“Nanotechnologia – definicja, zastosowanie oraz zagrożenia wypływające z nanotechnologii.”       1

WPROWADZENIE Człowiek poznaje świat pięcioma zmysłami. Jednym z nich jest wzrok. Przedmiotów zbyt małych rozmiarów oko ludzkie nie jest w stanie zobaczyć. Człowiek z natury jest istotą bardzo ciekawą – ciekawi nas z między innymi z czego są zbudowane rzeczy, które nas otaczają. Dlatego już w XVII wieku zaczęły powstawać pierwsze mikroskopy optyczne, które pozwalały oglądać badane obiekty w znacznym powiększeniu. Możliwe stało się oglądanie organizmów na poziomie ich komórek. Osiągnięte rezultaty nie zaspokoiły jednak badaczy. Dążyli oni do stworzenia czegoś takiego co pozwoli na obserwację podstawowej jednostki materii, jaką jest atom. Udało się to w roku 1982, kiedy to powstał pierwszy mikroskop elektronowy.

DEFINICJA Nanotechnologia to ogólna nazwa całego zestawu technik i sposobów tworzenia rozmaitych struktur o rozmiarach nanometrycznych (od 0,1 do 100 nanometrów), czyli na poziomie pojedynczych cząsteczek. Nanotechnologia jest określeniem, które zagościło w słownikach na początku minionej dekady. Ogólnie oznacza inżynierię w bardzo małej skali. Bardziej konkretnie, nanotechnologia wiąże się z opanowaniem technologii manipulowania i przekształcania materii w skali pojedynczych atomów, czyli odległości rzędu nanometrów.

Dla porównania: - ludzki włos o grubości 0,02-0,08 mm to 20. 000-80 Dla porównania: - ludzki włos o grubości 0,02-0,08 mm to 20.000-80.000 nanometrów, - 1 nanometr to 10 atomów wodoru ułożonych jeden za drugim, - 100 nm ma się tak do piłki plażowej jak ta piłka do kuli ziemskiej, - 1 nanometr to jedna tysięczna długości bakterii, 10-9 (jedna miliardowa) nanometr nm (gr. nanos = karzeł) 10-6 (jedna milionowa) mikrometr μm (gr. mikros = mały) 10-3 (jedna tysięczna) milimetr mm (łac. mille = tysiąc)

ZASTOSOWANIA NANOTECHNOLOGII

NANOTECHNOLOGIA W MEDYCYNIE: Nanotechnologia jest bardzo przydatna w naszym życiu już teraz i to w większym stopniu, niż można byłoby przypuszczać. Nanotechnologia zdążyła się już dość znacznie rozwinąć w medycynie. Stało się to między innymi za przyczyną niezwykłych właściwości srebra. Płytki tego metalu, składające się zaledwie z kilkudziesięciu atomów, po rozpuszczeniu w wodzie zyskują właściwości bakteriobójcze. Powstały w ten sposób roztwór jest nietoksyczny, nie wywołuje żadnych efektów ubocznych - nie wywołuje uczulenia. Po rozproszeniu go po mieszkaniu, można zlikwidować roztocza. Dzięki temu życie alergików może stać się o wiele prostsze. Preparatem takim impregnuje się na przykład skarpetki. Nanosrebro likwiduje bakterie powodujące nieprzyjemny zapach. Podobnie jak srebro zwalcza bakterie, tak nanomiedź wykazuje silne właściwości grzybobójcze. Można być ona na szeroką skalę stosowana w gospodarstwie domowym.

Stosowane obecnie implanty, na przykład stawów, nie przylegają dokładnie do przeszczepianych powierzchni. Wolne przestrzenie można wypełnić nanorurkami. Są one obojętne dla człowieka, dzięki czemu zmniejsza się ryzyko odrzucenia przeszczepu przez organizm. Dodatkowo do ich wnętrza można wprowadzić cząstki aktywnego srebra, które dzięki swoim bakteriobójczym właściwościom zapobiegnie powstawaniu infekcji w miejscu przeszczepu, nie ingerując w resztę organizmu.

Badania wykazują, że nanorurki mogą nieźle nadawać się do wypełniania ubytków w tkankach. Wstrzykiwanie nanorurek w miejscu na przykład złamania kości w znacznym stopniu przyspieszało proces leczenia. Struktura nanorurek sprawiała, że komórki kościotwórcze osadzały się na nich, odbudowując uszkodzoną tkankę. Znacznie ważniejszym osiągnięciem naukowca było odbudowanie uszkodzonego rdzenia kręgowego myszy. Wszczepienie odpowiednio zaprojektowanego nanomateriału spowodowało, że po sześciu tygodniach zwierzę odzyskało władzę w kończynach. Pozwoliłoby to wielu ludziom na oderwanie się od wózka inwalidzkiego i prowadzenie normalnego życia.

Oprócz nanorurek, zastosowanie w medycynie znajdują także fullereny, czyli odmiany alotropowe węgla, składające się najczęściej z 60 atomów, przypominające piłkę futbolową. W ich wnętrzu można umieścić wiele różnych substancji, na przykład insulinę. Spreparowana w ten sposób substancja może być dostarczana do krwioobiegu przez układ oddechowy. Jest to bliższy realizacji pomysł, niż samoregenerująca się trzustka. Dużo wygodniejsze i zupełnie bezbolesne stałoby się przyjmowanie tego leku przez cukrzyków. Zamiast insuliny, w fullerenowych kapsułkach mogą być wprowadzane do organizmu także inne substancje. Przykład: leki stosowane podczas chemioterapii. Obecnie ten sposób leczenia wyniszcza cały organizm, bowiem stosowane substancje uszkadzają nie tylko komórki nowotworowe, ale także zdrowe tkanki. Zastosowanie „nanobaloników” fullerenowych do dostarczania medykamentów jedynie w zaatakowane przez nowotwór miejsca mogłoby w znacznym stopniu ograniczyć liczne powikłania związane ze stosowaniem chemioterapeutyków.

PONADTO w służbie zdrowia nanotechnologię wykorzystuję się przy: Opatrunkach, bandażach, plastrach, opaskach, powłokach ochronnych; Odzieży ochronnej, pokrowcach, pościeli, materacach, poduszkach, kołdrach, parawanach i zasłonach; Wyposażeniu, produktach i urządzeniach do jednorazowego i wielokrotnego użytku takie jak: strzykawki, rękawiczki, maski, sączki, pojemniki, inhalatory, respiratory, urządzenia do endoskopii i wiele innych; Aparaturze medycznej oraz w: Salach, gabinetach, pokojach i pomieszczeniach.

NANOTECHNOLOGIA W PRZYRODZIE: Ophiocoma wendtii, kosmata rozgwiazda o wielkości talerza, przez długi czas stanowiła zagadkę. Stworzenie to, o opancerzonym korpusie w kształcie krążka, z którego wyrasta pięć ramion, chowa się przed zbliżającym się niebezpieczeństwem, choć na pozór nie ma oczu. Odkryto je w końcu w wapiennym pancerzu stworzenia, który wysadzany jest skupiskami doskonałych mikrosoczewek, zamieniając całe ciało kosmatej rozgwiazdy w jedno złożone oko. Nanotechnologia? Poszczególne soczewki są tak skrystalizowane, że nie występuje zjawisko charakterystyczne dla kalcytu: podwójny obraz. Mamy tu do czynienia z kontrolą krystalizacji na poziomie nanometrycznym. Soczewki są również skorygowane pod względem „aberracji sferycznej”, poprzez nieznaczny dodatek magnezu, co pozwala uniknąć niepożądanych kolorowych prążków. Ophiocoma wykorzystuje więc nanotechnologiczną precyzję.

NANOTECHNOLOGIA W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM I GASTRONOMII - Opakowania produktów żywnościowych. Stosując nanocząsteczki srebra i miedzi do modyfikacji polimerów będących podstawowym surowcem do produkcji opakowań przedłużamy ich żywotność oraz bezpieczeństwo przechowywania. Nanocząsteczki srebra wypełniają cała masę plastikowego opakowania, stale niszczą wszelka pojawiającą się florę bakteryjną, pleśń i inne rodzaje grzybów. - Opakowania i naczynia jednorazowego użytku. Sklepy handlujące porcjowanym produktami żywnościowymi ( np. mięso i wędliny, sałatki, wyroby garmażeryjne) powinny wykorzystać możliwość pakowania przygotowanych porcji w opakowania: folie, pudełka, papiery, woreczki foliowe itp., wykonane z wykorzystaniem nanosrebra. - Pojemniki i opakowania wielokrotnego użytku. Pojemniki wyprodukowane z polimerów zawierających nanocząsteczki srebra. - Deski do krojenia, blaty robocze, powierzchnie do obróbki i przygotowania żywności. Zastosowanie nanosrebra do wyprodukowania wszelkich akcesoriów i powierzchni roboczych związanych z przygotowaniem żywności jest kwestią zachowania najwyższych standardów bezpieczeństwa.

Na zdjęciach obok przedstawiono korzeń pietruszki trzymany przez kilkadziesiąt dni w szczelnym, plastikowym pudełku spryskanym od wewnątrz nanosrebrem (50 ppm) - zdjęcia po prawej stronie. Dla porównania, na zdjęciach po lewej stronie korzeń trzymany w zwykłym szczelnym pojemniku, który nie był spryskany roztworem nanosrebra.

NANOTECHNOLOGIA W PRZEMYŚLE SKÓRZANYM I OBUWNICZYM We wszystkie elementy i materiały do produkcji obuwia od podeszwy do cholewki jesteśmy w stanie wprowadzić nanocząsteczki srebra lub miedzi. Taki but uzyskuje permanentną ochronę grzybo i bakteriobójczą. Także wprowadzenie nanosrebra do procesów przygotowania skór – garbarnie – nadaje im trwały efekt ochrony przed rozwojem grzybów i bakterii. Zarówno obuwie jak i wszelkie elementy skórzanych tapicerek meblowych uzyskują nowy standard i jakość użytkowania.

NANOTECHNOLOGIA W PRZEMYŚLE WŁÓKIENNICZYM Odzież wykonana z materiałów zaimpregnowanych nanosrebrem przestaje być siedliskiem bakterii, zapobiega to rozkładowi potu a więc redukuje w znacznym stopniu nieprzyjemny zapach. Materace i pościel zaimpregnowana nanosrebrem i nanomiedzią wolne od bakterii i zagrzybienia spowodują ograniczenie ilość przebywających w niej roztoczy. Trwała ochrona jest nie do przecenienia, gdy w grę wchodzi bezpieczeństwo dzieci i osób cierpiących na astmę i alergie.

NANOTECHNOLOGIA W PRZEMYŚLE MEBLARSKIM I DRZEWNYM Materiały tapicerskie skórzane, tkaninowe , elementy z tworzyw sztucznych, materiały podłogowe i elementy wyposażenia i wykończenia wnętrz, stolarka okienna i drzwiowa oraz inne wykonane z użyciem materiałów modyfikowanych nanosrebrem stwarzają nową jakość ich użytkowania. Nowy standard bezpiecznych mikrobiologicznie mebli i elementów wyposażenia lub wykończenia wnętrz jest niewątpliwie pożądany dla wrażliwej na ten problem grupy odbiorców. A na pewno są nimi: służba zdrowia, szkolnictwo, hotele, gastronomia, obiekty sportowe, itp

NANOTECHNOLOGIA W PRZEMYŚLE ELEKTRONICZNYM I AGD Wszelkie zewnętrzne i wewnętrzne obudowy sprzętu elektronicznego i AGD a szczególnie sprzęty kuchenne mające kontakt z żywnością, klawiatury i myszki komputerowe, przełączniki elektryczne, kontakty, kaloryfery, klimatyzatory i nawilżacze, wszystkie wymienione stanowią większe, mniejsze, lub jak na przykład klimatyzatory i nawilżacze, ogromne źródła rozwoju i zakażeń bakteriami i grzybami. Nanocząsteczki srebra stosowane jako składnik materiałów, z których wykonywane są części i obudowy urządzeń, albo jako składnik preparatów do czyszczenia i pielęgnacji sprzętów, przeznaczonych do wykonania niewidzialnych biobójczych powłok ochronnych, pozwalają podjąć wyrównaną walkę z coraz bardziej zmutowanymi i odpornymi na dotychczasowe metody bakteriami i grzybami.

NANOTECHNOLOGIA W ROLNICTWIE Stosowanie nanosrebra i nanomiedzi przyniesie doskonałe rezultaty w wielu dziedzinach rolnictwa, produkcji zwierzęcej, przetwórstwa i magazynowania żywności. Czynności i miejsca stosowania: - odkażanie zwierząt, kopyt, racic - odkażanie i ochrona instalacji do dojenia i pojemników na mleko - odkażanie i ochrona powierzchni podłoża, ścian, przegród, budynków stajni i obiektów hodowlanych - odkażanie i ochrona szklarni - odkażanie i ochrona pojemników do przechowywania paszy i ściółki - impregnacja ubrań roboczych - impregnacja materiałów - impregnacja opakowań Bezpieczeństwo: -zapobieganie epidemiom i chorobom w hodowlach zwierząt - sterylizacja narzędzi, sprzętów i wyposażenia - sterylizacja opakowań i miejsc składowania

Do ważnych osiągnięć technologicznych zaliczyć można: Metody wiązek molekularnych i wykorzystanie do tworzenia studni kwantowej, drut kwantowy i kropka kwantowa. Odkrycie fullerenów - cząsteczek węgla odznaczających się niespotykaną w chemii symetrią dwudziestościanu foremnego. Wykonanie napisu IBM przez dwóch fizyków Donalda Eiglera i Erharda Shweizera za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego używając 35 atomów. Nanorurkę i badania własności pojedynczych nanorurek - cząsteczek węgla, które wykazują niezwykłą wytrzymałość na rozrywanie i unikalne własności elektryczne, oraz są znakomitymi przewodnikami ciepła.

NANOTECHNOLOGIA W PRZYSZŁYM ŻYCIU CODZIENNYM: Farba zawierająca nanocząstki zabezpieczająca przed korozją Szkło termochromowe do regulowania dopływ światła Organiczne diody świecące (Organic Light Emitting Diodes – OLED) do wyświetlacz Piezomaty zapobiegają uciążliwym drganiom Folie fotowoltaiczne przekształcają światło w prąd elektryczny Stawy biodrowe z materiałów biokompatybilnych Diody świecące jako konkurencja dla żarówek Kask utrzymuje kontakt z użytkownikiem Szyby odporne na zadrapania, wykorzystujące efekt lotosu Inteligentna odzież mierzy tętno i oddech Elektroniczna karta dań Nanorurki do nowych wyświetlaczy w notebookach Rama wykonana w technologii nanorurek jest bardzo lekka i trwała Ogniwa paliwowe dostarczają prądu do telefonów komórkowych i pojazdów Warstwy magnetyczne w miniaturowych pamięciach Tkanina z powłoką zabezpieczająca przed brudem

ZAGROŻENIA WYPŁYWAJĄCE Z NANOTECHNOLOGII Nanotechnologia wydaje się być wspaniałą dziedzina nauki. Niesie ze sobą niesamowite możliwości. Jednak jak wszystko, co nowe i nie do końca poznane, skrywa również wiele niebezpieczeństw. Nanotechnologia jest dziedziną wiedzy stosunkowo młodą, dlatego sporo z jej rozwiązań wciąż pozostaje w sferze rozważań lub jest na etapie badań i testów laboratoryjnych. Tym niemniej nie można pozwolić, by jakiekolwiek wyniki tychże badań wymknęły się spod ludzkiej kontroli, gdyż skutki takiego niedopatrzenia mogłyby być bardzo groźne dla środowiska i człowieka. Dlatego też należy już teraz zastanowić się nad ewentualnymi zagrożeniami i starać się znaleźć dla nich jak najlepsze rozwiązania.

GRUPY ZAGROŻEŃ: Wpływ samej nanotechnologii, tzn. nanorobotów, nanocząstek, nanoproduktów, nanomateriałów, na człowieka i środowisko naturalne; Niewłaściwe wykorzystanie nanotechnologii przez człowieka oraz wpływ, jaki wywiera na społeczeństwo wprowadzenie i wykorzystywanie technik z zakresu nanotechnologii; Wykorzystanie nanotechnologii przez organizacje terrorystyczne; Wykorzystanie nanotechnologii w regularnych działaniach wojennych poprzez tworzenie nowych broni masowego rażenia (np. przenoszenie broni chemicznej lub biologicznej w ciele człowieka, zwierzęcia lub w roślinie za pomocą nanokapsułek, nowe rodzaje broni) itp. Problemy natury społeczno-etycznej – bardzo niski stan wiedzy na temat nanotechnologii.

Richard Smalley, laureat nagrody Nobla w dziedzinie chemii uważa, że zagrożenia wypływające z zastosowania nanotechnologii można opanować.

W Polsce, pomimo niewielkich nakładów na naukę oraz badania laboratoryjne, prowadzone są badania z zakresu ogólnie pojętej nanotechnologii. Istnieją trzy główne ośrodki badań nad nanotechnologią (łącznie jest 25 placówek): Instytuty działające przy PAN, Politechnika Warszawska, Politechnika Wrocławska. W mniejszym stopniu tymi zagadnieniami zajmują się: Politechnika Poznańska, Politechnika Śląska.

W ośrodkach tych prowadzi się badania nad następującymi zagadnieniami: nowe źródła energii (np. z wykorzystaniem nanorurek), bioinżynieria (biotechnologie), wspomaganie technologii informacyjnych, nowe systemy (nanosystemy), nowe materiały (np. "smart materials").

PODSUMOWANIE Nanotechnologia uważana jest za kluczową technologię XXI wieku. Oferuje ona możliwe rozwiązania wielu bieżących problemów, dostarczając mniejszych, lżejszych, szybszych i bardziej wydajnych materiałów, podzespołów i systemów. Nanotechnologia jest źródłem nowych szans rynkowych oraz w znacznym stopniu może przyczynić się do ochrony środowiska i zdrowia.

LITERATURA: Dręczewski B., Herman A., Wroczyński P., Nanotechnologia: stan obecny i perspektywy, Gdańsk 1997 Huczko A., Nanorurki Węglowe, Warszawa, BEL Studio, 2004 Komisja Europejska, Wspólnotowe badania naukowe, Nanotechnologia. Innowacje dla świata przyszłości. www.nanonet.pl www.nano-tech.pl www.nano-technologie.pl

WYKONANIE: Fukała Bożena Gorgoń Joanna Herko Tadeusz Juraszczyk Daria Koniorczyk Łukasz Korusiewicz Bartosz Korusiewicz Magdalena Kuczborski Błażej Michaś Anna Olszewska Katarzyna Zakarczemna Anna GR 1.