ナノテクノロジーにおけるトップダウンとボトムアップのアプローチ

ナノテクノロジーは、ナノメートル（10億分の1メートル）の単位で設計、開発、運用されています。ナノテクノロジーと呼ぶには、少なくとも1つの次元で100ナノメートル以下の大きさの取引物体が必要である。ナノテクノロジーには、トップダウンとボトムアップという2つの設計手法があります。この2つのアプローチは、それぞれ異なるタイプのアプリケーションで有効です。

トップダウンアプローチ

トップダウン方式では、より大きなサイズの物体を加工することで、ナノスケールの物体を加工します**。集積回路**は、トップダウンのナノテクノロジーの一例である。現在では、レバーやバネ、流体通路などの微小な機械部品や電子回路をマイクロチップに埋め込んだ「ナノエレクトロメカニカルシステム（NEMS）」のレベルまで進んでいます。これらの**の出発材料は、シリコン結晶のような比較的大きな構造物である。このような小さなチップを作る技術はフォトリソグラフィーと呼ばれ、光、電子ビーム、イオンビームなど様々な種類があります。

また、大きなサイズの材料をナノレベルまで粉砕し、表面積と体積のアスペクト比を高めて反応性を高める用途もある。ナノ金、ナノ銀、ナノ酸化チタンなどのナノ材料は、さまざまな用途に使用されています。グラファイト**カーボンナノチューブを電気炉で使用するプロセスも、トップダウンアプローチのナノテクノロジーの一例である。

ボトムアップアプローチ

ナノテクノロジーにおけるボトムアップ・アプローチは、原子や分子といったより小さなビルディングブロック**を用いて、より大きなナノ構造を構築するものである。外部から操作することなく、目的のナノ構造体を自ら組み立てる自己組織化。ナノ加工の対象物のサイズが小さくなるにつれて、トップダウンの技術を補完するボトムアップのアプローチの重要性が増している。

ボトムアップのナノテクノロジーは、自然界にも見られる。生物系は、化学的な力を使って、生命維持に必要な細胞の構造を作り出す。科学者や技術者は、この自然界の特性を模倣する研究を行い、特定の原子の小さなクラスターを作り、それが自己集合してより複雑な構造を作ることができるのです。金属触媒重合によるカーボンナノチューブの作製は、ボトムアップ型ナノテクノロジーの好例である。

Molecular Machines and **は、Eric Drexlerが1987年の著書『The Creation Engine』で紹介したボトムアップのナノテクノロジー概念である。ナノスケールの力学系を使って複雑な分子構造を構築できることを、いち早く示している。