Нанобиология в нанонауке

1 ВВЕДЕНИЕ . НАНОБИОЛОГИЯ В НАНОНАУКЕ

Почти всегда в нашем творчестве, в частности в занятии наукой, мы ограничены уже существующими рамками: рамками восприимчивых теорий, сформированных представлений. Наши знания век от века, но неизвестен принцип удивления новым: истина всегда оказывается за кадрами наших вчерашних представлений.

Сегодня у нас с вами есть замечательная возможность расширять обширные круги исследований, не с критиками наблюдаемых теорий и не с обнаружением их в эксперименте, а с удивлением перед фактами, причины которых хочется установить. В этой области у нас нет естественных физических теорий, разработанных только первыми инструментами эмпирического исследования, нет естественных математических моделей, но накоплена богатая феноменология. Речь идет об исследованиях живого вещества в масштабе 10 -9 м или в наномасштабе. Именно в этом масштабе природа «программирует» основные характеристики полезных свойств и процессов [1].

Если вещество образовано в наномасштабе, то можно говорить о его особом фазовом состоянии. В этом масштабе небольшие размеры структурных элементов играют роль и квантово-механические эффекты.

История нанонауки начинается с лекции Р. Фейнмана, прочитанной в канун1960 г. на обеде Американского физического общества [2]. Прежде всего, Фейнман обратил внимание на чудеса биологических систем (он имеет в виду клетки), говоря о высокой частоте регистрации информации в системах и о сложных процессах обработки информации. Фейнман говорит о миниатюризации компьютеров, возможности наноструктуры постепенного соединения, возможности манипулирования отдельными атомами, перспективах работы с созданием квантовых уровней энергии. Миниатюризация компьютеров произошла, мы уже учимся манипулировать отдельными атомами. Пришел чередование квантовых уровней энергии?

Одним из идеологов нанотехнологии стал К.Э. Дрекслер [3]. Его книга, выпущенная в1986 г., содержит идеи вычислений молекулярных решений, идеи самосборки наноконструкций, нанокомпьютеров, а также большое количество идей нанотехнологий в науке о материалах, космосе, медицине, экологии. Кроме того, в книге содержится и анализ возможных рисков, предусмотренных применением нанотехнологий.

В настоящее время большая часть сверхминиатюрных устройств применяется при помощи технических, а не биологических исследований. При возрастании систем, увеличение их функциональности будет затруднено, в то время как в биологических факторах многие технические задачи успешно решаются при помощи молекулярных двигателей и других внутриклеточных функциональных систем [1, с.160]. Специалисты прогнозируют создание гибридных наномеханических объектов на основе биологических систем и неорганических устройств.

В настоящее время решается проблема переноса генной информации о клетках. Идеальным исходом данной проблемы было бы использование наночастиц ДНК с заданным набором параметров. Это позволит создать новые методики направления генов in vivo , т.е. в живом объекте (в отличие от in vitro – вне живого оргнизма, в пробирке).

Нанобиология уже сейчас свободно используется для скрининга новых лекарственных соединений. Разработка лекарства нового поколения требует развития технологий направленной доставки лекарств.

Многие из специалистов по нанотехнологиям, принимавших участие в выпуске сборника [1], делают акцент на том, что одна из основных проблем сегодняшней нанонауки – это разработка методов самосборки наноконструкций. начиная с наноуровня и переходя к выборочному анализу молекул и атомов, мы не можем себе позволить сборку по методу «сверху вниз», необходимо поневоле принимать во внимание тот факт, что вещество состоит из атомов.

Совершенно