Kolor nanocząstek złota w zawiesinie zmienia się w zależności od wielkości nanocząstek. Valeg96, CC BY

Co kojarzy Ci się ze słowem „nanotechnologia”?

Spędziłem najlepszą część tygodnia rozmawiać o termin „nanotechnologia” i czy jest to realna dziedzina, realny termin czy nie.

W najprostszym sensie nanotechnologia oznacza pracę z materiałami w skali jednej miliardowej metra. Przedrostek „nano” odnosi się do jednej miliardowej części: jest to część naukowej skali pomiaru.

Używam terminu nanotechnologia jako wygodnego terminu ogólnego opisującego moją dziedzinę badań. Moje badania dotyczą wytwarzania nanocząstek, które można wykorzystać jako małe kapsułki do dostarczania leków do komórek. Pracuję z białkami i szeregiem nanocząsteczek złota, aby spróbować osiągnąć ten cel.

Sprzedaż nanotechnologii

Podobnie jak wiele terminów naukowych i akademickich, nanotechnologia (znana również jako „nano”) jest nadużywanym, przereklamowanym terminem w środkach masowego przekazu.

Firmy kosmetyczne reklamują produkty z „nanotechnologią” – być może mając nadzieję, że małe roboty naprawiają Twoją skórę. Jednak te produkty częściej zawierają tylko liposomy – maleńkie, dwuwarstwowe bąbelki lipidowe. To nanocząstki, a nie nanoroboty, jakie wyobrażalibyśmy sobie z science fiction.

Połączenia Tata Nano samochód w Indiach i Apple iPod Nano odtwarzacz muzyki używa również przedrostka „nano”. Stał się wygodnym prefiksem, w taki sam sposób, w jaki „mikro” i „inteligentne” są nadużywanymi i skutecznie pozbawionymi znaczenia pojęciami marketingowymi.

Aby jeszcze bardziej skomplikować sprawę, nanotechnologia i nanonauka są obecnie powszechnie synonimem „miniaturowe roboty, które zamienią świat w szarą maź"Lub maleńkie niewidzialne zagrożenia na nasze zdrowie i środowisko.

To prawda, że ​​jest trochę troska wokół potencjalnych skutków środowiskowych niewłaściwie utylizowanych nanomateriałów. Trwają dyskusje na temat toksykologii nanomateriałów oraz kwestii regulacyjnych związanych z ich stosowaniem i usuwaniem.

Ale jako popularyzator nauki i naukowiec frustruje się, że termin „nano” jest używany w niektórych z tych sposobów – nie z powodu braku humoru, ale ze względu na to, że ilość wysiłku wymaganego do przeciwdziałania tym błędnym przekonaniom jest często nieproporcjonalna do łatwości, z jaką są niewłaściwie używane.

Czy „nano” nic nie znaczy?

Czy zatem termin nanotechnologia odnosi się do wszystkiego i w związku z tym nic nie znaczy? Chociaż nano jest modnym hasłem w reklamie i mediach, istnieje bardziej szczegółowe zrozumienie tego, co oznacza w nauce – czy raczej inżynierii.

Nanotechnologia to szeroka dziedzina obejmująca badania i wynalazki wykorzystujące efekty kwantowe zachodzące w nanoskali – czyli na poziomie nanometra lub miliardowej części metra.

Ze względu na wielkość materiałów i cząstek na tym poziomie, efekty kwantowe stają się bardziej wyraźne w nanoskali i mogą być wykorzystywane do generowania zupełnie nowych, cieńszych materiałów.

Określenie "efekty kwantowe” odnosi się tutaj do właściwości materiału, które kształtują temperaturę topnienia, fluorescencję, przewodność elektryczną i reaktywność chemiczną.

Na przykład w nanoskali istnieją nowe właściwości optyczne – to znaczy reakcje między światłem a materiałem – które można wykorzystać w zastosowaniach takich jak nanokodowanie kreskowe.

Nanotechnologia wykorzystuje te właściwości do tworzenia nowych materiałów i urządzeń – – wszystkiego, począwszy od miękkiej elektroniki, supersieci plazmoniczne (ultracienkie nanomateriały, które oddziałują ze światłem), nanocząsteczki złota, srebra i polimerów, nanodruty i tak dalej.

W rzeczywistości biomolekuły i wirusy są oryginalną, całkowicie naturalną nanotechnologią. Biocząsteczki, takie jak DNA, mogą przechowywać kod genetyczny życia, ale strukturę DNA można wykorzystać do generowania nanoprzewodów, a DNA można wykorzystać jako pomost między cząsteczkami, aby połącz je ze sobą.

Białka mogą być używane jako rusztowania do tworzenia metalowych struktur znanych jako podbudowy metalo-organiczne które mogą być używane jako filtry lub do dostarczania terapii, by wymienić tylko dwie aplikacje.

Możemy również wytwarzać materiały z materiałów nieorganicznych, takich jak złoto i srebro – dostępne są teraz pisaki, które umożliwiają rysowanie obwodów z nanoprzewodów.

Sunscreen zawiera nanocząsteczki i nanocząsteczki srebra są stosowane jako środki antybakteryjne w wielu przedmiotach codziennego użytku. Baterie litowe wykorzystują nanotechnologię do lepszego przechowywania: w rzeczywistości nanotechnologia ma kluczowe znaczenie dla poprawy wydajność i pojemność baterii.

A nanotechnologia jest przydatna w miniaturyzacji urządzeń i poprawianiu ich wydajności. Mamy teraz ręczne sekwenatory DNA, które mogą być używane w terenie. Nie musimy już odsyłać próbek do laboratorium i czekać na wyniki – możemy sekwencjonować DNA na miejscu, dzięki inteligentnemu wykorzystaniu białka w zminiaturyzowanych urządzeniach.

Większość badań nanotechnologicznych ma charakter interdyscyplinarny (łączy różne ekspertyzy), a nawet transdyscyplinarny (działa w wielu dziedzinach nauki). Wymaga zagłębienia się w chemię (nieorganiczną i organiczną), elektronikę, chemię analityczną, chemię powierzchni, chemię i strukturę białek, chemię kwasów nukleinowych (zarówno DNA, jak i RNA), lipidy (tłuszcze) i wiele innych technik.

Dlatego często łatwiej jest użyć ogólnego terminu „nanotechnologia” opisując tego rodzaju badania obejmujące wiele dyscyplin.

Wykorzystujemy nanoskalowe właściwości materiałów, kreatywność i inwencję, aby tworzyć nowe technologie, nowe materiały, nowe struktury, a być może w przyszłości nowe sposoby bycia.

Pomyśl o tym w ten sposób: jeśli chcesz zmniejszyć urządzenia, zmniejszasz ich komponenty. Do budowy tych urządzeń nanotechnologia wykorzystuje tylko komponenty o rozmiarach nanometrowych, wykorzystując efekty kwantowe widoczne w tej skali.

Nanotechnologia łączy wszystkie te cechy w celu uzyskania użytecznych zastosowań.

Nano to nie wszystko „BS”

W obliczu węgla badania to głównie intrygujące pomysły, które wymagają żmudnej optymalizacji; próby wytwarzania drobnych elementów w procesie oddolnym (tj. budowanie w nanoskali) zamiast odgórnego (rafinacja istniejących materiałów).

W nanotechnologii nie musimy rozbijać dużych materiałów na drobne kawałki, staramy się je generować oddolnie za pomocą chemii. Ten rodzaj pracy może być nudny, ale kiedy działa po raz pierwszy, jest jak magia.

Więc nanotechnologia może czasami jak Elon Musk ukryty, być terminem uniwersalnym „BS”.

Ale jest to również dziedzina, w której na co dzień pracuje wielu naukowców i inżynierów, co przyznaje wiele uniwersytetów. To rozwijająca się, rozwijająca się dziedzina pełna ekscytujących i inteligentnych nowych wynalazków.

Pod wieloma względami jest to naprawdę poważna próba połączenia składników organicznych i nieorganicznych w urządzenia naśladujące wyrafinowane wyrafinowania natury. To trudne – i ekscytujące.

O autorze

Doktorant Upulie Divisekera, Uniwersytet Monash

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

at Rynek wewnętrzny i Amazon