Νανοτεχνολογία
Της Δήμητρας Σπανού καθηγήτριας Χημικού
Το αφιερώνω σε αυτούς που δεν σταματούν όταν συναντούν το άγνωστο και το ξένο,- όταν βέβαια οι περιστάσεις το επιβάλουν-.
Στον Νίκο, στον Νικόλα, στον Νώντα(;), στην Μαργαρίτα (Δήμητρα), στην Ματίλδη, στον Τάσο , στην Άνtα και στην Αλεξάνδρα. και έπεται συνέχεια
υπό κατασκευή
Αν και οι γνώσεις μου για το θέμα είναι ισχνές - άλλωστε είναι πολύ καινούργιος τομέας και σε διαρκή εξέλιξη- θα επιχειρήσω μέσα από αυτό το άρθρο να πάρω κατ΄αρχή εγώ, και μαζύ όποιος άλλος, μια σχετική εικόνα για την νανοτεχνολογία και τις νανοδιαστάσεις. Το βλέπω σαν απαραίτητο, σε αυτό το σημείο , να αναφερθούμε στην νανοτεχνολογία γιατί ο κόσμος που ανατέλει, είναι σε έναν μεγάλο βαθμό, ο κόσμος των νανοδιαστάσεων και τον συναντάμε όχι μόνο στις κατασκευές των υπολογιστών, αλλά και σε όλες τις εφαρμοσμένες επιστήμες. Χημεία, Βιολογία, Ιατρική, Περιβαλλοντική προστασία, Τεχνολογία του διαστήματος κ.α.και τα συναντάμε ήδη σε εκατοντάδες εφαρμογές και καταναλωτικά προϊόντα, από τις οδοντόπαστες έως τις μπαταρίες, τις βαφές και τα ενδύματα.
Χαρακτηριστικά , σε δημοσίευμα της εφημερίδας Μακεδονία στις 7-9-2007 , οι ερευνητές του εργαστηρίου στο τμήμα Φυσικής του ΑΠΘ, Αργύρης Λασκαράκης (ερευνητές του Εργαστηρίου Νανοτεχνολογίας και Νανοϋλικών) αναφέρεται σε νανοϋλικά, τα οποία στην εξωτερική τους μορφή μοιάζουν με μια μεμβράνη από πλαστικό, είναι εύκαμπτα, αποκτούν όποιες ιδιότητες θέλουμε και πιάνουν ελάχιστο χώρο.
Και συνεχίζοντας αναφέρει τα δυο βασικά τους πλεονεκτήματα ότι θα έχουμε εξοικονομήσει πρώτες ύλες, επειδή τα προϊόντα θα είναι όλο και μικρότερης κλίμακας, και θα έχουμε εξοικονομήσει ενέργεια, επειδή το κόστος λειτουργίας τους θα κατέβει σημαντικά.
Τι είναι τα «νανοϋλικά»; Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή διανοίγει νέες προοπτικές χάρη σε κοινό ορισμό (Ευρωπαϊκή Επιτροπή – Δελτίο Τύπου)
Το 2009 εκδίδεται από το Ευρωπαϊκό Κοινοβούλιο ενιαίος ορισμός που θα μπορεί να εφαρμοστεί ευρύτερα στο σύνολο της ενωσιακής νομοθεσίας που αφορά τα νανοϋλικά.
Ο ορισμός που εγκρίθηκε σήμερα βασίζεται σε προσέγγιση που εξετάζει το μέγεθος των συστατικών σωματιδίων ενός υλικού και όχι τον κίνδυνο ή την επικινδυνότητα. Το νανοϋλικό ορίζεται ως «φυσικό, περιστασιακό ή μεταποιημένο υλικό που περιέχει σωματίδια, σε μη δεσμευμένη μορφή ή ως σύμπυγμα ή συσσωμάτωμα και του οποίου ποσοστό τουλάχιστον 50% των σωματιδίων στην αριθμητική κατανομή μεγέθους έχει μία ή περισσότερες εξωτερικές διαστάσεις σε κλίμακα μεγέθους 1 nm – 100 nm.»
Τελικά τα νανοϋλικά είναι χημικές ουσίες ή υλικά που παρασκευάζονται και χρησιμοποιούνται σε πολύ μικρή κλίμακα. Το μέγεθός τους κυμαίνεται μεταξύ 1 και 100 nm περίπου κατά τη μία τουλάχιστον διάσταση.
Τα νανοϋλικά έχουν ιδιαίτερα και πιο έκδηλα χαρακτηριστικά σε σύγκριση με το ίδιο υλικό όταν αυτό δεν έχει γνωρίσματα νανοκλίμακας. Κατά συνέπεια, οι φυσικοχημικές ιδιότητες των νανοϋλικών ενδέχεται να διαφέρουν από τις ιδιότητες της χύδην ουσίας ή των σωματιδίων μεγαλύτερου μεγέθους.
Η χρήση των νανοϋλικών παρέχει σαφείς πρακτικές και εμπορικές προοπτικές, αλλά η ταχεία αύξηση της χρήσης τους εγείρει ερωτήματα σχετικά με τις πιθανές επιπτώσεις τους στην υγεία και το περιβάλλον. Επιβάλλεται η επαρκής αξιολόγηση και διαχείριση των δυνητικών κινδύνων από αυτές τις νέες μορφές υλικών.
, 
μονοδιάστατα , διδιάστατα<100 nm: νανοσωλήνες, fibers, nanowires κλπ,τριδιάστατα - <100 nm: νανοσωματίδια, quantum dots, κλπ.
Ως βάση για την ανάπτυξη νανουλικών θεωρείται κυρίως η διαδικασία και οι μηχανισμοί της εναπόθεσης των ατόμων ή μορίων από την αέρια φάση στην επιφάνεια ενός στερεού υλικού.
Είναι πεδίο με ραγδαία ανάπτυξη και με ποικίλες εφαρμογές
Ενδεικτικές εφαρμογές των νανουλικών και της νανοτεχνολογίας είναι:
1.
Νανοσωλήνες άνθρακα είναι ομόκεντροι κύλινδροι γραφίτη, κλειστοί σε κάθε άκρο με πενταμελείς δακτυλίους και ανακαλυφθήκαν το 1991 από τον Sumio Iijima με πολυάριθμες θεωρητικές εφαρμογές.
οι κυριότερες πιθανές χρήσεις τους στο άμεσο μέλλον (στην προσεχή 20ετία):
Τρανζίστορς, αντικατάσταση του πυριτίου, δίοδοι, νανοπυκνωτές, Κβαντικοί υπολογιστές,Επίπεδες οργανικές οθόνες,Βαφή εκτροπής της ακτινοβολίας ραντάρ, Ενίσχυση σήματος σε κινητά τηλέφωνα (και όχι μόνο), Αντικατάσταση οπτικών ινών (αργότερα), ηλεκτρικών καλωδίων, Νανοαισθητήρες εξαιρετικής ευαισθησίας, Ενίσχυση υλικών: ισχυρότερα κράματα και πολυμερή, σε οχήματα (διαστημόπλοια, αεροπλάνα, αυτοκίνητα), σε αλεξίσφαιρα, εργαλεία, κ.ά.,Διαστημικός ανελκυστήρας, Κυψέλες αποθήκευσης υπερσυμπυκνωμένου, υδρογόνου, Τεχνητοί μύες
2.
Πολυλειτουργικά Δενδριμερικά και Υπερδιακλαδισμένα Πολυμερή (μεταφέρουν)
ως Φορείς Φαρμάκων και Γονιδιακού Υλικού
Νανουλικά οργανωμένης υπερμοριακής δομής ιδιαίτερα λιποσωμάτων και δενδριτικών πολυμερών χρήση τους ως φορέων συμβατικών φαρμάκων και γονιδιακού υλικού μέσω του σχηματισμού συμπλόκων του DNA με θετικά φορτισμένα δενδριτικά πολυμερή
Πιο απλά μεταφέρουν λόγω της χημικής τους δομής φαρμακευτικές και άλλες ουσίες ,μέσα στο κύτταρο, ή σε συγκεκριμένες θέσεις
3.
Δενδριτικά Πολυμερή (δεσμεύουν, εγκλωβίζουν)
Που χρησιμοποιούνται σαν φίλτρα για την Παραγωγή Υπερκαθαρού Νερού
Κατάλληλα τροποποιημένα και συγκεκριμένα λιπόφιλα δενδριτικά πολυμερή έχουν την ιδιότητα "νανοσπόγγων", στις κοιλότητες των οποίων μπορουν να εγκλειστούν λιπόφιλες ουσίες
Η χρήση τους για την απομάκρυνση ρύπων από το νερό για την παραγωγή υπερ-καθαρού νερού.
4.
Ενδριτικά πολυμερή (καλούπια , κατασκευάζουν νανουλικά)
έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί ως βιομιμητικές μήτρες (templates) για τον σχηματισμό νανοσωματιδίων
σε επεξεργασία
Εφαρμογες σε πειραματικό στάδιο στην διέγερση εγκεφαλικών κυττάρων που δεν λειτουργούσαν για κάποιους λόγους με ΄τεχνική διέγερσή τους με την χρήση νανοηλεκτροδίων και νανομπαταριών . Λόγω του μικρού τους μεγάθους 1000 φορές μικρότερα από τα ερυθρά αιμοσφαίρια, τα νανουλκά μπορούν να κυκλοφορούν με ευκολία μέσα στον ανθρώπινο οργανισμό χωρίς να προκαλούν παρενέργειες (όπως αιμοραγίες) όπως τα συμβατικά ηλεκτρόδια
Η ερευνητική δουλειά του καθηγητή Νίκου Χατζηχρηστίδη στα Πολυμερή , με τη βοήθεια συνεργατών και μεταπτυχιακών φοιτητών του Χημικού Τμήματος του Πανεπιστημίου Αθηνών, εστιάζεται κυρίως στη σύνθεση προτύπων (βιο)πολυμερικών υλικών με καθορισμένη δομή (αστροειδή, κυκλική, κτενοειδή, δενδριτική, κλπ) και στη μελέτη της επίδρασης της αρχιτεκτονικής στις ιδιότητες των πολυμερών. Απώτερος στόχος είναι η σύνθεση πολυμερικών υλικών με προκαθορισμένες ιδιότητες και οι εφαρμογές τους σε τεχνολογίες αιχμής. (Λειτουργικά Νανο-υλικά Οργανωμένης Δομής)
Τα τρόφιμα και οι ζωοτροφές είναι δυνατόν να περιέχουν συστατικά με εσωτερικές δομές που μεμονωμένα μπορούν να καταταγούν στην νανοκλίμακα (π.χ. λιποσώματα, μικκύλια ή κρύσταλλοι
Για παράδειγμα, τα αντηλιακά προϊόντα μπορεί να χρησιμοποιούν ουσίες οι οποίες σε νανο-μέγεθος κάνουν το αντηλιακό διαφανές, αλλά εξακολουθούν να μπλοκάρουν τις ακτίνες UV.
• Επεξεργασία τροφίμων: χρησιμοποιούνται νανοκάψουλες για τη χορήγηση ενισχυτικών του αρώματος, για τη βελτίωση της βιοδιαθεσιμότητας συστατικών, για τη διάχυση φυτοστεροειδών σε αντικατάσταση της χοληστερόλης του κρέατος, για βελτίωση του ιξώδους και ως ζελατινοποιητικοί παράγοντες. Νανοσωματίδια χρησιμοποιούνται για την επιλεκτική σύνδεση και απομάκρυνση χημικών ή παθογόνων παραγόντων από τα τρόφιμα και νανογαλακτώματα για την καλύτερη διάθεση και διασπορά των θρεπτικών συστατικών. Συγκεκριμένα, για την ανίχνευση των παθογόνων μικροβίων στα τρόφιμα (π.χ. E. coli και Listeria), τοποθετούνται σε νανοσωματίδια δείγματα DNA τα οποία όταν έρχονται σε επαφή με το DNA της E. coli ή της Listeria, παράγεται φθορισμός οπότε και ανιχνεύεται ο παθογόνος παράγοντας. Άλλη μια εφαρμογή της νανοτεχνολογίας είναι η ενίσχυση του αρώματος των τροφίμων με ειδικά νανοσωματίδια τα οποία εμπεριέχουν χημικές ουσίες που θα απελευθερωθούν στο τρόφιμο, προσδίδοντας άρωμα ή συντηρητικές ουσίες που θα επιμηκύνουν τη διάρκεια ζωής του, όπως στο λάδι με ωμέγα-3 λιπαρά ή σε ποτά και αναψυκτικά. Οι νανοκάψουλες μπορεί να απελευθερώσουν στο νέο περιβάλλον όπου θα φθάσουν (π.χ. πεπτικό σύστημα) θρεπτικές ή φαρμακευτικές ουσίες επιτρέποντας την άμεση και πιο αποτελεσματική δράση τους.
• Συσκευασία τροφίμων: η εφαρμογή της νανοτεχνολογίας στη συσκευασία των τροφίμων αποτελεί μια ακόμα σημαντική εξέλιξη που έχει σκοπό τον έλεγχο και την προστασία του τροφίμων. Χρησιμοποιούνται νανοαισθητήρες για τον έλεγχο θερμοκρασίας, υγρασίας και χρόνου, νανοστιβάδες ως υλικά φραγμού για την παρεμπόδιση της καταστροφής και απορρόφησης του οξυγόνου, νανοστιβάδες ελαφρότερες, σκληρότερες και θερμοανθεκτικές, ηλεκτροχημικοί νανοαισθητήρες για την ανίχνευση του αιθυλενίου καθώς και αντιμικροβιακές και αντιμυκητιακές επικαλύψεις επιφανειών με νανοσωματίδια από ασήμι, μαγνήσιο, ψευδάργυρο. Είναι η ονομαζόμενη “ηλεκτρονική γλώσσα”, ένας νέος τύπος συσκευασίας με ενσωματωμένους ειδικούς νανοαισθητήρες, οι οποίοι ανιχνεύουν τους παθογόνους μικροοργανισμούς ή τις χημικές ουσίες που παράγονται καθώς το τρόφιμο αλλοιώνεται με αποτέλεσμα να παράγεται φθορισμός, χρώμα ή ακόμα να απελευθερώνονται συντηρητικές ουσίες (release on command). Οι μεγάλες βιομηχανίες τροφίμων ήδη έχουν αρχίσει την ενημέρωση του κοινού για τις έξυπνες συσκευασίες (smart packaging), τα κατ' απαίτηση συντηρητικά (on demand preservatives) και τα διαδραστικά τρόφιμα (interactive food) με τα οποία οι καταναλωτές θα έχουν τη δυνατότητα να τα τροποποιούν ανάλογα με τις ανάγκες τους ή τις γευστικές τους προτιμήσεις.
5. Ποια είναι τα πιθανά οφέλη από τη χρήση νανοτεχνολογιών στα τρόφιμα ή στην παραγωγή τροφίμων;
Οι νανοτεχνολογίες μπορεί να είναι σε θέση να διασφαλίσουν την καλύτερη προστασία και την παρακολούθηση της φρεσκάδας των τροφίμων, την επέκταση της διάρκειας ζωής των τροφίμων ή τη βελτίωση της γεύσης. Υπάρχουν επίσης εφαρμογές που στοχεύουν να μειώσουν το βάρος της συσκευασίας και των περιβαλλοντικών επιπτώσεων.
Διαδικτυακή Πύλη του Ε.Φ.Ε.Τ. - Efet
ΠΗΓΕΣ:
el.wikipedia.org/wiki/Νανοσωλήνας_άνθρακα
Νανοϋλικά - ECHA (Europian chemicals adgency)
Λειτουργικά Νανο-υλικά Οργανωμένης Δομής ipc.chem.demokritos.gr plhroforikh-vioiatrikhtechnologia.blogspot
ΣΥΝΘΕΣΗ ΠΟΛΥΜΕΡΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΜΕ ΠΡΟΚΑΘΟΡΙΣΜΕΝΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ excellence.minedu.gov.gr/listing/111-polymers
μορια μεθανίου μέσα σε νανοσωλήνες άνθρακαΜοριακά αποτυπωμένα πολυμερή
biotecheminano.blogspo...