Nanomatmenų dydžio metalai ir jų pritaikymas

Norint gerai suprasti nanomedžiagų reikšmę žmogui, reikia iki galo suprasti, kas jos yra. Taigi, nanomedžiagos – tai medžiagos, kurių matmenys yra tarp 1 ir 100 nm (10^-9 m) ir būtent šioje skalėje jos įgyja visai kitas savybes, pradedant reikštis kvantomechaniniams procesams. [1] Lyginant su žmogaus plauku, nanomedžiaga gali būti nuo 10000 iki 100000 kartų mažesnė. (1 pav)

Nanomedžiagos iš esmės naudojamos dėl kelių dalykų: visų pirma, turint daug mažų dalelių, gauname žymiai daugiau paviršiaus (tą nesunku apskaičiuoti matematiškai), daugiau pačių dalelių ir medžiagos įgyja visiškai kitokias savybes – pavyzdžiui, kitas optines, magnetines, elektrines ar mechanines savybes.

Kone plačiausias yra nanometalų panaudojimas. Šios medžiagos nanomatmenų skalėje įgija visai kitas optines, magnetines, elektrines ir kataizatorines savybes. Pavyzdžiui, jau nuo senovės naudojamas nanomatmenų auksas 10^-9 m skalėje tampa raudonas. [3] Šiame darbe bus kalbama apie kelių nanometalų pagrindines savybes ir panaudojimą, kuris yra itin platus ir apima daugybę sričių.

Kaip ir kitų nanomedžiagų, nanoaukso savybės skiriasi nuo įprasto ir mums pažįstamo aukso. Nanomatmenų dydžio aukso dalelių (mažesnių nei 100 nm) spalva yra ne auksinė, o gali būti ir raudonos, geltonos ar mėlynos spalvos. (2 pav.) Nano skalėje auksas ne tik pakeičia spalvą, tačiau ir tampa ypač geru katalizatoriumi ir yra jau nebe metalas, o puslaidininkis. Kadangi mažos dalelės tirpsta žymiai greičiau, iš Au nanodalelių gaminami nanomatmenų dydžio laidai, kurie kaitinami labai trumpai. [4]

Nanomatmenų dydžio auksas naudojamas jau nuo senovės: vitražai architektūros paminkluose yra raudoni būtent dėl aukso nanodalelių savybių. Manoma, kad ateityje nanoauksas bus naudojamas daugiausia medicinoje, ir dėl to atliekami įvairūs tyrimai aukso nanodalelėms tirti. Aukso dalelės gali pakeisti baltymų formą, ir tai būtų galima ateityje panaudoti gydant vėžį. Vėžio ląstelės yra panašios į įprastas ląsteles, tačiau turi ir skirtumų (pvz., jos yra labiau akytos), tad suformavus tinkamos formos baltymą būtų galima naikinti vėžio ląsteles nepadarant žalos nepažeistoms ląstelėms. Panašiu principu ketinama gydyti ir Parkinsono ar Alzheimerio sergančius pacientus. [6]

Taigi, aiškiai matoma, kad nanomatmenų dydžio aukso dalelių panaudojimas ir perspektyvos itin plačios. Vis dėlto, dar nėra iki galo ištirta, ar aukso nanodalelės yra toksiškos, kas visiškai sugriautų iliuzijas apie jų panaudojimą biomedicinoje. [7]

Nanosidabro (3 pav.) antibakterinės savybės žinomos jau maždaug 100 metų (nors anksčiau jis buvo žinomas kaip „koloidinis sidabras“). Šiuo metu jis naudojamas daugybėje kasdieninio vartojimo produktų, pavyzdžiui, kosmetikoje, dezinfekcijos priemonėse, valikliuose, antibakterinėse kojinėse bei apatiniuose drabužiuose. Nauji tyrimai, kuriuose nagrinėjamas nanosidabro panaudojimas nuotekų valymo įrenginiuose, parodė, kad daugiau kaip devyniasdešimt procentų sidabro lieka nutekamųjų valymo įrenginių dumble sidabro sulfido pavidalu, kuris yra ypatingai netirpus ir žymiai mažiau kenksmingas nei laisvi sidabro jonai. [8]

Nanosidabras yra itin atsparus mikrobams dėl savo antiseptinių savybių. Jis reaguoja su bakterijų išorine membrana, sukeldamas struktūrinius pokyčius kurie galiausiai sunaikina mikrobus. Šios nanodalelės taip pat turi ir priešuždegiminių savybių. Buvo ištirta, kad sidabro nanodalelės ženkliai pagreitina gijimo procesą, lyginant su kontrolės grupe. [9]

Kadangi nanodalelės yra ypač mažos, jos gali labai paprastai prasiskverbti į organus ir audinius. Vis dėlto, nanosidabro dalelių žala dar nėra ištirta. [10]

3.      Geležies nanodalelės

Nanogeležis pastaruoju metu pritraukia vis daugiau dėmesio dėl savo galimo panaudojimo prieš aplinkos taršos problemas. Geležies savybė oksiduotis ir mažas toksiškumas gali leisti ženkliai sumažinti taršą. Vis dėlto, ši technologija neleidžia iš aplinkos pašalinti jau ten esančių taršalų. [11]

Išoriniu lauku paveikus geležies oksido daleles, esančias tirpale, tirpalas pakeičia spalvą, kurios intensyvumas priklauso nuo lauko krypties ir stiprumo. Silicio dioksidu padengus geležies oksido lazdeles, dalelės tirpale suformuoja tiesiškai sujungtas sferas ir sudaro mažytes grandinėles arba nanolazdeles, kurios išlaiko savo formą. Išoriniu magnetiniu lauku paveikus tirpalą su nanolazdelėmis, jos išsirikiuoja lygiagrečiai viena kitai, kaip mažyčių žibintuvėlių rinkinys nukreiptas viena kryptimi. (4 pav.) Tirpalas pradeda ryškiai šviesti. Taigi iš esmės tai yra valdoma fotoninė medžiaga, kurios savybės gali būti keičiamos išorinio lauko kryptimi ir stiprumu. Tokia technologija gali būti pritaikoma gaminant didelės skiriamosios gebos struktūras, mažai energijos naudojančius monitorius. [12]

4.        Nanoplatina

Platinos nanodalelės yra ko ne plačiausiai naudojamos kaip katalizatorius dėl ženkliai padidėjusio paviršiaus. 10 nm dydžiuose, apie 20% platinos nanodalelių tiesiogiai reaguoja su aplinkinėmis medžiagomis. [13] Taip pat nanoplatina, panašiai kaip ir nanoauksas, gali būti naudojama vėžio gydyme. Kombinuotas kartu su hadronų terapija, šis gydymas stipriai pažeidžia vėžinės ląstelės DNR. (5 pav.)