Paieška Nykštukas, kuris apvers pasaulį

Nykštukas, kuris apvers pasaulį

Zenonas BUTKEVIČIUS

 

Graikų kalba „nannos“ reiškia „nykštukas“.

Tai pirmoji sudurtinių žodžių dalis, rodanti jų sąsają su labai mažais matmenimis. Yra toks ilgio vienetas - nanometras (nm). Kad būtų akivaizdžiau, paimkite liniuotę, įsižiūrėkite į milimetro padalą ir mintyse ją suskirstykite į milijoną atkarpėlių. Štai viena iš tų atkarpėlių ir bus nanometras. Čia pasakiau „mintyse,“ nes kitaip tą milimetrą „sukarpyti“ mums įprastomis priemonėmis nė neįmanoma.

O dabar - arčiau prie reikalo. Nanotechnologijos - tai žodis, kurį šiandien dažnai girdime. Tačiau kas už jo slypi – menkai teišmanome. Šito gėdytis nederėtų: galimybių labirintuose pasiklysta net didžiausi specialistai. Tačiau visi vieningai sutinka – tas nykštukas apvers pasaulį.

Mūsų istorijoje, pasakose nemaža pavyzdžių, kai būdavo svajojama apie nykštukų galimybes. Ne tik fizines, bet ir paslaptingas, jau iš burtų pasaulio. Tačiau bene labiausiai vaizduotes audrino ne Snieguolė su savo nykštukais, o dar 1966 metais į ekranus išėjęs Holyvudo filmas „Fantastiška kelionė“. Šiais laikais jo siužetas atrodo paprastutis ir net naivokas: mokslininkai, darydami eksperimentą, staiga sumažėja iki miniatiūrinio dydžio, pasistato tokį pat povandeninį laivą, per žmogaus kraujo apytakos sistemą gyslomis nuplaukia į galvos smegenis, sunaikina ten susidariusį krešulį ir per ašarą išplaukia atgal į normalų pasaulį. Filmas, teisybę pasakius, buvo lyg ir mokomasis – parodyti, kaip veikia žmogaus organizmas. Bet mokslui toji miniatiūrizavimo idėja buvo labai viliojanti. Ir ne nauja. Beje, daug kas spėta padaryti.

Štai pavyzdys. Pasižiūrėkite į savo mobilųjį telefoną ir pagalvokite, ką jis gali. Juk tame mažytėlaičiame aparatuke telpa senasis sunkiasvoris telefono aparatas, senasis plačiapetis fotoaparatas ir net fotolaboratorija, nes nuotrauką galite pamatyti čia pat, ekranėlyje. O kiek dar papildomų galimybių?

Tas mūsų mobilusis aparatas, žiūrint naujausių nanotechnologijų akimis, - kaip blusai dramblys. Jei lyginsime pagal dydį, blusa gali iššokti tūkstantį kartų aukščiau nei dramblys.

2005 metų pabaigoje Rice University chemikams pavyko sukonstruoti miniatiūrinį „automobiliuką“, tiksliau sakant, milijardus tokių automobiliukų-molekulių, judančių ant keturių ratukų, padarytų iš kamuoliuko formos fulerenų. Pritaisė net varikliukus, kuriems energiją duoda šviesa. Deja, sumanaus vairuotojo kol kas nesugalvota, todėl ir žengiame dar tik pirmuosius žingsnius.

Nanotechnologijų ateitį dar 1959 metais išpranašavo Nobelio premijos laureatas, genialus fizikas R. Feinmanas savo pranešime, skaitytame mokslo konferencijoje. Tas pranešimas vadinosi: „Apačioje yra daug vietos“. Vietos iš tikrųjų daug – plauko skersmens ploto stovėjimo aikštelėje galėtų tilpti net 25 tūkstančiai molekulinių automobiliukų.

Miniatiūrizavimas, deja, turi ribas, kurias apibrėžė gamtos dėsniai, o mums paaiškina kvantinė mechanika. Mažindami namą, negalime iki begalybės mažinti plytų. Jei jos pasidaro mažesnės už atomą, jau prasideda chemija ir baigiasi nanotechnologija. Bet būtent čia specialistams dar kartą atsivėrė akys – nanotechnologija nesibaigia. Tinkamai panaudojus tuos apribojimus, atsiranda naujų galimybių. Jei įprastas medžiagas skaidysime į nanogabaliukus ir nanolazdeles, tos įprastos medžiagos kartais gauna ypatingų, netikėtų savybių, kurios gali labai praversti.

Pavarčius specialią literatūrą, pavyzdžių galima rasti įvairiausių, dažniausiai techninių. Bet mums, paprastiems mirtingiesiems, įdomesni ir geriau suprantami tie dalykai, kurie arčiau buities, ypač sveikatos. Taigi apie sveikatą ir pakalbėkime.

Nanotechnologai labai vertina auksą. Žinoma, tai puikus metalas – nerūdyja, lengva apdoroti, gražiai blizga. Tačiau atskiri aukso atomai neblizga – taip atsitinka tik tada, kai jie susirenka į krūveles, į atitinkamo dydžio kristalėlius. Kai aukso atomų krūvelės sumažėja iki 60 nanometrų, jų vandens suspensija nusidažo mėlynai, o sumažinus iki 30 nanometrų – raudonai. Tą fenomeną irgi gali paaiškinti kvantinė mechanika, bet mums įdomesnės praktinės pasekmės.

Įsivaizduokime sau žiupsnelį 30 nanometrų dydžio grupelių, prie kurių paviršiaus priklijuojamos baltymų dalelytės. Ta dalelytė, tarkim, sugeba atpažinti tam tikrą hormoną ir linkusi susijungti su juo. Kai tą lašelį aukso suspensijos sumaišysime su kokiu nors skysčiu, tarkim, šlapimu, kuris gali turėti minėtų hormonų, atsiranda dvi galimybės: jei hormonų nėra, aukso dalelytės savaime susispiečia į didesnius būrelius ir keičia spalvą iš raudonos į mėlyną. Jei hormonų yra, dalelytės nesijungia ir išsaugo raudoną spalvą. Būtent pagal tą principą veikia paprasčiausias buitinis nėštumo testas, kurį 1985 metais į farmacijos rinką masiškai išmetė firma „Trambrands“.

Visa tai, kas prieš 20 metų buvo daroma nanomedicinoje, dabar – senienų seniena. Šiuo metu diagnostikos srityje labai daug dirbama, kad pasisektų „įkinkyti“ vadinamuosius kvantinius taškelius. Toks taškelis, skirtingai nuo aukso grupių, gaminamas iš puslaidininkų medžiagų ir sužadintas ima skleisti labai tiksliai nustatytų bangų šviesą. Panašiai kaip ir nėštumo teste, tokių taškelių suspensija su prilipdytais „adresais“ (dalelytėmis, atpažįstančiomis vėžio ląsteles), įvedama į kraujotakos sistemą. Viso to darbo uždavinys – aptikti onkologinius pakitimus pačioje anksčiausioje stadijoje. Eksperimentai su pelėmis parodė, kad tokie kvantiniai taškeliai susirenka į organizmo dalelę, kurioje jau įsikūrė ar mėgina įsikurti vėžys. Atitinkamai sužadinti tie kvantiniai taškeliai ima skleisti šviesą, pranešančią apie kilusį ar kylantį pavojų.

O čia atsiranda naujas klausimas – jei galima aptikti pirmąsias vėžio ląsteles, tai gal įmanoma išsyk jas ir sunaikinti? Iš tikrųjų, tą galima padaryti bent keliais būdais, pritaikius nanomedicinos techniką. Paprasčiausias būdas toks: susirinkusios ant vėžio apimtos ląstelės aukso nanolazdelės tam tikru momentu įkaitinamos lazeriu ir pradegina skylutes vėžio ląstelės apvalkale. Taip pat prie nanodalelyčių galima pritvirtinti nanoplastiko burbuliukus, kuriuose slypi mirtini vėžio ląstelei nuodai. Auglio užpultoje organizmo dalyje kraujo apytakos sienelės labiau akytos, todėl nanodalelės su nuodais lengvai patenka prie taikinio.

Fantastika? Neseniai ir internetas buvo mums sunkiai suvokiamas: kažkoks daiktas iš pasakų karalystės. Ir buvo juokiamasi iš žmonių, kurie savo santaupas skyrė besikuriančioms elektroninio ryšio firmoms, pirko jų akcijas. Šiandien jie - milijonieriai, o tie, kurie juokėsi, graužia nagus.

Lygiai taip pat netrūksta investicijų ir į nanotechnologijų mokslą bei verslą. Šiuo metu toje srityje pasaulyje dirba daugiau kaip 200 firmų, kurios specializuojasi vien nanobiologijoje ir nanomedicinoje. Kai kurie analitikai teigia, jog po aštuonerių metų tos mokslo ir verslo srities apyvarta padidės iki 100 milijardų dolerių. Tačiau tai bus tik maža dalelytė visos nanotechnologijų pramonės, kurios sukurti produktai jau po kelerių metų viršys trilijoną dolerių.

Iš tikrųjų, paskaičiuokime, kiek kainuotų pakeisti visus langus? Jau sukurti nanotechnologiniai stiklai, kurie visiškai sulaiko ultravioletinius spindulius ir... patys nusiplauna. Jų paviršių dengia cheminės substancijos sluoksnelis, kuris, veikiamas šviesos, nešvarumus suskaido į atskiras, vandenyje tirpstančias ar atsiskiriančias daleles. Kai lyja, nešvarumai nuplaunami ir nelieka tų nelemtų „snarglių“, kurie šiaip susidaro, nutekėjus ir išdžiūvus lašams. Mat kitas sluoksnelis labai sumažina vandens paviršiaus įtampą, langais tekantis vanduo nesusirenka į lašelius. Kas nenorės atsikratyti to nuobodaus darbo?

Kas bus, tarkim, po dešimties metų – nedrįsta tvirtai pasakyti net išmintingiausi specialistai. Mat kartais daug ką lems nykštukų pasaulyje įmanomi įvairiausi atsitiktinumai, apie kuriuos iš anksto niekas nė nepagalvoja. Ir kaip čia neprisiminsi labai paprasto dalyko. Chemijos laboratorijoje atsitiktinai buvo sukurti ilgai nedžiūstantys klijai. Silpni, ilgai nedžiūsta – kam jie reikalingi? Ir štai vienas iš chemikų sykį pamatė, kaip jo draugas, giedantis bažnyčios chore, vargsta su popieriaus juostelėmis – žymekliais, kad greičiau surastų tinkamą giesmyno puslapį. Ir toptelėjo mintis – o jeigu tas juosteles priklijuotume prie reikalingo puslapio? Neiškritinėtų iš knygos, būtų lengva pakeisti. Štai taip atsirado popieriaus lapeliai su lipniu pakraščiuku, be kurių mums šiandien būtų sunku apsieiti.

Atradimai atradimais, bet nanotechnologijos turi ir fundamentaliąją mokslinę vertę. Dar neseniai mokslas buvo labai specializuotas. Na, tarkim, mums artimesnė biologija. Buvo laikai, kai zoologas turėjo išmanyti apie viską – nuo žiogo iki dramblio. Bet gyvasis pasaulis pasirodė sudėtingesnis nei manyta. Tada ir prasidėjo minėtoji specializacija. Šiandien rastume ne vieną zoologą, kuris viską išmano apie žiogą ir beveik nieko neišmano apie dramblį.

Nanotechnologijos vėl viską keičia, tarytum ištrina ribas tarp atskirų pažinimo pasaulių ir jų dalių. Nanotechnologijos ima jungti, atrodytų, visiškai skirtingas mokslo sritis – chemiją, fiziką, biologiją, mediciną, elektroninę neurologiją, kvantinę mediciną ar puslaidininkių genetinę inžineriją. Nyksta tradicinė riba tarp mokslo ir technologijų.

Nežinau, kas bus po dešimties-dvidešimties metų. Bet esu tikras – tų laikų žmonės stebėsis, kaip mes galėjome gyventi be vienokių ar kitokių paprasčiausių (ateities) dalykų?

Lygiai taip, kaip šiandien dažnas jaunas žmogus įsitikinęs, jog internetas ar mobilusis telefonas – senų senovės dalykai. Juk be jų gyventi neįmanoma...

Kopijuoti draudžiama © 2012 VšĮ "Ekologinio švietimo centras"