Nanotechnologie

Jakonanotechnologiese obecně označujetechnickýobor, který se zabývá tvorbou a využíváním technologií v měřítku řádověnanometrů(obvykle cca 1–100 nm), tzn. 10⁻⁹m (miliardtiny metru), což je přibližně tisícina tloušťky lidskéhovlasu.Jedná se rovněž o studium možnosti manipulace se hmotou v atomárním a molekulárním měřítku, přičemž se uplatňují kvantověmechanické jevy, které se diametrálně vymykají chápání světa viditelného pouhým okem. Díky těmto jevům, které popisuje kvantová fyzika, se otevírají nové perspektivy v oblasti magnetických záznamových médií, výpočetní technice, elektronice, optice a dalších vědních oblastech.

Nanostruktury, tzn. oblast částic a struktur o rozměrech mezi 1 nm až 100 nm, považujeme za základní stavební jednotky nanomateriálů. Zkoumáním jejich vlastností se pak zabývá nanověda. Její hranice však nelze zcela přesně vymezit. Zahrnuje oblasti fyziky pevných látek, chemie, inženýrství i molekulární biologie. Nanotechnologie bychom potom mohli definovat jako interdisciplinární a průřezové technologie, zabývající se praktickým využitím nových a neobvyklých vlastností nanomateriálů pro konstrukci nových struktur, materiálů a zařízení.

Jako jeden ze zakladatelů nanotechnologie (třebaže ještě nepoužil toho slova) je označovánRichard Feynman,který základní myšlenky představil ve své slavné přednášce nazvanéTam dole je spousta místa(There's Plenty of Room at the Bottom), kterou v roce1959přednesl na výroční schůzi Americké společnosti fyziků pořádané naCaltechu.

Mikrofotografie nanotrubic

Spirální vlákno oxidu titaničitého

Využití nanotechnologií a nanomateriálů je velmi rozsáhlé. Již v současnosti nalézají uplatnění v mnoha oblastech běžného života, jako je elektronika (paměťová média,spintronika,bioelektronika, kvantová elektronika), zdravotnictví (cílená doprava léčiv), strojírenství (supertvrdé povrchy s nízkým třením, samočisticí nepoškrabatelné laky), chemický průmysl (nanotrubice, nanokompozity, selektivní katalýza, aerogely), elektrotechnický průmysl (vysokokapacitní záznamová média, fotomateriály, palivové články), optický průmysl (optické filtry, fotonické krystaly a fotonická vlákna, integrovaná optika), automobilový průmysl, kosmický průmysl (katalyzátory, odolné povrchy satelitů), vojenský průmysl (nanosenzory, konstrukční prvky raketoplánů) či životní prostředí (biodegradace).

Příklady kvantových jevů

Pokud se pára sestávající ze stovek tisíc atomů rubidia zchladí na miliontinu stupně nad absolutní nulu (−273 °C) a stlačí se dohromady pomocí magnetického pole, spojí se atomy do tzv.Bose-Einsteinova kondenzátu.Kvantoví optici z Mnichova dokáží takovouto řadu uspořádat do trojrozměrné sítě ze stojatých laserových vln a manipulovat jí, například učinit světelnou past tak silnou, že se jednotka bloku rozpadne na Mottův kondenzát. Tato práce byla v roce 2001 oceněnaNobelovou cenou za fyziku.Výzkum tohoto druhu naplňuje životem kvantovou teorii a ta má v nanokosmu hlavní slovo. Kdo jí přesně porozumí, může například vyvinout přesnější časové standardy. Přesnější hodiny mohou zase pomoci urychlit datový provoz na internetu.

Mezi hojně využívané kvantové jevy se rovněž řadítunelový jev,na jehož principu je založenřádkovací tunelový mikroskop.

Nanotechnologie v elektronice

V posledních letech je vyvíjeno enormní úsilí v oblasti základního výzkumu, zejména v oblasti nanoelektroniky. Za objev jevu obří magnetické rezistence (GMR) získali v roce 2007Nobelovu cenu za fyzikuAlbert FertaPeter Grünberg.Jedná se o ovlivňování elektrického odporu látky interakcí spinu elektronu s magnetizací materiálu v nanostrukturách. Tento objev nalezl praktické využití při konstrukci počítačových pamětí nové generace, senzorů nové generace při nádorových onemocněních mozku, proudových senzorů nebo tenzometrů. V tuzemsku koncept molekulové elektroniky na bázi uhlíkatých nanotechnologií už v r. 1988 navrhl – a od té doby dál v zámoří rozvíjí – odborník nafullerenyZdeněk Slanina.

Nanotechnologie v medicíně

Tento typnanotechnologiíje zatím ve fázi úvah a testování. Uvažuje se o několika různých technologiích. Jednou z nich je použití materiálů se speciální strukturou na nanoskopické úrovni. Lehce odbouratelné nanoobaly by dokázaly vyhledatbuňku,vstoupit dovnitř, uvolnit ze sebe lék a nechat se odbourat buňkou. Další technologie by bylo možné považovat už za skutečnénanostrojea vytvořily by tunely skrzbuněčnou stěnuacytoplazmatickou membránu,které by umožňovaly průstup pouze specifickým látkám, tzn. stejná látka vyskytující se přirozeně v organismu by neprošla, ale látka stejná a pouze speciálně označená by se bez problémů dostala dovnitř. Tyto tunely by regulovaly i množství a rychlost průchodu látek.

Dalším možným uplatněním nanotechnologií je použitínanovlákenvtkáňovém inženýrství.Spleť nanovláken má při malém objemu velký povrch, a tak může představovat vhodné lešení (matrix, angl.scaffold), na kterém se uchytíex vivokultivovanébuňkynáhradní tkáně. Pokud je navíc materiál nanovláken odbouratelný organizmem, lze očekávat, že bude postupně nahrazený vlastníextracelulární matrix.Zkouší se náhradykostnítkáně,kloubníchchrupavek,šlach,svalů,kůže,a dokonce inervovétkáně.

Mezi nanotechnologie využité v medicíně bude ale možné zařadit i nanotechnologické stroje (činanoroboty) využívající i jiné než biochemické principy, pokud budou použity například v rámci diagnostiky nebo chirurgického zásahu.

Nanotechnologie v textilním průmyslu

Existují textilní materiály se speciální nanostrukturou, která těmto tkaninám může dodávat požadované speciální vlastnosti, např. materiál známý pod obchodním označenímgoretex– látka propustná pro vodní páry, ale nikoliv pro vodu v kapalném skupenství.Další možností je přidání nanočástic některých kovů, např.stříbrado hmoty před výrobou textilního vlákna. Vyrobenápřízezískává další vlastnosti jako napříkladantibakteriálnost.

Rizika

Typynanotrubic– schémata

Vědecké práce ukazují i na vážná zdravotní a ekologická rizika nanotechnologií. Skupina švýcarských vědců uvedla, ženanočásticesnadno pronikají do lidského těla, jsou biologicky aktivnější než větší částice, mají větší měrný povrch a schopnost dlouhodobě přetrvávat v životním prostředí a hromadit se tam.

Přestává být rozhodující chemické složení, ale rozhoduje spíše fyzická velikost a tvar. Například uhlík pak má podobné zdravotní důsledky jako křemičitany.

Riziky nanomateriálů se zabývánanotoxikologie.Problémem je, že v malých rozměrech (změně reakční plochy ku objemu částic) dochází ke změnám vlastností látek (reakční rychlostiatp.), takže se i látky normálně neškodné stávají nebezpečnými (jako napříkladazbest). Navíc drtivá většina veřejnosti rizika nanotechnologií podceňuje, a také proto se více volá po zavedení testování a po regulaci.

Americký výzkum ukázal, že nanočásticestříbrao průměru 30 nanometrů a menší se ukládají v tkáních vyvíjejících se embryí ryb a mohou vyvolat závažnémalformacevčetně krevních výronů do hlavy a otoků, které vedou k úhynu rybích larev.

Americký výzkum ukázal při testu na ředkvičkách, že po vystavení nanočásticímoxidu měďnatéhobylo vyvoláno dvakrát více lézí DNA než u rostlin vystavených větším částicím. Také buněčný příjemmědiz nanočástic byl výrazně větší než u větších částic.

Nanočástice se také používají jakoantibiotikum.Ovšem je zde rizikogenotoxicity.Další mechanismy jsou obecněoxidační stresacytotoxicita.

Související články

• Nanolitografie
• Nanovlákno

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématunanotechnologienaWikimedia Commons
• (česky)Nanotechnologie v medicíněArchivováno3. 2. 2006 naWayback Machine.
• (česky)Nanotechnologie v potravinářství
• (česky)pořadNedej se!o nanotechnologiích,Česká televize,2. září 2009

Autoritní data	NKC:ph123164 PSH:2042 BNE:XX548159 BNF:cb12304410b(data) GND:4327470-5 LCCN:sh91001490 LNB:000053267 NDL:00907854 NLI:987007551471305171

Portály:Chemie|Medicína|Fyzika