Олимпиада "Наноэлектроника"
Неофициальный сайт

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
МОСКОВСКИЙ ИНЖИНЕРНО ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(НИЯУ МИФИ)
Факультет «Автоматики и электроники»
Кафедра «Микро- и наноэлектроники»

«Умные» наноматериалы

Москва 2011г

1. Наноматериалы 
2. Материалы активные и умные 
3. НаноБетон 
4. Наноматериалы и стали 
5. Наноматериалы и древесина  
6. Наноматериалы и стекло 
7. Настоящее будущее наноматериалов в строительстве 
8. Нанотехнологии в медицине 
9. Использование углеродных наноматериалов как биосовместимого модификатора медицинских имплантатов 
10. Заключение 
11. Список литературы 

Материалы, разработанные на основе наночастиц с уникальными характеристиками, вытекающими из микроскопических размеров их составляющих.
Углеродные нанотрубки — протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров, состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей (графенов) и обычно заканчивающиеся полусферической головкой.
Фуллерены — молекулярные соединения, принадлежащие классу аллотропных форм углерода (другие — алмаз, карбин и графит) и представляющие собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода.
Графен — монослой атомов углерода, полученный в октябре 2004 года в Манчестерском университете (The University Of Manchester). Графен можно использовать, как детектор молекул (NO2), позволяющий детектировать приход и уход единичных молекул. Графен обладает высокой подвижностью при комнатной температуре, благодаря чему как только решат проблему формирования запрещённой зоны в этом полуметалле, обсуждают графен как перспективный материал, который заменит кремний в интегральных микросхемах.
Нанокристалл — отдельный однородный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решётку, характеризующийся анизотропией свойств и имеющий размеры (хотя бы один) ≤ 100 нм. Вообще говоря, любой материал с характерными размерами менее 1 микрометра следует относить к наночастицам, а не к нанокристаллам. Например, любую частицу, в которой присутствует упорядоченная область, следует относить к наночастице или нанокластеру в зависимости от количества измерений в пространстве. В случае трехмерного расположения атомов в пространстве элемента твёрдого вещества логично вытекает название — нанокристалл. Эти материалы имеют большой технологический потенциал, так как многие их электрические и термодинамические свойства зависят от их размеров, и, следовательно, могут контролироваться во время технологического процесса. Кристаллические наночастицы, образуя монокристаллические системы, интересны для изучения макроскопических кристаллов из-за отсутствия дефектов и межзеренных границ. Полупроводниковые нанокристаллы с размерами менее 10 нм также известны как квантовые точки. Кристаллические наночастицы, изготовленные из цеолита используются в качестве фильтра для перевода сырой нефти в дизельное топливо на очистительном заводе ExxonMobil в Луизиане. Данный метод дешевле, чем конвекционный. Основы из кристаллических наночастиц используются в качестве новых типов солнечных батарей (SolapPly компании Nanosolar). Данные панели дешевле других типов панелей, более гибкие, а также утверждается, что их эффективность составляет 12% (конвекционные недорогие органические солнечные панели преобразуют 9% солнечного тепла в электричество).
Аэрогели — класс материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной. Такие материалы обладают рекордно низкой плотностью и демонстрируют ряд уникальных свойств: твёрдость, прозрачность, жаропрочность, чрезвычайно низкую теплопроводность и т. д. Распространены аэрогели на основе аморфного диоксида кремния, глинозёмов, а также оксидов хрома и олова. В начале 1990-х получены первые образцы аэрогеля на основе углерода.
Наноаккумуляторы — в начале 2005 года компания Altair Nanotechnologies (США) объявила о создании инновационного нанотехнологического материала для электродов литий-ионных аккумуляторов. Аккумуляторы с Li4Ti5O12 электродами имеют время зарядки 10-15 минут. В феврале 2006 года компания начала производство аккумуляторов на своём заводе в Индиане. В марте 2006 Altairnano и компания Boshart Engineering заключили соглашение о совместном создании электромобиля. В мае 2006 успешно завершились испытания автомобильных наноаккумуляторов. В июле 2006 Altair Nanotechnologies получила первый заказ на поставку литий-ионных аккумуляторов для электромобилей.
Самоочищающиеся поверхности на основе эффекта лотоса 

Строительная индустрия – один из столпов современной цивилизации. В 2007 году, последнем перед мощным финансовым кризисом, сфера строительства в Европе имела валовый годовой оборот 350 млрд евро и представляла рабочие места каждому десятому трудоспособному гражданину. Ежегодно в мире производится порядка 1 м3 бетона на одного жителя планеты Земля. Естественно предположить, что даже небольшие изменения, например, появление новых материалов, в столь массивной отрасли хозяйства породят ощутимые эффекты для всемирной экономики. 

Самокомпактирующемуся бетону не нужна вибрация, он густеет благодаря наночастицам поликарбоксилата
Оксид кремния (SiO2 ) – это часть стандартной бетонной смеси. Исследования наноструктуры материала показали, что использование наночастиц оксида кремния приводит к существенным изменениям в упаковке вещества – значительному уплотнению бетона и соответственному улучшению его механических свойств (повышению прочности на сжатие в 3–6 раз). Кроме того, модификация материала наночастицами оксида кремния стабилизирует важнейшие валентные взаимодействия Ca – Si – H, ответственные за связность бетона, уменьшая вымывание кальция и увеличивая его влагоустойчивость.
Другое соединение, активно используемое как добавка к бетонным смесям, – диоксид титана (TiO2). Наночастицы диоксида титана уже получили весьма широкое распространение в современной промышленности – из-за высоких отражающих свойств материала, особенно в ультрафиолетовом спектре, их используют в солнцезащитных кремах, а способность расщеплять различные органические соединения, в том числе летучие, делает такие частицы важной добавкой к бетону, оконному стеклу и лакокрасочным покрытиям, уменьшающей уровень загрязнителей воздуха в здании и вокруг него.
Кроме того, диоксид титана обладает ярко выраженной гидрофильностью, что придает содержащим его материалам способность к самоочистке – капельки воды конденсируются на поверхности и, стекая, увлекают за собой частицы грязи. На сегодняшний день уже налажен широкий выпуск белого бетона с добавкой диоксида титана, обеспечивающего зданиям более эстетичный вид.
Исследователи уделяют также много внимания взаимодействию бетона с углеродными нанотрубками. Добавка небольшого количества (~ 1 вес. окисленных многослойных углеродных нанотрубок к традиционным маркам, например портландцементу, приводит к значительному улучшению прочности материала на сжатие (+ 25 Н/мм2) и изгибной прочности (+ 8 Н/мм2).
Однако применение углеродных нанотрубок в качестве наполнителя того или иного материала имеет один важный недостаток: нанотрубки «любят» слипаться за счет взаимодействия графеновых листов, образуя крупные кластеры, что приводит в итоге к потере когезии с материалом-носителем. Поэтому для достижения высоких характеристик композиционного материала необходимо проводить дополнительные процедуры с целью разделения и однородной дисперсии нанотрубок. Один из обнаруженных на сегодня способов – предварительное смешивание углеродных нанотрубок с гуммиарабиком, но необходимы дальнейшие исследования, чтобы подобрать оптимальный состав такого композита.
Углеродные нанотрубки обладают целым набором уникальных свойств; возможно, в самом ближайшем будущем их будут широко применять при создании вычислительной техники, в авиастроении, в различных биомедицинских приложениях. С одной стороны, высокая популярность нанотрубок делает их одним из наиболее изучаемых материалов, и строительная индустрия может косвенно выиграть от открытий, сделанных в других областях, а с другой – значительный спрос определяет высокую цену на нанотрубки, ограничивая экономический эффект их применения.
Интересную работу проводят ученые из Горно-технологической школы Южной Дакоты, разрабатывающие биогерметик бетона на основе карбоната кальция, произведенного генетически модифицированными почвенными бактериями. Полученный материал будут использовать в качестве уплотнителя, препятствующего также зарождению и распространению трещин. Предварительные результаты показывают, что существует прямая зависимость между прочностью модифицированного бетона и концентрацией выращенных микроорганизмов в нем.
Это исследование имеет и важную экологическую составляющую – увеличение времени жизни снижает общее количество используемого материала, снижая тем самым нагрузку на природные ресурсы планеты в его производстве. Сейчас уже можно говорить о целом направлении в современном материаловедении – создании самозалечивающихся материалов. Так, в Университете Иллинойса, США, создан ряд полимерных композиционных материалов, содержащих нанокапсулы, раскрывающиеся на границе трещины и останавливающие ее развитие.
Следует также упомянуть самокомпактирующийся бетон, не требующий вибрационного воздействия для консолидации состава. Его использование значительно уменьшает энергетические и трудовые расходы. Исходный материал, содержащий высокодисперсные наночастицы поликарбоксилата, ведет себя как густая жидкость при небольшом соотношении цемент-вода.
При высыхании набухающие частицы пластификатора препятствуют образованию пустот и трещин. Самокомпактирующийся бетон обладает еще одним важным преимуществом. Обычный пластифицированный бетон медленно схватывается в зимнее время, что приводит к необходимости дополнительной парообработки конструкций. Наночастицы поликарбоксилата значительно уменьшают количество используемой воды и время засыхания материала, делая необязательной стадию парообработки.
Отметим, наконец, технику нанесения волокнистых покрытий на поверхность формируемых бетонных структур, включающую в себя использование волокнистого углеродного композита с наночастицами оксида кремния. Наночастицы заполняют трещинки на поверхности засыхающего бетона и связывают прочно его с материалом-усилителем. Волокна углерода играют важную роль в замедлении трещино-образования, увеличении времени жизни бетонных структур во влажных условиях и устойчивости к царапинам.
Производство химических добавок постепенно выделяется в самостоятельную отрасль промышленности строительных материалов. И в настоящее время в России количество модифицированных бетонов составляет 60–70 % от общего выпуска. Однако по этому показателю мы заметно отстаем от большинства развитых стран, где он достигает 85–95 %. 

Усталость материала – одна из основных причин разрушения стальных конструкций, подверженных циклическим нагрузкам (мосты, башни и т.п.). Даже напряжения намного меньшие, чем пороги разрушения, могут приводить при периодическом повторении к уменьшению времени жизни изделия. Современная философия строительства включает в себя три основных превентивных стратегии: резкое уменьшение допустимой нагрузки на конструкцию; значительное сокращение допустимого периода ее эксплуатации; регулярный мониторинг состояния. Все три подхода оказывают значительное влияние на стоимость строительства и эксплуатации конструкции.
Цементную плитку покрывают краской на основе нанокомпозита, что делает ее стойкой к непогоде
Исследования показали, что добавка к стали небольших наночастиц меди сглаживает неоднородность поверхности стали, уменьшая таким образом количество точек, в которых концентрируются напряжения. Дальнейшая разработка таких композиционных материалов позволит существенно увеличить безопасность металлических конструкций при одновременной экономии средств мониторинга их состояния.
Высотные конструкции требуют создания высокопрочных соединений, что предъявляет особые требования к используемым в таких соединениях болтам. Обычно их производят закаливанием стали и ее последующим отпуском. Когда сдвиговой модуль упругости мартенситной стали превышает 1200 МПа, даже очень малые количества водорода, попадающего на межзеренные границы, существенно охрупчают материал. Этот процесс, известный как отложенное разрушение, ограничивает сдвиговой модуль упругости используемых болтов в диапазоне 1000–1200 МПа. При добавке наночастиц ванадия или молибдена, связывающих атомы водорода и улучшающих микроструктуру материала замещением межзеренной цементитной фазы, порог отложенного разрушения стальных изделий значительно повышается.
Сварные швы и прилежащие к ним области часто охрупчаются и могут разрушиться при резкой динамической нагрузке, поэтому прочность сварных швов имеет большое значение для создания надежных металлических конструкций, особенно в сейсмоопасных зонах планеты. Последствия землетрясения в Лос-Анджелесе в 1994 году заставили ученых и конструкторов переосмыслить значение зон сварки.
Современные стратегии дизайна металлических конструкций включают в себя сознательное ослабление определенных зон с целью переноса областей повышенного напряжения как можно дальше от зон сваривания. Однако последние исследования показывают, что небольшие добавки наночастиц магния или кальция в пять раз уменьшают размер зерен в сварных швах, увеличивая существенно их прочность.
Самокомпактирующемуся бетону не нужна вибрация, он густеет благодаря наночастицам поликарбоксилата
Отметим, что перечисленные выше возможности применения наночастиц можно рассматривать не только с точки зрения безопасности, но и с точки зрения экологии: продление жизни конструкций поможет снизить нагрузки на природу, связанные с добычей и транспортировкой руды, производством стали. 

В одном из древнейших конструкционных материалов, дереве, природа использовала природные нанотрубки и нанофибриллы, роль которых выполняют лигноцеллюлозные элементы. Их прочность превышает прочность стали как минимум в два раза. Направленное использование лигноцеллюлозных нанофибрилл может стать новой парадигмой в строительстве, поскольку в производстве таких конструкций будут использованы только возобновляемые ресурсы.
В настоящее время в ряде университетов США и Европы проводятся исследования с целью модификации поверхности лигноцеллюлозных волокон, что позволит использовать их в качестве самостерилизующихся, самозаживляемых элементов, в том числе электронных лигноцеллюлозных приборов: как активных, так и пассивных сенсоров, осуществляющих мониторинг структурных нагрузок, температуры, влажности, теплового режима работы приборов. Однако создание лигноцеллюлозной техники – вопрос более отдаленного будущего по сравнению с другими перечисленными возможностями.
Наноматериалы и стекло
Цементную плитку покрывают краской на основе нанокомпозита, что делает ее стойкой к непогоде
Если покрыть стекло тонкой пленкой, содержащей наночастицы диоксида титана, то его можно использовать не только для пассивного частичного пропускания энергии света, но и для расщепления органических загрязнителей воздуха в помещении.
Противопожарные стекла – другой пример использования нанотехнологий в строительстве. Они представляют собой прозрачный слой нанопористого оксида кремния, заключенный между слоями обычного стекла. При пожаре нанопена затвердевает и мутнеет, позволяя стеклу выдерживать гораздо большие тепловые нагрузки и одновременно становясь надежным барьером для теплового потока.
В настоящее время значительное внимание исследователей и конструкторов сосредоточено на создании «умных» стекол, способных контролировать потоки света и тепла внутрь здания. Можно выделить четыре основных подхода к использованию нанотехнологий для решения этой задачи:
- Нанесение спектрально чувствительных тонкопленочных покрытий, не пропускающих инфракрасные световые волны.
- Активные термохромные покрытия, реагирующие на изменение температуры и способные термоизолировать помещение, обеспечивая одновременно приемлемый уровень освещенности.
- Фотохромные покрытия, изменяющие коэффициент пропускания стекла в зависимости от его освещенности.
- Электрохромные покрытия на основе оксида вольфрама, реагирующие изменением прозрачности на изменение приложенного напряжения (становящиеся непрозрачными при прикосновении). 

Строительная индустрия, представляющая гигантское поле деятельности с точки зрения применения нанотехнологий, весьма раздроблена: 97 % строительных фирм в Европе насчитывает персонал не более 20 человек. Именно этот фактор ограничивает финансирование направленной научно-исследовательской работы, которая концентрируется на решении конкретных задач из области создания тех или иных конструкций или конструкционных материалов. На сегодняшний день развитие строительного материаловедения определяется во многом успехами в исследованиях смежных дисциплин (например, автомобиле- и авиастроение).
Небольшими размерами строительных фирм обусловлен также и их относительный консерватизм – сравнительно медленное внедрение новых материалов, связанное с неспособностью к крупным инновационным капиталовложениям. Однако даже небольшие изменения в эффективности используемых в строительстве материалов и технологий оборачиваются чрезвычайно большим экономическим, экологическим, энергетическим эффектом. Поэтому обязательной становится выработка рациональной политики государства, направленной на поддержку инновационного развития строительных предприятий.
Перечисленные выше технологии уже находят свое применение в строительной индустрии. Заглянем, однако, немного дальше – на 10–15 лет вперед. Сегодня мы наблюдаем изменение размеров различных сенсоров, способных к автономной работе и к объединению в беспроводные сети.
А теперь представьте подобную сеть, внедренную в дорожное покрытие, конструкцию здания или моста. Подобные «умные» конструкции будут способны осуществлять самомониторинг – нанодатчики температуры, давления, механических напряжений вовремя сообщат в эксплуатационные службы о развитии трещин в материале, позволяя сэкономить большое количество трудо-дней обслуживающего персонала и значительно увеличить безопасность конструкций. Нанодетекторы способны не только контролировать состояние самой конструкции, но и ее окружения. Дома, способные «чувствовать» присутствующих в них людей, или дороги, определяющие нарушение скоростного режима движущегося по ним транспорта, могут послезавтра стать нашей реальностью.
Нанотехнологии в медицине
Рассматривая отдельный атом в качестве кирпичика или "детальки" нанотехнологи ищут практические способы конструировать из этих деталей материалы с заданными характеристиками. Многие компании уже умеют собирать атомы и молекулы в некие конструкции.
В перспективе, любые молекулы будут собираться подобно детскому конструктору. Для этого планируется использовать нано-роботов (наноботов). Любую химически стабильную структуру, которую можно описать, на самом деле, можно и построить. Поскольку нанобот можно запрограммировать на строительство любой структуры, в частности, на строительство другого нанобота, они будут очень дешевыми. Работая в огромных группах, наноботы смогут создавать любые объекты с небольшими затратами, и высокой точностью.
В медицине проблема применения нанотехнологий заключается в необходимости изменять структуру клетки на молекулярном уровне, т.е. осуществлять "молекулярную хирургию" с помощью наноботов.
Ожидается создание молекулярных роботов-врачей, которые могут "жить" внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения, или предотвращая возникновение таковых.
Манипулируя отдельными атомами и молекулами, наноботы смогут осуществлять ремонт клеток.
Прогнозируемый срок создания роботов-врачей, первая половина XXI века. 

В действительности наномедицины пока еще не существует, существуют лишь нанопроекты, воплощение которых в медицину, в конечном итоге, и позволит отменить старение.
Несмотря на существующее положение вещей, нанотехнологии - как кардинальное решение проблемы старения, являются более чем перспективными.
Это обусловлено тем, что нанотехнологии имеют большой потенциал коммерческого применения для многих отраслей, и соответственно помимо серьезного государственного финансирования, исследования в этом направлении ведутся многими крупными корпорациями.
Наноботы или молекулярные роботы могут участвовать (как наряду с генной инженерией, так и вместо нее) в перепроектировке генома клетки, в изменении генов или добавлении новых для усовершенствования функций клетки.
Важным моментом является то, что такие трансформации в перспективе, можно производить над клетками живого, уже существующего организма, меняя геном отдельных клеток, любым образом трансформировать сам организм!
Описание нанотехнологии может показаться притянутым за уши, возможно, потому что ее возможности столь безграничны, но специалисты в области нанотехнологии отмечают, что на сегодняшний день не было опубликовано ни одной статьи с критикой технических аргументов Дрекслера. Никому не удалось найти ошибку в его расчетах. Между тем, инвестиции в этой области (уже составляющие миллиарды долларов) быстро растут, а некоторые простые методы молекулярного производства уже вовсю применяются.
Нанотехнологии могут привести мир к новой технологической революции и полностью изменить не только экономику, но и среду обитания человека. В рамках этой статьи мы рассматриваем лишь перспективность этих технологий для отмены старения людей.
Вполне возможно, что после усовершенствования для обеспечения "вечной молодости" наноботы уже не будут нужны или они будут производиться самой клеткой.
Для достижения этих целей человечеству необходимо решить три основных вопроса:
1. Разработать и создать молекулярных роботов, которые смогут ремонтировать молекулы.
2. Разработать и создать нанокомпьютеры, которые будут управлять наномашинами.
3. Создать полное описание всех молекул в теле человека, иначе говоря, создать карту человеческого организма на атомном уровне.

Основная сложность с нанотехнологией - это проблема создания первого нанобота. Существует несколько многообещающих направлений.
Одно из них заключается в улучшении сканирующего туннельного микроскопа или атомно-силового микроскопа и достижении позиционной точности и силы захвата.
Другой путь к созданию первого нанобота ведет через химический синтез. Возможно, спроектировать и синтезировать хитроумные химические компоненты, которые будут способны к самосборке в растворе.
И еще один путь ведет через биохимию. Рибосомы (внутри клетки) являются специализированными наноботами, и мы можем использовать их для создания более универсальных роботов.
Группа нанотехнологов из института предвидения заявила, что стремительный рост нанотехнологий выходит из-под контроля, но в отличие от Билла Джойа, вместо простого запрета на развитии исследований в этой области, они предложили установить правительственный контроль над исследованиями.
Такой надзор, может предотвратить случайную катастрофу, например когда наноботы создают сами себя (до бесконечности), потребляя в качестве строительного материала все на своем пути, включая заводы, домашних животных и людей.
Рей Курцвейл - к 2020 году появится возможность поместить внутри кровеносной системы миллиарды нанороботов размером с клетку, по оценкам Роберта Фрайтаса, ведущего ученого в области наномедицины, это случится не ранее, чем в 2030-2035 году.
Эти наноботы смогут тормозить процессы старения, лечить отдельные клетки и взаимодействовать с отдельными нейронами. Так ассеблеры практически сольются с нами.


Использование углеродных наноматериалов как биосовместимого модификатора медицинских имплантатов.
Использование нанотехнологий и наноматериалов бесспорно является одним из самых перспективных направлений науки и техники в XXI веке. Учитывая, что в перспективе ожидается тесный контакт человека и других биологических объектов с наноматериалами, изучение вопросов потенциальных рисков их использования представляется первостепенной задачей.
В настоящее время основными областями применения наночастиц в технике, определяемыми их уникальными свойствами, отличными от свойств веществ в обычной (макродисперсной) форме, становятся создание высокопрочных, в том числе композитных, конструкционных материалов, микроэлектроника и оптика (микросхемы, компьютеры, оптические затворы), энергетика (аккумуляторы, топливные элементы, высокотемпературная сверхпроводимость), химическая технология (катализ), охрана окружающей среды (наночипы и наносенсоры).
В пищевой промышленности наноматериалы находят применение в фильтрах для очистки воды, при получении более легких, прочных, более термически устойчивых и обладающих антимикробным действием упаковочных материалов, при обогащении пищевых продуктов микронутриентами. Использование наночипов предполагается для идентификации условий и сроков хранения пищевой продукции и обнаружения патогенных микроорганизмов. В парфюмерно-косметической промышленности наночастицы используются как составная часть солнцезащитных кремов; в сельском хозяйстве - для более эффективной доставки пестицидов и удобрений, для нанокапсули-рования вакцин; предполагается использование наночастиц для доставки ДНК в растения для целей генной инженерии.
В медицине наноматериалы находят применение для целей транспорталекарственных средств, в шовных и перевязочных материалах, для создания биосовместимых имплантантатов и др. Область медицинских применений углеродных наноматериалов расширяется с каждым днем. Например, использование углеродных нанотрубок для устранения различных дефектов костей, в том числе связанных с удалением опухолей, травмами, патологией развития. В современной медицине заменяют «утерянную» кость искусственным материалом - имплантатом, что ни в коей мере не способствует костной регенерации. Плохая адгезия костной ткани к ортопедическому имплантату - давняя проблема протезирования. Рост костной ткани на них зачастую не происходит. Этих недостатков лишен биологически инертный титан. Увеличение содержания титана в организме даже на несколько порядков не вызывает ни рака, ни аллергии, ни отравления. Неудивительно, что пористый титан нашел самое широкое применение в медицине, и когда стал вопрос о поиске носителя для имплантатов, исследователи вновь обратились к этому материалу.
Важнейшим вопросом медицинского материаловедения является разработка методов и способов модификации поверхности титана и его сплавов с целью улучшения биологических свойств. В настоящее время имеется большое количество работ, посвященных технологиям получения и исследованию физических свойств различных углеродных покрытий (нанотрубок, алмазоподобных ta-C, нанокомпозитов CNx, а-С:Н и др.). Уникальные свойства каждого типа покрытий позволяют использовать их в качестве защитных в оптической промышленности, электронике, в трибологических системах, в полупроводниковых устройствах и т.д. Помимо уникальных физических свойств, такие покрытия имеют большой потенциал их использования в медицине, о чем свидетельствуют многочисленные публикации, посвященные исследованию их биологических свойств.
Установлено, что структура покрытия, морфология его поверхности, состав, электрические свойства могут оказывать существенное влияние на адгезию клеток, их жизнеспособность, процессы размножения и т.д. Автором предложена технология получения наноуглеродного покрытия на поверхности пористого титана, включающая следующие стадии:
-подготовка поверхности биоимплантата;
-нанесение на подготовленную поверхность состава катализатора, приготовленного по специальной рецептуре для получения особо чистого углеродного наноматериала, пригодного для использования в медицинских целях;
-«выращивание» модифицирующего покрытия – слоя углеродного наноматериала «Таунит»;
-тонкая очистка образовавшегося слоя наноматериала от различных биологически – вредных примесей.Исследование структуры и морфологии покрытия проводится методами электронной микроскопии, наличие примесей в покрытиях определяется рентгеноспектральными методами. Использование любых новых материалов и соединений требует проверки на токсичность. Проблемы нанотоксикологии и биобезопасности используемых наноматериалов в последние годы выходят на одно из первых мест по важности и, соответственно, по числу работ в этой области. Нанотоксикология имеет дело с изучением взаимодействия наноструктур с биологическими системами с акцентом на объяснение связи между физическими и химическими свойствами наноматериалов (такими, как размер, форма, свойства их поверхности, состав и степень агрегации) с индукцией токсического ответа у биологических структур. Токсичность наносистем включает в себя физиологические, физико-химические и молекулярные аспекты.
Известно, что наночастицы могут проникать в организм через кожу, дыхательный тракт, желудочно-кишечный тракт. В прошлые годы большинство нанотоксикологических исследований проводилось с использованием модельных клеточных культур. Однако эти результаты требуют проверки в экспериментах на целом организме. В естественных условиях биологические системы чрезвычайно сложны и взаимодействие наноструктур с такими биологическими компонентами, как молекулы нуклеиновых кислот, белков и клетками в целом, приводят к их уникальному аспределению в тканях организма, возможному иммунному ответу и изменениям в метаболизме.

В результате мы видим, что нанотехнологии, которые так активно развиваются человеком скоро на всех уровнях проникнут в жизнь человека. Нанороботы, созданные человеком, вскоре будут воспроизводить сами себя. Имея размер клетки, они будут находится в организме человека. Следя за его состоянием.
Наноматериалы, созданные человеком, имеют сверхпрочность и лёгкость. Созданные в медицинских целях, они имеют гораздо лучшие показатели, чем обычные материалы.

1. Наноматериалы и нанотехнологии // http://www.microsystems.ru/files/publ/753.htm/ //
2. Наноматериалы и перспективы их применения. «Умные» наноматериалы // http://nano-edu.ulsu.ru/w/index.php/Глава_5._Наноматериалы_и_перспективы_их_применения._«Умные»_наноматериалы/
3. Наноматериалы в медицине // http://nano-tehnika.ru/nanomaterialy_v_medicine.html/ //
4. Наноматериалы для медицины // http://www.nanoindustry.su/issue/2009/3/10/ //
5. Нанотехнологии // http://olymp.ifmo.ru/nanotexnologii/uchebnyj-material/nanomaterialy-i-nanosistemy/ //
6. Нанокристалл // http://www.portalnano.ru/read/tezaurus/definitions/nanocrystal/ //
7. Нанотехнологии и наноматериалы // http://www.r0b.biz/?tag=nanomaterialy/ //
8. Наноматериалы и наномолекулы в биологии и медицине // http://www.slidefinder.net/н/наноматериалы_наномолекулы_биологии_медицине_покровский/9015244/ //
9. Нанотехнологии в медицине // http://www.starenie.ru/texnologii/nanotex.php/ //
10. Нанотехнологии и наноматериалы в медицине // http://thesaurus.rusnano.com/wiki/26/
11. Нанотехнологии в медицине // http://uglerod.su/tehnika/nanotehnologii_v_meditsine.html/