V tomto blogovom príspevku preskúmame, ako neviditeľná nanotechnológia môže zrevolucionizovať náš každodenný život a zároveň predstavovať hrozbu pre životné prostredie a naše zdravie.
V súčasnosti je o nanotechnológiu veľký záujem. Možno sa to nezdá byť veľký problém, ale už len samotná zmienka o slove „nano“ často zvyšuje cenu produktu. Napríklad práčka s funkciou „dezinfekčnej technológie strieborných nanočastíc“ je oveľa drahšia ako bežná práčka. Čo je teda nanotechnológia?
V prvom rade slovo nano pochádza z gréckeho slova „nanos“, ktoré znamená „trpaslík“. Nanometer (nm) je jedna miliardtina metra, približne stotisícina hrúbky ľudského vlasu a zhruba veľkosť troch až štyroch atómov. Existuje mnoho definícií nanotechnológie, ale možno ich zhrnúť tromi hlavnými spôsobmi. Po prvé, je to umenie výroby mikroskopických materiálov alebo strojov zložených z nanomateriálov; po druhé, je to umenie zlepšovania výkonu zariadení využívaním nových fyzikálnych vlastností, ktoré sa objavujú iba v nanorozmeroch; a po tretie, je to umenie merania a predpovedania prírodných javov v mikroskopickej oblasti, ktoré nemožno pozorovať voľným okom.
Ako vidíte, nanotechnológia zahŕňa širokú škálu oblastí. Americká Národná iniciatíva pre nanotechnológie (NNI) identifikuje tri kľúčové podmienky pre nanotechnológiu. Po prvé, výskum a vývoj technológií musia prebiehať na atómovej a molekulárnej úrovni, v rozsahu približne 1 až 100 nanometrov; po druhé, musia byť vytvorené zariadenia alebo systémy s novými vlastnosťami a funkciami, ktoré vyplývajú z tejto mikroskopickej veľkosti; a po tretie, musia byť manipulované a riadené na atómovej úrovni.
Americký fyzik Richard Feynman bol prvý, kto rozpoznal potenciál nanotechnológie. Zdôraznil možnosť manipulácie na atómovej úrovni, keď povedal: „Celú Encyklopédiu Britannicu by ste mohli umiestniť na hlavičku klinca.“ S rozvojom kvantovej mechaniky a vývojom skenovacieho tunelového mikroskopu (STM) v spoločnosti IBM v roku 1981, ktorý dosiahol rozlíšenie na úrovni atómov, sa nanotechnológia vydala na cestu. STM umožnil pozorovať oblasti v nanoškále, ktoré neboli viditeľné konvenčnými optickými mikroskopmi, a v roku 1986 spoločnosť AT&T Bell Labs úspešne použila STM na izoláciu a modifikáciu atómov. Následný vývoj, ako napríklad skenovací sondový mikroskop (SPM) a transmisný elektrónový mikroskop (TEM), otvoril prístup do sveta nano.
To, čo odlišuje nanotechnológiu od iných technológií, sú jedinečné vlastnosti, ktoré sa prejavujú iba v nanoškále. Po prvé, povrchové vlastnosti sa stávajú primárnym určujúcim faktorom vlastností materiálu. S zmenšovaním na nanoškálu sa pomer povrchu k objemu exponenciálne zvyšuje, čo je dôležité pre rôzne aplikácie vrátane katalýzy, dodávania liekov a skladovania energie. Po druhé, ich elektronické, magnetické a optické vlastnosti sú riadené kvantovými javmi. Po tretie, dominantnú úlohu zohrávajú mikroskopické fyzikálne javy, ako je Brownov pohyb, ktorý úzko súvisí s nanoprevodovkami, tunelovacími efektmi a javmi jednotlivých elektrónov.
Vďaka týmto vlastnostiam majú nanomateriály širokú škálu fyzikálnych vlastností. Napríklad, čo sa týka optických vlastností, farba sa mení s veľkosťou nanočastíc. V prípade kovov sú pri makroveľkostiach zlaté, ale keď sú menšie ako 10 nanometrov, javia sa červené. Pokiaľ ide o chemické vlastnosti, väčšia povrchová plocha zvyšuje reaktivitu, napríklad pri sterilizácii, ktorá má komerčné využitie. Pokiaľ ide o mechanické vlastnosti, pri určitých veľkostiach zŕn bol zaznamenaný prudký nárast pevnosti a pokiaľ ide o elektromagnetické vlastnosti, magnetické vlastnosti sú pri určitých veľkostiach maximalizované.
Nanotechnológia je kreatívna technológia s nekonečnými možnosťami. Jej aplikácie pokrývajú takmer každé odvetvie vrátane telekomunikácií, leteckého priemyslu a medicíny. V blízkej budúcnosti môžeme očakávať prelomy v oblasti vysokokapacitného ukladania informácií, ultrapevných materiálov, nanokatalyzátorov, presných systémov podávania liekov, genetickej manipulácie, zariadení na ultrajemné odstraňovanie znečisťujúcich látok a ďalších. Nanotechnológia má uplatnenie aj v každodennom živote. Napríklad samodekontaminujúce povrchy, systémy čistenia vzduchu a personalizované systémy výroby potravín sa stávajú realitou.
Obrazovky s vysokým rozlíšením, pohlcujúce 3D televízory a realistické umelecké zážitky by mohli byť tiež poháňané nanotechnológiou. Za touto svetlou budúcnosťou sa však skrývajú riziká nanotechnológie. Existujú obavy, že ultrajemné nanomateriály sa môžu hromadiť v ľudskom tele alebo znečisťovať životné prostredie, a výskum v tejto oblasti stále prebieha.
Výborným príkladom je kontroverzná škodlivosť uhlíkových nanorúrok. Štúdie ukázali, že ak sa hromadia v tele, môžu spôsobiť dlhodobé poškodenie zdravia. Existujú tiež správy, že fullerén (C60) môže produkovať voľné radikály a že oxid titaničitý, častice nafty atď. sa stávajú toxickejšími, keď sa zmenšujú na nanorozmery. Objavili sa aj správy o nanočasticiach kontaminujúcich elektroniku a znižujúcich produktivitu a vládne agentúry začali hodnotiť vplyv nanomateriálov na životné prostredie.
To viedlo k vzniku novej oblasti štúdia s názvom nanotoxikológia. Jej cieľom je posúdiť toxicitu nanomateriálov a rozsah ich vplyvu. Toxicitu ovplyvňuje mnoho premenných, vrátane chemického zloženia, funkčných skupín, povrchovej štruktúry, rozpustnosti a rozpustnosti, nielen veľkosť častíc, čo si vyžaduje individuálne a presné posúdenie každého nanomateriálu.
Záverom možno povedať, že nanotechnológia má potenciál dramaticky zmeniť ľudský život, ale musí byť sprevádzaná dôkladným výskumom a prípravou na jej riziká. Vyvážený pohľad a vedecký prístup sú nevyhnutné na zabezpečenie toho, aby technologický pokrok bol prospešný pre ľudí a životné prostredie.
