Nanotehnoloģija

Nanotehnoloģija jeb nanozinātne (no grieķu: νᾶνος (nânos) — 'punduris') ir tehnoloģijas un zinātnes nozare, kurā tiek pētītas struktūras, kuru izmēri ir salīdzināmi ar atomu un molekulu izmēriem, tas ir, to izmēri ir mērāmi nanometros (10^-9 m; miljardā daļa no metra). Nanoobjektu izmēri ir robežās no 1 līdz 100 nm (lielākus priekšmetus par 100 nm neuzskata par nanoobjektiem). Nanoizmēru materiālus var izgatavot, izmantojot divas metodes: salipinot kopā molekulu pēc molekulas (no mazākiem objektiem) vai sasmalcinot lielākus objektus. Tomēr lai arī cik strauji mūsdienās nenotiktu tehnoloģiju miniaturizācija, tā nevar notikt bezgalīgi, jo viena no objektu dabiskajām samazināšanas robežām nosaka vielas pamatsastāvdaļas, tas ir, atomu izmēri, kas ir aptuveni 0,1 nanometrs.

Nanotehnoloģijā uzkrātās zināšanas tiek pielietotas fizikā, ķīmijā, bioloģijā, ģenētikā un citās zinātnes nozarēs. Nanotehnoloģija ir salīdzinoši jauna zinātnes nozare, bet tā mūsdienās ļoti strauji attīstās un sniedz daudzsološu nākotnes vīziju zinātnē. Nanoobjektiem klasiskās fizikas likumi bieži vien ir nepietiekoši, tādēļ ka, atšķirībā no makroskopiskiem ķermeņiem, uz nanoobjektiem iedarbojas kvantu mehānikas likumi, kas tiem piešķir daudz jaunu fizikālu un ķīmisku īpašību. Tieši tās varētu būt nozīmīgas elektronikas, telesakaru, medicīnas, bioinženierijas un citu zinātņu turpmākā attīstībā.

Plaši tiek diskutēts arī par nanotehnoloģijas iespējami negatīvo ietekmi uz dabu, vidi un pasauli kopumā. Centrālais jautājums, par ko zinātnieki diskutē ir nanomateriālu ietekme uz vidi un par to iespējamo toksiskumu.

Pārskats

Džona Bardīna, Voltera Brateina un Viljama Šoklija pirmā izveidotā cietvielas tranzistora dublikāts.

Mikroshēmu ražošana ir tehnoloģijas nozare, kurā jau relatīvi sen nodarbojās ar maza izmēra sistēmām. Iekārtu samazināšanas attīstība visizteiksmīgāk ir novērojama tieši šajā jomā. Mikroelektronikas revolūcija aizsākās 1947. gada 24. decembrī, kad Džons Bardīns, Volters Brateins un Viljams Šoklijs no Bell Telephone Laboratories, izmantojot tikai pavisam īsu laiku pieejamos ļoti tīros pusvadītāju paraugus, izveidoja pirmo cietvielu tranzistoru. Tas bija germānija punkta kontakta tranzistors. Vēlāk atklājās, ka šādas līdzīgas konstrukcijas tranzistors bija izgudrots jau 1925. gadā, kad Jūlijs Edgars Lilinfelds (Julius Edgar Lilienfeld) patentēja MOSFET tranzistoru (metāla oksīda pusvadītāja laukefekta tranzistoru). Cietvielu tranzistori, būdami mazāki nekā pirms tam lietotās vakuuma triodes, darbojās, izmantojot ievērojami mazāku elektrisko jaudu, kā arī sabojājās ievērojami retāk.

1958. gadā Džeks Kilbijs (Jack Kilby) no Texas Instruments nolēma apvienot visu elektrisko ķēdi, ieskaitot komponentes un savienojošos vadus, izvietojot to uz viena germānija parauga, tādējādi radot pirmo (integrālo) mikroshēmu. Laika gaitā mikroshēmas ir attīstījušās par ierīcēm, kuras satur miljardiem tranzistoru. Šīs attīstības galvenais virzītājspēks ir tranzistoru un citu ķēdes elementu samazināšana, kuras rezultātā mikroshēmas mazāko elementu izmēri sasniedza tikai dažu nanometru desmitus.

Saskaņā ar Intel Corporation līdzdibinātāja Gordona Mūra 1965. gadā formulēto empīrisko likumu (Mūra likumu), tranzistoru skaits uz vienas mikroshēmas ik pēc diviem gadiem divkāršojas. Pašlaik tehnoloģiju attīstības temps saskan ar šo likumu, un to izmanto tālākas mikroshēmu attīstības paredzēšanai. Lai uzturētu šādu tempu, nepieciešams arvien vairāk samazināt tranzistoru lineāros izmērus, tas ir, aptuveni 0,7 reizes ik pēc trim gadiem. 2007. gadā masveida ražošanā veidotu tranzistoru pamatelementu izmēri bija 45 nanometri. 32 nanometru tehnoloģijas ir sagaidāmas 2009./2010. gadā Intel procesoros "Clarkdale" un "Arrandale". Ekstrapolējot šādu attīstību, ir sagaidāms, ka 2060. gadā tranzistoru izmēriem jāsasniedz atoma izmēri. Paralēli mikroshēmu samazināšanai, samazinās arī to cena. Ja 1970. gados datora 1 megabaits operatīvās atmiņas maksāja vairāk nekā privātmāja, tad mūsdienās 1 megabaits maksā mazāk par santīmu.

Lai varētu turpmāk samazināt mikroshēmas, ir jāpārvar vairākas problēmas. Tās ir šādas:

samazinot iekārtu izmērus, to izgatavošana kļūst arvien sarežģītāka, kas var ievērojami palielināt ražošanas uzsākšanas izmaksas;
iekārtu darbību ietekmē kvantu efekti;
tā kā pusvadītāju darbībai ir svarīgi piejaukumi, lai panāktu vēlamās elektriskās un optiskās īpašības, tad piejaukumu koncentrācijai ļoti mazās ierīcēs būs jāpieaug, jo pašreizējās koncentrācijas nenodrošina pietiekamu piejaukumu daudzumu vienā nanoierīces elementā;
problēmas radīs arī siltuma zudumi un transports mazās iekārtās, kā arī litogrāfijas ierobežojumi.

Šīs problēmas risina uz nanomateriāliem balstītās nanoierīces. Veiksmīga nanoierīču izveidošana ietekmēs nākamās paaudzes mikroshēmu attīstību. Jau tagad ir izveidoti uz oglekļa nanovadiem balstīti viena elektrona tranzistori un laukefekta tranzistori, kā arī loģiskās shēmas. Ir pierādīts, ka dopētas polimēru molekulas var kalpot kā nanoizmēra vadi, ļaujot tādā veidā izmantot jaunus materiālus un procesus elektronikas ražošanā.

Nanomateriālu īpašības ietekmē tas, ka liela vielu sastādošo atomu daļa atrodas uz materiāla virsmas, kas ir pretstatā lielākām sistēmām, kur vairums atomu atrodas tilpumā. Līdz ar to materiāla īpašības lielākoties ir atkarīgas no virsmas atomu īpašībām. Ja sistēmas izmēri ir mazāki par Debaija rādiusu, tad varam sagaidīt makroskopiskajā pasaulē nenovērojamas īpašības. Nanomateriālu īpatnības ir to lielā virsmas enerģija un kvantu īpašības. Nanomateriālos bieži vien ir mazs defektu daudzums, jo nanomateriāliem piemīt pašattīrīšanas īpašības, atdzesējot izkausētu materiālu. Šī procesa rezultātā piejaukumi un defekti pārvietojas uz materiāla virsmu.

Ričards Fainmens — cilvēks, kurš pirmais sāka runāt par nanotehnoloģiju piedāvātajām nākotnes iespējām.

Mikroskopiskām jeb nano izmēra ierīcēm ir iespējami pielietojumi ne tikai mikroelektronikas jomā. Paredzot tehnoloģiju attīstību, Ričards Fainmens 1959. gadā lekcijā "There’s Plenty of Room at the Bottom" apskatīja iespēju izveidot visdažādākās ierīces, manipulējot ar individuāliem atomiem. Šai iespējai viņš paredzēja spožu nākotni un, apskatot šādu tehnoloģiju attīstības progresu, cilvēki "2000. gadā, kad atskatīsies uz aizgājušo laiku, brīnīsies, kāpēc pirms 1960. gada neviens nopietni neizpētīja šo iespēju".

Maza izmēra iekārtām viņš paredzēja dažādus pielietojumus, kā, piemēram, liela daudzuma informācijas uzglabāšana vai "ļoti interesanta iespēja ķirurģijā būtu, ja varētu norīt ķirurgu. Ievietojot mehānisku ķirurgu asinsvadā, tas varētu doties uz sirdi, lai palūkotos, kas tur notiek. Viņš atrastu, kur sirds vārstulis nedarbojas un ar mazu nazīti to uzšķērstu". Fainmens uzskatīja, ka šādu iekārtu iespējamība pierāda bioloģisko sistēmu pastāvēšana, kuras pilda līdzvērtīgas funkcijas.

Feinmans arī norādīja "kad mēs nonākam pie ļoti, ļoti, ļoti maza mēroga, piemēram, elektriskās ķēdes, kas sastāv no septiņiem atomiem, tas mēs iegūstam daudzas jaunas parādības, kuras paver pilnīgi jaunas iespējas. Atomi ļoti mazā mērogā neuzvedas līdzīgi lietām lielā mērogā, jo tiem jāapmierina kvantu mehānikas likumi. Tādēļ, spēlējoties ar atomiem mazā mērogā, mēs darbojamies ar atšķirīgiem likumiem un varam sagaidīt citādu uzvedību".

Viens no lielākajiem impulsiem nanotehnoloģiju attīstībā bija 1960. gados, kad sāka parādīties pirmie instrumenti, kuri ir izmantojami nanoobjektu pētīšanai, proti skenējošie elektronmikroskopi. 1980. gados tika izveidoti atomspēku mikroskopi un skenējošais tuneļmikroskops, kuriem bija būtiska nozīme nanoizmēru struktūru un arī individuālu atomu pētīšanai un manipulēšanai.

Mūsdienās tiek izmantotas dažādas pieejas tehnoloģiskai nanoobjektu izveidei. Piemēram, mikroshēmas tiek veidotas uz materiālu virsmas kā skulptūras, noņemot lieko materiālo vai uznesot jauno. Šādu pieeju, kad no liela objekta veido mazas struktūras, sauc par "no augšas uz leju" (angļu: top down) pieeju. Pretēji, tas ir, "no lejas uz augšu" (bottom up) veido lielas struktūras spontāni no atomiem vai molekulām, piemeklējot piemērotus ārējos nosacījumus. Piemērs no pašorganizējošām nanostruktūrām ir oglekļa nanocaurulīšu iegūšana no kvēpiem. Līdzīgi arī bioloģiskie organismi ir izveidoti no bioloģiskām šūnām, kuras pilnībā nosaka šo organismu bioloģiskās īpašības. Savukārt šūnas izveidojas, pašorganizējoties molekulām.

Amerikāņu inženieris Ēriks Drekslers 1970. gados aktīvi popularizēja nanotehnoloģiju piedāvātās iespējas.

Ričarda Fainmena lekcijas iedvesmots, sākot ar 1970. gadiem nanozinātni popularizē amerikāņu inženieris Kims Ēriks Drekslers (Kim Eric Drexler). 1986. gadā Drekslers dibināja "Nākotnes paredzēšanas institūtu" (Foresight Institute), kura mērķis bija labāk sagatavoties nanotehnoloģiju attīstību iespējām. Drekslers izdeva divas grāmatas par nanotehnoloģijām: "Engines of Creation" (1986) un "Future: the Nanotechnology Revolution" (1991). Tajās viņš apraksta iekārtu, kura kļūst par tādu kā nanotehnoloģiju "Svēto Grālu". To Drekslers nosauc par asambleri (angļu: assembler — 'montētājs'). Šī iekārta būvētu lielākas molekulas un iekārtas, saliekot tās pa vienai molekulai.

Tāpat kā Fainmens, arī Drekslers norādīja, ka nav jāpierāda nanotehnoloģiju iespējamība. Šāds pierādījums eksistē dabā. Drekslers rakstīja šādi: "Tomēr koki nav primitīvi. Lai uztaisītu koku un lapas, tie negriež, nemaļ, nemaisa, necep, neapsmidzina, nekodina. Tā vietā tie savāc Saules enerģiju, izmantojot molekulārās elektroniskās ierīces, fotosintēzes reakcijas centrus hloroplastā. Tie izmanto šo enerģiju, lai darbinātu molekulārās mašīnas, ierīces ar kustīgām detaļām no precīzi izveidotām molekulārām struktūrām, kuras pārveido oglekļa dioksīdu un ūdeni, skābekli un molekulārās struktūras, kuras citas molekulārās mašīnas izmanto sakņu, zaru un lapu būvēšanai. Katra koka lapa ir sarežģītāka nekā kosmiskais kuģis, ar daudz smalkākām detaļām nekā jaunākais čips no Silīcija ielejas. Tas viss panākts bez trokšņa, siltuma izdalīšanās, toksiskiem dūmiem un cilvēku darba, tieši pretēji, kaitīgie izmeši tiek pārstrādāti koka darbības rezultātā. Šādi raugoties, koki ir augsta tehnoloģija. Čipi un raķetes nav". Patiešām, pētot bioloģiskās sistēmas, var atrast lielu daudzveidību daudzfunkcionālu nanoizmēra mehānismu, kurus daba dabiskās izlases rezultātā ir pilnveidojusi miljonu gadu garumā.

Dažādu bioloģisku organismu un tehnoloģisku elementu salīdzinājuma skala angļu valodā.

Cilvēces attīstības laikā tehnoloģijas ir galvenokārt attīstījušās, veidojot no cilvēkam viegli manipulējamiem objektiem lielākas struktūras: apģērbus, pulksteņus, mašīnas, mājas, tiltus, stadionus, kanālus, pilsētas. Taču tehnoloģijas miniaturizācija, veidojot struktūras no nanomateriāliem, sniedz tādas pašas, ja ne lielākas iespējas. Mazākā struktūra, ko vēl varētu manipulēt ar rokām, varētu būt ap milimetru. 1 milimetrs attiecas pret atoma 0,1 nanometra izmēru tāpat, kā 10 kilometri pret 1 milimetru. Tātad visa tā tehnoloģiju bagātība, kas ir iespējama mērogā no 1 milimetra līdz 10 kilometriem, varētu būt iespējama arī mērogā zem milimetra, ja par struktūru pamatelementu izmantotu atomus. Daba jau ir izveidojusi daudzus organismus, kuru izmēri ir ļoti mazi: putekļu ērcīte ir ap 200 mikrometru liela, cilvēka mats ir aptuveni 100 mikrometru resns, sarkano asinsķermenīšu (eritrocītu) izmērs ir ap 5 mikrometriem, gripas vīrusam ap 100 nanometriem, flagellas ap 20 nanometriem, šūnu ķīmiskās enerģijas avota adenozīntrifosfāta (ATF, angliski ATP) molekulas izmērs ir ap 10 nanometriem, DNS diametrs ir tikai daži nanometri, bet C60 diametrs ir 0,7 nanometri.

Var klasificēt piecus galvenos virzienus, kuros attīstās nanozinātne:

Lai attīstītu nanotehnoloģijas, ir labi jāpārzina gan bioloģija, gan ķīmija. Viena no nanotehnoloģiju īpatnībām ir tā, ka tā atrodas fizikas, ķīmijas un bioloģijas krustcelēs. Klasiskais dabaszinātņu sadalījums varētu būt cēlonis tam, ka pētījumi nanozinātņu jomā sākās diezgan vēlu. Taču agrāk novārtā atstātie starpdisciplinārie pētījumi mūsdienās piedzīvo strauju attīstību.

Pēdējā laikā valdības un lielās korporācijas nanotehnoloģiju attīstībā tērē milzīgas naudas summas. 2004. gadā pasaulē nanotehnoloģiju pētniecībai tika tērēti 8,6 miljardi, bet 2005. gadā — 9,6 miljardi ASV dolāri, no kuriem aptuveni puse nāk no valdības programmām, bet otra puse no industrijas. Paredzams, ka pasaulē 2 miljoni cilvēku 2015. gadā būs iesaistīti nanorūpniecībā. Jāatzīst, ka eksistē arī pretdarbība nanotehnoloģiju attīstībai. Vides aizsardzības aktīvisti cenšas apstādināt to attīstību pirms pasaule ir piesārņota ar nanodaļiņām.

Pretēji tam kā ir notikusi tehnoloģiju attīstība pagātnē, attīstot nanotehnoloģijas vajadzētu laicīgi novērtēt to ietekmi uz vidi un cilvēku veselību. Lai arī nav pētījumu, kas liecinātu par nanotehnoloģiju īpašu ļaunumu, varētu sagaidīt, ka nanodaļiņas, pateicoties to mazajiem izmēriem un lielam virsmas laukumam, varētu ļoti efektīvi nokļūt cilvēka organismā un aktīvi reaģēt ar cilvēka organismā esošajām šūnām. Šādi procesi diemžēl ir ļoti maz pētīti un attīstot nanotehnoloģijas būtu nepieciešama lielāka izpratne par nanomateriālu mijiedarbību ar cilvēka organismu.

Realizētie pielietojumi

Nanotehnoloģiju pielietojums nav tikai nākotnes vīzija, kura atgādina zinātnisko fantastiku. Tās piedāvātās iespējas jau realizē mūsdienās. Ir saražoti visdažādākie uz nanotehnoloģijām balstīti produkti, piemēram, ar nanodaļiņām apstrādātas antibakteriālās zeķes un palagi, ar nanocaurulītēm bagātinātas tenisa raketes un boulinga bumbas, pašattīrošās krāsas, Saules baterijas un tā tālāk.

Vitrāža Strasbūras katedrālē. Spilgti sarkanā krāsa ir iegūta, izmantojot zelta nanodaļiņas.

Viens no agrākajiem nanotehnoloģiju pielietojumiem ir krāsas. Viduslaikos (un iespējams jau romiešu laikā) vitrāžu attēla iekrāsošanai izmantoja zelta nanodaļiņu krāsas atkarību no to izmēriem. Tā laika amatnieki prata izgulsnēt nepieciešamā izmēra zelta nanodaļiņas no koloidāliem šķīdumiem ar lielu izmēra precizitāti. Smalki samaltu zelta pulveri šķīdināja "Aqua Regia", karaļūdenī (HCl/HNO₃). Izgulsnējot zelta hlorīdu piejauca stiklam un pēc uzsildīšanas tajā izveidojās zelta nanodaļiņas. Zelta nanodaļiņas 25 nanometru izmērā ir ar pārsteidzoši spilgtu sarkanu krāsu, kas ir redzama vitrāžās. Mūsdienās nanodaļiņu krāsas atkarību no izmēra izmanto, piemēram, bioloģisko molekulu marķēšanai.

Enerģētikā 2007. gada beigās amerikāņu un vācu kompānija "Nanosolar" paziņoja par to, ka tā sāk savas produkcijas piegādi. "Nanosolar" ir uz nanotehnoloģijām balstītu Saules bateriju ražotājs un tā ražo īpaši lētas Saules baterijas ar prognozējamām elektrības izmaksām 0,5 lati par vatu un ar prognozējamo bateriju dzīves laiku 25 gadu apmērā. Ražošanā izmantots CuIn_xGa_(1−x)Se₂ sakausējums, kuru uzklāj plānā kārtiņā, izmantojot tintes printerim līdzīgu iekārtu, tādējādi ietaupot gan uz izmantotā materiāla rēķina, gan uz ražošanas izmaksām. Tomēr jāatzīst, ka šo bateriju lietderības koeficients nav ļoti liels un ir ap 7%. Laboratorijā ir radītas baterijas ar lietderības koeficientu 45% un tāpēc varētu sagaidīt šīs tehnoloģijas turpmāku attīstību.

Medicīnā nanotehnoloģijas tiek izmantotas, izgatavojot pretbakteriālas zeķes, kabatas lakatiņus, palagus, dvieļus utt. Visplašāk izmanto sudraba nanodaļiņas pretbakteriālai darbībai vai cinka oksīda nanodaļiņas smaku nomākšanai. Sudrabs uz baktēriju virsmas darbojas kā katalizators oksidēšanās reakcijām. Šīs tehnoloģijas efektivitāte un nekaitīgums veselībai ir maz apspriests temats un šie jautājumi nav īsti skaidri.

Celtniecībā nanotehnoloģijas izmanto pašattīrošas virsmas izgatavošanā. Vairākas kompānijas ražo ar titāna dioksīdu bagātinātas krāsas, kurām piemīt pašattīrošas īpašības. Saules gaismas ietekmē TiO₂ darbojas kā fotokatalizators oksidācijas reakcijām, kuru rezultātā sašķeļas, piemēram, tauku molekulas, kas vēlāk lietus ietekmē tiek noskalotas no virsmas.

Kosmētikā tiek izgatavoti pretiedeguma krēmi. Nanodaļiņu optiskās īpašības nosaka to izmēri. Var izveidot nanodaļiņas, kas efektīvi absorbēs elektromagnētiskā spektra ultravioletā diapazonā un tādējādi var būt izmantotas pretiedeguma krēmos. Līdz ar to var tikt piemeklētas nanodaļiņas ar citām lietderīgām īpašībām, piemēram, caurspīdīgumu redzamajā diapazonā vai smaržu. Bieži izmantotas ir cinka oksīda vai titāna dioksīda nanodaļiņas. Tomēr strīdīgs jautājums paliek par šādu krēmu drošību veselībai, jo ir neskaidra nanodaļiņu uzvedība uz ādas.

Sportā sevišķi izturīgas slēpes, tenisa raketes vai boulinga bumbas izgatavo no oglekļa nanocaurulītēm, kas palielina materiāla stiprību.

Bioloģiskā atdarināšana

Dabiskās evolūcijas rezultātā daba ir izstrādājusi daudzus efektīvus mehānismus un struktūras. Vairāki no tiem ir iespaidojuši cilvēku radītās ierīces. Visraksturīgākais piemērs varētu būt lidaparātu izveide, kurus attīstot cilvēki jau no Leonardo da Vinči (ja ne no Ikara) laikiem kopēja putna spārnus. Vēl daži piemēri ir gaismas atstarotāji, kuri izveidoti pētot kaķa acs spīdēšanu tumsā un līplentes aizdare ("Velcro"), kas izgudrota pētot to kā dadži pielīp suņa spalvai.

Mūsdienās bioloģiskā atdarināšana, ko sauc arī par bioniku, ir kļuvusi par atsevišķu zinātnes nozari un nanobionika par tās sastāvdaļu.

Gekona kāja pie stikla virsmas.

Gekoni ir mazas ķirzakas, kas dzīvo siltā klimatā. Daudzām no to sugām ir interesanta spēja viegli pārvietoties pa vertikālām virsmām, piemēram, māju sienām vai pat pa griestiem. Sākotnējie centieni izskaidrot gekonu pārvietošanos balstījās uz pieņēmumiem par īpašu šķidrumu izmantošanu gekonu pēdās, kas ļautu pārvietoties vertikāli vai nu pielīpot, vai nu izmantojot virsmas spraigumu. Taču nekādas šķidrumu pēdas uz virsmas netika atklātas. Tikai nesen augstas izšķirtspējas mikroskopi parādīja, ka gekona pēdas ir pārklātas ar daudziem blīvi izvietotiem maziem matiņiem, kuru diametrs ir tikai ap 200 nanometriem. Šāds mehānisms ļauj ievērojami palielināt pēdu saskares laukumu ar mikroskopiski nelīdzenām virsmām un izmanto vājo van der Vālsa mijiedarbību, lai noturētos uz vertikālām sienām. Pašreiz šo metodi pielieto, izmantojot polimēru tehnoloģijas matiņu imitācijai un tiek veidotas ierīces, kas spēj pārvietoties pa sienām vai pie sienas līpoši cimdi, kas pagaidām, tiesa, nav pietiekoši labi, lai noturētu cilvēku. Cits pielietojums šādai virsmai ir līmlente bez līmes.

Lotosa efekts ir lotosa lapu pašattīrošās īpašības. Lotosa lapas ir pārklātas ar mikroskopiskiem nelīdzenumiem, kuri neļauj slapināt lapu. Ūdens pilieni ripojot pa lotosa virsmu noskalo uz tās esošos netīrumus un citus svešķermeņus. Tiek ražots šo īpašību imitējošs audums neslapināma apģērba ražošanai ("Nano Care").

Viens no morfīdu ģints tauriņiem Morpho menelaus.

Daudzu tauriņu spārni izceļas ar savu spožumu un krāsainību. Tauriņu spārni pārklāti ar nanometru mēroga kārtiņām, kas gaismas difrakcijas un interferences rezultātā atstaro spožas krāsas. Atšķirībā no ķīmiskām krāsvielām, tauriņa spārni neizbalē. Šādu tehnoloģiju cenšas imitēt krāsu ražošanā, veidojot slāņainu krāsu. Iespējams izveidot materiālu, kura krāsa mainās, to izstiepjot.

Vairāki gliemeži veido gliemežvākus, kas ir ļoti cieti un kuros neattīstās plaisas. Arī haizivs zobiem ir līdzīgas īpašības. Vairākas zinātnieku grupas cenšas imitēt šo procesu ar acīmredzamu pielietojumu. To sauc par biomineralizāciju.

Flagella ir tieva, gara pavedienveida struktūra uz šūnu virsmas, kas nodrošina šūnu kustību viciņai rotējot. Viciņa ir ievietota caurumā šūnas apvalkā un var brīvi griezties, atgādinot to, kā griežas riteņu ass. Šis kustības veids ir ļoti oriģināls un nekur citur dabā netiek tālāk attīstīts, tāpēc pēdējos gados tā ir piesaistījusi ar zinātni nesaistītu cilvēku plašu uzmanību, pateicoties strīdiem par tās izcelsmi starp zinātniekiem un kreacionistiem (pasaules radīšanas piekritējiem). Viciņu griež miniatūrs darbināms bioloģisks motors, kurš ir tikai 20 nanometrus liels. Elektroķīmiskais gradients (protonu dzinējspēks) un ATF enerģija motorā nodrošina H⁺ vai Na⁺ jonu plūsmu, kas rada griezes spēka momentu uz viciņu.

Nākotnes pielietojumi

Lai arī paredzēt nākotni ir sarežģīti, interesantākie un provokatīvākie pielietojumi nanotehnoloģijām nākotnē varētu būt šādi:

Dažāda veida sensori var tikt izveidoti uz nanoelektromehānisko ierīču bāzes. Pašreiz jau eksistējošo spiediena vai paātrinājuma sensorus varētu papildināt ķīmiskie un bioloģiskie sensori, kas ātri un precīzi varētu noteikt ķīmiskās noplūdes, sprāgstvielas vai slimības. Samazināsies šādu sensoru izmēri un pieaugs to jutība.
Nanotehnoloģijas ļaus turpināt mazāku un efektīvāku skaitļošanas ierīču izveidi, iespējams, balstītu uz jauniem principiem, izmantojot molekulāro elektroniku un kvantu skaitļošanu.
Jaunas selektīvas zāles, kas darbotos tikai uz slimības ierosinātāju, un ātrākas, lētākas un pilnīgākas slimību diagnostēšanas iespējas.

Ārējās saites

Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Nanotehnoloģija.

Latvijas Nacionālās enciklopēdijas šķirklis
Encyclopædia Britannica raksts (angliski)
Visuotinė lietuvių enciklopedija raksts (lietuviski)
Krievijas Lielās enciklopēdijas raksts (krieviski)
Encyclopædia Universalis raksts (franciski)
Zinātniskās fantastikas enciklopēdijas raksts (angliski)
(angliski) Plenty of Room at the Bottom Ričarda Fainmena lekcija 1959. gadā. Šajā lekcijā pirmo reizi tiek izmantots termins "nanotehnoloģija"
Palmgrēns, Gorms (2007. gada, septembrī). "Jaunie materiāli atvieglo dzīvi". Ilustrētā Zinātne (22): 24.—31. lpp