Учебное пособие для студентов-математиков Алматы, 2011 удк ббк
Текст № 7. Что такое нанотехнологии?
жүктеу/скачать 0,92 Mb.
|
Пособие
- Бұл бет үшін навигация:
- Нанотехнологии
| Текст № 7. Что такое нанотехнологии?
Нанотехнологии собирательный термин для теоретических и практических научных разработок в масштабах одной миллионной доли миллиметра, где размерные эффекты открывают доступ к принципиально новым открытиям и методикам. В нанометровом масштабе свойства объектов отличаются как от характеристик отдельных атомов и молекул, так и от параметров так называемого «макровещества». Рассматривая нанообъекты, нельзя пренебрегать законами квантовой механики и силами взаимодействия отдельных атомов и молекул, т.е. эффектами, которые не играют существенной роли в макро-мире. На практике это позволяет создавать вещества с удивительной механической прочностью, теплопроводностью и электрической проводимостью. С общей тенденцией к миниатюризации устройств и инструментов, нанотехнологии являются закономерным этапом развития науки. Поворотным для развития нанотехнологий считается выступление Ричарда Фейнмана на ежегодной встрече Американского Физического Общества в 1959 году. Ученый позволил себе немного помечтать о будущем развитии инструментария и отметил, что нанотехнологии (в современном понимании) не противоречат основным научным положениям. Термин же появился только в 1974 году. А бурное развитие отрасли началось лишь в 1980-х благодаря разработке Гердом Биннигом и Генрихом Рорером принципов Сканирующей Туннельной Микроскопии (СТМ). В 1986 году за свои исследования они были удостоены Нобелевской премии по физике. Нанотехнологии невозможно однозначно отнести к той или иной дисциплине: это сочетание фундаментального и прикладного аспектов в различных разделах физики, химии и биологии. На сегодняшний день, несмотря на то, что научный мир лишь приоткрыл завесу тайны над нанометровыми масштабами, предложена масса практических применений сделанных открытий. В настоящее время нанотехнология является одним из приоритетных направлений развития науки. Ученые разработали алгоритм, позволяющий за несколько минут вычислить генетическое дерево тысячи человек. Приемные дети, став взрослыми, не имеют ни малейшего понятия о своем культурном и генетическом происхождении. Они не знают ни о своих предках, ни о болезнях, которыми те болели. Да и многие из нас лишь в общих чертах представляют себе родословное дерево, ничего не подозревая о его нижних ветвях, формирующих предрасположенность к целому ряду заболеваний. Недавно международная группа, состоящая из программистов, математиков и биологов, разработала компьютерный алгоритм, позволяющий быстро вычислять генетическое родословие по одному небольшому образцу ДНК. Эта программа за считанные минуты может проделать такую работу для тысячи желающих без каких-либо сведений об их прошлом. В сентябрьском номере журнала PLoS Genetics была опубликована статья о мультидисциплинарном подходе в этой области, что позволило ученым направить свои усилия в новом направлении. В отличие от предыдущих программ, в которых требуются родословные сведения, данный алгоритм обнаруживает молекулярно-генетические маркеры, известные как однонуклеотидные полиморфизмы (SNP), по образцу ДНК в виде ротового или буккального мазка. Для демонстрации эксперимента ученые использовали генетические данные предыдущих разработок, включая полный каталог вариаций человеческого генома международного консорциума HapMap. Последняя "работа дала нам удивительную возможность сформировать междисциплинарную команду, состоящую из программистов, математиков и генетиков", – говорит Петрос Дринеас, ведущий автор исследования, доцент факультета кибернетики в Ренсселеровском политехническом институте. "Теперь, когда мы знаем, что программа работает хорошо, мы надеемся применить ее более масштабно, используя сотни тысяч SNP", продолжает Дринеас. Компьютерная программа "станет ценным средством изучения нашего генетического происхождения, целевых препаратов и медицинского лечения, что может по-разному отражаться на людях с разной родословной". Знание своей генетической структуры важно для выявления генетической базы сложных заболеваний. Несмотря на то, что человеческий геном у всех людей на 99 процентов одинаков, один процент может сыграть решающую роль, что касается нашей реакции на болезни, вирусы, лекарства и токсичные вещества. Если ученым удастся раскрыть разделяющие нас мельчайшие генетические подробности, станет возможным оптимальное биомедицинское исследование и лечение каждого пациента. С помощью этой программы люди смогут узнать свою уникальную родословную, а историки и антропологи - изучить происхождение различных народов и причину возникновения многообразия мирового сообщества. Во время испытаний программа более, чем на 99 процентов, показала точные результаты и безошибочно определила родословную сотен людей. В их число вошли представители генетически похожих (китайцы и японцы) и генетически сложных (пуэрториканцы) народностей, представляющих собой возможное переплетение родословной американских аборигенов, европейцев и африканцев. «Когда мы сравнили полученные результаты с уже имеющимися данными, только один человек был неправильно идентифицирован. Его происхождение было где-то между китайским и японским,» – говорит Дринеас. Результаты пока предварительные, однако весьма обещающие. Группа сейчас работает над тем, чтобы протестировать программу на большем количестве людей. Помимо Дринеаса в разработке программного обеспечения участвовали ученые из Калифорнии, Пуэрто-Рико и Греции. жүктеу/скачать 0,92 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|