Світ нанотехнологій: професія майбутнього

Журнал Сучасна освіта №3-4, 2015 рік

Багато абітурієнтів вже зрозуміли, що економіка і менеджмент - далеко не найпрестижніші і вже точно не модні спеціальності. Все більше і більше починають цінуватися фахівці, що володіють знаннями в галузі високих технологій та сучасними способами комунікації. Однією з таких професій є професія нанотехнолог.

Чим займається нанотехнолог?

Займається науковими дослідженнями на атомному і молекулярному рівні, створює новий вигляд матеріалів. Бере участь у створенні устаткування для досліджень і виробів з наноматеріалів. Об'єкти, з якими працюють учені-нанотехнологи, величиною з одну мільярдну частину метра (нанометр), тому спостерігати і досліджувати їх можна лише за допомогою найпотужніших мікроскопів.
Нанотехнолог займається одним із найбільш розкручених інженерних напрямів. В нанотехнологіях є кілька напрямів: виготовлення електронних схем з активними елементами, за розмірами, ідентичними молекулам і атомам; розробка та виготовлення наномашин, тобто механізмів і роботів розміром з молекулу; безпосередня маніпуляція атомами і молекулами і компоновка з них всього, що завгодно.
Нанотехнологія - міждисциплінарна наука. Тим, хто має намір нею займатися, потрібна база з математики, фізики, відмінні знання інформатики, хімії та біології, а також знання англійської мови. Спеціальні знання залежать від конкретного напряму, яким ви маєте намір займатися.

Специфіка професії нанотехнолога

Сьогодні нанотехнологія є пріоритетною, стратегічно важливою областю для більшості розвинених країн. Наука в цій області стрімко розвивається. І молодим фахівцям дано зелене світло для всебічного розвитку і реалізації своїх амбіцій. Для того, щоб досягти успіху, доводиться працювати відразу в декількох напрямах, звикнути до ненормованого робочого дня і вірити в перемогу. Потрібно бути готовим до довгого очікування результату, до того, що деколи все треба починати спочатку.

Де працює нанотехнолог

Науково-дослідні інститути, ВНЗ, виробничі компанії, що спеціалізуються на виготовленні устаткування для нанодосліджень, проводять наноматеріали і вироби з них.
Особисті якості:
• любов до науки,
• терплячість,
• завзятість,
• внутрішня сила,
• переконаність,
• уміння добиватися результату,
• нестандартне мислення,
• вміння будувати гіпотези,
• висувати несподівані припущення.

Як стати нанотехнологом?

Необхідно отримати вищу профільну освіту в одному з національних університетів України.

Професії нанотехнологій

Світ нанотехнологій - нанокосметика, наномедицина, наноматеріали, нанопокриття, нанотехнології харчування!

Наногенетика

Спочатку генна інженерія і нанотехнологія розвивалися незалежно один від одного. Але тепер з'ясувалося, що між ними чимало спільного. Насамперед тому, що працюють вони з частинками одного розміру. До генної інженерії ставлення в суспільстві досить насторожене. Як можна міняти гени штучно?! А людство займалося цим завжди, але більш повільним способом - селекцією. У ХХ столітті її лише прискорили. Здебільшого звичні сьогодні речі були б неможливі без трансгенних бактерій, тварин і рослин.
В МЕДИЦИНІ. Кількість страждаючих діабетом зростає в світі з кожним роком. На щастя, останні десятиліття світ не відчуває дефіциту інсуліну, тому в 1978 р. отримали штам бактерій кишкової палички, здатної його виробляти. Ще один препарат - інтерферон, необхідний для зміцнення імунної системи. Традиційно його отримували з крові донорів. Сьогодні створені штами бактерій, які здатні виробляти інтерферони. 1 л такої бактеріальної суспензії замінює 25000 л донорської крові!
У ХАРЧУВАННІ. Протягом багатьох століть виробництво сиру було неможливо без химозина - заквашуючого ферменту, одержуваного з шлунку телят. Кілька років тому була отримана трансгенна вівця, яка виділяє химозин разом з молоком. Тепер сировари користуються саме таким ферментом.
Отже нанотехнології в медицині і харчовій індустрії - це найбільш просунутий вид генної інженерії.

Нанотехнології в медицині і косметології

Нанотехнології - одне з найбільш багатообіцяючих напрямів у сучасній медицині. Учені вже підійшли до кордонів, за якими ми могли б не тільки міняти матеріали і засоби, що використовуються в сьогоднішній медицині та фармакології, а й якісно покращувати саму біологію і фізіологію людини. Питання реалізованості ідей нанотехнологій в практичній медицині та фармакології вже успішно вирішується.
У фармацевтичній промисловості дуже важливі сітки з наночасток лікувальних речовин. Останні будуть боротися з хворобами, а також виявляти їх на рівні клітин (точніше, всередині клітин).
Наночастки дозволять лікарям доставляти ліки точно до місця хвороби, збільшуючи ефективність і мінімізуючи побічні ефекти. Вони також пропонують нові можливості для контрольованого виведення терапевтичних речовин. Наночастки також можуть використовуватися, щоб стимулювати вроджені механізми регенерації. Основна увага тут зосереджена на штучній активації та управлінні дорослими стовбуровими клітинами.
Ось кілька досягнень, які вже зроблені: амфіфільні білки, які підтримують ріст клітин для відновлення пошкодженого спинного мозку; покриття областей пухлини головного мозку з магнітних наночастинок і чутливих до ферментів частинок; зонди з наночасток для внутрішньоклітинної доставки препарату та експресії генів, і квантові точки, які виявляють і визначають кількість біомаркерів раку молочної залози людини.
В області створення нових косметичних засобів постійно з'являються нові способи отримання активних компонентів та їх комплексів мінімального розміру, здатних проникати в глибокі шари шкіри. Спочатку це були ліпосоми, потім наносоми, тепер це нанокомплекси.

Нанокосметика: вчора, сьогодні, завтра

ПОВЕРХНЕВА КОСМЕТИКА
Тривалий час в косметології існувала тільки так звана поверхнева косметика, активні компоненти в складі якої не проникали в глибокі шари шкіри. Для цих косметичних засобів характерно, що всі корисні речовини залишаються на поверхні шкіри, створюючи певну захисну плівку.
Безумовно, потреба в такій косметиці існує, адже вона захищає шкіру від шкідливих впливів, змушуючи внутрішні шари шкіри працювати самостійно. Отже, вирішувати серйозні проблеми шкіри, у тому числі і проблеми передчасного старіння, така косметика не може.

Ліпосоми
Для того щоб якісно поліпшити стан шкіри, прибрати глибокі зморшки, позбутися обезвоженості, повернути зрілій шкірі красу і свіжість необхідно поліпшити доставку поживних компонентів у глибокі шари шкіри.
Одним із вирішень цієї проблеми стало створення штучних контейнерів, які здатні проникнути в шкіру на більш глибокий рівень за рахунок своїх маленьких розмірів. Здійснюється це завдяки ліпосомам - транспортним молекулам, які можуть переносити лікарські речовини в більш глибокі шари шкіри. Успішна історія використання ліпосомів в косметиці почалася в 1986 році, коли на ринку з'явилися перші ліпосомальні косметичні засоби. Ліпосома - це колоїдна система, що представляє собою замкнуте сферичне утворення (везикулу), всередині якої розташоване водне ядро. Ліпосоми досі є одними з найбільш часто використовуваних і улюблених покупцями систем доставки активних компонентів.

Наносоми
У міру розвитку біотехнологій кілька десятків років тому виробники навчилися створювати ще більш дрібні транспортні частинки, що мають ще більш просту будову - наносоми. Це стало початком наносомальної косметики.
Наносоми - це мікроскопічні кулі, наповнені різними компонентами (наприклад, наносоми з вітаміном Е). Завдяки своїм розмірам наносоми здатні проникати в глибокі шари епідермісу, де їх найтонша оболонка розчиняється і шкіра отримує необхідні їй речовини «зсередини». Тому крем з наносомами, як правило, більш ефективний у порівнянні зі звичайними кремами. Проте наносоми є виключно транспортним засобом для доставки однієї єдиної біологічно активної речовини, яка часто не доходить до пункту призначення - потрібного шару шкіри.

Нанокомплекси
Зараз в косметології почалася епоха нанокомплексів. Це означає, що з'явилася можливість в лабораторних умовах створювати речовини із заздалегідь запрограмованими властивостями.
Нанокомплекси містять подрібнені до розміру нано біологічно активні речовини, кожен з яких доставляється в певній кількості в певні шари шкіри в строго певний час.

Знаючи, які поживні речовини потребує шкіра різних людей в різних станах, можна створювати нанокомплекси, що містять саме ті компоненти, яких потребує шкіра, і які відповідають за підтримання обміну речовин в клітинах шкіри на належному рівні.

Завдяки подрібненню до розміру нано активні речовини легше взаємодіють з клітинами і сприймаються ними як природні, родинні компоненти. Завдяки нанокомплексам шкіра запускає природні процеси регенерації, відновлює власну структуру і високий рівень енергії, посилює свої захисні здібності і підвищує життєздатність, як наслідок - сповільнюються процеси передчасного старіння.

Рівень нано біологічно активних компонентів дозволяє відновлювати найтонші механізми підтримки здоров'я клітини. Таким чином, за допомогою нанокомплексів є можливість створювати оптимальні, практично ідеальні умови для життєдіяльності різних клітин і структур шкіри. Косметика, яка містить нанокомплекси, отримала назву нанокосметика.

Дія нанокомплексів не обмежується зберіганням та перевезенням біологічно активних речовин. Різні нанокомплекси здійснюють різні завдання.
1. Нанокомплекси діють подібно до губки, утримуючи активні речовини і вітаміни, несуть їх точно до мети і вивільняють їх тільки там, де треба за сигналом від клітин, які відчувають потребу в цих речовинах.
2. Нанокомплекси притягують і утримують відмерлі клітини, і поверхневі забруднення, шкідливі для шкіри.
3. Нанокомплекси, маючи двомірну структуру поза шкірою, моментально, відразу після накладення косметичного засобу, проникають під шкіру і тут же перетворюються в тривимірні структури, і утворюють структуровані «грати», що призводить до розгладження зморшок, рубців, шрамів, шкірних «розтяжок» і підвищення еластичності шкіри, зв'язування вільних радикалів і захисту шкіри.
4. Нанокомплекси завдяки особливим біологічним механізмам виводять токсини з глибинних шарів шкіри.

Таким чином, досягається не тільки поверхневе, але й глибинне очищення. У сучасній нанокосметології є можливість займатися профілактикою і лікуванням передчасного старіння шкіри шляхом м'якої, адекватної корекції процесів, що відбуваються в клітинах шкіри, як на ранній стадії, так і на пізніх стадіях вікових змін.

***

Ще в 1959 році Нобелівський лауреат з фізики Річард Фейнман прочитав свою знамениту лекцію у Каліфорнійському технологічному інституті. Назва цієї лекції була «Внизу повним-повно місця». «Внизу» за термінологією Феймана означало - на рівні атомів і молекул. Він розповів про фантастичні перспективи, яких надасть людству виготовлення матеріалів і пристроїв на атомному і молекулярному рівнях.
Останні 10-15 років на стику різних наук - фізики, хімії, матеріалознавства, біології, електроніки і комп'ютерної техніки зародилися і отримали інтенсивний розвиток нанонаука і нанотехнології. Програми розвитку науки про нанорозмірні системи і технології мають більш як 60 країн світу, вони стали важливим фактором науково-технічного прогресу та інноваційної складової економіки багатьох країн.
У сфері фундаментальних наукових досліджень українські науковці займають вагомі позиції, у сфері ж практичного впровадження нанотехнологій та розвитку наноіндустріальних виробництв наша країна відстає від лідерів на десятки років.

Пріоритетні нанотехнологічні напрями

• нанотехнології для енергетики
• нанотехнології в машинобудуванні і металургії
• нанотехнології в авіації, космонавтиці і військовій техніці
• нанотехнології в комп'ютерній техніці і радіоапаратурі
• нанотехнології в легкій і текстильній промисловостях
• нанотехнології в харчовій промисловості
• нанотехнології у водоочистці
• нанотехнології в медицині.

За матеріалами електронних ЗМІ