1
Министерство образования и науки РФ
Муниципальное общеобразовательное учреждение
Средняя общеобразовательная школа №- 44
634021,г. Томск, ул. Алтайская, 120\1, тел 45-06-81
РЕФЕРАТ
по теме: Нанотехнология и живой организм.
выполнил:
ученик 10-б класса
Гольштейн Артем
руководитель:
Хоменко Т.Я.
учитель биологии
2009г.
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение………………………………………………………………………….3
1. Из истории возникновения нанотехнологии………………………………..4
2. Нанотехнологии в биологии и медицине………………………………….5-7
3. Достижения нанотехнологии………………………………………………8-9
4. Перспективы использования нанотехнологии………………………….10-11
5. Но не все так хорошо………………………………………………………...12
Заключение………………………………………………………………….13-14
Список литературы…………………………………………………………….15
Приложение 1. Схема сканирующего атомного силового микроскопа……16
Приложение 2. Фуллерены……………………………………………………17
Приложение 3. Нанотрубки…………………………………………………...18
Приложение 4. Диод на основе нанотрубки…………………………………19
3
Введение
Тема моего реферата была выбрана еще в прошлом году. Именно тогда мне в руки попал журнал Экологический Вестник России. Просматривая журнал я обратил внимание на выделенную тему номера \1.08\ «Будьте осторожны, следующая остановка – «НАНОЭРА»! В данном журнале меня привлекла статья- Наночастицы убивают блох и повреждают мозги окуней.
Я решил углубиться в данную тему. Учитель биологии Хоменко Т.Я. принесла мне ряд номеров журнала Экологический Вестник России за 2007 и 2008 годы.
Перед собой поставил цель понять, что же лежит в основе понятия- нанотехнология, в чем суть нанотехнологий и где они находят применение. Главная моя цель была понять, как же нанотехнология связана с живым организмом, влияют ли наноматериалы за состояние здоровья живых существ.
Задачи, которые я перед собой поставил:
1- Сбор материала по теме реферата и его дальнейшая обработка.
2- Обобщение обработанного материала.
3- Выводы по проделанной работе.
4- Оформление обобщенного материала.
5- Подготовка презентации.
6- Презентация реферата.
Моя работа состоит из пяти глав. Я изучил и обработал материалы 8 литературных источников, среди которых научная литература, справочный материал, периодические издания и Интернет- сайты. Оформлено приложение, в котором содержится иллюстрации по данной теме, а также подготовлена презентация, сделанная в редакторе Power Point.
4
1. Из истории возникновения нанотехнологии.
Первое упоминание нанотехнологии было сделано в 1959 г. в Калифорнийском технологическом институте Ричардом Фейнманом. Он предложил механически перемещать одиночные атомы при помощи манипулятора. Подобная идея совпадает с фантастическим рассказом известного писателя Бориса Житкова «Микроруки», опубликованного в 1931г. А в рассказе Н.Лескова «Левша» есть любопытный фрагмент:»Если бы, - говорит, - был лучше мелкоскоп, который в пять миллионов увеличивает, так вы изволили бы, - говорить, - увидать, что на каждой подковинке мастерово имя выставлено: какой русский мастер ту подковку делал». Современные микроскопы обеспечивают увеличение в 5 миллионов раз. Таким образом, литературного героя Левшу можно считать первым в истории нанотехнологом. Термин «нанотехнология» впервые употребил в 1974 г. Норио Танигути. Он назвал этим термином производство изделий размером в несколько нанометров.
Нанотехнология- без сомнения самое передовое и многообещающее направление развития науки и техники на сегодняшний день. Для понятия нанотехнология, пожалуй, не существует исчерпывающего определения, но по аналогии с существующими ныне микротехнологиями следует, что нанотехнологии – это технологии, оперирующие величинами порядка наномерта. Поэтому переход от «Микро» к «Нано»- это качественный переход от манипуляции веществом к манипуляции отдельными атомами. Когда речь идет о развитии нанотехнологий, имеются в виду три направления:
- изготовление электронных схем с активными элементами, размерами сравнимыми с размерами молекул и атомов;
- разработка и изготовление наномашин;
- манипуляция отдельными атомами и молекулами и сборка из них макрообъектов.
5
2. Нанотехнологии в биологии и медицине.
Нанотехнология широкое применение в последнее время находит в биологии и медицине. Данное направление уже много дало в медицинской диагностике. В медицине на сегодняшний день широко применяется иммуноферментный, иммунофлуоресцентный анализ, ампликация нуклеиновых кислот с помощью полимеразной цепной реакции. Вся медицинская диагностика, которая задействует современную технику, основана на использовании комплексов молекул: одна большаа молекула узнает другую большую молекулу, и после этого включается сигнал \обычно это световая индикация на определенной длине волны \.
Второе направление бионанотехнологии – это содружество физической нанотехнологии с физическими методами исследования. Один из примеров – использование квантовых капель. Это сильно светящаяся структура небольших размеров из неорганических материалов. Их, например, «запускают» в организм для определенных целей или используют в диагностических системах. Квантовые капли удобны тем, что флуоресцируют и хорошо заметны. Что касается биологических молекул, они обладают собственными признаками, которых нет у неорганических материалов. Одна биологическая молекула может узнавать другую. Например, если взять одну цепочку дезоксирибонуклеиновой кислоты, то она среди множества других молекул ДНК найдет только одну, которая ей подходит, и тогда две цепочки ДНК образуют спиральную структуру. Ученые уже научились делать из ДНК самособирающиеся слои разных конфигураций. Для этого берут несколько ДНК, и биомолекулы в растворе сами находят друг друга и сами строят заданные архитектурные сооружения – длинные разветвленные цепочки, трехмерные структуры, любые фантастические конструкции. Из больших молекул можно делать наномашины. Сейчас разрабатываются молекулярные машины из молекул ДНК, или белков. В ответ на сигнал \это может быть облучение светом, изменение условий среды, взаимодействие с молекулами \ происходит механическая работа.
В последнее время развивается еще одна область применения нанотехнологий – в генотерапии. Для того, чтобы с целью генотерапии ввести в клетку нуклеиновую кислоту, нужно создать некий носитель. Самое элементарное решение – просто имитировать природный вирус. Его генетическая программа упакована внутри, имеется липидная оболочка, и если научится собирать такой комплекс, то можно вставить генетические программы внутрь этого искусственного вируса. Полученная наноконструкция доставит лечебную программу в клетки.
Станет возможным внедрение наноэлементов в живой организм на уровне атомов. Последствия могут быть самыми различными - от «восстановления” вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов. Каждому живому существу в борьбе за жизнь приходится решать множество разнообразных по сложности проблем. Ему нужно из окружающей среды получать необходимые питательные вещества и минералы и в то же время
6
избавляться от отходов жизнедеятельности, синтезировать самостоятельно недостающее вещества, добывать энергию, необходимую для энергоемких химических и физических процессов; находить подходящих партнеров для обмена наследственным материалом; заботиться о потомстве; защищаться от хищников – и все это в переменчивой, далеко не всегда благоприятной внешней среде .
Требования, предъявляемые жизнью к каждому отдельному организму, не только многочисленны и разнообразны - они очень часто еще и противоречивы. Невозможно оптимизировать сложную систему сразу по всем параметрам: чтобы добиться совершенства в чем-то одном, приходится жертвовать другим.
Поэтому эволюция- это вечный поиск компромисса, и отсюда следует неизбежная ограниченность возможностей любого отдельного взятого живого существа. Самый простой и эффективный путь преодоления этой ограниченности - симбиоз, то есть кооперация “специалистов разного профиля “, например, растений с микроорганизмами ,способными переводить азот из атмосферы .
Можно утверждать, что симбиоз - не просто очень широко распространенное явление. Это магистральный путь эволюции, без которого прогрессивное развитие жизни на Земле было бы крайне затруднено, если вообще возможно.
На симбиозе были основаны многие важнейшие ароморфозы ( прогрессивные преобразования), из которых самый значительный – формирование эукариотической (ядерной) клетки,той основы, из которой в дальнейшем развились все высшие формы жизни (животные, растения, грибы).
На примере симбиоза природа демонстрирует нам, как можно решать сложные вопросы положительного взаимодействия микроорганизмов и высших растений, как в период напряженного энергетического кризиса можно обходиться меньшими затратами энергии. В этом, по нашему убеждению, и заключается необходимость применения в полном объеме нанотехнологий в биологии.
Молодые клубеньковые бактерии размером 0,5-0,9 ; 1,2-3,0 мк неспороносны,
Подвижны, аэробны, величина их в 1000 раз больше нанометра и с помощью нанотехнологий их можно обеспечить информацией или использовать как “бактерию - извозчик’ для осуществления симбиоза не только с бобовыми, но и другими семействами культурных растений.