Kde se používá nanotechnologie a nanočástice?

Schopnost rozpoznat nanočástice otevřela dokořán dveře jejich rozsáhlému využití v řadě průmyslových a vědeckých odvětví. Nanotechnologii můžeme považovat za soubor postupů, které umožňují způsobovat nepatrné změny ve vlastnostech různých látek. Svoje využití nachází např. v následujících oblastech:

Cílená aplikace léku

Nedostatečně zacílená doprava léku do postižených tkání, ke které dochází např. při chemoterapii, může mít za následek nepříjemné vedlejší efekty. Výzkumníkům z amerických univerzit se však podařilo připojit ke speciálním RNA vláknům nanočástice s průměrem kolem 10 nm, které jsou naplněné chemoterapeutickou látkou. Tato RNA vlákna jsou přitahována rakovinnými buňkami. Ve chvíli, kdy se nanočástice setká s rakovinnou buňkou, dochází k jejímu přilnutí a uvolnění léku do rakovinné buňky. Cílená metoda aplikace léčiva má velký potenciál při léčbě pacientů postižených rakovinou, protože se při ní neobjevují škodlivé vedlejší efekty v takové míře, jako je tomu při běžné chemoterapii.

Textilie

Výrobci textilií dnes mohou přizpůsobovat vlastnosti běžně používaných materiálů – přidáním mikroskopických nanočástic mohou zlepšovat jejich výkonnost. Někteří výrobci oblečení např. produkují materiály odolné proti vodě a tvorbě skvrn. Za tímto účelem využívají nanočásticová vlákna, která způsobují, že se voda v kapkách sráží na povrchu.

Reaktivita materiálů

Ve formě nanočástic dochází u mnoha běžných materiálů ke změně jejich vlastností. Obecně je to způsobeno tím, že nanočástice mají oproti větším částicím rozsáhlejší povrchovou plochu v přepočtu na svou hmotnost. Studie např. prokázaly, že nanočástice železa mohou být s úspěchem využity při odstraňování chemikálií z podzemní vody – reagují totiž s těmito chemikáliemi účinněji než běžné částice železa.

Pevnost materiálů

Uhlíkové nanočástice (jako jsou např. nanotrubice nebo fullereny) jsou charakteristickou svou výjimečnou pevností. Nanotrubice a fellureny jsou tvořené pouze atomy uhlíku, které jsou vázány nesmírně pevnými vazbami. Zajímavým příkladem jejich využití, který výborně dokumentuje odolnost nanočástic uhlíku, jsou neprůstřelné vesty o hmotnosti běžného trička vyrobené z uhlíkových nanotrubic.

Mikro/Nanočásticové elektromechanické systémy

Základem výroby miniaturních senzorů, jaké se používají např. u automobilových airbagů, jsou převodové, zrcadlové a senzorové elementy v kombinaci s elektronickými obvody na silikonových površích. Tato technologie se označuje jako MEMS (Mikro elektromechanické systémy). Technologie MEMS je založena na úzké integraci mechanických prvků s potřebnými elektronickými obvody na jednom silikonovém čipu. Podobná metoda je využívána rovněž při výrobě počítačových čipů.

Ve srovnání s běžnými výrobními postupy je možné za pomoci MEMS technologie vyrobit zařízení o menší velikosti a za nižší cenu. MEMS však zároveň představuje také odrazový můstek pro technologii NEMS (Nano elektromechanické systémy). Výrobě zařízení pracujících na principu technologie NEMS se již v současnosti věnuje několik společností. Po provedení potřebných investicí do vybavení na výrobu nanotechnologií se z nich zřejmě zakrátko stane standard.

Molekulární výroba

Příznivci seriálu Star Trek si možná pamatují na zařízení zvané replikátor, které dokázalo vyrobit prakticky cokoli – od supermoderní kytary až po šálek čaje Earl Grey. Seriálové postavy replikátor jednoduše naprogramovaly a přístroj jim dodal přesně takové zboží, jaké si přály. Vědci se v současnosti zabývají metodou zvanou „molekulární výroba“, díky které by se replikátor ze Star Treku mohl jednoho dne stát realitou.

Zařízení, které je předmětem zájmu výzkumníků, se nazývá molekulární fabrikátor. Za pomoci nepatrných manipulátorů by měl zvládat uspořádávat atomy a molekuly a vytvářet z nich nesmírně komplexní objekty, jako jsou třeba stolní počítače. Vědci se domnívají, že tímto způsobem je možné ze základních surovin připravit téměř jakýkoli neživý objekt.

Nanomateriály

• S použitím plastů a grafénových nanopásků se podařilo vyvinout kompozitní materiál, který zabraňuje úniku molekul plynu. Může najít široké uplatnění – od lahví na nealkoholické nápoje až po velmi lehké zásobníky na zemní plyn.
• Vědci přišli na způsob, jak vyrobit odolnější slitiny hořčíku. Podařilo se jim vytvořit nanočásticové vrstvové poruchy v krystalové struktuře slitiny. Tyto vrstvové poruchy zabraňují šíření defektů ve struktuře slitiny – díky tomu se slitina stává odolnější. Vědci se domnívají, že tuto techniku je možné začít poměrně rychle využívat v současných výrobních provozech.
• Bylo prokázáno, že pláty nitridu boritého o tloušťce pouhých několika atomů je možné použít jako povlak, který zabraňuje oxidaci. Odborníci věří, že tento povlak je možné použít na krycí materiály, u kterých je vyžadována nízká hmotnost v kombinaci s prací v drsných podmínkách, jako je tomu např. u tryskových motorů. 

Nanotechnologie ve výrobních procesech

• Vědcům se podařilo připravit přízi z uhlíkových nanotrubic obalených diamantem. Tento materiál by mohl být použit na výrobu čepelí pilek, které sníží množství odpadu vyprodukovaného při řezání drahých materiálů. Mohlo by se jednat např. o řezání silikonových plátů, které se používají v polovodičích nebo solárních zařízeních.
• Výzkumníci vyvinuli molekulární motor, který je možné ovládat pomocí elektronů z hrotu řádkovacího tunelového mikroskopu. Tento motor představuje výchozí krok pro sestrojení molekulárních motorů, které by se mohly uplatnit např. v medicíně.
• Společnosti Rolith a Asahi Glass Company plánují uvést na trh speciální antireflexní sklo. Toto sklo je na povrchu opatřeno nanočásticovou strukturou, která při pohledu zvnějšku budovy snižuje odrazy světla. 

Nanotechnologie při ochraně životního prostředí

• Nanočástice oxidů mědi a wolframu je možné využít k rozložení oleje na biologicky odbouratelné látky. Nanočástice jsou seřazené v mřížce poskytující vysokou povrchovou plochu pro reakci, která je aktivována slunečním zářením. Reakce může probíhat i ve vodě, což se může osvědčit při čištění olejových skvrn.
• Uhlíkové nanotrubice ošetřené pomocí plazmatu je možné využít v membránách sloužících k odstraňování soli a organických nečistot z vody. Vědci se domnívají, že tyto membrány by mohly najít uplatnění v malých a cenově dostupných čistících zařízeních v rozvojových zemích.
• Výzkumníci z Univerzity v Cincinnati představili metodu odstraňování antibiotik z vodních zdrojů. Využili při ní nanočástice, které jsou schopné pohlcovat antibiotika.
• Tablety obsahují nanočástice palladia a zlata by mohly sloužit jako katalyzátor ke štěpení chlorových sloučenin znečišťujících podzemní vody. Protože je palladium velmi drahé, vytvořili vědci nanočásticové tablety, ve kterých dokáže téměř každý atom palladia reagovat s chlorovými sloučeninami. Tím se sníží náklady na čištění.
• Grafén je možné použít jako velmi levný materiál do membrán na odsolování vody. Zjistilo se totiž, že grafén s mezerami o velikosti jednoho nanometru nebo menšími dokáže odstraňovat ionty z vody. Vědci se domnívají, že je tímto způsobem možné odsolovat mořskou vodu při nižších nákladech, než je tomu u dnes běžně používané reverzní osmózy.

Výše uvedené rozhodně není kompletní výčet, mohli bychom pokračovat na další desítky stran o využití. Další informace s konkrétními příklady využití najdete na stránce aplikace nanotechnologie.