kod žohara. Rečeno je da se računska snaga ovih nanobota može povećati do one koju ima Commodore 64.

 Implikacije 
Područje zabrinutosti je učinak koji bi proizvodnja u industrijskoj mjeri i upotreba nanomaterijala imali na zdravlje ljudi i okolinu, kao što sugerišu nanotoksikološka istraživanja. Iz ovih razloga, neke grupe zagovaraju da nanotehnologiju regulišu vlade. Drugi se suprotstavljaju da bi prekomjerna regulacija ugušila naučna istraživanja i razvoj korisnih inovacija. Agencije za istraživanje javnog zdravlja, kao što je Nacionalni institut za sigurnost i zdravlje na radu, aktivno provode istraživanja o potencijalnim zdravstvenim efektima koji proizlaze iz izloženosti nanočesticama.

Neki proizvodi od nanočestica mogu imati neželjene posljedice. Istraživači su otkrili da se bakteriostatske nanočestice srebra koje se koriste u čarapama za smanjenje mirisa stopala oslobađaju tokom pranja. Ove čestice se zatim ispuštaju u tok otpadnih voda i mogu uništiti bakterije koje su kritične komponente prirodnih ekosistema, farmi i procesa obrade otpada.Murray R.G.E. (1993) Advances in Bacterial Paracrystalline Surface Layers. T. J. Beveridge, S. F. Koval (Eds.). Plenum Press. . pp. 3–9.

Javne rasprave o percepciji rizika u SAD-u i Velikoj Britaniji koje je proveo Centar za nanotehnologiju u društvu pokazale su da su učesnici bili pozitivniji u pogledu nanotehnologija za energetske primjene nego za zdravstvene primjene, pri čemu zdravstvene primjene otvaraju moralne i etičke dileme kao što su cijena i dostupnost.

Stručnjaci, uključujući direktora Projekta o novim nanotehnologijama Centra Woodrow Wilson Davida Rejeskija, svjedočili su da uspješna komercijalizacija zavisi od adekvatnog nadzora, strategije istraživanja rizika i javnog angažmana. Berkeley u Kaliforniji je trenutno jedini grad u Sjedinjenim Državama koji reguliše nanotehnologiju; Godine 2008, Cambridge, Massachusetts je razmatrao donošenje sličnog zakona, ali ga je na kraju odbio.

 Brige za zdravlje i životnu sredinu 
mini|Video o zdravstvenim i sigurnosnim implikacijama nanotehnologije
Nanovlakna se koriste u nekoliko područja iu različitim proizvodima, od krila za avione do teniskih reketa. Udisanje nanočestica i nanovlakna u vazduhu može dovesti do brojnih plućnih bolesti, npr. fibroze. Istraživači su otkrili da kada štakori udišu nanočestice, čestice se talože u mozgu i plućima, što je dovelo do značajnog povećanja biomarkera za upalu i odgovor na stres i da nanočestice izazivaju starenje kože kroz oksidativni stres kod miševa bez dlake.

Dvogodišnja studija na UCLA School of Public Health otkrila je da su laboratorijski miševi koji su konzumirali nano-titan dioksid pokazali oštećenje DNK i hromozoma do stepena "povezanog sa svim velikim ubicama ljudi, naime rakom, bolestima srca, neurološkim bolestima i starenjem".

Studija Nature Nanotechnology sugeriše da bi neki oblici ugljičnih nanocijevi – primjeri “nanotehnološke revolucije” – mogli biti štetni kao azbest ako se udahnu u dovoljnim količinama. Anthony Seaton sa Instituta za medicinu rada u Edinburgu, Škotska, koji je dao doprinos članku o ugljičnim nanocijevima, rekao je: „Znamo da neke od njih vjerovatno imaju potencijal da izazovu mezoteliom. Stoga se s takvim materijalima treba vrlo pažljivo rukovati." U nedostatku posebne regulative od strane vlada, Paull i Lyons (2008) su pozvali na isključenje dizajniranih nanočestica u hrani. Novinski članak izvještava da su radnici u fabrici boja razvili ozbiljnu bolest pluća i da su nanočestice pronađene u njihovim plućima. Scientific American. 2008-11-09

 Regulativa 
Pozivi na strožiju regulaciju nanotehnologije pojavili su se usporedo sa rastućom debatom u vezi sa rizicima nanotehnologije po zdravlje i sigurnost ljudi. Postoji značajna debata o tome ko je odgovoran za regulaciju nanotehnologije. Neke regulatorne agencije trenutno pokrivaju neke nanotehnološke proizvode i procese (u različitom stepenu) – „pričvršćivanjem“ nanotehnologije na postojeće propise – postoje jasne praznine u ovim režimima. Davies (2008) je predložio regulatornu mapu puta koja opisuje korake za rješavanje ovih nedostataka..

Sudionici zabrinuti nedostatkom regulatornog okvira za procjenu i kontrolu rizika povezanih s oslobađanjem nanočestica i nanocijevi povukli su paralele sa goveđom spužvastom encefalopatijom (bolest "kravljeg ludila", talidomidom, genetski modificiranom hranom, nuklearnom energijom, reproduktivnim tehnologijama, biotehnologijom i azbestozom. Andrew Maynard, glavni savjetnik za nauku u Projektu Centra Woodrow Wilson o novim nanotehnologijama, zaključuje da nema dovoljno sredstava za istraživanje zdravlja i sigurnosti ljudi, i kao rezultat toga, trenutno postoji ograničeno razumijevanje rizika za zdravlje i sigurnost ljudi povezanih s nanotehnologijom. Kao rezultat toga, neki akademici su pozvali na strožiju primjenu principa predostrožnosti, uz odloženo odobrenje marketinga, poboljšano označavanje i dodatne zahtjeve za razvoj sigurnosnih podataka u vezi s određenim oblicima nanotehnologije.

Izvještaj Kraljevskog društva identificirao je rizik od oslobađanja nanočestica ili nanocijevi tokom odlaganja, uništavanja i recikliranja i preporučio da „proizvođači proizvoda koji potpadaju pod proširene režime odgovornosti proizvođača, kao što su propisi o kraju životnog vijeka, objave procedure u kojima se navode kako ti proizvodi materijalima će se upravljati kako bi se minimizirala moguća izloženost ljudi i okoline“ (str. xiii).

Centar za nanotehnologiju u društvu otkrio je da ljudi različito reaguju na nanotehnologije, zavisno od primjene – sa sudionicima u javnim raspravama koji su pozitivniji o nanotehnologijama za energiju nego o zdravstvenim primjenama – sugerišući da se svi javni pozivi za nano regulativu mogu razlikovati po tehnološkom sektoru.

 Također pogledati 
 Ugljična nanocijev
 Elektrostatičko skretanje (molekularna fizika/nanotehnologija)
 Energetske primjene nanotehnologije
 Etika nanotehnologija
 Formiranje nanočestica izazvano ionskom implantacijom
 Zlatna nanočestica
 Lista novih tehnologija
 Spisak nanotehnoloških organizacija
 Spisak softvera za modeliranje nanostruktura
 Magnetski nanolanci
 Materiomika
 Nano-termit
 Softver za molekularni dizajn
 Molekularna mehanika
 Nanobiotehnologija
 Nanoelektromehanički relej
 Nanoinženjering
 Nanofluidika
 NanoHUB
 Nanometrologija
 Nanoneuronika
 Nanočestica
 Nanorazmjerne mreže
 Edukacija o nanotehnologiji
 Nanotehnologija u fikciji
 Nanotehnologija u tretmanu vode
 Nanooružje
 Nacionalna nanotehnološka inicijativa
 Samosastavljanje nanočestica
 Odozgo prema dole i odozdo prema gore
 Translacijska istraživanja
 Mokra nanotehnologija

 Reference 

 Vanjski linkovi 

 http://www.feynmanonline.com/ 
 http://www.nanotech-now.com/
 http://www.crnano.org/whatis.htm
 http://www.nano.gov/
 https://web.archive.org/web/20090226045931/http://www.nanotechnology.com/
 http://science.howstuffworks.com/nanotechnology.htm
 http://www.foresight.org/
 What is Nanotechnology? (A Vega/BBC/OU Video Discussion).



Kategorija:Tehnologija
Kategorija:Tehnologije u nastajanju
Kategorija:Članci s videoklipovima