Литература, вводящая в нанотехнологии
Недавно я участвовал в фуршете Лебедева, и кроме прочих вопросов, меня просили порекоммендовать литературу по нанотехнологии.
Прежде всего рекомендую прочитать книгу Эрика Дрекслера “Машины создания” (Eric Drexler “Machines of Creation”). Это скорее философская и научно-популярная книжка. Она мало связана с реальным миром, но в ней показаны основные цели, стоящие перед сегодняшней прикладной наукой, а также объясняется, откуда есть пошла нанотехнология.
Сегодня нанотехнологиями называют половину ведущихся в мире исследований в самых разных областях науки. Поэтому нужно точно определится с тематикой.
Я считаю конечной целью нанотехнологии создание нано-ассемблера, устройства, которое может манипулировать отдельными атомами, а следовательно, собрать из атомов любую молекулу.
В науке к решению этой проблемы идут с двух сторон: “сверху-вниз” и “снизу-вверх”.
Способ “сверху-вниз” заключается в том, что нужно создать маленькие машины, которые смогут сделать еще меньшие, а те в свою очередь - еще меньшие. Известны системы, которые удовлетворяют многим требованиям нано-ассемблера. Это живые клетки. Поэтому способ состоит в том, что клетки изучают и модифицируют. Изучением процессов, протекающих в клетке, занимается биохимия и молекулярная биология.
Nelson, D. L. & Cox, M. M. (Eds.) Lehninger Principles of Biochemistry 5th edition.
Metzler, D. E. Biochemistry. The chemical reactions of living cells.
Синтетическая биология - совершенно новое направление, о том, как искусственно создавать новые процессы в клетке (а это, как вы понимаете, путь к созданию меньших машин). Один из основателей направления - Рон Вайсс - написал обзор:
Purnick, P. E. M. & Weiss, R. The second wave of synthetic biology: from modules to systems; Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2009, 10, 410-422
Способ “снизу-вверх” подразумевает, что нужно сначала сделать элементарные детали для наномашин, которые потом объединить в более сложные, а те - в еще более сложные; пока не получим желаемый результат. Собирать устройства поатомно (с помощью сканирующего туннельного микроскопа, например), оказалось на данный момент невозможно. Потому элементарные детальки получают путем обыкновенного химического синтеза. Естественно, нужно понимать органическую химию, чтобы заниматься этим направлением.
Carey, F. A. & Sundberg, R. J. Advanced Organic Chemistry. Part A: Structure and Mechanisms Springer, 2007
Carey, F. A. & Sundberg, R. J. Advanced Organic Chemistry. Part B: Reactions and Synthesis Springer, 2007
McMurry, J. Organic Chemistry Brooks/Cole Thomson Learning, 2000
Smith, M. B. & March, J. March's advanced organic chemistry. Reactions, mechanisms, and structure John Wiley & Sons, Inc., 2007
Sykes, P. A guidebook to mechanism in organic chemistry Longman Scientific & Technical, John Wiley & Sons, Inc., 1995
Учебник-введение в нанотехнологию типа “снизу-вверх” написали итальянцы:
Balzani, V.; Credi, A. & Venturi, M. Molecular Devices and Machines: Concepts and Perspectives for the Nanoworld Wiley-VCH Verlag GmBH & Co. KGaA, 2008
Опубликовали также несколько статей и обзоров по элементарным составным частям будущих нано-машин:
Browne, W. R. & Feringa, B. L. Making molecular machines work Nature Nanotechnology, 2006, 1, 25-35
Kay, E. R.; Leigh, D. A. & Zerbetto, F. Synthetic Molecular Motors and Mechanical Machines Angewandte Chemie International Edition, 2007, 46, 72-191
Kelly, T. R.; De Silva, H. & Silva, R. A. Unidirectional rotary motion in a molecular system Nature, 1999, 401, 150-152
Lund, K.; Manzo, A. J.; Dabby, N.; Michelotti, N.; and Jeanette Nangreave, A. J.-B.; Taylor, S.; Pei, R.; Stojanovic, M. N.; Walter, N. G.; Winfree, E. & Yan, H. Molecular robots guided by prescriptive landscapes Nature, 2010, 465, 206-210
Наноробот должен иметь бортовой компьютер, в котором будет нести свою программу, и который сможет организовать ввод-вывод информации. Адепты обоих способов, “сверху-вниз” и “снизу-вверх” понимают это и потому пытаются сделать вычислительную систему, которую можно было бы использовать на молекулярном уровне.
Первое, что нужно знать, это основы формальной арифметики (Boolean algebra). Этот раздел математики очень прост, поэтому гуглите информацию сами.
Вот список обзоров, опубликованных по теме логических элементов:
Stojanovic, M. Peper, F. (Ed.) Two Molecular Information Processing Systems Based on Catalytic Nucleic Acids Springer, 2010, 55-63
de Silva, A. P. & Uchiyama, S. Molecular logic and computing nature nanotechnology, 2007, 2, 399-410
Benenson, K.; Paz-Elitzur, T.; Adar, R.; Keinan, E.; Livneh, Z. & Shapiro, E. Programmable and autonomous computing machine made of biomolecules Nature, 2001, 414, 430-434
Benenson, Y.; Gil, B.; Ben-Dor, U.; Adar, R. & Shapiro, E. An autonomous molecular computer for logical control of gene expression Nature, 2004, 429, 423-429
Shapiro, E. & Benenson, Y. Bringing DNA computers to life Scientific American, 2006, May, 45-51
Clancy, K. & Voigt, C. A. Programming cells: towards an automated [`]Genetic Compiler' Current Opinion in Biotechnology, 2010, In Press
Pischel, U. Chemical Approaches to Molecular Logic Elements for Addition and Subtraction Angewandte Chemie, International Edition, 2007, 46, 4026-4040
Rackham, O. & Chin, J. W. Cellular Logic with Orthogonal Ribosomes Journal of the American Chemical Society, 2005, 127, 17584-17585
Ran, T.; Kaplan, S. & Shapiro, E. Molecular implementation of simple logic programs Nature Nanotechnology, Nature Publishing Group, 2009, 4, 642-648
Надеюсь, мой пост приблизит эру нанороботов :).
Да, книги берутся в файлообменных сетях, а обзоры - часть скачиваются на сайтах журнала, часть - в тех же файлообменных сетях, а часть - у друзей-ученых с доступом к нужному журналу.
Прежде всего рекомендую прочитать книгу Эрика Дрекслера “Машины создания” (Eric Drexler “Machines of Creation”). Это скорее философская и научно-популярная книжка. Она мало связана с реальным миром, но в ней показаны основные цели, стоящие перед сегодняшней прикладной наукой, а также объясняется, откуда есть пошла нанотехнология.
Сегодня нанотехнологиями называют половину ведущихся в мире исследований в самых разных областях науки. Поэтому нужно точно определится с тематикой.
Я считаю конечной целью нанотехнологии создание нано-ассемблера, устройства, которое может манипулировать отдельными атомами, а следовательно, собрать из атомов любую молекулу.
В науке к решению этой проблемы идут с двух сторон: “сверху-вниз” и “снизу-вверх”.
Способ “сверху-вниз” заключается в том, что нужно создать маленькие машины, которые смогут сделать еще меньшие, а те в свою очередь - еще меньшие. Известны системы, которые удовлетворяют многим требованиям нано-ассемблера. Это живые клетки. Поэтому способ состоит в том, что клетки изучают и модифицируют. Изучением процессов, протекающих в клетке, занимается биохимия и молекулярная биология.
Nelson, D. L. & Cox, M. M. (Eds.) Lehninger Principles of Biochemistry 5th edition.
Metzler, D. E. Biochemistry. The chemical reactions of living cells.
Синтетическая биология - совершенно новое направление, о том, как искусственно создавать новые процессы в клетке (а это, как вы понимаете, путь к созданию меньших машин). Один из основателей направления - Рон Вайсс - написал обзор:
Purnick, P. E. M. & Weiss, R. The second wave of synthetic biology: from modules to systems; Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2009, 10, 410-422
Способ “снизу-вверх” подразумевает, что нужно сначала сделать элементарные детали для наномашин, которые потом объединить в более сложные, а те - в еще более сложные; пока не получим желаемый результат. Собирать устройства поатомно (с помощью сканирующего туннельного микроскопа, например), оказалось на данный момент невозможно. Потому элементарные детальки получают путем обыкновенного химического синтеза. Естественно, нужно понимать органическую химию, чтобы заниматься этим направлением.
Carey, F. A. & Sundberg, R. J. Advanced Organic Chemistry. Part A: Structure and Mechanisms Springer, 2007
Carey, F. A. & Sundberg, R. J. Advanced Organic Chemistry. Part B: Reactions and Synthesis Springer, 2007
McMurry, J. Organic Chemistry Brooks/Cole Thomson Learning, 2000
Smith, M. B. & March, J. March's advanced organic chemistry. Reactions, mechanisms, and structure John Wiley & Sons, Inc., 2007
Sykes, P. A guidebook to mechanism in organic chemistry Longman Scientific & Technical, John Wiley & Sons, Inc., 1995
Учебник-введение в нанотехнологию типа “снизу-вверх” написали итальянцы:
Balzani, V.; Credi, A. & Venturi, M. Molecular Devices and Machines: Concepts and Perspectives for the Nanoworld Wiley-VCH Verlag GmBH & Co. KGaA, 2008
Опубликовали также несколько статей и обзоров по элементарным составным частям будущих нано-машин:
Browne, W. R. & Feringa, B. L. Making molecular machines work Nature Nanotechnology, 2006, 1, 25-35
Kay, E. R.; Leigh, D. A. & Zerbetto, F. Synthetic Molecular Motors and Mechanical Machines Angewandte Chemie International Edition, 2007, 46, 72-191
Kelly, T. R.; De Silva, H. & Silva, R. A. Unidirectional rotary motion in a molecular system Nature, 1999, 401, 150-152
Lund, K.; Manzo, A. J.; Dabby, N.; Michelotti, N.; and Jeanette Nangreave, A. J.-B.; Taylor, S.; Pei, R.; Stojanovic, M. N.; Walter, N. G.; Winfree, E. & Yan, H. Molecular robots guided by prescriptive landscapes Nature, 2010, 465, 206-210
Наноробот должен иметь бортовой компьютер, в котором будет нести свою программу, и который сможет организовать ввод-вывод информации. Адепты обоих способов, “сверху-вниз” и “снизу-вверх” понимают это и потому пытаются сделать вычислительную систему, которую можно было бы использовать на молекулярном уровне.
Первое, что нужно знать, это основы формальной арифметики (Boolean algebra). Этот раздел математики очень прост, поэтому гуглите информацию сами.
Вот список обзоров, опубликованных по теме логических элементов:
Stojanovic, M. Peper, F. (Ed.) Two Molecular Information Processing Systems Based on Catalytic Nucleic Acids Springer, 2010, 55-63
de Silva, A. P. & Uchiyama, S. Molecular logic and computing nature nanotechnology, 2007, 2, 399-410
Benenson, K.; Paz-Elitzur, T.; Adar, R.; Keinan, E.; Livneh, Z. & Shapiro, E. Programmable and autonomous computing machine made of biomolecules Nature, 2001, 414, 430-434
Benenson, Y.; Gil, B.; Ben-Dor, U.; Adar, R. & Shapiro, E. An autonomous molecular computer for logical control of gene expression Nature, 2004, 429, 423-429
Shapiro, E. & Benenson, Y. Bringing DNA computers to life Scientific American, 2006, May, 45-51
Clancy, K. & Voigt, C. A. Programming cells: towards an automated [`]Genetic Compiler' Current Opinion in Biotechnology, 2010, In Press
Pischel, U. Chemical Approaches to Molecular Logic Elements for Addition and Subtraction Angewandte Chemie, International Edition, 2007, 46, 4026-4040
Rackham, O. & Chin, J. W. Cellular Logic with Orthogonal Ribosomes Journal of the American Chemical Society, 2005, 127, 17584-17585
Ran, T.; Kaplan, S. & Shapiro, E. Molecular implementation of simple logic programs Nature Nanotechnology, Nature Publishing Group, 2009, 4, 642-648
Надеюсь, мой пост приблизит эру нанороботов :).
Да, книги берутся в файлообменных сетях, а обзоры - часть скачиваются на сайтах журнала, часть - в тех же файлообменных сетях, а часть - у друзей-ученых с доступом к нужному журналу.