Οι τρομακτικές δυνατότητες της νανοτεχνολογίας

Νανοτεχνολογία

Όλοι μας - άλλος λίγο άλλος πολύ - έχουμε ακούσει για αυτόν τον σχετικά νέο επιστημονικό όρο· τη νανοτεχνολογία (nanotechnology) και ως Έλληνες μπορούμε να φανταστούμε τι περιγράφει από την ετυμολογία της λέξης και μόνο, αφού αποτελεί σύζευξη των λέξεων «νάνος» + «τεχνολογία». Συνεπώς, είναι η τεχνολογία των νανοσωματιδίων ή -πιο απλά- των πολύ μικρών σωματιδίων. Άρα μένει να μάθουμε το ακριβές μέγεθος των σωματιδίων τα οποία αφορά:

Σύμφωνα με το συνηθέστερο και γενικότερο ορισμό της – λέω τον συνηθέστερο γιατί λόγω του ότι η νανοτεχνολογία εξελίσσεται συνεχώς δεν υπάρχει ακόμα ένας καθολικά αποδεκτός επιστημονικός ορισμός που να την περιγράφει απόλυτα - η νανοτεχνολογία είναι η μελέτη και η χρήση δομών με μέγεθος μεταξύ ενός και εκατό νανομέτρων (nm) δηλαδή μεταξύ ενός και εκατό δισεκατομμυριοστών του μέτρου. Για να καταλάβετε καλύτερα σε τι μεγέθη αναφερόμαστε αρκεί να φανταστείτε ότι μία ανθρώπινη τρίχα έχει πλάτος περίπου ίσο με ογδόντα χιλιάδες νανόμετρα! Ή ότι το σχετικό μέγεθος ενός νανοσωματιδίου και μιας μπάλας ποδοσφαίρου είναι περίπου ίσο με το σχετικό μέγεθος της μπάλας ποδοσφαίρου με τη γη!

«Ή ότι το σχετικό μέγεθος ενός νανοσωματιδίου και μιας μπάλας ποδοσφαίρου
είναι περίπου ίσο με το σχετικό μέγεθος της μπάλας ποδοσφαίρου με τη γη!»

Αφού μιλήσαμε για τη χαρακτηριστικότερη ιδιότητά τους έφτασε η ώρα να γνωρίσουμε τα συνηθέστερα νανοσωματίδια/δομές και κάποιες από τις εφαρμογές τους ξεκινώντας από τους νανοσωλήνες άνθρακα:

Νανοσωλήνες άνθρακα

 
Οι εφαρμογές των νανοσωλήνων άνθρακα είναι τόσες πολλές που χάρη σ’ αυτές αξίζουν ξεχωριστή αναφορά από τα άλλα νανοσωματίδια. Για να καταλάβετε τι ακριβώς είναι αυτοί φανταστείτε ένα στρώμα γραφίτη (ατόμων άνθρακα) το οποίο τυλίγεται και δημιουργεί μία κυλινδρική επιφάνεια όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα:

«φανταστείτε ένα στρώμα γραφίτη (ατόμων άνθρακα) το οποίο τυλίγεται και δημιουργεί μία κυλινδρική επιφάνεια»

Εφαρμογές των νανοσωλήνων άνθρακα στην ενέργεια

Φωτογραφία μπαταρίας που δημιουργήθηκε με «ψέκασμα» 

των συστατικών της πάνω σε κάποια επιφάνεια.
Στην εικόνα αυτή διακρίνονται όλα τα στοιχεία της μπαταρίας: 

η άνοδος, η κάθοδος, ο διαχωριστής ανόδου-καθόδου
και οι συσσωρευτές θετικού και αρνητικού φορτίου (πόλοι). 

Οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNT) βρίσκονται στον θετικό πόλο.

Χάρη στους νανοσωλήνες άνθρακα είναι δυνατή η δημιουργία μπαταριών ιόντων λιθίου απλώς με «ψέκασμα» των συστατικών της πάνω σε μια επιφάνεια (η οποία μπορεί να είναι σχεδόν οτιδήποτε πχ: ένα κεραμικό πλακάκι ή ένα αλουμινένιο κουτί μπύρας!)

Οι μπαταρίες αυτές είναι πολύ χρήσιμες ακριβώς επειδή μπορούν να δημιουργηθούν πάνω σε οποιαδήποτε επιφάνεια κι επομένως και πάνω σε ελαστικές επιφάνειες. Έτσι, γίνεται δυνατή η δημιουργία αντικειμένων όπως για παράδειγμα οθόνες που μπορούν να διπλώνονται και να ξεδιπλώνονται σαν το χαρτί.

Εφαρμογές των νανοσωλήνων άνθρακα στην Ιατρική 

Η αναφορά μου στους νανοσωλήνες άνθρακα θα ήταν αδικαιολόγητα ελλιπής αν δεν συμπεριλάμβανα και ορισμένες από τις εφαρμογές τους στον κλάδο της ιατρικής οι οποίες είναι πραγματικά εντυπωσιακές.

Ίσως η εντυπωσιακότερη απ’ αυτές είναι η δημιουργία συνθετικών μυών οι οποίοι μπορούν να

σηκώσουν διακόσιες φορές μεγαλύτερο βάρος από τους φυσικούς μυς του ίδιου μεγέθους! Βέβαια δεν είναι ακόμη σε κατάσταση τόσο εξελιγμένη ώστε να μπορούν να αντικαταστήσουν τους ανθρώπινους μυς μέσα στο ανθρώπινο σώμα, αλλά χρησιμοποιούνται ήδη πειραματικά σε ρομπότ και εκτιμάται ότι στο κοντινό μέλλον θα εξαπλωθούν τόσο ώστε να χρησιμοποιούνται ακόμη και σε παιδικά παιχνίδια ενώ κάποια στιγμή θα γίνει δυνατή και η χρήση τους στον ανθρώπινο οργανισμό (με ό,τι καλό κι ό,τι κακό συνεπάγεται αυτό…).

Ακόμα, οι νανοσωλήνες άνθρακα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μεταφορά ουσιών σε συγκεκριμένα κύτταρα του οργανισμού αλλά και ως αισθητήρες ουσιών που βρίσκονται μέσα στο σώμα μας. Για παράδειγμα, μπορούν να μεταφέρουν ουσίες οι οποίες θα «σκοτώνουν» καρκινικά κύτταρα ή θα επιταχύνουν την διαδικασία αποκατάστασης σπασμένων οστών. Επίσης, μπορούν να ανιχνεύουν πρωτεΐνες η ύπαρξη των οποίων συνεπάγεται κάποια σοβαρή ασθένεια όπως ο καρκίνος.

Εφαρμογές των νανοσωλήνων άνθρακα στο περιβάλλον

 
Στη προστασία του περιβάλλοντος η νανοσωλήνες άνθρακα μπορούν να συμβάλλουν με τη βοήθεια κι άλλων νανοσωματιδίων και μη, καθώς μπορούν ,με βάση αυτούς, να δημιουργηθούν υλικά τα οποία να απορροφούν και να παγιδεύουν πετρελαιοκηλίδες καθαρίζοντας τους ωκεανούς με εξαιρετική αποδοτικότητα και αποτελεσματικότητα. Επιπλέον, μπορούν να χρησιμοποιηθούν στις μεμβράνες αντίστροφης ώσμωσης δημιουργώντας έτσι σχετικά φτηνές και αποδοτικές συσκευές καθαρισμού νερού δίνοντας μια λύση στο πρόβλημα που αντιμετωπίζουν πολλές φτωχές χώρες.

Εφαρμογές άλλων νανοσωματιδίων

1. Στην Ιατρική

 
Νανοσωματίδια όπως τα νανοδιαμάντια μπορούν να εισαχθούν στον οργανισμό μεταφέροντας τις χημικές ουσίες των χημειοθεραπειών που χρησιμοποιούνται σήμερα –χωρίς μεγάλη επιτυχία και με επικίνδυνες παρενέργειες- για την εξάλειψη όγκου στον εγκέφαλο. Τα νανοδιαμάντια αυτά μπορούν να μεταφέρουν απευθείας τις ουσίες αυτές στα κύτταρα του όγκου χωρίς να καταστρέψουν και άλλα υγιή κύτταρα. Έτσι, μπορούν να αντιμετωπιστούν ασθένειες όπως το γλοιοβλάστωμα που είναι ο πιο κοινός και επιθετικός τύπος εγκεφαλικού όγκου στον άνθρωπο. Επίσης, με αντίστοιχο τρόπο ερευνητές προσπαθούν να γιατρέψουν τη λευχαιμία.

2. Στην παραγωγή εξελιγμένων υλικών

 
Με νανοσωματίδια νικελίου είναι δυνατή η κατασκευή υλικών τα οποία να «αυτό-θεραπεύονται» αν για παράδειγμα με κάποιο τρόπο κοπούν. Επίσης, τα ίδια σωματίδια μπορούν -λόγω των αλλαγών στη δομή του υλικού όταν πάνω του ασκείται πίεση (και στη συνέχεια την επαναφορά του στην αρχική του κατάσταση)- να χαρίσουν στα ρομπότ μία αίσθηση σαν την αφή!

Με νανοσωματίδια ψευδαργύρου μπορούν να κατασκευαστούν επιφάνειες που να προστατεύουν υλικά από τις υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου ενώ με νανοσωματίδια σιλικόνης είναι δυνατή η κατασκευή μεμβρανών που να προστατεύουν το φαγητό παραδείγματος χάριν από το οξυγόνο και την υγρασία.

Τα παραπάνω, φυσικά, δεν είναι παρά μόνο ελάχιστα παραδείγματα από τις εφαρμογές που μπορεί να μας προσφέρει η νανοτεχνολογία στο μέλλον. Εφαρμογές που περιλαμβάνουν από καθρέπτες που μιλάνε (χάρη σε νανοηλεκτρονικά συστήματα) –ναι! Όπως στη Χιονάτη!- έως και κουτιά γάλακτος ή χυμών που δοκιμάζουν λίγο από το περιεχόμενό τους για να βεβαιώσουν τον καταναλωτή ότι δεν έχει αλλοιωθεί η γεύση του (ή το αντίθετο).
Κλείνω το σημερινό άρθρο θυμίζοντάς σας πόσο μικρά είναι τα σωματίδια που κάνουν δυνατά όλα τα παραπάνω:

Πηγές:

1. Pushparaj, Victor L., et al. «Flexible energy storage devices based on nanocomposite paper.» Proceedings of the National Academy of Sciences 104.34 (2007): 13574-13577.
2. Wilkinson, J. M. «Nanotechnology applications in medicine.» Medical device technology 14.5 (2003): 29-31.
3. Nie, Shuming, et al. «Nanotechnology applications in cancer.» Annu. Rev. Biomed. Eng. 9 (2007): 257-288.
4. Salamanca-Buentello, Fabio, et al. «Nanotechnology and the developing world.» PLoS Medicine 2.5 (2005): e97.
5. Schiemann, Gregor. «Nanotechnology and nature.» HYLE–International Journal for Philosophy of Chemistry 11.1 (2005): 77-95.
6. Lund, Kyle, et al. «Molecular robots guided by prescriptive landscapes.» Nature 465.7295 (2010): 206-210.

Επιμέλεια: Νίκος Κατωμέρης

Αναδημοσίευση από: https://nucleus2012.wordpress.com/2015/05/22/%CE%BF%CE%B9-%CF%84%CF%81%CE%BF%CE%BC%CE%B1%CE%BA%CF%84%CE%B9%CE%BA%CE%AD%CF%82-%CE%B4%CF%85%CE%BD%CE%B1%CF%84%CF%8C%CF%84%CE%B7%CF%84%CE%B5%CF%82-%CF%84%CE%B7%CF%82-%CE%BD%CE%B1%CE%BD%CE%BF%CF%84/

Σχετικοί σύνδεσμοι:

Νανοηθική: η ηθική των νανορομπότ

Το ακραίο, πλην συναρπαστικό, μέλλον του βιονικού ανθρώπου

Τι ακριβώς είναι η Νανοτεχνολογία και οι Νανοεπιστήμες;

Τεχνητή νοημοσύνη: Φίλος ή εχθρός;

Σοφία: Το πρώτο το πολιτογραφημένο ρομπότ του κόσμου

Ο βιονικός άνθρωπος είναι γεγονός

Τεχνητή Νοημοσύνη: Τι είναι και πώς αλλάζει δραματικά τον κόσμο μας

Ρομποτική και τεχνητή νοημοσύνη: ηθικά και νομικά διλλήματα