Современные методы молекулярного и атомарного манипулирования: от фундаментальных концепций до квантовых технологий и этических вызовов

В мире, где границы возможного постоянно расширяются, способность человека контролировать материю на ее фундаментальных уровнях – молекулярном и атомарном – становится краеугольным камнем научного и технологического прогресса. Мы стоим на пороге новой эры, где манипуляции с атомами и молекулами перестают быть уделом лишь фантастов и теоретиков, превращаясь в реальные, применимые на практике технологии. Междисциплинарный характер этой области объединяет физику, химию, материаловедение, биологию и информационные технологии, открывая беспрецедентные возможности для создания новых материалов, лекарств, вычислительных систем и диагностических инструментов.

Представленная курсовая работа предлагает глубокое и всестороннее исследование современных методов молекулярного и атомарного манипулирования. Мы погрузимся в историю возникновения этих идей, разберем фундаментальные принципы, лежащие в основе технологий «снизу вверх», изучим передовые инструментальные подходы к точечному воздействию на микрообъекты, а также проанализируем перспективы и вызовы, которые несет с собой развитие квантовых манипуляций. Целью является не просто перечисление фактов, а формирование целостной картины, позволяющей оценить как текущие достижения, так и потенциал для будущих прорывов.

Прежде чем мы углубимся в детали, определим ключевые термины, которые станут нашими ориентирами в этом путешествии:

• Нанотехнология – область прикладной науки и техники, занимающаяся созданием и использованием материалов, устройств и технических систем, функционирование которых определяется наноструктурой, то есть ее упорядоченными фрагментами размером от 1 до 100 нанометров. Это технологии, обеспечивающие контролируемое создание и модификацию наноматериалов, а также их интеграцию в функционирующие системы большего масштаба.
• Молекулярное и атомарное манипулирование – это целенаправленное перемещение, сборка или изменение отдельных атомов и молекул или их групп с использованием высокоточных физических или химических методов.
• Самосборка (self-assembly) – процесс образования упорядоченной надмолекулярной структуры или среды, в котором компоненты исходной структуры самостоятельно организуются в сложную результирующую структуру, минимизируя свою свободную энергию.
• Самоорганизация (self-organization) – более широкий иерархический процесс спонтанного формирования структур и упорядоченных состояний в системе без внешнего управления, часто включающий динамические процессы и создание сложных «шаблонов».
• Квантовые состояния – это совокупность физических свойств квантовой системы (например, атома или электрона), описываемая волновой функцией и характеризующаяся дискретными значениями энергии, спина, орбитального момента и других величин. Манипулирование этими состояниями является основой квантовых вычислений и сенсоров.

Исторические и концептуальные основы: Визионерский взгляд в наномир

История любой прорывной технологии начинается с идеи. В случае молекулярного и атомарного манипулирования, таким отправным пунктом стала поистине пророческая лекция, заложившая интеллектуальный фундамент для целого научного направления.

Лекция Ричарда Фейнмана «Внизу много места»: Предпосылки нанотехнологий

29 декабря 1959 года, на ежегодном собрании Американского физического общества в Калифорнийском технологическом институте, Нобелевский лауреат Ричард Фейнман прочитал лекцию, которая вошла в историю под названием «Внизу много места» (There’s Plenty of Room at the Bottom). Это выступление не было просто академическим докладом; это был визионерский манифест, призывающий к освоению принципиально новых масштабов. Фейнман не просто предполагал возможность работы с материей на атомарном уровне – он систематически анализировал, почему это не только возможно, но и невероятно перспективно.

Ключевая идея Фейнмана заключалась в том, что «самая мощная форма синтетической химии» будет заключаться в прямом манипулировании отдельными атомами. Он представлял себе мир, где инженеры смогут «упорядочивать атомы так, как мы хотим», создавая материалы и устройства с беспрецедентными свойствами. Этот подход подразумевал отказ от традиционных химических методов, основанных на статистических процессах, в пользу точечной, механической сборки. Фейнман не просто мечтал; он предлагал конкретные инженерные задачи и пути их решения.

Среди наиболее ярких предсказаний Фейнмана были:

• Наноразмерные машины: Он описывал возможность создания крошечных машин, способных, в свою очередь, строить еще более мелкие механизмы. Это была концепция «фабрики на фабрике», где автоматизация распространяется до самых фундаментальных строительных блоков материи.
• Плотные компьютерные схемы: Фейнман предвидел, что уменьшение размеров компонентов до атомарного уровня позволит хранить огромные объемы информации. Он даже подсчитал, что вся информация из всех книг мира могла бы поместиться на булавочной головке, если бы атомы использовались для кодирования данных.
• Микроскопы с беспрецедентным разрешением: Чтобы работать с атомами, необходимо их видеть. Фейнман предсказывал создание микроскопов, способных визуализировать объекты на атомарных масштабах. Эти идеи были реализованы спустя десятилетия с появлением сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) и атомно-силового микроскопа (АСМ), которые позволили не только видеть, но и манипулировать отдельными атомами.
• Концепция «проглотить доктора»: Вероятно, самое футуристическое предсказание Фейнмана заключалось в создании крошечных, проглатываемых хирургических роботов, способных путешествовать по человеческому телу и выполнять сложные медицинские процедуры на клеточном или молекулярном уровне. Эта идея сегодня активно развивается в рамках наномедицины, хотя и в более реалистичных масштабах.

Лекция Фейнмана не сразу получила широкое признание, но со временем стала культовым текстом, вдохновившим поколения ученых и инженеров на создание мира нанотехнологий. Она не просто предвосхитила будущее; она предоставила дорожную карту для его построения, показав, что ограничения на пути к наномиру лежат не в законах физики, а в нашем воображении и инженерных возможностях.

От Фейнмана до Танигучи: Становление термина «нанотехнология»

Хотя идеи Фейнмана заложили концептуальную основу, сам термин «нанотехнология» появился гораздо позже. В 1974 году японский профессор Норио Танигучи из Токийского университета науки ввел этот термин, определив его как «технологию производства, позволяющую достигать сверхвысокую точность и ультрамалые размеры… порядка 1 нм…». Это определение стало важным шагом в систематизации и формализации нового научного направления.

Нанотехнологии, как следует из этого определения, охватывают не только манипуляции на атомарном уровне, но и создание и использование материалов, устройств и технических систем, функциональные свойства которых определяются их наноструктурой. Диапазон размеров от 1 до 100 нанометров стал золотым стандартом для этой области, где уникальные физико-химические явления начинают проявляться в полной мере.

Таким образом, нанотехнологии представляют собой междисциплинарную область, которая не только стремится к созданию и модификации наноматериалов, но и к их интеграции в более крупные, функционирующие системы, что открывает путь к инновациям в самых разных сферах – от электроники и энергетики до медицины и экологии.

Принципы нанонауки: Уникальные свойства материи на наномасштабе

Почему же нанометровый масштаб (от 1 до 100 нм) так важен и уникален? Ответ кроется в том, что именно на этих размерах материя начинает проявлять нехарактерные свойства, которые отсутствуют у тех же веществ в макроскопическом состоянии. Это происходит по нескольким причинам:

1. Большое отношение площади поверхности к объему: По мере уменьшения размера частицы, доля атомов, находящихся на ее поверхности, значительно возрастает. Поверхностные атомы обладают иной электронной и атомной структурой по сравнению с атомами внутри объема. Это приводит к усилению поверхностных эффектов, таких как каталитическая активность, адсорбция и реакционная способность. Например, наночастицы золота, в отличие от массивного золота, могут выступать в качестве мощных катализаторов.
2. Квантовые размерные эффекты: При размерах, сопоставимых с длиной волны де Бройля электронов (то есть, нанометровый масштаб), проявляются квантовые эффекты. Энергетические уровни электронов становятся дискретными, а не непрерывными, что приводит к изменению оптических, электрических и магнитных свойств. Так, полупроводниковые нанокристаллы (квантовые точки) могут излучать свет разных цветов в зависимости от их размера, хотя химический состав остается неизменным.
3. Изменение физических свойств: Механические свойства, такие как твердость, прочность и пластичность, также могут значительно меняться на наномасштабе. Наноматериалы часто обладают значительно более высокой прочностью и износостойкостью по сравнению с их объемными аналогами.
4. Коллективные явления: На наномасштабе взаимодействия между отдельными частицами или доменами могут приводить к появлению новых коллективных свойств, таких как суперпарамагнетизм в магнитных наночастицах или плазмонный резонанс в металлических наночастицах.

Нанонаука занимается изучением этих уникальных явлений, а нанотехнология использует их для создания новых функциональных материалов и устройств. Понимание этих принципов позволяет инженерам и ученым целенаправленно проектировать материалы с заданными свойствами, открывая путь к революционным инновациям в медицине (целевая доставка лекарств), электронике (новые поколения процессоров и памяти), энергетике (высокоэффективные солнечные батареи) и многих других областях.

Методы самоорганизации и самосборки наноструктур: Подход «снизу вверх»

В мире наномасштабов, где традиционные методы «сверху вниз» (например, литография) сталкиваются с фундаментальными ограничениями, все большее значение приобретают подходы «снизу вверх». Среди них выделяются процессы самосборки и самоорганизации, которые позволяют создавать сложные структуры из простых строительных блоков, используя внутренние силы и взаимодействия. Хотя эти термины часто используются взаимозаменяемо, они имеют важные различия в контексте нанотехнологий.

Самосборка: Образование стабильных структур

Самосборка (self-assembly) – это процесс, при котором компоненты системы спонтанно организуются в упорядоченную надмолекулярную структуру, практически без внешнего вмешательства, за счет минимизации своей свободной энергии и достижения состояния равновесия. В сущности, «инструкции» по сборке больших объектов «закодированы» в структурных особенностях отдельных молекул или наночастиц. Это можно сравнить с тем, как молекулы воды сами формируют кристаллическую структуру льда при определенных условиях.

Самосборка является краеугольным камнем супрамолекулярной химии, где изучаются нековалентные взаимодействия между молекулами (например, водородные связи, Ван-дер-Ваальсовы силы, гидрофобные взаимодействия), приводящие к образованию сложных, но стабильных ансамблей. Например, ДНК – это выдающийся природный пример самосборки, где комплементарные пары нуклеотидов (аденин-тимин, гуанин-цитозин) спонтанно образуют двойную спираль, а вся информация для создания сложного биологического организма «записана» в последовательности нуклеотидов. Белки также самособираются в определенные трехмерные структуры, которые определяют их функции.

В нанотехнологиях самосборка активно используется как метод получения наноструктур «снизу-вверх». Основная задача инженера или химика состоит в том, чтобы подобрать параметры системы и задать свойства отдельных частиц таким образом, чтобы они самостоятельно организовались в желаемую структуру. Примеры включают:

• Формирование упорядоченных массивов наночастиц: Однородные по размеру наночастицы могут быть «собраны» в одномерные «нитки», двумерные плотно упакованные слои (например, монослои на поверхности) или трехмерные массивы, а также в «малые» кластеры. Эти массивы могут проявлять коллективные свойства, отличающиеся от свойств отдельных наночастиц.
• Блок-сополимеры: Молекулы, состоящие из двух или более химически различных полимерных блоков, которые при определенных условиях могут самособираться в наноструктуры, такие как сферы, цилиндры или ламели, за счет микрофазного разделения блоков.

Самосборка характеризуется формированием статической, неподвижной структуры (твердая фаза или стабильный комплекс в растворе), которая является термодинамически стабильной.

Самоорганизация: Динамические процессы и формирование сложных морфологий

Самоорганизация (self-organization), в отличие от самосборки, представляет собой более широкий иерархический процесс спонтанного формирования структур и упорядоченных состояний в системе без внешнего управления. Это явление часто связано с нелинейной динамикой и открытыми системами, находящимися вдали от термодинамического равновесия. Если самосборка приводит к равновесным, статическим структурам, то самоорганизация может приводить к стационарным или установившимся колебательным процессам, формируя сложные «шаблоны» и структуры на более высоком иерархическом уровне.

Самоорганизация играет ключевую роль в наносистемах для формирования сложных морфологий и функциональных материалов. Механизмы самоорганизации включают:

1. Минимизация свободной энергии: Как и в самосборке, система стремится к состоянию с минимальной свободной энергией, но этот процесс может быть более сложным и многостадийным, включая переход через метастабильные состояния.
2. Кинетические ограничения: Скорость процессов роста или осаждения, а также динамические взаимодействия между компонентами, могут определять конечную структуру, приводя к образованию кинетически контролируемых форм.
3. Динамическая стабилизация: Некоторые самоорганизующиеся системы поддерживают свою структуру за счет постоянного обмена энергией или веществом с окружающей средой.
4. Влияние поверхностных/межфазных энергий: На границах раздела фаз могут возникать особые условия для формирования упорядоченных структур.

Типы самоорганизации в наносистемах многообразны:

• Кристаллическая и квазикристаллическая самоорганизация: Формирование упорядоченных кристаллических решеток или более сложных квазикристаллических структур.
• Организация наночастиц в регулярные массивы: Создание регулярных сеток, цепочек или двумерных решеток из наночастиц, где взаимодействия между частицами и поверхностью играют ключевую роль.
• Самоорганизация полимерных и органических наносистем: Образование мицелл, липосом, полимерных щеток и других структур, активно используемых в доставке лекарств и биосенсорах.

Понятие самосборки имеет более выраженный технологический аспект, фокусируясь на создании конкретных статических структур, тогда как самоорганизация восходит к своему теоретическому (синергетическому) прототипу, описывая более общие принципы спонтанного возникновения порядка в сложных системах.

Контролируемая самоорганизация: Технологии и примеры

Хотя самоорганизация по определению спонтанна, человек может активно влиять на условия, в которых она происходит, чтобы направлять процесс в желаемое русло. Это достигается путем создания особых условий или применения внешних полей.

Факторы, влияющие на самоорганизацию:

• Температура и давление: Изменение этих параметров может влиять на энергию взаимодействия между частицами и скорость диффузии, тем самым определяя морфологию конечной структуры.
• Химический состав и концентрация: Соотношение компонентов в растворе или газовой фазе, а также наличие поверхностно-активных веществ или катализаторов, может радикально изменить пути самоорганизации.
• Внешние поля:
  • Гравитационное поле: Влияет на осаждение крупных частиц, но его роль для наночастиц обычно минимальна.
  • Электрическое поле: Может направлять движение заряженных наночастиц или молекул, способствуя их осаждению или формированию цепочек.
  • Магнитное поле: Используется для ориентации магнитных наночастиц и их сборки в упорядоченные структуры.
  • Капиллярные силы: Возникают на границах жидкость-твердое тело и могут эффективно управлять самосборкой наночастиц на поверхности при испарении растворителя.
  • Игра на смачиваемости-несмачиваемости компонентов системы: Различная адгезия к поверхности или растворителю может быть использована для селективной самосборки.

Одним из наиболее ярких примеров контролируемой самоорганизации в условиях глубокого вакуума является метод молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). В установках МЛЭ в условиях сверхвысокого вакуума (порядка 10^-10 Тор) атомы или молекулы из испарителей осаждаются на подложку, формируя тонкие слои с атомной точностью. При определенных условиях (температура подложки, скорость осаждения, тип подложки и адсорбата) атомы могут спонтанно самоорганизовываться в нанопленки с толщиной атомного масштаба и упорядоченные массивы нанокластеров.

• Пример: Система In/Si(100): С помощью МЛЭ удалось формировать самоорганизующиеся нанопленки и массивы нанокластеров индия на поверхности кремния (100). Атомы индия, осаждаясь на поверхность кремния, за счет поверхностных диффузионных процессов и минимизации поверхностной энергии, образуют упорядоченные структуры, размер и форма которых могут контролироваться параметрами роста.

Инструменты контроля: Для мониторинга и контроля роста наноструктур при МЛЭ используются передовые методы, такие как:

• Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ): Позволяет визуализировать поверхность с атомарным разрешением, отслеживая процесс формирования наноструктур в реальном времени.
• Туннельная спектроскопия: Дополняет СТМ, позволяя зондировать электронные свойства нанообъектов, что критически важно для понимания их функциональности.

Численные эксперименты, например, метод Монте-Карло, используются для исследования самосборки и самоорганизации атомных наночастиц металлов группы железа (Fe-Co) в условиях заданной температуры среды. Эти модели позволяют предсказывать морфологию и свойства наноструктур, оптимизировать параметры синтеза и исследовать роль активации внутренних электронных квантовых степеней свободы наносистем, которые могут оказывать существенное влияние на результат наносинтеза.

В материаловедении процессы самосборки наночастиц (подход «снизу вверх») рассматриваются как один из главных методов создания наноустройств, поскольку самоорганизованные наноструктуры часто обладают полезными коллективными свойствами, которые невозможно достичь другими способами.

Технологии точечного манипулирования на атомарном и молекулярном уровнях

Переход от концептуальных идей к практическому манипулированию атомами и молекулами потребовал разработки высокоточных инструментальных методов. Эти технологии стали воплощением мечты Фейнмана, позволяя ученым не только видеть, но и активно взаимодействовать с наномиром.

Оптические пинцеты: Манипуляции светом

Одной из самых элегантных и мощных технологий для манипулирования микро- и нанообъектами является оптический пинцет. Это удивительный инструмент, который использует сфокусированный лазерный свет для захвата и перемещения диэлектрических объектов, прикладывая к ним силы в диапазоне от фемтоньютонов (10^-15 Н) до наноньютонов (10^-9 Н).

Принцип действия: Оптический пинцет основан на явлении давления световой волны, впервые экспериментально продемонстрированном российским физиком Петром Лебедевым в 1910 году. Когда свет взаимодействует с диэлектрической частицей, возникают две основные силы:

1. Градиентная сила: Возникает из-за разницы в показателе преломления между частицей и окружающей средой. Сфокусированный лазерный луч создает градиент интенсивности света. Частица стремится переместиться в область максимальной интенсивности, то есть в фокус лазерного луча, где ее потенциальная энергия минимальна.
2. Радиационная (рассеивающая) сила: Направлена вдоль распространения света и выталкивает частицу из луча.

При правильной фокусировке лазерного луча, градиентная сила может преодолеть радиационную силу, позволяя надежно захватить и удерживать частицу в фокусе.

Разработка оптического пинцета стала настолько значимым прорывом, что в 2018 году Артур Эшкин был удостоен Нобелевской премии по физике за это изобретение, которое «позволило ученым видеть, как работают молекулярные механизмы жизни».

Применение оптических пинцетов:

• Измерение сил на атомарном уровне: Оптические пинцеты позволяют измерять невероятно малые силы, действующие на отдельные атомы или молекулы. Это открывает возможности для изучения фундаментальных взаимодействий.
• Проведение химических реакций: В перспективе, с их помощью можно будет позиционировать отдельные атомы или молекулы, инициируя химические реакции с беспрецедентной точностью.
• Биологические науки: Оптические ловушки нашли широчайшее применение в биологии благодаря своей неинвазивности и малой травматичности. Они позволяют:
  • Захватывать одиночные клетки, бактерии и вирусы.
  • Изучать молекулярные механизмы движения моторных белков (например, миозина или кинезина), напрямую измеряя силы, которые они развивают.
  • Проводить исследования в цитологии, генетике и эмбриологии. Разработаны комбинированные устройства, объединяющие лазерный скальпель для воздействия на клетки и оптический пинцет для их удержания.

Новейшие разработки:

• Формирование массивов оптических ловушек: Для одновременного манипулирования несколькими объектами разработаны методы создания массивов оптических ловушек, положениями и орбитальными моментами которых можно независимо управлять. Среди таких методов:
  • Голографическое воспроизведение на пространственных световых модуляторах (SLM): SLM позволяют динамически формировать сложные голограммы, которые затем преобразуют один когерентный лазерный пучок в множество независимых лучей, каждый из которых создает отдельную ловушку. Это дает гибкость в управлении количеством, позициями и даже формой ловушек.
  • Дифракционные оптические элементы (ДОЭ): Статические ДОЭ могут быть изготовлены для создания фиксированных 3D-массивов оптических ловушек.
  • Синтезированные на компьютере голограммы на жидкокристаллических дисплеях (LCD): Позволяют осуществлять динамическое управление параметрами ловушек в реальном времени.
  • Оптические вихри: Красноярские и самарские исследователи предложили метод формирования набора оптических ловушек на основе оптических вихрей с заданными положениями и значениями топологического заряда. Это обеспечивает независимое управление положениями и орбитальными моментами ловушек, что открывает новые возможности для манипуляций.
• Гипотермический оптотермофоретический пинцет (HOTTs): Традиционные оптические пинцеты используют высокоинтенсивный лазерный свет, что может приводить к значительному нагреву образца, особенно биологических объектов. Для решения этой проблемы был разработан HOTTs, который позволяет безопасно захватывать коллоиды и биологические клетки с малой мощностью, минимизируя тепловое повреждение.

Сканирующая зондовая микроскопия: Визуализация и перемещение атомов

Если оптические пинцеты оперируют в основном с микрообъектами и крупными молекулами в растворе, то для прямого манипулирования отдельными атомами на поверхности наиболее важными инструментами стали методы сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ). Именно они в полной мере реализовали идеи Фейнмана о визуализации и перемещении атомов.

• Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ): Изобретенный Гердом Биннигом и Генрихом Рорером в 1981 году (Нобелевская премия 1986 года), СТМ позволяет получать изображения поверхности с атомарным разрешением. Он работает за счет туннельного тока, протекающего между острой металлической иглой и проводящей поверхностью при их очень близком расположении (порядка нескольких ангстрем). Величина туннельного тока чрезвычайно чувствительна к расстоянию, что позволяет создавать топографические карты поверхности с точностью до атома. Самое удивительное, что СТМ может использоваться не только для визуализации, но и для манипулирования отдельными атомами. При контролируемом приближении иглы к атому на поверхности и приложении импульса напряжения, атом может быть перемещен, что было впервые продемонстрировано в 1990 году, когда ученые из IBM «написали» название своей компании из атомов ксенона на поверхности никеля.
• Атомно-силовой микроскоп (АСМ): Разработанный вскоре после СТМ, АСМ преодолел его ограничение, связанное с необходимостью проводящей поверхности. АСМ использует очень тонкую иглу, закрепленную на гибкой консоли. Взаимодействие между атомами на кончике иглы и атомами на поверхности (Ван-дер-Ваальсовы силы, капиллярные силы и т.д.) вызывает изгиб консоли, который детектируется лазером. АСМ также позволяет получать изображения поверхности с атомарным разрешением и манипулировать как проводящими, так и непроводящими объектами, что расширяет его применение в материаловедении и биологии.

Методы СЗМ являются краеугольным камнем «точечного» подхода к манипулированию, позволяя исследователям не только наблюдать за наномиром, но и активно формировать его.

Электрофоретические методы: Разделение и манипулирование макромолекулами

В области молекулярной биологии и биохимии, где необходимо работать с крупными, сложными молекулами, такими как белки и нуклеиновые кислоты, ключевую роль играют электрофоретические методы. Они основаны на фундаментальном принципе движения заряженных частиц в растворе под действием электрического поля.

Принцип действия: Макромолекулы, такие как белки и ДНК/РНК, содержат ионизирующиеся группы (например, аминогруппы, карбоксильные группы, фосфатные группы), которые при определенном pH среды могут нести положительный или отрицательный заряд. При приложении внешнего электрического поля эти заряженные молекулы начинают двигаться к противоположно заряженному электроду.

Электрофоретическая подвижность молекулы (ее скорость и направление движения) зависит от нескольких факторов:

1. Суммарный заряд молекулы (q): Чем больше заряд, тем сильнее электрическая сила.
2. Размер и форма молекулы (f – коэффициент трения): Чем больше молекула и чем сложнее ее форма, тем больше сопротивление среды (трение), и тем медленнее она движется.
3. Напряженность электрического поля (E): Чем сильнее поле, тем быстрее движение.
4. Свойства среды: Вязкость раствора.

В простейшем случае, подвижность (μ) выражается формулой:

μ = (qE) / f

Однако в современных электрофоретических приборах рабочий канал для разделения заполняют гелем (например, полиакриламидным гелем – ПААГ, или агарозным гелем). Наличие полимерной сетки геля вносит важную дополнительную деталь в миграцию молекул. Фракционируемые молекулы, движущиеся под действием электрического поля, постоянно сталкиваются с нитями полимера, что замедляет их скорость движения. Этот эффект называется молекулярным ситом.

Разделение биологического материала:

• По заряду: В неденатурирующих условиях (без разрушения пространственной структуры), молекулы разделяются в основном по соотношению заряда к массе (чем больше заряд на единицу массы, тем быстрее движение).
• По молекулярной массе: В денатурирующих условиях (например, в присутствии додецилсульфата натрия (SDS) для белков, который придает им равномерный отрицательный заряд на единицу массы), молекулы разделяются преимущественно по их размеру/молекулярной массе. Меньшие молекулы легче проходят через поры геля и движутся быстрее.

Полиакриламидные гели (ПААГ) особенно успешно применяются для разделения макромолекул благодаря ряду преимуществ:

• Варьирование размера пор: Путем изменения концентрации акриламида и сшивающего агента можно точно регулировать размер пор геля, что позволяет оптимизировать разделение для молекул различного размера.
• Воспроизводимость: Гель может быть сформирован в калиброванных трубках или пластинах, что обеспечивает высокую воспроизводимость результатов.
• Совместимость с буферными растворами: ПААГ стабильны в широком диапазоне pH и совместимы с различными буферными системами.
• Низкая адсорбция и электроосмос: Эти факторы минимизируют нежелательные взаимодействия с разделяемыми молекулами и искажения результатов.

Решающее влияние на электрофоретическую подвижность и степень разделения оказывает соотношение линейных размеров макромолекул и среднего размера ячеек геля, особенно если они соизмеримы. Это позволяет добиваться высокой разрешающей способности при разделении молекул, отличающихся по размеру всего на несколько десятков дальтон.

Электрофоретические методы являются незаменимыми инструментами в молекулярной биологии для анализа ДНК, РНК и белков, позволяя ученым разделять, идентифицировать и даже очищать макромолекулы для дальнейших исследований и манипуляций.

Манипулирование квантовыми состояниями: Основа квантовых технологий

По мере углубления нашего понимания материи, мы переходим от манипуляций с физическими объектами к контролю над их фундаментальными квантовыми состояниями. Эта область, основанная на принципах квантовой механики, открывает путь к созданию нового поколения технологий – квантовых компьютеров и сверхчувствительных сенсоров.

Квантовые вычисления на ультрахолодных ионах

Квантовые компьютеры обещают революционизировать вычисления, решая задачи, недоступные даже самым мощным классическим суперкомпьютерам. Среди множества физических платформ для создания квантовых вычислителей, ультрахолодные ионы выделяются как одна из наиболее успешно развивающихся. Их преимущество заключается в беспрецедентном контроле над индивидуальными ионами, которые могут служить кубитами – базовыми единицами квантовой информации.

Ключевые достижения и преимущества ультрахолодных ионов:

• Высокий квантовый объём: Ультрахолодные ионы лидируют по показателю квантового объёма, который является мерой производительности квантового компьютера. В то время как сверхпроводниковые платформы демонстрировали квантовый объём 2⁹, на ионной платформе были достигнуты показатели до 2²¹. Это означает способность выполнять более сложные квантовые алгоритмы с большим количеством кубитов и операций.
• Глубокие бенчмаркинговые алгоритмы: На ионных квантовых вычислителях были успешно выполнены самые глубокие бенчмаркинговые алгоритмы, что подтверждает их потенциал для решения реальных задач.
• Коррекция ошибок: Ионные системы успешно продемонстрировали алгоритмы коррекции ошибок – критически важный шаг для перехода из эры «шумных квантовых процессоров» (NISQ — Noisy Intermediate-Scale Quantum) в следующую эпоху полномасштабных, отказоустойчивых квантовых вычислений. Это позволяет защитить квантовую информацию от декогеренции и ошибок.
• Масштабируемость: Исследования активно направлены на масштабирование квантового вычислителя на ионной платформе. Хотя индивидуальный контроль над ионами сложен, разработка микроловушек и систем перемещения ионов позволяет увеличивать количество кубитов.

Технологии удержания: Для работы с ультрахолодными ионами необходимы специализированные устройства – ионные ловушки. Они предназначены для удержания заряженных частиц в ограниченном объеме пространства, минимизируя их взаимодействие с окружающей средой и позволяя контролировать их квантовые состояния.

• Ловушки Пеннинга: Эти ловушки используют комбинацию статических электрических и магнитных полей. Магнитное поле ограничивает движение ионов в радиальном направлении, а электрическое поле, создаваемое системой электродов, удерживает их вдоль оси ловушки. Недавние достижения включают демонстрацию работы микроловушки Пеннинга для одиночного иона с точностью позиционирования порядка нескольких микрометров и временем когерентности порядка нескольких микросекунд. Такие микроловушки могут стать строительными блоками для ионных квантовых компьютеров с подвижными кубитами, позволяя физически перемещать ионы между различными вычислительными зонами.
• Ловушки Пауля: В отличие от ловушек Пеннинга, ловушки Пауля используют радиочастотное (переменное) электрическое поле для удержания ионов. Они не требуют сильного магнитного поля, что упрощает их конструкцию, но могут быть более чувствительны к шумам.

Оба типа ловушек играют ключевую роль в исследованиях по квантовым вычислениям, предоставляя ученым платформу для охлаждения ионов до сверхнизких температур, их точного позиционирования и когерентного манипулирования их квантовыми состояниями.

Квантовые сенсоры: Повышение чувствительности за счет квантовых эффектов

Квантовые эффекты, такие как суперпозиция и перепутанность, которые делают квантовые вычисления столь мощными, также могут быть использованы для создания нового поколения сенсоров, превосходящих классические аналоги по чувствительности и точности. Квантовые сенсоры обещают революционизировать метрологию, навигацию, медицинскую диагностику и фундаментальные исследования.

Преимущества квантовых сенсоров:

• Высокая чувствительность: Благодаря способности квантовых систем находиться в суперпозиции состояний и быть перепутанными, они могут детектировать чрезвычайно слабые изменения внешних полей или параметров среды.
• Точность: Квантовые сенсоры могут использовать точные и стабильные квантовые переходы в атомах или ионах в качестве референсных точек, что обеспечивает беспрецедентную точность измерений.

Российские разработки и перспективные направления: В России активно развиваются перспективные направления квантовых сенсоров:

• Оптические атомные часы: Основаны на сверхточных квантовых переходах в атомах (например, стронция или иттербия). Эти часы обладают рекордно высокой стабильностью и точностью, находя применение в фундаментальной физике, спутниковой навигации и системах связи.
• Гравиметры и акселерометры на атомах рубидия: Используют интерферометрию холодных атомов для измерения ускорения свободного падения или ускорения платформы. Это позволяет создавать высокоточные навигационные системы, а также инструменты для поиска полезных ископаемых и исследования темной материи. Ученым из Института спектроскопии РАН и НИУ ВШЭ удалось удержать атомы рубидия-87 в ловушке более четырех секунд, что значительно повышает точность таких сенсоров.
• Гироскопы на ансамблях спинов в твердом теле: Используют когерентное управление спиновыми состояниями электронов или ядер в дефектах кристаллов (например, NV-центры в алмазе) для измерения угловой скорости.
• Локальные сенсоры электрического и магнитного полей и температуры на центрах окраски: Дефекты в кристаллах (такие как NV-центры в алмазе) могут служить наноразмерными сенсорами, способными измерять параметры окружающей среды с высоким пространственным разрешением и чувствительностью.
• Квантовые сенсоры электрических полей на ридберговских атомах: Высоковозбужденные атомы, находящиеся в ридберговских состояниях (с большим главным квантовым числом n), обладают гигантскими дипольными моментами, которые растут как n². Это приводит к поляризуемостям, растущим как n⁷, что значительно превышает поляризуемости атомов в низковозбужденных состояниях. Такая чрезвычайно высокая чувствительность к внешним электрическим полям делает ридберговские атомы идеальными для создания сверхчувствительных сенсоров электрических полей, в том числе для детектирования электромагнитного излучения.

Технологии удержания и охлаждения: Для достижения высокой точности и длительного времени когерентности в квантовых сенсорах атомы должны быть охлаждены до ультранизких температур и надежно удерживаться. Это достигается с помощью магнито-оптических ловушек (МОЛ), которые используют комбинацию лазерных и магнитных полей для замедления и захвата атомов.

Проблема сбора ансамбля атомов: Ключевая проблема создания квантовых сенсоров на основе холодных атомов заключается в необходимости собрать как можно больше атомов на этапе подготовки первичного ансамбля. Чем больше атомов удается захватить и охладить, тем выше будет статистическая точность сенсора после всех стадий охлаждения и манипуляций с квантовыми состояниями.

Успехи в манипулировании квантовыми состояниями атомов и ионов открывают дверь не только к качественно новым вычислительным возможностям, но и к переосмыслению самой природы измерений, обеспечивая беспрецедентную чувствительность и точность в самых разных областях.

Вызовы и этические аспекты развития молекулярного и атомарного манипулирования

По мере того как нанотехнологии и методы молекулярного манипулирования выходят из стен лабораторий и начинают проникать в повседневную жизнь, возникают серьезные вопросы, выходящие за рамки чисто технических аспектов. Этические, социальные, экономические и экологические проблемы требуют всестороннего анализа и ответственного подхода.

Этические дилеммы: Наноэтика и совершенствование человека

Развитие нанотехнологий ставит перед обществом принципиально новые этические вопросы, которые потребовали выделения отдельной области исследований – наноэтики. Главный вопрос заключается в том, достаточно ли существующих этических принципов и норм для регулирования этой стремительно развивающейся сферы, или же необходима разработка совершенно новой дисциплины. Ведь нанотехнологии могут изменить не только мир вокруг нас, но и нас самих, что требует глубокого осмысления.

Концепция наноэтики: Основой принципов наноэтики выступают два типа ответственности:

1. Ответственность ученого/технолога перед собой за самореализацию: Эта ответственность подразумевает стремление к познанию и развитию, но в то же время требует осознанного отношения к потенциальным последствиям своей деятельности.
2. Ответственность за последствия поступков самореализации: Это более широкое понятие, охватывающее влияние нанотехнологий на общество, природу и будущие поколения.

Совершенствование человека через наномедицину: Одной из наиболее острых этических проблем является возможность «совершенствования» человека в рамках наномедицины. Нанотехнологии в биомедицине и генетике открывают пути для:

• Изменения генома человека: Целенаправленное редактирование генов с использованием наноинструментов может позволить корректировать наследственные заболевания, но также поднимает вопросы о создании «дизайнерских» детей и вмешательстве в естественный эволюционный процесс.
• Модификации тела и нейросистемы: Введение нанороботов в тело человека для улучшения физических или когнитивных способностей (например, усиление памяти, повышение выносливости) ставит под вопрос саму сущность человека, его идентичность и потенциальное расслоение общества на «улучшенных» и «обычных» людей.
• Глобальный метаболизм антропосферы: Неконтролируемое или недостаточно изученное изменение геномов организмов или привнесение новых наноматериалов в окружающую среду может привести к непредсказуемым изменениям в глобальном метаболизме биосферы, нарушая хрупкое экологическое равновесие.

Эти вопросы требуют глубоких философских и социологических дискуссий, поскольку они касаются фундаментальных представлений о человеческой природе, справедливости и будущем цивилизации.

Риски для здоровья и окружающей среды

Помимо этических дилемм, существует серьезная обеспокоенность по поводу физических рисков, связанных с наноматериалами, как для здоровья человека, так и для окружающей среды. Малые размеры наночастиц, которые придают им уникальные свойства, также делают их потенциально более опасными.

Риски для здоровья человека:

• Отсутствие надлежащих мер безопасности: На производствах и в лабораториях, где работают с наноматериалами, часто отсутствуют адекватные меры безопасности и защиты работников.
• Потребительские риски: Многие продукты, содержащие наноматериалы (например, косметика, одежда, продукты питания), не имеют соответствующей маркировки, что лишает потребителей возможности осознанного выбора.
• Ингаляционное воздействие: Исследования на животных показали, что ингаляционное воздействие некоторых наноматериалов (например, наночастиц диоксида титана TiO₂, оксида цинка ZnO, углеродных нанотрубок) может вызывать серьезные легочные эффекты, включая воспаление, фиброз и даже канцерогенность.
• Проникновение через биологические мембраны: Из-за своего ультрамалого размера наночастицы могут проникать через биологические мембраны (кожа, слизистые оболочки, гематоэнцефалический барьер) и попадать в клетки, ткани и органы легче, чем более крупные частицы. При вдыхании они способны попасть из легких в систему кровообращения и распространяться по всему организму, накапливаясь в различных органах.
• Проглатывание и контакт с кожей: Эти пути воздействия также вызывают обеспокоенность, хотя их последствия изучены менее подробно.
• Опасность взрыва пыли: Некоторые наноматериалы в виде порошков могут образовывать взрывоопасные пылевые облака.

Риски для окружающей среды:

• Непредсказуемые последствия: При попадании наноматериалов в окружающую среду (почва, вода, воздух) их последствия могут оказаться непредсказуемыми. Из-за своих уникальных свойств они могут взаимодействовать с экосистемами совершенно иначе, чем их макроскопические аналоги.
• Отсутствие системного изучения утилизации: Не хватает исследований по влиянию наноматериалов на природу при их утилизации, а также систем контроля, приборов слежения и обнаружения, средств и методов их превращения в окружающей среде. Это создает «информационный вакуум», который затрудняет разработку эффективных мер по предотвращению загрязнения.
• Изучаемые наноматериалы: Среди наиболее изучаемых наноматериалов, потенциально взаимодействующих с биологической средой, выделяют наночастицы оксидов металлов (TiO₂, ZnO, ZrO₂, CeO₂, SiO₂) и углеродные наноматериалы (многостенные углеродные нанотрубки МСНТ и технический углерод).

Для минимизации этих рисков необходимы углубленные исследования токсичности и экотоксичности наноматериалов, разработка строгих регуляторных норм, стандартов безопасности и систем мониторинга, а также обязательная маркировка продуктов, содержащих наноматериалы.

Технологические и социальные последствия

Развитие молекулярного и атомарного манипулирования несет с собой не только новые возможности, но и потенциальные непредсказуемые социальные и технологические проблемы.

• Значительное увеличение продолжительности жизни: Наномедицина может привести к радикальному увеличению продолжительности жизни человека, что вызовет беспрецедентные социальные, экономические и демографические проблемы: перенаселение, нехватка ресурсов, изменение пенсионных систем, психологические аспекты вечной молодости.
• Серьезные биологические изменения в окружающей среде: Широкое распространение нанотехнологий без должного контроля может привести к масштабным, необратимым изменениям в биосфере, последствия которых трудно предсказать.
• Дебаты о запрете против регулирования: Существует мнение, что некоторые технологии настолько эффективны и потенциально опасны (например, гипотетические «серые слизни», способные к неконтролируемому самовоспроизводству), что их невозможно сдержать. Сторонники этой позиции призывают к отказу от опасных технологий и введению запретов на некоторые виды исследований. Однако большинство в МНТ-сообществе (молекулярные нанотехнологии) подчеркивает опасность таких запретов и чрезмерного регулирования, утверждая, что это может затормозить прогресс и лишить человечество потенциально огромных выгод. Вместо этого предлагается сосредоточиться на ответственном развитии, строгом регулировании и постоянном мониторинге рисков.

Основные области применения наноразмерных элементов, такие как электроника, медицина, химическая фармацевтика и биология, несут как величайшие надежды, так и самые серьезные вызовы. Ответственный подход к развитию молекулярного и атомарного манипулирования требует постоянного диалога между учеными, политиками, этиками и обществом для формирования адекватных стратегий управления рисками и использования преимуществ этих революционных технологий на благо всего человечества.

Заключение и перспективы

Путешествие в мир молекулярного и атомарного манипулирования, начавшееся с визионерских идей Ричарда Фейнмана, сегодня трансформировалось в одну из самых динамично развивающихся областей науки и техники. Мы проследили путь от теоретических предположений о возможности работы с атомами к практическим реализациям, позволяющим создавать наноструктуры методом самоорганизации, точечно воздействовать на микрообъекты оптическими пинцетами и сканирующими зондовыми микроскопами, а также контролировать квантовые состояния для создания вычислительных и сенсорных систем нового поколения.

Ключевые достижения в этой области включают:

• Фундаментальное понимание уникальных свойств материи на наномасштабе, позволяющее целенаправленно проектировать материалы с заданными характеристиками.
• Мастерство в управлении процессами самосборки и самоорганизации, что дает возможность создавать сложные наноструктуры «снизу вверх», используя внутренние взаимодействия.
• Разработка высокоточных инструментальных методов, таких как оптические пинцеты и сканирующие зондовые микроскопы, которые позволяют манипулировать отдельными атомами и молекулами с беспрецедентной точностью.
• Прорывы в манипулировании квантовыми состояниями атомов и ионов, открывающие путь к квантовым компьютерам с беспрецедентной мощностью и квантовым сенсорам с высочайшей чувствительностью, включая значительные российские разработки в этом направлении.

Будущие направления исследований обещают еще более глубокое погружение в наномир. Мы можем ожидать дальнейшего развития:

• Автоматизированных наносистем: Создание молекулярных машин и нанороботов, способных выполнять сложные задачи без постоянного контроля человека.
• Искусственного интеллекта в нанотехнологиях: Использование ИИ для проектирования новых наноматериалов, оптимизации процессов самосборки и управления квантовыми системами.
• Наномедицины нового поколения: Целевая доставка лекарств, раннее обнаружение заболеваний, регенеративная медицина на клеточном уровне и, возможно, терапия, изменяющая генетические дефекты с атомной точностью.
• Квантовой инженерии: Разработка масштабируемых квантовых компьютеров, создание распределенных квантовых сетей и новых типов квантовых сенсоров для различных приложений.

Однако, как показал наш анализ, эти блестящие перспективы неразрывно связаны с серьезными вызовами. Экологические риски, вопросы безопасности наноматериалов, а также глубокие этические дилеммы, связанные с совершенствованием человека и потенциальными социальными преобразованиями, требуют самого пристального внимания.

Необходимость междисциплинарного подхода становится еще более очевидной. Только объединяя усилия физиков, химиков, биологов, инженеров, этиков и социологов, человечество сможет обеспечить ответственное развитие этих технологий. Потенциал для прорывных инноваций огромен, но его реализация требует не только научного гения, но и мудрости, предвидения и готовности к открытому диалогу. Молекулярное и атомарное манипулирование – это не просто набор методов, это новая парадигма взаимодействия с материей, которая изменит мир, и наша задача – сделать эти изменения максимально позитивными и безопасными.

Список использованной литературы

1. Шрейдер А. В. Оксидирование алюминия и его сплавов. Москва : Металлургиздат, 1960. 198 с.
2. Голубев А. И. Анодное окисление алюминиевых сплавов. Москва : Изд-во АН СССР, 1961. 221 с.
3. Юнг Л. Анодные оксидные пленки. Ленинград : Энергия, 1967. 232 с.
4. Томашов Н. Д., Тюкина М. Н., Заливалов Ф. П. Толстослойное анодирование алюминия и его сплавов. Москва : Машиностроение, 1968. 156 с.
5. Остерман Л. А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот: Электрофорез и ультрацентрифугирование (практическое пособие). Москва : Наука, 1981. 288 с.
6. Беленький М. А., Иванов А. Ф. Электрооосаждение металлических покрытий, справочник. Москва : Металлургия, 1985.
7. Хенли В. Ф. Анодное оксидирование алюминия и его сплавов. Москва : Металлургия, 1986. 152 с.
8. Дрекслер Э. К. Машины создания. Anchor Books, 1986. ISBN 0-385-19973-2.
9. Аверьянов Е. Е. Справочник по анодированию. Москва : Машиностроение, 1988. 224 с. ISBN 5-217-00273-5.
10. Остерман Л. А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот. Москва : МЦНМО, 2002. 248 с.
11. Шека Е. Ф. Квантовая нанотехнология и квантовая химия // Российский химический журнал. 2002. Т. XLVI, № 5. С. 15-21.
12. Прайд В., Коротаев А. В. Новые технологии и продолжение эволюции человека, Трансгуманистический проект будущего. Москва : Издательство ЛКИ, 2008. 320 с. ISBN 978-5-382-00795-3.
13. Tarasov V. E. Quantum Nanotechnology // International Journal of Nanoscience. 2009. Vol. 8, № 4-5. P. 337-344.
14. Квантовые вычисления на ионах в ловушках: принципы, достижения и перспективы. URL: https://ufn.ru/ufn20/ufn20_2020_1110_7_1.pdf (дата обращения: 31.10.2025).
15. Теоретические модели самоорганизации наночастиц. URL: https://www.researchgate.net/publication/348489815_TEORETICESKIE_MODELI_SAMOORGANIZACII_NANOCASTIC (дата обращения: 31.10.2025).
16. Ребров Н. В. Самосборка в нанотехнологии. URL: https://m.edu.ru/DLibrary/Rebrov_N.V._Samosborka_v_nanotehnologii.html (дата обращения: 31.10.2025).
17. Фейнман Р. П. Внизу много места: приглашение в новую область физики // Caltech Engineering and Science. 1960. Т. 23, № 5. С. 22-36. URL: https://molpit.ru/blog/2022/12/29/richard-feinman-vnizu-mnogo-mesta/ (дата обращения: 31.10.2025).
18. Лекция 4: Электрофоретические методы. URL: https://old.bio.bsu.by/biofiz/Metody/Lek_4_elektroforeticheskie_metody.pdf (дата обращения: 31.10.2025).
19. Нанотехнологии и безопасность. URL: https://uran.ru/sites/default/files/images/science_news/nanotekhnologii_i_bezopasnost.pdf (дата обращения: 31.10.2025).
20. Электрофорез в агарозном геле. URL: https://bspu.by/m/files/kafedry/himia/metodichki/Bioorganicheskaya_himiya/2.pdf (дата обращения: 31.10.2025).
21. Этические проблемы и принципы применения нанотехнологий в биомедицине и генетике. URL: https://anthropology.com.ua/doc/j/jp2019_1_09.pdf (дата обращения: 31.10.2025).
22. Самосборка наночастиц в микрообъеме коллоидного раствора: физика, моделирование, эксперимент. URL: http://www.photochemistry.ru/index.php/component/content/article/87-2015-08-05-18-09-08/212-self-assembly-of-nanoparticles-in-a-microvolume-of-colloidal-solution-physics-modeling-experiment (дата обращения: 31.10.2025).
23. Технологии самоорганизации. URL: https://www.nanoindustry.ru/upload/iblock/c38/c385b2064104719bfd02f74158448b11.pdf (дата обращения: 31.10.2025).
24. Квантовые сенсоры электрических полей на основе высоковозбуждённых ридберговских атомов. URL: http://www.radiophysics.ru/articles/2024/01/59_full.pdf (дата обращения: 31.10.2025).
25. Ионные ловушки и особенности их применения в универсальных квантовых вычислителях. URL: https://www.researchgate.net/publication/348489815_TEORICESKIE_MODELI_SAMOORGANIZACII_NANOCASTIC (дата обращения: 31.10.2025).
26. Квантовая сенсорика и метрология на основе ультрахолодных атомов. URL: https://www.fian.ru/science/presentations/2019/12/16/Balykin%20FIAN.pdf (дата обращения: 31.10.2025).
27. Самоорганизация и самосборка. URL: https://www.researchgate.net/publication/337482458_Samoorganizacia_i_samosborka (дата обращения: 31.10.2025).
28. Принципы самоорганизации в наносистемах. URL: https://nanophysics.ru/index.php/nanosistemy/printsipy-samoorganizatsii-v-nanosistemakh (дата обращения: 31.10.2025).
29. Исследование самосборки и самоорганизация атомных наночастиц металлов группы железа методом Монте-Карло. URL: https://www.semanticscholar.org/paper/54.-%D0%98%D1%81%D1%81%D0%BB%D0%B5%D0%B4%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5-%D1%81%D0%B0%D0%BC%D0%BE%D1%81%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%BA%D0%B8-%D0%B8-%D0%B8-%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%BD%D1%8B%D1%85-%D0%93%D1%80%D0%B8%D1%88%D0%BA%D0%BE-%D0%96%D1%83%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9/b63013d5a49b6b7189196b01b694939a957b11d9 (дата обращения: 31.10.2025).
30. Нанотехнологии и наноматериалы. Энгельсский Технологический Институт. URL: https://www.engti.ru/media/files/library/nanomaterialy.pdf (дата обращения: 31.10.2025).
31. Самоорганизация – ключ к нанотехнологиям в электронике. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/samoorganizatsiya-klyuch-k-nanotehnologiyam-v-elektronike (дата обращения: 31.10.2025).
32. Самоорганизация на молекулярном уровне – естественнонаучная основа нанотехнологий. Их роль в использовании энергии среды. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/samoorganizatsiya-na-molekulyarnom-urovne-estestvennonauchnaya-osnova-nanotehnologiy-ih-rol-v-ispolzovanii-energii-sredy (дата обращения: 31.10.2025).
33. Нанотехнологии в современном мире. URL: https://merzlikina.ru/tehnologii/nanotehnologii-v-sovremennom-mire.html (дата обращения: 31.10.2025).
34. Физики изготовили микроловушку Пеннинга для квантовых вычислений // nplus1.ru. 2024. 22 марта. URL: https://nplus1.ru/news/2024/03/22/penning-trap-quantum-computing (дата обращения: 31.10.2025).
35. Новые оптические ловушки для захвата и манипулирования микрочастицами // kirensky.ru. URL: https://www.kirensky.ru/ru/news/novye-opticheskie-lovushki-dlya-zakhvata-i-manipulirovaniya-mikrochastitsami (дата обращения: 31.10.2025).
36. Ученые разработали безопасный оптический пинцет для манипуляции микрообъектами // lasernew.ru. URL: https://lasernew.ru/novosti/uchenye-razrabotali-bezopasnyj-opticheskij-pintset-dlya-manipulyatsii-mikroobektami (дата обращения: 31.10.2025).
37. Российские учёные сделали оптический пинцет для микрообъектов // sdelanounas.ru. URL: https://sdelanounas.ru/blogs/9651/ (дата обращения: 31.10.2025).
38. Найден способ улучшить чувствительность и точность квантового сенсора // hse.ru. URL: https://www.hse.ru/news/science/861759491.html (дата обращения: 31.10.2025).
39. Квантовые сенсоры: достижения и перспективы развития // ras.ru. URL: https://ras.ru/news/shownews.aspx?id=14187313-050f-482a-a555-520e5c83b8b6 (дата обращения: 31.10.2025).
40. Этическое регулирование нанотехнологий: исследовательская этика или наноэтика? // cyberleninka.ru. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/eticheskoe-regulirovanie-nanotehnologiy-issledovatelskaya-etika-ili-nanoetika (дата обращения: 31.10.2025).
41. Этические проблемы нанотехнологий в контексте экологии человека // cyberleninka.ru. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/eticheskie-problemy-nanotehnologiy-v-kontekste-ekologii-cheloveka (дата обращения: 31.10.2025).
42. Самосборка. Предметный указатель. Роснано. URL: https://www.rusnano.com/glossary/samosborka (дата обращения: 31.10.2025).
43. нано. ДГТУ. Дистанционные ресурсы. URL: https://donstu.ru/upload/files/nanotechnologies/lectures/nanotech_lect_01.pdf (дата обращения: 31.10.2025).