Instant Expert: Nanotechnology

11:27 04 bulan September 2006 oleh John Pickrell
Untuk cerita serupa, kunjungi Panduan Topic Nanotechnology



Bayangkan sebuah dunia di mana mikroskopis implan medis patroli arteri kita, mendiagnosis penyakit dan memerangi penyakit; di mana pertempuran-pakaian militer menangkis ledakan; di mana chip komputer tidak lebih besar dari bintik debu dan awan di mana ruang miniatur probe mengirimkan data dari atmosfer Mars atau Titan.

Banyak klaim yang luar biasa telah dibuat tentang masa depan's nanotechnological aplikasi, tapi apa tepatnya nano berarti, dan mengapa kontroversi melanda teknologi baru ini?

Nanoteknologi adalah ilmu pengetahuan dan rekayasa pada skala atom dan molekul. Ini adalah manipulasi dan penggunaan bahan-bahan dan peralatan sangat kecil sehingga tidak dapat dibangun lebih kecil.
Seberapa kecil kecil?

Nanomaterials biasanya antara 0,1 dan 100 nanometer (nm) dalam ukuran - dengan 1 nm yang setara dengan satu miliar meter (10-9 m).

Ini adalah skala di mana fungsi dasar dunia biologis beroperasi - dan bahan ukuran ini layar yang tidak biasa sifat fisik dan kimia. Sifat sangat berbeda ini disebabkan oleh peningkatan luas permukaan dibandingkan volume sebagai partikel semakin kecil - dan juga cengkeraman aneh efek kuantum pada skala atom.

Jika 1 nanometer adalah kira-kira lebar kepala peniti, maka 1 meter pada skala ini akan meregangkan seluruh jarak dari Washington, DC ke Atlanta - sekitar 1.000 kilometer. Tetapi orang bodoh sebenarnya satu juta nanometer lebar. Kebanyakan atom 0,1-0,2 nm lebar, untaian DNA sekitar 2 nm lebar, sel-sel darah merah sekitar 7000 nm diameter, sementara rambut manusia biasanya 80.000 nm menyeberang.

Tanpa disadari, orang-orang telah membuat penggunaan beberapa properti dari bahan yang tidak biasa di nano selama berabad-abad. Partikel kecil emas misalnya, dapat ditampilkan merah atau hijau - sebuah properti yang telah digunakan untuk jendela kaca patri warna selama lebih dari 1000 tahun.

Nanoteknologi yang ditemukan di tempat lain hari ini di produk mulai dari nanometer-tebal film di "membersihkan diri" jendela untuk pigmen dalam tabir surya dan lipstick.
Nano lahir

Gagasan tentang nanoteknologi dilahirkan pada tahun 1959 ketika fisikawan Richard Feynman memberi ceramah mengeksplorasi ide membangun sesuatu pada skala atom dan molekul. Dia membayangkan seluruh Encyclopaedia Britannica ditulis di atas kepala jarum.

Namun, nanoteknologi eksperimental tidak datang ke dalam sendiri sampai 1981, ketika ilmuwan IBM di Zurich, Swiss, dibangun pertama scanning tunnelling microscope (STM). Hal ini memungkinkan kita untuk melihat atom tunggal dengan memindai probe kecil di atas permukaan sebuah kristal silikon. Pada tahun 1990, ilmuwan IBM menemukan cara untuk menggunakan STM untuk memindahkan satu atom xenon sekitar di atas permukaan nikel - dalam sebuah ikon percobaan, dengan mata diilhami untuk pemasaran, mereka pindah 35 atom untuk menjelaskan "IBM".

Teknik lebih lanjut sejak dikembangkan untuk mengambil gambar pada skala atom, ini meliputi gaya mikroskop atom (AFM), Magnetic Resonance Imaging (MRI) dan bahkan jenis mikroskop cahaya diubah.

Lain kemajuan yang signifikan dibuat pada tahun 1985, ketika kimiawan menemukan cara untuk membuat sepak bola-bola berbentuk molekul dari 60 atom karbon, yang mereka sebut buckminsterfullerene (juga dikenal sebagai C60 atau buckyballs). Dan pada tahun 1991, kecil, super-kuat atom karbon gulungan dikenal sebagai karbon nanotube diciptakan. Ini adalah enam kali lebih ringan, namun 100 kali lebih kuat dari baja.

Kedua bahan memiliki aplikasi-aplikasi penting sebagai blok bangunan berskala nano. Nanotube telah dibuat menjadi serat, benang dan kain panjang, dan digunakan untuk membuat plastik keras, chip komputer, detektor gas beracun, dan sejumlah novel lainnya bahan. Masa depan yang jauh bahkan mungkin melihat sifat-sifat unik nanotube dimanfaatkan untuk membangun sebuah ruang lift.

Baru-baru ini, ilmuwan yang bekerja pada skala nano telah membuat banyak komponen nano lain dan perangkat, termasuk:

Tiny transistor, superkonduktor titik kuantum, nanodiodes, nanosensors, molekul piston, supercapacitors, "biomolekuler" motor, motor kimia, sebuah kereta api nano, nano lift, nanowalking DNA robot, nanothermometers, nano kontainer, awal kimia mini, nano-Velcro, nanotweezers, nano timbangan, sebuah nano sempoa, sebuah nano gitar, sebuah nano pena, dan bahkan nanosized penyolder besi.
Rekayasa heran

Engineering pada skala nano prestasi tidak sederhana, dan para ilmuwan harus benar-benar muncul dengan solusi yang berbeda untuk membangun dari "bottom-up" daripada menggunakan input "top-down" teknik manufaktur.

Beberapa Nanomaterials, seperti nanowires dan perangkat sederhana lainnya telah terbukti untuk merakit sendiri diberi kondisi yang tepat, dan eksperimen lainnya pada skala yang lebih besar berjuang untuk menunjukkan prinsip-prinsip perakitan diri. Perangkat mungkin Microelectronic dibujuk untuk tumbuh dari tanah-up, agak seperti pohon.

Para peneliti juga menemukan cara untuk menempatkan protein, DNA, virus dan bakteri dan mikro-organisme lain untuk bekerja dalam membangun Nanomaterials, dan juga mengambil inspirasi lainnya dari alam.

Beberapa masalah telah muncul karena kurangnya konsistensi dalam mengukur jarak pada skala nano, tetapi kisi atom nanoruler dapat meningkatkan akurasi.
Potensi besar

Dalam jangka pendek, kemajuan terbesar melalui nanoteknologi akan datang dalam bentuk novel peralatan medis dan proses, katalis baru untuk industri dan komponen yang lebih kecil untuk komputer.

Dalam kedokteran, kita sudah melihat penelitian tentang: Cara baru untuk memberikan obat-obatan dengan lensa kontak; mengarahkan obat-obatan untuk tumor dengan kecil "bom pintar"; emas "nano-peluru" yang mencari-dan-menghancurkan tumor; kelaparan kanker dengan nanopartikel ; mendiagnosis penyakit seperti Alzheimer, pemantauan kesehatan dan melawan penyakit dengan probe kecil dan tumbuh organ-organ baru dari nol.

Dan ahli biokimia berharap untuk menyebarkan virus sebagai "nanocameras" untuk mendapatkan gambaran yang lebih jelas tentang apa yang terjadi di dalam sel.

Dalam komputasi Nanoscience dapat menyebabkan lebih kecil atau lebih kuat microchip dengan peningkatan kapasitas dan pengurangan dramatis dalam ukuran cakram keras. Beberapa eksperimen bahkan menunjukkan bahwa mungkin untuk pembuatan bagian-bagian kecil untuk komputer di dalam bakteri. Quantum komputer dan kriptografi kuantum juga bergantung pada kemajuan dalam nanoteknologi. Pada kenyataannya, chip komputer yang ada sudah diproduksi memanfaatkan teknik di nano.

Dalam ilmu lingkungan nanoteknologi adalah menyediakan cara untuk mendeteksi dan menyaring bakteri dan racun keluar dari pasokan air dan membersihkan logam berat dan polusi kimia organik.

Nanoscience sudah diuntungkan lingkungan dengan pembangunan catalytic converter - yang mendetoksifikasi mesin uap di seluruh dunia. Lebih lanjut inovasi yang mengarah ke lebih kecil, lebih efisien baterai, maju tenaga surya dan sel bahan bakar diesel dan katalitik aditif yang dapat meningkatkan efisiensi bahan bakar.

Selain itu, baru dan kuat dioda pemancar cahaya (LED) akan segera mengganti bola lampu konvensional, yang menawarkan penghematan energi yang besar. LED dibangun dengan semikonduktor, semakin dikembangkan di nano.

Dalam teknologi militer pemerintah memercik tunai pada pengembangan baru, peralatan dan senjata ringan, peluru-bukti pertempuran-setelan yang bisa morph untuk memberikan kamuflase atau bahkan menjadi kaku untuk memberikan splints untuk patah kaki, dan nanosensors yang mungkin mendeteksi bahaya kimia atau biologis.

Nanopartikel saat ini digunakan di 120 milimeter tangki putaran dan dapat segera digunakan dalam amunisi jenis lain - luas permukaan yang lebih besar volume rasio membuat mereka terutama reaktif.
Mungil perdebatan

Terlepas dari kenyataan bahwa masih relatif sedikit aplikasi komersial, nanoteknologi telah menghasilkan kritik dari kelompok-kelompok lingkungan dan orang lain - seperti di Inggris Pangeran Charles - yang takut yang belum diketahui risiko bagi kesehatan manusia dan lingkungan.

Kritikus telah menyerukan moratorium penelitian, argumentasi bahwa kita tahu sedikit tentang efek toksikologi nanopartikel, dan bahwa tidak ada peraturan untuk mengendalikan mereka - sebut saja para pendukung nanoteknologi scaremongering ini, dan gagal untuk mengerti apa semua begitu populer.

Futuris K Eric Drexler - dikreditkan dengan coining istilah nanoteknologi - bermimpi naik satu kemungkinan skenario mimpi buruk dalam buku his1986 Mesin Penciptaan. Meskipun ia sekarang dianggapnya skenario yang tidak mungkin, Drexler mengaduk rasa takut tentang nanoteknologi oleh lukisan masa depan di mana kecil, replikasi diri nanobots mengamuk, mencerna kehidupan di bumi dan mengurangi segala sesuatu ke "goo abu-abu".

Beberapa studi eksperimental-to-date ke dampak kesehatan dari nanopartikel mengungkapkan bahwa konsentrasi tinggi nanotube dapat merusak paru-paru tikus dan tikus. Salah satu studi tahun 2004 mengisyaratkan bahwa buckyballs dapat menumpuk dan menyebabkan kerusakan otak pada ikan.

Sebuah laporan, ditugaskan secara independen pada tahun 2003 oleh kelompok lingkungan hidup Greenpeace, mengakui bahwa - sementara mungkin ada risiko dari nanoteknologi - lapangan dapat menghasilkan inovasi yang signifikan untuk manfaat lingkungan. Sebuah laporan tahun 2004, yang dibuat oleh pemerintah Inggris, berpendapat bahwa kebanyakan nanoteknologi beberapa novel menyajikan resiko, tetapi disarankan penelitian lebih lanjut, bersama dengan peraturan baru untuk mengontrol teknologi.

Debat publik yang terbuka pada perkembangan dan masa depan nanoteknologi mungkin cara terbaik untuk menghentikannya menjadi terlibat dalam jenis yang sama kehebohan yang mengelilingi organisme GM.