Nanotechnologia HadwaoNet

Nanotechnologia – zmienia świat na naszych oczach

Nanotechnologia to jedno z najważniejszych osiągnięć XX wieku, które z laboratoriów technologicznych wkroczyły do wielu dziedzin życia codziennego. Pierwsze doniesienia o nanotechnologii sięgają lat 50 XX wieku, jednak dopiero kilka – kilkanaście ostatnich lat to prawdziwy przełom na tym polu. Przedrostek nano – przyciąga wzrok, obiecuje bardziej efektywne działanie produktu, jest symbolem postępu technologicznego. Czy tak jest w rzeczywistości? Czy nanotechnologia ma realny wpływ na nasze życie?

Czym jest nanotechnologia?
Zastosowanie nanotechnologii w medycynie
Zastosowanie nanotechnologii w przemyśle
Zastosowanie nanotechnologii w przemyśle spożywczym
Nanotechnologia a kosmetyka

Nanotechnologia – czyli co?

Istota nanotechnologii polega na operowaniu nanoobiektami, czyli strukturami o wielkości rzędu miliardowej części metra, oraz nanomateriałami, czyli strukturami powstałymi z uporządkowanych nanoobiektów. W praktyce mowa jest o atomach, czyli cząstkach o średnicy 0, 2 nm. Dla zobrazowania tej skali – średnica włosa ludzkiego jest ponad 1000 –krotnie większa. Jednak w obszarze zainteresowań nanotechnologii nie znajdują się wszystkie struktury o takim rozmiarze, a jedynie te, których właściwości różnią się od właściwości wykazywanych przez większe cząstki tego samego rodzaju. Bowiem poniżej pewnych rozmiarów zmieniają się diametralnie właściwości danej cząstki. Aby móc otrzymać nanoobiekty, można dokonać dwóch przeciwstawnych zabiegów:

rozdrobnić większy materiał na drodze procesu fizycznego (metoda top – down); prostocie metody i jej niskim kosztem towarzyszy mała precyzja w wielkości i rozkładzie cząstek)
tworzenia z pojedynczych atomów większych struktur (metoda bottom – up); wykorzystywana jest synteza chemiczna lub samoorganizacja, czyli samoistne tworzenie się struktur z atomów lub cząstek

Nanotechnologii to wybitnie interdyscyplinarna dziedzina nauki, która stale rozwija się na całym świecie. Adaptowana jest do rozwiązań życia codziennego, od zastosowania w medycynie po impregnację materiałów, od lotnictwa po kosmetologię, od motoryzacji po produkcję żywności. Oto najciekawsze i najbardziej spektakularne zastosowania nanotechnologii.

Nanotechnologia w medycynie

Z zastosowaniem nanotechnologii w medycynie cały świat wiąże duże nadzieje. Nanocząstki wykorzystywane są jako nośniki znaczników magnetycznych lub immunologicznych, co wykorzystywane jest we wczesnej diagnostyce nowotworów. Będąc nośnikami leków, nanocząstki mogą precyzyjnie docierać do komórek nowotworowych, skutecznie je niszcząc. Nanocząstka jest znakowana odpowiednimi ligandami tak, aby łączyła się wyłącznie z komórkami zmienionymi nowotworowo i w ich wnętrzu uwalniała lek. Chemioterapia zabija równie skutecznie co rak – dożylne podanie silnych chemoterapeutyków niszczy nie tylko komórki nowotworowe, ale cały organizm. A wykorzystanie nanocząstek tak, aby trafiały jedynie do komórek rakowych daje możliwość uzyskania kilkanaście razy większego – w porównaniu do standardowej terapii – stężenia leków wewnątrz komórek nowotworowych, bez jakichkolwiek efektów ubocznych. Selektywne podanie tak silnie działających leków prosto do wnętrza komórek rakowych to ogromny przełom, który może radykalnie zmniejszyć śmiertelność nowotworów, szczególnie w korelacji z nanodiagnostyką i bardzo szybkim zdiagnozowaniem nowotworu. Takie mikroskopijne nośniki substancji leczniczych świat medycyny ochrzcił mianem nanobotów, czyli najmniejszych z możliwych posłańców, którzy celują dokładnie tam, gdzie pojawia się problem ze zdrowiem.
Innym ciekawym zastosowaniem zdobyczy nanotechnologii jest wykorzystanie srebra koloidalnego jako niezwykle skutecznego środka do dezynfekcji. Srebro koloidalne to roztwór atomów metalu w wodzie dejonizowanej, o ogromnej powierzchni czynnej i doskonałej bioprzyswajalności. Zastosowany w szpitalach na wszelkie powierzchnie skutecznie zabija bakterie, nie powodując uczuleń skóry czy podrażnień błon śluzowych, które towarzyszą stosowaniu chemicznych środków dezynfekcyjnych. Co ważne – na drodze takiej inaktywacji bakterii nie dochodzi do wypracowania przez bakterie mechanizmów oporności. Nanosrebro jest ponadto cenionym składnikiem opatrunków jałowych, który doskonale wspomaga gojenie nawet rozległych ran czy oparzeń, chroniąc je jednocześnie przed zakażeniem.
To z pewnością nie koniec zastosowań nanotechnologii w medycynie. Każdy dzień przynieść może nowe, nieoczekiwane rozwiązania, które uskutecznią diagnostykę i leczenie.

Nanotechnologia w przemyśle

Dzięki osiągnięciom nanotechnologii, możliwe jest dowolne modyfikowanie właściwości fizyko – chemicznych wielu kompozytów. Mamy zatem bardzo wytrzymały beton, stal, materiały ceramiczne czy tworzywa sztuczne. Zyskują odporność na uszkodzenia, czynniki mechaniczne czy termiczne. Z takich osiągnięć techniki z powodzeniem korzysta budownictwo, przemysł lotniczy oraz maszynowy. Innym zastosowaniem nanokompozytów jest mikroelektronika (mikroprocesory i przewodniki) czy konstruowanie akumulatorów lub ogniw fotowoltaicznych, wydajnie magazynujących energię.
Nanotechnologia to także filtry do oczyszczania, ogniwa paliwowe – a zatem efektywna ochrona środowiska, ale także militaria – wytrzymała, a zarazem bardzo lekka broń czy inne wyposażenie armii.

Nanotechnologia w produkcji żywności

Stosunkowo nowym zastosowaniem osiągnięć nanotechnologii jest wykorzystanie jej w produkcji żywności. Nanotechnologia włączana jest w niemal każdy etap produkcji żywności, poczynając na uprawie rolnej, a kończąc na ulepszaniu właściwości produktu końcowego. Oto najważniejsze rozwiązania z wykorzystaniem nanotechnologii:

nanosensory znajdujące zastosowanie w identyfikowaniu obcego DNA (GMO), białek, metabolitów czy skażeń biologiczno – chemicznych
produkcja nowoczesnych opakowań żywności: biodegradowalnych nanostruktur o znacznej wytrzymałości, a jednocześnie braku niekorzystnego wpływu na żywność zdrowie czy środowisko naturalne
pestycydy nowej generacji: stosowane w formie nanokapsułek celem zwiększenia skuteczności działania
kontrolowana dostawa hormonów wzrostu czy sensorów
nanoczujniki monitorujące warunki glebowe i wzrost roślin glebowych

Prognozy dla nanotechnologicznej produkcji żywności są bardzo optymistyczne – dzięki tak innowacyjnym i bezpiecznym rozwiązaniom możliwe będzie zwiększenie efektywności upraw z jednoczesną dbałością o środowisko naturalne i zdrowie konsumentów.

Nanotechnologia w kosmetologii

Wykorzystanie nanocząstek w kosmetologii ma na celu przede wszystkim pokonanie bariery skóry w przenikaniu substancji aktywnych kosmetyków. Najczęściej stosowane są liposomy, czyli nanokapsułki z lipidową otoczką, które są kompatybilne z lipidowym składem skóry. Taka biozgodność nie generuje podrażnień czy alergii, ponadto sprzyja stopniowemu i kontrolowanemu uwalnianiu substancji czynnych. Ponadto nanokapsułki ułatwiają rozpuszczalność substancji trudno rozpuszczalnych. A zastosowanie nanosomów do produkcji filtrów UV zwalnia z konieczności stosowania filtrów mineralnych dających nieestetyczny efekt zabarwionej na biało skóry. Nowoczesne nanokosmetyki z filtrami UV tworzą bowiem na skórze bezbarwną powłokę.

Nanotechnologia w motoryzacji

Jednym z najbardziej przydatnych zastosowań nanotechnologii, zaadaptowanych na potrzeby życia codziennego, są nanokosmetyki samochodowe. To kwestia nie tylko skutecznej pielęgnacji i nienagannego wyglądy samochodu – to przede wszystkim kwestia bezpiecznej i komfortowej jazdy. Jak zatem nanotechnologia ułatwia życie kierowcom? Najbardziej spektakularnym jej zastosowaniem w motoryzacji jest tzw. niewidzialna wycieraczka. Mowa o impregnacie hydrofobowym do szyb, który zapobiega przyleganiu wilgoci, zanieczyszczeń czy owadów. Powyżej prędkości 70 km/ h zbędne staje się używanie wycieraczek mechanicznych. Taka nienaganna przejrzystość szyby to podstawa bezpiecznej jazdy w niesprzyjających warunkach atmosferycznych.
Preparaty hydrofobowe, dające efekt perlenia wilgoci i samoistnego usuwania zanieczyszczeń, można stosować na każdy zewnętrzny element samochodu – lampy, felgi czy lakier. Nanokosmetyki to także preparaty odświeżające i dezynfekujące do klimatyzacji, pasty do usuwania rys i odbarwień lakieru czy ochronne woski do lakieru. O wnętrze samochodu zadbają przeznaczone do czyszczenia wielu powierzchni: skóry, winylu, tapicerki czy plastiku preparaty hydrofobowe, zaś ochronę przez zanieczyszczeniami i blaknięciem opon – profesjonalne preparaty pielęgnujące.
Nanotechnologia w motoryzacji to także odporny na zarysowania, ceramiczny nanolakier, lekkie nanokompozyty konstrukcyjne czy nanoopony o doskonałej sterowności.

Nanotechnologia w życiu codziennym

Zastosowanie nanomateriałów w życiu codziennym ułatwia dbanie o czystość i trwałość powierzchni mieszkalnych, gwarantuje nienaganny wygląd kompozytów budowlanych czy umożliwia wydłużenie żywotności odzieży i obuwia. Jak zatem nanotechnologia ułatwia nam codzienne funkcjonowanie?

impregnaty do obuwia i odzieży chronią przed wilgocią, pleśnią i nieestetycznymi zaciekami
dodatek nanosrebra do odzieży sportowej czy wkładek do butów hamuje rozwój bakterii i pojawienie się nieprzyjemnego zapachu
dodatek nanosrebra do wszelkiego rodzaju materiałów i tekstyliów to doskonałe rozwiązanie dla alergików, gdyż usuwa roztocza i inne alergeny
dodatek nanosrebra do farb, tynków, środków do klimatyzacji oraz nadaje im właściwości bakterio – i grzybobójczych
środki czystości efektownie usuwają zanieczyszczenia i drobnoustroje, na długo pozostawiając uczucie czystości i świeżości
impregnaty do szkła zapobiegają zabrudzeniom i powstawaniu zacieków na lustrach, kabinach prysznicowych, oknach czy elewacjach szklanych, dając efekt perlenia wody i samooczyszczania powierzchni.