grafen.cz technický portál grafen.cz - to jsou nejen nové technologie

A+ A A-

Nanotechnologie

Jako nanotechnologie se obecně označuje technický obor, který se zabývá tvorbou a využíváním technologií v měřítku řádově nanometrů (obvykle cca 1–100 nm), tzn. 10−9 m (miliardtiny metru), což je přibližně tisícina tloušťky lidského vlasu. Jedná se rovněž o studium možnosti manipulace se hmotou v atomárním a molekulárním měřítku, přičemž se uplatňují kvantově-mechanické jevy, které se diametrálně vymykají chápání světa v makroskopickém měřítku. Díky těmto jevům, které popisuje kvantová fyzika, se otevírají nové perspektivy v oblasti magnetických záznamových mediích, výpočetní technice, elektronice, optice a dalších vědních oblastech.

Mikrofotografie nanotrubic

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 se však nedá 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 označován Richard Feynman, který základní myšlenky představil ve své slavné přednášce nazvané Tam dole je spousta místa (There's Plenty of Room at the Bottom), kterou v roce 1959 přednesl na výroční schůzi Americké společnosti fyziků pořádané na Caltechu.

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), životní prostředí (biodegradace).

nano 01

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 s ní, například učinit světelnou past tak silnou, že se jednotka bloku rozpadne na Mottův kondenzát. Tato práce byla oceněna Nobelovou cenou za fyziku v roce 2001. 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 řadí tunelový jev, na jehož principu je založen řádkovací 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 2007 Nobelovu cenu za fyziku Albert Fert a Peter 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.

Nanotechnologie v medicíně

Tento typ nanotechnologií je 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 vyhledat buňku, vstoupit dovnitř, uvolnit ze sebe lék a nechat se odbourat buňkou. Další technologie by bylo možné považovat už za skutečné nanostroje, a vytvořily by tunely skrz buněčnou stěnu a cytoplazmatickou membránu, které by umožňovali průstup pouze specifickým látkám, tzn. že 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 použití nanovláken v tkáňovém inženýrství. Spleť nanovláken má při malém objemu velký povrch a tak může představovat vhodné lešení (matrix, angl. scaffold), na kterém se uchytí ex vivo kultivované buňky náhradní tkáně. Pokud je navíc materiál nanovláken odbouratelný organizmem, lze očekávat, že bude postupně nahrazený vlastní extracelulární matrix. Zkouší se náhrady kostní tkáně, kloubních chrupavek, šlach, svalů, kůže a dokonce i nervové tkáně.

Mezi nanotechnologie využité v medicíně bude ale možné zařadit i nanotechnologické stroje (či nanoroboti) 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 označením goretex - látka propustná pro vodní páry, ale nikoliv pro vodu v kapalném skupenství. Další možností je přidání nanočástic některých kovů, např. stříbra do hmoty před výrobou textilního vlákna. Vyrobená příze získává další vlastnosti jako například antibakteriálnost.

Rizika

Vědecké práce ukazují i na vážná zdravotní a ekologická rizika nanotechnologií. Skupina švýcarských vědců uvedla, že nanočástice snadno 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.

Americký výzkum ukázal, že nanočástice stříbra o průměru 30 nanometrů a menší se ukládají v tkáních vyvíjejících se embryí ryb a mohou vyvolat závažné malformace včetně krevních výronů do hlavy a otoků, které vedou k úhynu rybích larev.

Americký výzkum ukázal při testu na ředkvičkách, že po vystavení nanočásticím oxidu měďnatého bylo vyvoláno dvakrát více lézí DNA než u rostlin vystavených větším částicím. Také buněčný příjem mědi z nanočástic byl výrazně větší než u větších částic.

 zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki/Nanotechnologie

 

Novinky - věda a technika

  • Co má společného mops nebo čivava s vlkem? Na první pohled asi skoro vůbec nic. Přesto je spojuje stejná historie. Psi všech plemen se vyvinuli z vlka. Nejnovější genetické výzkumy odhalují zajímavé detaily.

  • Jules Verne v mnoha svých románech předběhl dobu a předpověděl nejrůznější vědecké novinky. Jak ovšem prokázal knihou Ocelové město, skvělou intuici měl i v oblasti politiky a mezinárodních vztahů. Příběh německého profesora budujícího válečnou mašinérii tak až nepříjemně přesně odpovídá tomu, co se mělo v následujících desetiletích v Evropě odehrát.

  • Už za pár dní nás čeká unikátní podívaná na noční obloze. Tedy pokud bude jasno. V pátek 27. července by mělo nastat nejdelší úplné zatmění Měsíce v tomto století. Nedaleko od zatmělého Měsíce navíc vynikne neobvykle jasný Mars.

  • Výraz tváře se často označuje jako okno do duše. Nakolik četba výrazu pomáhá v psychiatrické diagnostice? Jak se výraz v mozku zpracovává?

  • Vladimír Kolařík spolu se svými spolupracovníky uvedl do života nejmenší prozařovací elektronový mikroskop na světě. Téměř 50 let byl v úzkém kontaktu s profesorem Arminem Delongem, vůdčí osobností brněnského Ústavu přístrojové techniky Akademie věd. Založil firmu, která nese jeho jméno. Kromě toho je taky členem hnutí Rotary. Více se dozvíte v dokumentu Neviditelný svět Vladimíra Kolaříka.

  • Afrika byla v 19. století v kurzu. Na její mapě stále zůstávalo mnoho neznámých míst. Černý kontinent sliboval zdánlivě nekonečnou zásobárnu nerostných surovin i lidských zdrojů. Není divu, že si ji jako dějiště pro jeden ze svých nejúspěšnějších románů vybral Jules Verne. Své hrdiny ji nechal prozkoumat bezpečně seshora, z balónu. Byl by ale vůbec přelet Afriky balónem možný? Co na zápletku říká současná fyzika?

  • Vymře jednou lidstvo? Zatím nevíme. Jisté je, že po každé epizodě velkého vymírání živočichů se otevírá prostor pro nové druhy, které se daným podmínkám lépe přizpůsobí. Až vymření dinosaurů, vládců druhohor, tak pomohlo savcům vyjít na denní světlo. Do té doby se především ukrývali v temných zákoutích, napovídají tomu vědecké studie.

  • Kdesi v zaostalé Transylvánii, zemi upírů a vyvrhelů, se nachází tajemný hrad s neznámým nájemcem. Zhmotňuje se v něm oživlý obraz krásné operní divy, bouří se vášnivá mužská srdce a dějí se podivuhodné věci. Do červené knihovny má ale Vernův Tajemný hrad v Karpatech na míle daleko. Děj je perfektně promyšlený a i z pohledu současných vědců – fyziků, geologů, muzikologů – se dají všechny zápletky logicky vysvětlit.

Copyright © 2010-2018 grafen.cz - všechna práva vyhrazena

Přihlásit nebo Registrovat

PŘIHLÁSIT SE

Registrovat

Registrace uzivatele
nebo Zrušit