В последнее время и в массовой прессе, и в научной литературе было много разговоров о бурном развитии нанотехнологии. Всеобщее волнение по поводу данной области исследований привело к тому, что по всему миру увеличился объем ее государственного финансирования. В одних только Соединенных Штатах с 1996 по 2004 гг. правительство инвестировало более 2 млрд. долл…

В ответ на всевозрастающий интерес к области нанотехнологий и, несмотря на коллапс технологического сектора, последовавший за крушением пирамиды dot.com в период 1998-2000 гг., сообщество компаний, делающих капиталовложения в новые предприятия (венчурный бизнес), с энтузиазмом откликнулись на обещание преимуществ, которые сулят нанотехнологии. По словам Виктора Хванга из компании Larta, с 1999 г. общее вложение венчурного капитала в этот сектор составило 900 млн. долл., включая 386 млн. долл. в 2002 г. Целый ряд фондов с главными офисами в США особенно активно действовали в этой области, к их числу относятся: NGEN Partners, Ardesta, Harris & Harris Group, Venrock Associates, Apax Partners, и Draper Fisher Jurvetson. К числу других лидеров в этой области также относятся Millennium Fund со штаб-квартирой в Израиле и PolyTechnos Venture Partners в Германии.
Несмотря на то внимание, которое уделялось этой области, повсеместно распространено мнение, что многие из направлений нанотехнологий, такие как молекулярные компьютеры и наномашины, еще в течение нескольких лет не смогут дать коммерческие продукты. В этой связи уместным будет задать вопрос, особенно с точки зрения инвестора, какие из аспектов нанотехнологий либо уже представлены на рынок, либо будут готовы к этому в ближайшее время?
На настоящий момент наиболее ощутимый прогресс наблюдался в области наноматериалов, где отмечается высокая скорость осуществления разработок. Можно, разумеется, возразить, что наноматериалы это не новость, учитывая, что ренеевский никелевый катализатор, нанопористые алюмосиликатные цеолиты и активированный уголь уже использовались на протяжении многих десятилетий. Тем не менее, что на самом деле является новостью, так это присутствие чрезвычайно широкого диапазона наноразмерных материалов, многие из которых имеют уникальные свойства и удивительные применения. Принимая во внимание тот факт, что венчурное сообщество за последние три года стало относительно консервативным, неудивительно, что большинство нанотехнологических новинок, которые привлекают венчурные капиталовложения, относятся к области наноматериалов. Более того, в то время как многие венчурные капиталовложения в нанотехнологии и наноматериалы проходят незамеченными из-за их скромных размеров, некоторые все же привлекают внимание средств массовой информации, как, например, завершение финансирования второго этапа Nanosys Inc., в июне 2003 г., для которого было собрано 38 млн. долл.
В этой короткой статье мы намереваемся дать обзор некоторых разработок в области наноматериалов, которые поддерживаются капиталовложениями с повышенной степенью риска. Мы не пытались оценить большой вклад, который делают лаборатории крупных корпораций, но мы, конечно, признаем, что целый ряд крупных компаний сделали существенные прямые инвестиции во вновь представляемые на рынок товары, либо через свои корпоративные фонды с венчурным капиталом, либо с помощью других механизмов.
Разнообразный диапазон неорганических материалов, которые теперь могут быть сделаны в наноразмерных кристаллитах или частицах, включает не только знакомые примеры, такие как фуллерены, углеродные нанотрубки (CNT), и квантовые точки (QD) из селенистого кадмия (CdSe), но также и широкий диапазон металлов и оксидов металлов, сульфидов, фторидов, карбонатов, нитридов, силикатов и материалов некоторых других классов.
Многие из этих материалов могут быть синтезированы в различных морфологических формах. Например, дисульфид молибдена (MoS2) может изготавливаться в виде тонкой фольги или нанотрубок, в то время как целый ряд оксидов металлов и нитридов изготавливается на сегодняшний день в виде нанопроводов. Такие достижения очень важны, поскольку становится все яснее, что форма наночастиц имеет существенное влияние на эффекты квантовых ограничений. И другие материалы могут производиться в различных полиморфных формах. Например, диоксид кремния может давать стеклянные наночастицы, кварцевые нанокристаллы или пористые наночастицы.
Необычайное разнообразие применений, которое в перспективе раскрывается перед нами, создает мотивацию для разработки широкого диапазона химии наначастиц и их морфологий. Некоторые из этих достижений стали достоянием гласности в массовой прессе, такие как использование CNT в тканях и наночастиц цинка или оксида титана (TiO2) в солнцезащитных фильтрах, но это только верхушка айсберга. Именно эта возможность и привлекает внимание венчурного сообщества, и в этой области уже появилось более сотни компаний, занимающихся выпуском новинок. В таблице рассматривается выборка небольших компаний, которые предлагают продукцию отрасли наноматериалов. Наш интерес не ограничен традиционными рынками материалов. Например, в области биологических исследований, некоторые новинки являются средствами преодоления тех проблем, которые ставит перед нами биотерроризм, путем разработки датчиков, в которых используются наночастицы CdSe QDs или Au, которые функционализированы нитями ДНК. Другие исследуют наночастицы металлического железа и оксида железа в качестве магнитных систем доставки лекарственных препаратов.

Таблица. Некоторые важные классы наноматериалов и их возникающие применения

Устройства безопасности на основе наноматериалов также сейчас в моде. Нанолюминофоры, изготовленные из редкоземельных фосфатов, разрабатываются для печатания денежных знаков, а невидимые наностержни из золота и серебра могут быть использованы в качестве современных штриховых кодов. В области катализа используются нанокристаллы двуокиси церия (CeO2) в качестве присадок к топливу для дизельных двигателей, в котором они повышают эффективность использования топлива и уменьшают выбросы, в то время как нанофольга из MoS2 представляет интерес для каталитического гидродесульфирования.
Некоторые области применения наноматериалов носят более прозаический характер. Например, нанокристаллы алюминия вступают в бурную реакцию с триоксидом молибдена (MoO3) – термитная реакция – и пригодны для использования во взрывчатых веществах для армии; они также очень быстро окисляются, и поэтому разрабатываются для использования в ракетном топливе. Прочие неорганические наночастицы, особенно, глины, включают в полимерные композиты, которым они придают большую огнеупорность, лучшие механические свойства или газовую проницаемость. В случае со стоматологическим материалом для пломбирования использование наночастиц, содержащих редкоземельные наночастицы, дает лучшую контрастность при создании рентгеновских снимков.

 
C₆₀ помещенный в изолирующую нанотрубку из нитрида бора

Исследования био- и органических наночастиц также приносит свои плоды. Блок сополимеры могут осуществлять самосборку для формирования наноструктур, которые создают прекрасные основы для размещения других материалов. Аналогично, поверхностно-активные вещества и липиды, которые, как хорошо известно, образуют пузырьки субмикронного размера, также могут использоваться в качестве основы для создания нанокапсул, что представляет интерес для систем доставки, а именно целевой доставки лекарственных препаратов, особенно при разработке фармацевтической продукции и средств личной гигиены. Образования капсулы можно также достигнуть за счет использования наноэмульсий, дендримеров или перекрестных мицелл.
Экологическая озабоченность может до определенной степени подогреть энтузиазм венчурного сообщества, но вряд ли она может создать преграду потоку инвестиций в этот сектор.
Помимо неорганических и органических наночастиц, существуют и другие группы, которые можно, с большой долей уверенности, классифицировать как наноматериалы. Наиболее значительное место среди них занимают нанопористые материалы, среди которых одно время доминировали алюмосиликатные цеолиты со структурой пор в пределах 0,5-2 нм. Цеолиты широко используются для катализа, разделения и ионного обмена. В настоящее время ясно, что нанопористость может быть присуща самым разнообразным материалам, не только неорганическим системам, но также и широкому диапазону гибридных материалов. Помимо такого химического разнообразия были также важные разработки в области создания нанопористой архитектуры с порами более крупного масштаба, например, до 30 нм. Только для некоторых из этих материалов новых классов пока найдены применения, но, несомненно, следует ожидать дальнейших разработок в этой области, и будут создаваться новые компании.

Проблемы безопасности
При той высокой скорости разработок в этой области и том большом внимании, которое они привлекают в обществе, неудивительно, что должна была возникнуть озабоченность относительно безопасности наноматериалов, использованных в целом ряде продуктов. Некоторые проводят аналогию между наночастицами с высоким отношением длины к высоте и асбестовым волокном.
В Великобритании принц Уэльский советовался по поводу нанотехнологий с Королевским Обществом, в то время как Greenpeace и Canadian ETC Group призвали наложить мораторий на использование наночастиц до того момента, как будут выяснены все токсикологические вопросы. С другой стороны, в недавней статье в журнале Nature автор выступает в защиту нанотехнологии. Хотя некоторые волнения и недостаточно обоснованы, утверждение о том, что токсикология многих наноматериалов еще не была оценена до конца, справедливо.
Для того, чтобы принять участие в решении этой проблемы, некоторые компании вступили в Европейский Консорциум по Нанобезопасности, который начал производить оценку рисков, представляемых наноматериалами. В США, Центр биологической и экологической нанотехнологии в Университете Райс начал исследование двух распространенных систем наноматериалов: CNT и TiO2. Такая экологическая озабоченность может до определенной степени подогреть энтузиазм венчурного сообщества, но вряд ли она может создать преграду потоку инвестиций в этот сектор.

Энтони K Читем и Питер С. Х. Грубштайн
http://www.nanotoday.com