Физико-технические основы бионанотехнологий и наноиндустрии

ДЖ. РАМСДЕН 

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 
БИОНАНОТЕХНОЛОГИЙ  
И НАНОИНДУСТРИИ

Перевод с английского
Л.Н. Кодомского

Дж. Рамсден
Физикотехнические основы бионанотехнологий и наноиндустрии:
Учебное пособие / Дж. Рамсден – Долгопрудный: Издательский Дом
«Интеллект», 2013. – 336 с.
ISBN 9785915591393

Учебное пособие раскрывает концептуальные основы быстро растущей и развивающейся области нанотехнологии, фокусируя внимание  на самых существенных моментах.
Человек, впервые знакомящейся с нанотехнологией, но имеющий хорошую
подготовку в одной из традиционных дисциплин, таких, как физика, механика
или электротехника, химия или биология, или, возможно, работавший с микроэлектромеханическими системами (МЭМС), сталкивается  здесь с большим объемом важной и интересной информации. В книге сосредоточены основные принципы, теория и практика нанотехнологии. По сути это обширное введение в возможности и ограничения перспективной области исследований и разработок.
   Для студентов, преподавателей и разработчиков в областях нанобиоинфотехнологий.

ISBN 9785915591393
ISBN 9780080964478 (англ.)

© 2011, Published by Elsevier Inc.
All rights reserved
© 2013, ООО Издательский Дом
«Интеллект», оригиналмакет

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие автора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9

Глава 1. Что такое нанотехнология . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
1.1. Определения и общие представления . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
1.1.1. Общепринятые определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
1.1.2. К общим представлениям о нанотехнологии . . . . . . . . . .
15
1.2. Наглядное определение нанотехнологии . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
1.3. Краткая история нанотехнологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
1.3.1. Ультрапрецизионное производство . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
1.3.2. Производство полупроводников и микротехнология . . . . .
21
1.3.3. Наночастицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
1.4. Биология как парадигма . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
1.5. Почему нанотехнология? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
1.5.1. Новые комбинации свойств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
1.5.2. Миниатюризация устройств: расширение функциональных
возможностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27
1.5.3. Универсальная технология производства . . . . . . . . . . . . .
28
1.6. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
1.7. Дополнительные источники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29

Глава 2. Наношкала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
2.1. Размер атомов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
2.2. Молекулы и поверхности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
2.3. Образование зародышей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
2.4. Химическая реакционная способность . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
2.5. Электронные и оптические свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
2.6. Магнитные и ферроэлектрические свойства . . . . . . . . . . . . . .
45
2.7. Механические свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47

Оглавление

2.8. Значение и распространение малых размеров . . . . . . . . . . . . .
49
2.9. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
2.10. Дополнительные источники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
54

Глава 3. Силы, действующие в масштабе наношкалы. . . . .
55
3.1. Казимировы силы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
3.2. Внутримолекулярные взаимодействия . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
3.2.1. Концепция поверхностного натяжения . . . . . . . . . . . . . .
57
3.2.2. Критика формализации поверхностного натяжения . . . . .
62
3.2.3. Экспериментальное определение поверхностного натяжения
отдельного вещества . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
3.2.4. Смачивание и несмачиваемость . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
64
3.2.5. Масштабы длины при определении поверхностного натяжения
65
3.2.6. Условия изменения смачиваемости. . . . . . . . . . . . . . . . .
66
3.3. Капиллярная сила . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
66
3.4. Гетерогенные поверхности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
67
3.4.1. Смачивание на шероховатых и химически негомогенных
поверхностях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
68
3.4.2. Тройное взаимодействие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
70
3.5. Конкурирующие слабые взаимодействия . . . . . . . . . . . . . . . . .
71
3.6. Кооперативный эффект . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
71
3.7. Перколяция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
72
3.8. Структура воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
74
3.9. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
75
3.10. Дополнительные источники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
76

Глава 4. Нано/био интерфейс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
4.1. «Физический интерфейс» нано/био . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
80
4.1.1. Организмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
80
4.1.2. Ткани . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
81
4.1.3. Клетки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
82
4.1.4. Биомолекулы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
4.2. Наномедицина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
4.2.1. Концептуальная система для наномедицины . . . . . . . . . .
92
4.2.2. Более широкое значение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96
4.3. Нанотоксикология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
97
4.4. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
100
4.5. Дополнительные источники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
101

Глава 5. Нанометрология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
102
5.1. Методы измерения рельефа поверхности . . . . . . . . . . . . . . . .
104
5.1.1. Контактные методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
104
5.1.2. Неконтактные (оптические) методы . . . . . . . . . . . . . . . .
109

Оглавление
5

5.2. Химическая структура поверхности (хемография) . . . . . . . . . .
113
5.3. Метрология самосборки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
116
5.4. Представление текстуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
118
5.4.1. Шероховатость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
118
5.4.2. Одномерная текстура. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
120
5.4.3. Двухмерная текстура: лакунарность . . . . . . . . . . . . . . .
125
5.5. Метрология нано/био интерфейса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
126
5.5.1. Определение наноструктуры протеиновых корон . . . . . . .
127
5.5.2. Измерение адгезии клетки: взаимодействие исчезающего
поля с клеткой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
127
5.5.3. Схемы оптических измерений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
130
5.5.4. Волноводы обратной волны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
132
5.5.5. Интерпретация изменений эффективного индекса рефракции
133
5.5.6. Интерпретация изменений ширины связанных максимумов
134
5.6. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
135
5.7. Дополнительные источники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
136

Глава 6. Наноматериалы и их производство . . . . . . . . . . . .
137

6.1. Наночастицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
139
6.1.1. Измельчение и дисперсия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
140
6.1.2. Образование зародышей и их рост . . . . . . . . . . . . . . . .
141
6.2. Нановолокна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
145
6.3. Нанопокрытия и ультратонкие покрытия . . . . . . . . . . . . . . . .
146
6.3.1. Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ). . . . . . . . . . . . .
147
6.3.2. Пленки Ленгмюра. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
147
6.3.3. Самособирающиеся монослои (ССМ — SAMs) . . . . . . . .
151
6.4. Кристаллизация и супрамолекулярная химия . . . . . . . . . . . . .
154
6.5. Композиты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
155
6.5.1. Смеси полимеров с нанообъектами . . . . . . . . . . . . . . . .
156
6.5.2. Композиты металл–матрица . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
160
6.5.3. Саморемонтирующиеся композиты . . . . . . . . . . . . . . . . .
162
6.5.4. Наножидкости для теплопереноса . . . . . . . . . . . . . . . . .
163
6.5.5. Попеременное осаждение из полиэлектролитов . . . . . . . .
164
6.6. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
167
6.7. Дополнительные источники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
167

Глава 7. Наноустройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
168

7.1. Проблемы миниатюризации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
170
7.2. Обработка цифровой информации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
173
7.3. Квантовые вычисления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
177
7.4. Электронные устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
180
7.4.1. Баллистический транспорт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
180

Оглавление

7.4.2. Обедненные слои . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
181
7.4.3. Одноэлектронные устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
181
7.4.4. Молекулярные электронные устройства . . . . . . . . . . . . .
187
7.4.5. Клеточные автоматы на квантовых точках . . . . . . . . . . .
188
7.5. Тенденции в миниатюризации электронных устройств . . . . . . .
190
7.6. Спинтроника (магнитные устройства) . . . . . . . . . . . . . . . . . .
192
7.6.1. Сверхчувствительные магнитные сенсоры . . . . . . . . . . . .
193
7.6.2. Другие устройства памяти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
195
7.6.3. Спин-зависимые транзисторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
196
7.6.4. Логика одиночного спина. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
196
7.7. Фотонные устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
197
7.8. Механические устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
200
7.9. Жидкостные устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
203
7.9.1. Миксеры и реакторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
206
7.9.2. Химические и биохимические сенсоры . . . . . . . . . . . . . .
206
7.9.3. Устройства преобразования энергии . . . . . . . . . . . . . . . .
208
7.10. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
209
7.11. Дополнительные источники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
210

Глава 8. Нанофактура устройств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
211

8.1. Методы топ–даун (top–down) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
212
8.1.1. Технология полупроводников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
212
8.1.2. Эпитаксия с различными постоянными кристаллических
решеток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
214
8.1.3. Электростатическое осаждение распылением (ESD) . . . . .
215
8.1.4. Фелтинг . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
215
8.1.5. Ультрапрецизионные технологии . . . . . . . . . . . . . . . . . .
216
8.2. Методы восходящей разработки (bottom–up). . . . . . . . . . . . . .
217
8.2.1. Самосборка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
217
8.2.2. Термодинамика самоорганизации. . . . . . . . . . . . . . . . . .
221
8.2.3. «Добротность» организации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
223
8.2.4. Смеси частиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
224
8.2.5. Смешанные полимеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
225
8.2.6. Блок-сополимеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
226
8.2.7. Добавление частиц к границе раздела «твердое/жидкое» .
227
8.2.8. Программируемая самосборка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
233
8.2.9. Суперсферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
234
8.2.10. Биологическая самосборка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
235
8.2.11. Cворачивание (фолдинг) биополимеров . . . . . . . . . . . . .
237
8.2.12. Биологический рост . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
239
8.2.13. Самосборка как производственный процесс . . . . . . . . . . .
240
8.3. Методы «bottom-to-bottom» (технология механосинтеза) . . . . . .
242

Оглавление
7

8.3.1. Tip-based нанопроизводство . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
243
8.3.2. Наноблоки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
245
8.3.3. Dip Pen нанолитография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
246
8.4. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
246
8.5. Дополнительные источники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
248

Глава 9. Наноматериалы и устройства на основе углерода
249
9.1. Графен . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
251
9.2. Углеродные нанотрубки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
251
9.3. Углеродные наночастицы (фуллерены) . . . . . . . . . . . . . . . . . .
255
9.4. Применение материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
256
9.5. Устройства и их компоненты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
257
9.6. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
259
9.7. Дополнительные источники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
259

Глава 10. Наносистемы и их конструирование . . . . . . . . . .
260
10.1. Системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
260
10.2. Выбор материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
261
10.3. Дефекты в наночастицах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
263
10.4. Пространственное распределение дефектов . . . . . . . . . . . . . . .
265
10.5. Стратегия преодоления отказов компонентов . . . . . . . . . . . . . .
266
10.6. Компьютерное моделирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
267
10.7. «Эволюционное» конструирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
268
10.8. Критерии оценки рабочих характеристик . . . . . . . . . . . . . . . .
272
10.9. Увеличение масштабных размеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
272
10.10. Стандартизация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
273
10.11. Творческое конструирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
274
10.12. Технологичность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
274
10.13. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
275
10.14. Дополнительные источники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
276

Глава 11. Бионанотехнология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
277
11.1. Структурная природа биомолекул . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
279
11.2. Некоторые основные характеристики биологических молекул . . .
280
11.3. Механизм биологических машин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
281
11.3.1. Биологические моторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
283
11.3.2. Микротрубчатые сборки и разборки . . . . . . . . . . . . . . .
285
11.3.3. Затраты на обеспечение контроля . . . . . . . . . . . . . . . .
286
11.4. ДНК как конструкционный материал . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
287
11.5. Биосенсоры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
288
11.6. Биофотонные устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
289
11.7. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
291
11.8. Дополнительные источники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
292

Оглавление

Глава 12. Воздействие нанотехнологии . . . . . . . . . . . . . . . .
293

12.1. Технические революции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
295
12.2. Научное воздействие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
299
12.3. Технические воздействия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
300
12.3.1. Информационные технологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
300
12.3.2. Энергия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
301
12.3.3. Здравоохранение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
304
12.4. Вклад в промышленность и экономику. . . . . . . . . . . . . . . . . .
309
12.5. Вклад в защиту окружающей среды . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
312
12.6. Вклад в социальные аспекты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
313
12.6.1. Регулирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
314
12.6.2. Вклад в военную сферу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
314
12.6.3. Техническая грамотность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
315
12.6.4. Образование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
316
12.7. Вклад в индивидуальную психологию . . . . . . . . . . . . . . . . . .
316
12.8. Некоторые вопросы этики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
317
12.9. Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
318
12.10. Дополнительные источники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
319

Приложение. Нано-неологизмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
320

Список сокращений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
325

Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
327

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА

Только в одной Англии вышли в свет сотни книг по нанотехнологии на всех уровнях, начиная от трудов видных ученых, напоминающих подробные отчеты о достижениях в развитии микротехнологии
вплоть до описания перспективных подходов к реализации производительных наносистем. Более того, не только старые научные журналы
с солидной репутацией в области физики и химии завели у себя разделы нанотехнологии, но появилось и множество научных журналов,
посвятивших себя исключительно нанотехнологиям. Число таких журналов растет каждый год. Кроме того, постоянно выходит в свет поток
бизнес-ориентированных сообщений о настоящих и будущих рынках
нанотехнологии; они часто представляют собой увесистые документы,
изложенные на тысяче или более страницах. Трудно при этом оценить
достоверность предлагаемой информации.
Сталкиваясь с этим громадным и разрастающимся объемом литературы, новичок, оказываясь в этой области (возможно, он имеет крепкую
подготовку в одной из традиционных дисциплин, таких, как физика,
механика или электроиндустрия, химия или биология, или работал в
области микроэлектромеханических систем (MEMS), чувствует, что он
сталкивается с в некоторой степени хаотичной и красочной сценой,
из которой часто трудно извлечь смысл. Целью этой книги является
попытка дать общую и полную картину области нанотехнологий, фокусируя внимание на самом существенном. При этом читатель смог бы
составить личное мнение, рассматривая обилие поступающей информации и приводя ее в относительный порядок. При этом основной упор делается на концепции. Цель этой книги можно вкратце сформулировать
следующим образом: «передать смысл нанотехнологий» — объяснить
вещи достаточно досконально, чтобы сделать их удобопонятными.

Предисловие автора

Сама по себе структура книги базируется на системном подходе к
предмету. После основного введения (гл. 1), включающего в себе краткую историю, следует тщательное рассмотрение смысла наношкалы
(гл. 2), от которой так или иначе все зависит, так как нанотехнология
может быть просто (но и с известным подтекстом) определена как «как
технология (или инженерное искусство) в пределах наношкалы».
Эта глава дает сжатую картину всей области. Глава 3 посвящена
рассмотрению межфазных сил, которые управляют ключевыми аспектами всего происходящего в пределах наношкалы. В гл. 4 рассматривается межфазная граница нано/био, которая играет фундаментальную
роль в продолжающейся эволюции нанотехнологии. В гл. 5 рассматриваются метрологические аспекты нанотехнологии, которые также оказывают серьезное влияние на технологию нанопроизводства. В этой главе подробно рассмотрены вопросы метрологии на границе раздела фаз
нано/био, так как это одна из новейших и хорошо изученных проблем
в этой области. Наноматериалы (включая сюда нано-объекты и наноструктурированные материалы) рассмотрены в гл. 6 — за исключением
углеродных наноматериалов (и устройств), которые заслуживают отдельного рассмотрения в гл. 9. Устройства всех видов, изготовленные
в пределах наношкалы (за исключением тех, которые основаны на углероде) это, в основном, информационные процессоры и трансдюсеры,
включая сенсоры, которые являются темой обсуждения в гл. 7. Стратегия их изготовления рассмотрена в гл. 8, посвященной трем фундаментальным методам, используемым в производстве в рамках наношкалы,
а именно top–down методы, используемые в ультрапрецизионных технологиях и в промышленности полупроводников, затем подход, известный
под названием bottom-to-bottom, который близок к оригинальной концепции нанотехнологии (молекулярный ассемблер) и, наконец, методы
bottom–up (самосборка), которые были в значительной степени инспирированы процессами в живом мире. Проблемы отбора материалов, конструирования и близкие к ним обсуждаются в гл. 10, особенно с учетом
тех фактов, что в наносистеме присутствует громадное число компонентов и при этом неизбежно наличие среди этого множества элементов,
имеющих дефекты. Глава 11 посвящена бионанотехнологии, определяемой как включение биомолекул в наноустройства. Последняя глава (12)
рассматривает различные виды воздействий нанотехнологий — технические, экономические, социальные, психологические и этические. Каждая глава снабжена в конце краткими выводами и списком дополнительных источников. В конце книги прилагается словарь нанотехнологических неологизмов, а также список наиболее употребительных
сокращений.