I dette blogginnlegget skal vi utforske hvordan usynlig nanoteknologi kan revolusjonere hverdagen vår, samtidig som den utgjør en trussel mot miljøet og helsen vår.
Det er mye interesse for nanoteknologi i disse dager. Det virker kanskje ikke som en stor sak, men bare omtalen av ordet «nano» øker ofte prisen på et produkt. For eksempel blir en vaskemaskin med en «sølvnano-desinfeksjonsteknologi»-funksjon mye dyrere enn en vanlig vaskemaskin. Så, hva er nanoteknologi?
Først og fremst kommer ordet nano fra det greske ordet «nanos», som betyr «dverg». En nanometer (nm) er en milliarddel av en meter, omtrent hundretusendel av tykkelsen på et menneskehår, og omtrent på størrelse med tre til fire atomer. Det finnes mange definisjoner av nanoteknologi, men de kan oppsummeres på tre hovedmåter. For det første er det kunsten å lage mikroskopiske materialer eller maskiner sammensatt av nanoskalamaterialer; for det andre er det kunsten å forbedre ytelsen til utstyr ved å utnytte nye fysiske egenskaper som bare forekommer i nanoskala-domenet; og for det tredje er det kunsten å måle og forutsi naturfenomener i det mikroskopiske domenet som ikke kan observeres med det blotte øye.
Som du kan se, omfatter nanoteknologi et bredt spekter av områder. Det amerikanske nasjonale nanoteknologiinitiativet (NNI) identifiserer tre nøkkelbetingelser for nanoteknologi. For det første må forskning og teknologiutvikling skje på atom- og molekylnivå, innenfor området fra omtrent 1 til 100 nanometer; for det andre må enheter eller systemer lages med nye egenskaper og funksjoner som oppstår fra denne mikroskopiske størrelsen; og for det tredje må de manipuleres og kontrolleres på atomnivå.
Den amerikanske fysikeren Richard Feynman var den første som anerkjente potensialet i nanoteknologi. Han understreket muligheten for manipulasjon på atomnivå da han sa: «Du kan sette hele Encyclopedia Britannica på hodet av en spiker.» Med utviklingen av kvantemekanikk og utviklingen av skanningstunnelmikroskopet (STM) hos IBM i 1981, som realiserte oppløsning på atomnivå, var nanoteknologi på vei. STM gjorde det mulig å observere nanoskalaområder som ikke var synlige med konvensjonelle optiske mikroskoper, og i 1986 brukte AT&T Bell Labs STM med hell til å isolere og modifisere atomer. Senere utviklinger som skanningsprobemikroskopet (SPM) og transmisjonselektronmikroskopet (TEM) har åpnet for tilgang til nanoverdenen.
Det som skiller nanoteknologi fra andre teknologier er de unike egenskapene som bare vises på nanoskala. For det første blir overflateegenskaper den primære determinanten for et materiales egenskaper. Når man krymper til nanoskala, øker forholdet mellom overflateareal og volum eksponentielt, noe som er viktig for en rekke bruksområder, inkludert katalyse, medikamentlevering og energilagring. For det andre kontrolleres deres elektroniske, magnetiske og optiske egenskaper av kvantefenomener. For det tredje spiller mikroskopiske fysiske fenomener som Brownsk bevegelse en dominerende rolle, som er nært knyttet til nanogir, tunneleffekter og enkeltelektronfenomener.
Takket være disse egenskapene har nanomaterialer et bredt spekter av fysiske egenskaper. For eksempel, når det gjelder optiske egenskaper, endres fargen med størrelsen på nanopartiklene. Metaller er gylne i makrostørrelser, men når de blir mindre enn 10 nanometer, ser de røde ut. Når det gjelder kjemiske egenskaper, øker det større overflatearealet reaktiviteten, for eksempel sterilisering, som har kommersielle anvendelser. Når det gjelder mekaniske egenskaper, er det rapportert en kraftig økning i styrke ved visse kornstørrelser, og når det gjelder elektromagnetiske egenskaper, er magnetiske egenskaper maksimert ved visse størrelser.
Nanoteknologi er en kreativ teknologi med uendelige muligheter. Bruksområdene dekker nesten alle bransjer, inkludert telekommunikasjon, luftfart og medisin. I nær fremtid kan vi forvente å se gjennombrudd innen informasjonslagring med høy kapasitet, ultrasterke materialer, nanokatalysatorer, presise medisinleveringssystemer, genmanipulering, ultrafine enheter for fjerning av forurensende stoffer og mer. Nanoteknologi har også anvendelser i hverdagen. For eksempel er selvdekontaminerende overflater, luftrensingssystemer og personlige matproduksjonssystemer i ferd med å bli en realitet.
Høyoppløselige skjermer, oppslukende 3D-TV-er og naturtro kunstopplevelser kan også drives av nanoteknologi. Men bak denne lyse fremtiden ligger risikoen knyttet til nanoteknologi. Det er bekymring for at ultrafine nanomaterialer kan akkumuleres i menneskekroppen eller forurense miljøet, og forskning pågår.
Et godt eksempel er den kontroversielle skadeligheten til karbonnanorør. Studier har vist at de kan forårsake langvarig helseskade hvis de akkumuleres i kroppen. Det finnes også rapporter om at fulleren (C60) kan produsere frie radikaler, og at titandioksid, dieselpartikler osv. blir mer giftige når de krymper til nanoskalaen. Det har også vært rapporter om nanopartikler som forurenser elektronikk og svekker produktiviteten, og offentlige etater har begynt å evaluere miljøpåvirkningen av nanomaterialer.
Dette har ført til fremveksten av et nytt studiefelt kalt nanotoksikologi. Det tar sikte på å vurdere nanomaterialers toksisitet og omfanget av deres påvirkning. Mange variabler påvirker toksisitet, inkludert kjemisk sammensetning, funksjonelle grupper, overflatestruktur, løselighet og løselighet, ikke bare partikkelstørrelse, som krever en individualisert og presis vurdering av hvert nanomateriale.
Avslutningsvis har nanoteknologi potensial til å endre menneskers liv dramatisk, men det må ledsages av grundig forskning og forberedelse på risikoene. Et balansert syn og en vitenskapelig tilnærming er avgjørende for å sikre at teknologiske fremskritt er gunstige for mennesker og miljøet.
