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[[File:Fullerene Nanogears - GPN-2000-001535.jpg|thumb|ナノマシン]] |
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{{Nanotechnology}} |
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[[File:Eight Allotropes of Carbon.svg|thumb|[[フラーレン]]や[[カーボンナノチューブ]]などの新素材は多くの分野で利用されている。]] |
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'''ナノテクノロジー''' |
'''ナノテクノロジー'''（{{lang-en-short|nanotechnology}}）は、[[物質]]を[[1 E-9 m|ナノメートル]] ('''nm''', 1 nm = 10{{sup-|9}} [[メートル|m]])の領域すなわち[[原子]]や[[分子]]のスケールにおいて、自在に制御する[[技術]]のことである。'''ナノテク'''と略される。そのようなスケールで新素材を開発したり、そのようなスケールのデバイスを開発する。 |
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ナノテクノロジーは非常に範囲が広く、[[半導体素子]]を[[分子セルフアセンブリ法]]という全く新たなアプローチで製造することや、ナノスケールの[[ナノ素材]]と呼ばれる新素材を開発することまで様々な技術を含む。 |
ナノテクノロジーは非常に範囲が広く、[[半導体素子]]を[[分子セルフアセンブリ法]]という全く新たなアプローチで製造することや、ナノスケールの[[ナノマテリアル|ナノ素材]]と呼ばれる新素材を開発することまで様々な技術を含む。 |
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いまだに一部の新素材や[[コンピュータ]]のプロセッサに応用されている程度の段階だが、将来はこの技術によりナノサイズの[[ロボット]]で治療を行ったり、さらには自己増殖能を持たせて[[建築]]に利用することができるようになると予想されている。21世紀をかけて大きく発展する分野と考えられている。 |
いまだに一部の新素材や[[コンピュータ]]のプロセッサに応用されている程度の段階だが、将来はこの技術によりナノサイズの[[ロボット]]で治療を行ったり、さらには自己増殖能を持たせて[[建築]]に利用することができるようになると予想されている。21世紀をかけて大きく発展する分野と考えられている。 |
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== 基本 == |
== 基本 == |
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1ナノメートル (nm) は1メートルの1000000000分の1、10<sup>−9</sup>メートルである。例えば、炭素原子同士の[[結合距離]]または分子内の原子間の間隔はおおよそ0. |
1ナノメートル (nm) は1メートルの1000000000分の1、10<sup>−9</sup>メートル (m)である。例えば、炭素原子同士の[[結合距離]]または分子内の原子間の間隔はおおよそ0.12 nmから0.15 nmである。また[[デオキシリボ核酸|DNA]]の二重らせんの直径は約2 nmである。一方、最小の[[細胞]]である[[マイコプラズマ]]の全長は約200 nmである。
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その大きさを別の観点で見てみると、 |
その大きさを別の観点で見てみると、メートルとナノメートルの比は、[[地球]]と[[おはじき]]の大きさの比とほぼ等しい<ref name="NationalG">{{cite journal|last =Kahn| first =Jennifer |title=Nanotechnology|journal=National Geographic |volume=2006 |issue=June |pages=98-119 |year=2006}}</ref>。また、平均的な男性が髭を剃ろうと剃刀を持ち上げる時間に髭が伸びる長さがだいたい1ナノメートルである<ref name="NationalG"/>。
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ナノテクノロジーの手法は大きく2つにわけることができる。1つは、物質を[[原子論]]的にみた集団的変化の方法論を利用して、微細にこれを再編成する技術を'''トップダウン方式'''という。もう1つは、[[原子]]や[[分子]](おおよそ 0.1 |
ナノテクノロジーの手法は大きく2つにわけることができる。1つは、物質を[[原子論]]的にみた集団的変化の方法論を利用して、微細にこれを再編成する技術を'''トップダウン方式'''という。もう1つは、[[原子]]や[[分子]](おおよそ 0.1 - 10 nm 程度)をひとつひとつ正確に'''組み合わせる'''ことで新しい機能を持った材料を作っていく方法で、これを'''ボトムアップ方式'''という<ref>{{cite journal|journal=Nature Nanotechnology|author=Rodgers, P. |year=2006|title=Nanoelectronics: Single file|doi=10.1038/nnano.2006.5}}</ref>。トップダウン方式は主に機械・電子系の分野で、ボトムアップ方式は化学系の分野で研究が行われている。 |
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ここ数十年の間に、ナノテクノロジーに科学的基盤を与えるべく[[ナノエレクトロニクス]] |
ここ数十年の間に、ナノテクノロジーに科学的基盤を与えるべく、[[ナノエレクトロニクス]]・[[ナノ工学]]・[[ナノ光学]]といった学問分野が生まれた。 |
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=== 大きいものから小さいものへ: 素材の観点 === |
=== 大きいものから小さいものへ: 素材の観点 === |
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[[ファイル:Atomic resolution Au100.JPG|right|thumb|純粋な[[金]]を[[表面再構成]]し、その様子を[[走査型トンネル顕微鏡]]で見たところ。表面を構成する[[原子]]の配置がわかる。]] |
[[ファイル:Atomic resolution Au100.JPG|right|thumb|純粋な[[金]] (Au)を[[表面再構成]]し、その様子を[[走査型トンネル顕微鏡]]で見たところ。表面を構成する[[原子]]の配置がわかる。]] |
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いくつかの物理現象は、対象が小さくなるほどその影響が顕著になる。それは例えば[[統計力学]]的効果や[[量子力学]]的効果で、﹁[[量子]]サイズ効果﹂では微粒子の大きさを極小にすることでその電子特性が変化し、[[電子]]の閉じこめによる[[エネルギー準位]]の離散化があらわれる。この効果はマクロからミクロへと寸法が小さくなることで徐々に働き始めるわけではない。しかし、一般に100ナノメートル未満の距離︵いわゆる[[量子領域]]︶に達すると、[[量子効果]]が支配的になる。さらに多くの物理的︵力学的 |
いくつかの物理現象は、対象が小さくなるほどその影響が顕著になる。それは例えば[[統計力学]]的効果や[[量子力学]]的効果で、﹁[[量子]]サイズ効果﹂では微粒子の大きさを極小にすることでその電子特性が変化し、[[電子]]の閉じこめによる[[エネルギー準位]]の離散化があらわれる。この効果はマクロからミクロへと寸法が小さくなることで徐々に働き始めるわけではない。しかし、一般に100ナノメートル未満の距離︵いわゆる[[量子領域]]︶に達すると、[[量子効果]]が支配的になる。さらに多くの物理的︵力学的・電気的・光学的などの︶特性が巨視的な系と比較すると変化する。例えば、表面積が体積に対して増大するため、素材の力学的・熱的・触媒的特性が変化する。ナノスケールでの拡散と反応、高速イオン輸送が可能なナノ構造素材やナノデバイスなどを研究する分野を一般に[[ナノイオニクス]]と呼ぶ。ナノシステムの機械的性質は[[ナノ工学]]の研究領域とされる。
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素材をナノスケールにまで小さくすると、マクロスケールとは異なる特性を示すようになり、新たな応用が可能になる。例えば、不透明だったものが透明になったり︵銅︶、不燃性だったものが可燃性になったり︵アルミニウム︶、不溶性だったものが可溶性になる︵金︶。例えば[[金]]は通常のサイズでは化学的に不活性だが、ナノスケールでは強力な化学[[触媒]]として機能する。ナノテクノロジーは、ナノスケールにしたときに物質が示す量子現象や表面現象を利用するために発達したとも言える<ref>Lubick, N. (2008). Silver socks have cloudy lining. Environ Sci Technol. 42(11):3910</ref>。
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素材をナノスケールにまで小さくすると、マクロスケールとは異なる特性を示すようになり、新たな応用が可能になる。例えば、不透明だったものが透明になったり︵銅 (Cu)︶、不燃性だったものが可燃性になったり︵アルミニウム (Al)︶、不溶性だったものが可溶性になる︵金 (Au)︶。例えば[[金]]は通常のサイズでは化学的に不活性だが、ナノスケールでは強力な化学[[触媒]]として機能する。ナノテクノロジーは、ナノスケールにしたときに物質が示す量子現象や表面現象を利用するために発達したとも言える<ref>Lubick, N. (2008). Silver socks have cloudy lining. Environ Sci Technol. 42(11):3910</ref>。
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=== 単純なものから複雑なものへ: 分子の観点 === |
=== 単純なものから複雑なものへ: 分子の観点 === |
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現代の[[化学合成]]技術は、小さな[[分子]]をほとんどどんな構造にでも配置することが可能な点にまで到達している。今ではその技術を使って様々な[[薬物|薬品]]や商用[[重合体|ポリマー]]などの有益な化学物質を製造している。そこからさらに、単一分子を集めて[[超分子]]を望みの形に形成できるかという問題が提起される。
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現代の[[化学合成]]技術は、小さな[[分子]]をほとんどどんな構造にでも配置することが可能な点にまで到達している。今ではその技術を使って様々な[[薬物|薬品]]や商用[[重合体|ポリマー]]などの有益な化学物質を製造している。そこからさらに、単一分子を集めて[[超分子]]を望みの形に形成できるかという問題が提起される。
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分子を自動的に所定の配置にして望みの組成を得るというボトムアップ方式を[[分子セルフアセンブリ]]あるいは[[超分子化学]]と呼ぶ。そこで重要となるのが[[分子認識]]という概念である。分子をデザインするには、[[非共有結合|非共有]][[分子間力]]を使って特定の配置や構成をとるように強いる。ワトソン・クリック型[[塩基対]]も同じ原理で形成されており、[[酵素]]が特定の基質にのみ作用するのも同じ原理によるもので、たんぱく質の[[フォールディング]]も同様である。したがって2つ以上の部分が互いにうまくかみ合うようにデザインすることで、全体としてより複雑で有益なものにすることができる。 |
分子を自動的に所定の配置にして望みの組成を得るというボトムアップ方式を[[分子セルフアセンブリ]]あるいは[[超分子化学]]と呼ぶ。そこで重要となるのが[[分子認識]]という概念である。分子をデザインするには、[[非共有結合|非共有]][[分子間力]]を使って特定の配置や構成をとるように強いる。ワトソン・クリック型[[塩基対]]も同じ原理で形成されており、[[酵素]]が特定の基質にのみ作用するのも同じ原理によるもので、[[蛋白質|たんぱく質]]の[[フォールディング]]も同様である。したがって2つ以上の部分が互いにうまくかみ合うようにデザインすることで、全体としてより複雑で有益なものにすることができる。 |
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こうしたボトムアップ方式は同時に多数のデバイスを生産できるためトップダウン方式よりもずっとコストが低くなるが、必要とされる分子の大きさと複雑さが増すと困難さも増すことが予想される。有益な構造のほとんどが、複雑で熱力学的にもあり得ない原子の配置を必要としている。しかし生体内では分子認識に基づくセルフアセンブリが様々な場面で行われており、[[塩基対]]や[[酵素]]と基質の相互作用が例として挙げられる。ナノテクノロジーの目標の一つは、そういった自然界の仕組みを応用して新たな有益なものを構築することである。 |
こうしたボトムアップ方式は同時に多数のデバイスを生産できるためトップダウン方式よりもずっとコストが低くなるが、必要とされる分子の大きさと複雑さが増すと困難さも増すことが予想される。有益な構造のほとんどが、複雑で熱力学的にもあり得ない原子の配置を必要としている。しかし生体内では分子認識に基づくセルフアセンブリが様々な場面で行われており、[[塩基対]]や[[酵素]]と基質の相互作用が例として挙げられる。ナノテクノロジーの目標の一つは、そういった自然界の仕組みを応用して新たな有益なものを構築することである。 |
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=== 分子ナノテクノロジー: 長期的展望 === |
=== 分子ナノテクノロジー: 長期的展望 === |
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{{see also|:en:Molecular nanotechnology}} |
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[[分子ナノテクノロジー]]とは、分子レベルのスケールで動作するナノシステム（[[ナノマシン]]群）を対象とする分野である。原子を材料として分子を組み立てる[[分子アセンブラ]]という想像上の機械と強く結びついている。いわばボトムアップ方式の究極であり、現在主流のトップダウン方式とは全く異なる。[[K・エリック・ドレクスラー]]が「ナノテクノロジー」という言葉を使ったとき、それはこの「分子ナノテクノロジー」を主に指していた。分子スケールの生物学に機械部品のようなものが見られることから、機械として機能する分子を作ることもできるはすだという前提がある。 |
[[分子ナノテクノロジー]]とは、分子レベルのスケールで動作するナノシステム（[[ナノマシン]]群）を対象とする分野である。原子を材料として分子を組み立てる[[分子アセンブラ]]という想像上の機械と強く結びついている。いわばボトムアップ方式の究極であり、現在主流のトップダウン方式とは全く異なる。[[K・エリック・ドレクスラー]]が「ナノテクノロジー」という言葉を使ったとき、それはこの「分子ナノテクノロジー」を主に指していた。分子スケールの生物学に機械部品のようなものが見られることから、機械として機能する分子を作ることもできるはすだという前提がある。 |
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ドレクスラーら<ref>[http://www.crnano.org/developing.htm Nanotechnology: Developing Molecular Manufacturing]</ref>は、分子スケールの機械部品︵歯車 |
ドレクスラーら<ref>[http://www.crnano.org/developing.htm Nanotechnology: Developing Molecular Manufacturing]</ref>は、分子スケールの機械部品︵歯車・軸受・モータ・構造材など︶を作ることで、ナノスケールの工場を作ることを提案した<ref>{{cite web|url= http://www.imm.org/PNAS.html|title=Some papers by K. Eric Drexler|accessdate=2010-09-12}}</ref>。Carlo Montemagno<ref>[http://www.cnsi.ucla.edu/institution/personnel?personnel%5fid=105488 California NanoSystems Institute]</ref> は、未来のナノシステムはシリコン技術と生物学的分子機械の融合になるだろうという。[[リチャード・スモーリー]]は、こうした方向の実現性に否定的だった。2003年、[[アメリカ化学会]]の出版物 [[:en:Chemical & Engineering News|Chemical & Engineering News]] でスモーリーとドレクスラーの[[公開書簡]]による討論が行われた<ref>[http://pubs.acs.org/cen/coverstory/8148/8148counterpoint.html C&En: Cover Story - Nanotechnology]</ref>︵[[分子ナノテクノロジーに関するドレクスラーとスモーリーの論争|別項]]参照︶。
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生体内には分子レベルの機械システムがあることは明らかだが、人工の分子機械はまだ研究が始まったばかりである。人工の分子機械の研究ではカリフォルニア大学バークレー校と[[ローレンス・バークレー国立研究所]]の [[:en:Alex Zettl|Alex Zettl]] の研究が知られている。彼らは外部から印加する電圧で制御できる3種類の分子デバイスの試作に成功している<ref>{{cite journal|url= http://www.physics.berkeley.edu/research/zettl/pdf/312.NanoLett5regan.pdf|doi=10.1021/nl0510659|pmid=16159214|year=2005|last1=Regan|first1=BC|last2=Aloni|first2=S|last3=Jensen|first3=K|last4=Ritchie|first4=RO|last5=Zettl|first5=A|title=Nanocrystal-powered nanomotor.|volume=5|issue=9|pages= |
生体内には分子レベルの機械システムがあることは明らかだが、人工の分子機械はまだ研究が始まったばかりである。人工の分子機械の研究ではカリフォルニア大学バークレー校と[[ローレンス・バークレー国立研究所]]の [[:en:Alex Zettl|Alex Zettl]] の研究が知られている。彼らは外部から印加する電圧で制御できる3種類の分子デバイスの試作に成功している<ref>{{cite journal|url= http://www.physics.berkeley.edu/research/zettl/pdf/312.NanoLett5regan.pdf|doi=10.1021/nl0510659|pmid=16159214|year=2005|last1=Regan|first1=BC|last2=Aloni|first2=S|last3=Jensen|first3=K|last4=Ritchie|first4=RO|last5=Zettl|first5=A|title=Nanocrystal-powered nanomotor.|volume=5|issue=9|pages=1730-3|journal=Nano letters}}</ref><ref>{{cite journal|url= http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/sabl/2005/May/Tiniest-Motor.pdf|doi=10.1063/1.1887827|title=Surface-tension-driven nanoelectromechanical relaxation oscillator|year=2005|last1=Regan|first1=B. C.|last2=Aloni|last3=Jensen|last4=Zettl|journal=Applied Physics Letters|volume=86|page=123119|first2=S.|first3=K.|first4=A.}}</ref>。
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== 研究分野 == |
== 研究分野 == |
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=== ナノ素材 === |
=== ナノ素材 === |
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[[ナノ素材]]の分野には、ナノスケールになったとき独特の特性が生じる素材を研究開発するという分野が含まれる<ref>{{cite journal |author=Narayan RJ, Kumta PN, Sfeir C, Lee D-H, Olton D, Choi D. |title=Nanostructured Ceramics in Medical Devices: Applications and Prospects |journal=JOM |volume=56 |issue=10|pages= |
[[ナノ素材]]の分野には、ナノスケールになったとき独特の特性が生じる素材を研究開発するという分野が含まれる<ref>{{cite journal |author=Narayan RJ, Kumta PN, Sfeir C, Lee D-H, Olton D, Choi D. |title=Nanostructured Ceramics in Medical Devices: Applications and Prospects |journal=JOM |volume=56 |issue=10|pages=38-43 |year=2004|doi = 10.1007/s11837-004-0289-x |pmid=11196953 |last1=Clarkson |first1=AJ |last2=Buckingham |first2=DA |last3=Rogers |first3=AJ |last4=Blackman |first4=AG |last5=Clark |first5=CR}}</ref>。
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* [[界面化学|コロイドおよび界面化学]]は、[[カーボンナノチューブ]]などの[[フラーレン]]、各種[[ナノ粒子]]や[[ナノロッド]]など、ナノテクノロジーにおいて有益な様々な素材を提供してきた。高速イオン輸送が可能なナノ素材は[[ナノイオニクス]]や[[ナノエレクトロニクス]]とも関連している。
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* [[界面化学|コロイドおよび界面化学]]は、[[カーボンナノチューブ]]などの[[フラーレン]]、各種[[ナノ粒子]]や[[ナノロッド]]など、ナノテクノロジーにおいて有益な様々な素材を提供してきた。高速イオン輸送が可能なナノ素材は[[ナノイオニクス]]や[[ナノエレクトロニクス]]とも関連している。
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* ナノスケール素材は様々な用途に使われる。現在商用化されたナノテクノロジーの多くはナノスケール素材に関連している。 |
* ナノスケール素材は様々な用途に使われる。現在商用化されたナノテクノロジーの多くはナノスケール素材に関連している。 |
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=== トップダウン的アプローチ === |
=== トップダウン的アプローチ === |
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トップダウン方式では、より大きなものからより小さなデバイスを作ろうとする。 |
トップダウン方式では、より大きなものからより小さなデバイスを作ろうとする。 |
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* [[マイクロプロセッサ]]製造のために発展した[[半導体工学]]の技法は |
* [[マイクロプロセッサ]]製造のために発展した[[半導体工学]]の技法は100 nm未満の構造を形成できるようになっており、ナノテクノロジーと呼べるレベルに達している。[[巨大磁気抵抗効果]]を利用したハードディスクは[[原子層堆積法]] (ALD) によって作られており、ナノテクノロジーの一種と言える<ref>{{cite web|url = http://www.nano.gov/html/facts/appsprod.html|title = Applications/Products|accessdate = 2007-10-19|publisher = National Nanotechnology Initiative|archiveurl = https://web.archive.org/web/20101120234415/http://www.nano.gov/html/facts/appsprod.html|archivedate = 2010年11月20日|deadlinkdate = 2017年9月}}</ref>。[[ペーター・グリューンベルク]]と[[アルベール・フェール]]は巨大磁気抵抗を発見し[[スピントロニクス]]の分野に貢献したとして2007年の[[ノーベル物理学賞]]を受賞した<ref>{{cite web|url = https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2007/summary/|title = The Nobel Prize in Physics 2007|accessdate = 2007-10-19|publisher = Nobelprize.org}}</ref>。
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* 半導体工学の技法は[[NEMS]] (Nano Electro Mechanical Systems) というデバイスの製造にも応用されている。NEMSよりややスケールが大きいものを[[MEMS]]と呼ぶ。 |
* 半導体工学の技法は[[NEMS]] (Nano Electro Mechanical Systems) というデバイスの製造にも応用されている。NEMSよりややスケールが大きいものを[[MEMS]]と呼ぶ。 |
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* [[原子間力顕微鏡]]の先端を「ペン先」のように使い、固体表面に分子材料を配置する技法を[[ディップペン・リソグラフィー]]と呼ぶ。これを含めた技術を[[ナノリソグラフィー]]と呼ぶ。 |
* [[原子間力顕微鏡]]の先端を「ペン先」のように使い、固体表面に分子材料を配置する技法を[[ディップペン・リソグラフィー]]と呼ぶ。これを含めた技術を[[ナノリソグラフィー]]と呼ぶ。 |
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=== 機能的アプローチ === |
=== 機能的アプローチ === |
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機能的アプローチとは、必要な機能がまずあって、それを何らかの手段で作り出そうとする研究である。 |
機能的アプローチとは、必要な機能がまずあって、それを何らかの手段で作り出そうとする研究である。 |
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* [[分子エレクトロニクス]]は、有益な電子特性を持つ分子を開発することを目的としている。そうした分子はナノエレクトロニクスのデバイスの単分子部品として応用される<ref>{{cite journal |author=Das S, Gates AJ, Abdu HA, Rose GS, Picconatto CA, Ellenbogen JC. |title=Designs for Ultra-Tiny, Special-Purpose Nanoelectronic Circuits |journal=IEEE Transactions on Circuits and Systems I |volume=54 |issue=11 |pages= |
* [[分子エレクトロニクス]]は、有益な電子特性を持つ分子を開発することを目的としている。そうした分子はナノエレクトロニクスのデバイスの単分子部品として応用される<ref>{{cite journal |author=Das S, Gates AJ, Abdu HA, Rose GS, Picconatto CA, Ellenbogen JC. |title=Designs for Ultra-Tiny, Special-Purpose Nanoelectronic Circuits |journal=IEEE Transactions on Circuits and Systems I |volume=54 |issue=11 |pages=2528-2540 |year=2007 |doi=10.1109/TCSI.2007.907864}}</ref>。例えば、[[ロタキサン]]がある。
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* 化学合成の技法を使って[[ナノカー]]などの[[合成分子モーター]]を作る研究が行われている<ref>[ |
* 化学合成の技法を使って[[ナノカー]]などの[[合成分子モーター]]を作る研究が行われている<ref>[https://monoist.itmedia.co.jp/mn/articles/1111/11/news074.html 分子で作った「ナノEV」、車輪の制御も自由自在 アイティメディア（2011年11月12日閲覧）]</ref>。 |
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=== 生体工学的アプローチ === |
=== 生体工学的アプローチ === |
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== ツールと技法 == |
== ツールと技法 == |
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[[ファイル:AFMsetup.jpg|thumb|right|296px|典型的な[[原子間力顕微鏡]](AFM)の概念図。鋭い先端のある[[微細加工]]された[[カンチレバー]]が試料の表面の凹凸をなぞって動く。[[蓄音機]]に似ているがずっと小さい。[[レーザー]]をカンチレバーに照射し、その反射光を[[光検出器]]で測定することで試料の表面の凹凸のイメージを形成する。]]
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[[ファイル:AFMsetup.jpg|thumb|right|296px|典型的な[[原子間力顕微鏡]] (AFM)の概念図。鋭い先端のある[[微細加工]]された[[カンチレバー]]が試料の表面の凹凸をなぞって動く。[[蓄音機]]に似ているがずっと小さい。[[レーザー]]をカンチレバーに照射し、その反射光を[[光検出器]]で測定することで試料の表面の凹凸のイメージを形成する。]]
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[[原子間力顕微鏡]] (AFM) と[[走査型トンネル顕微鏡]] (STM) はナノテクノロジー初期の2つの走査型プローブである。他の[[走査型プローブ顕微鏡]]として、[[マービン・ミンスキー]]が1961年に考案した走査型共焦点顕微鏡から発展したものや[[カルヴィン・クェート]]らが1970年代に開発した[[走査型超音波顕微鏡]] (SAM) があり、ナノスケールの構造を観察できるようになっている。走査探針（プローブ）の先端はまた原子や分子を人の意図するように動かしナノ構造を操作することもでき、これを "positional assembly" と呼ぶ。しかし、それらは非常に手間と技量を要する技法である。現時点において、最も確立されたナノメートル規模での加工技術は[[ナノリソグラフィ]]であり、[[フォトリソグラフィ]]、[[X線リソグラフィ]]、[[ディップペン・ナノリソグラフィ]]、[[電子線描画装置|電子線リソグラフィ]]、[[ナノインプリント・リソグラフィ]]などの技法がある。リソグラフィはトップダウンの加工技術であり、大きな素材にナノスケールのパターンを描く。 |
[[原子間力顕微鏡]] (AFM) と[[走査型トンネル顕微鏡]] (STM) はナノテクノロジー初期の2つの走査型プローブである。他の[[走査型プローブ顕微鏡]]として、[[マービン・ミンスキー]]が1961年に考案した走査型共焦点顕微鏡から発展したものや[[カルヴィン・クェート]]らが1970年代に開発した[[走査型超音波顕微鏡]] (SAM) があり、ナノスケールの構造を観察できるようになっている。走査探針（プローブ）の先端はまた原子や分子を人の意図するように動かしナノ構造を操作することもでき、これを "positional assembly" と呼ぶ。しかし、それらは非常に手間と技量を要する技法である。現時点において、最も確立されたナノメートル規模での加工技術は[[ナノリソグラフィ]]であり、[[フォトリソグラフィ]]、[[X線リソグラフィ]]、[[ディップペン・ナノリソグラフィ]]、[[電子線描画装置|電子線リソグラフィ]]、[[ナノインプリント・リソグラフィ]]などの技法がある。リソグラフィはトップダウンの加工技術であり、大きな素材にナノスケールのパターンを描く。 |
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トップダウン方式の研究では、目的が明確である場合が多く、研究対象も[[シリコン]]など[[半導体]]が多い。トップダウン方式は期待された通りに徐々に小さいデバイスを生み出してきた。[[走査型プローブ顕微鏡]]はナノ素材の評価と合成の両方で重要なツールとなっている。[[原子間力顕微鏡]]と[[走査型トンネル顕微鏡]]は素材の表面を観察し、そこで原子を移動させるのに使うことができる。それらの顕微鏡のプローブ先端を特別なものに設計変更すると、試料表面に対して構造を彫り付けたり、セルフアセンブリの補助とすることができる。走査型プローブ顕微鏡を使って原子を試料表面上で移動させることもできる。今のところこういった技法は時間もコストもかかるため大量生産には向いていないが、実験室レベルの試作には適している。 |
トップダウン方式の研究では、目的が明確である場合が多く、研究対象も[[シリコン]]など[[半導体]]が多い。トップダウン方式は期待された通りに徐々に小さいデバイスを生み出してきた。[[走査型プローブ顕微鏡]]はナノ素材の評価と合成の両方で重要なツールとなっている。[[原子間力顕微鏡]]と[[走査型トンネル顕微鏡]]は素材の表面を観察し、そこで原子を移動させるのに使うことができる。それらの顕微鏡のプローブ先端を特別なものに設計変更すると、試料表面に対して構造を彫り付けたり、セルフアセンブリの補助とすることができる。走査型プローブ顕微鏡を使って原子を試料表面上で移動させることもできる。今のところこういった技法は時間もコストもかかるため大量生産には向いていないが、実験室レベルの試作には適している。 |
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対照的にボトムアップ方式は原子や分子を組み合わせて徐々に大きな構造に組み上げようとするものである。技法としては、[[化学合成]]、[[自己組織化]]、"positional assembly" などがある。自己組織化単分子膜の評価に適したツールとして[[二重偏光干渉測定法]]がある。ボトムアップ方式のもう1つの技法として[[分子線エピタキシー法]] (MBE) がある。[[ベル研究所]]の研究者 |
対照的にボトムアップ方式は原子や分子を組み合わせて徐々に大きな構造に組み上げようとするものである。技法としては、[[化学合成]]、[[自己組織化]]、"positional assembly" などがある。自己組織化単分子膜の評価に適したツールとして[[二面偏波式干渉法|二重偏光干渉測定法]]がある。ボトムアップ方式のもう1つの技法として[[分子線エピタキシー法]] (MBE) がある。[[ベル研究所]]の研究者{{仮リンク|ジョン・R・アーサー・ジュニア|en|John R. Arthur Jr.}}、[[アルフレッド・チョー]]、Art C. Gossard が1960年代末から1970年代にかけて研究用ツールとしてMBE装置を開発・実装した。MBEは1998年の[[ノーベル物理学賞]]の対象となった分数[[量子ホール効果]]の発見に役立った。MBEを使えば、原子サイズの精度で原子の層を形成でき、複雑な構造を組み立てることができる。MBEは半導体研究はもちろんのこと、新たな分野である[[スピントロニクス]]においても広く使われている。また[[物理吸着]]現象は、ナノメートルサイズの物質を[[可逆]]に制御する方法として再び注目されている。
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== 用途 == |
== 用途 == |
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== 投資状況 == |
== 投資状況 == |
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[[2001年]]にアメリカの[[ビル・クリントン|クリントン]][[大統領]]がナノテクを国家的戦略研究目標としたことから、日本でも多くの予算が配分されるようになり、現在最も活発な科学技術研究分野のひとつとなっている。[[ニューヨーク州]]では[[ジョージ・パタキ]]知事の政策のもとに、これまでに3500億円強相当（1ドル117円で 換算）が投資され<ref>[http://www.astem.or.jp/kyo-nano/uncategorized/no146.htm オールバニー・ナノテク]</ref>、近年ではナノテクノロジーの産業の振興に力を入れており、[[テック バレー]]を形成している<ref>[http://www.astem.or.jp/kyo-nano/memo/no128.htm ナノテク施策のグッドプラクティス]</ref>。[[ニューヨーク州立大学オールバニ校]]を中心にCollege of Nanoscale Science and Engineering (CNSE)が設立され、数々のベンチャー企業が設立され、[[東京エレクトロン]]等、各国の企業が研究開発拠点を構える<ref>[http://www.astem.or.jp/kyo-nano/memo/no117.htm ニューヨーク州のナノテク戦略]</ref><ref>[http://www.albany.com/nanotech/research-development.cfm Albany New York R&D Centers For Nanotech]</ref>。 |
[[2001年]]にアメリカ合衆国の[[ビル・クリントン|クリントン]][[大統領]]がナノテクを国家的戦略研究目標としたことから、日本でも多くの予算が配分されるようになり、現在最も活発な科学技術研究分野のひとつとなっている。[[ニューヨーク州]]では[[ジョージ・パタキ]]知事の政策のもとに、これまでに3500億円強相当（1ドル117円で 換算）が投資され<ref>[http://www.astem.or.jp/kyo-nano/uncategorized/no146.htm オールバニー・ナノテク]</ref>、近年ではナノテクノロジーの産業の振興に力を入れており、[[テック バレー]]を形成している<ref>[http://www.astem.or.jp/kyo-nano/memo/no128.htm ナノテク施策のグッドプラクティス]</ref>。[[ニューヨーク州立大学オールバニ校]]を中心にCollege of Nanoscale Science and Engineering (CNSE)が設立され、数々のベンチャー企業が設立され、[[東京エレクトロン]]等、各国の企業が研究開発拠点を構える<ref>[http://www.astem.or.jp/kyo-nano/memo/no117.htm ニューヨーク州のナノテク戦略]</ref><ref>[http://www.albany.com/nanotech/research-development.cfm Albany New York R&D Centers For Nanotech]</ref>。 |
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== 危険性についての懸念 == |
== 危険性についての懸念 == |
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=== 人体や環境への影響 === |
=== 人体や環境への影響 === |
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最近開発されたナノ粒子製品のいくつかが思いがけない結果を生む可能性もある。例えば、消臭靴下に使われている銀のナノ粒子が洗濯によって環境にばらまかれていることが判明し、それによって悪影響がある可能性も指摘されている<ref>Lubick, N. (2008). [http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es0871199 Silver socks have cloudy lining.]</ref>。銀のナノ粒子は制菌作用があるため、廃棄物処理場や農場などの有機物の分解に役立っている菌を殺す可能性があるという<ref>Murray R.G.E., Advances in Bacterial Paracrystalline Surface Layers (Eds.: T. J. |
最近開発されたナノ粒子製品のいくつかが思いがけない結果を生む可能性もある。例えば、消臭靴下に使われている銀のナノ粒子が洗濯によって環境にばらまかれていることが判明し、それによって悪影響がある可能性も指摘されている<ref>Lubick, N. (2008). [http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es0871199 Silver socks have cloudy lining.]</ref>。銀のナノ粒子は制菌作用があるため、廃棄物処理場や農場などの有機物の分解に役立っている菌を殺す可能性があるという<ref>Murray R.G.E., Advances in Bacterial Paracrystalline Surface Layers (Eds.: T. J. Beveridge, S. F. Koval). Plenum pp. 3 ± 9. [9]</ref>。
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[[ロチェスター大学]]での研究で、ネズミがナノ粒子を吸い込むと脳と肺に蓄積され、炎症やストレス反応を引き起こすことが判明した<ref>Elder, A. (2006). [http://www.urmc.rochester.edu/pr/news/story.cfm?id=1191 Tiny Inhaled Particles Take Easy Route from Nose to Brain.] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20060921030011/http://www.urmc.rochester.edu/pr/news/story.cfm?id=1191 |date=2006年9月21日 }}</ref>。中国の研究では、無毛マウスをナノ粒子にさらすと皮膚の老化が早まるという結果が報告されている<ref>{{cite journal|pmid=19501137|year=2009|last1=Wu|first1=J|last2=Liu|first2=W|last3=Xue|first3=C|last4=Zhou|first4=S|last5=Lan|first5=F|last6=Bi|first6=L|last7=Xu|first7=H|last8=Yang|first8=X|last9=Zeng|first9=FD|title=Toxicity and penetration of TiO2 nanoparticles in hairless mice and porcine skin after subchronic dermal exposure.|volume=191|issue=1|pages= |
[[ロチェスター大学]]での研究で、ネズミがナノ粒子を吸い込むと脳と肺に蓄積され、炎症やストレス反応を引き起こすことが判明した<ref>Elder, A. (2006). [http://www.urmc.rochester.edu/pr/news/story.cfm?id=1191 Tiny Inhaled Particles Take Easy Route from Nose to Brain.] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20060921030011/http://www.urmc.rochester.edu/pr/news/story.cfm?id=1191 |date=2006年9月21日 }}</ref>。中国の研究では、無毛マウスをナノ粒子にさらすと皮膚の老化が早まるという結果が報告されている<ref>{{cite journal|pmid=19501137|year=2009|last1=Wu|first1=J|last2=Liu|first2=W|last3=Xue|first3=C|last4=Zhou|first4=S|last5=Lan|first5=F|last6=Bi|first6=L|last7=Xu|first7=H|last8=Yang|first8=X|last9=Zeng|first9=FD|title=Toxicity and penetration of TiO2 nanoparticles in hairless mice and porcine skin after subchronic dermal exposure.|volume=191|issue=1|pages=1-8|doi=10.1016/j.toxlet.2009.05.020|journal=Toxicology letters}}</ref><ref>{{cite journal|pmid=19836437|year=2010|last1=Jonaitis|first1=TS|last2=Card|first2=JW|last3=Magnuson|first3=B|title=Concerns regarding nano-sized titanium dioxide dermal penetration and toxicity study.|volume=192|issue=2|pages=268-9|doi=10.1016/j.toxlet.2009.10.007|journal=Toxicology letters}}</ref>。
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UCLAでの2年間の研究によれば、ネズミのDNAが二酸化チタンのナノ粒子でダメージを受けることが示され、﹁ガン、心臓病、神経系疾患、老化など、人間にとっても死の危険性を増す可能性がある﹂とした<ref>Schneider, Andrew, [http://www.aolnews.com/nanotech/article/amid-nanotechs-dazzling-promise-health-risks-grow/19401235 "Amid Nanotech's Dazzling Promise, Health Risks Grow"] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20100326130438/http://www.aolnews.com/nanotech/article/amid-nanotechs-dazzling-promise-health-risks-grow/19401235 |date=2010年3月26日 }}, March 24, 2010.</ref>。
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UCLAでの2年間の研究によれば、ネズミのDNAが二酸化チタンのナノ粒子でダメージを受けることが示され、﹁ガン、心臓病、神経系疾患、老化など、人間にとっても死の危険性を増す可能性がある﹂とした<ref>Schneider, Andrew, [http://www.aolnews.com/nanotech/article/amid-nanotechs-dazzling-promise-health-risks-grow/19401235 "Amid Nanotech's Dazzling Promise, Health Risks Grow"] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20100326130438/http://www.aolnews.com/nanotech/article/amid-nanotechs-dazzling-promise-health-risks-grow/19401235 |date=2010年3月26日 }}, March 24, 2010.</ref>。
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=== 規制に関する議論 === |
=== 規制に関する議論 === |
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ナノテクノロジーの健康への影響に関する議論の中で、ナノテクノロジーをより強く規制すべきだという主張もなされている<ref>{{cite web |url= http://www.nanolabweb.com/index.cfm/action/main.default.viewArticle/articleID/290/CFID/3564274/CFTOKEN/43473772/index.html |title=Nanobiotechnology Regulation: A Proposal for Self-Regulation with Limited Oversight |author=Kevin Rollins (Nems Mems Works, LLC) |date= |work=Volume 6 - Issue 2|publisher= |accessdate=2 September 2010}}</ref>。さらに、ナノテクノロジーを規制する責任があるのは誰かという議論も重要である。一般に[[毒物]]はいくつかの観点から法的に規制されているが、それらの法律でナノテクノロジーを規制できるかというと明らかにギャップが存在する<ref>{{cite journal |author=Bowman D, and Hodge G|title=Nanotechnology: Mapping the Wild Regulatory Frontier |journal=Futures |volume=38 |pages= |
ナノテクノロジーの健康への影響に関する議論の中で、ナノテクノロジーをより強く規制すべきだという主張もなされている<ref>{{cite web |url= http://www.nanolabweb.com/index.cfm/action/main.default.viewArticle/articleID/290/CFID/3564274/CFTOKEN/43473772/index.html |title=Nanobiotechnology Regulation: A Proposal for Self-Regulation with Limited Oversight |author=Kevin Rollins (Nems Mems Works, LLC) |date= |work=Volume 6 - Issue 2|publisher= |accessdate=2 September 2010}}</ref>。さらに、ナノテクノロジーを規制する責任があるのは誰かという議論も重要である。一般に[[毒物]]はいくつかの観点から法的に規制されているが、それらの法律でナノテクノロジーを規制できるかというと明らかにギャップが存在する<ref>{{cite journal |author=Bowman D, and Hodge G|title=Nanotechnology: Mapping the Wild Regulatory Frontier |journal=Futures |volume=38 |pages=1060-1073 |year=2006|doi=10.1016/j.futures.2006.02.017}}</ref>。"Nanotechnology Oversight: An Agenda for the Next Administration"<ref>Davies, JC. (2008). [http://www.nanotechproject.org/publications/archive/pen13/ Nanotechnology Oversight: An Agenda for the Next Administration].</ref> の中で元[[アメリカ合衆国環境保護庁|EPA]]副長官 J. Clarence (Terry) Davies は、次の大統領任期中の明確な規制のためのロードマップを提案し、ナノテクノロジーの監視についての現在の欠点を克服するための短期および長期のステップを解説している。
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ウッドロウ・ウィルスン・センターの [[:en:Project on Emerging Nanotechnologies|Project on Emerging Nanotechnologies]] で主任科学アドバイザーを務める Andrew Maynard は、健康と安全に関する研究への予算が不十分であるため、ナノテクノロジーの健康への影響や安全性への理解が今のところ限定的になっていると指摘した<ref>Maynard, A.[http://www.science.house.gov/publications/Testimony.aspx?TID=12957 Testimony by Dr. Andrew Maynard for the U.S. House Committee on Science and Technology] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080529010341/http://www.science.house.gov/publications/Testimony.aspx?TID=12957 |date=2008年5月29日 }}. (2008-4-16). Retrieved on 2008-11-24.</ref>。結果として一部の研究者は、たとえナノテクノロジーの発展が阻害されるとしても[[予防原則]]を厳密に適用すべきだと主張している<ref>Faunce TA et al. Sunscreen Safety: The Precautionary Principle, The Australian Therapeutic Goods Administration and Nanoparticles in Sunscreens Nanoethics (2008) 2: |
ウッドロウ・ウィルスン・センターの [[:en:Project on Emerging Nanotechnologies|Project on Emerging Nanotechnologies]] で主任科学アドバイザーを務める Andrew Maynard は、健康と安全に関する研究への予算が不十分であるため、ナノテクノロジーの健康への影響や安全性への理解が今のところ限定的になっていると指摘した<ref>Maynard, A.[http://www.science.house.gov/publications/Testimony.aspx?TID=12957 Testimony by Dr. Andrew Maynard for the U.S. House Committee on Science and Technology] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080529010341/http://www.science.house.gov/publications/Testimony.aspx?TID=12957 |date=2008年5月29日 }}. (2008-4-16). Retrieved on 2008-11-24.</ref>。結果として一部の研究者は、たとえナノテクノロジーの発展が阻害されるとしても[[予防原則]]を厳密に適用すべきだと主張している<ref>Faunce TA et al. Sunscreen Safety: The Precautionary Principle, The Australian Therapeutic Goods Administration and Nanoparticles in Sunscreens Nanoethics (2008) 2:231-240 DOI 10.1007/s11569-008-0041-z. {{cite web |url= http://law.anu.edu.au/StaffUploads/236-Nanoethics%20Sunscreens%202008.pdf |title=Sunscreen Safety: The Precautionary Principle, The Australian Therapeutic Goods Administration and Nanoparticles in Sunscreens |author=Thomas Faunce & Katherine Murray & Hitoshi Nasu & Diana Bowman |date=published online: 24 July 2008 |work= |publisher=Springer Science + Business Media B.V |accessdate=18 June 2009 }}</ref>。
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[[王立協会]]の報告書では<ref>{{cite paper |author=Royal Society and Royal Academy of Engineering |title=Nanoscience and nanotechnologies: opportunities and uncertainties |date=2004 |url= http://www.nanotec.org.uk/finalReport.htm |accessdate=2008-05-18}}</ref>、商品の廃棄・破壊・リサイクルの間にナノ粒子やナノチューブが拡散する危険性があるとし、﹁生産者の責任において健康や環境への影響を最小限にするような製品ライフサイクル全体に対する施策を行うべきだ﹂と助言している。
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[[王立協会]]の報告書では<ref>{{cite paper |author=Royal Society and Royal Academy of Engineering |title=Nanoscience and nanotechnologies: opportunities and uncertainties |date=2004 |url= http://www.nanotec.org.uk/finalReport.htm |accessdate=2008-05-18}}</ref>、商品の廃棄・破壊・リサイクルの間にナノ粒子やナノチューブが拡散する危険性があるとし、﹁生産者の責任において健康や環境への影響を最小限にするような製品ライフサイクル全体に対する施策を行うべきだ﹂と助言している。
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== 脚注 |
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{{Reflist|2}} |
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* Maynard, Andrew, {{cite web|url= http://www.nanotechproject.org/news/archive/the_twinkie_guide_to_nanotechnology/ |title=The Twinkie Guide to Nanotechnology • News Archive • Nanotechnology Project |publisher=Nanotechproject.org |date=2007-10-22 |accessdate=2009-11-24}} Woodrow Wilson International Center for Scholars. 2007. - "..a friendly, funny, 25-minute travel guide to the technology" |
* Maynard, Andrew, {{cite web|url= http://www.nanotechproject.org/news/archive/the_twinkie_guide_to_nanotechnology/ |title=The Twinkie Guide to Nanotechnology • News Archive • Nanotechnology Project |publisher=Nanotechproject.org |date=2007-10-22 |accessdate=2009-11-24}} Woodrow Wilson International Center for Scholars. 2007. - "..a friendly, funny, 25-minute travel guide to the technology" |
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* Fritz Allhoff and Patrick Lin (eds.), [http://www.springer.com/philosophy/ethics/book/978-1-4020-6208-7 ''Nanotechnology & Society: Current and Emerging Ethical Issues''] (Dordrecht: Springer, 2008). |
* Fritz Allhoff and Patrick Lin (eds.), [http://www.springer.com/philosophy/ethics/book/978-1-4020-6208-7 ''Nanotechnology & Society: Current and Emerging Ethical Issues''] (Dordrecht: Springer, 2008). |
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* Fritz Allhoff, Patrick Lin, James Moor, and John Weckert (eds.) {{cite web |url= http://www.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-0470084170.html |title=Nanoethics: The Ethical and Societal Implications of Nanotechnology |
* Fritz Allhoff, Patrick Lin, James Moor, and John Weckert (eds.) {{cite web |url= http://www.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-0470084170.html |title=Nanoethics: The Ethical and Societal Implications of Nanotechnology |author= |date=2007 |work= |publisher=John Wiley & Sons |place=Hoboken |accessdate=2010-09-10 }} {{cite web |url= http://www.nanoethics.org/wiley.html |title=Wiley |author= |date= |work= |publisher= |accessdate=2010-09-10 }} |
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* J. Clarence Davies, [http://www.nanotechproject.org/publications/archive/epa_nanotechnology_oversight_for_21st/ EPA and Nanotechnology: Oversight for the 21st Century], ''Project on Emerging Nanotechnologies'', PEN 9, May 2007. |
* J. Clarence Davies, [http://www.nanotechproject.org/publications/archive/epa_nanotechnology_oversight_for_21st/ EPA and Nanotechnology: Oversight for the 21st Century], ''Project on Emerging Nanotechnologies'', PEN 9, May 2007. |
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* Carl Marziali, [http://www.usc.edu/uscnews/stories/13316.html "Little Big Science,"] USC Trojan Family Magazine, Winter 2007. |
* Carl Marziali, [http://www.usc.edu/uscnews/stories/13316.html "Little Big Science,"] USC Trojan Family Magazine, Winter 2007. |
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* The Silicon Valley Toxics Coalition (April, 2008), [http://www.svtc.org/svtc_nanotech Regulating Emerging Technologies in Silicon Valley and Beyond] |
* The Silicon Valley Toxics Coalition (April, 2008), [http://www.svtc.org/svtc_nanotech Regulating Emerging Technologies in Silicon Valley and Beyond] |
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* [http://www.genengnews.com Genetic Engineering & Biotechnology News] (January, 2008), [http://www.genengnews.com/articles/chitem.aspx?aid=2325 Getting a Handle on Nanobiotech Products] Regulators and Companies Are Laying the Groundwork for a Predicted Bright Future |
* [http://www.genengnews.com Genetic Engineering & Biotechnology News] (January, 2008), [http://www.genengnews.com/articles/chitem.aspx?aid=2325 Getting a Handle on Nanobiotech Products] Regulators and Companies Are Laying the Groundwork for a Predicted Bright Future |
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* {{cite journal |author=Suh WH, Suslick KS, Stucky GD, Suh YH |title=Nanotechnology, nanotoxicology, and neuroscience |journal=Progress in Neurobiology |volume=87 |issue=3 |page=133|year=2009|pmid=18926873 |doi=10.1016/j.pneurobio.2008.09.009 |pages= |
* {{cite journal |author=Suh WH, Suslick KS, Stucky GD, Suh YH |title=Nanotechnology, nanotoxicology, and neuroscience |journal=Progress in Neurobiology |volume=87 |issue=3 |page=133|year=2009|pmid=18926873 |doi=10.1016/j.pneurobio.2008.09.009 |pages=133-70 |pmc=2728462}} |
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== 関連項目 == |
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* [[K・エリック・ドレクスラー]] |
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* [[化学とマイクロ・ナノシステム研究会]] |
* [[化学とマイクロ・ナノシステム研究会]] |
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*[[原子層堆積]] |
* [[原子層堆積]] |
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* [[分子エレクトロニクス]](モレキュラーエレクトロニクス) |
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* [[超微細電子工学]](ナノエレクトロニクス) |
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* [[NEMS]](ナノエレクトロメカニカルシステム) |
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== 外部リンク == |
== 外部リンク == |
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{{Commons|Nanotechnology}} |
{{Commons|Nanotechnology}} |
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* [http://www.nanonet.go.jp/ 文部科学省ナノテクノロジー総合支援プロジェクトセンター] |
* [http://www.nanonet.go.jp/ 文部科学省ナノテクノロジー総合支援プロジェクトセンター] |
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* [http://www.sigmaaldrich.com/japan/materialscience/nano-materials/nanomaterials-tutorial.html ナノテクノロジーとその材料] - シグマアルドリッチ |
* [http://www.sigmaaldrich.com/japan/materialscience/nano-materials/nanomaterials-tutorial.html ナノテクノロジーとその材料] - シグマアルドリッチ |
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* [https://park.itc.u-tokyo.ac.jp/kitamori/CHEMINAS/ 化学とマイクロ・ナノシステム研究会] |
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* [http://www.cilas.com/nanoparticle-aerosol-monitor.htm Nanoparticle aerosol monitor] |
* [http://www.cilas.com/nanoparticle-aerosol-monitor.htm Nanoparticle aerosol monitor] |
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* [http://www.vega.org.uk/video/programme/3 What is Nanotechnology?] (A Vega/BBC/OU Video Discussion). |
* [http://www.vega.org.uk/video/programme/3 What is Nanotechnology?] (A Vega/BBC/OU Video Discussion). |
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* [http://www.nanotecexpo.com.br/english Nanotec Expo] - Fair and Congress Latin American of Nanotechnology |
* [http://www.nanotecexpo.com.br/english Nanotec Expo] - Fair and Congress Latin American of Nanotechnology |
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* [http://www.crnano.org/basics.htm "Nanotechnology Basics: For Students and Other Learners."] Center for Responsible Nanotechnology. World Care. 11 Nov. 2008. |
* [http://www.crnano.org/basics.htm "Nanotechnology Basics: For Students and Other Learners."] Center for Responsible Nanotechnology. World Care. 11 Nov. 2008. |
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* {{Curlie|Science/Technology/Nanotechnology/|Nanotechnology}} |
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* [http://nanohub.org/resources/6583 Course on ''Introduction to Nanotechnology''] |
* [http://nanohub.org/resources/6583 Course on ''Introduction to Nanotechnology''] |
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* [http://www.thenanoage.com The Nano Age] |
* [http://www.thenanoage.com The Nano Age] |
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* [http://weblearningplaza.jst.go.jp/cgi-bin/user/top.pl?next=lesson_list&type=simple&field_code=36&course_code=488 ナノマテリアル](技術者Web学習システム) |
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* [http://weblearningplaza.jst.go.jp/cgi-bin/user/top.pl?next=lesson_list&type=simple&field_code=36&course_code=343 環境・エネルギー分野におけるナノテクノロジー](技術者Web学習システム) |
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* [http://weblearningplaza.jst.go.jp/cgi-bin/user/top.pl?next=lesson_list&type=simple&field_code=36&course_code=486 ライフサイエンス分野におけるナノテクノロジー](技術者Web学習システム) |
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* [http://weblearningplaza.jst.go.jp/cgi-bin/user/top.pl?next=lesson_list&type=simple&field_code=36&course_code=487 ナノテクノロジーとエレクトロニクス・情報](技術者Web学習システム) |
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* [http://ion.ee.tut.ac.jp/ 国立大学 豊橋技術科学大学 松田・武藤・河村ナノテク研究室] |
* [http://ion.ee.tut.ac.jp/ 国立大学 豊橋技術科学大学 松田・武藤・河村ナノテク研究室] |
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* [http://www.nanomirror.co.jp/ ナノテク鏡面加工 ナノミラー®] |
* [http://www.nanomirror.co.jp/ ナノテク鏡面加工 ナノミラー®] |
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2024年3月10日 (日) 15:06時点における最新版
目的[編集]
物質をナノメートルレベルで制御する利点は幾つかある。例えば、現在コンピュータなどで利用されている電子回路のトランジスタは、だいたい数十nm程度の大きさであるが、これを1/10にすることができれば、コンピュータを現在よりもずっと小型化し、必要な電力や発熱を抑えることが可能となる。同様に、記憶装置などでも小型化・高機能化が期待される。 また、物質を数ナノメートルの大きさにすると、量子効果と呼ばれる特殊な現象が発現する。例えば、近年の電子デバイスで利用されている、電子の閉じこめによるエネルギー準位の離散化があらわれる大きさや、トンネル効果があらわれる距離は、ナノメートルの領域である。電子材料以外にも、ドラッグデリバリーシステムに代表されるような医療への展開もさかんに試みられている。起源[編集]
基本[編集]
1ナノメートル (nm) は1メートルの1000000000分の1、10−9メートル (m)である。例えば、炭素原子同士の結合距離または分子内の原子間の間隔はおおよそ0.12 nmから0.15 nmである。またDNAの二重らせんの直径は約2 nmである。一方、最小の細胞であるマイコプラズマの全長は約200 nmである。 その大きさを別の観点で見てみると、メートルとナノメートルの比は、地球とおはじきの大きさの比とほぼ等しい[5]。また、平均的な男性が髭を剃ろうと剃刀を持ち上げる時間に髭が伸びる長さがだいたい1ナノメートルである[5]。 ナノテクノロジーの手法は大きく2つにわけることができる。1つは、物質を原子論的にみた集団的変化の方法論を利用して、微細にこれを再編成する技術をトップダウン方式という。もう1つは、原子や分子(おおよそ 0.1 - 10 nm 程度)をひとつひとつ正確に組み合わせることで新しい機能を持った材料を作っていく方法で、これをボトムアップ方式という[6]。トップダウン方式は主に機械・電子系の分野で、ボトムアップ方式は化学系の分野で研究が行われている。 ここ数十年の間に、ナノテクノロジーに科学的基盤を与えるべく、ナノエレクトロニクス・ナノ工学・ナノ光学といった学問分野が生まれた。大きいものから小さいものへ: 素材の観点[編集]
単純なものから複雑なものへ: 分子の観点[編集]
現代の化学合成技術は、小さな分子をほとんどどんな構造にでも配置することが可能な点にまで到達している。今ではその技術を使って様々な薬品や商用ポリマーなどの有益な化学物質を製造している。そこからさらに、単一分子を集めて超分子を望みの形に形成できるかという問題が提起される。 分子を自動的に所定の配置にして望みの組成を得るというボトムアップ方式を分子セルフアセンブリあるいは超分子化学と呼ぶ。そこで重要となるのが分子認識という概念である。分子をデザインするには、非共有分子間力を使って特定の配置や構成をとるように強いる。ワトソン・クリック型塩基対も同じ原理で形成されており、酵素が特定の基質にのみ作用するのも同じ原理によるもので、たんぱく質のフォールディングも同様である。したがって2つ以上の部分が互いにうまくかみ合うようにデザインすることで、全体としてより複雑で有益なものにすることができる。 こうしたボトムアップ方式は同時に多数のデバイスを生産できるためトップダウン方式よりもずっとコストが低くなるが、必要とされる分子の大きさと複雑さが増すと困難さも増すことが予想される。有益な構造のほとんどが、複雑で熱力学的にもあり得ない原子の配置を必要としている。しかし生体内では分子認識に基づくセルフアセンブリが様々な場面で行われており、塩基対や酵素と基質の相互作用が例として挙げられる。ナノテクノロジーの目標の一つは、そういった自然界の仕組みを応用して新たな有益なものを構築することである。分子ナノテクノロジー: 長期的展望[編集]
研究分野[編集]
ナノ素材[編集]
ナノ素材の分野には、ナノスケールになったとき独特の特性が生じる素材を研究開発するという分野が含まれる[15]。 ●コロイドおよび界面化学は、カーボンナノチューブなどのフラーレン、各種ナノ粒子やナノロッドなど、ナノテクノロジーにおいて有益な様々な素材を提供してきた。高速イオン輸送が可能なナノ素材はナノイオニクスやナノエレクトロニクスとも関連している。 ●ナノスケール素材は様々な用途に使われる。現在商用化されたナノテクノロジーの多くはナノスケール素材に関連している。 ●ナノ素材を医療に応用する研究が進んでいる︵ナノメディシン︶ ●ナノスケール素材は太陽電池にも使われており、従来からのシリコンの太陽電池とコストを競っている。 ●半導体ナノ粒子の用途として、次世代のディスプレイ、照明、太陽電池、生体イメージングなどへの応用が開発されている。量子ドット参照。ボトムアップ的アプローチ[編集]
ボトムアップ方式では、より小さいものから複雑なものを組み立てる。 ●DNAナノテクノロジーはワトソン・クリック型塩基対の特定性を利用し、DNAや他の核酸から明確な構造を構築する。 ●﹁古典的﹂な化学合成の分野からのアプローチでも分子を明確な形にデザインする研究が行われている︵例えば、ビスペプチド[16]︶。 ●分子セルフアセンブリは超分子化学の概念、特に分子認識を応用し、単一の分子部品が自ら自動的に有益な構造となるようにすることを目指している。トップダウン的アプローチ[編集]
トップダウン方式では、より大きなものからより小さなデバイスを作ろうとする。 ●マイクロプロセッサ製造のために発展した半導体工学の技法は100 nm未満の構造を形成できるようになっており、ナノテクノロジーと呼べるレベルに達している。巨大磁気抵抗効果を利用したハードディスクは原子層堆積法 (ALD) によって作られており、ナノテクノロジーの一種と言える[17]。ペーター・グリューンベルクとアルベール・フェールは巨大磁気抵抗を発見しスピントロニクスの分野に貢献したとして2007年のノーベル物理学賞を受賞した[18]。 ●半導体工学の技法はNEMS (Nano Electro Mechanical Systems) というデバイスの製造にも応用されている。NEMSよりややスケールが大きいものをMEMSと呼ぶ。 ●原子間力顕微鏡の先端を﹁ペン先﹂のように使い、固体表面に分子材料を配置する技法をディップペン・リソグラフィーと呼ぶ。これを含めた技術をナノリソグラフィーと呼ぶ。 ●集束イオンビームは、固体表面を微細に削ることができ、そのときに適当なガスを注入すれば材料を配置することもできる。例えば、透過型電子顕微鏡とこの技法を使った100nm未満の微細構造の解析が普通に行われている。機能的アプローチ[編集]
機能的アプローチとは、必要な機能がまずあって、それを何らかの手段で作り出そうとする研究である。 ●分子エレクトロニクスは、有益な電子特性を持つ分子を開発することを目的としている。そうした分子はナノエレクトロニクスのデバイスの単分子部品として応用される[19]。例えば、ロタキサンがある。 ●化学合成の技法を使ってナノカーなどの合成分子モーターを作る研究が行われている[20]。生体工学的アプローチ[編集]
●生体工学あるいは生体模倣技術では、自然界にある生物学的手法やシステムを模倣し、それらを工学システムやテクノロジーの設計に役立てることを研究している。例えば生体内鉱質形成のシステムを研究している。 ●バイオナノテクノロジーは生体物質をナノテクノロジーに応用することを研究している。ツールと技法[編集]
用途[編集]
Project on Emerging Nanotechnologies は2008年8月21日時点で800以上のナノテク製品が商品化されていると推定し、3週から4週に1つのペースで新製品が世に出ているとした[21]。同プロジェクトは一般に販売されている全製品の一覧をオンラインで公開している[22]。そのほとんどは﹁第一世代﹂の受動的ナノ素材を使うに留まっており、日焼け止め剤や化粧品や一部食品に使われている二酸化チタン、粘着シートに使われている炭素同素体、食品包装・衣類・殺菌剤・家電製品に使われている銀の微粒子、日焼け止め剤・化粧品・表面コーティング・塗料・屋外用家具の上塗りなどの酸化亜鉛、燃料触媒としての酸化セリウムなどが含まれる[23]。
投資状況[編集]
2001年にアメリカ合衆国のクリントン大統領がナノテクを国家的戦略研究目標としたことから、日本でも多くの予算が配分されるようになり、現在最も活発な科学技術研究分野のひとつとなっている。ニューヨーク州ではジョージ・パタキ知事の政策のもとに、これまでに3500億円強相当︵1ドル117円で 換算︶が投資され[26]、近年ではナノテクノロジーの産業の振興に力を入れており、テック バレーを形成している[27]。ニューヨーク州立大学オールバニ校を中心にCollege of Nanoscale Science and Engineering (CNSE)が設立され、数々のベンチャー企業が設立され、東京エレクトロン等、各国の企業が研究開発拠点を構える[28][29]。危険性についての懸念[編集]
人体や環境への影響[編集]
最近開発されたナノ粒子製品のいくつかが思いがけない結果を生む可能性もある。例えば、消臭靴下に使われている銀のナノ粒子が洗濯によって環境にばらまかれていることが判明し、それによって悪影響がある可能性も指摘されている[35]。銀のナノ粒子は制菌作用があるため、廃棄物処理場や農場などの有機物の分解に役立っている菌を殺す可能性があるという[36]。 ロチェスター大学での研究で、ネズミがナノ粒子を吸い込むと脳と肺に蓄積され、炎症やストレス反応を引き起こすことが判明した[37]。中国の研究では、無毛マウスをナノ粒子にさらすと皮膚の老化が早まるという結果が報告されている[38][39]。 UCLAでの2年間の研究によれば、ネズミのDNAが二酸化チタンのナノ粒子でダメージを受けることが示され、﹁ガン、心臓病、神経系疾患、老化など、人間にとっても死の危険性を増す可能性がある﹂とした[40]。 ﹁ネイチャー ナノテクノロジー﹂誌に掲載された研究によると、ある種のカーボンナノチューブを十分な量吸引すると石綿と同様の健康被害があるという。エジンバラの Institute of Occupational Medicine に勤める Anthony Seaton はその研究に関する記事の中で﹁カーボンナノチューブの一部が中皮腫を起こす可能性がある。したがって、そういった新素材は非常に慎重に扱う必要がある﹂と述べている[41][42]。政府によるナノテクノロジー規制がない現状に対して、人工ナノ粒子を食品に用いないよう要求する声もある[43]。塗装工場の作業員が肺に重い疾患を負い、調べてみると肺からナノ粒子が検出されたという報道もある[44]。規制に関する議論[編集]
ナノテクノロジーの健康への影響に関する議論の中で、ナノテクノロジーをより強く規制すべきだという主張もなされている[45]。さらに、ナノテクノロジーを規制する責任があるのは誰かという議論も重要である。一般に毒物はいくつかの観点から法的に規制されているが、それらの法律でナノテクノロジーを規制できるかというと明らかにギャップが存在する[46]。"Nanotechnology Oversight: An Agenda for the Next Administration"[47] の中で元EPA副長官 J. Clarence (Terry) Davies は、次の大統領任期中の明確な規制のためのロードマップを提案し、ナノテクノロジーの監視についての現在の欠点を克服するための短期および長期のステップを解説している。 ウッドロウ・ウィルスン・センターの Project on Emerging Nanotechnologies で主任科学アドバイザーを務める Andrew Maynard は、健康と安全に関する研究への予算が不十分であるため、ナノテクノロジーの健康への影響や安全性への理解が今のところ限定的になっていると指摘した[48]。結果として一部の研究者は、たとえナノテクノロジーの発展が阻害されるとしても予防原則を厳密に適用すべきだと主張している[49]。 王立協会の報告書では[50]、商品の廃棄・破壊・リサイクルの間にナノ粒子やナノチューブが拡散する危険性があるとし、﹁生産者の責任において健康や環境への影響を最小限にするような製品ライフサイクル全体に対する施策を行うべきだ﹂と助言している。脚注[編集]
参考文献[編集]
●"Basic Concepts of Nanotechnology" History of Nano-Technology, News, Materials, Potential Risks and Important People. ●“About Nanotechnology - An Introduction to Nanotech from The Project on Emerging Nanotechnologies”. Nanotechproject.org. 2009年11月24日閲覧。 ●“Nanotechnology Introduction Pages”. Nanotech-now.com. 2009年11月24日閲覧。 ●Medicalnanotec.com, Introduction to applications of Nanotechnology in Medicine. ●Maynard, Andrew, “The Twinkie Guide to Nanotechnology • News Archive • Nanotechnology Project”. Nanotechproject.org (2007年10月22日). 2009年11月24日閲覧。 Woodrow Wilson International Center for Scholars. 2007. - "..a friendly, funny, 25-minute travel guide to the technology" ●Fritz Allhoff and Patrick Lin (eds.), Nanotechnology & Society: Current and Emerging Ethical Issues (Dordrecht: Springer, 2008). ●Fritz Allhoff, Patrick Lin, James Moor, and John Weckert (eds.) “Nanoethics: The Ethical and Societal Implications of Nanotechnology”. John Wiley & Sons (2007年). 2010年9月10日閲覧。 “Wiley”. 2010年9月10日閲覧。 ●J. Clarence Davies, EPA and Nanotechnology: Oversight for the 21st Century, Project on Emerging Nanotechnologies, PEN 9, May 2007. ●Carl Marziali, "Little Big Science," USC Trojan Family Magazine, Winter 2007. ●William Sims Bainbridge: Nanoconvergence: The Unity of Nanoscience, Biotechnology, Information Technology and Cognitive Science, June 27, 2007, Prentice Hall, ISBN 0-13-244643-X ●Lynn E. Foster: Nanotechnology: Science, Innovation, and Opportunity, December 21, 2005, Prentice Hall, ISBN 0-13-192756-6 ●Impact of Nanotechnology on Biomedical Sciences: Review of Current Concepts on Convergence of Nanotechnology With Biology by Herbert Ernest and Rahul Shetty, from AZojono, May 2005. ●Hunt, G & Mehta, M (eds)(2008) Nanotechnology: Risk, Ethics & Law, Earthscan, London. ●Andrew Schneider, The Nanotech Gamble, Growing Health Risks from Nanomaterials in Food and Medicine, First in a Three-Part Series, AOL News Special Report, March 24, 2010. ●Hari Singh Nalwa (2004), Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology (10-Volume Set), American Scientific Publishers. ISBN 1-58883-001-2 ●Michael Rieth and Wolfram Schommers (2006), Handbook of Theoretical and Computational Nanotechnology (10-Volume Set), American Scientific Publishers. ISBN 1-58883-042-X ●Akhlesh Lakhtakia (ed) (2004). The Handbook of Nanotechnology. Nanometer Structures: Theory, Modeling, and Simulation. SPIE Press, Bellingham, WA, USA. ISBN 0-8194-5186-X ●Fei Wang & Akhlesh Lakhtakia (eds) (2006). Selected Papers on Nanotechnology—Theory & Modeling (Milestone Volume 182). SPIE Press, Bellingham, WA, USA. ISBN 0-8194-6354-X ●Jumana Boussey, Georges Kamarinos, Laurent Montès (editors) (2003), Towards Nanotechnology, "Nano et Micro Technologies", Hermes Sciences Publ., Paris, ISBN 2-7462-0858-X. ●The Silicon Valley Toxics Coalition (April, 2008), Regulating Emerging Technologies in Silicon Valley and Beyond ●Genetic Engineering & Biotechnology News (January, 2008), Getting a Handle on Nanobiotech Products Regulators and Companies Are Laying the Groundwork for a Predicted Bright Future ●Suh WH, Suslick KS, Stucky GD, Suh YH (2009). “Nanotechnology, nanotoxicology, and neuroscience”. Progress in Neurobiology 87 (3): 133-70. doi:10.1016/j.pneurobio.2008.09.009. PMC 2728462. PMID 18926873.関連項目[編集]
●ナノメートル ●分子力学法 ●量子ドット ●量子細線 ●ナノマテリアル ●ナノマシン ●カーボンナノチューブ ●リチャード・P・ファインマン ●飯島澄男 ●K・エリック・ドレクスラー ●化学とマイクロ・ナノシステム研究会 ●原子層堆積 ●分子エレクトロニクス(モレキュラーエレクトロニクス) ●超微細電子工学(ナノエレクトロニクス) ●NEMS(ナノエレクトロメカニカルシステム)外部リンク[編集]
 | この節の外部リンクはウィキペディアの方針やガイドラインに違反しているおそれがあります。 |
- 文部科学省ナノテクノロジー総合支援プロジェクトセンター
- ナノテクノロジーとその材料 - シグマアルドリッチ
- 化学とマイクロ・ナノシステム研究会
- Nanoparticle aerosol monitor
- What is Nanotechnology? (A Vega/BBC/OU Video Discussion).
- Nanotec Expo - Fair and Congress Latin American of Nanotechnology
- "Nanotechnology Basics: For Students and Other Learners." Center for Responsible Nanotechnology. World Care. 11 Nov. 2008.
- Nanotechnology - Curlie
- Course on Introduction to Nanotechnology
- The Nano Age
- 国立大学 豊橋技術科学大学 松田・武藤・河村ナノテク研究室
- ナノテク鏡面加工 ナノミラー®
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