NOI TEHNICI DE PRODUCTIE

NANOTEHNOLOGIA – CERTITUDINEA VIITORULUI

Dr.Georgeta Temocico

Inca din momentul cand savantul britanic John Dalton, parintele fizicii moderne, a dezvoltat, la inceputul secolului XIX, teoria structurii molecular-atomice a materiei, oamenii de stiinta au fost preocupati de posibilitatea de a "pune la treaba" particulele infinitezimale in vederea progresului civilizatiei umane. Treptat, s-a dezvoltat, astfel, nanotehnologia, care ar putea fi definita ca manipularea atomilor si a moleculelor pentru realizarea unor dispozitive superminiaturizate si pentru a conferi noi proprietati materialelor existente. Natura este, desigur, cel mai mare "expert" in materie de nanotehnologie. Invatand de la natura, oamenii pot produce sisteme mai mici, mai usoare, mai rezistete, mai eficiente si, in ultima instanta, mai putin costisitoare, care sa fie folosite in interesul si spre binele lor. De pe acum nanotehnologia isi gaseste expresia in memoria de tip flash si in cipurile computerelor si i se prevede un viitor stralucit in imbunatatirea performantelor unor asemenea materiale si dispozitive cum ar fi polimerii, bateriile obisnuite si bateriile solare, senzorii, pilele de combustie (fuel cells), invelisurile izolatoare, sistemele display etc., etc. De pilda, in urmatorii ani se prevede ca viata bateriilor folosite la telefoanele mobile si alte dispozitive electronice portabile se va prelungi de un multiplu de ori, la fel si capacitatea de stocare a cardurilor de memorie.

Deosebit de promitatoare sunt perspectivele in domeniul medicinei. Cu ajutorul nanomedicinei se va imbunatati capacitatea de diagnostic si tratament. Pelicule flexibile incorporand electrozi miniaturali vor ameliora performantele implanturilor de retina ori ale organelor din interiorul urechii sau ale implanturilor de fibre nervoase. Cu ajutorul microsenzorilor de uz medical, starea de sanatate a fiecaruia dintre noi ar putea fi permanent monitorizata, 24 de ore din 24. De asemenea, in domeniul industrial se prevad programe importante, in special in privinta unor noi tipuri de materiale. Printre acestea, invelisuri mai rezistente la coroziune pot mari apreciabil durata de existenta a turbinelor hidroelectrice care opereaza in conditii de apa sarata. Nanomembranele ar putea accelera considerabil performantele filtrelor de apa. Substantele nanoceramice folosite in constructia avioanelor le-ar putea spori viteza de zbor, iar datorita greutatii mai reduse a aeronavelor consumul de carburant ar fi mult mai redus. Gratie calitatilor lor neobisnuite, electrice, optice si de alta natura, nanomaterialele folosite la confectionarea de tesaturi isi vor putea schimba culoarea prin simpla actionare a unei telecomenzi electronice. Avantajele in ce priveste, sa zicem, uniformele militare, in conditiile de lupta, sunt evidente, spre exemplu pentru derutarea adversarului. Romanele de tip SF au popularizat ideea unor roboti la scara moleculara sau chiar subatomica, mai mici decat virusii si cu capacitatea de a se autoreproduce, care, la un moment dat, ar putea lua in stapanire Pamantul si ar putea distruge orice forma de viata existenta. Savantii ne asigura ca asa ceva este de domeniul fanteziei pure. In schimb, ei sunt preocupati de posibilele efecte negative ale nanoparticulelor asupra mediului inconjurator si, implicit, asupra sanatatii oamenilor. Societatea Regala a Oamenilor de Stiinta din Marea Britanie si Academia de Inginerie din aceeasi tara au si initiat un studiu asupra implicatiilor ecologice, sociale, etice si in domeniul sanitar al nanotehnologiei.

Si mai mult:

Nanotehnologia a fost initial introdusa pentru a furniza o tinta concreta acuratetei pentru procesele de fabricatie care implica finisari de ultraprecizie: taieri ultrafine, diverse tipuri de prelucrare (procesare) cu fascicule energetice, utilizând fascicule de fotoni, electroni sau ioni, evaporarea în strat subtire, corodari superficiale ultrafine s.a.m.d.

De la prezentarea conceptului de nanotehnologie (1974, Tokyo), acesta a câstigat teren atât în Europa, cât si în S.U.A., referindu-se aici, de curând, la stiinta fenomenelor la scara atomica. Cercetarea stiintifica este evident necesara întrucât nanotehnologia nu poate avea succes fara o întelegere stiintifica de baza a fenomenelor petrecute la scara atomica.

Mă aflu astăzi în faţa ta cu foarte puţin păr pe cap. Mi-a căzut acum câteva săptămâni din cauza chimioterapiei. Acum 20 de ani, fără această rudimentară chimioterapie aş fi fost deja mort. Însă peste alţi 20 de ani, nişte nanorachete vor ţinti celulele canceroase din corpul uman, lăsându-le pe toate celelalte neatinse. Poate că eu n-o să apuc ziua asta.

Sunt sigur însă că ea va veni." Richard Smalley rostea aceste cuvinte la 22 iunie 1999. La 28 octombrie 2005 murea de limfom non-Hodgkin. Chimistul de 62 de ani, laureat al Premiului Nobel, a fost un pionier al nanotehnologiei. În largul oceanului, un tsunami trece neobservat - e doar un val întins şi scund, a cărui forţă devine evidentă abia când ajunge la ţărm şi se sparge.

Revoluţiile tehnologice se desfăşoară la fel de imperceptibil. E greu să urmăreşti un val în timp ce încă traversează oceanul şi asta explică de ce puţini dintre noi suntem conştienţi că acesta se apropie. Nanotehnologia există deja de mai bine de două decenii, însă primul său val de aplicaţii abia acum începe să-şi facă simţite efectele. Iar pe măsură ce o va face, revoluţia computerelor va apărea ca o schimbare minoră.

Nanotehnologia - Cât rezistă?

Va afecta totul - de la bateriile pe care le folosim până la pantalonii pe care îi purtăm sau la modul în care tratăm cancerul. Principalul lucru de ştiut despre nanotehnologie este că reprezintă ceva mic. Mic de tot. "Nano", un prefix care înseamnă "pitic" în greacă, este prescurtarea folosită pentru nanometru - a miliarda parte dintr-un metru: o distanţă atât de minusculă, încât s-o compari cu orice din lumea normală este un fel de glumă.

Această virgulă, de pildă, se întinde pe jumătate de milion de nanometri. Sau, altfel spus, un nanometru este cam cât îi creşte barba unui bărbat în timp ce-şi ridică lama către obraz. Nanotehnologia este importantă pentru că materialele obişnuite încep să capete proprietăţi neobişnuite atunci când ajung la scară nano. Dacă tai o folie de aluminiu în fâşii subţiri, acestea se vor comporta tot ca aluminiul - chiar şi atunci când fâşiile vor deveni atât de mici, încât ţi-ar trebui un microscop ca să le vezi.

Continuă însă să le tai tot mai mici şi, la un moment dat - în acest caz la circa 20-30 de nanometri -, aceste bucăţi pot exploda. Nu toate materialele îşi schimbă proprietăţile la dimensiuni nano într-un mod atât de util ca aluminiul (se vorbeşte despre adăugarea nanoaluminiului în combustibilul rachetelor), însă faptul că unele o fac este un avantaj.

Cu acestea, cercetătorii pot crea un adevărat corn al abundenţei plin cu noi materiale exotice, cum ar fi plasticul care conduce electricitatea sau peliculele care împiedică fierul să ruginească. E ca şi cum ai micşora o pisică şi ai tot micşora-o, până ce, la un moment dat, s-ar transforma dintr-o dată într-un câine.

Nanostiinte si nanotehnologii, materiale si noi procese de productie

Nanotehnologiile si nanostiintele presupun cercetari interdisciplinare pentru fundamentarea teoretica a proceselor si tehnologiilor la scara nanometrica, tehnici ingineresti la scara nanometrica, nanobiotehnologii, dispozitive specifice pentru prelucrare si control, iar materialele multifunctionale si procesele de productie noi presupun dezvoltarea teoretica a unor principii noi de “arhitectura” a materialelor, tehnologii de producere si prelucrare, echipamente de producere si testare, sisteme flexibile inteligente de prelucrare, testare si control si probleme specifice de siguranta în functionare si ciclu de viata.

Acest domeniu bazat pe sinergia abordarii pluri-disciplinare în fizica, chimie, biologie si matematica si presupune dezvoltarea de noi tehnologii pentru obtinerea de sisteme multifunctionale si materiale noi de tipul: materialelor ecologice care sa înglobeze cunostinte avansate ce aduc noi functionalitati si performante. În prezent se pune mare accent pe obtinerea materialelor ecologice cu proprietati diferite si complet noi fata de cele conventionale de tipul: materialelor textile cu proprietati bio-active speciale (bacteriostatice/antiseptice si fungicide), materialelor cu grad ridicat de protectie a sanatatii umane, materialelor de tipul ambalajelor (cu grad ridicat de biodegradabilitate). Aceste materiale, pe lânga functia de protectie fata de mediul înconjurator, trebuie sa raspunda si unor cerinte esentiale cum sunt cea de promovare si marketing.

Dicţionarul Webster defineşte cuvântul “nanotehnologie” ca fiind “arta manipulării unor dispozitive minuscule, de dimensiuni moleculare”. Guvernul american însă a investit în ultimii ani miliarde de dolari în cercetarea în domeniul nanotehnologiilor, în încercarea de a transforma-o dintr-o artă într-o “ştiinţă”. Ca urmare, activitatea de cercetare din domeniu este prodigioasă. Progresele rapide, mai ales din chimie, au pus la îndemâna cercetătorilor în domeniu o varietate de unelte miniaturale minunate.

În centrul acestei lumi minuscule se află idei atât de mari încât pot influenţa aproape orice domeniu, de la producţia materialelor plastice până la descoperiri majore în domeniul medical.

Vestea că fiul unui coleg a făcut primii paşi nu merită de obicei mai mult de câteva felicitări politicoase şi vizionarea obligatorie a fotografiilor ataşate e-mail-ului cu pricina. Totuşi, când Nadrian C. Seeman şi William B. Sherman de la New University au făcut un astfel de anunţ, vestea a apărut rapid în toate publicaţiile ştiinţifice de marcă.

Acest interes deosebit a fost stârnit de mărimea "copilului", care era foarte mică pentru vârsta sa. De fapt pentru orice vârstă. Cu o pereche de picioare realizate din ADN, acesta are o înălţime de aproximativ 10 nanometri.

Seeman şi Sherman, care şi-au botezat motivul mândriei şi bucuriei lor A Precisely Controled DNA Biped Walking Device, precizează că acesta nu are nici o aplicabilitate practică. Şi chiar dacă îl numeşte "robot", Seeman pare circumspect în a-l caracteriza drept un prevestitor al automatizării submicroscopice . Totuşi, vede şi posibilitatea unei utilităţi practice. "Încercăm să prelungim distanţele de mers sau să-i punem chiar şi o încărcătură. Probabil vom încerca să-l folosim şi pentru deformarea polimerilor. Poate vom folosi chiar şi rute circulare".

Dar, indiferent de modurile în care va fi folosită, Seeman vede invenţia sa ca pe un eveniment deosebit de important dintr-o serie accelerantă care transformă nanotehnologia dintr-un subiect ştiinţifico-fantastic în realitate palpabilă.

Transformări radicale

Nanotehnologia - ingineria la nivel molecular folosită pentru crearea de substanţe şi dispozitive - nu mai este de mult doar un motiv de glumă sau o viziune futuristă. A început deja să se fie folosită în diverse tehnologii sau chiar produse, influenţându-ne viaţa în diverse moduri. Produsele realizate prin nanotehnogie pot fi întâlnite în maşina pe care o conduceţi sau în pictura de pe perete. În plus, cresc precizia diagnosticării în domeniul medical, îmbunătăţesc compoziţia materialelor de construcţii şi a plasticelor, pavând drumul spre descoperiri majore în electronică şi IT. Nu faceţi confuzii însă: ingineria la scală foarte mică, nu este un subiect la fel de mic.

Infinit de mic

Unul dintre motivele care creează confuzii în jurul acestei tehnologii este chiar faptul că totul se întâmplă la o scală imperceptibil de mică. Un nanometru - unitatea de măsură care a dat numele

nanotehnologiei - este a miliarda parte dintr-un metru. Un atom de hidrogen, care este cea mai mică particulă din natură, are un diametru de aproximativ 1/10 nm; un fir de păr are un diametru de aproximativ 75,000 nm. O moleculă tipică fosită în cercetările nanotehnologice poate cuprinde până la 100 de atomi şi măsoară între 1 şi 10 nm în diametru.

Nanotehnologia este greşit înţeleasă şi datorită un bagaj din trecut, pur teoretic: s-a spus despre ea că ar putea pune capăt bolilor şi poluării, că ar putea permite crearea unor fabrici de desktop-uri unde roboţii vor crea orice îţi trece prin minte şi chiar va oferi nemurirea virtuală.

Ultima şi cea mai semnificativă sursă de confuzie este de natură semantică. Până la un anumit punct, definiţia nanotehnologiei depinde de cel pe care-l întrebi. Teoreticianul K. Eric Drexler a inventat termenul de nanotehnologie în 1980, pentru a descrie un proces de producţie moleculară care presupunea folosirea unor părţi sau dispozitive cu dimensiuni între 1 şi 100 nm, o scară de valori pe care a numit-o nanoscală. Astăzi, Dexler se plânge că termenul său a devenit aproape fără sens, şi a început o cruciadă pentru a limita raza de acţiune a nanotehnologiei la obiecte ale căror dimensiuni se încadrează în acea nanoscală, sunt construite în totalitate din blocuri moleculare, fiind opusă tehnologiei de creare a dispozitivelor prin miniaturizare. Principalele diferenţe vizează influenţa stranie a efectelor cuanticii asupra structurilor construite la nivel molecular. În natură, forţele cuanticii se limitează în mod normal la interioarele atomilor şi la legăturile dintre ei. Dar când moleculele sunt asamblate în moduri cu totul noi, efectele cuantice le pot da proprietăţi fizice bizare, dar foarte utile. Exemplele includ o conductibilitate şi o rezistenţă electrică excepţională, o capacitate mare de stocare sau trasferare a căldurii şi chiar abilitatea de a se comporta la fel cu semiconductorii.

Multe dintre promisiunile nanotehnologiei constau în exploatarea proprietăţilor cuanticii. Dar Drexler şi susţinătorii săi au pierdut deja bătălia. Producătorii au extins nanotehnologia pentru a include orice produs sau proces cu dimensiuni sub 100nm, iar limbajul comun extinde termenul pentru a include şi sistemele mecanice microelectrice - MEMS (microelectrical mechanical systems) - o clasă de dispozitive microscopice construite prin tehnici împrumutate de la producţia microcipurilor, inclusiv motoare, sisteme de angrenare, giroscopuri şi dispozitive de declanşare a airbag-urilor pentru maşini. MEMS sunt ultra mici în raport cu aproape orice standard, dar sunt de 1,000 de ori mai mari decât nano-obiectele.

Definiţia largă a nanotehnologiei are avantajul practic de a atrage atenţia asupra graniţei dintre cele mai mici produse realizate prin miniaturizare şi cele mai mari produse obţinute prin construcţie moleculară. În următorii ani, hibridizarea componentelor şi tehnologiilor top-down şi bottom up vor face din acest domeniu un subiect de maxim interes, paşi care vor pava drumul pentru multe schimbări tehnologice radicale.

Circuite

La Intel, harta dezvoltării procesoarelor pentru următorul deceniu prevede miniaturizarea continuă a arhitecturii cipurilor curente, în pararel cu utilizarea noilor tehnologii de calcul bazate pe nanotehnologie. Intel se aşteaptă ca procesele standard de producţie să-şi atingă limitele undeva în 2011, când echipamentele de 22 nm vor reduce dimensiunile tranzistorilor cipurilor la 10 nm, de la 50 nm.

Pentru tranzistorii cu dimensiuni sub 10 nm, Intel spune că este "deschis la propuneri". Compania cercetează posibilitatea de a micşora şi mai mult design-ul cipurilor CMOS, folosind noile tehnici de producţie. Acestea includ procesarea cuantică care promite să meargă dincolo de binar, înlocuind bitul cu qbit-ul. Într-un qbit, un electron individual poate semnifica 1,0 sau o a treia poziţie intermediară, permiţând noi abordări ale operaţiilor logice.

Nanomoleculele complexe, numite dendrimeri, pot fi folosite pentru a mapa circuite. Dezvoltate la Michigan Molecular Institute (MMI) şi comercializate prin Dendritech, compania sa afiliată, dendrimer-ii sunt sfere moleculare în serie. Fiecare strat are o compoziţie unică, în funcţie de utilitatea dendrimer-ului - cei mai mulţi fiind folosiţi pentru proiectarea circuitelor.

Dendrimer-ii sunt produşi în dimensiuni discrete. "Pot măsura între 1 şi 10 nm în diametru, iar dimensiunile lor sunt foarte precise", spune Petar R. Dvornic, senior research scientist la MMI. Cu un instrument capabil să mute nanoparticule, cum ar fi un microscop atomic-force, un cercetător poate construi un circuit 2D plasând dendrimer-ii în şir. "Poţi proiecta tot ce doreşti ca un aranjament de mici biluţe, toate de acceaşi dimensiune", spune Dvornic. "Dacă vrei un conductor, poţi folosi o biluţă umplută cu cupru. Dacă doreşti un izolant, foloseşti o bilă umplută cu un material pe care îl poţi calcina cu un laser pentru a crea un spaţiu de aer". Producţia de masă a dendrimerilor nu este însă posibilă în prezent.

Totuşi, în Denver, specialişti din cadrul companiei ZettaCore folosesc nanotehnologia pentru a construi memorii pentru computere, care promit creşteri gigantice ale capacităţii de stocare. Aceştia au proiectat o modalitate de stocare a informaţiei în molecule care imită procesul de stocare a energiei folosit de celulele vii. Procesul gândit la ZettaCore prevede folosirea enzimelor şi a proceselor metabolice pentru a permite auto-asamblarea componentelor moleculare. ZettaCore va realiza o tenhnologie de stocare hibrid care va folosi tehnicile standard de producţie a memoriilor pentru a putea integra dispozitivele sale de stocare cu substraturile cipurilor tradiţionale.

Nanotuburi complet tubulare

Nantero, o mică companie din Woburn, Massachusetts, lucrează la o tehnologie de memorie care poate dubla un mediu de stocare a datelor. Metoda acestora stochează datele prin plasarea electronilor în structuri numite nanotuburi de carbon - o clasă de produse nanotech care se pare că va juca un rol major în orice arhitectură de calcul bazată pe nanotehnologie.

Nanotuburile sunt cilindrii de carbon care au un diametru de 1 sau 2 nm. Acestea sunt primele exemple ale efectelor ciudate pe care le are cuantica asupra nanostructurilor. Nanotuburile de carbon (CN) pot servi ca nanofire în computerele moleculare, datorită unei proprietăţi cuantice numită electron tunneling, care le permite să propage semnale electrice la scale unde curentul obişnuit este imposibil.

Unele proprietăţi cuantice şi mai ciudate ale nanotuburilor constituie baza unor cercetări pentru realizarea unor circuite integrate bazate pe carbon. Variaţii în geometria nanoturiburilor, la înclinări şi diametre diferite, fac tuburile de carbon să acţioneze ca semiconductorii. Deşi producţia de masă a nanotuburilor de carbon cu atribute specifice este doar un vis îndepărtat, CN-urile produse în bulk - prin procese care folosesc o întreagă varietate de lungimi, diametre şi geometrii - sunt unele dintre cele mai fierbinţi produse ale nanotehnologiei, care în scurt timp vor deveni o mini industrie autonomă.

Caracteristicile electronice unice ale nanotuburilor de carbon nu sunt singurele lor facilităţi utile. CN-urile sunt mai puternice decât Kevlar şi mai durabile decât diamantele; adăugate în fracţiuni şi mai mici pot îmbunătăţi semnificativ fibrele şi materialele compozite. CN-urile nu corodează şi nu ard în condiţii normale. Pot fi folosite pentru a face plasticele conductoare electrice. Aceste atribute au făcut nanotuburile foarte populare în diverse domenii de activitate.

Toyota, de exemplu, a adăugat amestecuri bazate pe nanotuburi de carbon la barele de protecţie din plastic şi la panourile uşilor. Pe lângă faptul că aceste părţi devin mai puternice şi mai uşoare, plasticul devine conductor electric, permiţând astfel să fie acoperit cu aceeaşi vopsea ca şi părţile metalice.

În acelaşi timp, Sony şi NEC s-au alăturat pentru a dezvolta o baterie de laptop care foloseşte capacitatea nanotuburilor de stocare a energiei chimice. Companiile pretind că bateria va avea o automonie de câteva săptămâni. Mitsubishi şi Motorola lucrează de asemenea la baterii bazate pe CN-uri, care le permit să aibă orice formă sau chiar să fie integrate în carcasa de plastic a dispozitivului.

Nanoproduse de larg consum

Chiar dacă viziunea lui Drexler privind robo-fabricile subatomice este calificată încă drept ştiinţifico-fantastică, produsele de larg consum bazate pe nanotehnologie sunt deja în jurul nostru. (unele discuţii pe această temă au început cu mult timp înainte să apară un nume pentru aceste lucruri: carbunele

de exemplu, a fost un aditiv cheie pentru cauciucurile maşinilor cu mult timp înainte să se ştie că poate furniza nanoparticule care stabilizează polimerii din cauciuc).

Nippon, gigantul industriei japoneze, a găsit o varietate de utilităţi pentru nanoparticulele compuse din dioxid de titan, o componentă care interferează cu procesele biologice, atunci când este stimulată de lumină. Nanoparticulele adăugate la sticlă sunt invizibile dar o fac rezistenţă la murdărie. Adăugate în vopsea, nanopaticulele pot omorî bacteriile din spitale sau alte medii sterile.

Nanotehnologia poate juca un rol şi mai direct în medicină, deja aducând beneficii semnificative în depistarea şi diagnosticarea diverselor boli. O categorie largă de produse nanotech sunt nanocristalele semiconductoare, numite şi Qdots, nişte bucăţele din material semiconductor care etichetează diverşi indicatori ai bolii, cum ar fi celulele canceroase sau anticorpii HIV. Qdot-urile, produse de Quantum Dot, folosesc un efect cuantic care fac ca nanoparticulele semiconductorilor care emit lumină (gen LED-uri) să se comporte diferit faţă de corespondentele lor de dimensiuni mari.

Specialiştii de la Quantum Dot au proiectat nanocristale de dimensiuni şi culori precise pe care le-au ataşat la molecule "căutătoare", cum ar fi anticorpii sau ADN-ul. Injectate în venele pacienţilor sau combinate cu probe de laborator, aceste molecule se lipesc de ţintele lor, care pot fi depistate prin lumina nanocristalelor. Acest lucru este posibil chiar şi de la câţiva inci de piele sau ţesut.

Dendrimer-ii, moleculele sferice seriale care sunt folosite pentru circuite, s-au dovedit utili şi în diagnosticarea bolilor şi în tehnici terapeutice aflate deja în proces de lucru. Dvornic vorbeşte despre un dendrimer specializat în administrarea medicamentelor. Acesta va fi format dintr-o sferă care conţine medicamentul, un strat protector care previne împrăştierea medicamentului şi o suprafaţă exeterioară lipicioasă la care se ataşează agentul de căutare. Acesta îndrumă sfera spre ţinta unde va fi eliberat medicamentul.

De vis

Chiar dacă realizăm sau nu, nanotehnologia a început deja să ne influenţeze viaţa. Nanoprodusele contribuie semnificativ la dezvoltarea ştiinţei şi la aplicarea ei în domenii diverse, pornind de la produse cosmetice până la imagistica medicală. Se aşteaptă ca şi mai multe utilităţi ale acesteia să apară rapid în următorul deceniu: cercetări agresive şi investiţii comerciale majore vor duce nanotehnologia la un nou nivel. Utilizări masive ale nanotehnologiei în tehnica de calcul nici nu mai trebuie amintite. În special gadget-urile vor conţine componente bazate pe tehnologia moleculară. Nanotuburile din carbon vor fi folosite din plin în crearea materialelor plastice indestructibile, punând în acest fel în pericol industria pieselor de maşini, pentru a aduce reciclarea în prim plan. Cercetările nanobotice vor continua, posibil într-un ritm mult mai alert decât o face "copilul" lui Seeman. Fabricile cu muncitori infinit de mici sunt încă science fiction, dar cine ştie? Roboţii bipezi vor putea ţese microfilamente sau vor îndeplini sarcini chiar şi mai complicate. Iar între două job-uri...poate vor dansa. Dezvoltarea ştiinţei a demonstrat că progresele cele mai spectaculoase se obţin prin cercetare pluridisciplinară, situată la graniţa dintre diferite discipline. Cu cât numărul acestor discipline concurente este mai mare, cu atât este mai rapidă dezvoltarea noii ştiinţe iar impactul pe care îl va avea asupra societăţii va fi mai mare.Ştiinţa doreşte să ne ţină la curent cu ceea ce se întâmplă în zona nanotehnologiei. Ritmul descoperirilor este atât de accelerat, încât oricât de repede ar încerca el să ne informeze, tot s-ar constata că este depăşit de realitate. Dar o viziune generală asupra nanotehnologiei se poate face fară doar şi poate.

Nu de puţine ori s-a afirmat că există două direcţii în nanotehnologie. Una care încearcă să transforme marele în mic, apelând la miniaturizarea extremă. Pe această cale s-ar putea ajunge la nanoroboţi, acele nanomaşinării, capabile să manipuleze obiecte alcătuite din numai câţiva atomi. Această direcţie pare a nu avea prea mulţi sorţi de izbândă. Probabil evoluţia în această direcţie se va opri undeva, la nivelul micro. Dar, mult mai simplu ar fi dacă s-ar aborda şi o a doua direcţie, o direcţie bazată mai degrabă pe imitarea viului. În fond, de ce ar trebui să se inventeze mecanisme noi, când avem în faţă

rezultatul a miliarde de ani.... de evoluţie. În fond, fiecare celulă vie poate fi privită drept un nanorobot care este capabil să execute anumite sarcini, anumite instrucţiuni, programate în codul genetic. A imita viul, probabil că aceasta va fi calea ce va fi urmată în viitorul imediat. Este acum cât se poate de clar, nanoinginerul viitorului va trebui să posede o pregătire serioasă în domeniul biochimiei celulare.

Spionul din nucleul celulei

,, Am găsit, pentru prima oară, să observăm pe perioade lungi, fenomenele ce se produc în interiorul nucleului celulei”, anunţa FANQING CHEN de la Laboratoarele Berkeley. Punctul de plecare pentru a obţine un astfel de rezultat spectaculos îl reprezintă aşa-numitele ,,nano-dots”, nano-puncte, realizate din cristale semiconductoare, alcătuite din numai câteva sute sau mii de atomi. Pentru a ne face o idee, voi spune că acestea au diametrul de 20 nm, adică 0,02 microni,..... adică de multe sute de mii de ori mai mici decât punctul de deasupra unui ,,i”. Sunt folosite cristale semiconductoare, pentru că acestea au calitatea de a emite lumină de diferite culori (în funcţie de compoziţia lor) atunci când sunt iluminate cu radiaţii laser. Deoarece sunt foarte mici din punct de vedere chimic, nanodots-urile pot pătrunde atât prin porii membranei celulare, cât şi prin cei ai membranei nucleare. Deşi aceste lucruri erau cunoscute de mai multă vreme, rămânea totuşi o mare problemă: cum să facem ca aceste nanopuncte să se îndrepte către ţinta aleasă de noi?! Aici a fost necesară o strânsă colaborare între chimişti şi biologi.

În prima etapă chimiştii au reuşit să realizeze nanopuncte din sulfura de seleniu – zinc acoperite cu un strat subţire de dioxid de siliciu. Gândindu-ne că acesta tehnologie se aplică la obiecte de 20 mm ,vom avea o imagine asupra dificultăţilor cu care s-au confruntat cercetătorii. Si lucrurile nu se puteau opri aici. „Era uşor să introducem nanodots-urile in interiorul celulei , dar a ajunge in interiorul nucleului era cumplit de dificil „ ,explică F.Chen . Iată de ce a venit si rândul biologilor . Ei aveau sarcina sa dreseze nanodots-urile , astfel încat acestea sa se ducă exact acolo unde sunt trimise. „ Am invatat de la virusi ! „ ,rezuma Chen. Se stie ca virusurile au capacitatea de a penetra membrana nucleară, replicandu-se prin modificarea ADN-ului celulei gazdă . Aceasta părea, pe scurt, calea de urmat. Dar nu era una simplă, pentru ca nu se putea pur si simplu să se apeleze direct la un anumit virus. Trebuia identificată „acea componentă” capabilă sa indeplinească scopul propus. Dupa încercari repetate a fost identificată o anumită proteină a virusului SV 40, care îl ajută sa patrundă nestanjenit în interiorul nucleului celular. Imediat ce acesta proteină a fost identificată , Fanqing Chen impreună cu colega sa , Daniele Gerion , au putut trece la pasul urmator. Proteina respectivă a fost atasată la nano-punctele obţinute in prima etapa. Astfel a fost fabricat un nanopunct hibrid , o îmbinare intre biologic si anorganic. Desi lucrurile nu au fost deloc simple, rezultatul a fost un succes total: nano-punctele pătrunde acum cu usurinţa, in interiorul nucleului celular, fara a-i dauna cu ceva. Acum cercetătorii pot avea imagini de inaltă rezoluţie al fenomenelor ce se produc acolo, în zona misterioasă a mecanismelor de comandă ale viului. Este suficient ca celula să fie iluminată cu raze laser, pentru ca nanopunctul să inceapă să emita lumina uşor de detectat cu ajutorul unui microscop de inaltă rezoluţie .

Reuşita celor de la Berkeley este remarcabilă. Puteam vedea şi pană acum ce se intamplă in nucleul celular, dar numai pentru perioade foarte, forte scurte de timp. Se foloseau anumiţi coloranţi pentru marcare, dar acestea aveau dezavantajul ca erau toxici si practic, ucideau celula, in loc să ne facă să o observăm mai uşor. Suntem in stare sa realizam obiecte foarte mici, cu dimensiuni de ordinul zecilor de nanometri, care devin florescente atunci când sunt luminate cu o radiaţie laser. Am dresat aceste obiecte să patrundă într-un loc din celulă, imitind procese din lumea vie .

Nu am putea să dăm, oare, sarcini mai precise acestor obiecte?! Si anume, ce-ar fi daca le-am pune sa identifice celulele canceroase? Am putea astfel să le ucidem mai usor. Ar putea fi “dresate” sa

corecteze instructiunile continute in AND, deschizand cale unor noi soluţii pentru ingineria genetică. Astfel au fost realizate un tip particular de nanopuncte, care au forma proiectată cu precizie. Acestea nu mai sunt sferice, ci au o suprafaţa aparent neregulată, dar aleasă astfel încat să se ataşeze de vasele se sânge nou formate.

Tumorile canceroase cresc relative rapid, ceea ce duce la apariţia de vase sangvine noi, pentru a fi alimentate. Schematic si foarte apoximativ noile nanoparticule au suprafată plina de “ carlige “ ce se agată de “ laturile “ prezente pe noile vase sangvine. Asfel, cu ajutorul tehnicilor de imagistica medicală, aceste nanoparcticule au permis identificarea de TUMORI cu diametrul de numai câţiva milimetri. Si, de aici, se anunţa perspective interesante. Totul este să fie aduse URGENT in practică …

Stiinta viitorului o reprezinta fara indoiala nanotehnologia. Din pacate este o stiinta in formare despre care nu prea se stie mare lucru.

NOI TEHNICI DE PRODUCTIE

ALIMENTATIE, AGRICULTURA SI BIOTEHNOLOGII

Dr. Georgeta Temocico

La ora actuala, studiul acestor probleme a cunoscut o larga dezvoltare pe plan mondial, concretizata prin multiple aplicatii în domeniul ecologic, iar extinderea cercetarilor spre domeniul biotehnologiilor moderne reprezinta o tendinta stiintifica distincta si o varianta tehnologica promitatoare.

Biotehnologiile ecologice care urmaresc trasabilitatea, din domeniul agro-alimentar, se înscriu în problemele actuale si de perspectiva legate de poluarea mediului ocupându-se de: contaminarile solului si apei de adâncime, tratarea apelor menajere si industriale, tratarea apei potabile contaminate, îndepartarea materialului biodegradabil în general precum si de digestia resturilor solide organice (namoluri si reziduuri agricole) si transformarea acestora în gaz metan.

Tehnologiile agro-industriale din principalele ramuri producatoare (industria carnii, industria pestelui, industria laptelui, industriile fermentative, industria uleiurilor, industria zaharului, industria panificatiei si industria conservelor) au ca rezultat o serie de produse secundare, pâna în prezent utilizate partial sau ineficient, ceea ce de multe ori a avut repercursiuni asupra mediului. Toate bioprocesele amintite necesita apa de prelucrare, din care o parte importanta se reîntoarce ca deseu cu încarcatura organica si care, eliminata în mediu, are un efect poluant asupra apei si solului.

IMPACTUL GLOBAL AL BIOTEHNOLOGIILOR AGRICOLE

În ultimul timp au fost publicate o serie de rezultate ale unor studii ce constituie tot atâtea dovezi stiintifice ale impactului actual si potential, economic si asupra mediului, al utilizãrii plantelor obtinute prin biotehnologie modernã.

Plantele modificate genetic reduc consumul de pesticide si emisia de gaze de serã. Cultivarea lor a permis cresterea cu 27,5 miliarde USD a venitului global la nivel de fermã

Rezultatele studiului „Plantele Modificate Genetic: impactul global socio-economic si asupra mediului - primii nouã ani: 1996-2004 evidentiazã faptul cã plantele de soia, porumb, bumbac si rapitã obtinute prin biotehnologie modernã au contribuit, prin tehnologia de culturã specificã lor, la diminuarea semnificativã a emisiilor de gaze de serã. În ultimii nouã ani, în condiþiile cultivãrii plantelor modificate genetic, a scãzut consumul de combustibil cu aproximativ 1,8 miliarde litri si a fost conservat mai mult carbon în sol, ca urmare a reducerii lucrãrilor solului. În anul 2004, aceastã diminuare a fost echivalentã cu peste 10 miliarde kg de CO2 sau cu rezultatul eliminãrii din circulaþie, timp de un an, a 5 milioane de masini. Adicã o cincime din masinile înregistrate în Marea Britanie.

Conform rezultatelor studiului, începând din anul 1996, plantele obtinute prin biotehnologie au permis reducerea volumului de pesticide aplicate la scarã globalã cu 6%. Ceea ce echivaleazã cu 172,5 milioane kg sau cu 1514 tiruri de principii active pesticide. Cele mai mari câstiguri pentru mediu determinate de schimbãrile survenite în regimul de aplicare a pesticidelor au fost înregistrate în conditiile cultivãrii soiei si bumbacului. Prin cultivarea soiei tolerante la erbicide încãrcatura mediului s-a redus cu 19%, iar prin cultivarea bumbacului - cu 17%. În anul 2004, reducerea utilizãrii globale a pesticidelor a fost echivalentã cu aproape o treime din totalul ingredientelor active pesticide aplicate în culturile vegetale din Europa.

În Statele Unite ale Americii si Canada, dar si în tãrile în curs de dezvoltare, printre care China, Africa de Sud si Argentina, a fost înregistratã cea mai mare reducere a impactului productiei agricole asupra mediului.

Utilizarea plantelor obtinute prin biotehnologie modernã a fãcut posibilã, de asemenea, obtinerea unor beneficii economice nete substantiale la nivel de fermã. Începând din 1996, profitul global la nivel de fermã a crescut cu 27 miliarde USD, ca urmare a productivitãtii si eficientei mult sporite. Cresterea veniturilor la nivelul fermei a fost echivalentã cu un plus de valoare a productiei globale a celor patru plante de culturã MG de 3% - 4%. În ultimii nouã ani, soia tolerantã la erbicide a permis cresterea veniturilor fermierilor cu peste 17 miliarde USD , iar bumbac MG- cu peste 6,5 miliarde USD.

În ultimii nouã ani, cele mai mari profituri le-au obtinut cultivatorii de PMG din SUA si Argentina, câte aproximativ 10 miliarde USD în fiecare tarã. Fermierii din China care au cultivat bumbac MG si-au sporit veniturile cu 4 miliarde USD.

În afara beneficiilor cuantificabile, adoptarea plantelor obtinute prin biotehnologie aduce si o serie de beneficii indirecte, mai greu de mãsurat. Acestea includ o flexibilitatea sporitã a managementului culturii, posibilitatea adoptãrii tehnologiilor agricole cu lucrãri minime ale solului, reducerea riscurilor pentru culturi si ameliorarea calitãtii productiei.” UE este în prezent privatã de aceste beneficii economice si de mediu. Ca cetãtean european ne este greu sã întelegem de ce ni se refuzã nouã o oportunitate de nepretuit de a ne ameliora mediul, veniturile si de a spori eficienta sectorului nostru agricol”- afirmã autorii.

Peste 8,25 milioane de fermieri din 18 tãri au adoptate plantele MG. 90% dintre acestia sunt producãtori cu resurse reduse din tãrile în curs de dezvoltare.

Studii de caz referitoare la impactul potential al biotehnologiilor asupra ameliorãrii managementul bolilor si dãunãtorilor în agricultura europeanã, efectuate de NCFAP

Centrul National pentru Politici în Agriculturã si Alimentaþie ( National Centre for Food and Agriculture Policy =NCFAP) a fãcut cunoscute rezultatele unei serii de studii de caz în raportul intitulat” Plant Biotechnology: Potential Impact of Improving Pest Management in European Agriculture”.Conform rezultatelor primelor studii de caz, utilizarea a trei plante MG în Europa- porumbul rezistent la dãunãtori, sfecla de zahãr tolerantã la erbicide si cartoful rezistent la boli- ar determina reducerea consumului de pesticide cu aproape 10 milioane kg/an, ca si cresterea productiei cu 7,8 miliarde kg si a veniturilor nete ale producãtorilor cu un miliard de euro anual.

A doua serie de studii de caz prezintã rezultatele ce s-ar putea obtine prin utilizarea porumbului,rapitei, grâului si orezului tolerante la erbicide, a tomatelor si speciilor pomicole sâmburoase rezistente la virusuri. Conform rezultatelor acestor studii, înlocuirea practicilor de culturã existente la toate cele nouã plante cultivate în Europa prin utilizarea unor varietãti MG ar determina o reducerea a consumului de pesticide cu 14,4 milioane kg/an , ca si o crestere a producþiei cu 8,5 miliarde kg/an si o sporire a veniturilor nete cu 1,6 miliarde euro/an.

Peter McGauran, ministrul Federal al Agriculturii, Pescuitului şi Silviculturii din Australia, a anunţat finanţarea a opt iniţiative de cercetare menite să-i ajute pe australienii să înţeleagă valoarea actuală şi potenţială a PMG. Studiile vor costa 850.000$ şi vor fi conduse de Biroul Ştiinţelor Rurale, Biroul Australian pentru Agricultură şi Resurse Economice şi sectorul companiilor private.Rezultatele vor fi făcute publice spre sfârşitul anului sau la începutul anului 2007. Cele opt studii vor avea următoarele subiecte:

Eficienţa PMG în combaterea dăunătorilor şi buruienilor; Potenţialul PMG de a produce compuşi de uz farmaceutic şi industrial; Implicaţiile utilizării plantelor oleaginoase modificate genetic; Evaluarea modului în care produsele biotech ar aduce beneficii industriei australiene; Actualizarea informaţiei despre rapiţa MG şi temerile guvernului, industriei şi comunităţii; Analiza detaliată a acceptării rapiţei MG pe piaţa globală şi pe pieţe regionale importante; Un plan de introducere comercială a rapiţei MG;

O evaluare economică a impactului rapiţei MG asupra industriei produselor organice din Australia. „Pentru a fi competitivi, fermierii noştri trebuie să poată avea acces la ultima generaţie de

tehnologii. Iar Guvernul Australian va continua să facă tot ce poate pentru a permite fermierilor să poată alege dacă ultilizează sau nu utilizează biotehnologia”- a afirmat ministrul.ioada 10-14 mai 2006, s-a desfasurat la Yalta Simpozionul International “Aspecte de biosecuritate in implementarea OMG: abordari noi in cercetare, reglementarea si perceptia publicului”. Simpozionul a fost organizat de Institutul de Biologie Celulara si Inginerie Genetica din Kiev, impreuna cu Asociatia de Biotehnologie a Marii Negre. La incheierea simpozionului a fost adoptata o declaratie, semnata de majoritatea participantilor.

Tehnologiile agricole in slujba dezvoltarii sociale si economiceprintr-o colaborare globala

Secole in sir inovatiile au condus la prosperitate si dezvoltare economico- sociala; Inovatiile, in special cele in domeniul biotehnologiilor agricole, constituie un mecanism potential

important pentru cresterea economica durabila, pentru ameliorarea securitatii alimentare, a sanatatii oamenilor, a mediului inconjurator si pentru prosperitatea sociala si, totodata, un element crucial in orice economie viitoare bazata pe bio-resurse;

Succesul dezvoltarii si utilizarea sigura a biotehnologiilor agricole in regiunea vasta a Marii Negre necesita o cooperare stiintifica si tehnologica, atat in cadrul sectorului public cat si in cadrul celui privat, ca si intre cele doua sectoare, la nivelurile national, regional si global;

Schimbul international de cunostinte, informatii si tehnologii contribuie decisiv la progresul cercetarii si inovarii;

Utilizarea responsabila timp de peste zece ani a biotehnologiilor agricole a avut deja un impact pozitiv, asigurand milioanelor de fermieri si consumatori din tarile in care aceste tehnologii au fost adoptate o calitate mai buna a vietii, venituri mai mari si un mediu mai sigur ;

Aplicatiile emergente ale biotehnologiilor agricole deschid perspective excelente, ce prefigureaza beneficii potentiale mari,

Este recomandata utilizarea biotehnologiilor agricole ca o parte integranta a strategiilor tarilor noastre menite sa faca posibila continuarea producerii unor alimente sigure, sanatoase si cu valoare nutritiva mare, aplicarea practicilor specifice unei agriculturi mai durabile si viabile economic, ca si obtinerea de beneficii socio-economice.

Este necesara cresterea investitiilor publice si private in cercetarile de biotehnologie agricola, in crearea cadrului institutional necesar desfasurarii acestora si aplicarii rezultatelor lor, in ameliorarea plantelor, pentru a spori participarea noastra la sistemele globale de inovatii.

Ar fi util ca politicienii sa adopte si sa aplice principii stiintifice solide, care sa duca la formularea unor reglementari rationale si practice in domeniul biotehnologiilor agricole, care sa stimuleze activitatea inovativa si sa accelereze concretizarea promisiunilor biotehnologiei.

Oamenii de stiinta, politicienii, societatea, civila, sectorul public si nu in ultimul rand cel privat trebuie sa depuna eforturi pentru  consolidarea cooperarii, in conditii de complementaritate, pe plan national, regional si international, prin schimb de cunostinte si resurse stiintifice, prin

incurajarea transferului de tehnologie si stabilirii unor legaturi solide intre stiinta si industrie, necesare pentru gasirea unor solutii adecvate la problemele presante ale agriculturii si mediului.

Este necesara constituirea sistemelor de proprietate intelectuala, care favorizeaza ameliorarea calitatii si productivitatii sistemelor stiintifice, dezvoltarea inovatiilor pe plan local, ca si a schimbului si comertului de tehnologii si produse, spiritul antreprenorial si edificarea unui spectru vast de colaborari fructuoase.

Este necesar sa impartasim informatii si cunostinte in scopul incurajarii dialogului pe probleme stiintifice, de mediu, economice si sociale asociate utilizarii biotehnologiilor agricole, astfel incat societatea, in ansamblul ei, si mai ales politicienii sa fie in stare sa ia decizii corecte, in beneficiul generatiilor prezente si viitoare.

Rolul biotehnologiilor in relatia SSE-CN

Analiza posibilelor căi de urmat pentru modificarea traiectoriei actuale a SSE (sistemului socio-economic) din România (cale care trebuie definitivată de strategiile de dezvoltare pe termen mediu şi lung, aflate astăzi doar în cadrul de proiect) spre un nou atractor, reprezentat de modelul de dezvoltare socio-economică durabilă, cadrul larg în care ar trebui să se integreze şi strategia naţională a României în ce priveşte biotehnologiile, este de o complexitate mult prea mare pentru capacitatea prezentei lucrări. De aceea, voi încerca să definesc rolul biotehnologiilor în contextul larg al posibilelor aplicaţii ale acestora, cu referinţă strictă la folosirea acestora nu numai ca sursă imediată de câştig (văzut creştere economică), ci ca element de primă importanţă în managementul SSE şi a relaţiilor acestuia cu componentele capitalului natural (CN), mai cu seamă în fazele de perfecţionare structurală şi calitativă a SSE, obligatoriu alternante celor de creştere economică.

Sintetizând, biotehnologiile pot fi unul dintre factorii de comandă aflat la îndemâna omului care să echilibreze, să dimensioneze corespunzător şi să diversifice canale energetice, materiale şi informaţionale cheie în relaţia SSE-CN.

Prima instituţie internaţională care a subliniat importanţa cercetărilor asupra microorganismelor a fost UNESCO, care a înfiinţat în 1962 ICRO ( International Cellular Research Organization ), iar în 1975 o reţea de centre pentru resurse microbiene (MIRCEN). Acţiunile la acea dată în domeniu se axau pe prezervarea şi aplicarea şi folosirea resurselor genetice ale microorganismelor, în special în diverse procese de fermentaţie. Obiectivele acestei reţele constau în dezvoltarea şi consolidarea colaborării între instituţiile sau laboratoarele de cecetare care promovau studiile pe microorganisme, constituirea de colecţii microbiene şi transferul de informaţii în domeniu.

în 1983, la Ede-Wageningen, Olanda, s-a pus pentru prima dată problema impedimentelor (pârghii economico-financiare) şi chiar a riscurilor legate de folosirea biotehnologiilor (apariţia noţiunii de capital de risc), precum şi posibilităţile de adaptare a biotehnologiilor la diverse situaţii economice, sociale şi culturale (din păcate într-o abordare sectorială).

Tot în acel moment s-a creat CTA (Centrul Tehnic pentru Cooperare Agricolă şi Rurală), aflat sub jurisdicţia ACP1 - CEE2 şi activând în limitele Convenţiei Lommé a statelor membre.

În anii ‘80 concepţia generală a supra biotehnologiilor era că valoarea lor consită în faptul că sunt nişte “unelte” aplicabile în diverse sectoare economice: cultivarea plantelor de uz alimentar, creşterea şi sănătatea animalelor, industriile farmaceutică şi chimică, conversia biomasei în energie, transformarea deşeurilor şi a sub-produselor agricole şi industriale, controlul poluării şi ‘igiena mediului ambiental” (Bull şi colab. 1982; Goma şi Monsan 1983; Zimmerman 1984; Yachinschi 1985; De Silva şi colab. 1987; Hacking 1987).

Pericolele şi riscurile folosirii biotehnologiilor erau privite în contextul economic, legate de impactul asupra societăţilor la nivelul competiţiei pe piaţa liberă (Salomon 1982; Johnston şi Sasson 1986).

Această perioadă reprezintă începutul cristalizării ideii de biotehnologie. Numeroase alte organizaţii de pe continentul American, şi Asia şi-au manifestat interesul şi încrederea în viitorul biotehnologiilor.

Persistă însă şi astăzi într-o măsură destul de mare abordări sectoriale reducţioniste ale strategiilor de dezvoltare a biotehnologiilor. Dacă în România biotehnologia se află încă la graniţa unei agregări a factorilor de decizie în jurul unor comisii de specialişti din diverse direcţii ale spectrului ştiinţific, mai mult sau mai puţin circumscrisă unei strategii naţionale de dezvoltare, pe plan European şi mondial lucrurile se află în etapa de coordonare regională. Cum am spus însă, şi acesta este un semn de îngrijorare, biotehnologia este încă privită reducţionist.

Astfel, în raportul din 1996 al Comisiei pentru Biotehnologie a Uniunii Europene, biotehnologia apare definită ca: aplicarea principiilor inginereşti şi ştiinţifice pentru procesarea materialelor cu ajutorul agenţilor biologici, pentru obţinerea de bunuri şi servicii. Federaţia Europeană de Biotehnologie o defineşte ca” utilizarea integrată a ştiinţelor naturale şi ingineriei prin folosirea biosistemelor - celule microbiene, vegetale sau animale, părţi ale acestora sau analogi moleculari - în bioindustrii”.

Ambele definiţii au accente reducţioniste prin simplificarea cadrului aplicativ, privit sectorial ca “bioindustrii”, cât şi a scopului folosirii biotehnologiilor, acela de a obţine “bunuri şi servicii”.

O posibilă definiţie a biotehnologiilor, pe bazele teoriei ecologiei sistemice ar putea fi: “utilizarea integrată a bazei actuale de cunoaştere ştiinţifică, grefată pe teoria ecologiei sistemice, prin folosirea mijloacelor biotehnologice - celule microbiene, vegetale sau animale, părţi ale acestora sau analogi moleculari sau ansamblurilor complexe ale termenilor anteriori - pentru managementul sustenabil al relaţiilor SSE cu componentele CN şi obţinerea de bunuri sau servicii”.

Aplicaţiile actuale ale biotehnologiilor

În momentul de faţă există o multitudine de “clase” de biotehnologii, definite în principal după sectoarele economice în care acestea sunt sau se doreşte a fi utilizate.

Diferenţiem astfel următoarele domenii biotehnologice.Biotehnologii agricole: • microreproducerea plantelor şi animalelor; prin tehnici de inginerie genetică, hibridare somatică,

selecţionare, culturi “in vitro”, culturi celulare vegetale şia animale, termeni apăruţi în ştiinţă în ultimii 30 de ani, se pot obţine replicarea intensivă a seminţelor, plantulelor sau liniilor animale selecţionate.

• ameliorarea plantelor şi animalelor, pentru obţinerea de linii înalt productive, rezistente la boli dăunători şi condiţii climaterice extreme. în această direcţie se înscrie obţinerea de plante cu rate crescute de fotosinteză, plante rezistente la temperaturi scăzute sau ridicate. la secetă sau salinitate crescută a solurilor. Se pot obţine de asemenea animale cu producţii crescute de carne, lapte, ouă, lână, etc. Eforturi susţinute se depun în direcţia obţinerii de plante fixatoare de azot, altele decât leguminoasele şi a plantelor de cultură producătoare de biocide. Se caută de asemenea specii forestiere apte unor producţii rapide de masă lemnoasă de calitate, înalt regenerabile sau capabile de împădurire a zonelor alpine extreme sau deteriorate puternic.

Biotehnologii aplicate în alimentaţie • prima formă de aplicaţie a biotehnologiilor, fermentaţia, îşi găseşte în epoca bioreactoarelor cu

proces automat noi aplicaţii, odată cu apariţia tehnicilor ADN-ului recombinant. Practic orice substanţă

produsă de un organism biologic poate fi produsă teoretic în bioreactoare, prin clonarrea genei-genelor care codifică sinteza sa în organismul parental la vectori de expresie-bacterii, drojdii,mucegaiuri. Practic, costurile uneori foarte ridicate şi procesele metabolice complexe care trebuie elucidate de cercetarea fundamentală pentru a putea clona o anumită genă rezultă într-o depărtare de posibilităţile teoretice a practicului. Oricum, paralel cu diversificarea gamei de produse obţinute prin fermentare, de la alimente la antibiotice şi enzime cu cele mai variate aplicaţii, continuă perfecţionarea vechilor fermentaţii cunoscute şi aplicate de mult timp în industria alimentară, ducând la eficientizarea şi creşterea calităţii acestor procese.

• o direcţie relativ nouă în cadrul acestui domeniu de aplicaţie a biotehnologiilor o reprezină sinteza de proteine microbiene pentru alimentaţia animalelor şi a omului, unde din nou există o multitudine de variante şi posibilităţi de abordare. Sursa de energie pentru producerea acestora poate fi mediul complex special creat sau deşeuri organice vegetale sau animale, menajere sau chiar petroliere, în acest caz biotehnologiile având dublu rol, de “scavanger” şi producător “primar”.

• acvacultura - cultivarea pe scară largă a algelor unicelulare în scop alimentar şi pentru extracţia unei multitudini de substanţe chimice se înscrie aceluiaşi scop.

Biotehnologii destinate creşterii şi sănătăţii animalelor • transferul de embrioni, fertilizarea in vitro şi foarte recent clonarea se înscriu în sfera

biotehnologiilor aplicate organismelor animale • protecţia animalelor prin vaccinare şi tratament cu substanţe de sintezî biotehnologică contribuie

şi ele la creşterea producţiei şi eficienţei economice în acest domeniu

Biotehnologii în medicină şi sănătate publică:Reprezintă domeniul poate cu cea mai înaltă rată de creştere de la apariţia marilor descoperiri în

biologia moleculară. • producerea şi sinteza de vaccinuri contra a numeroase boli infecţioase, virale şi parazitare

cunoaşte în prezent o dezvoltare fără precedent, fără îndoială reprezentând premiza fundamentală pentru eradicarea unor boli care afectează încă foarte grav populaţia umană. Unele încercări au fost încununate de succes (poliomielita-eradicată în România în 1980, rujeola, controlată în limite stricte, gripa, stabilizată sub aspectul tulpinilor circulante, etc.) altele încă ridică probleme deosebite, dacă ar fi să amintim numai malaria - 2 milioane persoane decedate la nivel global/an, 1 miliard în situaţie de risc).

• producererea de medicamente; nu putem omite folosirea de decade întregi a antibioticelor din clasa cefalosporinelor, ceea ce a şi dus în cele din urmă la exercitarea unei asemenea presiuni selective asupra tulpinilor patogene de microorganisme încât în momentul de faţă fenomenul de rezistenţă la antibiotice ia proporţii alarmante şi impune reevaluarea strategiilor de terapie anti-microbiană spre alte clase de antibiotice. Cea mai mare parte a medicamentelor produse şi comercializate pe plan mondial sunt produse într-o formă sau alta rpin biotehnologie; evoluţiile ştiinţifice au impus totodată în clasa biotehnologiilor medicale noi tehnici - producerea de anticorpi monoclonali, imunomodulatori sau imunoadjuvanţi.

Biotehnologii orientate spre producerea de energie: • există biotehnologii utilizate actual pe scară largă pentru producerea surselor auxiliară de energie:

alcooli, metan, hidrogen, pe baza deşeurilor organice rezultate în agricultură, zootehnie, silvicultură, industria alimentară. Randamentul acestora depinde însă drastic de resursele tehnologice utilizate, de disponibilitatea tulpinilor microbiene transformate înalt performate, de capitalul financiar disponibil pentru a fi investit într-un asemenea “shift” energetic şi nu în ultimul rând de dimensiunea exploatărilor. Ca de altfel toate biotehnologiile, şi acestea în discuţie se pot dovedi eficiente doar în măsura în care fac parte dintr-un plan integrat de utilizare privit din prisma ecologiei sitemice, care să

urmărească maximizarea fluxurilor materiale şi energetice mai degrabă în cadrul SSE decât creşterea aportului de resurse venite dinspre CN , paralel cu acoperirea gradată dar progresivă a datoriei faţă de mediu acumulată în decade de dezvoltare economică guvernată doar de cerinţele pieţei libere.

Biotehnologii aplicate în controlul poluării

• acestea ar trebui privite mai degrabă ca biotehnologii de limitare a impactului negativ al SSE asupra componentelor CN, ştiut fiind că poluarea nu este singura verigă a acestui impact, la aceasta adăugându-se supraexploatarea resurselor regenerabile, epuizarea acelora neregenerabile, deteriorarea mediului prin extinderea spaţială a SSE. Din fericire capitalul genetic încă existent oferă soluţii pentru managementul unor probleme stringente legate de aceste acţiuni entropice, prin intermediul biotehnologiilor. Din nou însă, acţiuni izolate nu pot avea efectele aşteptate, redresarea - văzută ca reorientare a dezvoltării SSE spre modelul de dezvoltare sustenabilă - putându-se face doar prin programe coerente de management al relaţiilor SSE cu componentele CN.

O abordare sistemică a rolului biotehnologiilor în cadrul dezvoltării durabile a SSE

Clasa de biotehnologii A: biotehnologii de limitare a impactului SSE asupra componentelor CN

Reprezintă clasa cea mai costisitoare de biotehnologii, din punct strict de vedere al eficienţei economice, la un orizont de timp circumscris la termenele scurt şi mediu.

Aceste biotehnologii se interpun între metabolismul SSE şi componentele CN prin minimizarea fluxurilor materiale dinspre compartimentul material al SSE reprezentat de stocul nereciclabil de materiale şi componentele CN. Mecanismul de acţiune al acestor biotehnologii presupune concentrarea şi degradarea substanţelor cu grad înalt de toxicitate, precum şi identificarea unor modalităţi viabile de stocare paralel cu limitarea difuziei. Din punct de vedere al considerentelor de ordin informaţional în ce priveşte managementul corect din punct de vedere sistemic al relaţiilor SSE şi componentele CN, Biotehnologiile din clasa A reprezintă un mecanism de echilibrare a fluxurilor materiale dintre SSE şi CN, cu precădere în direcţia SSE -CN, flux material-energetic-informaţional lipsit de mecanisme de reglaj prin feed-back negativ la acest moment.

Pe termen lung (de ordinul 102 ani), aplicarea acestei clase de biotehnologii se traduce prin creşterea capacităţii componerntelor CN de a oferi servicii de importanţă crucială, având în vedere că poluarea este un factor de comandă extrinsec CN cu pondere mare în stabilirea limitelor bazinului de absorbţie al ecosistemelor. Faţă de aceste considerente, costurile relativ mari şi ineficienţa din punct de vedere economic al acestor biotehnologii nu reprezintă decât preţul “datoriei faţă de mediu” acumulată până în prezent, de a cărei “achitare” depinde în mare măsură antrenarea SSE pe o nouă traiectorie, cu atractorul reprezentat de modelul de dezvoltare durabilă invocat de teoria ecologiei sistemice.

Clasa de biotehnologii B: biotehnologii de reciclare

Se interpun la nivelul fluxurilor materiale-energetice-informaţionale între compartimentele SSE, diversificându-le şi eficientizând randamentul fucţionării SSE. Au ca sursă de energie stocul material regenerabil rezultat din metabolismul SSE. Out-put-ul poate fi integrat la nivelul compartimentului SSE de prelucrare a materiei prime şi producerii de energie (biotehnologii care produc alcooli, metan, hidrogen

pornind de la deşeuri de natură organică rezultate din agricultură, zootehnie, silvicultură, industria alimentară, sau de la alte surse de energie concentrată, privite în concepţia clasică drept neregenerabile: deşeuri petroliere, şisturi sărace, steril, deşeuri chimice).

În funcţie de nevoile particulare ale diverselor SSE naţionale, produsul final al acestei clase de biotehnologii poate fi orientat spre copmartimenul producerii de bunuri şi servicii - producţie de proteine microbiene (alimente auxiliare), medicamente, alte substanţe utile.

Diversificarea fluxurilor de care se face răspunzătoare această clasă de biotehnologii reprezintă o modalitate de eficientizare energetică şi materială, înscriindu-se deci în clasa mecanismelor de evoluţie calitativă a sistemelor socio-economice. Acest aspect se traduce prin minimizarea absorbţiei de resurse neregenerabile dinspre CN (cu aceaşi precizare ca la clasa A în ce piveşte efectul asupra capacităţii de a oferii servicii a CN).

Clasa de biotehnologii C: biotehnologii productive

Reprezintă gama largă a aplicaţiilor biotehnologice cu rol de producere de bunuri şi servicii. La prima vedere poate părea că nu au aceeşi importanţă cu clelelalte două clase în ce priveşte considerentele ecologiei sistemice, întrucât nici nu utilizează surse de energie “auxiliară” (a stocurilor materiale reciclabile), nici nu reversează datoria faţă de mediu, deci poate părea orientată spre o creştere economică imediată. În realitate, clasa C de biotehnologii reprezintă din nou un proces de eficientizare deci de evoluţie calitativă a SSE, prin randamentele deosebit de mari şi costurile relativ scăzute raportate la valoarea bunurilor produse. De această dată, sub raport informaţional şi al capacităţii de management al relaţiilor SSE-CN, biotehnologiile folosesc la dimensionarea corectă a absorbţiei de resurse regenerabile dinspre CN spre SSE, putând juca un rol cheie în stabilirea acestora la un nivel mai mic sau cel mult egal cu capacitatea de suport a componentelor CN. Acelaşi efect, la o scară spaţială mai restrânsă, având în vedere că vorbim despre resurse regenerabile, asupra capacităţii CN de a oferi bunuri şi servicii.

Multitudinea de procese biotehnologice cunoscute în prezent nu cred că are nevoie de enumerare. În plus, flexibilitatea acestui domeniu al cercetării aplicate este imensă, astfel încât practic o soluţie teoretic programată are mari şanse de a putea fi practic aplicată, chiar dacă în acel moment nu se află ca exemplu particular în baza de cunoaştere. Acest fapt reprezintă un plus în cartea pecare omul o are de jucat împotriva propriei sale idiferenţe de până mai ieri în ce priveşte respectarea unor legităţi intrinseci ecosferei.

Planificarea strategiei de dezvoltare în cazuri particulare ale diverselor sisteme socio-economice naţionale trebuie să pornească de la identificarea posibilelor “materii prime” disponbile pentru utilizare în procesul biotehnologic, adică a acelor materii cantitativ şi calitativ eficiente (studii de fezabilitate, cost-beneficiu şi expertize de impact de mediu), ca şi de la identificarea acelor produşi care se impune a fi transformaţi prin procese biotehnologice (în vederea limitării impactului lor asupra mediului). Aceste studii preliminare care fundamentează strategia naţională de utilizare a biotehnologiilor se trebuie integrate strategiei naţionale de dezvoltare pe termen mediu şi lung, astfel ca planificările care decurg din acestea să nu abordeze domeniul sectorial, existând pericolul în acest caz ca respectivele planuri să nu poată fi aplicate din lipsă de fonduri sau suport decizional. În acest context, trebuie subliniat că termenul mediu şi lung utilizat în momentul de faţă este văzut ca o perioadă de 5 ani. Sistemele socio-economice, care se circumscriu legităţilor sistemice, sunt entităţi mari, a căror evoluţie şi modificare de traiectorie se percepe la scară de timp mare, datorită faptului că factorii lor cheie de comandă acţionează la acest orizont de timp. Strategia pe termen mediu, din acest punct de vedere, nu se poate referi la perioade de 5 ani, ci se referă la perioade de aproximativ10 ani, iar termenul lung se referă în cazul SSE la zeci de ani.