Nanotehnologija - VERONIKA BRAČIČ

Kaj je?

 

Slika 1

Najzgodnejši in najbolj razširjen opis nanotehnologije, ki se je nanašal na natančno manipulacijo atomov in molekul za izdelavo makro izdelkov, se zdaj imenuje molekularna nanotehnologija. Nanotehnologija je veda, ki se ukvarja s preučevanjem, nadzorovanjem in manipuliranjem snovi na ravni posameznih atomov in molekul, torej na velikostni skali od 0,01 do 100 nanometrov (en nanometer je enak tisočinki mikrometra ali milijoninki milimetra).

                                                                                                                                                 Video 1: 10 dejstev o nanotehnologiji

Nanodelci

 

Slika 2: Nanocevke

Nanodelci so skupin atomov, ki so povezani drugače, kot jih najdemo v naravi. Take strukture imajo različne uporabne lastnosti. Da se atomi povezujejo tako, kot želimo, je potrebno malo prisile. To lahko storimo na več načinov npr. lahko jih postavimo v ekstremne pogoje (visoka temperatura in tlak) ali pa jih sestavljamo s pomočjo nanorobotov (kot že samo ime pove, je to robot, ki je tako majhen, da dobi predpono nano. Izmed nanostruktur so najbolj poznane nanocevke ter nanokristali. Te strukture so vidne z elektronskim mikroskopom, ki omogoča opazovanje atomov s tisočkrat večjo natančnostjo kot pri svetlobnem mikroskopu.

Nanocevke so produkt stiskanja in gnetenja ogljika na nanoravni. Nanocevke lahko dodamo skoraj vsem materialom, pri čemer le-tem tako povečujemo trdnost. Prevajajo tisočkrat več električne energije kot bakrene žice ter zdržijo več kot milijonkrat tolikšno maso, kot same tehtajo.

Nanokristali so majhni energetski stebriči v tankih solarnih ploščah.

S čim se ukvarja?

 

Slika 3: Nanokristali v solarnih ploščah

Nanotehnologija se ukvarja s tvorbo in uporabo funkcionalnih materialov, naprav in sistemov, ki imajo zaradi svoje velikosti ali zaradi določenih lastnosti posameznih nanostruktur povsem nove funkcije in lastnosti. Predpona “nano” opisuje 1000-krat manjše dimenzije, kot so obstoječi elementi mikrometrskega ranga. Te dimenzije so postale dosegljive z uporabo novih fizikalnih inštrumentov in postopkov ter z nadaljnjim zmanjševanjem obstoječih mikrosistemov. Nanotehnologija je trenutno nepogrešljiva v številnih praktičnih rabah.

Značilnosti

 

Slika 4: Lotosov efekt (računalniški prototip)

Materiali, ki so zgrajeni iz cevastih nanostruktur se odlikujejo po svoji nizki gostoti, ki je šestkrat nižja od gostote jekla ter po izjemni trdnosti, ki je v primerjavi s trdnostjo jekla kar dvestokrat višja. Nanofilmi ali nano-površinski premazi pa predstavljajo materiali s visoko hidrofilnostjo, vodoodbojnostjo, samočistilne značilnosti in odpornost proti navzemanju prahu (lotosov efekt – Lotosov list je izjemno hidrofoben in odbija kapljice vode oz. se le-te same odkotalijo z njega. To lastnost uporabljajo pri razvijanju hidrofobnih materialov.) ter dobro odpornost proti različnim tekočinam.

Slika 5: Lotosov efekt

Uporaba

 

Nanotehnologija se pojavlja v kemijski in tekstilni industriji, v računalništvu, informatiki, energetiki, v transportu in avtomobilski industriji, še posebej pa na področju farmacevtske in obrambne dejavnosti. Omogoča izdelavo naprav ali materialov, ki so lažji, hitrejši, močnejši, s popolnoma novimi ali dodatnimi lastnostmi.
Primeri uporabe:

Slika 6: Nanoradio

 zdravljenje raka (nosilci zdravil v rakave celice, manj negativnih učinkov kot kemoterapija)

zdravljenje bolezni na ravni atomov in molekul

nanoradio (najmanjši radio na svetu)

molekularni tranzistor (z eno molekulo je mogoče regulirati električni tok)

gorivne celice (energijski izvir, izboljšave s pomočjo nanodelcev)

solarne celice (izboljša izkoristek, daljša življenjska doba celic)

 premazi (izkoriščanje lotosovega efekta, za avtomobile, … )

pakiranje živil (dodajanje nanodelcev - večja zaščita živil)

nanosenzorji (odkrivanje toksinov, virusov, bakterij)

nanoračunalniki (majhni računalniki z neverjetno zmogljivostjo)

proizvodnja in shramba energije

 v kmetijstvu (krajša vegetacijska doba do pridelka, manjša potreba po vodi, hitrejša rast, povečana odpornost proti boleznim,  povečanje pridelka, … )

Slika 7: Uporaba nanotehnologije v industriji

Pomembni ljudje na področju nanotehnologije

 

Slika 9: Richard Phillips Feynman

Slika 8: Kim Eric Drexler

·Kim Eric Drexler – 25. april 1955, ameriški inženir, ki je najbolj zaslužen za popularizacijo molekularne nanotehnologije in njenih prednosti

·Richard Phillips Feynman – 11. maj 1918 – 15.2. 1988, ameriški fizik in matematik, dobitnik Nobelove nagrade za fiziko, napisal govor o nanotehnologiji leta 1959, ki je zaslovel šele leta 1990

                                                                                           Video 2: Feynman o nanotehnologiji

Nanorobotika

 

Glavni cilj nanotehnologije je izgradnja popolnega nanorobota, ki bi ga znanstveniki lahko nadzorovali. Znanstveniki želijo izdelati veliko teh majhnih naprav, ki bi imele zmožnost premikanja posameznih atomov. Roboti naj bi imeli roko (veliko nekaj atomov), s katero bi opravljali nalogo – zbirali bi atome elementov iz ozračja in okolice ter jih pritrjevali na druge atome. S tem bi več nanorobotov počasi, a vztrajno gradilo molekulo za molekulo ter s tem sestavljalo zapletene materiale, ki naj bi jih na višji stopnji sestavili v večjo celoto ter nato v delujoč stroj. Roboti naj bi imeli v sebi oddajnik in sprejemnik, s katerim bi jih znanstveniki lahko nadzorovali ter jim dajali ukaze za delovanje. Prvi nanoroboti, ki se imenujejo medicinski nanoroboti, se že uporabljajo v medicini. Zaradi svoje majhnosti se lahko brez vednosti telesa prosto gibljejo po telesu. S svojimi sposobnostmi so odlični nasprotniki proti boleznim in izjemni popravljavci tkiv. Lahko jih opremimo s senzorji za določene snovi in jih s tem spremenimo v detektorje bolezni. 

Problem 

Zgradba nanorobotov je težavna in dolgotrajna, zato je težko narediti dovolj robotov za vsakdanjo uporabo. Poleg tega se zaradi svoje majhnosti hitro poškodujejo ter uničijo. Narava nam ponuja rešitev: reprodukcija oz. samoizgradnja. Nanoroboti se bodo morali reproducirati, drugače ne bodo uspeli (preveč ranljivi za uporabo, proizvodnja pa bo predraga ter preveč zamudna).

Slika 10: Nanoroboti v krvi

Nanoroboti v medicini

Najosnovnejša naloga nanomedicinskih naprav bo ugotavljanje bolezni, notranjo kemijo v telesu pa bodo nadzirale nanonaprave. Gibljivi nanoroboti, opremljeni z brezžičnimi oddajniki, bodo krožili po krvnem in limfnem obtoku ter poslali opozorilo vsakič, ko bi se porušilo kemično ravnovesje. Podobne fiksne nanonaprave, vgrajene v živčni sistem, bodo nadzirale srčni utrip, možgansko dejavnost in druge funkcije. Takšne naprave bodo lahko popravile poškodovane celice ali vstopile v celico in nadomestile poškodovano celično strukturo. Na najvišji stopnji bodo nanonaprave lahko popravljale genetske pomanjkljivosti, bodisi s popravljanjem ali nadomeščanjem molekul DNK.     

                                                                                             Video 3: Hipotetično zdravljenje s pomočjo nanorobotov

Poklici

 

Kot z vsako vedo se tudi pri nanotehnologiji pojavljajo mnogi novi poklici, kot so na primer nanotehnik, znanstveniki na tem področju, v medicini različni zdravniki, ki zdravijo s pomočjo nanoteholških sredstev, v kemijski industriji, v kmetijstvu, živilstvu pa vsi, ki poznajo in uporabljajo nanotehnologijo. Mislim, da zaenkrat razvoj nanotehnologije še ni tako daleč, da bi nadomeščal določene poklice.

Zanimive spletne povezave:

 

CO Nanocenter [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 28. 11. 2015].[citirano 28. 11. ob 16.48] Dostopno na spletnem naslovu: http://www.nanocenter.si/

Izlet v nanosvet [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 23. 7. 2009].[citirano 28. 11. ob 16.50] Dostopno na spletnem naslovu: http://www.mladina.si/47761/izlet-v-nanosvet/

Serija o nanoznanosti [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 28. 11. 2015].[citirano 28. 11. ob 16.52] Dostopno na spletnem naslovu: http://www.welcometonanoworld.net/welcometonanoworld/series.html

Viri besedila:

Nanotechnology [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 25. 11. 2015].[citirano 28. 11. ob 16.53] Dostopno na spletnem naslovu: https://en.wikipedia.org/wiki/Nanotechnology

Nanotechnology [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 26. 4. 2013].[citirano 28. 11. ob 16.54] Dostopno na spletnem naslovu: https://sl.wikipedia.org/wiki/Nanotehnika

Lotus effect [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 5. 11. 2015].[citirano 28. 11. ob 16.55] Dostopno na spletnem naslovu: https://en.wikipedia.org/wiki/Lotus_effect

Uporaba nanotehnologije [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 28. 11. 2015].[citirano 28. 11. ob 16.57] Dostopno na spletnem naslovu: http://student.pfmb.uni-mb.si/~mkropej/fizika/Uporaba.html

Nanotehnologija in živila [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 3. 9. 2015].[citirano 28. 11. ob 17.00] Dostopno na spletnem naslovu: http://www.nijz.si/sl/nanotehnologija-in-zivila

What is nanotechnology [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 28. 11. 2015].[citirano 28. 11. ob 17.02] Dostopno na spletnem naslovu: http://www.crnano.org/whatis.htm

Richard Phillips Feynman [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 21. 7. 2015].[citirano 28. 11. ob 17.03] Dostopno na spletnem naslovu: https://sl.wikipedia.org/wiki/Richard_Phillips_Feynman

K. Eric Drexler [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 30. 10. 2015].[citirano 28. 11. ob 17.03] Dostopno na spletnem naslovu: https://en.wikipedia.org/wiki/K._Eric_Drexler

Zdravnik, majhen kot celica [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 9. 11. 2009].[citirano 28. 11. ob 17.05] Dostopno na spletnem naslovu: http://www.viva.si/Medicinske-posebnosti/349/Zdravnik-majhen-kot-celica

 

Viri slik:

Slika 1: Zdravnik, majhen kot celica [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 9. 11. 2009].[citirano 28. 11. ob 17.07] Dostopno na spletnem naslovu: http://www.viva.si/Medicinske-posebnosti/349/Zdravnik-majhen-kot-celica

Slika 2: Saj ni res, pa je: Osupljivi materiali [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 17. 10. 2009].[citirano 28. 11. ob 17.08] Dostopno na spletnem naslovu: http://revija.fmf.si/2009/10/saj-ni-res-pa-je-osupljivi-materiali/

Slika 3: Novi nanokirstali [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 29. 8. 2012].[citirano 28. 11. ob 17.10] Dostopno na spletnem naslovu: http://www.gradjevinarstvo.rs/tekstovi/2951/820/novi-nanokristali-za-solarne-panele-koji-generi%C5%A1u-struju-i-vodonik

Slika 4: Biomimikrija [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 28. 11. 2015].[citirano 28. 11. ob 17.11] Dostopno na spletnem naslovu: http://www.klik.hr/hotcool/kopiranje-prirode 

Slika 5: Nano technology [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 28. 11. 2015].[citirano 28. 11. ob 17.12] Dostopno na spletnem naslovu: http://www.mountaintradinghouse.com/?page_id=694

Slika 6: Nanotehnologija [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 28. 11. 2015].[citirano 28. 11. ob 17.13] Dostopno na spletnem naslovu: http://student.pfmb.uni-mb.si/~mkropej/fizika/Nanoradio.html

Slika 7: Sprachenpreis Nanotechnology  [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 28. 11. 2015].[citirano 28. 11. ob 17.14] Dostopno na spletnem naslovu: https://projekt.beuth-hochschule.de/fileadmin/projekt/sprachen/sprachenpreis/erfolgreiche_beitraege_2007/3._Preis_07_-_Nanotechnology_-_Sarkis_Cattien.pdf

Slika 8:  Richard Feynman [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 28. 11. 2015].[citirano 28. 11. ob 17.15] Dostopno na spletnem naslovu: https://en.wikipedia.org/wiki/Richard_Feynman

Slika 9: K. Eric Drexler [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 30. 10. 2015].[citirano 28. 11. ob 17.17] Dostopno na spletnem naslovu: https://en.wikipedia.org/wiki/K._Eric_Drexler

Slika 10: Mind control nanobots in our shampoo [online]. 2015. [Datum zadnjega spreminjanja 24. 7. 2013].[citirano 28. 11. ob 17.19] Dostopno na spletnem naslovu: http://kritterbox.com/Topic-Mind-Control-Nanobots-In-Our-Shampoo