Mindent tudni akarok

Nanotechnológia

Pin
Send
Share
Send


Történelem

A nanotudomány és a nanotechnológia csak az 1910-es években vált lehetővé, amikor kidolgozták az első nanostruktúrák mérésére és készítésére szolgáló eszközöket. A tényleges fejlődés azonban az elektronok és a neutronok felfedezésével kezdődött, amelyek megmutatták a tudósoknak, hogy az anyag valóban sokkal kisebb léptékben létezhet, mint amit általában kicsinek gondolunk, és / vagy ami abban a pillanatban lehetséges volt. Ebben az időben vált ki a kíváncsiság a nanoszerkezetek iránt.

Az atomi erőmikroszkóp (AFM) és a pásztázó alagútmikroszkóp (STM) a pásztázó szonda két korai változata, amelyek elindították a nanotechnológiát. Más típusú pásztázó szonda mikroszkópia is létezik, amelyek mindegyike Marvin Minsky által 1961-ben kifejlesztett pásztázó konfokális mikroszkóp és a Calvin Quate és munkatársai által az 1970-es években kifejlesztett pásztázó akusztikus mikroszkóp (SAM) ötleteiből fakad, amelyek lehetővé tették a szerkezetek látását. a nanoskálán. A letapogató szonda csúcsa felhasználható a nanoszerkezetek manipulálására is (ezt a folyamatot pozicionális összeállításnak nevezzük). A szolgáltatásorientált szkennelési-pozicionálási módszer, amelyet Rostislav Lapshin javasolt, ígéretes módszernek tűnik ezeknek a nanomanipulációknak az automatikus üzemmódban történő megvalósításához. Ez azonban a mikroszkóp alacsony pásztázási sebessége miatt továbbra is lassú folyamat. A nanolitográfia különféle technikáit, például dip-pen nanolitográfiát, elektronnyaláb-litográfiát vagy nanoimprint litográfiát fejlesztettek ki. A litográfia egy felülről lefelé történő gyártási technika, ahol az ömlesztett anyag méretét nanoméretűre csökkentik.

Az első megkülönböztető fogalmak a nanotechnológiában (de e név használatát megelőzően) a "Van sok hely az alján" című cikkben szóltak: Richard Feynman fizikus beszéde beszédet mondott az American Physical Society találkozóján, Caltech-ban, 1959. december 29-én. 1. Feynman leírta azt az eljárást, amelynek során fejleszteni lehet az egyes atomok és molekulák manipulálásának képességét, az egyik precíziós eszközkészlet felhasználásával egy másik, arányosan kisebb készlet felépítéséhez és működtetéséhez, így a szükséges méretarányig. Ennek során megjegyezte, hogy a különféle fizikai jelenségek változó nagyságrendjéből adódnak a méretezési problémák: a gravitáció kevésbé lesz fontos, a felületi feszültség és a Van der Waals vonzereje fontosabb lesz. Ez az alapötlet megvalósíthatónak tűnik, és az exponenciális összeszerelés párhuzamossággal fokozza azt, hogy hasznos mennyiségű végterméket állítson elő.

Nyolc allotrop of Carbon

A "nanotechnológia" kifejezést a Tokiói Tudományos Egyetem professzora, Norio Taniguchi egy 1974-es cikkben határozta meg 2 a következőképpen: "A" nanotechnológia "elsősorban az anyagok egy atommal vagy egy molekulával történő feldolgozását, szétválasztását, konszolidációját és deformálását foglalja magában." Az 1980-as években ennek a meghatározásnak az alapötletét sokkal mélyebben megvizsgálta Dr. K. Eric Drexler, aki beszédek és a könyv révén népszerűsítette a nanoméretű jelenségek és eszközök technológiai jelentőségét. A teremtés motorjai: a nanotechnológia új korszaka3, és így a kifejezés megértette jelenlegi értelmét.

A nanotechnológia és a nanotudomány az 1980-as évek elején kezdődött el két fő fejlesztéssel; klasztertudomány születése és a pásztázó alagútmikroszkóp (STM) feltalálása. Ez a fejlemény 1986-ban a fullerének és néhány évvel később a szén nanocsövek felfedezéséhez vezetett. Egy másik fejlesztés során a félvezető nanokristályok szintézisét és tulajdonságait vizsgálták. Ez a kvantumpontok fém-oxid nanorészecskéinek gyorsan növekvő számához vezetett. Az atomerő mikroszkópot öt évvel az STM feltalálása után találták ki. Az AFM atomerőt alkalmaz az atomok "látására".

Alapvető fogalmak

Egy nanométer (nm) egy milliárdda, vagy 10-9 egy méter. Összehasonlításképpen: a szén-szén kötés tipikus hossza, vagy a molekula ezen atomjai közötti távolság 0,12-15,15 nm tartományban van, és egy DNS kettős spirál átmérője körülbelül 2 nm. Másrészt a legkisebb sejtes életformák, a Mycoplasma nemzetség baktériumai 200 nm körüli hosszúságúak.

Nagyobbtól a kisebbig: az anyag szempontjából

A rekonstrukció képe egy tiszta Au (100) felületen, pásztázó alagútmikroszkópos vizsgálat segítségével. A felületet alkotó egyes atomok láthatóak.

A nanotechnológia egyedülálló aspektusa a sok nanoméretű anyagban jelenlévő felület és térfogat arányának rendkívül megnövekedett aránya, amely új lehetőségeket nyit meg a felszíni tudományban, például a katalízist. Számos fizikai jelenség észrevehetően kifejeződik, amikor a rendszer mérete csökken. Ide tartoznak a statisztikai mechanikai hatások, valamint a kvantummechanikai hatások, például a „kvantum mérethatás”, ahol a szilárd anyagok elektronikus tulajdonságai megváltoznak a részecskeméret nagymértékű csökkenésével. Ez a hatás nem játszik szerepet a makróról a mikroméretekre való átálláskor. Ugyanakkor akkor válik dominánsnak, ha elérik a nanométer mérettartományát. Ezenkívül számos fizikai tulajdonság megváltozik a makroszkopikus rendszerekhez képest. Példa erre az anyagok felületének térfogat-növekedése.

A nanoméretre redukált anyagok hirtelen nagyon különböző tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a makroskálán megjelenő anyagok, lehetővé téve az egyedi alkalmazásokat. Például az átlátszatlan anyagok átlátszókká válnak (réz); az inert anyagok katalizátorokká válnak (platina); stabil anyagok éghetővé válnak (alumínium); a szilárd anyagok szobahőmérsékleten folyadékokká alakulnak (arany); a szigetelők vezetőkké válnak (szilícium). Egy olyan anyag, mint az arany, amely normál skálán kémiailag semleges, hatékony kémiai katalizátorként szolgálhat a nanoméretben. A nanotechnológia iránti lenyűgöződés ezen egyedi kvantum- és felszíni jelenségekből fakad, amelyek az anyagnak a nanoméretben mutatnak be.

Egyszerű és összetett: molekuláris perspektíva

A modern szintetikus kémia elérte azt a pontot, ahol szinte bármilyen szerkezetű kis molekulákat elő lehet készíteni. Ezeket a módszereket ma nagyon sokféle hasznos vegyszer előállítására használják, például gyógyszerek vagy kereskedelmi polimerek előállítására. Ez a képesség felveti a kérdést, hogy ezt a fajta ellenőrzést ki kell-e terjeszteni a következő nagyobb szintre, és módszereket kell keresni ezeknek az egyes molekuláknak a szupramolekuláris összeállításokba történő összeállítására, amelyek sokféle, jól meghatározott módon elrendezett molekulából állnak.

Ezek a megközelítések a molekuláris öngyűlés és / vagy a szupramolekuláris kémia fogalmait használják, hogy az alulról felfelé építkező megközelítés révén automatikusan valamilyen hasznos konformációt alakítsanak ki. A molekuláris felismerés fogalma különösen fontos: a molekulákat úgy lehet megtervezni, hogy azok egy bizonyos konformációt vagy elrendezést részesítsenek előnyben. A Watson-Crick bázispárosítási szabályok ennek közvetlen következményei, csakúgy, mint az egy szubsztrátumra célzott enzim specifitása, vagy maga a protein specifikus hajtogatása. Így két vagy több alkotóelemet úgy lehet megtervezni, hogy egymást kiegészítő és kölcsönösen vonzóak legyenek, hogy bonyolultabb és hasznosabb egészet képezzenek.

Az ilyen alulról felfelé építkező megközelítéseknek tágabb értelemben képeseknek kell lennie arra, hogy eszközöket párhuzamosan és sokkal olcsóbban állítsanak elő, mint a fentről lefelé irányuló módszereket, ám ezek potenciálisan megsérülhetnek, ha a kívánt szerelés mérete és összetettsége növekszik. A legtöbb hasznos szerkezet komplex és termodinamikailag valószínűtlen atomrendeződést igényel. Ennek ellenére számos példa van a biológiai molekuláris felismerésen alapuló öngyűjtésre, nevezetesen Watson-Crick bázispárosítás és enzim-szubsztrát kölcsönhatások. A nanotechnológia kihívása az, hogy ezek az alapelvek felhasználhatók-e a természetes konstrukciókon kívüli új konstrukciók tervezésére.

Molekuláris nanotechnológia

A molekuláris nanotechnológia, amelyet néha molekuláris gyártásnak is neveznek, a molekuláris skálán működő, tervezett nanoszerkezetek (nanoméretű gépek) fogalmának adott kifejezés. Különösen kapcsolódik egy olyan molekuláris összeszerelő koncepciójához, amely egy gép, amely a mechanoszintézis elveinek felhasználásával képes a kívánt szerkezetet vagy eszközt atomról-atomra állítani. A termelés a produktív nanoszerkezetekkel összefüggésben nem áll összefüggésben, és egyértelműen meg kell különböztetni a nanotechnológiák - például szén nanocsövek és nanorészecskék - előállításához használt hagyományos technológiáktól, és egyértelműen meg kell különböztetni azokat.

Amikor Eric Drexler (aki akkoriban nem volt tudatában Norio Taniguchi korábbi használatával) önállóan megalkotta és népszerűsítette a „nanotechnológia” kifejezést, a jövőben a molekuláris géprendszereken alapuló gyártási technológiára utalt. Az a feltevés volt, hogy a hagyományos gépelemek molekuláris méretű biológiai analógiái bizonyították a molekuláris gépeket: a biológiában talált számtalan példa alapján ismert, hogy az evolúciós visszacsatolások milliárd éve képes kifinomult, sztochasztikusan optimalizált biológiai gépeket előállítani. Remélhetőleg a nanotechnológia fejlődése más eszközökkel, esetleg biomimetikus alapelvek felhasználásával teszi lehetővé azok felépítését. Drexler és más kutatók azonban azt javasolták, hogy a fejlett nanotechnológia, bár valószínűleg kezdetben biomimetikus eszközökkel valósult meg, végül a gépészi alapelveken alapulhat, nevezetesen egy gyártási technológián, amely ezen alkatrészek (például fogaskerekek, csapágyak, motorok) mechanikai működésén alapul. , és a szerkezeti elemek), amelyek lehetővé teszik a programozható, helyzetbeli összeszerelést a PNAS-1981 atomspecifikációhoz. A példaértékű tervek fizikai és műszaki teljesítményét Drexler könyve elemezte 4. A Drexler elemzése azonban nagyon kvalitatív, és nem foglalkozik olyan sürgető kérdésekkel, mint például a „kövér ujjak” és a „ragacsos ujjak” problémái, amelyek a nanoméret kezelésének és összeszerelésének nehézségei. Általánosságban nagyon nehéz az eszközöket atomi méretekben összeszerelni, mivel az atomok elhelyezkedéséhez más hasonló méretű és tapadású atomok vannak.

Egy másik nézet, előterjesztette Carlo Montemagno 5 az, hogy a jövőbeli nanoszerkezetek a szilícium technológia és biológiai molekuláris gépek hibridjei lesznek. Egy másik nézet, amelyet a késői Richard Smalley állított fel, hogy a mechanoszintézis lehetetlen az egyes molekulák mechanikus manipulációjának nehézségei miatt. Ez levélváltáshoz vezetett 6 az ACS 2003-as Chemical & Engineering News kiadványában.

Noha a biológia egyértelműen bizonyítja, hogy molekuláris géprendszerek lehetségesek, a nem biológiai molekuláris gépek manapság csak gyerekcipőben vannak. A nem biológiai molekuláris gépek kutatásában vezetõi Dr. Alex Zettl és kollégái a Lawrence Berkeley Laboratories-ban és az UC Berkeley-ben. Legalább három különálló molekuláris eszközt készítettek, amelyek mozgását az asztalról változtatható feszültséggel vezérlik: nanocső nanomotor, molekuláris működtető 7, és egy nanoelektromechanikus relaxációs oszcillátor 8 Ho és Lee a Cornell Egyetemen 1999-ben végzett egy olyan kísérletet, amely jelzi a pozicionális molekuláris összeszerelés lehetőségét. Pásztázó alagútmikroszkóppal egy egyedi szén-monoxid-molekulát (CO) mozgattak egy lapos ezüstön ülő egyedi vasatomhoz (Fe). kristályosítással, és feszültség alkalmazásával kémiailag kötötte a CO-t a Fe-hez.

Jelenlegi kutatás

A rotaxán grafikus ábrázolása, amely molekuláris kapcsolóként használható.Ez az eszköz továbbítja az energiát a kvantitatív kutak nanorétegű rétegeiből a fölött lévő nanokristályokhoz, és a nanokristályok látható fényt bocsátanak ki 9

A nanotechnológia nagyon széles kifejezés, sok különböző, de néha egymást átfedő részterület létezik, amelyek esernyő alá eshetnek. A következő kutatási lehetőségek tekinthetők a nanotechnológia alterületeinek. Ne feledje, hogy ezek a kategóriák nem konkrétak, és egyetlen almező sokban átfedésben lehet, különösen mivel a nanotechnológia területe továbbra is érett.

A nanoanyagok

Ide tartoznak azok a részterületek, amelyek olyan anyagokat dolgoznak ki vagy tanulmányoznak, amelyek nanoméretű méreteikből adódó egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek.

  • A kolloid tudomány számos olyan anyagot hozott létre, amelyek hasznosak lehetnek a nanotechnológiában, például szén nanocsövek és más fullerének, valamint különféle nanorészecskék és nanorodok.
  • A nanoméretű anyagok felhasználhatók ömlesztett alkalmazásokra is; a nanotechnológia legtöbb jelenlegi kereskedelmi alkalmazása ilyen ízű.
  • Előrelépés történt ezen anyagok orvosi alkalmazásokban történő felhasználása terén.

Alulról felfelé irányuló megközelítések

Ezek célja a kisebb alkatrészek összetettebb összeállításokba rendezése.

  • A DNS-nanotechnológia a Watson-Crick bázispárosodás sajátosságát használja fel, hogy jól definiált struktúrákat állítson elő a DNS-ből és más nukleinsavakból.
  • Általánosabban fogalmazva, a molekuláris önösszeállítás a szupramolekuláris kémia és különösen a molekuláris felismerés fogalmainak használatát célozza meg annak érdekében, hogy az egymolekulás komponensek automatikusan valamilyen hasznos konformációvá váljanak.

Fentről lefelé irányuló megközelítések

Ezek célja kisebb eszközök létrehozása azzal, hogy nagyobb eszközökkel irányítják az összeszerelést.

  • Számos olyan technológia, amely a mikroprocesszorok gyártására szolgáló, szilárdtestű szilikon módszerekből származik, ma képes 100 nm-nél kisebb jellemzőket létrehozni, amelyek a nanotechnológia meghatározása alá tartoznak. A piacon már létező óriás mágneses ellenálláson alapuló merevlemez-meghajtók, mint az atomréteg-leválasztás (ALD) technikák is megfelelnek ennek a leírásnak.
  • A szilárdtest technikák felhasználhatók nanoelektromechanikus rendszerek vagy NEMS néven ismert eszközök létrehozására is, amelyek kapcsolódnak a mikroelektromechanikai rendszerekhez (MEMS).
  • Az atomi erőmikroszkópos tippeket nanoméretű "írófejként" lehet használni, hogy a vegyületet a kívánt mintázatban a kívánt mintázatba helyezzék egy merülő toll nanolitográfiának nevezett eljárás során. Ez illeszkedik a nanolitográfia nagyobb alterületéhez.

Funkcionális megközelítések

Ezek a kívánt funkcionalitás összetevőinek fejlesztésére törekszenek, tekintet nélkül az összeszerelés módjára.

  • A molekuláris elektronika célja molekulák kifejlesztése, amelyek hasznos elektronikus tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezeket azután egymolekulás komponensekként lehet használni egy nanoelektronikai eszközben.
  • A szintetikus kémiai módszerek szintén felhasználhatók szintetikus molekuláris motorok létrehozására, például úgynevezett nanokarban.

Spekulatív

Ezek az alterületek arra törekednek, hogy előre jelezzék, milyen találmányokhoz vezethetnek a nanotechnológia, vagy megkísérelnek javaslatot tenni egy olyan napirendre, amely mentén előrehaladhat a vizsgálat. Ezek gyakran átfogó képet mutatnak a nanotechnológiáról, nagyobb hangsúlyt helyezve annak társadalmi következményeire, mint az ilyen találmányok tényleges létrehozásának részleteire.

  • A molekuláris nanotechnológia egy javasolt megközelítés, amely magában foglalja az egyes molekulák finoman szabályozott, determinisztikus módon történő manipulálását. Ez elméletibb, mint a többi részterület, és meghaladja a jelenlegi képességeket.
  • A nanorobotika az önellátó gépeken működik, amelyek bizonyos funkciói a nanoméretben működnek. Reméljük, hogy a nanorobotokat alkalmazzák a gyógyászatban 10 11 12, bár az ilyen eszközök számos hátránya miatt lehet, hogy nem könnyű ezt megtenni

13 Ennek ellenére az innovatív anyagok és módszerek fejlődését bebizonyították néhány új szabadalommal, amelyek új, a jövőbeni kereskedelmi alkalmazásokhoz előállított nano-gyártó készülékekre vonatkoznak, ami szintén fokozatosan segíti a nanorobotok felé történő fejlődést a beágyazott nanobioelektronikai koncepció alkalmazásával.

  • A mesterséges atomokon alapuló programozható anyag olyan anyagok megtervezésére törekszik, amelyek tulajdonságai kívülről könnyen és visszafordíthatók.
  • A nanotechnológia kifejezés népszerűsége és a média általi kitettsége miatt a pikotechnológia és a femtotechnológia szavakat analógiával alakították ki, bár ezeket csak ritkán és informálisan használják.

Eszközök és technikák

Az AFM tipikus beállítása. Az éles csúcsú, mikroszármazású konzolos anyag a minta felületén lévő jellemzőkkel eltérítik, hasonlóan a fonográfhoz, de sokkal kisebb méretben. A lézersugár visszatükrözi a konzol hátulját fotodetektorokba, lehetővé téve az eltérés mérését és a felület képének összeállítását.

Egy másik technika az SPT ™ (felületmintázó eszköz) molekuláris „tintapatront” használ. Minden SPT mikrokontinens alapú mikro-folyadékkezelő eszköz. Az SPT-k vagy egyetlen mikrokontinens nyomtatófejet vagy több mikrokontinenst tartalmaznak több molekuláris faj egyidejű nyomtatásához. Az integrált mikrofluidikus hálózat szállítja a folyadékmintákat az SPT-n található tartályokból a mikrocsatornákon keresztül a konzol távoli végéhez. Így az SPT-k felhasználhatók olyan anyagok nyomtatására, amelyek tartalmaznak biológiai mintákat, például fehérjéket, DNS-t, RNS-t és teljes vírusokat, valamint nem biológiai mintákat, például kémiai oldatokat, kolloidokat és részecskeszuszpenziókat. Az SPT-ket leggyakrabban molekuláris nyomtatókkal használják.

A nanotechnológiai technikák magukban foglalják a nanszálak előállításához használt technikákat, valamint a félvezetők gyártásában alkalmazott technikákat, például a mély ultraibolya litográfia, az elektronnyalkás litográfia, a fókuszált ionnyaláb megmunkálás, a nanoimprint litográfia, az atomréteg leválasztása és a molekuláris gőzlerakódás, valamint a molekuláris öngyűjtési technikákat is. például azok, amelyek di-blokk kopolimereket alkalmaznak. Mindezek a technikák azonban a nanotechnológia korszakát megelőzték, és inkább a tudományos fejlődés fejlesztésének kiterjesztései, nem pedig azok a technikák, amelyeket kizárólag a nanotechnológia létrehozására terveztek, és amelyek a nanotechnológiai kutatások eredményei voltak.

A fentről lefelé mutató megközelítés olyan nanoeszközöket vetít előre, amelyeket darabonként és darabonként kell építeni, ugyanúgy, mint a jelenleg gyártott tárgyakat. A pásztázó szonda mikroszkópia fontos technika mind a nanoanyagok jellemzéséhez, mind szintéziséhez. Az atomi erőmikroszkópok és a pásztázó alagútmikroszkópok felületek felületének megnézésére és az atomok mozgatására használhatók. Azáltal, hogy különféle tippeket tervez ezeknek a mikroszkópoknak, felhasználhatók felületek szerkezetének kivágására és az önszerelő szerkezetek irányításához. Például a szolgáltatásorientált pásztázási-pozicionálási megközelítés alkalmazásával az atomok mozgathatók a felületen pásztázó szonda-mikroszkópos technikákkal. Jelenleg költséges és időigényes a tömegtermeléshez, de nagyon alkalmas laboratóriumi kísérletekhez.

Ezzel szemben az alulról felfelé építkező technikák nagyobb atomszerkezeteket állítanak elő vagy termesztnek atomokonként vagy molekulák molekulánként. Ezek a technikák magukban foglalják a kémiai szintézist, az ön-összeszerelést és a pozicionálást. Az alulról felfelé építkező megközelítés másik változata a molekuláris nyaláb-epitaxi vagy MBE. A Bell Telephone Laboratories kutatói, például John R. Arthur, Alfred Y. Cho és Art C. Gossard az 1960-as évek végén és az 1970-es években kutatási eszközként fejlesztették ki és valósították meg az MBE-t. Az MBE által készített minták kulcsfontosságúak voltak a frakcionált kvantum Hall effektus felfedezéséhez, amelyért az 1998. évi Nobel-fizika díjat ítélték oda. Az MBE lehetővé teszi a tudósok számára, hogy atomszintű atomrétegeket fektessenek le, és a folyamat során összetett szerkezeteket hozzanak létre. A félvezetők kutatása szempontjából fontos, hogy az MBE-t széles körben használják minták és eszközök készítéséhez az újonnan megjelenő spintronika területén.

Az újabb technikák, például a kettős polarizációs interferometria lehetővé teszik a tudósok számára a nanoméretben zajló molekuláris kölcsönhatások kvantitatív mérését.

Alkalmazások

Noha a nanotechnológia lehetséges alkalmazásai sokat vitatkoztak, a legtöbb jelenlegi forgalomba hozott alkalmazás az "első generációs" passzív nanomatermékek használatára korlátozódik. Ide tartoznak a titán-dioxid nanorészecskék a fényvédőben, a kozmetikumokban és néhány élelmiszer-készítményben; ezüst nanorészecskék az élelmiszerek csomagolásában, ruházatban, fertőtlenítőszerekben és háztartási készülékekben; cink-oxid nanorészecskék fényvédő krémekben és kozmetikumokban, felületi bevonatok, festékek és kültéri bútorok lakkjai; és cérium-oxid nanorészecskék üzemanyagkatalizátorként. A Woodrow Wilson Nemzetközi Tudósok Projektje a feltörekvő nanotechnológiákról otthont ad a nanoanyagokat tartalmazó fogyasztási cikkek leltárának.14

Azonban a további alkalmazások, amelyek tényleges manipulációt vagy nanoméretű komponensek elrendezését igénylik, további kutatásra várnak. Noha a jelenleg a „nano” kifejezéssel márkázott technológiák néha kevéssé kapcsolódnak egymáshoz, és messze elmaradnak a molekuláris gyártási javaslatok hasonló ambiciózusabb és transzformáló technológiai céljairól, a kifejezés még mindig jelenti ezeket az ötleteket. Ezért fennáll annak a veszélye, hogy "nanobuborék" alakul ki, vagy már kialakul, amikor a kifejezést a tudósok és vállalkozók használják a finanszírozás megszerzésére, tekintet nélkül az ambiciózusabb és tágabb szemléletű munka átalakító lehetőségeire.

A Nemzeti Tudományos Alapítvány (a nanotechnológia egyik fő forrása az Egyesült Államokban) David Berube kutatót finanszírozta a nanotechnológia területének tanulmányozására. Megállapításait a „Nano-Hype: Az igazság a nanotechnológiai zümmögés mögött” című monográfiában közzéteszik.15"Ez a közzétett tanulmány azt a következtetést vonja le, hogy a„ nanotechnológiának ”nevezett termék nagy része valójában az egyértelmű anyagtudomány átdolgozása, amely egy olyan nanotechnológiai iparhoz vezet, amely kizárólag nanocsövek, nanocsövek és hasonlók értékesítésére épül, és amely„ végül ” néhány beszállítóval, alacsony haszonkulcsú termékek hatalmas mennyiségben történő értékesítésével. "

Következmények

A nanotechnológia lehetséges alkalmazásaival kapcsolatos, széles körű állítások miatt számos aggodalomra adtak hangot amiatt, hogy ezek milyen hatást gyakorolnak a társadalomra, ha megvalósulnak, és ha lehetséges, milyen intézkedéseket kell tenni e kockázatok csökkentésére. A rövid távú kérdések közé tartoznak azok a hatások, amelyeket a nanoanyagok széles körű használata gyakorolna az emberi egészségre és a környezetre. A hosszabb távú aggodalmak középpontjában az új technológiáknak a társadalom egészére gyakorolt ​​következményei állnak, és hogy ezek esetlegesen a hiány hiányát követő gazdasághoz vezethetnek-e, vagy alternatívaként megnövelhetik-e a fejlett és a fejlődő nemzetek közötti jólétbeli különbségeket.

Egészségügyi és környezetvédelmi kérdések

Egyre több tudományos bizonyíték bizonyítja, hogy egyes nanoanyagok mérgezőek lehetnek az emberekre vagy a környezetre 161718.

Minél kisebb a részecske, annál nagyobb a felület és térfogatarány, annál nagyobb a kémiai reaktivitása és biológiai aktivitása. A nanoanyagok nagyobb kémiai reakcióképessége megnöveli a reaktív oxigén fajok (ROS), ideértve a szabad gyököket is. A ROS-termelést különféle nanomatermékekben találták meg, beleértve a szén fullerént, a szén nanocsöveket és a nanorészecske fém-oxidokat. A ROS és a szabad gyökök termelődése a nanorészecskék toxicitásának egyik elsődleges mechanizmusa; oxidatív stresszt, gyulladást és ennek következtében a fehérjék, membránok és a DNS károsodását okozhatja 19.

A nanoanyagok rendkívül kicsi mérete azt is jelenti, hogy az emberi test sokkal könnyebben veszi fel őket, mint a nagyobb méretű részecskék. A nanoanyagok képesek átjutni a biológiai membránokon, és hozzáférhetnek olyan sejtekhez, szövetekhez és szervekhez, amelyek a nagyobb méretű részecskék általában nem képesek. A nanoanyagok belégzés vagy lenyelés után hozzáférhetnek a véráramhoz. Legalább néhány nanoanyag behatolhat a bőrbe; még nagyobb mikrorészecskék juthatnak be a bőrbe, ha meghajolják. A megtört bőr nem hatékony részecske-gát, ami arra utal, hogy pattanások, ekcéma, sebek vagy súlyos napégés lehetővé teheti a nanoanyagok könnyebb felvételét a bőrön. A véráramba kerülve a nanoanyagok a test körül szállíthatók, és azokat a szervek és szövetek vehetik fel, beleértve az agyat, a szívet, a májat, a veséket, a lépt, a csontvelőt és az idegrendszert. A nanoanyagok toxikusnak bizonyultak az emberi szövet- és sejtkultúrákban, fokozott oxidatív stresszt, gyulladásos citokintermelést és sejthalált okozva. A nagyobb részecskéktől eltérően a nanoanyagokat felvehetik a sejtek mitokondriumai és a sejtmag. A tanulmányok bebizonyítják, hogy a nanoanyagok DNS-mutációt okozhatnak és jelentős mitokondriumok szerkezeti károsodását idézhetik elő, akár sejthalálhoz is vezethetnek.

Ezért a méret kulcsfontosságú tényező a részecske potenciális toxicitásának meghatározásában. Ez azonban nem az egyetlen fontos tényező. A nanoanyagok olyan további tulajdonságai, amelyek befolyásolják a toxicitást, a következők: kémiai összetétel, alak, felületi szerkezet, felületi töltés, aggregáció és oldhatóság, valamint más vegyi anyagok funkcionális csoportjának jelenléte vagy hiánya. A toxicitást befolyásoló számos tényező miatt nehéz általánosítani a nanoanyagoknak való expozícióval járó egészségügyi kockázatokat - minden új nanoanyagot külön kell értékelni, és minden anyagtulajdonságot figyelembe kell venni.

A 2004. évi jelentésben20, az Egyesült Királyság Királyi Társasága azt javasolta, hogy a nanoanyagokat új vegyi anyagokként szabályozzák, hogy a kutatólaboratóriumok és gyárak "úgy kezeljék a nanoanyagokat", mintha veszélyesek lennének, "hogy amennyire csak lehetséges, kerüljék a nanoanyagok környezetbe jutását, és hogy a nanoanyagokat tartalmazó termékeket új biztonsági tesztelési követelmények hatálya alá tartoznak azok kereskedelmi forgalomba hozatala előtt. Ugyanakkor a világszerte alkalmazott szabályozások még mindig nem tesznek különbséget nanoméretű és ömlesztett anyagok között. Ez azt jelenti, hogy a nanoanyagok ténylegesen szabályozatlanok maradnak; nincs szabályozási követelmény a nanoanyagok számára új egészségügyi és biztonsági tesztekkel vagy környezeti hatásvizsgálattal szemben a kereskedelmi termékekben való felhasználásuk előtt, ha ezeket az anyagokat ömlesztett formában már jóváhagyták.

A nanoanyagok egészségügyi kockázata különös aggodalomra ad okot azon munkavállalók számára, akiknek a nanoanyagok munkahelyi expozíciója magasabb szinten és rutinszerűbb helyzetben lehet, mint a lakosság körében.

Szélesebb társadalmi következmények és kihívások

Az emberi egészségre és a környezetre gyakorolt, az első generációs nanoanyagokkal kapcsolatos toxicitási kockázatokon túl a nanotechnológia szélesebb társadalmi következményekkel jár, és szélesebb társadalmi kihívásokat jelent. A társadalomtudósok azt sugallták, hogy a nanotechnológia társadalmi kérdéseit nem csupán „downstream” kockázatokként vagy hatásokként kell megérteni és értékelni, hanem olyan kihívásokként is, amelyeket figyelembe kell venni a „upstream” kutatásban és a döntéshozatalban a társadalmi céloknak megfelelő technológiai fejlődés biztosítása érdekében. Számos társadalomtudós és civil társadalmi szervezet azt javasolja továbbá, hogy a technológia értékeléséhez és irányításához a közvélemény részvételét is be kell vonni 21.

Egyes megfigyelők azt sugallják, hogy a nanotechnológia fokozatosan épít, mint a tizennyolcadik és tizenkilencedik századi ipari forradalom, mindaddig, amíg fel nem lép egy nanotechnológiai forradalom elindításához, amely radikálisan átalakítja a gazdaságunkat, munkaerőpiacunkat, a nemzetközi kereskedelmet, a nemzetközi kapcsolatokat, a társadalmi struktúrákat, a polgári szabadságjogokat. , a természeti világgal való kapcsolatunk és még az is, amit megértünk embernek. Mások szerint pontosabb lehet a nanotechnológia által vezérelt változások „technológiai szökőárként” való leírása.

Egy ilyen hatalmas új technológia elemzésének következményei továbbra is élesen megoszlanak. Az optimisták, köztük sok kormány, látják, hogy a nanotechnológia mindenki számára környezetkímélő anyagbőséggel jár, mivel tiszta vizet biztosít univerzálisan; atommaggal előállított élelmiszerek és növények, amelyek nagyobb mezőgazdasági termelékenységet eredményeznek kevesebb munkaerőigény mellett; táplálkozási szempontból fokozott interaktív „intelligens” ételek; olcsó és nagy teljesítményű energiatermelés; tiszta és nagyon hatékony gyártás; radikálisan jobb gyógyszerkészítés, diagnosztika és szervpótlás; sokkal nagyobb információtárolási és kommunikációs kapacitás; interaktív „intelligens” készülékek; és az emberi teljesítmény fokozása a konvergáló technológiák révén 22.

A nano-szkeptikusok azt állítják, hogy a nanotechnológia egyszerűen csak súlyosbítja a meglévő társadalmi-gazdasági egyenlőtlenségekből és az egyenlőtlen hatalom-elosztásból eredő problémákat azáltal, hogy elkerülhetetlen nano-megoszlás révén nagyobb egyenlőtlenségeket teremt a gazdagok és a szegények között (különbség az új nanotechnológiát irányító és a termékek között) , a szolgáltatásokat vagy a munkaerőt kitelepítették; a nemzetközi kapcsolatok destabilizálása egyre növekvő nano-fegyverkezési verseny és a bio fegyverek fokozott lehetősége révén; a mindennapi megfigyelés eszközeinek biztosítása, amelyek jelentős következményekkel járnak a polgári szabadságra; az élet és a nem élet közötti korlátok lebontása a nanobiotechnológián keresztül, és újradefiniálják még azt is, hogy mit jelent az ember lenni.

Lásd még

Megjegyzések

  1. Cho Alan Chodos (szerk.) Amerikai Fizika Társaság"1959. december 29 .: Feynman klasszikus CalTech előadása." Beérkezett 2007. június 28-án.
  2. Tan N. Taniguchi. "A nano-technológia alapfogalmáról." Proc. Intl. Conf. Prod. Eng. II. Rész (1974) (Tokió: Japán Precíziós Műszaki Társaság)
  3. Eric K. Eric Drexler. 1992. Nanoszerkezetek: molekuláris gépek, gyártás és számítás. (New York: Wiley. ISBN 0471575186) Nanosystems: Molekuláris gépek, gyártás és számítástechnika. Beérkezett 2007. november 30-án.
  4. ↑ Uo. Nanoszerkezetek: molekuláris gépek, gyártás és számítástechnika
  5. ↑ Carlo Montemagno, UCLA People: "Carlo Montemagno." Beérkezett 2007. november 30-án.
  6. Amerikai vegyi és műszaki hírek Beérkezett 2007. június 28-án.
  7. C. B. C. Regan és munkatársai. Nano betűk 5(9)(2005):1730-1733.Nano kristálymotor Beérkezett 2007. június 28-án.
  8. C. B. C. Regan és munkatársai: "Felület-húzás által vezérelt nanoelektromechanikai relaxáció" Alkalmazott fizika levelek 86 (2005): 123119. (UC Berkeley) beérkezett 2007. június 28-án.
  9. ↑ A vezeték nélküli nanokristályok hatékonyan sugározzák a látható fényt Sandina National Labs. Beérkezett 2007. június 28-án.
  10. . Z. Ghalanbor, Marashi S. A. és B. Ranjbar. 2005. "A nanotechnológia segíti az orvostudományt: a nanoméretű úszók és jövőbeli alkalmazásuk." Orvosi hipotézisek 65 (1): 198-199.
  11. K T. Kubik, K. Bogunia-Kubik és M. Sugisaka. 2005. "Nanotechnológia szolgálatban az orvosi alkalmazásokban." Jelenlegi gyógyszerészeti biotechnológia 6 (1): 17-33.
  12. Ca A. Cavalcanti és R.A. Freitas, Jr. 2005. "Nanorobotikumok ellenőrzési terve: kollektív viselkedésmód az orvostudományban." IEEE tranzakciók a nanobioszférában 4 (2): 133-140.
  13. ↑ R.C. Shetty. 2005. "A nanotechnológia lehetséges hibái az orvostudományban történő alkalmazásukban: a nanokészülékek immunkompatibilitása." Orvosi hipotézisek 65 (5): 998-999.
  14. Nanotechnológiai fogyasztói termékek leltára A Woodrow Wilson Tudósok Nemzetközi Központja visszakeresve 2007. június 29-én.
  15. M. David M. Berube. 2006. Nano-hype: az igazság a nanotechnológiai zavar mögött. (Amherst, NY: Prometheus Books. ISBN 1591023513)
  16. H Peter HM Hoet et al. "Nanorészecskék - ismert és ismeretlen egészségügyi kockázatok." Journal of Nanobiotechnology 2 (2004): 12 nanorészecske - ismert és ismeretlen egészségügyi kockázatok, áttekintés és absztrakt. Beérkezett 2007. június 28-án.
  17. ↑ Gunter Oberdorster. "Nanotoxikológia: Az ultrafinom részecskék tanulmányozásából fakadó feltörekvő fegyelem." Környezet-egészségügyi perspektívák 113 (7) (2005. július) áttekintés és összefoglaló. Beérkezett 2007. június 28-án.
  18. Ün Günter Oberdörster, et al. Részecske- és rosttoxikológia Részecske- és rosttoxikológia Beérkezett június

    Pin
    Send
    Share
    Send