Niezwykle małe nanomateriały mogą zrewolucjonizować nasze technologie. A co jeszcze mogą nam zrobić: nikt tak naprawdę nie wie.
Każda epoka ma swoje cudowne materiały. Dla wiktorianów była to guma. W XX wieku był plastikowy. A dla zdigitalizowanego 20st wieku, może się okazać, że to grafen.
Czy słyszałeś o grafenie? Jeśli nie, wkrótce to zrobisz. Jest to jeden z najnowszych materiałów w nanoskali, które pojawiły się w naszych laboratoriach — i jako New York Times niedawno ogłosił, że „oczekuje się, że zmieni prawie każdy aspekt życia”.
Każdego dnia naukowcy dowiadują się nowych rzeczy na temat tego niesamowitego nanomateriału. Ale nie wszystko, czego się o tym dowiadują, jest powodem do nieokiełznanego optymizmu. Podobnie jak inne cudowne materiały z przeszłości, grafen może okazać się nie aż tak cudowny.
Co to jest grafen?
Grafen pochodzi z grafitu, tej samej substancji na bazie węgla, którą umieszczamy w ołówkach. Ale nie ma nic wspólnego z grafenem. Jego atomy są połączone w najcieńszą możliwą do wyobrażenia warstwę: sieć o strukturze plastra miodu o grubości zaledwie jednego atomu.
Arkusz grafenu jest tak cienki, że według Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego jedna uncja może pokryć 28 boisk piłkarskich; mały kawałek jest tak lekki, że można go zrównoważyć na stokrotce bez zginania płatków. Jest również (nieprzypadkowo) mocniejszy niż stal, twardszy niż diamenty i bardziej przewodzący niż miedź czy krzem — a ponadto jest wodoodporny, przezroczysty i niewiarygodnie giętki.
Innymi słowy, trudno byłoby znaleźć inny materiał o tak wielu użytecznych właściwościach. Nic dziwnego, że naukowcy z wielu branż starają się przenieść grafen z naszych laboratoriów do naszego życia. Według Lux Research, firmy analizującej nowe technologie, sprzedaż, która w 9 r. wyniosła prawie 2012 mln USD, ma wzrosnąć 14-krotnie do 126 mln USD do 2020 r.
Powody, aby być ostrożnym, biorąc pod uwagę lekcje z przeszłości
Eksperci techniczni przewidują, że grafen może przekształcić szeroką gamę produktów konsumenckich, od prezerwatyw, przez komputery, po czujniki chemiczne. “5 powodów, dla których grafen zmieni Twoje gadżety na zawsze”, grzmiało NBC News, z listą sugerującą przyszłość wypełnioną cienkimi jak papier smartfonami, elastycznymi wyświetlaczami komputerowymi, urządzeniami medycznymi, które mogą „rozmawiać” z ludzkimi komórkami i bardzo wytrzymałymi bateriami.
Zagorzali mistrzowie grafenu twierdzą, że można go wykorzystać do produkcji silniejszych i lżejszych samochodów, znacznie wydajniejszych ogniw słonecznych, a nawet syntetycznej krwi.
Nieskrępowany szum ma znajomy dźwięk – i zachęca nas do ostrożności, biorąc pod uwagę lekcje z przeszłości. Azbest był kiedyś reklamowany jako „magiczny minerał” ze względu na jego zdolność do wytrzymywania płomieni; dopiero później odkryliśmy, że w rzeczywistości jest to zabójczy pył.
Ta sama historia z DDT, który okazał się bardzo szkodliwy nie tylko dla komarów przenoszących choroby, które miał zabić, ale także dzika przyroda (zwłaszcza ptaki) i ludzie; z winylem, który ostatecznie okazał się znaczący zaburzacz hormonalny; lub z niebiodegradowalną folią polietylenową, która uległa zapłonowi niezliczone przejazdy ban-the-bag. Każdy z nich był gorliwie przyjmowany i był szeroko stosowany, zanim odkryliśmy, że ma ciemną, niebezpieczną stronę.
Dylemat Collingridge'a
Właściwie istnieje określenie na to zjawisko, którego niedawno się nauczyłem: dylemat Collingridge’a. Nazwany na cześć Davida Collingridge'a, skądinąd mało znanego brytyjskiego profesora, który jako pierwszy postulował to w książce z 1980 roku, potwierdza trudność przewidywania negatywnych skutków nowej technologii do czasu, gdy technologia ta stanie się powszechnie stosowana – do tego momentu, oczywiście, o wiele trudniej jest zająć się tymi negatywami i narzucić odpowiednie środki zaradcze. Lub, jak sam Collingridge to ujął Społeczna kontrola technologii,
„Kiedy zmiana jest łatwa, nie można przewidzieć jej potrzeby; kiedy potrzeba zmiany jest widoczna, zmiana stała się kosztowna, trudna i czasochłonna.”
Co może wyjaśniać, dlaczego w przypadku nanomateriałów naukowcy starają się wyprzedzić konkurencję. Powstało wiele programów badawczych, których celem jest zbadanie zagadnień związanych z nanotechnologią. Na przykład od 2008 roku zarówno Agencja Ochrony Środowiska, jak i Narodowa Fundacja Nauki przeznaczają dziesiątki milionów dolarów na wspólny program na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles i Uniwersytecie Duke’a znany jako Centrum Środowiskowych Implikacji Nanotechnologii (CEIN).
Naukowcy zadają pytania, które w przeszłości często nie były zadawane, dopóki nie byłoby za późno, aby zająć się poważnymi problemami wynikającymi z odpowiedzi. Czy te nowe materiały mogą dostać się do naszego środowiska? Co się stanie, jeśli to zrobią? Jak wchodzą w interakcje z różnymi roślinami i organizmami? Czy mają działanie toksyczne?
Badacze ci między innymi testowali różne nanomateriały w komórkach ludzkich i zwierzęcych, obserwując ich wpływ na zwierzęta laboratoryjne, badając ich zachowanie w glebie i wodzie oraz analizując adekwatność istniejących przepisów dotyczących ich kontroli i regulacji. Dzięki takim wysiłkom „generowaliśmy znacznie więcej danych, niż kiedykolwiek sądziłem, że siedem lat temu” – mówi Andrew Maynard, dyrektor Centrum Nauki Ryzyka Uniwersytetu Michigan, który od dawna ostrzegał o potrzebie lepszego nadzoru nad nanotechnologia. Wciąż pozostaje wiele ważnych pytań bez odpowiedzi, mówi, ale „zaczynamy naprawdę rozumieć, co jest naprawdę niepokojące, a co nie tak bardzo niepokojące”.
Zagrożenie może przybierać różne formy
Po pierwsze, staje się coraz bardziej jasne, że niektóre rodzaje nanomateriałów stwarzają niewielkie zagrożenie dla środowiska lub zdrowia publicznego, inne stwarzają większe, a niektóre – zwłaszcza nowsze – nadal są w zasadzie znakami zapytania. Najbardziej niebezpieczne z nich wydają się być pewne nanomateriały pochodzące ze srebra, miedzi lub cynku – z których wszystkie łatwo rozpuszczają się w wodzie, a także w komórkach, uwalniając przy tym toksyczne metale. Ale ryzyko może przybierać różne formy.
Szczególna morfologia nanomateriału robi dużą różnicę. Niektóre (w tym grafen) mają ostre krawędzie, które mogą przecinać ściany komórkowe. Nanorurki węglowe przypominające igłę mogą działać bardzo podobnie do azbestu podczas wdychania, znacznie uszkadzając tkankę płuc.
Jako najnowszy nano-cud, który pojawił się na scenie, grafen dopiero teraz zaczął przyciągać uwagę badaczy. A pierwsze odkrycia już ujawniły pewne niepokojące oznaki, podkreślające, jak ważne mogą być te wczesne badania. W jednym Badanie 2013na przykład inżynierowie z Brown University odkryli, że arkusze grafenu z ostrymi krawędziami mogą przebić – i prawdopodobnie przebić – ludzką skórę, płuca i komórki odpornościowe.
Czy możemy rozpocząć rewolucję grafenową bez narażania naszego zdrowia i środowiska?
In inne niedawne badanie, naukowcy zrzeszeni w CEIN z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside odkryli, że nanocząsteczki tlenku grafenu wykazują niepokojącą trwałość środowiskową w niektórych środowiskach wodnych. W symulacji warstwy wodonośnej wydawały się zapadać w osad, gdzie prawdopodobnie ulegały biodegradacji. Ale w symulacji wód powierzchniowych, takich jak jezioro lub strumień, cząstki miały tendencję do opadania na martwe liście i inną materię organiczną. Unoszące się w słupie wody, były znacznie bardziej narażone na wchłonięcie przez wodne mikrostwory lub przedostanie się do naszego źródła wody.
Ale oczywiście należy odróżnić potencjalne ryzyko od rzeczywistych zagrożeń. Jak powiedziała mi Sharon Walker, jedna z autorek badania UC–Riverside:
„...nie chcemy podnosić czerwonych flag tak bardzo, jak informować ludzi, aby czerwone flagi nie mieć być wychowanym."
Takie badania dają producentom i decydentom wczesną – i niezwykle cenną – szansę na znalezienie sposobów na rozpoczęcie rewolucji grafenowej bez narażania naszego zdrowia lub środowiska.
Wyobrażam sobie, że David Collingridge byłby zadowolony.
Artykuł pierwotnie pojawił się w Na ziemi
O autorze
Susan Freinkel jest autorką książki Plastik: Toksyczna historia miłosna i Kasztan amerykański: życie, śmierć i odrodzenie doskonałego drzewa. Pisała również dla New York Times, Discover, Smithsonian, Mindful i innych publikacji. Jej zainteresowania są szerokie: relacjonowała różne historie, od choroby szalonych krów po witaminowe leczenie choroby afektywnej dwubiegunowej, od adopcji, przez sprawę dla ogrodów zoologicznych, po poszukiwanie niebieskiej róży. Opowieść o chorobie nękającej dęby kalifornijskie doprowadziła do jej pierwszej książki: Kasztan amerykański: życie, śmierć i odrodzenie doskonałego drzewa. W 2008 roku zdobył nagrodę National Outdoor Book Award. Po zanurzeniu się w naturalnym świecie dla tej książki, zwróciła swoją uwagę na nienaturalny świat w swojej następnej książce, Plastik: Toksyczna historia miłosna.
Zalecana książka:
Plastik: Toksyczna historia miłosna
przez Susan Freinkel.
Plastik zbudował współczesny świat. Gdzie bylibyśmy bez kasków rowerowych, torebek, szczoteczek do zębów i rozruszników serca? Ale po stuleciu naszego romansu z plastikiem zaczynamy zdawać sobie sprawę, że to nie jest taki zdrowy związek. Tworzywa sztuczne czerpią z malejących paliw kopalnych, wypłukują szkodliwe chemikalia, zaśmiecają krajobrazy i niszczą życie morskie. Jak zauważa dziennikarka Susan Freinkel w tej wciągającej i pouczającej książce, zbliżamy się do punktu krytycznego. Toniemy w tych rzeczach i musimy zacząć dokonywać trudnych wyborów. Autorka dostarcza nam potrzebnych narzędzi z mieszanką żywych anegdot i analiz. Plastik wskazuje drogę do nowego, kreatywnego partnerstwa z materiałem, którego kochamy nienawidzić, ale bez którego nie możemy żyć.
Kliknij tutaj, aby uzyskać więcej informacji i / lub zamówić tę książkę na Amazon.
