Что мы знаем о нанотехнологиях?
Нанотехнологии — это манипулирование невообразимо малыми объектами. Нанометр — это примерно 5 атомов углерода в ряд или расстояние, на которое за секунду отрастает ноготь. Материя на таком масштабе ведет себя принципиально иначе, открывая новые возможности для продуктов и процессов. Это обширная развивающаяся область исследований, полная возможностей.
«Одно из обещаний нанотехнологий — идея создания машин размером с молекулу для перемещения атомов. Вы могли бы "вырастить" все что угодно. Дом или стейк», — сказал профессор права Университета штата Аризона (ASU) Джоэл Гарро на научном кафе 19 марта.
Сегодня нанотехнологии дают нам самоочищающиеся окна и устойчивые к пятнам брюки. Эти продукты полезны, но не революционны. Интригует именно обещание нанотехнологий.
ASU становится лидером в исследованиях нанотехнологий, как в науке и инженерии, так и в вопросах политики. В 2009 году биофизик ASU Стюарт Линдси опубликовал первый всеобъемлющий учебник для этой области — Introduction to Nanoscience.
Пример из практики: секвенирование ДНК
Линдси использует нанотехнологии в своей лаборатории для улучшения методов секвенирования ДНК. Одна из текущих задач — превратить процесс, который стоит десятки тысяч долларов и занимает недели или месяцы, в нечто, что можно сделать на компьютерном чипе за минуты или часы за несколько долларов.
Основная цель его исследований — найти новый способ чтения белковых оснований ДНК: A, T, C и G. Его команда исследует метод туннелирования электронов, который Линдси называет «экзотическим элементом квантовой механики». Метод предполагает пропускание ДНК между двумя электродами, которые могут определить химический состав каждого отдельного основания.
Другой важный элемент технологии — нанопора, которая направляет ДНК между электродами. Нанопоры раньше создавали, собирая природные белки или просверливая крошечное отверстие в кремнии с помощью луча электронного микроскопа. Оба процесса сложны.
Команда Линдси показала, что одноуглеродная нанотрубка диаметром два нанометра и длиной в сантиметры может легко выращиваться на кремниевой пластине с использованием обычных методов. ДНК затем проскальзывает внутрь углеродной нанотрубки. Это явление было крайне неожиданным. Статья об этом была опубликована в Science в январе 2010 года.
«Мы показали осуществимость этого подхода к секвенированию ДНК. Несколько лет назад большинство сказало бы, что это научная фантастика», — говорит Линдси.
На горизонте
Часть проблемы в том, что общественность не всегда может отличить проекты «возможные, но отдаленные» от «горячего продукта следующего года». Разработка технологий и их тестирование на эффективность, безопасность и стоимость может занять много времени. Но общественность может стать осторожной в поддержке исследований, когда чрезмерно разрекламированные «прорывы» не появляются на рынке быстро.
На научном кафе Гарро говорил о сайте «Семь горизонтов: Временные рамки и дорожные карты для новых технологий на следующие двадцать лет», разработанном для оценки новых технологий. Технологии в рамках Первого Горизонта «доступны, но не вездесущи» (например, антимикробные носки с наноматериалами). Другие горизонты включают «коммерческий», «инженерный», «научный», «информированную спекуляцию», «голубую мечту» и, наконец, Седьмой Горизонт — «сомнительный», включающий науку, которая кажется невозможной даже в следующие 20 лет.
Исследование Линдси может относиться к Четвертому Горизонту, «научному», что означает наличие доказательств возможности технологии, но недостаточно исследований о том, как сделать процесс безопасным и экономичным на рынке. Технологии в этой категории, согласно сайту, «обычно находятся в 4-10 годах от выхода к публике, если все пойдет правильно».
«Нанотехнологии сегодня едва существуют, — сказал Гарро. — Почти все, что можно сказать о них сегодня, — спекуляция».
Нанотехнологии и общество
Одна из важных проблем сегодня — разработка регулирования в условиях научной неопределенности относительно технологии. Элизабет Корли, профессор Школы государственной политики ASU, изучает политические последствия нанотехнологий.
«Когда мы думаем о такой области, как нанотехнологии, наука движется так быстро, что обсуждение социальных, этических и политических последствий часто отстает», — говорит Корли, которая является со-руководителем Центра нанотехнологий в обществе при ASU (CNS-ASU).
«Недавние исследования показывают, что нанотехнологии — одна из первых новых технологий, где ученые оказались более обеспокоены, чем общественность, определенными рисками», — говорит она. Наибольшая разница в уровне озабоченности связана со здоровьем человека и окружающей средой.
Сейчас у нанотехнологий фрагментированная и почти отсутствующая политическая основа. Например, FDA регулирует некоторые нанотехнологии по модели «продукт за продуктом», а EPA — в основном через Закон о контроле за токсичными веществами (TSCA).
«Общественность часто по-разному думает о нанотехнологиях, используемых для производства спасающего жизнь медицинского устройства, и о тех, что применяются для новых методов наблюдения», — отмечает Корли.
Корли и ее команда также отслеживали знания общественности о нанотехнологиях с течением времени, сравнивая данные опросов 2004 и 2007 годов. Несмотря на многочисленные просветительские усилия, общий уровень знаний почти не изменился. Однако, изучив разные сегменты общества, они обнаружили расширяющийся разрыв в знаниях о нанотехнологиях среди людей с самым низким и самым высоким уровнем формального образования. Исследование показало, что Интернет может служить «уравнителем» этих пробелов в знаниях.
«Имеет ли значение, понимает ли общественность науку и технологии? Да! — заявил Джо Куллман, сотрудник по связям с общественностью инженерных школ ASU. — Многое происходит — или не происходит — из-за политики. Восприятие людей формирует политику. Политики прислушиваются к тому, что думают люди, независимо от того, верно это или нет. Если мы принимаем политические решения на основе дезинформированного восприятия, мы совершим большие ошибки».