Учёным, занимающимся исследованиями в области нанохимии, приходится сталкиваться со многими проблемами. Публикации по нанохимии указывают на то, что теоретическое и экспериментальное направления в нанохимии развиваются при значительном отставании теории от эксперимента, но с большим прикладным выходом в технику, медицину и экологическую химию.

Теоретическая нанохимия сосредотачивается на формулировании основного кинетического уравнения для изменения функции распределения наночастиц по состояниям в процессе синтеза и использования ультрадисперсных веществ. Это уравнение отражает закономерности изменения внешних (положение центра масс в пространстве , скорость движения, масса) и внутренних (состав, структура, дефектность) координат отдельного нанотела в фазовом пространстве во времени [4]. Сейчас эти расчёты проводят путём приближённого решения уравнения Шрёдингера для непосредственно контактирующих атомов, а взаимодействия наиболее удалённых атомов учитывают, вводя произвольный или эмпирический потенциал взаимодействия.

Что касается экспериментальной нанохимии, то она развивается в трёх направлениях. В рамках первого из них разрабатываются и используются сверхчувствительные спектральные методы, дающие возможность судить о структуре молекул, включающих десятки и сотни атомов. В рамках второго направления исследуют явления при локальных электрических, магнитных или механических воздействиях на нанотела, реализуемых с помощью нанозондов и специальных манипуляторов. При этом преследуется цель изучить взаимодействие отдельных молекул газа с нанотелами, нанотел друг с другом, выявить возможность внутримолекулярных перегруппировок без разрушения молекул и с их распадом, а также осуществить «атомную сборку», то есть попытаться, перемещая атомы по поверхности подложки, собрать из них нанотело нужного радиуса. Работы третьего направления сконцентрированы на прецизионном определении макрокинетических характеристик коллективов нанотел и функций распределения нанотел по параметрам состояния с целью детализации основного кинетического уравнения.

Прикладная нанохимия нацелена на изучение явлений, происходящих при использовании нанотел в технике (техническая нанохимия), при функционировании ультрадисперсных лекарств в живых организмах (медицинская нанохимия) и при миграции ультрадисперсных веществ в окружающей среде (экологическая нанохимия). Кроме того, значительная часть прикладных работ направлена на синтез наноструктур (синтетическая нанохимия). В прикладной нанохимии отмечается тенденция к сближению содержания работ с фундаментальными исследованиями. Объём информации, которую приходится накапливать при решении каждой прикладной задачи, столь велик, что экспериментальный поиск оптимальных решений замедлен [4].

1.2 Нанотехнология

Собственно говоря, в мире до сих пор нет однозначного определения этого термина. На данный момент само существование наноматериалов и нанотехнологий вызывает разнообразные мнения, взгляды и порождает мифы. Одно из самых популярных объяснений для простых обывателей таково: нанотехнологии – это определенные технологии манипулирования веществом на молекулярном и атомном уровне. Как и любое другое явление, нано породило два противоположных мнения о себе: первое заключается в том, что нанотехнологии – это наше будущее, наше развитие, наше все, а второе гласит о том, что нано – это всего лишь временная блажь ученых, занимающихся выколачиванием денег на свои опыты, определенная мода в научном мире, которая вскоре пройдет. Но оба этих взгляда, в принципе, неверны. Что касается развития, то нанотехнологии – это действительно новая ступень научного знания, которая может принести реальные сдвиги в плане продуктивных технологий, значение которых день ото дня только возрастает. Однако на данный момент в некоторых областях науки применение результатов или продуктов нанотехнологии может быть вредным или не очень удобным [19].

Итак, в каких же областях жизни используются продукты нано? Их бесчисленное множество.

Пища. Нанопища – это еда, для образования которой использовались нанотехнологии. Скажем, при обработке растений или содержании скота, или в создании упаковки. Такая пища содержит видоизмененные молекулы, которые наделяют продукты питания необычными для них свойствами: например, они могут светиться в темноте или быть необычного цвета. Что касается пользы, то здесь она является главным аргументом за. Дело в том, что нанотехнологии в создании пищи улучшают ее питательные свойства и делают более качественной. Такое производство продуктов идеально подходит развивающимся странам, так как является относительно недорогим. Развитые страны тоже стремятся заполучить столь полезный и ценный продукт, потому что привыкли следить за своим здоровьем, а развитие нанотехнологий может наделить пищу большим количеством витаминов и снизить содержание в ней вредных веществ [19].

Здоровье. Здесь развитие нанотехнологий отражается практически на всем. Ученые применяют свои разработки в самых разнообразных отраслях медицины. Не так давно специалисты из Мичиганского университета создали совершенно новый вариант вакцины от сибирской язвы, естественно, с применением нанотехнологий. Они заключили один из возбудителей болезни в частицы, состоящие из воды, спирта, соевого масла и некоторых других, и такую эмульсию впрыскивали в нос подопытным мышам. Вследствие этого у животных выработался иммунитет к данной болезни. Плюсы такой вакцины в том, что она может вводиться в организм пораженного болезнью путем распыления, без шприца, а также неприхотлива в плане хранения: она может находиться при комнатной температуре [19].

Применяются нанотехнологии и для укрепления протезов. Ученые изобрели нанопроволоку, которая позволяет прочно укрепить титановые имплантанты. Такие протезы применяются в медицине для замены поврежденных костей. Но мышечная ткань не может прочно укрепиться на гладкой поверхности обычного титанового имплантанта, поэтому его приходится менять, а значит, лишний раз извне вторгаться в организм, чего он совсем не любит. Однако покрытие имплантантов нанопроволокой диоксида титана позволило разрешить эту проблему. Специалисты школ фармацевтики создали трехмерную модель раковых клеток, сосуществующих рядом с нормальными здоровыми клетками. Они смогли ввести в такую модель специальные наночастицы, которые пригодны для доставки лекарств. В процессе эксперимента моделировалось взаимодействие раковых клеток с нормальными тканями, которое определяется положением опухоли внутри головного мозга. По словам ученых, в дальнейшем такие исследования могут привести к эффективной терапии рака мозга.

Ученые создали наночастицы, которые могут обнаружить и показать количество перекиси водорода в организме (известно, что клетки на ранних стадиях заболевания производят перекись водорода). Такие частицы, возможно, когда-нибудь смогут использоваться в качестве универсального инструмента диагностики для того, чтобы обнаружить любые болезни на самых первых этапах. Синтезированные наночастицы в дальнейшем процессе изучения этой проблемы могут помочь понять роль перекиси водорода в протекании болезней, а также стать их своеобразной диагностикой.