Наноплащ, наношина и другие солдатские нанотехнологии

При Массачусетском технологическом институте – одном из ведущих научно-исследовательских университетов мира – с 2002 года функционирует Институт солдатских нанотехнологий (The Institute for Soldier Nanotechnologies, ISN). Он был организован в рамках пятилетнего контракта МИТ и научно-исследовательского управления вооруженных сил США (сумма контракта – $50 млн). Проект был признан успешным, и контракт был продлен еще на пять лет. Цель работы института – развитие и внедрение нанотехнологий в обеспечение армии, чтобы в конечном итоге кардинально снизить число жертв среди солдат при ведении военных действий. Конечная цель –

создание «армии XXI века», снабженной высокотехнологичным снаряжением, совмещающем в себе высокую функциональность, легкий вес и комфортность в использовании: некий пуленепробиваемый комбинезон, при этом толщиной комбинезона из спандекса, способный отслеживать состояние здоровья, облегчать боль при повреждениях и мгновенно реагировать на действие химических и биологических реагентов.

Сейчас эта картина выглядит фантастической, но в долгосрочной перспективе использование нанотехнологий может приблизить ее к реальности. Такое оборудование смогло бы защитить солдат как от вражеского оружия, так и от угроз окружающей среды, а также вовремя диагностировать естественные болезни.

Нанотехнологии, считают специалисты института, самый верный подход к созданию «обмундирования будущего». С одной стороны, в самой их идее заложена концепция миниатюризации оборудования, ключевого аспекта для снижения его веса. Уже сегодня, например, большой радиопередатчик, который нужно носить через плечо на ремне, уступает место «бирке» размером с пуговицу на воротнике. Традиционный непромокаемый плащ-палатка может быть заменен сверхтонким перманентным покрытием, которое можно нанести не только на одежду, но и на все вещи солдата. Кроме того, наномир живет по физическим законам, отличным от ньютоновских принципов макромира, поэтому потенциально в его условиях могут быть разработаны материалы и устройства с очень необычными свойствами.

Институт ведет исследования в пяти направлениях:

создание сверхлегких многофункциональных нановолокон и наноматериалов, медобеспечение в обмундировании, защита от взрывов, разработка методов защиты от химического и биологического оружия, а также интеграция наносистем в единую систему защиты.

В рамках первого направления ученые пытаются модифицировать поверхность обычных текстильных материалов с помощью нанослоев с заданными свойствами. Практически не увеличивая вес ткани, такие слои могут придать ей устойчивость перед угрозами агрессивной внешней среды. Кроме того, исследователи пытаются внедрять в поверхности так называемые квантовые точки – наноразмерные частицы полупроводников, свойства которых зависят от их размера, состава и морфологии. Их использование открывает возможности к созданию сверхлегких детекторов света, светоизлучателей и устройств хранения информации. Интегрированные в одежду солдата и связанные в единую систему, эти устройства могут помочь ему лучше ориентироваться в незнакомой среде. Кроме того, квантовые точки как сенсоры, распознающие состав среды: это важно для контроля состояния солдата, а также обнаружения химического и биологического оружия. Аналогичные цели преследует исследование возможностей модификации и интеграции углеродных нанотрубок, а также создание мультифункциональных наноматериалов с заданными свойствами.

Второе направление – интегрирование в обмундирование устройств, постоянно контролирующих состояние здоровья солдата, а также усовершенствование методов полевой медицины. В частности, этому могут помочь

полимерные материалы с переменной гибкостью, которые в нужный момент могут стать шиной при переломах или ограничителем движения при повреждениях головы или шеи.

Дальнейшее развитие этих технологий – развитие методов оперативной диагностики опасных для жизни состояний и создание автоматической системы лечения – нанесения лекарственных препаратов на раны. Для этого разрабатываются волокна, содержащие бактерицидные и противовоспалительные вещества, которые они могут выделять при необходимости максимально оперативно и в условиях боя. Дальнейшие усовершенствования – внедрение тонких пленок белков, стимулирующих рост и заживление тканей. Методы разработки таких средств – объединение биоинформатики, генной инженерии, дизайна наноструктурированных материалов, синтез полимеров. Кроме того, проект включает в себя усовершенствование методов посттравматического восстановления солдат, в частности, нанодоставку лекарств в мозг перенесшего черепно-мозговую травму. О перспективах использования наночастиц для доставки лекарств в мозг человека при травмах рассказывал в своей лекции на «Газете.Ru» директор центра доставки лекарств и наномедицины Университета Небраски Александр Кабанов.

Учитывая высокую смертность от взрывов, характерную для современных войн, институт ведет исследования воздействия взрывов и осколочных ранений на мозг человека и другие ткани, а также разработку материалов, способных защитить организм от его опасных последствий – сверхлегких высокопрочных полимеров. Кроме того, институт совершенствует методы детектирования опасных химических и биологических агентов в окружающей среде, а также методы защиты организма от их воздействия. Об успехах ученых ISN в этой области свидетельствует статья, опубликованная недавно в Proceedings of the National Academy of Sciences. Специальное подразделение развивает возможности создания мультифункциональных материалов и устройств, совмещающих в себе все описанные выше важные свойства – от оптофизических до медицинских.