Nanotechnologia

Nasz świat zbudowany jest z atomów i cząsteczek. Badania w zakresie pomiędzy wielkością atomu a wielkością około 100 nm (nanometrów, tj. 0,0001 mm) są określane jako nanotechnologia.

W tej dziedzinie inne prawa fizyczne są częściowo ważne niż decydujące dla “dużych” obiektów. Budowa powierzchni i siły wiązania odgrywają znacznie ważniejszą rolę w nanotechnologii niż w przedmiotach lub powierzchniach w skali codziennej, a kwantowe efekty fizyczne również odgrywają pewną rolę. Właściwości mogą być często bardzo dobrze modelowane. Jest to zasadniczy cel badań w dziedzinie nano. Obszary badawcze w dziedzinie nanotechnologii można podzielić na:

• Nanomateriały
• Nanoelektronika
• Nanochemia
• Nanomaszyny (nano-boty)
• Nanotechnologia w sektorze spożywczym (nanożywność)
• Zastosowania medyczne w dziedzinie nano-technologii (obejmuje to również szeroko pojętą inżynierię genetyczną)

Badania w dziedzinie nanotechnologii są więc aktywne w wielu bardzo różnych obszarach, w prawie każdej tradycyjnej dziedzinie badawczej (fizyka, chemia, biologia, budowa maszyn, technologia żywności, medycyna) mamy do czynienia z warunkami w zakresie miliardowych części milimetra.

Obejmuje to również badania nad nanotechnologią w przyrodzie, w której nanocząsteczki i drobne formacje powierzchniowe często odgrywają ważną rolę: włoski na nogach muchy o wielkości nanometrów umożliwiają jej chodzenie po suficie, napęd komórek bakteryjnych byłby fizycznie niewyobrażalny na dużą skalę, ale funkcjonuje tylko dzięki różnym warunkom fizycznym w zakresie nanometrów, jest to prawdziwa nanomaszyna. Muszle małży i nasze kości byłyby również o wiele mniej stabilne bez pewnych struktur w zakresie nanometrów, więc one również zawierają nanotechnologię.

Aktualne zastosowania nanotechnologii

Komputer kwantowy czy tzw. nanorurki jako materiał o wysokiej wydajności to wciąż marzenia o przyszłości nanotechnologii. W innych dziedzinach nanotechnologia jest jednak obecnie bardzo często stosowana – często bez niczyjej wiedzy.

Dobrym przykładem zastosowania nanotechnologii w naszym codziennym życiu jest efekt lotosu na powierzchniach, który jest jeszcze stosunkowo szeroko znany. Specjalne struktury powierzchniowe w zakresie nanometrów (które również można łatwo natryskiwać) zmieniają kształt powierzchni w taki sposób, że – jak w przypadku liścia lotosu – woda nie może się tam zatrzymać i natychmiast spływa. Dzięki temu brud nie przywiera do powierzchni, jest natychmiast spłukiwany przez każdą kroplę wody. Takie powłoki chroniące przed zabrudzeniami są również często stosowane na powierzchni odzieży.

Z kolei nanomateriały i struktury są wykorzystywane w wielu dziedzinach techniki bez wyraźnej wzmianki. Na przykład, funkcja ochronna kremów przeciwsłonecznych opiera się na zawartym w nich dwutlenku tytanu w nanoskali. Ze względu na swoją nanoskalową naturę, cząsteczki te nie są już wykrywalne, ale całkowicie pokrywają naszą skórę, blokując promieniowanie ultrafioletowe.

Lakiery i farby często zawierają dodatki o rozmiarach nanocząsteczek, a wiele plastikowych butelek zawiera wewnątrz nanokrzemiany, które mają poprawić właściwości przepływu lepkich substancji z butelki. Tak więc zwykła butelka po ketchupie może z pewnością zawierać nano-wysoką technologię. Obecnie dentyści standardowo stosują również nanotechnologicznie udoskonalone materiały do wypełnień.

Krytyka i zagrożenia związane z nano-technologią

Zazwyczaj polegamy na naszych oczach, aby ocenić rzeczy – a nawet niebezpieczeństwa. Kiedy substancje i materiały są zmieniane w sposób, którego nasze oczy nie są w stanie dostrzec, jak w przypadku nanotechnologii, wywołuje to co najmniej niepokój i niepewność.

Szczególne – a zarazem realne – zagrożenia mogą wynikać z niewidocznych nanocząsteczek obecnych w naszym środowisku i swobodnie się przemieszczających. Efekt ten jest porównywalny do szkodliwego działania Azbest, który sam w sobie byłby bardzo wysokiej jakości i użytecznym materiałem, ale który emituje bardzo drobne włókna i pyły, które są respirabilne i nie mogą być wydalane przez organizm. Takie azbestozy mogą powodować nie tylko najcięższe ograniczenia oddechowe, ale także w dłuższej perspektywie czasowej najcięższe uszkodzenia płuc i serca.

Modyfikacja środków spożywczych (nanożywność), która już dziś jest aktywnie wykorzystywana, np. w celu uczynienia nierozpuszczalnych witamin rozpuszczalnymi, zmiany kolorów lub smaków, czy też zwiększenia odporności produktów na światło, może wywołać w organizmie ludzkim skutki, które trudno ocenić i które do tej pory nie zostały zbadane. Mikroplastiki są wielokrotnie większe niż nanocząsteczki – a nawet one mogą powodować ogromne szkody. W badaniach wielokrotnie zaobserwowano również osobliwe, a w niektórych przypadkach bardzo masywne reakcje biologiczne zwierząt testowych na nanocząsteczki i nanocząsteczki, których nie można było wyjaśnić ani oczekiwać na podstawie rodzaju użytej substancji – w tych przypadkach to sam niewielki rozmiar substancji musi wywoływać te nieoczekiwane i nieprzewidywalne reakcje.

Wreszcie, co nie mniej ważne, inżynieria genetyczna jest dziedziną, która od dawna budzi wiele kontrowersji. Ukierunkowane modyfikacje techniczne materiału genetycznego roślin spożywczych lub ogólnie komórek ciała ludzkiego lub zwierzęcego mogą mieć nieprzewidywalne konsekwencje.

Główny zarzut polega na tym, że wiele nanotechnologii jest już dziś stosowanych na dużą skalę, ale praktycznie nie zbadano możliwych zagrożeń, a badania nad ewentualnymi szkodami postępują bardzo połowicznie i kuleją. Normy i przepisy bezpieczeństwa są wydawane bardzo niechętnie, chociaż ryzyko narażenia pracowników w takich miejscach pracy jest ogromne. Zasadniczo jednak rząd często nie wie nawet, w jakich aspektach należy w ogóle badać zagrożenia dla bezpieczeństwa, ponieważ ogólna wiedza na temat warunków nanotechnologicznych jest wciąż zbyt niska.

Wniosek

Nanotechnologia oferuje wymiar bardzo dużego potencjału pod względem nowych możliwości technicznych, ale po części również wiele zagrożeń – niektóre z nich są zupełnie nieobliczalne i jak dotąd całkowicie niezbadane. Jednak powszechne stosowanie nanomateriałów w już bardzo wielu dzisiejszych produktach powinno przynajmniej doprowadzić do znacznie lepszych badań nad tymi zagrożeniami w przyszłości, przy większej presji, w tym nad zagrożeniami dla osób pracujących przy wytwarzaniu produktów, w których wykorzystuje się nanotechnologię lub nanocząsteczki. Dzięki temu będziemy również o wiele lepiej przygotowani do oceny ryzyka związanego z przyszłymi zmianami.