В тази публикация в блога ще разгледаме как невидимата нанотехнология може да революционизира ежедневието ни, като същевременно представлява заплаха за околната среда и здравето ни.
В днешно време има голям интерес към нанотехнологиите. Може да не изглежда като нещо голямо, но самото споменаване на думата „нано“ често увеличава цената на даден продукт. Например, пералня с функция за „сребърна нано дезинфекцираща технология“ става много по-скъпа от обикновена пералня. И така, какво е нанотехнология?
Първо, думата „нано“ произлиза от гръцката дума „nanos“, която означава „джудже“. Нанометър (nm) е една милиардна част от метъра, около сто хилядна от дебелината на човешки косъм и приблизително с размер от три до четири атома. Има много определения за нанотехнологии, но те могат да бъдат обобщени по три основни начина. Първо, това е изкуството да се правят микроскопични материали или машини, съставени от наномащабни материали; второ, това е изкуството да се подобрява производителността на оборудването чрез използване на нови физични свойства, които се появяват само в наномащабната област; и трето, това е изкуството да се измерват и предсказват природни явления в микроскопичната област, които не могат да се наблюдават с просто око.
Както виждате, нанотехнологиите обхващат широк спектър от области. Националната инициатива за нанотехнологии на САЩ (NNI) определя три ключови условия за нанотехнологиите. Първо, научните изследвания и технологичното развитие трябва да се извършват на атомно и молекулярно ниво, в диапазона от около 1 до 100 нанометра; второ, трябва да се създават устройства или системи с нови свойства и функции, които произтичат от този микроскопичен размер; и трето, те трябва да се манипулират и контролират на атомно ниво.
Американският физик Ричард Файнман е първият, който разпознава потенциала на нанотехнологиите. Той подчертава възможността за манипулация на атомно ниво, когато казва: „Можете да поставите цялата Енциклопедия Британика върху главата на пирон.“ С развитието на квантовата механика и разработването на сканиращия тунелен микроскоп (STM) в IBM през 1981 г., който реализира разделителна способност в атомен мащаб, нанотехнологиите започват да се развиват. STM прави възможно наблюдението на наномащабни области, които не са видими с конвенционалните оптични микроскопи, а през 1986 г. AT&T Bell Labs успешно използва STM за изолиране и модифициране на атоми. Последващи разработки, като сканиращия сондиращ микроскоп (SPM) и трансмисионния електронен микроскоп (TEM), отварят достъп до наносвета.
Това, което отличава нанотехнологиите от другите технологии, са уникалните им свойства, които се появяват само в наномащаб. Първо, повърхностните свойства стават основен определящ фактор за свойствата на материала. С намаляването на наномащаба съотношението повърхност/обем се увеличава експоненциално, което е важно за различни приложения, включително катализа, доставяне на лекарства и съхранение на енергия. Второ, техните електронни, магнитни и оптични свойства се контролират от квантови явления. Трето, микроскопичните физични явления като Брауновото движение играят доминираща роля, което е тясно свързано с наномащабите, тунелните ефекти и явленията с единични електрони.
Благодарение на тези характеристики, наноматериалите имат широк спектър от физични свойства. Например, по отношение на оптичните свойства, цветът се променя с размера на наночастиците. В случая на металите, те са златисти при макроразмери, но когато станат по-малки от 10 нанометра, изглеждат червени. По отношение на химичните свойства, по-голямата повърхност увеличава реактивността, като например стерилизация, която има търговски приложения. По отношение на механичните свойства е съобщено рязко увеличение на якостта при определени размери на зърната, а по отношение на електромагнитните свойства, магнитните свойства са максимизирани при определени размери.
Нанотехнологията е креативна технология с безкрайни възможности. Приложенията ѝ обхващат почти всяка индустрия, включително телекомуникациите, аерокосмическата промишленост и медицината. В близко бъдеще можем да очакваме пробиви в съхранението на информация с голям капацитет, ултраздравите материали, нанокатализаторите, прецизните системи за доставяне на лекарства, генетичните манипулации, устройствата за ултрафини отстраняване на замърсители и други. Нанотехнологията има приложения и в ежедневието. Например, самообеззаразяващите се повърхности, системите за пречистване на въздуха и персонализираните системи за производство на храни се превръщат в реалност.
Екрани с висока резолюция, завладяващи 3D телевизори и реалистични художествени преживявания също биха могли да бъдат задвижвани от нанотехнологиите. Но зад това светло бъдеще се крият рисковете от нанотехнологиите. Съществуват опасения, че ултрафините наноматериали могат да се натрупват в човешкото тяло или да замърсяват околната среда, и изследванията продължават.
Отличен пример е спорната вредност на въглеродните нанотръбички. Проучванията показват, че те могат да причинят дългосрочни увреждания на здравето, ако се натрупат в тялото. Има също така съобщения, че фулеренът (C60) може да произвежда свободни радикали и че титановият диоксид, дизеловите частици и др. стават по-токсични, когато се свиват до наномащаб. Има и съобщения за наночастици, замърсяващи електрониката и нарушаващи производителността, а правителствените агенции започнаха да оценяват въздействието на наноматериалите върху околната среда.
Това доведе до появата на нова област на изследване, наречена нанотоксикология. Тя има за цел да оцени токсичността на наноматериалите и степента на тяхното въздействие. Много променливи влияят върху токсичността, включително химичен състав, функционални групи, повърхностна структура, разтворимост и разтворимост, не само размер на частиците, което изисква индивидуализирана и прецизна оценка на всеки наноматериал.
В заключение, нанотехнологиите имат потенциала драстично да променят човешкия живот, но те трябва да бъдат съпътствани от задълбочени изследвания и подготовка за рисковете, свързани с тях. Балансираният поглед и научният подход са от съществено значение, за да се гарантира, че технологичният напредък е от полза за хората и околната среда.
