torek, 17. november 2015

Nanotehnologija - VERONIKA BRAČIČ

Slika 1

Kaj je?

Najzgodnejši in najbolj razširjen opis nanotehnologije, ki se je nanašal na natančno manipulacijo atomov in molekul za izdelavo makro izdelkov, se zdaj imenuje molekularna nanotehnologija. Nanotehnologija je veda, ki se ukvarja s preučevanjem, nadzorovanjem in manipuliranjem snovi na ravni posameznih atomov in molekul, torej na velikostni skali od 0,01 do 100 nanometrov (en nanometer je enak tisočinki mikrometra ali milijoninki milimetra).

 Video 1: 10 dejstev o nanotehnologiji 



Nanodelci

Slika 2: Nanocevke
Nanodelci so skupin atomov, ki so povezani drugače, kot jih najdemo v naravi. Take strukture imajo različne uporabne lastnosti. Da se atomi povezujejo tako, kot želimo, je potrebno malo prisile. To lahko storimo na več načinov npr. lahko jih postavimo v ekstremne pogoje (visoka temperatura in tlak) ali pa jih sestavljamo s pomočjo nanorobotov (kot že samo ime pove, je to robot, ki je tako majhen, da dobi predpono nano. Izmed nanostruktur so najbolj poznane nanocevke ter nanokristali. Te strukture so vidne z elektronskim mikroskopom, ki omogoča opazovanje atomov s tisočkrat večjo natančnostjo kot pri svetlobnem mikroskopu.
Nanocevke so produkt stiskanja in gnetenja ogljika na nanoravni. Nanocevke lahko dodamo skoraj vsem materialom, pri čemer le-tem tako povečujemo trdnost. Prevajajo tisočkrat več električne energije kot bakrene žice ter zdržijo več kot milijonkrat tolikšno maso, kot same tehtajo.
Nanokristali so majhni energetski stebriči v tankih solarnih ploščah.

Slika 3: Nanokristali v solarnih ploščah

S čim se ukvarja?

Nanotehnologija se ukvarja s tvorbo in uporabo funkcionalnih materialov, naprav in sistemov, ki imajo zaradi svoje velikosti ali zaradi določenih lastnosti posameznih nanostruktur povsem nove funkcije in lastnosti. Predpona “nano” opisuje 1000-krat manjše dimenzije, kot so obstoječi elementi mikrometrskega ranga. Te dimenzije so postale dosegljive z uporabo novih fizikalnih inštrumentov in postopkov ter z nadaljnjim zmanjševanjem obstoječih mikrosistemov. Nanotehnologija je trenutno nepogrešljiva v številnih praktičnih rabah.

Slika 4: Lotosov efekt (računalniški prototip)

Značilnosti

Materiali, ki so zgrajeni iz cevastih nanostruktur se odlikujejo po svoji nizki gostoti, ki je šestkrat nižja od gostote jekla ter po izjemni trdnosti, ki je v primerjavi s trdnostjo jekla kar dvestokrat višja. Nanofilmi ali nano-površinski premazi pa predstavljajo materiali s visoko hidrofilnostjo, vodoodbojnostjo, samočistilne značilnosti in odpornost proti navzemanju prahu (lotosov efekt – Lotosov list je izjemno hidrofoben in odbija kapljice vode oz. se le-te same odkotalijo z njega. To lastnost uporabljajo pri razvijanju hidrofobnih materialov.) ter dobro odpornost proti različnim tekočinam.

Slika 5: Lotosov efekt

Uporaba

Nanotehnologija se pojavlja v kemijski in tekstilni industriji, v računalništvu, informatiki, energetiki, v transportu in avtomobilski industriji, še posebej pa na področju farmacevtske in obrambne dejavnosti. Omogoča izdelavo naprav ali materialov, ki so lažji, hitrejši, močnejši, s popolnoma novimi ali dodatnimi lastnostmi. Primeri uporabe:
Slika 6: Nanoradio
  •  zdravljenje raka (nosilci zdravil v rakave celice, manj negativnih učinkov kot kemoterapija)
  • zdravljenje bolezni na ravni atomov in molekul
  • nanoradio (najmanjši radio na svetu)
  • molekularni tranzistor (z eno molekulo je mogoče regulirati električni tok)
  • gorivne celice (energijski izvir, izboljšave s pomočjo nanodelcev)
  • solarne celice (izboljša izkoristek, daljša življenjska doba celic)
  •  premazi (izkoriščanje lotosovega efekta, za avtomobile, … )
  • pakiranje živil (dodajanje nanodelcev - večja zaščita živil)
  • nanosenzorji (odkrivanje toksinov, virusov, bakterij)
  • nanoračunalniki (majhni računalniki z neverjetno zmogljivostjo)
  • proizvodnja in shramba energije
  •  v kmetijstvu (krajša vegetacijska doba do pridelka, manjša potreba po vodi, hitrejša rast, povečana odpornost proti boleznim,  povečanje pridelka, … )
Slika 7: Uporaba nanotehnologije v industriji

Pomembni ljudje na področju nanotehnologije

Slika 8: Richard Philips Feynman
Slika 9: Kim Eric Drexler
·        Kim Eric Drexler – 25. april 1955, ameriški inženir, ki je najbolj zaslužen za popularizacijo molekularne nanotehnologije in njenih prednosti
·        Richard Phillips Feynman – 11. maj 1918 – 15.2. 1988, ameriški fizik in matematik, dobitnik Nobelove nagrade za fiziko, napisal govor o nanotehnologiji leta 1959, ki je zaslovel šele leta 1990

       Video 2: Feynman o nanotehnologiji


    

    Nanorobotika

Glavni cilj nanotehnologije je izgradnja popolnega nanorobota, ki bi ga znanstveniki lahko nadzorovali. Znanstveniki želijo izdelati veliko teh majhnih naprav, ki bi imele zmožnost premikanja posameznih atomov. Roboti naj bi imeli roko (veliko nekaj atomov), s katero bi opravljali nalogo – zbirali bi atome elementov iz ozračja in okolice ter jih pritrjevali na druge atome. S tem bi več nanorobotov počasi, a vztrajno gradilo molekulo za molekulo ter s tem sestavljalo zapletene materiale, ki naj bi jih na višji stopnji sestavili v večjo celoto ter nato v delujoč stroj. Roboti naj bi imeli v sebi oddajnik in sprejemnik, s katerim bi jih znanstveniki lahko nadzorovali ter jim dajali ukaze za delovanje.
Prvi nanoroboti, ki se imenujejo medicinski nanoroboti, se že uporabljajo v medicini. Zaradi svoje majhnosti se lahko brez vednosti telesa prosto gibljejo po telesu. S svojimi sposobnostmi so odlični nasprotniki proti boleznim in izjemni popravljavci tkiv. Lahko jih opremimo s senzorji za določene snovi in jih s tem spremenimo v detektorje bolezni.
Problem
Zgradba nanorobotov je težavna in dolgotrajna, zato je težko narediti dovolj robotov za vsakdanjo uporabo. Poleg tega se zaradi svoje majhnosti hitro poškodujejo ter uničijo. Narava nam ponuja rešitev: reprodukcija oz. samoizgradnja. Nanoroboti se bodo morali reproducirati, drugače ne bodo uspeli (preveč ranljivi za uporabo, proizvodnja pa bo predraga ter preveč zamudna).
Slika 10: Nanoroboti v krvi
Nanoroboti v medicini
Najosnovnejša naloga nanomedicinskih naprav bo ugotavljanje bolezni, notranjo kemijo v telesu pa bodo nadzirale nanonaprave. Gibljivi nanoroboti, opremljeni z brezžičnimi oddajniki, bodo krožili po krvnem in limfnem obtoku ter poslali opozorilo vsakič, ko bi se porušilo kemično ravnovesje. Podobne fiksne nanonaprave, vgrajene v živčni sistem, bodo nadzirale srčni utrip, možgansko dejavnost in druge funkcije. Takšne naprave bodo lahko popravile poškodovane celice ali vstopile v celico in nadomestile poškodovano celično strukturo. Na najvišji stopnji bodo nanonaprave lahko popravljale genetske pomanjkljivosti, bodisi s popravljanjem ali nadomeščanjem molekul DNK.

Video 3: Hipotetično zdravljenje s pomočjo nanorobotov

Poklici:

Kot z vsako vedo se tudi pri nanotehnologiji pojavljajo mnogi novi poklici, kot so na primer nanotehnik, znanstveniki na tem področju, v medicini različni zdravniki, ki zdravijo s pomočjo nanoteholških sredstev, v kemijski industriji, v kmetijstvu, živilstvu pa vsi, ki poznajo in uporabljajo nanotehnologijo. Mislim, da zaenkrat razvoj nanotehnologije še ni tako daleč, da bi nadomeščal določene poklice.

Zanimive spletne povezave:

Viri besedila:

Viri slik:

 
Avtor ob

Ni komentarjev:

Objavite komentar

Opomba: Komentarje lahko objavljajo le člani tega spletnega dnevnika.

Naročite se na: Objavi komentarje (Atom)