Текст с переводом What Is Nanotechnology? | Что такое нанотехнологии?

Английский текст What Is Nanotechnology?

Текст на английском с переводом на русский язык будет полезен тем, кто изучает английский в школе или вузе. Репетитор английского языка в Мурино использует данный текст, чтобы пополнить запас английских слов у учеников. Данный текст будет интересен тем школьникам, кто хочет обладать техническими знаниями.

Вы можете заказать перевод с английского на русский здесь.

 

     
What Is Nanotechnology?   Что такое нанотехнологии?

Most current applications of nanotechnology are evolutionary in nature, offering incremental improvements to existing products and generally modest economic and societal benefits. For example, nanotechnology has been used in display screens to improve picture quality, color, and brightness, provide wider viewing angles, reduce power consumption and extend product lives; in automobile bumpers, cargo beds, and step-assists to reduce weight, increase resistance to dents and scratches, and eliminate rust; in clothes to increase resistance to staining, wrinkling, and bacterial growth and to provide lighter-weight body armor; and in sporting goods, such as baseball bats and golf clubs, to improve performance.4
Nanotechnology plays a central role in some current applications with substantial economic value. For example, nanotechnology is a fundamental enabling technology in nearly all microchips and is fundamental to improvements in chip speed, size, weight, and energy use. Similarly, nanotechnology has substantially increased the storage density of non-volatile flash memory and computer hard drives.
In the longer term, proponents of nanotechnology believe it may deliver revolutionary advances with profound economic and societal implications. The applications they discuss involve various degrees of speculation and varying time-frames. The examples below suggest a few of the areas where revolutionary advances may emerge, and for which early R&D efforts may provide insights into how such advances might be achieved.
• Detection and treatment of diseases. A wide range of nanotechnology applications are being developed to detect and treat diseases:
• Cancer. Current nanotechnology disease detection efforts include the
development of sensors that can identify biomarkers—such as altered genes,5 receptor proteins that are indicative of newly-developing blood vessels associated with early tumor development,6 and prostate specific antigens (PSA)7—that may provide an early indicator of cancer.8 Some of these approaches are currently in clinical trials or have been approved for use by the Food and Drug Administration.9 One approach uses carbon nanotubes and nanowires to identify the unique molecular signals of cancer biomarkers.
Another approach uses nanoscale cantilevers—resembling a row of diving boards—treated with molecules that bind only with cancer biomarkers. When these molecules bind, the additional weight alters the resonant frequency of the cantilevers indicating the presence and concentration of these biomarkers.
Nanotechnology also holds promise for showing the presence, location, and/or contours of cancer, cardiovascular disease, or neurological disease. Current R&D efforts employ metallic, magnetic, and polymeric nanoparticles with strong imaging characteristics attached to an antibody or other agent that binds selectively with targeted cells. The imaging results can be used to guide surgical procedures and to monitor the effectiveness of non-surgical therapies in killing the disease or slowing its growth. Nanotechnology may also offer new cancer treatment approaches. For example, researchers have developed a chemically engineered adenovirus nanoparticle to deliver a molecule that stimulates the immune system10 11 and a nanoparticle that safely shuts down a key enzyme in cancer cells.11 Another approach employs nanoshells with a core of silica and an outer metallic shell that can be engineered to concentrate at cancer lesion sites. Once at the sites, a harmless energy source (such as near-infrared light) can be used to cause the nanoshells to heat, killing the cancer cells they are attached to.12 Yet another treatment uses a dual cancer-killing approach. A gold nanoshell containing a chemotherapy drug attaches itself to a cancer cell. The shell is then heated using a near-infrared light source, killing the cancer cells in the vicinity while also rupturing the shell, releasing the chemotherapy drug inside the tumor.13 Another approach would employ a nanoparticle to carry three or more different drugs and release them “in response to three distinct triggering mechanisms.”14
•     Ebola. In February 2015, amid the Ebola outbreak in West Africa that began in 2014, the Food and Drug Administration provided emergency authorization of a nanotechnology-enabled antigen test for the detection of Ebola viruses.
•     Influenza. Medical researchers at the National Institutes for Health are using nanotechnology in the development of a molecule they intend to serve as a universal influenza vaccine that “stimulates the production of antibodies to fight against the ever-changing flu virus.”15
•     Diabetes. Diabetes is the target of a nano-enabled skin patch that painlessly delivers insulin using an array of microneedles, each of which contains more than 100 million vesicles that release insulin in response to the detection of high glucose levels.16
•     Renewable energy. A number of different nanotechnology applications may deliver important advances in renewable energy. One of the NNI’s Signature Initiatives17—Nanotechnology for Solar Energy Collection and Conversion— seeks to improve photovoltaic solar electricity generation, solar thermal energy generation and conversion, and solar-to-fuel conversions. The National Renewable Energy Laboratory has developed a nanoparticle etching process that creates a texture on photovoltaic cells that gives a black appearance which can better absorb the sun’s energy. These “black silicon” solar cells set a world record (18.2%) for energy conversion efficiency. An application developed to improve solar thermal energy conversion efficiency uses a low-cost, scalable process to produce high-performance nanostructured coatings that enable thermal conversion efficiencies of more than 90% and increases the temperature range for heat-transfer fluids to more than 1200° Fahrenheit. In addition, bio-inspired applications seek to use nanomaterials to produce fuels or feedstocks for high-value-added chemical products directly from sunlight.18 Nanoscale semiconductor catalysts and additives show promise for improving the production of hydrogen from water using sunlight. The optical properties of these nanoscale catalysts allow the process to use a wider spectrum of sunlight. Similarly, nanostructured photovoltaic devices (e.g., solar cells) may improve the efficiency of converting sunlight into electricity by using a wider spectrum of sunlight.19 Improved hydrogen storage, a key challenge in fuel cell applications, may be achieved by tapping the chemical properties and large surface area of certain nanostructured materials. Nanotechnology offers the potential for improvements in energy storage, a key enabling technology for renewable energy, with at least one current prototype exceeding the energy storage of standard batteries by 40%.20
•     Water treatment. Nanotechnology approaches—such as nanosorbents, nanocatalysts, bioactive nanoparticles, nanostructured catalytic membranes, and nanoparticle enhanced filtration—may enable improved water quality in both large-scale water treatment plants and point-of-use systems.21 Nanotechnology water desalination and filtration systems may offer affordable, scalable, and portable water filtration systems. Filters employing nanoscale pores work by allowing water molecules to pass through, but preventing larger molecules, such as salt ions and other impurities (e.g., bacteria, viruses, heavy metals, and organic material), from doing so.22 Some nanoscale filtration systems also employ a matrix of polymers and nanoparticles that serve to attract water molecules to the filter and to repel contaminants.23
•     Agricultural and food applications. Nanobiosensors capable of monitoring and detecting the presence of a virus or disease-infecting particle may enable early, targeted application of pesticides and herbicides increasing crop yield, lowering costs, and reducing environmental impact; similarly, other nanotechnology sensors may help to improve nutrient and water management. Reducing health- promoting bioactive compounds to nanoscale particles can improve delivery properties, solubility, targetability, and efficient absorption through cells. Nanotechnology can also improve the shelf life of products by incorporating antimicrobial properties into the packaging to protect food against pathogens.24 Nanotechnology also offers the potential for improved nutrition. Some companies are exploring the development of nanocapsules that release nutrients targeted at specific parts of the body at specific times.25
•     Self-healing materials. Nanotechnology may offer approaches that enable materials to “self-heal” by incorporating, for example, nanocontainers of a repair substance (e.g., an epoxy) throughout the material. When a crack or corrosion reaches a nanocontainer, the nanocontainer could be designed to open and release its repair material to fill the gap and seal the crack.26
•     Toxin and pathogen sensors. Microfluidic and nanocantilever sensors (discussed earlier) may be engineered to detect specific pathogens (e.g., bacteria, virus) or toxins (e.g., sarin gas, hydrogen cyanide) by detecting their unique molecular signals or through selective binding with an engineered nanoparticle.27
•     Environmental remediation. The high surface-to-volume ratio, high reactivity, and small size of some nanoscale particles (e.g., nanoscale iron) may offer more effective and less costly solutions for remediation of environmental contamination. By injecting engineered nanoparticles into the ground, these characteristics can be employed to enable the particles to move more easily through a contaminated site and bond more readily with targeted contaminants.


 

Современные применения нанотехнологий являются эволюционными по своей природе. Они предлагают поэтапное улучшение существующих продуктов и как правило скромные экономические и социальные выгоды. Например, нанотехнологии используются в экранах дисплея для улучшения качества, цвета и яркости картинки, для обеспечения более широких углов обзора, а также, чтобы снизить расход энергии и увеличить срок службы изделия; в автомобильных бамперах, грузовых платформах и подножек, чтобы снизить вес, повысить сопротивление вмятинам и царапинам и устранить коррозию; в одежде, чтобы повысить стойкость к образованию пятен, складок, размножению бактерий и обеспечить легкими бронежилетами; в спортивных товарах, например, бейсбольных битах и клюшках для гольфа, улучшить эксплуатационные характеристики.4
Нанотехнологии играют центральную роль в некоторых современных применениях со значительной экономической ценностью. Например, нанотехнологии - это фундаментальные, эффективные технологии, которые встречаются  практически во всех микросхемах, и они являются фундаментальными для повышения рабочей частоты микросхемы, уменьшения размера, веса и количества используемой энергии.  Таким же образом, нанотехнологии существенным образом повысили плотность размещения информации в энергонезависимой флеш-памяти и накопителях на жестких дисках.
В долгосрочном плане, сторонники нанотехнологий верят, что они обеспечат революционные улучшения с серьезными экономическими и социальными последствиями. Они обсуждают применения с различной степенью предположения и различными сроками внедрения. Примеры ниже указывают на несколько областей, где революционные улучшения могут появиться, и для которых выполненные ранее исследования и разработки могут дать понимание тому, как могут быть достигнуты такие улучшения.
• Выявление и лечение заболеваний. Сейчас разрабатывается множество применений нанотехнологий, чтобы обнаруживать и лечить заболевания:
• Рак. Сегодня деятельность по диагностике заболеваний с точки зрения нанотехнологий включает
разработку датчиков, которые могут идентифицировать биомаркеры - например, измененные гены,5 рецепторные белки, указывающие на новые формирующиеся кровеносные сосуды, которые ассоциируются с ранним развитием опухоли,6 и простатические специфические антигены (ПСА)7— которые могут быть ранним индикатором рака.8 Некоторые из этих методов в настоящее время проходят клинические испытания или уже одобрены для использования Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов.9 Один метод использует углеродные нанотрубки и нанопроволоку для идентификации уникальных молекулярных признаков биомаркеров рака.
Другой метод использует наноразмерные кантилеверы - похожие на ряд трамплинов - обработанные молекулами, которые связываются только с биомаркерами рака. Когда эти молекулы связываются, дополнительный вес изменяет резонансную частоту кантилеверов, указывая на присутствие и концентрацию этих биомаркеров.
Нанотехнологии также являются многообещающими с точки зрения демонстрации наличия, локализации и/или контуров рака, сердечно-сосудистого заболевания или неврологического заболевания. В настоящее время в исследованиях и разработках используются металлические, магнитные и полимерные наночастицы с сильными характеристиками отображения, прикрепленные к антителу или к другому агенту, которые связываются селективно с клетками-мишенями. Результаты визуализации могут быть использованы для принятия решения по хирургическому вмешательству и контроля эффективности консервативного лечения, чтобы победить болезнь или замедлить ее рост. Нанотехнологии могут также предложить новые методы лечения рака. Например, ученые разработали при помощи химических методов наночастицу аденовируса для доставки молекулы, которая стимулирует иммунную систему10 11 и наночастицу, которая отключает ключевой фермент в раковых клетках.11 Другой метод использует нанооболочки с сердечником из диоксида кремния и внешней металлической оболочки, которые могут быть спроектированы для концентрации в местах, поврежденных раком. Однажды в этих местах может быть использован безвредный источник энергии (например, свет ближнего инфракрасного диапазона), который вызовет нагрев нанооболочек, убивая раковые клетки, к которым они прикреплены. 12 Еще один метод лечения использует двойной подход, убивающий рак. Золотая наногильза, содержащая препарат химиотерапии, прикрепляется к раковой клетке.  Затем гильза нагревается с использованием источника света ближнего инфракрасного диапазона, убивая клетки рака поблизости, при этом разрывается сама гильза и препарат химиотерапии попадает внутрь опухоли.13 Другой метод использует наночастицу с тремя или более различными лекарственными препаратами, которая выпускает их «в ответ на три различные триггерные механизмы».14
•     Эбола. В феврале 2015, во время вспышки Эболы в Западной Африке, которая началась в 2014, Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов предоставила разрешение при чрезвычайном положении на антигенный тест с использование нанотехнологий для обнаружения вирусов Эбола.
•     Грипп. Ученые-медики Национальных институтов здоровья используют нанотехнологии для создания молекулы, которая, как они планируют, будет служить универсальной вакциной от гриппа, “стимулировать образование антител для борьбы с постоянно меняющимися вирусами гриппа.”15
•     Диабет. Диабет - цель для трансдермального пластыря на основе нанотехнологий, который безболезненно доставляет инсулин, используя набор микроигл, каждая из которых содержит более чем 100 миллионов пузырьков, которые выделяют инсулин в ответ на обнаруженный высокий уровень глюкозы.16
•     Возобновляемая энергетика. Несколько различных применений нанотехнологий могут обеспечить важные улучшения в сфере возобновляемой энергетики. Один из ключевых проектов ННИ (Национальная нанотехнологическая инициатива)17— Нанотехнология для аккумуляции и преобразования солнечной энергии - пытается улучшить производство фотогальванической солнечной электроэнергии, производство и преобразование солнечной тепловой энергии и преобразование солнечной энергии в топливо. Национальная лаборатория по изучению возобновляемой энергии разработала процесс травления наночастиц, который создает текстуру на фотоэлектрических ячейках, обеспечивающую черный внешний вид, позволяющий лучше поглощать солнечную энергию.  Эти солнечные элементы из «черного кремния» поставили мировой рекорд по эффективности преобразования энергии (18.2%). Устройство, созданное для повышения эффективности преобразование солнечной тепловой энергии, использует масштабируемый процесс для производства высокоэффективных наноструктурных покрытий, которые делают возможным эффективность преобразования тепловой энергии более 90% и повышают интервал температур для жидкостей-теплоносителей до более чем 1200° по Фаренгейту. Кроме того, в устройствах на основе биотехнологий стараются использовать наноматериалы для производства топлива или сырья для химических продуктов с высокой добавленной стоимостью напрямую от солнечного света.18 Полупроводниковые катализаторы и добавки нанометровых размеров обещают совершенствование производства водорода из воды при помощи солнечного света.  Оптические свойства этих катализаторов позволяют процессу использовать более широкий спектр солнечного света. Подобным образом, наноструктурные фотогальванические устройства (например, солнечные элементы) могут повысить эффективность преобразования солнечного света в электричество используя более широкий спектр солнечного света.19 Улучшенное хранение водорода, ключевой вопрос для топливных элементов, может быть достигнуто при помощи химических свойств и большой площади поверхности определенных наноструктурных материалов.  Нанотехнология предлагает потенциал для улучшений в сфере аккумулирования энергии, ключевой технологии для возобновляемой энергетики. При этом существует по крайней мере один прототип, у которого запас энергии больше на 40% по сравнению со стандартными батареями.20
•     Очистка сточных вод. Такие примеры нанотехнологий, как наносорбенты, нанокатализаторы, биоактивные наночастицы, наноструктурные, каталитические мембраны и фильтрация усиленная наночастицами, могут улучшить качество воды как на больших предприятиях по очистке сточных вод, так и в точках использования.21 Нанотехнологии, касающиеся опреснения воды и систем фильтрации, могут предложить доступные по стоимости, масштабируемые и переносные системы фильтрации воды. Фильтры через поры нанометровых размеров пропускают через себя молекулы воды, при этом не пропуская более крупные молекулы, например, ионы соли и другие примеси (например, бактерии, вирусы, тяжелые металлы и органические вещества).22 Некоторые системы фильтрации нанометровых размеров также используют матрицу полимеров и наночастицы, которые служат для притягивания молекул воды к фильтру и отталкивать загрязняющие вещества.23
•     Применение в сельском хозяйстве и пищевой промышленности. Нанобиодатчики, способные отслеживать и обнаруживать наличие вируса или частицы, зараженной возбудителем заболевания, могут сделать возможным раннее, целевое применение пестицидов и гербицицов для повышения урожая, снижения издержек и воздействия на окружающую среду; подобным же образом нанотехнологические датчики могут помочь улучшить использование водных и пищевых ресурсов. Уменьшение биологически активных составов для улучшения здоровья до частиц нанометровых размеров может улучшить доставку, растворимость, фокусируемость и абсорбцию через клетки. Нанотехнологии также могут увеличить срок хранения продуктов путем добавления антимикробных свойств упаковке, чтобы защитить пищу от патогенных микроорганизмов.24 Нанотехнологии также предлагают потенциальные возможности для улучшения питания. Некоторые компании изучают возможность создания нанокапсул, которые выделяют питательные вещества, предназначенные для определенных частей тела в определенное время.25
•     Самовосстанавливающиеся материалы. Нанотехнологии, возможно, предложат методы, которые дадут возможность материалам самовосстанавливаться посредством включения в материал, например, наноконтейнеров ремонтного вещества (например, эпоксидная смола). Когда трещина или коррозия достигает наноконтейнера, наноконтейнер может открыться и выделить ремонтный материал, чтобы заполнить разрыв и загерметизировать трещину.26
•     Датчики патогенных микроорганизмов и токсинов. Микрожидскостные и наноразмерные кантилеверные воспринимающие элементы (ранее рассмотренные) могут быть разработаны для обнаружения определенных болезнетворных организмов (например, бактерий, вирусов) или токсинов (например, газа зарина, синильной кислоты) посредством обнаружения их уникальных молекулярных сигналов или посредством селективного связывания с разработанной наночастицей.27
•     Экологическая реабилитация. Высокое отношение поверхности к объему, высокая реактивность и небольшая величина некоторых наноразмерных частиц (например, наноразмерное железо) могут предложить более эффективные и менее затратные решения для экологической реабилитации.  Посредством введения в почву разработанных инженерами наночастиц эти характеристики могут быть использованы для того, чтобы частицы более легко проходили через загрязненные места и без труда связывались с целевыми загрязнителями.

     

 

Репетитор английского в Мурино, м. Девяткино

Индивидуальные занятия для школьников по английскому языку в Мурино, м. Девяткино. Если вы хотите подтянуть знания по английскому у вашего ребенка, можете обратиться к профессиональному репетитору. Преподаем английский язык в Санкт-Петербурге и Мурино.

Контакты

tel

Навигация

Полезные материалы

Английский в Мурино. м. Девяткино