Šajā emuāra ierakstā mēs izpētīsim, kā neredzamā nanotehnoloģija var revolucionizēt mūsu ikdienas dzīvi, vienlaikus radot draudus videi un mūsu veselībai.
Mūsdienās ir liela interese par nanotehnoloģijām. Lai gan tas var nešķist nekas īpašs, jau vārda “nano” pieminēšana vien bieži palielina produkta cenu. Piemēram, veļas mašīna ar “sudraba nanodezinfekcijas tehnoloģijas” funkciju kļūst daudz dārgāka nekā parasta veļas mašīna. Tātad, kas ir nanotehnoloģija?
Pirmkārt, vārds nano cēlies no grieķu vārda “nanos”, kas nozīmē “punduris”. Nanometrs (nm) ir viena miljardā daļa no metra, aptuveni simt tūkstošā daļa no cilvēka mata biezuma un aptuveni trīs līdz četru atomu lielumā. Nanotehnoloģijai ir daudz definīciju, taču tās var apkopot trīs galvenajos veidos. Pirmkārt, tā ir māksla izgatavot mikroskopiskus materiālus vai mašīnas, kas sastāv no nanoskalas materiāliem; otrkārt, tā ir māksla uzlabot iekārtu veiktspēju, izmantojot jaunas fizikālās īpašības, kas parādās tikai nanoskalas jomā; un treškārt, tā ir māksla mērīt un prognozēt dabas parādības mikroskopiskajā jomā, kuras nevar novērot ar neapbruņotu aci.
Kā redzat, nanotehnoloģija aptver plašu jomu klāstu. ASV Nacionālā nanotehnoloģiju iniciatīva (NNI) identificē trīs galvenos nanotehnoloģiju nosacījumus. Pirmkārt, pētniecībai un tehnoloģiju attīstībai jānotiek atomu un molekulu līmenī, aptuveni 1 līdz 100 nanometru diapazonā; otrkārt, ierīcēm vai sistēmām jābūt radītām ar jaunām īpašībām un funkcijām, kas izriet no šī mikroskopiskā izmēra; un treškārt, tām jābūt manipulējamām un kontrolējamām atomu līmenī.
Amerikāņu fiziķis Ričards Feinmans bija pirmais, kas atzina nanotehnoloģiju potenciālu. Viņš uzsvēra manipulācijas iespēju atomu līmenī, sakot: "Jūs varētu uzlikt visu Britu enciklopēdiju uz naglas galvas." Attīstoties kvantu mehānikai un 1981. gadā IBM izstrādājot skenējošo tunelēšanas mikroskopu (STM), kas realizēja atomu mēroga izšķirtspēju, nanotehnoloģija bija ceļā uz savu gaitu. STM ļāva novērot nanoskalas reģionus, kas nebija redzami ar parastajiem optiskajiem mikroskopiem, un 1986. gadā AT&T Bell Labs veiksmīgi izmantoja STM, lai izolētu un modificētu atomus. Turpmākie sasniegumi, piemēram, skenējošās zondes mikroskops (SPM) un transmisijas elektronu mikroskops (TEM), ir pavēruši piekļuvi nano pasaulei.
Nanotehnoloģiju no citām tehnoloģijām atšķir unikālās īpašības, kas parādās tikai nanoskalā. Pirmkārt, virsmas īpašības kļūst par galveno materiāla īpašību noteicošo faktoru. Samazinoties līdz nanoskalai, virsmas laukuma un tilpuma attiecība palielinās eksponenciāli, kas ir svarīgi dažādiem pielietojumiem, tostarp katalīzei, zāļu piegādei un enerģijas uzkrāšanai. Otrkārt, to elektroniskās, magnētiskās un optiskās īpašības kontrolē kvantu parādības. Treškārt, dominējošu lomu spēlē mikroskopiskas fizikālas parādības, piemēram, Brauna kustība, kas ir cieši saistīta ar nanopārnesumiem, tunelēšanas efektiem un viena elektrona parādībām.
Pateicoties šīm īpašībām, nanomateriāliem ir plašs fizikālo īpašību klāsts. Piemēram, optisko īpašību ziņā krāsa mainās līdz ar nanodaļiņu izmēru. Metālu gadījumā tie ir zeltaini makroizmēros, bet, kad tie kļūst mazāki par 10 nanometriem, tie izskatās sarkani. Ķīmisko īpašību ziņā lielāka virsmas platība palielina reaktivitāti, piemēram, sterilizācijā, kurai ir komerciāls pielietojums. Mehānisko īpašību ziņā ir ziņots par strauju stiprības pieaugumu pie noteiktiem graudu izmēriem, un elektromagnētisko īpašību ziņā magnētiskās īpašības ir maksimālas pie noteiktiem izmēriem.
Nanotehnoloģija ir radoša tehnoloģija ar bezgalīgām iespējām. Tās pielietojums aptver gandrīz visas nozares, tostarp telekomunikācijas, aviāciju un kosmosu, kā arī medicīnu. Tuvākajā nākotnē mēs varam sagaidīt izrāvienus lielas ietilpības informācijas glabāšanā, īpaši izturīgos materiālos, nanokatalizatoros, precīzās zāļu piegādes sistēmās, ģenētiskajā manipulācijā, īpaši smalku piesārņotāju noņemšanas ierīcēs un citur. Nanotehnoloģijai ir pielietojums arī ikdienas dzīvē. Piemēram, pašattīrošās virsmas, gaisa attīrīšanas sistēmas un personalizētas pārtikas ražošanas sistēmas kļūst par realitāti.
Arī augstas izšķirtspējas ekrānus, ieskaujošus 3D televizorus un reālistisku mākslas pieredzi varētu nodrošināt nanotehnoloģijas. Taču aiz šīs gaišās nākotnes slēpjas nanotehnoloģiju riski. Pastāv bažas, ka īpaši smalki nanomateriāli var uzkrāties cilvēka organismā vai piesārņot vidi, un pētījumi šajā jomā turpinās.
Spilgts piemērs ir oglekļa nanocaurulīšu pretrunīgi vērtētā kaitība. Pētījumi liecina, ka tās var izraisīt ilgtermiņa kaitējumu veselībai, ja uzkrājas organismā. Ir arī ziņojumi, ka fullerēns (C60) var radīt brīvos radikāļus un ka titāna dioksīds, dīzeļdegvielas daļiņas utt. kļūst toksiskākas, saraujoties līdz nanomērogam. Ir arī ziņojumi par nanodaļiņām, kas piesārņo elektroniku un pasliktina produktivitāti, un valdības aģentūras ir sākušas izvērtēt nanomateriālu ietekmi uz vidi.
Tas ir novedis pie jaunas pētījumu jomas, ko sauc par nanotoksikoloģiju, rašanās. Tās mērķis ir novērtēt nanomateriālu toksicitāti un to ietekmes apmēru. Toksicitāti ietekmē daudzi mainīgie lielumi, tostarp ķīmiskais sastāvs, funkcionālās grupas, virsmas struktūra, šķīdība un šķīdība, ne tikai daļiņu izmērs, kas prasa individuālu un precīzu katra nanomateriāla novērtējumu.
Noslēgumā jāsaka, ka nanotehnoloģijām ir potenciāls dramatiski mainīt cilvēka dzīvi, taču tām jānotiek kopā ar rūpīgu izpēti un sagatavošanos riskiem. Lai nodrošinātu, ka tehnoloģiskie sasniegumi ir labvēlīgi cilvēkiem un videi, ir nepieciešams līdzsvarots skatījums un zinātniska pieeja.
