Нанотехнологии — перспектива и для сельского хозяйства

На одном из первых заседаний Правительства РФ в текущем году были рассмотрены практические перспективы освоения нанотехнологий в России. Откровенно признав наше отставание в этом направлении, кабинет министров утвердил Программу работ, рассчитанную на длительный период.

А насколько актуальна проблема нанотехнологий в агропромышленном комплексе? На этот вопрос «Крестьянских новостей» отвечает известный ученый и популяризатор научных достижений Валерий Иванович Глазко.

«Напомню, прежде всего, что первая научно-техническая революция (НТР-1) — индустриальная или по-другому энергетическая — началась с появления паровой машины Джеймса Уатта, запатентованной им в 1769 году. НТР-1 радикально меняла облик мира в период с конца XIX века по первую половину XX. Безудержное использование природных ресурсов Земли, «информационный взрыв», появление транзисторов, интегральных схем и компьютеров — эти и подобные им факторы предвосхитили вторую, «информационную» НТР.

Открывшая постиндустриальный этап развития цивилизации НТР-2 началась, к сожалению, без нас. Ее появление фактически предсказал в 1947—1948 гг. Норберт Винер в публичных выступлениях и в книге «Кибернетика и общество». Тогдашнее руководство СССР сразу отреагировало на выступления и книгу Винера, объявив кибернетику, генетику и многие другие перспективные направления — «лженаукой».

Инерция действовала долго. У всех перед глазами стремительный взлет государств, в том числе не имеющих сырьевых ресурсов, хотя бы в малой степени напоминающих наши. Эти страны НТР-2 «не проспали» и за последние десятилетия построили предсказанные Винером постиндустриальные социумы, экономика которых «прирастает» производством, приобретением и использованием знаний, благодаря чему и человек живет на качественно новом уровне.

В последние годы «не проспавшие» НТР-2 постиндустр­иальные страны базируют свои инновации на нанотехнологии — системообразующей основе новой НТР-3. С помощью этих технологий сейчас создаются особо прочные и особо тонкие материалы, которые трудно или невозможно создать в обычных условиях.

Мир наноструктур (наномир) подразумевает мир объектов или связанных структур, имеющих характерные размеры от долей нанометpa до сотен нанометров. «Нано» происходит от греческого nános — карлик и означает одну миллиардную долю какой-либо единицы. Миллиардные доли метра — размеры нанообъектов. Нижняя граница определяется классическим радиусом атома порядка 0,1 нанометра (0,1 нм = 1Å, т.е. одного Ангстрема, — единицы длины порядка размера одного атома). Верхняя — размерами до 0,1 микрометра(100 нм; 0,1 мкм = 10—7 м), т.е. размеров биомолекул, при которых утрачивается специфика поведения и свойств наночастиц.

Нанотехнологии — методы управления наночастицами, в результате которых разрабатываются новые методы обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката. До введения понятия нанотехнологий в России использовался термин молекулярной архитектуры («supramolecular architecture»), а 20—30 лет назад — ультрадисперсионные частицы или, как это принято в мире, «nanoparticles». В биотехнологии ряд манипуляций с различными молекулами, в частности, ДНК, в связи с их размерами, тоже соответствует термину «нанотехнологии».

По прогнозу Национального фонда науки США к 2015 г. годовой оборот рынка наноиндустрии достигнет $1 трлн.

Нанотехнологии обещают технологические прорывы во многих сферах жизни и деятельности человека. Остановимся на том, что может делать и уже во многом делает этот вид инноваций в области близкой каждому — медицине.

Вот лишь некоторые основные приоритеты развития нанобиотехники и наномедицины, называемые учеными, которые работают в этой области. Биологические наночипы помогут проводить диагностику соматических и инфекционных заболеваний, в том числе видовую идентификацию возбудителей особо опасных инфекций и токсинов.

Наночастицы будут использоваться как лекарственные препараты нового поколения, а также как контейнеры для адресной доставки лекарств в клетки-мишени.

Медицинские нанороботы смогут устранять дефекты в организме больного человека путем управляемых нанохирургических вмешательств. Говорят также о возможности создания искусственных органов, принципиально новых типов перевязочных материалов с антимикробной, противовирусной и противовоспал­ительной активностью.

Уже достигнуты определенные результаты в этом направлении. Например, получены материалы с наночастицами серебра, обладающие антибактериальными свойствами. Они применимы в медицине для борьбы со стафилококками и другими бактериями в виде красок, бесхлорных средств дезинфекции, перевязочных материалов, лака для покрытия катетеров и т.д. Такие материалы используют в сельском хозяйстве, например в доильных аппаратах, решают проблему загрязнения фильтров любых кондиционеров.

Направления использования нанотехнологий в сельском хозяйстве связаны с воспроизводством сельскохозяйс­твенных видов, переработкой конечной продукции и улучшением ее качества. Нанотехнологии уже используют для обеззараживания воздуха и различных материалов, в том числе кормов и конечной продукции животноводства; обработки семян и урожая в целях его сохранения.

Их применяют при стимуляции роста растений; лечении животных; улучшении качества кормов. Есть опыт внедрения этих технологий для уменьшения энергоемкости производства, оптимизации методов обработки сырья и увеличения выхода конечной продукции; разработки новых упаковочных материалов, позволяющих долго сохранять конечную продукцию.

Под эгидой ФАО создана база данных о 160 проектах использования нанотехнологий в сельском хозяйстве, которые финансировались и разрабатывались на 2006 г. Большинство из них связано с пищевой промышленностью, с использованием наноматериалов для упаковки пищи или определения и, в отдельных случаях, нейтрализации опасных токсинов, аллергенов или патогенов. Развиваются проекты по созданию и улучшению пищевых добавок, получению растительного масла с нанодобавками, которые препятствуют поступлению холестерина в кровь млекопитающих.

Другая группа проектов направлена на развитие более эффективных и средосберегающих агротехнологий. Например, использование наноматериалов для очистки вод в агроэкосистемах. Или их применение для переработки отходов растениеводства в этанол. В животноводстве разрабатывают методы использования нанодобавок в целях уменьшения доз ростовых факторов и гормонов, нейтрализации патогенов на ранних стадиях их контакта с животными.

Особое место в нанотехнологиях занимает область нанобиотехнологий. Речь идет о создании устройств с использованием биологических макромолекул в целях изучения или управления биологическими системами.

Нанобиотехнология объединяет достижения нанотехнологии и молекулярной биологии. В ней широко используется способность биомолекул к самосборке в наноструктуры. Так, например, липиды способны спонтанно объединяться и формировать жидкие кристаллы. ДНК используется не только для создания наноструктур, но и в качестве важного компонента наномеханизмов. Предполагается, например, что вместо того, чтобы создавать кремниевую основу микросхем, нанотехнологи смогут использовать двухцепочечную молекулу ДНК, особенности которой позволяют объединять атомы в предсказуемой последовательности.

По мнению ряда ученых, нанобиотехнологии существенно упрощают и ускоряют решение традиционных проблем генетики сельскохозяйс­твенных видов. Таких, к примеру, как контроль происхождения, выявление носителей неблагоприятных мутаций или инфекций, а также генов, связанных с желательными хозяйственно ценными признаками, включая устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды.

Ученые говорят не только о возможных выгодах в применении нанотехнологий, но и возможных рисках. Ведь наночастицы легко проникают через кожу, дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт, взаимодействуют друг с другом, приобретая, таким образом, неизвестные свойства. Поэтому переход от микротехнологий к нанотехнологиям требует специальных фундаментальных исследований».