Нуклеиновые кислоты, жидкие кристаллы и секреты наноконструирования
Доктор химических наук Юрий ЕВДОКИМОВ.
Слова "нанотехнология", "наночастицы", "наноматериалы" в последнее время звучат все чаще, и это неудивительно.
Слова "нанотехнология", "наночастицы", "наноматериалы" в последнее время звучат все чаще, и это неудивительно. Манипуляции в масштабе отдельных атомов и молекул, где единицами измерения служат нанометры, то есть величины, составляющие 10-9 м (одну миллионную часть миллиметра), позволяют создавать новые структурированные материалы с уникальными свойствами. "Кирпичика ми" для создания наноконструкций могут служить не только атомы неорганических элементов, но и молекулы биологической природы, например нуклеиновые кислоты. Пионерские работы в этой области ведутся в Институте молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта Российской академии наук.
Нынешнее бурное развитие нанотехнологических исследований напоминает бум в области информационных технологий в 70-80-х годах или в области биотехнологии в 80-90-х годах прошлого века. И это вполне понятно, учитывая, что нанотехнологии обеспечивают высокий потенциал экономического роста, от которого зависят качество жизни населения, технологическая и оборонная безопасность, ресурсо- и энергосбережение. Сейчас практически во всех развитых странах действуют национальные программы в области нанотехнологии. Они имеют долговременный характер, а их финансирование осуществляется за счет средств, выделяемых как из государственных источников, так и из других фондов. В частности, опубликованы данные, что в США на исследования в рамках проекта "Национальная нанотехнологическая инициатива", одобренного еще пять лет назад, в 2004 году был выделен 1 миллиард (!) долларов. По всему миру за прошедший год на научные работы по нанотехнологиям затрачено 3,6 миллиарда долларов.
Как обстоят дела в России? В октябре 2004 года меня пригласили выступить в Государственной думе на слушаниях, которые проходили под руководством академика Ж. И. Алферова и были посвящены выработке основных направлений нанотехнологии, важных для нашей страны. У меня сложилось впечатление, что все участники слушаний, несмотря на принадлежность к разным ведомствам, заинтересованы в создании национальной программы в этой области. Но вопрос о том, когда благие намерения воплотятся в реальные дела, остался открытым.
Привлекательность нанотехнологий для науки, промышленности и медицины состоит, прежде всего, в том, что они позволяют манипулировать с веществом на уровне отдельных атомов и молекул, с их помощью создают материалы с уникальной структурой - углеродные нанотрубки, тончайшие полупроводниковые покрытия, особо прочные нанокомпози ты. Исходным "сырьем" для производства нанопродукции могут выступать не только углерод, кремний, металлы, но и "строительные блоки" биологической природы.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ "КИРПИЧИКИ" ДЛЯ НАНОКОНСТРУКТОРА
В процессе эволюции биологические молекулы приобрели свойства, которые делают их весьма привлекательными для применения в нанотехнологии. Во-первых, следует отметить химическое многообразие биологических "кирпичиков" (аминокислот, липидов, нуклеотидов). Во-вторых, они склонны к спонтанному образованию сложных пространственных структур. В-третьих, регулируемая сборка "строительных блоков" может идти различными путями, что открывает возможность создания самых разных наноконструкций.
Иерархия самособирающихся биологических структур начинается с мономеров, то есть нуклеотидов и нуклеозидов, аминокислот, липидов. Они образуют полимеры, такие, как ДНК, РНК, белки, полисахариды. Полимеры организуются в ансамбли (мембраны, органеллы). Затем формируются клетки, органы и целые организмы.
Читайте в любое время
