Единое решение насущных задач

Бесперебойное энергоснабжение. Одна из таких задач заключается, ввиду убывающих запасов газа и нефти, в снабжении населения планеты энергией – и по возможности без риска для экологии. В конечном счёте, достичь этого можно, только усиленно используя возобновляемые источники энергии типа солнца или ветра. Нанотехнология, к примеру, считается необходимой составляющей для того, чтобы помочь фотогальванике осуществить широкий экономический прорыв. С её помощью можно так улучшить материал и конструкцию солнечных элементов, что последние станут дешевле в изготовлении и смогут использовать больше солнечного света для выработки электроэнергии. Кроме того, нанотехнология способна значительно повысить ёмкость накопителей энергии – например, литий-ионных аккумуляторов для гибридных и электромобилей или водородных аккумуляторов. И, наконец, она в состоянии помочь нам снизить энергопотребление – например, с помощью оптимизированных изолирующих материалов. «Нанотехнологии в качестве ключевых и «сквозных» технологий имеют потенциал обеспечить решающий технологический прорыв в энергетическом секторе», таков итог отчёта nano.DE 2009 Федерального министерства образования и исследований.

Чистая вода и чистая природа. Наряду с бесперебойным энергоснабжением существует вторая глобальная проблема, которая всё чаще попадает в заголовки в прессе: чистая вода. По оценкам ООН, в настоящее время более миллиарда человек в развивающихся странах и странах с переходной экономикой не имеют полноценного доступа к чистой воде. В промышленных странах качеству питьевой воды угрожают преимущественно остатки лекарственных средств и пестициды. Выходом из этого положения обещают стать нанотехнологически оптимизированные фильтры, сфокусированно освобождающие воду от химикатов или возбудителей болезней. При этом такие фильтры должны служить особенно долго и обеспечивать очистку больших объёмов воды в короткие сроки. «Нанотехнология даёт широкие инновационные технологические возможности для оптимизации водоснабжения за счёт подготовки и фильтрации, предотвращения загрязнения и замещения процессов, а также в области измерительной и регулировочной техники», гласит отчёт nano.DE. Но нанотехнология также открывает новые перспективы в плане экономичного поддержания чистоты воздуха и почвы: соответствующим образом оптимизированные катализаторы позволяют уменьшить количество отходов в химической промышленности, а мембраны с наноструктурой – более эффективно отделять загрязняющие воздух вещества.

Действенная и экономичная медицина. Рост населения в странах с переходной экономикой, а также изменение возрастного состава и последствия этого для системы здравоохранения в промышленно развитых странах ставят перед медициной серьёзные задачи. В их решении нанотехнология будет играть всё более важную роль. По всему миру исследователи работают над созданием наночастиц, транспортирующих медикаменты по телу и целенаправленно прикрепляющихся к бактериям или раковым клеткам. Таким образом можно переправить активные вещества в очаг заболевания без чрезмерной нагрузки на организм. Новые пути в противораковой терапии открывают также магнитные наночастицы: после внедрения в опухоль они нагреваются посредством переменного электромагнитного поля и могут разрушать раковые клетки. Применение нанотехнологии в медицине окупится и в буквальном смысле: она позволяет уменьшить громоздкую и дорогостоящую аналитическую и диагностическую технику до размеров чипа и воплотить в реальность мечты об универсальной карманной лаборатории. Биочипы будут полностью автоматически, быстро и незатратно обнаруживать возбудителей болезней или биомолекулы, выброс которых характерен, например, для сердечно-сосудистых заболеваний и других социальных недугов. От появления таких нанобиотехнологических систем выиграют и те, кто занимается поиском новых лекарственных веществ.

Больше рекордов, больше удовольствия: нанотехнологии в спорте и отдыхе.
Являясь настоящей сквозной технологией, нанотехнология может помочь не только в решении важных задач в области энергетики, экологии и медицины. Так наноматериалы в состоянии обеспечить решающее преимущество в спортивной борьбе, снизить нагрузки на тело, и дать спортсмену больший комфорт и в конечном итоге больше удовольствия. Например, в велоспорте каждый грамм веса велосипеда имеет решающее значение в борьбе за победу, поэтому профессионалы и постоянно растущее число амбициозных любителей выбирают так называемые карбоновые рамы вместо алюминиевых. Для того, чтобы сделать эти рамы из композитного материала на базе пластмассы и углеродного волокна еще более ударопрочными и долговечными, многие производители велосипедов стали использовать помимо обычных карбоновых волокон углеродные нанотрубки. Такие же нанотрубки применяются и в теннисных ракетках, которые существуют на рынке уже несколько лет. Они особенно эффективно гасят силы, возникающие при ударе по мячу и, таким образом, защищают суставы спортсменов.

Лыжники, представители водных видов спорта и гольфисты – вот те, кто может выиграть за счёт нанооптимизированных покрытий. Так нанотехнологически модифицированные лыжные мази более устойчивы к износу и долговечнее стандартных составов, лучше отталкивают воду и позволяют лыжнику скользить быстрее. Абсолютно так же нанотехнологические средства облегчают скольжение лодки по воде; иногда наружная обшивка каяков и лодок других типов уже изначально имеет нанопокрытие. В некоторых мячах для гольфа долговечное водоотталкивающее нанопокрытие позволяет точно загнать мяч в лунку даже на мокрой траве. Кроме того, оно стабилизирует траекторию при ударах на длинное расстояние.

Благодаря нанотехнологии также и спортивная одежда и прочий текстиль приобретает грязеотталкивающие, самоочищающие или антибактериальные свойства. Некоторые, достаточно редкие продукты даже защищают от УФ-излучения или наносят на кожу составы для ухода за ней. «Функционально оптимизированные и многофункциональные текстильные материалы представляют собой важную сферу применения нанотехнологии в области потребительских товаров», подтверждается в отчёте nano.DE 2009 Федерального министерства образования и исследований.

Больше безопасности: нанотехнология против криминала.
По оценкам экспертов, десять процентов всех товаров в мировой торговле составляют подделки. Они представляют опасность для потребителей и приносят предприятиям убытки в размере более 200 миллиардов Евро ежегодно. В борьбе против пиратов-поддельщиков могут помочь, например, флуоресцентные наночастицы, которые видны только в УФ-лучах или в свете инфракрасной лампы. С их помощью можно эффективно маркировать и идентифицировать продукцию. Ту же функцию выполняют и «водяные нано-знаки» и прочие нанооптические защитные метки.

Еще одна сфера применения нанотехнологии лежит в области сенсоров, которые в роли металлодетекторов и обнаружителей взрывчатых веществ автоматически проверяют багаж в аэропорту или непрерывно контролируют воздух в общественных зданиях. «В конечном итоге, нанотехнологические исследования во всех их разнообразных проявлениях, создают крайне благоприятные условия для того, чтобы сделать существующие сенсоры чувствительнее, компактнее, дешевле и точнее», говорится в отчёте nano.DE. То же действительно в отношении оптических сенсоров, например, в камерах, применяющихся для наблюдения в портах и аэропортах, промышленных сооружениях или общественных местах – в том числе и в условиях ограниченной видимости. И наконец, нанотехнология в состоянии помочь, пусть и в будущем, в разработке, к примеру, неуязвимого для пуль и холодного оружия текстиля или взрывоустойчивых материалов и таким образом улучшить защиту полиции и спасателей.