ננוטכנולוגיה: מבט לעבר העתיד

בדומה למדעי המחשב בשנות ה-60, התחום החדש הזה נמצא כיום בשלבי עיצוב והבנה בסיסיים ובשנים הקרובות הוא יעלה לגדולה בהדרגה, בארבעה שלבי התפתחות

מ' רוקו, סיינטיפיק אמריקן

הננוטכנולוגיה מצויה היום עדיין בשלב העיצוב שלה – בדומה למצבם של מדעי המחשב בשנות ה-60 ושל הביוטכנולוגיה בשנות ה-80. אבל התחום מתבגר במהירות. מ-1997 ועד 2005 זינקו ההשקעות הממשלתיות ברחבי העולם במחקר ובפיתוח ננוטכנולוגיים מ-432 מיליון דולר לכ-4.1 מיליארד, וההשקעה התעשייתית עקפה ב-2005 את ההשקעה הממשלתית. עד 2015, מוצרים המשלבים ננוטכנולוגיה יתרמו כטריליון דולר לכלכלה העולמית. כשני מיליון עובדים יועסקו בתעשיות הננוטכנולוגיות, ומספר המשרות הנלוות יהיה גבוה מזה פי שלושה.

הננוטכנולוגיה מתוארת בדרך כלל במונחים הקשורים למידות הזעירות של המאפיינים הפיזיים שבהם היא עוסקת – הרכבים שגודלם מאטום אחד ועד קוטר של 100 מולקולות. מן התיאור הזה אפשר להבין שננוטכנולוגיה היא לא יותר מאשר שימוש בחלקים קטנים לאין שיעור מאלה של ההנדסה הרגילה. אבל בקנה המידה הזה, ארגונם מחדש של אטומים ומולקולות מביא לתכונות חדשות. אפשר לראות את המעבר מן ההתנהגות הקבועה של אטומים יחידים ומולקולות יחידות להתנהגות מסתגלת של צברים. ולכן, עדיף לראות בננוטכנולוגיה כלי ליישום התיאוריה הקוונטית ותופעות ייחודיות אחרות האופייניות לגדלים ננומטריים, המאפשר לשלוט מן היסוד בתכונות החומר ובהתנהגותו.

בעשרות השנים הבאות תתפתח הננוטכנולוגיה בארבעה שלבים, חופפים זה לזה באופן חלקי, של קביעת אבות-טיפוס תעשייתיים ומסחור ראשוני. בשלב הראשון, שתחילתו לאחר שנת 2000, החל פיתוחם של מבני-ננו פסיביים: חומרים בעלי מבנה ותפקוד קבועים המשמשים לעתים קרובות כחלקים של מוצרים. המבנים האלה יכולים להיות צנועים כמו חלקיקי אבץ חמצני בתכשירי הגנה מן השמש, אבל הם עשויים להיות גם סיבי חיזוק בחומרים מרוכבים חדשים או צינוריות-ננו פחמניות באלקטרוניקה.

השלב השני, שהחל ב-2005, מתמקד במבני-ננו פעילים המשנים את גודלם, את צורתם, את המוליכות החשמלית שלהם או תכונות אחרות תוך כדי שימוש. חלקיקים חדשים להולכת תרופות ישחררו בגוף את המולקולות הפעילות מבחינה רפואית רק לאחר שיגיעו לרקמות החולות שאליהן כוונו. רכיבים אלקטרוניים, כגון, טרנזיסטורים ומגברים בעלי תכונות הניתנות להתאמה, יצומצמו למולקולות מסובכות יחידות.

בערך ב-2010 יתחילו עובדים לפתח מומחיות במערכות של מבני-ננו ולכוון מספרים גדולים של רכיבים מורכבים להשגת מטרות מסוימות. אחד היישומים יכול להיות הרכבה עצמית מכוונת מראש של רכיבי ננואלקטרוניקה ליצירת מעגלים תלת-ממדיים והתקנים שלמים. ברפואה יוכלו לנצל מערכות כאלה כדי לשפר תאימות של רקמות לשתלים, או ליצור פיגומים לשחזור רקמות ואולי אפילו לבנות אברים מלאכותיים.

אחרי 2015-2020 יתרחב התחום ויכלול מערכות-ננו מולקולריות – רשתות הטרוגניות שבהן מולקולות ומבנים על-מולקולריים ישמשו להתקנים נפרדים. כך פועלים יחדיו החלבונים בתא. אך בעוד המערכות הביולוגיות מבוססות על מים ורגישות עד מאוד לטמפרטורה, מערכות-הננו המולקולריות האלה יוכלו לפעול בטווח רחב הרבה יותר של סביבות והן אמורות להיות גם הרבה יותר מהירות. מחשבים ורובוטים ימוזערו לממדים קטנים במיוחד. יישומים רפואיים יעסקו אולי במשימות שאפתניות כגון סוגים חדשים של ריפוי גנטי או טיפולים נגד הזדקנות. ממשקים חדשים שיחברו בני אדם באופן ישיר לאלקטרוניקה יוכלו לשנות את מערכות התקשורת.
לאורך זמן הננוטכנולוגיה תוכל אפוא להביא תועלת לכל מגזרי התעשייה והטיפול הרפואי. היא תוכל גם לשפר את הסביבה באמצעות שימוש יעיל יותר במשאבים ושיטות טובות יותר לבקרת זיהום. אבל הננוטכנולוגיה מציבה גם אתגרים חדשים לפיקוח על סיכונים. במישור הבין-לאומי, יש צורך לעשות עוד כדי לאסוף את המידע המדעי הדרוש ליישוב אי-בהירויות ולהתקין מערכת מווסתת כוללת. אבל כדי שהתחום החדש ורב-העוצמה הזה יממש את הפוטנציאל המדהים שלו, יש צורך חיוני לעזור לציבור לראות אותו ביישוב הדעת ובהקשר רחב השומר גם על ערכי אנוש וגם על איכות החיים.