Мокрая нанотехнология

Мокрая нанотехнология (также известная как мокрая нанотехнология ) предполагает получение больших масс из маленьких.

Мокрая нанотехнология требует воды , в которой происходит процесс. В этом процессе также участвуют химики и биологи, пытающиеся достичь более крупных масштабов, соединяя отдельные молекулы. В то время как Эрик Дрекслер выдвинул идею о том, что наноассемблеры будут работать всухую, мокрые нанотехнологии, по-видимому, являются первой областью, в которой что-то вроде наноассемблера может достичь экономических результатов. Фармацевтика и бионауки являются центральными чертами большинства нанотехнологических стартапов. Ричард А. Л. Джонс называет нанотехнологии, которые крадут кусочки природных нанотехнологий и помещают их в синтетическую структуру, биоклептическими нанотехнологиями . Он называет строительство из синтетических материалов в соответствии с принципами проектирования природы биомиметическими нанотехнологиями .

Использование этих руководящих принципов может привести к появлению триллионов нанотехнологических роботов, которые по структурным свойствам напоминают бактерии человека , которые будут попадать в кровоток для проведения медицинских процедур.

Фон

Мокрая нанотехнология — это ожидаемая новая субдисциплина нанотехнологий, в которой в основном будут доминировать различные формы мокрой инженерии . Процессы, которые будут использоваться, будут происходить в водных растворах и очень близки к биотехнологическому производству/ биомолекулярному производству , которое в основном связано с производством биомолекул, таких как белки и ДНК / РНК . Существует некоторое совпадение биотехнологии и влажной нанотехнологии, поскольку живые существа по своей сути проектируются снизу вверх, и любое использование этого биотехнологами означает, что они балуются инженерией снизу вверх (хотя в основном на уровне производства макромолекул, таких как белки и нуклеиновые кислоты, из мономера). Влажные нанотехнологии, однако, стремятся анализировать живые существа и их компоненты как инженерные системы и стремятся полностью понять их, чтобы иметь полный контроль над поведением системы и вывести принципы и методы, которые можно будет применять более широко в производстве снизу вверх. , чтобы манипулировать материей на атомном и молекулярном уровне и создавать машины или устройства на нанометровом и микроскопическом уровнях, биотехнологии в основном связаны с использованием живых систем любым возможным способом. Молекулярная биология и связанные с ней дисциплины, в частности, сравнивают механизм функционирования белков. и нуклеиновые кислоты в меньшей степени – как «молекулярные машины». Чтобы инженеры могли имитировать эти наномашины таким образом, чтобы их можно было производить с некоторой эффективностью, они должны изучить их. производство снизу вверх . Производство «снизу вверх» предполагает манипулирование отдельными атомами в ходе производственного процесса, обеспечивая абсолютный контроль над их расположением и взаимодействием.

Тогда в атомном масштабе можно было бы создать и даже спроектировать наномашины с возможностью самовоспроизводства, если они будут созданы в среде с большим количеством необходимых материалов. Поскольку в процессе манипулируют отдельными атомами, производство по принципу «снизу вверх» часто называют производством «атом за атомом». Если производство наномашин станет более доступным благодаря усовершенствованным технологиям, это может иметь большие экономические и социальные последствия. Это начнется с усовершенствований в создании микроэлектромеханических систем , а затем позволит создать наноразмерные биологические датчики наряду с вещами, о которых еще не думали. Это связано с тем, что «мокрые» нанотехнологии находятся только в начале своей жизни. И ученые, и инженеры считают, что биомиметика — отличный способ начать создание наномашин. У людей было всего несколько тысяч лет, чтобы попытаться изучить механику вещей в действительно небольших масштабах. Однако природа работала над совершенствованием конструкции и функциональности наномашин на протяжении миллионов лет. Вот почему в наших телах уже существуют наномашины, такие как АТФ-синтаза , которые имеют неслыханную эффективность в 95%.

«Влажный» против «Сухого»

Мокрая нанотехнология — это форма мокрой инженерии, в отличие от сухой инженерии. Существуют разные области, которые имеют дело с этими двумя типами техники. Биологи, с точки зрения нанотехнологий, занимаются мокрой инженерией. Они изучают процессы, происходящие в жизни , и по большей части эти процессы происходят в водной среде. Наши тела состоят в основном из воды.

Инженеры- электрики и механики находятся на другой стороне линии сухого машиностроения. Они участвуют в процессах и производстве, которые не происходят в водной среде.

По большей части мокрая инженерия имеет дело с «мягкими» материалами, которые обеспечивают гибкость , которая жизненно важна на наноуровне в биологическом производстве. Сухие инженеры в основном работают с вещами с жесткими конструкциями и деталями. Эти различия связаны с тем, что силы, с которыми приходится иметь дело двум типам инженеров, очень различаются. В более широком масштабе в большинстве вещей доминирует ньютоновская физика . Однако, если взглянуть на наномасштабы, особенно в биологических вопросах, доминирующей силой является броуновское движение .

Поскольку нанотехнологии в новую эпоху, скорее всего, будут иметь дело как с сухими, так и с влажными материалами в сочетании друг с другом, необходимо будет изменить взгляд общества на инженерию и производство. Люди должны будут иметь хорошее образование не только в области инженерии, но и в области биологии, потому что интеграция этих двух наук приведет к крупнейшим улучшениям в нанотехнологиях.

Броуновское движение применительно к мокрым нанотехнологиям

С существованием природных наномашин, «сложной прецизионной машины микроскопического размера, которая соответствует стандартному определению машины», такие как АТФ-синтаза и бактериофаг Т4 , ученые и биологи знают, что они способны создавать аналогичные типы машин в том же масштабе. Однако у природы было много времени, чтобы усовершенствовать построение и создание этих наномашин, и человечество только сейчас начало изучать их с большим интересом.

Этот интерес, возможно, был вызван существованием наномашин, таких как АТФ-синтаза ( аденозинтрифосфат ), которая является «второй по значимости после ДНК». АТФ — это главный преобразователь энергии, содержащийся в нашем организме, и без него жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, не смогла бы процветать или даже выжить.

Какое отношение броуновское движение имеет к сложным наномашинам?

Броуновское движение — это случайная, постоянно меняющаяся сила, действующая на тело в средах на микроуровне. 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 физических силах, которые действуют на нас постоянно, однако на наноуровне эти силы в основном «незначительны».

Для того чтобы наномашины могли быть воссозданы людьми, либо потребуются открытия, которые позволят нам понять, как «эксплуатировать» броуновское движение, как это делает природа, либо найти способ обойти его, используя материалы, достаточно жесткие, чтобы выдержать этим силам. Природа смогла использовать броуновское движение посредством самосборки . Эта сила толкает и тянет все белки и аминокислоты в нашем организме и склеивает их во всевозможных комбинациях. Комбинации, которые не работают отдельно и продолжают свое случайное присоединение, однако комбинации, которые работают, производят такие вещи, как АТФ-синтаза. Благодаря этому процессу природа смогла создать наномашину с эффективностью 95%, а это подвиг, которого люди еще не смогли совершить. Это все потому, что природа не пытается обойти силы; он использует их в своих целях.

Выращивание клеток в культуре с целью использования преимуществ их внутреннего механизма химического синтеза можно считать формой нанотехнологии, но этим механизмом манипулируют и за пределами живых клеток.