Н.А.Тихомирова, д.т.н.,
Московский государственный университет прикладной биотехнологии
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И СТАНОВЛЕНИЯ НАНОТЕХНОЛОГИИ
Нанотехнология - это наука о способах и методах обработки и переработки нанообъектов. Слово «нано» в переводе с греческого языка означает «карлик», используется в качестве приставки к сложным словам, в частности для наименования единиц физических величин, например: нанометр, наночастица, нанообъект.
«Нанос» в переводе с греческого языка означает «гном» и его используют для обозначения частицы размером 1-9 м. Необычайно малая величина наночастиц предполагает их иное химическое и медико-биологическое поведение, которое может быть описано с помощью квантовой механики. Эти частицы по-другому, нежели более крупные объекты того же состава, вступают во взаимодействие с различными объектами, поэтому способны образовывать комплексы с ранее неизвестными свойствами. Наночастицы могут разрушаться под воздействием физических, химических и микробиологических факторов, однако эти процессы еще не изучены.
Существуют различные определения понятия нанотехнологии и нанообъектов.
По определению Совета по научной политике и охране окружающей среды США (декабрь 2004 г.) нанотехнологии - это «...исследования и разработки на атомном, молекулярном и макромолекулярном уровне в масштабе размеров от одного до ста нанометров; создание и использование искусственных структур, устройств и систем, которые в силу своих сверхмалых размеров обладают существенно новыми свойствами и функциями; манипулирование веществом на атомной шкале дистанций». По определению отечественных ученых, нанотехнологии - это технологии направленного получения и использования веществ и материалов в диапазоне размеров до 100 нанометров (постановление главного санитарного врача РФ от 31.10.2007).
Родоначальником понятия нанотехнологии считают греческого философа Демокрита, который в 400 г. до н.э., описывая самую малую частицу вещества, использовал термин «атом», который в переводе с греческого языка означает «нераскалываемый».
В 1661 г. ирландский химик Роберт Бойл ввел научное понятие «корпусколы», обозначив им сверхмалые детали, которые в разных сочетаниях образуют вещества и предметы. В1883 г. американский изобретатель Георг Истмэн разработал фотопленку и создал всемирно известную компанию KODAK.
В 1905 г. швейцарский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в которой установил размер молекулы сахарозы - около 1 нанометра (нм).
Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска в 1931 г. создали электронный микроскоп, с помощью которого можно исследовать нанообъекты.
Сотрудники научного центра американской компании Bell Альфред Чо и Джон Артур в 1968 г. разработали теоретические основы нанотехнологии для обработки поверхностей.
В 1974 г. японский физик Норио Танигучи ввел в научный лексикон слово «нанотехнологии», для объектов размером менее микрона (1 мкм).
1981 г. - в Германии физики Герд Биннинг и Генрих Рорер создали микроскоп, с помощью которого стали возможными исследования на атомарном уровне.
В США в 1982 г. Бенуа Мандельброт ввел в математике нанопонятие «фракталы», в1985 г. - физики Роберт Керл, Хэрольд Крото, Ричард Смэйли разработали технологию определения размеров объектов в 1 нм. В 1986 г. футуролог Эрик Дрекслер предсказал бурное развитие нанотехнологии. В 1989 г. Дональд Эйглер - сотрудник компании IBM выложил название своей фирмы атомами ксенона. 1993 г. - в честь физика Ричарда Фейнмана в США стали присуждать Фейнмановскую премию (Р. Фейнман в 1959 г. заявил, что многие научные проблемы будут решены, когда ученые научатся работать на атомарном уровне; в 1965 г. стал лауреатом Нобелевской премии за исследования в квантовой электродинамике). 1999 г. - физики Джеймс Тур и Марк Рид установили, что отдельная молекула способна вести себя так же, как и молекулярные цепочки.
1998 г. - голландский физик Сеез Деккер создал на основе нанотехнологии транзистор.
Таким образом, история возникновения нанотехнологиии как области научных знаний имеет глубокие корни и длительный этап становления и развития. На рубеже XX и XXI вв. нанотехнология получила активное развитие и распространение во всех сферах человеческой деятельности от военно-промышленного комплекса до изготовления потребительских товаров и продуктов питания. В развитых странах мира активно финансируются и проводятся исследования в области нанотехнологии. Так, в США (2000 г.) создана федеральная организация National Nanotechnology Initiative с государственным финансированием 500 млн долл. в год.
В 2004 г. банк Credit Suisse First Boston (США) опубликовал аналитический доклад о будущем нанотехнологии, в котором утверждается, что:
нанотехнология является классической «технологией общего назначения»;
нанотехнология - суть преобразования современной технологии;
нанотехнология послужит основой создания принципиально новой технологии и соответственно принципиально новых продуктов.
Нанотехнологии придут на смену существующим технологиям подобно тому, как, например, электричество заменило пар, электронная почта - телеграф.
В июне 2005 г. на первой конференции Nano Food (Wageninger, Netherlands) впервые было введено понятие «нанопища» («нанопитание»).
Нанотехнологии являются основой инноваций в пищевой технологии, а также тотального мониторинга качества и безопасности производства продуктов питания путем диагностики так называемых квантовых точек (наносенсоров), способных достоверно определять химические, биологические и другие включения.
По мнению зарубежных ученых, нанотехнологии способны произвести революцию в сельском хозяйстве. Современному человеку это кажется фантастикой, но предполагается, что в будущем молекулярные роботы смогут производить пищу, заменив сельскохозяйственные растения и животных, при этом предполагают возможность производства молока, минуя промежуточное звено - корову (цитируется по материалам INTERNET).
НАНОТЕХНОЛОГИИ СЕГОДНЯ
В настоящее время различают: нанотехнологии промышленные и эволюционные, а также радикальные технологии, а в качестве нанобъектов - различные области деятельности современного общества. Например, в качестве нанообъектов наиболее часто рассматриваются: оборонный комплекс (исследования ведутся в шести направлениях:
технологии создания и противодействия «невидимости»; энергетические ресурсы; самовосстанавливающие частицы; связь; химические и биологические вещества - оружие; аэрокосмическая техника); информационные технологии; медицина; экология; нутрициология.
В мире, особенно в США, в области нанотехнологии активно проводятся исследования.
В структуре мировых инвестиций в развитие и исследование нанотехнологий основными участниками (80 % средств) являются США, Япония, страны ЕС.
Бывшие республики СССР, Австралия, Канада, Китай, Южная Корея, Израиль, Сингапур, Бразилия, Тайвань составляют остальные 20 %.
НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ НАНОТЕХНОЛОГИИ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Развитие нанотехнологии в производстве продуктов питания должно базироваться на следующих общеизвестных положениях:
социально-экономические аспекты питания;
фундаментальные и прикладные постулаты технологии и биотехнологии пищевых производств;
нутрициологические аспекты питания.
Социально-экономические аспекты питания. По данным ФАО и ВОЗ, из каждых 100 человек, живущих в настоящее время на земном шаре, 10 не получают достаточного питания; 200 млн человек, живущих на планете, находятся на грани голодной смерти. Ретроспективная и прогнозная оценка мировой численности населения (табл. 2) подтверждает глобальность социально-экономических проблем питания. Существующая в мире проблема обеспечения населения планеты продуктами питания может быть решена за счет использования современных достижений науки и техники, в том числе нанотехнологий.
В связи с ростом населения планеты остро стоит проблема обеспечения его пищей, производство которой на протяжении предыдущих тысячелетий осуществлялось традиционным экстенсивным способом. При этом такое производство продовольствия зависит от урожаев и результатов труда, от погодных и природных условий. Традиционный ассортимент пищевых продуктов не отвечает потребностям современного человека, характеризуется снижением биологической ценности и повышением калорийности продуктов в результате переработки сельскохозяйственного сырья, ростом контаминантов пищевых продуктов, а также сезонностью производства.
Сложившаяся устойчивая тенденция старения населения - другая острая проблема в мире - ведет к возникновению болезней, связанных с питанием.
В результате нарушения пищевого статуса у человека наблюдаются:
— изменения пищеварительной системы;
— снижение работоспособности;
— иммунодефицит;
— изменения антропометрических показателей;
— снижение умственной способности;
— возникновение алиментарных заболеваний.
По предложению ВОЗ рекомендуется различать следующие четыре формы патологических состояний, связанных с неправильным питанием:
— недоедание - состояние, обусловленное недостаточным по количеству и качеству потреблением пищи в течение более или менее продолжительного времени;
— переедание - состояние, связанное с потреблением избыточного количества пищи;
— специфическая форма недостаточности - состояние, вызванное относительным или абсолютным недостатком в рационе одного или нескольких пищевых веществ;
— несбалансированность - состояние, обусловленное неправильным соотношением в рационе пищевых веществ.
В XX в. в результате широкомасштабного применения антибиотиков возникла 5-я патологическая форма - дисбактериоз, связанный с нарушением нормофлоры желудочно-кишечного тракта человека (ЖКТ).
Присущий здоровому человеку симбиоз бактерий ЖКТ формирует биоценоз и осуществляет жизненно важные функции:
— участие в пищеварении;
— подавление развития болезнетворных микробов;
— продуцирование биологически активных веществ (витаминов, ферментов, пептидов...);
— участие в поддержании водно-солевого баланса;
— снижение нагрузки на печень за счет трансформации токсинов;
— участие в рециркуляции желчных кислот и холестерина;
стимулирование иммунной системы.
Различают дисбактериозы четырех степеней.
Дисбактериоз I степени характеризуется незначительными изменениями в аэробной части микробиоценоза (увеличение или уменьшение содержания кишечной палочки). Уровни бифидофлоры и лактофлоры остаются неизменными. Кишечные дисфункции, как правило, не регистрируются.
При дисбактериозе II степени на фоне незначительного снижения количественного содержания бифидобактерий выявляются количественные и качественные изменения кишечной палочки или других условно-патогенных микроорганизмов.
При дисбактериозе III степени значительно снижен уровень бифидобактерий в сочетании со снижением лактофлоры и резким изменением уровня кишечной палочки. Вслед за снижением количества бифидобактерий нарушается соотношение в составе кишечной микрофлоры, создаются условия для проявления патогенных, условно- патогенных микроорганизмов. Как правило, возникают кишечные дисфункции.
Дисбактериоз IV степени характеризуется почти полным отсутствием бифидобактерий, значительным уменьшением лактофлоры и изменением количества кишечной палочки. Нарушаются нормальные соотношения в составе кишечного микробиоценоза, в результате чего снижается и витамино-синтезирующая функция, изменяются ферментативные процессы, возрастает количество нежелательных продуктов метаболизма условно-патогенной микрофлоры. Это приводит к дисфункциям желудочно-кишечного тракта и деструктивным изменениям кишечной стенки бактериями и сепсису, так как снижается общая и местная сопротивляемость организма.
В XX в. возник, а в XXI в. получает развитие кризис питания человечества. Одним из серьезных последствий этого является, в частности, алиментарно зависимые заболевания.
Решение продовольственной проблемы возможно с применением современных достижений науки и техники, в том числе с применением нанотехнологии, основные направления реализации которой в молочной промышленности будут рассмотрены в следующих публикациях.
Настоящим, в соответствии с Федеральным законом № 152-ФЗ «О персональных данных» от 27.07.2006 года, Вы подтверждаете свое согласие на обработку компанией ООО «Концепция связи XXI век» персональных данных: сбор, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, передачу в целях продвижения товаров, работ, услуг на рынке путем осуществления прямых контактов с помощью средств связи, продажи продуктов и услуг на Ваше имя, блокирование, обезличивание, уничтожение.
Компания ООО «Концепция связи XXI век» гарантирует конфиденциальность получаемой информации. Обработка персональных данных осуществляется в целях эффективного исполнения заказов, договоров и иных обязательств, принятых компанией в качестве обязательных к исполнению.
В случае необходимости предоставления Ваших персональных данных правообладателю, дистрибьютору или реселлеру программного обеспечения в целях регистрации программного обеспечения на Ваше имя, Вы даёте согласие на передачу своих персональных данных.
Компания ООО «Концепция связи XXI век» гарантирует, что правообладатель, дистрибьютор или реселлер программного обеспечения осуществляет защиту персональных данных на условиях, аналогичных изложенным в Политике конфиденциальности персональных данных.
Настоящее согласие распространяется на следующие персональные данные: фамилия, имя и отчество, место работы, должность, адрес электронной почты, почтовый адрес доставки заказов, контактный телефон, платёжные реквизиты.
Срок действия согласия является неограниченным. Вы можете в любой момент отозвать настоящее согласие, направив письменное уведомление на адрес: podpiska@vedomost.ru с пометкой «Отзыв согласия на обработку персональных данных».
Обращаем Ваше внимание, что отзыв согласия на обработку персональных данных влечёт за собой удаление Вашей учётной записи с соответствующего Интернет-сайта и/или уничтожение записей, содержащих Ваши персональные данные, в системах обработки персональных данных компании ООО «Концепция связи XXI век», что может сделать невозможным для Вас пользование ее интернет-сервисами.
Давая согласие на обработку персональных данных, Вы гарантируете, что представленная Вами информация является полной, точной и достоверной, а также что при представлении информации не нарушаются действующее законодательство Российской Федерации, законные права и интересы третьих лиц. Вы подтверждаете, что вся предоставленная информация заполнена Вами в отношении себя лично.
Настоящее согласие действует в течение всего периода хранения персональных данных, если иное не предусмотрено законодательством Российской Федерации.
