Опрос показал, что, хотя ученые весьма оптимистично смотрят на будущие выгоды от применения нанотехнологий, они выражают куда больше озабоченности по поводу их экологической чистоты и в особенности по поводу связанных с ними медицинских проблем. 20% опрошенных ученых весьма озабочены появлением новых форм экологического загрязнения окружающей среды, тогда как всего 15% людей, не связанных с наукой и техникой, вообще признают, что такие проблемы могут существовать. Более 30% ученых опасаются того, что нанотехнологии могут нанести вред здоровью, и только 20% остальных разделяют их страхи.

Единственное, в чем страхи населения США больше опасений, разделяемых учеными, – это социальные проблемы, такие как потенциальная потеря рабочих мест и вторжение в частную жизнь.

Однако это парадоксальное несоответствие кажется парадоксальным только на первый взгляд. Атомная энергетика и производство генетически модифицированных продуктов с самого своего рождения имеют сильных врагов. Их появление означает вторжение на уже занятые рынки, поэтому враждебное отношение к ним нисколько не удивительно.

Нанотехнологии, несмотря на то что они грозят пронизать в будущем всю нашу жизнь, таких врагов не имеют – это нечто совершенно новое, не имеющее аналогов в прошлом. Они пока никого не теснят с рынков, напротив, они дают ведущим игрокам новые возможности и тем самым плодят могущественных друзей.

Ученые обеспокоены, но молчат, как считает Шойфель, потому что они не имеют обыкновения приставать со своими опасениями к журналистам. И это, по его мнению, вполне можно исправить.

И все-таки это уже второй звонок. Первый прозвучал в 2000 году, когда Билл Джой, создатель и один из совладельцев знаменитой компьютерной корпорации Sun Microsystems, опубликовал пространную статью, которая изрядно переполошила специалистов. Собственно, в статье Джой не сказал ничего принципиально нового, он только свел вместе уже имевшиеся к тому моменту мрачные предсказания и заявил, что если человечество не одумается, то в течение ближайших десятилетий его ждет гибель от своих собственных созданий.

Созданий – три. Это разумные машины, вмешательство в геном и нанотехнологии. Если отвлечься от первых двух, нанотехнологии позволят создать сонмы микромашин, способных передвигаться, проникать в человеческий организм... Словом, туча микросаранчи, от которой не бывает спасения. «Если существующие тенденции не претерпят изменения, то, по всей видимости, я буду вынужден оставить свою работу, – заявил Билл Джой, – ибо она может гибельно сказаться на жизни всего человечества».

Важно было не только то, что сказано, но и то, кем это сказано. Джой известен коллегам как технократ, ярый сторонник компьютерного прогресса, человек очень спокойный, вдумчивый и совершенно не склонный к скоропалительным утверждениям.

10 ноября 2004 года, выступая в Технологическом институте Нью-Джерси (New Jersey Institute of Technology) на форуме «Технологии и общество», известный американский ученый Фримен Дайсон (Freeman Dyson) в частности говорил о нанотехнологиях и связанных с ними опасностях. «Сейчас нанотехнологии вошли в моду, — объяснял он, — и новые nanotech-компании множатся, как грибы после дождя, как множились internet-компании десять лет назад. Вообще их есть две разновидности, которые я предпочитаю называть истинными технологиями и „дутыми“. Первые имеют дело с микроскопическими механическими устройствами и новыми материалами. Микроскопические механические устройства оказываются полезными во многих приложениях, особенно когда речь идет о микроскопических количествах жидкости, что нередко при химических анализах и в медицине. Новые материалы производятся путем соединения микроскопических компонентов непривычным образом. Истинные нанотехнологии — приземленные, не очень романтичные и не очень опасные».

Под «дутыми» Дайсон понимал те, которые позволят создавать микроскопического сборщика, способного к самовоспроизводству. Однажды возникнув, такие сборщики якобы будут множиться и множиться до тех пор, пока не вытеснят с земли все живое, превратив биосферу в «серую слизь» (grey goo), — хороший сюжет для ужастика. Для того чтобы показать, что эта опасность не существует, Дайсон воспользовался теорией конечных автоматов Джона фон Неймана: оказывается, худшее, что можно создать на таком пути, — это искусственная бактерия, очень похожая на возбудителя какого-то тяжелого заболевания. Вещь, конечно, неприятная, но до «серой слизи» тут ещё далеко.

К вопросу о «приземленных и не очень романтических» истинных нанотехнологиях Дайсон не стал возвращаться. Зачем, если и так ясно, что они «не очень опасны»?
Дело в размере

Мода на нанотехнологии докатилась и до России. И представляется вполне своевременным разговор о рисках, с ними связанных. А основания считать, что такие риски вполне реальны, уже появились. Конечно, до «серой слизи» им в любом случае далеко, но токсичность структур нанометровых размеров (1 нм = 10–9 м) может существенно отличаться от токсичности того же самого по химическому составу вещества, когда оно имеет форму вполне макроскопических частиц.

Объекты, с которыми имеют дело нанотехнологи, настолько малы, что ничего меньшего и быть не может. Обычно, говоря о наночастицах, подразумевают нечто размером от 0,1 нм до 100 нм, при том, что размеры большинства атомов лежат в интервале от 0,1 нм до 0,2 нм, Ширина молекулы ДНК примерно 2 нм, характерный размер клетки крови приблизительно 7500 нм, человеческого волоса — 80 000 нм. В зависимости от контекста, говоря о нанообъекте, можно иметь в виду и отдельный атом, и органическую молекулу, содержащую более 109 атомов и размером более 1 мкм (10–6 м).

На этих масштабах активность элементов сильно меняется с изменением размера. Например, инертность золота и серебра хорошо известна, однако кластеры, состоящие из нескольких их атомов, демонстрируют уникальные каталитические свойства, а наночастицы серебра демонстрируют отчетливо выраженные антибактериальные свойства. И эти специфические свойства несложно объяснить.

При уменьшении размера частиц растет отношение поверхности к объему (например, площадь поверхности шара пропорциональна квадрату его радиуса, а объем шара — кубу радиуса — а значит, такое отношение обратно пропорционально радиусу). Именно по этой причине «внутренность» наночастицы оказывается ближе к её поверхности, на которой и протекают химические реакции. Но дело не только в этом: на расстояниях меньше 100 нм в игру вступают квантовые эффекты, заметно влияющие на оптические, электрические и магнитные свойства материалов.

Например, как уже говорилось, частицы золота нанометровых размеров могут обладать сильными каталитическими свойствами. Но это так, только если частицы состоят из восьми или двадцати двух атомов; частицы же в золота, состоящие из семи или, к примеру, двадцати атомов, каталитическими свойствами уже не обладают.
Эффект тонкой стенки

Особое место среди наноструктур занимают нанотрубки и фуллерены. В каком-то смысле эти наноструктуры похожи на полимеры. Поверхности графитовой нанотрубки и графитового фуллерена подобны кристаллической поверхности идеально чистого графита, но имеют другую топологию. Кристаллическая поверхность кристалла графита — это плоскость, нанотрубка имеет топологию цилиндра, а фуллерен — сферы. Первые экспериментально полученные фуллерены содержали по шестьдесят атомов углерода, объединенных в одну молекулу, но были получены фуллерены из семидесяти, семидесяти двух и даже пятисот сорока атомов.

Поскольку стенки в этих структурах имеют атомарную толщину, можно ожидать их необычной химической активности. В природе ни нанотрубки, ни фуллерены, по общему мнению, сами по себе возникать не могут. А рассчитать последствия, которые могут повлечь их необычные свойства, если они покинут пределы лаборатории, совсем не просто.

При этом, достаточно внести незначительные изменения в технологии изготовления нанотрубок, чтобы их характеристики весьма существенно изменились. В общей сложности в настоящее время насчитывается около 50 000 разновидностей нанотрубок, и токсичность одной нанотрубки не означает токсичности другой, пусть даже и похожей на первую.

Если предположение подтвердится, это будет означать, что мы в данном случае скорее всего имеем дело не просто с похожими, а с идентичными объектами. Иными словами, что частицы дизельного выхлопа и есть углеродные нанотрубки. Лоуренс Мурр (Lawrence Murr), специалист по охране окружающей среды и материаловедению из Техасского университета в Эль-Пасо (University of Texas at El Paso), уже обнаружил нанотрубки в пробах городского воздуха и в выбросах из газовых печей. «Мы начали находить углеродные нанотрубки просто повсюду, — прокомментировал он свое открытие. — Скорее всего, они являются неотъемлемой составляющей процесса горения».

Можно ли, однако, с уверенностью утверждать, что по воздействию на человека те нанотрубки, которые Лоренс Мурр нашел в окружающей среде, идентичны тем, которые изучаются в лабораторных условиях? Вопрос остается открытым. Разумеется, «лабораторные» нанотрубки отличаются существенно большей степенью чистоты, и именно в этом смысле можно говорить об их меньшем воздействии на наш организм — в сравнении, к примеру, со всем известной копотью. Допустим все же, что исследования подтвердили высокий уровень токсичности углеродных нанотрубок. В этом случае нам придется искать ответ на ещё один вопрос: насколько часто мы вступаем с нанотрубками в непосредственный контакт?

Винсент Кастранова (Vincent Castranova), координатор реализуемой в NIOSH нанотоксикологическрой программы, предупреждает на страницах журнала New Scientist, что о соблюдении мер безопасности на нанотехнологических производствах никому ничего не известно. Вполне вероятно, что приготовление содержащих нанотрубки смесей вообще осуществляется вручную…

Остается неясным также и «уровень загрязнения» наноматериалами той среды, которая нас окружает в повседневной жизни. На окна и даже на стены на станциях метро нередко наносят покрытия с различными наноматериалами — и с антибактериальными целями, и для того, чтобы продлить их срок службы. Могут ли подобные покрытия представлять опасность?

Материаловеды Технологического института Джорджии искусственно воспроизвели самоочищающуюся поверхность листа лотоса. Только если у настоящего листа лотоса самоочищение происходит благодаря уникальному сочетанию микрометровых неровностей и нанометровых воскообразных капелек, у искусственного — эти капельки заменяются пучками нанотрубок. Фото:Gary Meek/Georgia Tech