NANOTEHNOLOGIJA

NANODELCI

Kaj so nanodelci?* • Nanodelci so drobni skupki

materiala,ki so manjši od 100 nanometrov = 0.1mikrometra.

• V obliki tanke plasti, ali pa tanki igličasti kristali ali nitke.

• Nanodelci so premajhni, da bi jih videli s prostim očesom!

debelina človeškega

lasu potem, ko bi ga podolgem razcepili na 80.000 nitk.

Glavna orodja nanotehnologije in nekatere možnosti njihove uporabe*

nanopore (nosilci zdravil oziroma aktivnih snovi v reverzibilnih baterijah),

nanocevke (nova generacija maziv, ojačitvena vlakna),

nanodelci (samočistilni premazi,zaščitni premazi, barve),

nanokristali (keramika, prikazalniki na poljsko emisijo),

nanovlakna (tekstil, neprebojne tkanine),

nanovrste (senzorika, sončne celice), nanoelektronika (tranzistor na tunelski efekt), nanotipala (mikroskopija, biosenzorika), nanoročice (detekcija razstreliv), nanolupine (prenos zdravilnih učinkovin), nanotrakovi (električni prevodniki), nanokompoziti (samomazalne prevleke, sončne celice, umetne mišice) itd. Razvoj novih orodij in njihove uporabe je silovit. Vedno več je tudi

predvidevanj, da se bodo v prihodnosti pojavile povsem drugačne rešitve v nanoelektroniki, shranjevanju informacij, pridobivanju energije na osnovi bioloških procesov itd.

Ogljikove

nanocevke so

bile odkrite leta

1991 in so takoj

vzbudile široko

paleto napovedi

možne

uporabe.

Nanomedicina

Nanorobotki, ki bi jih preprosto vbrizgali v kri in bi sami našli obolela mesta, postavili diagnozo, pozdravili okvaro in potem še nadzorovali, da se bolezen ne bi ponovila, so sanje nanomedicine.

Razvoj nanodelcev kot nosilcev zdravilnih učinkovin ali kot senzorjev sprememb v organizmu spada v uresničljivi del teh sanj.

Nanodelci so zaradi izjemne majhnosti zelo uporabni v onkologiji, za zdaj zlasti pri slikanju in diagnostiki, saj povečajo kontrast na slikah tumorjev, posnetih z jedrsko magnetno resonanco ali z rentgenskim slikanjem.

Za zgodnje odkrivanje raka so v razvoju senzorji, ki delujejo na

osnovi nanomaterialov. Gre za drobne nitke ali cevke, ki se zaradi vezave na določene

molekule upognejo. Z merjenjem tega upogiba bi bilo mogoče odkriti rakave spremembe že na celični ravni.

Izvor nanodelcev in kje jih* najdemo:

• naravni: erozija, puščavski prah, vulkanski izbruhi, virusi;

• proizvedeni: − namensko proizvedeni:

– kozmetika, – hrana, – detergenti, – tekstil, – zaščitne vodoodbojne prevleke;

− nenamensko proizvedeni: • stranski produkt pri industrijski proizvodnji (mletje,

varjenje, brušenje, gradbeništvo, tehnologije razpršil; • izgorevanje biomase in fosilnih goriv; • izpuh motorjev z notranjim izgorevanjem, še zlasti

dizelskih motorjev.

Posebne lastnosti nanodelcev: • povečana kemična aktivnost,

• spremenjene fizikalne lastnosti,

• velika površina glede na maso,

• lebdenje v zraku; zaradi termične energije dosegajo hitrosti do več metrov na sekundo in trkajo z molekulami zraka,

• številčnost nanodelcev v cm3:

– pisarna: 1.104 − 4.104 (deset do štirideset tisoč),

– varjenje: 4.106 (4 milijoni),

– brušenje: 2.105 (dvesto tisoč),

– izdih kadilca: > 1.108 (sto milijonov).

Zakaj je velikost tako pomembna?*

• 70 nm delci prodrejo v pljučne mešičke.

• 50 nm delci prodrejo v celice.

• 30 nm delci prodrejo v celično jedro.

• ni podatkov o potovanju delcev, ki so manjši od 20 nm.

Kaj se zgodi, če nanodelci pridejo v živ organizem?*

• V človeško telo lahko delci pridejo skozi kožo,

prebavila in predvsem dihala.

• Na vse tri načine lahko pridejo v krvni obtok, ki jih raznese po vsem telesu.

• Vse več je izsledkov, da lahko nanodelci iz krvnega obtoka ali prek živčnih poti zaidejo tudi v možgane.

• Povečane koncentracije nevrodegenerativnih bolezni v okoljih, obremenjenih z visokimi koncentracijami ultrafinih prašnih delcev, kažejo na možnost vpliva teh delcev v ozračju na razvoj nekaterih obolenj, kot sta npr. Parkinsonova in Alzheimerjeva bolezen.

Ali veste …

• pri zgorevanju navadne sveče pride do sproščanja nanodelcev z velikostjo do 30 nanometrov.

Ali veste …

• … da naj bi pri gorenju vseh goriv, ki vsebujejo ogljik (npr. biomase, fosilna goriva), prihajalo do popolne oksidacije ogljika v ogljikov dioksid.

• Vendar popolne oksidacije v praksi ni, del ogljika ostane neoksidiran in se združuje v zelo majhne skupke z velikostjo okrog 10 nanometrov.

• Ti skupki se nato združujejo v nekoliko večje, do 100 nanometrov, in se izločajo v okolje okrog kurišča.

• Vsakih dodatnih 10 μg ogljika v m3 zraka za en odstotek poveča smrtnost zaradi bolezni srca.

Skupki nanodelcev ogljika, ki nastajajo pri zgorevanju.

Ali veste …

… da pri uporabi pirotehnike in razstreliv, uporabljenih v rudarstvu, gradbeništvu, pri

vojaških vajah in vojaških operacijah nanodelci

dobijo veliko hitrost vstran od središča

eksplozije, kar jih med seboj oddalji in prepreči

združevanje in s tem ohranja njihovo povečano kemično aktivnost.

Vsa razstreliva močno onesnažujejo okolje.

Ali veste …

… da je poleg gorenja največji onesnaževalec ozračja z nanodelci promet.

Večina delcev v izpuhu avtomobilov ima velikost pod 100 nm,

velik del celo pod 10 nm. Živeti v bližini prometnic ni zdravo ravno zaradi ogljika. Dizelski motorji so veliki onesnaževalci ozračja z nanodelci. Pri bencinskih motorjih je manj nanodelcev in manj

nenasičenih strupenih dušikovih oksidov, medtem ko je prednost dizelskih motorjev ta, da proizvajajo

manj ogljikovega dioksida.

Računalniška simulacija

lotusovega površja in kapljica vode na katero se je nalepila

umazanija. • Lotusov list • Najlepši primer hidrofobne površine v naravi je lotosov list, ki je izredno

hidrofoben oz. skoraj že superhidrofoben. Čeprav raste v blatnem ribniškem okolju je vedno čist, saj se umazanija ponavadi v obliki vodnih raztopin sploh ne prime na površino. Kontaktna površina z listom je samo od 2 do 3% površine dežne kaplje. Zato

da se list čisti sam je kriv hidrofoben zgornji sloj na listu in sama sestava lotusovega lista.

Ta ima obliko igličastega sloja-površino pokrivajo strukture, ki imajo obliko

hribčka in so visoke in široke okoli 10μm. Na teh igličastih strukturah pa se nahajajo še od nekaj nanometrov

do enega mikrometra velike cevaste tvorbe iz hidrofobnega materiala. Taka površina kapljici ne ponuja nobenega dobrega oprijemališča zato se kapljica odkotali z nje in

pri tem nase prilepi umazanijo z lista. Čeprav je fenomen lotosovega list znan in čaščen v Aziji že preko 200 0 let sta botanika C. Neinhuis in W. Barthlott šele v

70-desetih ugotovila posebno sestavo lotosove površine. V zadnjih desetletjih se ta koncept uporablja tudi pri razvijanju materialov s hidrofobni mi lastnostmi.

FOTOSINTEZA!

Nanotehnologija

• proizvodna tehnologijo, s katero dosežemo izredno natančnost in ultramajhne dimenzije.

• Nanotehnologija nam omogoča izdelavo materialov ali naprav, ki so lažje, hitrejše, močnejše, ki imajo popolnoma nove ali pa dodatne, specifične lastnosti.

Nanomateriali v površinski obdelavi lesa

nanoaditivi • boljša odpornost na abrazijo, • odpornost na zlepljanje, • odpornost na kemikalije, • hitrejše sušenje • in hitrejše utrjevanje.

nanooksidi za zaščito lesa pred UV žarki; • nano TiO2, • nano ZnO, … • izboljšanje transparentnosti, stabilnosti, učinkovitosti in

zniževanja stroškov proizvodnje. • Z uporabo različnih nanodelcev bi tako dosegali različne

efekte in izboljšave lastnosti ob znatno zmanjšani količini delcev in večji stabilnosti sistema.

• Kemično vezani nanodelci tudi ne morejo predstavljati nikakršne nevarnosti za ljudi.

NEVARNOSTI NANOTEHNOLOGIJ

• Nevarnost nano delcev narašča s padanjem njihove

velikosti. Najnevarnejši so prosti nanodelci velikosti pod 50 nm, ker zlahka prodrejo skozi celično steno.

• uporaba je do neke mere lahko problematična za same proizvajalce, ki take materiale vgrajujejo v premaz, zaradi varovanja zaposlenih v delovnem okolju.

• Ko pa so nanodelci vgrajeni v premaz v večini primerov ne bi smelo biti kakih nepredvidljivih posledic za uporabnike premazov, saj so nanodelci v premazu vezani na polimerne matrice in ni verjetno, da bi se v dobi uporabe lahko sproščali v okolje v neaglomerirani obliki.