"ქიმიის უწყებანი" ტომი:3, ნომერი:2, 18-22 გვ.

ნანოტექნოლოგიები ანუ მომავლის ტექნოლოგიური მიღწევები

ინგა ფუტკარაძე

თბილისის ივანე ჯავახიშვილის სახელმწიფო უნივერსიტეტი

რეზიუმე: ანოტექნოლოგიები მომავლის ტექნოლოგიაა. იგი მულტიდისციპლინარული დარგია, რომელიც მოიცავს ქიმიას, ბიოლოგიას, ფიზიკას, კომპიუტერულ მეცნიერებებს, მედიცინასა და ინჟინერიას. მისი მთავარი ამოცანა პროცესების მოლეკულურ დონეზე მართვაა, რისი მიზნითად იგი იყენებს უმცირეს ნანონაწილაკებს, რომელთა ზომა 1-დან 100 ნანომეტრამდე მერყეობს. ტექნოლოგიების სფეროში განსაკუთრებით აღსანიშნავია ნანომასალით შექმნილი ჩიპები, პროცესორები და სხვა კომუნიკაციის საშუალებები, რომელთა მეშვეობითაც მეცნიერების ვარაუდით, მსოფლიოში ნანორევოლუცია მოხდება.

საკვანძო სიტყვები: ნანოტექნოლოგია, ნანონაწილაკი, ნანოსისტემა, ნანომოლეკულა, ნანომედიცინა, ნანორევოლუცია

ნანოტექნოლოგია - მეცნიერების ახალი მიმართულებაა, რომელიც უკვე ბევრ ქვეყანაში სახელმწიფოს განვითარების პრიორიტეტულ მიმართულებადაა აღიარებული. შესაბამისად, იგი ადაპტირებულია თანამედროვე გლობალურ და ტექნოლოგიურ მსოფლიოსთან. იგი განსაზღვრული რაოდენობის ატომებისა და მოლეკულების მანიპულაციით ქმნის სასურველი სტრუქტურის მასალებსა და ხელსაწყოებს, - ერთგვარ ნანოსტრუქტურებს, რომლის საშუალებითაც ძალიან მძლავრი, სწრაფი კომპიუტერები და საინფორმაციო საშუალებების ხელსაწყოები მიიღება. ვარაუდობენ, რომ უახლოეს მომავალში ნანორევოლუცია კარდინალურად შეცვლის ადამიანის მოღვაწეობის ყველა სფეროს. ამის მაგალითად შეგვიძლია მოვიყვანოთ 1946 წელი, როდესაც ამერიკის შეერთებულ შტატებში რამდენიმე სართულიანი სახლის სიმაღლე კომპიუტერებზე მუშაობდნენ, სწორედ ნანონაწილაკებმა განაპირობა ის რომ, მაგალითად 2008 წელს კომპიუტერის პროცესორი 45 ნანომეტრი ზომისაა, ანუ ადამიანის თმის დიამეტრზე 1000-ჯერ ნაკლები.

ნანონაწილაკების შესწავლის თანამედროვე ტენდენცია სამ ძირითად მიმართულებას ითვალისწინებს:

• რამდენიმე ატომისგან შემდგარი ელექტრონული სქემების დამზადება
• ნანომანქანების-მოლეკულის ზომის რობოტებისა და მექანიზმების შექმნა
• ატომებითა და მოლეკულებით მანიპულაცია და მათგან ფარმაცევტული პრეპარატების, ქსოვილებისა და ორგანოების აწყობა.

ზოგიერთი ნივთიერების ნანონაწილაკებს განსაკუთრებული კატალიზატორული, ზოგს კი ოპტიკური თვისებები გააჩნია, რომელთა უთხელესი ფენებით მზის ბატარეები მზადდება, მზის ენერგია კი როგორც ვიცით, უმნიშვნელოვანესი პოტენციალია ჩავანაცვლოთ ამოწურვადი რესურსები. ნანოტექნოლოგიას აქვს პოტენციალი შექმნას ბევრი ახალი მოწყობილება, რომელთა გამოყენება შესაძლებელი იქნება მედიცინაში, ელექტროტექნიკასა და ენერგეტიკაში. განსაკუთრებით იგი განვითარებულია ამერიკაში, რუსეთსა და ჩინეთში.

ნანოტექნოლოგიებით შექმნილი ხელსაწყოები თანდათანობით ითვისებს მსოფლიო ბაზარს, თავიდან გხვდებოდა ნანობოჭკოვანი საბურავები, გოლფის ბურთები, მეხანძრეთა სპეცტანსაცმელი, შემდეგ აირის სენსორები, სუნის შთანმთქმელი დანაფერები მაცივრებისთვის, შუქდიოდები, შუშები, რომლებიც მტვერსა და ჭუჭყს არ იჩერებენ, თვითმფრინავის ფრთების გამამაგრებელი ნანობოჭკოვანი კომპოზიტები, ხისა და კედლების დაცავი ნანოსაღებავები, რომლებიც წყალს არ იკარებენ, ჩიპები, პროცესორები, კომპიუტერული ტექნოლოგიები და ა.შ დღესდღეობით კი მაგალითად, ნანოტექნოლოგიის მეშვეობთ დნმ-ს ანალიზი გაცილებით სწრაფად ხორციელდება და მისი ფასიც შემცირდა. ასევე შესაძლებელია საწარმოო და ბირთვული ენერგეტიკის ნარჩენების გადამუშავება.

ასევე საინტერესოა ნანოაკუმულატორები , როდესაც 2005 წელს კომპანია ,, altair nanotechnologies”-მა შექმნა ინოვაციური ნანოტექნოლოგიური მასალა, რომლის მეშვეობითაც აკუმულატორები 10-15 წუთში იტენება.

2025 წლისთვის კი მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ მომავლის ტექნოლოგია ხელს შეუწყობს : ენერგეტიკის სფეროში : წყალბადის ენერგეტიკაზე გადასვლას, სითბური ელემენტების შექმნას, ნავთობისა და ბუნევრივი აირის მომხმარების დაზოგვას, თუმცა ამ უკანასკნელმა შესაძლოა ბუნებრივი რესურსების გაყიდვაზე დამოკიდებული სახელმწიფოს დასუსტება გამოიწვიოს. დღევანდელი საყოფაცხოვრებო მზის ელემენტები მზის ენერგიის მხოლოდ მხოლოდ 20%-ს ითვისებენ, მაშინ როდესაც ნანოტექნოლოგიების გამოყენებით ეს რიცხვი 40%-ს გადააჭარბებს. ხოლო სოფლის მეურნოებაში ნანოტექნოლოგიების გამოყენება უზრუნველყოფს უვარგისი მიწების გამდიდრებასა და სასოფლო-სამეურნეო სარგებლობიანობას, მიწათმოქმედების ეფექტურობას, ახალი ჯიშების გამოყვანას, კვების პროდუქტების სინთეზს. რაც შეეხება კოსმოსურ აპარატებს, მის გამოსაყენებლად შეიქმნება მინიატურული ხელსაწყოები, ნანოსენსორები, ნანომოწყობილებები, თერმოსაიზოლაციო და ცვეთამედეგი დანაფარები.

რაც შეეხება ნანოკოსმეტოლოგიას, იგი ესთეტიკური მედიცინის ახალი რევოლუციური დარგია, რომელიც იყენებს ნანოტექნოლოგიურ მეთოდებს და იძლევა გაახალგაზრდავებისა და გალამაზების საშუალებას. იგი ტრადიცული კოსმეტიკისგან იმით განსხვავდება, რომ შეიცავს უწვრილეს აქტიურ ნანოერთეულს, რომელიც კანის უჯრედებზე გაცილებით ნაკლები ზომისაა და შესაბამისად აღწევს არა მხოლოდ ეპიდერმისში, არამედ კანის შრის ღრმა უჯრედებში, რაც კანს საშუალებას აძლევს ენერგეტიკული ბალანსი აღადგინოს, მისი იმუნიტეტი და სიცოცხლისუნარიანობა გაზარდოს. მაგალითად, ,,Nano pure”, ნანოტექნოლოგიურად დამზადებული C ვიტამინის ფხვნილი, რომელიც კანის დაბერების წინააღმდეგ ბრძოლის ერთ-ერთი ეფექტური საშუალებაა.

ასევე მნიშვნელოვანია ძვლისა თუ კანის შემცვლელი ხელოვნური ნანომასალები, რომელიც ძვლის ხრტილის აღდგენასა და სახრსრების განკურნებას უწყობს ხელს. შესაძლებელია ღვიძლისა და თირკმლის სამკურნალო ეფექტური პრეპარატების შექმნა.

გარდა ამისა უნდა აღინიშნოს ჩიპზე დამზადებული ქიმიური ლაბორატორიები, რომელთა ზომები კვადრატული მილიმეტრებით განისაზღვრება. მათი მეშვეობით შესაძლებელია მუტიაციებისა და დაავადებების ადრეული დიაგნოსტიკა, მათ შორის კიბოსიც და მასთან ბძოლის შესაბამისი სტრატეგიების შექმნა - სისხლში სპეციალური მაგნიტური ნანონაწილაკების შეშვება, რომლებიც მხოლოდ კიბოთი დაავადებულ უჯრედებთან გროვდებიან, რაც შემდგომში ონკოლოგიური დაავადებების აღმოფხვრას შეუწყობს ხელს.

აღნიშნულ დაავადებასთან საბრძოლველად მნიშვნელოვანია ე.წ. ნანოგადამცემები - სილიკონის ბოჭკოები, რომლებიც შეიცავენ რეცეპტორებს სიმსივნის მარკერებისთვის, როგორიცაა მაგალითად პროსტატის სპეციფიური ანტიგენი. ისინი საკმაოდ მგრძნობიარენი არიან, რადგან შეუძლიათ გამოავლინონ ათასობით მარკერები დაახლოეთით ათ სიმსივნურ უჯრედში. რაც შეეხება ნანოჯავშნებს, მას კვარცის გული და ლითონის გარსი აქვს. მისი შეყვანა ადამიანის ორგანიზმში სრულიად უსაფრთხოა, უმცირესი ზომა აქვს და ახასიათებს სელქციურობა სიმსინვური უჯრედების მიმართ. მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ ნანოკავშნებზე სპეციალური მოლეკულები განათავსონ, რომელიც ექსპრესიული იქნება სიმსინვურ უჯრედებზე.

ძალიან მნიშვნელოვანია ნანორობოტების შექმნაც და მისი პრაქტიკულ მედიცინაში გამოყენება, რომლის მეშვეობითაც ულტრაიისფერი დასხივების ფონზე ნაწილაკები ციმციმს დაიწყებენ, გააღწევენ სისხლის მიმოქცების სისტემაში და მიაღწევენ სიმსივნურ უჯრედებამდე. ხოლო ნანორობიტის მთავარი დანიშნულებაა ორგანიზმის ვირუსული ან ბაქტერიული ინფექციისგან განწმენდა, ორგანიზმის ჟანგბადით მომარაგების გაუმჯობესება და ნივთიერებათა ცვლის გააქტიურება-მოწესრიგება.

დღესდღეობით ფართოდაა გავრცელებული დენდრიმერები - მიკრო და ნანო მინიატურული კაფსულები, რომლებიც გამოიყენება ფარმაკოლოგიური პრეპარატების ორგანიზმში ნებისმეირ ადგილზე განსათავსებლად, მაგალითად ინსულინის მიწოდება და მისი ფიზიოლოგიური პროდუქციის რეგულირება.

არსებობს მოსაზრება იმის შესახებ, რომ ზოგიეთი ნანომასალა საზიანოა ჯანმრთელობისთვის, რაც უფრო მცირეა ნაწილაკი, მით უფრო მაღალია მისი ქიმიური და ბიოლოგიური აქტიურობა. იგი უფრო დიდი რაოდენობით გამოყოფს რეაქტიული ჟანგბადის ნაწილაკებს, რომელიც დაფიქსირებულია ნახშირბადის შემცვლელ ფულერებში, ნანომილებში და ნანონაწილაკებში ლითონის ჟანგის შემცველობით. ამიტომ მათ შეუძლიათ გამოიწვიონ დაჟნგვა, აალება, ცილების, მემბრანების, დნმ-ის მოლეკულის შეუქცევადი დაზიანება. ის ფაქტი, რომ ნანომასალას შეუძლია ნებისმიერი ბარიერის გადალახვა ორგანიზშმი, მაგალითად პრეპარატის ზუსტად იმ ადგილას მიტანა სადაც საჭიროა, ეს ერთი მხრივ დადებითია, თუმცა უნდა აღინიშნოს რომ იგი შეიძლება ბევრად უფრო ტოქსიკური იყოს, ვიდრე დიდი ზომის მოლეკულა.

ნანოსისტემაში არსებული ატომები და მოლეკულები გარკვეული წინასწარ არსებული კანონების მიხედვით ახორციელებენ ერთმანეთის შერწყმას და ერთგვარ ნანოსისტემას, ზემოთხსენებულ - ნანორობოტს ქმნიან. ბიოლოგიური ორგანიზმების ჩამოყალიბება და განვითარებაც ამგვარ თვითორგანიზაციის პროცესს ეფუძნება. ადამიანის ხელით შექმნილმა ნანორობოტმა ერთი კუთხით ადამიანს შესაძლოა სამკურნალო პრეპარატი შესთავაზოს, ხოლო მეორე შემთხვევაში კი ეს სამკურნალო პრეპარატი მომწამვლელი ნივთიერება აღმოჩნდეს. ასეთი რობოტები, რომლებიც ერთხელ უკვე ამოუშვეს ,,პანდორას ყუთიდან“ თვითონვე გამრავლდებიან და აირჩევენ თავიანთ მსხვერპლს. მაგალითად, ზოგიერთი ნივთიერება თუ შესაძლებელია სასარგებლო აღმოჩნდეს, ზოგი პირიქით მომაკვდინებლად შეიძლება იქცეს. ასევე მაგალითად, გარდა სამედიცინო სფეროსა, კომპიუტერული სისტემების განვითარება ნანოტექნოლოგიების მეშვეობით, ჰაკერული და ვირუსების გამავრცელებელი შემოტებების მსხვერპლი შესაძლოა გახდეს.

რაც შეეხება საქართველოში ნანოტექნოლოგიების გამოყენების პრაქტიკას, ქართველი მეცნიერები მაქსიმალურად ცდილობენ ფეხი აუწყონ მსოფლიო ტექნოლოგიურ პროგრესს. კვლევები ამ კუთხით მიმდინარეობს სხვადასხვა უნივერსიტეტებსა და აკადემიურ ინსტიტურებში, ნანოტექნოლოგია საქართველოში მიკროელექტრონიკის განვითარების ეტაპზე 1997 წელს ჩამოყალიბდა,

ასევე ძალიან მნიშვნელოვანია ნანოტექნოლოგიებზე დაფუძნებული სასუქები, რომელიც ქართველი ფერმერებისთვის საკმაოდ მომგებიანი იქნება. ერთი კილოგრამი ამ სასუქის გამოყენება ერთი ტონა შხამქიმიკატების გამოყენების ტოლფასია. ამასთან ნანობიოორგანული სასუქები ეკოლოგიურად უფრო სუფთა, იაფია და ნაკლებ ადამიანურ რესურსსაც მოითხოვს. მათი გამოყენებით კი პროდუქცია დაახლოებით, 40%-ით გაიზრდება, ამიტომაც სოფლის მეურნეობის სამინისტრო აქტიურად მუშაობს ნანოსასუქების მასშტაბურ გამოყენებაზე.

ამ კუთხით, მნიშვნელოვანია ინფორმაციის საჯაროობა და საზოგადოების ჩართულობა გავზარდოთ, ჩატარდეს სხვადასხვა სემინარები, კონფერენციები, ტრენინგები, გაიზარდოს ახალგაზრდების დაინტერესება, რათა საქართველოც გახდეს ,,ნანოსახელმწიფო“. ტექნოლოგიების, კომუნიკაციების ზრდა და განვითარება კი ქვეყნის ეკონომიკურ-პოლიტიკურ-სოციალურ-კულტურულ პოტენციალის გაზრდის უმთავრესი ხელშემწყობი ფაქტორია.

დასკვნა

საბოლოოდ, ნანოტექნოლოგია ესაა უნიკალური შესაძლებლობა მნიშვნელონად გაუმჯობესდეს ადამიანის ჯანმრთელობა, ყოფა-ცხოვრება და მისი გარემომცველი სამყარო. ნანოტექნოლოგიებს შესწევთ უნარი მცირე დროში შეაღწიონ ადამიანის ორგანიზმის ნებისმიერ წერტილში, ლოკალურად მოიპოვონ სადიაგნოსტიკო ინფორმაცია და მიაწოდონ ორგანიზმს ფარმაკოლოგიური საშუალებები, ე.ი. ხელი შეუწყონ დაავადებული უჯრედების განადგურებასა და დაზიანებულის აღდგენას, გარდა ამისა ციფრული და ტექნოლოგიური სფეროს სწრაფ განვითარებას, ამოწურვადი რესურსების ჩანაცვლებას ახალი ეფექტური ენერგიებით.

თუმცა უნდა აღინიშნოს, რომ ნანონაწილაკების ერთი თვისება, რაც ხელს უშლის მათ გამოყენებას. ისინი წარმოქმნიან აგლომერატებს ანუ ერთმანეთს ეწებებიან,რაც პრობლემას უქმნის "ნანორევოლუციას". აღნიშნული პრობლემის გადაჭრის მიზნით, მეცნიერები ერთ-ერთ მეთოდად დისპერსანტების (წყალხსნარი, წყალში უხსნადი სპირტები და ა.შ.) გამოყენებას გვთავაზობენ.

ასევე მნიშვნელოვანია ნანოეთიკის არსებობა, რათა ნანოტექნოლოგიები ფართოდ გავაცნოთ საზოგადოებას და ერთობლივი ძალით შევძლოთ მისი სარგებლიანობის გაზრდა, შესაბამისად, მოსახლეობის კეთილდღეობა, რათა თავიდან ავიცილოთ ის ზიანები, რომელიც თან ახლავს ნანოტექნოლოგიებს, მაგალითად გარემოსა და ეკოლოგიური მდგომარეობის დაბინძურება, ჰაკერული თავდასხმები, მომწავლელი პრეპარატების გავრცელება და ა.შ.

ლიტერატურა:

1. "თანამედროვე ნანოტექნოლოგიები“ - ა.ბიბილაშვილი. თბილისი. ივ.ჯავახიშვილის სახელობის თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტის გამომცემლობა, 2014

2. ბლოგი: "ნანოტექნოლოგია“.  იორამ ჩიქოვანი. 24 მარტი, 2015. http://iorami.blogspot.com/

3. "ნანოტექნოლოგიებზე დაფუძნებული სასუქები“, 26 ივლისი, 2013.  http: //www.tabula.ge/ge/story/73252-siaxle-nanoteqnologiebze-dafudznebuli-sasuqebi

4. "How nanotechnology works” – kevin bonsor, jonathan Strickland. https://science.howstuffworks.com/nanotechnology.htm

5. "Nnanotechnology”, February 2018/ the guardian. https://www.theguardian.com/science/nanotechnology

 

 

გამოქვეყნებულია: 17-02-2018