Nanotechnologia

Wyobraźmy sobie, iż możliwe jest „rozłożenie” ludzkiego ciała na atomy...

W efekcie otrzymalibyśmy znaczne ilości gazów, a mianowicie wodoru, tlenu, azotu, znaczące ilości węgla i wapnia, niewielkie ilości metali takich jak: żelazo, magnez, cynk oraz śladowe ilości innych pierwiastków chemicznych. Ich całkowity koszt porównywalny jest z kosztem pary dobrych butów.

Czy zatem człowiek jest wart aż tak mało?

Bez wątpienia – NIE! Między innymi dlatego, że uporządkowanie i sposób połączenia poszczególnych atomów sprawia, że możemy jeść, rozmawiać, rozmnażać się, czy myśleć.

A co jeśli moglibyśmy stworzyć cokolwiek nam się zamarzy? Atom, po atomie, cząsteczka po cząsteczce....

Termin nano – wywodzi się od greckiego słowa oznaczającego karła, używane jest jako przedrostek dla wielu jednostek miar i oznacza jedną bilionową czyli 10-9. Określenie nanomateriały odnosi się do często powszechnie występujących związków chemicznych.

 

 

  

Zdjęcia przedstawiające różne wielkości nanocząstek.(źródło: Interagency Working Group on Nanoscience, Engineering and Technology, National Science and Technology Council Committee on Technology, “Nanotechnology: Shaping the World Atom by Atom.” Sept.1999.)

Już od zarania dziejów ludzkość stosuje materiały i substancje chemiczne oparte na mechanizmach będących przemiotem zainteresowania współczesnej nanotechnologii. Ówczesny stan wiedzy uniemożliwiał wyjaśnienie obserwowanych zjawisk i kierowanie procesami chemicznymi pod kątem syntezy nanostruktur.

Wytwarzane w dawnych czasach struktury były niejako produktem pośrednim technologii, a nie ścisle ukierunkowaną metodą wytwarzania konkretnych układów. Jaskrawym przykładem takiego stanu rzeczy było przechowywanie wody i mleka w naczyniach srebrnych przez sumeryjskich żeglarzy. Wynalazek ten umożliwiał rozwój handlu morskiego a co za tym idzie rozwój cywilizacji sumeryjskiej. Innym przykładem było zastosowanie monet srebrnych  przez starożytnych medyków do leczenia ran.. Hipokrates stosował w tym celu sproszkowane srebro, wyparte z XIV wieku przez lapis – czyli azotan srebra. 

Jednym z filarów cywilizacji Asyryjskiej była technologia produkcji gatunku stali tzw. stali damasceńskiej. Materiał ten wykazuje bardzo dobre charakterystyki mechaniczne, w tym elestyczność połaczona z bardzo wysoką twardością. Współczesne badania wskazują, iż za  specyficzne właściwości tej stali odpowiadają nanostruktury węglowe, podobne do nanorurek, wytwarzane w jej strukturze w procesie produkcji i obróbki. 

Weneccy mistrzowie witraży i szkła artystycznego korzystali z technologii wytwarzania nanocząstek złota z prekursorów. Zależnie od użytej metody wytwarzali ziarna nanozłota o różnej strukturze i średnicy. W efekcie uzyskiwano paletę barwnych proszków. Ich prztopienie ze szkłem powodowało trwałe zabarwienie materiału.  

Wiek XIX to okres gwałtownego rozwoju chemii. Rezultatem ówczesnej myśli twórczej było opracowanie metod syntezy i biosyntezy sulfonamidów, barwników, antybiotyków i tworzyw sztucznych. Wynalazki te na trwałe zmieniły naszą cywilizacje i kierunek jej rozwoju. Na przeszkodzie rozwoju stanęły jednak bariery:

  • ograniczone zasoby energetyczne i surowcowe,
  • choroby cywilizacyjne spowodowane zanieczyszczonym środowiskiem,
  • nowotwory I patogeny odporne na obecnie stosowane terapeutyki,
  • wysokie koszty wytwarzania dóbr konsumpcyjnych,

 

Remedium na niektóre problemy rozwoju naszej cywilizacji jest rozwój nanotechnologii. Niższe koszty wytwarzania, lepsze własności mechaniczne, fizyczne, chemiczne i biobójcze, mniejsze obciążenie dla środowiska – tylko niektóre jej zalet. Najważniejszym czynnikiem wskazującym na przewagę nanomateriałów jest jednak ekonomia. Spadek cen nanomateriałów jest wyraźny i obserwowalny rok do roku. W związku z tym rynek nanomateriałów będzie się systematycznie rozwijał, kosztem technologii energo- i materiałochłonnych.

Nanotechnologia nie jest wytworem XX i XXI wieku. Jednak dopiero współczesne metody pomiarowe i technologia umożliwiły ukierunkowanie syntez i badań pod kątem wytwarzania układów o ściśle określonych cechach i właściwościach, skierowane do ściśle określonych zastosowań. 

Wiele technologii wykorzystywanych przez człowieka oraz zjawisk występujących w naturze w świetle powyższych definicji należy do świata nanotechnologii.

Idealnym przykładem jest fotosynteza. W każdym liściu rośliny znajdują się miliony chloroplastów, które z kolei zawierają setki tylakoidów wypełnionych pigmentami – nanometrycznej wielkości cząstkami zdolnymi do absorpcji światła. Energia zaabsorbowanych fotonów wykorzystywana jest przez roślinę do przemiany wody i dwutlenku węgla w tlen oraz cukier.

Spoglądajac w komórki tworzace nasze ciało, możemy zauważyć iz praktycznie wszystkie procesy w nich zachodzące są sterowane i katalizowane przez nanostruktury - enzymy białkowe. Proces wytwarzania i magazynowania energii odbywa sie na w nanostrukturach - mitochondriach komórkowych. Wytwarzanie białek-enzymów odbywa się w nanostrukturach - rybosomach. Wreszcie cała informacja genetyczna jet przechowywana w nanoukładach - chromosomach.

Toksyczne działanie substancji chemicznych opiera sie na zaborzeniu szlaków metaboliczych lub dezaktywacji nanostruktur biologicznych. Idac tym tropem - nasza firma wytwarza układy działające podobnie jak substancje chemiczne z tym iz uderzaja one selektywnie tylko w specyficzne nanostruktury biologiczne. Nie występuja one w organizmach wyzszych - eukariotycznych. Natomiast spotykamy je w mikroorganizmach - prokariotach. Tym sposobem, szkody wywołane przez nasze nanostruktury w organizmach wyzszych sa znikome w porównaniu z substancjami chemicznymi, nierozróżniającvymi eukariota od prokariota. Inteligentne nanomateriały selektywnie niszczą patogeny, nie szkodząc organizmom wyzszym.