V tomto blogovém příspěvku prozkoumáme, jak neviditelná nanotechnologie může způsobit revoluci v našem každodenním životě a zároveň představovat hrozbu pro životní prostředí a naše zdraví.
V dnešní době je o nanotechnologie velký zájem. Může se to zdát jako nic velkého, ale pouhá zmínka o slově „nano“ často zvyšuje cenu produktu. Například pračka s funkcí „technologie dezinfekce stříbrnými nano prvky“ je mnohem dražší než běžná pračka. Co je tedy nanotechnologie?
Za prvé, slovo nano pochází z řeckého slova „nanos“, které znamená „trpaslík“. Nanometr (nm) je jedna miliardtina metru, zhruba stotisícina tloušťky lidského vlasu a zhruba velikost tří až čtyř atomů. Existuje mnoho definic nanotechnologie, ale lze je shrnout třemi hlavními způsoby. Zaprvé, je to umění výroby mikroskopických materiálů nebo strojů složených z nanomateriálů; zadruhé, je to umění zlepšování výkonu zařízení využitím nových fyzikálních vlastností, které se objevují pouze v nanoměřítku; a zatřetí, je to umění měření a předpovídání přírodních jevů v mikroskopické oblasti, které nelze pozorovat pouhým okem.
Jak vidíte, nanotechnologie zahrnuje širokou škálu oblastí. Americká Národní nanotechnologická iniciativa (NNI) identifikuje tři klíčové podmínky pro nanotechnologie. Zaprvé, výzkum a technologický vývoj musí probíhat na atomové a molekulární úrovni, v rozsahu přibližně 1 až 100 nanometrů; zadruhé, musí být vytvořena zařízení nebo systémy s novými vlastnostmi a funkcemi, které vyplývají z této mikroskopické velikosti; a zatřetí, musí být manipulovány a řízeny na atomové úrovni.
Americký fyzik Richard Feynman byl první, kdo rozpoznal potenciál nanotechnologie. Zdůraznil možnost manipulace na atomové úrovni, když řekl: „Celou Encyklopedii Britannicu byste mohli umístit na hlavičku hřebíku.“ S rozvojem kvantové mechaniky a vývojem skenovacího tunelového mikroskopu (STM) ve společnosti IBM v roce 1981, který dosáhl rozlišení na úrovni atomů, se nanotechnologie vydaly na cestu. STM umožnil pozorovat oblasti v nanoměřítku, které nebyly viditelné konvenčními optickými mikroskopy, a v roce 1986 společnost AT&T Bell Labs úspěšně použila STM k izolaci a modifikaci atomů. Následný vývoj, jako je skenovací sondový mikroskop (SPM) a transmisní elektronový mikroskop (TEM), otevřel přístup do nanosvěta.
Nanotechnologie se od ostatních technologií odlišují svými jedinečnými vlastnostmi, které se projevují pouze v nanoměřítku. Zaprvé, povrchové vlastnosti se stávají primárním určujícím faktorem vlastností materiálu. S zmenšováním na nanoměřítko se poměr povrchu k objemu exponenciálně zvyšuje, což je důležité pro řadu aplikací, včetně katalýzy, podávání léčiv a skladování energie. Zadruhé, jejich elektronické, magnetické a optické vlastnosti jsou řízeny kvantovými jevy. Zatřetí, dominantní roli hrají mikroskopické fyzikální jevy, jako je Brownův pohyb, který úzce souvisí s nanopřevody, tunelovacími jevy a jevy jednotlivých elektronů.
Díky těmto vlastnostem mají nanomateriály širokou škálu fyzikálních vlastností. Například v optických vlastnostech se barva mění s velikostí nanočástic. V případě kovů jsou při makrovelikostech zlatavé, ale když jsou menší než 10 nanometrů, jeví se jako červené. Z hlediska chemických vlastností větší povrch zvyšuje reaktivitu, například při sterilizaci, která má komerční využití. Z hlediska mechanických vlastností byl u určitých velikostí zrn zaznamenán prudký nárůst pevnosti a z hlediska elektromagnetických vlastností jsou magnetické vlastnosti maximalizovány u určitých velikostí.
Nanotechnologie je kreativní technologie s nekonečnými možnostmi. Její aplikace pokrývají téměř všechna odvětví, včetně telekomunikací, leteckého průmyslu a medicíny. V blízké budoucnosti můžeme očekávat průlomy v oblasti vysokokapacitního ukládání informací, ultrasilných materiálů, nanokatalyzátorů, přesných systémů pro podávání léků, genetické manipulace, zařízení pro ultrajemné odstraňování znečišťujících látek a dalších. Nanotechnologie má také uplatnění v každodenním životě. Například se stávají realitou samodekontaminující povrchy, systémy čištění vzduchu a personalizované systémy pro výrobu potravin.
Obrazovky s vysokým rozlišením, pohlcující 3D televizory a realistické umělecké zážitky by také mohly být poháněny nanotechnologiemi. Za touto světlou budoucností se však skrývají rizika nanotechnologií. Existují obavy, že ultrajemné nanomateriály se mohou hromadit v lidském těle nebo znečišťovat životní prostředí, a výzkum v této oblasti stále probíhá.
Ukázkovým příkladem je kontroverzní škodlivost uhlíkových nanotrubic. Studie ukázaly, že pokud se hromadí v těle, mohou způsobit dlouhodobé poškození zdraví. Existují také zprávy, že fulleren (C60) může produkovat volné radikály a že oxid titaničitý, částice nafty atd. se stávají toxičtějšími, jakmile se zmenší na nanoměřítko. Objevily se také zprávy o nanočásticích kontaminujících elektroniku a snižujících produktivitu a vládní agentury začaly vyhodnocovat dopad nanomateriálů na životní prostředí.
To vedlo ke vzniku nového studijního oboru zvaného nanotoxikologie. Jeho cílem je posoudit toxicitu nanomateriálů a rozsah jejich dopadu. Toxicitu ovlivňuje mnoho proměnných, včetně chemického složení, funkčních skupin, povrchové struktury, rozpustnosti a rozpustnosti v organismu, nejen velikost částic, což vyžaduje individuální a přesné posouzení každého nanomateriálu.
Závěrem lze říci, že nanotechnologie má potenciál dramaticky změnit lidský život, ale musí být doprovázena důkladným výzkumem a přípravou na s ní spojená rizika. Vyvážený pohled a vědecký přístup jsou nezbytné pro zajištění toho, aby technologický pokrok byl prospěšný pro lidi i životní prostředí.
