Egy nanomotor sematikus képe. Ebben az esetben nem dugul el a porlasztó!

Hallottak-e már a nanotechnológiáról?
Talán igen, de csak kevesen tudják, mi is az valójában. Nem egyszerű dolog megmagyarázni, de megpróbáljuk.
A nanotechnológia egy gyűjtőnév, amely magában foglalja azokat a szerkezeteket vagy folyamatokat, amelyek a nanométerskála terjedelmében játszódnak le. A nanométer milliomod része a milliméternek, nagyjából 10 atomátmérőnek felel meg. Nem is csoda, hogy ez az elnevezés honosodott meg, mert a nanosz görög szó s eredetileg törpét jelent. Hát erről a ,,törpevilág'-ról -- illetve a ,,törpe-törpevilág'-ról -- szól a nanotechnológia.
1959-ben Richard Feynmannak egy írásában jelent meg a nanovilág gondolata, a nanotechnológia kifejezést mégis csak 1974-ben vezette be a köztudatba Norio Taniguchi.
Az ilyen kis méretű szerkezetek és folyamatok már nem engedelmeskednek az általánosan ismert fizikai törvényszerűségeknek, hanem a kvantumfizika világának részei. Ehhez tudni kell, hogy amíg a klasszikus fizika az anyagokat és testeket egységeseknek, megszakítás nélkülieknek tekinti, addig a kvantumfizika számol azzal, hogy az anyag atomi szerkezetű és vannak benne szakadások -- ,,anyagmentes' terek.
Ez egy fiatal tudományág, amely azt feltételezi, hogy fizikusok, vegyészek, kvantumfizikusok, biológusok, orvoskutatók és sokan mások dolgozzanak együtt, hogy eredményeket érjenek el.
A fejlesztések pillanatnyilag a félvezető és optotechnika irányában haladnak és nem is ,,nanoléptekkel'. A másik ígéretes terület az orvostudomány. Itt már egy új kifejezést is bevezettek: a nanobiotechnológiát. Ez a gyógyításnak még egy kicsit ,,sci-fi'-be hajló területe, ahol új molekuláris gyógyszerekről, nanoinplantátumokról és gyógyító ,,nanorobot-orvosok'-ról beszélnek. No, erről majd egy kicsit később...
Semmi új a nap alatt
A természetben kezdettől fogva ott van a nanotechnológia. Sőt egy kis túlzással azt mondhatjuk, hogy ami igazán fontos az élőlények szempontjából, az mind a nanovilágban játszódik le. Az élőlények igazából nanogyárak és nanofolyamatok hatalmas egységét alkotják. Az állat- és növényvilág sejtszerkezetekből áll, a sejtek pedig hihetetlenül összetett nanoüzemeknek is tekinthetők. Például az öröklődési anyag, a DNS-lánc riboszómái 20 nm (nm = nanométer) nagyságrendűek és kiválóan működnek. Ez alázatosságra inti a tudósokat, ezen a területen még csak felfedezők és utánzók -- korántsem feltalálók.
Mutassuk be ezt egy példán. A rovarok, a legyek, a pókok és a gekkó is például gond nélkül sétálnak a mennyezeten, ha kell, hát fejjel lefelé is. A gekkó -- egy afrikai gyíkfajta -- arra is képes, hogy csupán egy lábbal lógjon lefelé a mennyezetről. Mi teszi ezt lehetővé? A fent említett állatok esetében a nanotechnológia felelős ezért az irigylésre méltó képességért. Hogyan? A gekkó tappancsain nagyon apró szőröcskék sokaságahelyezkedik el, amelyeknek a vége már vastagsága tekintetében is a nanovilágba tartozik, csak néhány nm az átmérője. Itt aztán a szőröcskék és a mennyezet molekulái között fellép az ún. van der Waals-kötés, a van der Waals-erőknek köszönhetően. Ezek olyan erők, amelyek a molekulák vagy atomok között jönnek létre. Befolyást gyakorolnak a víz tulajdonságaira és ezzel a különféle életfolyamatokra is. Noha ezek a van der Waals-erők nagyon gyengék, a milliónyi szőröcske végül is megtartja a gekkót. Amikor pedig arrább lép, úgy választja le a lábát, mint mi a ragasztószalagot az asztallapról.
A Max-Planck Intézet stuttgarti laboratóriumában egyértelműen bebizonyították, hogy ilyen folyamatok tartják a mennyezeten a legyet és a pókot is. Minél nehezebb egy állat, annál finomabb szerkezetűek ezek a szőrszálacskák a tappancsain. A tudósok már előre örülnek a majdani ,,gekolyn'-nak, ha sikerül kifejleszteni ezt a ragasztóanyagot mesterségesen is.
Lehetne még folytatni a végtelenségig. A természetben, úgy látszik, ez normális. A fejlesztési mérnököknek ellenben két dologra nagy szükségük van: valamilyen eszközre, amivel látni lehet, és valamilyen szerszámra, amivel formálni lehet a nanovilágot.
Mivel lehetni mindezt látni?
Mikroszkóppal. Csakhogy a közönséges optikai mikroszkópok erre már nem alkalmasak, mert túl kicsi a felbontási képességük. Ezért kifejlesztettek két eszközt: a pásztázó elektronmikroszkópot és a raszterező mikroszkópot. Ez az utóbbi nagyon érdekesen működik. Szinte letapogatja az atomokat és optikai úton vagy pedig piezokristályok parányi elektromos impulzusai segítségével egy számítógép alkot virtuális képet a ,,letapogatott' tárgyról. Ezzel meglehetősen pontos értékeket lehet kapni, és így a képalkotás elég precíz. Nem a valóságos képet látjuk, csak annak leképzését a számítógép memóriájában és képernyőjén. Mivel az érzékelő csúcs háromdimenziós mozgásban van, így az alkotott kép is háromdimenziós. A pásztázó elektronmikroszkóp is ehhez hasonló alapelv szerint működik, csak lézersugárral tapogatja le a tárgyfelületet.
Persze, ha nanoméretekről van szó, akkor csak nano nagyságú felületeket lehet letapogatni véges idő alatt. Ezért nagyon korlátozott a látómezeje az ilyen mikroszkópnak. A célnak mégis nagyon jól megfelel, mert a felbontása eléri az átlagos atom átmérőjének a felét!
Hajócsavart a baktériumnak!
Bárcsak ilyen jól állnánk a szerszámok tekintetében is. Világos, hogy ha atom vagy molekula nagyságú szerkezeteket kívánunk építeni, semmilyen régebbről ismert szerszám vagy eljárás nem jöhet számításba. Paradox módon egy régi találós kérdés jut eszembe: ha öreganyám akkora kenyeret sütött, mint a világ, akkor mi volt még ennél is nagyobb? Hát a kemence. Nos, ha olyan törpényi szerkezetet kívánunk építeni, ami molekula nagyságú, akkor mi az, ami annál kisebb?!
A lézertechnika fejlődése részben megoldást kínál erre a problémára. Különösen a nanotechnológiának abban az ágában, ahol a mikrochipeket tervezik és gyártják. Ez egy meglehetősen jól fejlett gyártástechnológiát eredményezett. Lásd például a legújabb generációs mobiltelefonokat. (A mikrochipek, mikrokamerák mind a nanotechnológia eredményei.)
A már említett nanobiotechnológia többek között élő szervezetekkel is dolgozik és a klasszikus lézertechnológia itt már nem alkalmazható. Különleges biológiai szerszámokat fejlesztettek ki erre a célra, amelyeket például a génsebészetben is használnak. Csak egy példa: a nanobiotechnológusok ,,ráoperáltak' egy baktérium farkára egy ,,hajócsavar'-t, és -- ahogy elnevezték -- egy mozgó és haladó nanotengeralattjárót kaptak.
Milyen gyakorlati értékük lehet az ilyen kutatásoknak? Van-e már valami kézzel fogható eredménye a nanotechnológiának? Milyenek a kilátások? Ezekre a kérdésekre a következő cikkünkben kívánunk válaszolni.
Gondolkozott-e már azon, hogy miért nem esik le a légy a mennyezetről? Hát a gekkó?