Ciekawy świat nanocząstek

Nanocząsteczką powszechnie określa się strukturę mającą od 1 do 100 nanometrów, choć niekiedy do tej grupy dodatkowo zalicza się wytwory o średnicy nawet do 250 jednostek. Są niewidoczne dla oka, ale z uwagi na swoje mikroskopijne wymiary wykazują szereg cech chemicznych i fizycznych, nieosiągalnych dla materiałów tradycyjnych. Szerzej o nanomateriałach zaczęto mówić w przestrzeni publicznej dopiero w latach 90. XX w., jednak takowe struktury tym terminem już dużo wcześniej określił Norio Taniguchi, który w 1974 r. demonstrował możliwości inżynierii materiałowej na poziomie atomowym. Szansy nanomateriałów jako swego rodzaju rewolucji na rynku zaczęto upatrywać za sprawą ich dużego pola powierzchni właściwej, skłonności do aglomeracji, twardości, wysokiej wytrzymałością na rozciąganie oraz rozmaitości składu. Podział nanomateriałów można różnicować ze względu na ich źródło pochodzenia. I tak wyróżniamy nanocząstki naturalne pochodzące z procesów termicznych, typu pożar lasu bądź wybuch wulkanu, albo antropogeniczne, będące efektem ubocznym działalności człowieka.

Zakres wykorzystania tych maleńkich struktur jest bardzo szeroki. Na nanomateriałach częściowo bazuje przemysł motoryzacyjno-wulkanizacyjny, gdzie stosuje się je w charakterze wypełniaczy do opon samochodowych. Z kolei w obrazowaniu biologicznym nanocząsteczki służą jako markery zakodowane pod postacią mikrogramowych ilości fluorescencyjnych kropek kwantowych. Lotnictwo korzysta z nich w zakresie morfingu skrzydeł samolotów, natomiast w ochronie środowiska pełnią funkcje kluczowe bądź pomocowe – występują w charakterze wektorów z tlenku cynku w elastycznych ogniwach słonecznych. Również filtry przeciwsłoneczne w kosmetykach są oparte na nanomateriałach. W tym przypadku chodzi głównie o tlenek tytanu, który umożliwia prowadzenie wydajniejszej ochrony przed promieniowaniem UV. Szerokim polem dla zastosowania kompozytów w wersji nano jest również medycyna.

Nanomateriały a zdrowie

Niestety nanomateriały to grupa produktów mogących stanowić tzw. miecz obosieczny. Choć struktury mają wysoki wskaźnik utylitarności, problemem okazuje się ich ewentualny wpływ na zdrowie. To właśnie argument z tej dziedziny często podnoszą przeciwnicy masowego wdrażania nanomateriałów w środowiskach pracy. Europejska Agencja Bezpieczeństwa i Zdrowia w Pracy nanotechnologie potraktowała jako jedno z największych współczesnych zagrożeń zdrowia pracowników. Warto zaznaczyć, że na ich możliwy negatywny wpływ na organizm nie są narażeni wyłącznie ludzie pracujący przy produkcji tego rodzaju kompozytów, lecz wszyscy korzystający z produktów stworzonych z nanomateriałów. W grę wchodzi również częstokroć dość liberalne podejście do ochrony przed „nanoniebezpieczeństwem”. To temat, który w ostatnich latach budzi coraz większe poruszenie wśród społeczeństwa. Choć nie ma wyników szczegółowo objaśniających negatywny wpływ takich produktów na ludzki organizm, pierwsze rezultaty badań laboratoryjnych wskazują, iż mikroskopijne cząsteczki, po skumulowaniu się w organach wewnętrznych, mogą sukcesywnie prowadzić do degradacji narządów na poziomie komórkowym. Zbyt obszerne penetrowanie organizmu przez nanocząsteczki skutkuje obniżeniem odporności na drodze leukopenii bądź zaburzeniami pracy serca.

Mimo wszystko zakres wykorzystania materiałów w medycynie, podobnie jak w innych sektorach, ciągle się poszerza. Przykładem jest implantologia. Kompozyty w wersji nano dzięki niewykazywaniu reaktywności z ludzkim organizmem mogą rozwiązać problem braku solidnego przylegania implantu do powierzchni tkankowej. Nanomateriały dobrze sprawdzą się też w ortopedii. W tym przypadku mogą posłużyć jako elementy uzupełniające ubytki kostne powstałe wskutek urazu. Do onkologii nanostruktury zaczęto wprowadzać za sprawą nanogeneratora skonstruowanego przez uczonych z USA. Urządzenie, bazując na przeciwciałach, rozpoznaje komórki nowotworowe, a następnie, korzystając z nanostruktury, w chory obszar aplikuje chemioterapeutyk. Dzięki temu dawka medykamentu trafia w źródło problemu, a negatywne oddziaływanie preparatu leczniczego zostaje ograniczone do minimum. Taka forma terapii wysoką skuteczność wykazuje nawet w odniesieniu do glejaka wielopostaciowego, który jest bardzo trudny w leczeniu.

Popularne w kosmetologii i branży spożywczej

Z nanomateriałów korzysta się także w kosmetologii, gdzie największą uwagę przyciągają: nanosrebro, nanotlenek cynku oraz nanoditlenek tytanu. Dzięki niewielkiemu rozmiarowi cząstki mają lepszy kontakt z warstwą rogową skóry, co prowadzi do wzrostu liczby składników związanych aktywnie, czyli takich, które są w stanie przeniknąć głębiej. Swego czasu w nanotechnologii dużą popularnością cieszyło się wykorzystanie srebra jako pierwiastka aplikowanego do odkażania ran i dezynfekowania wody pitnej. Nanocząsteczkami wzbogacana jest też żywność. Głównie służą one do wzmocnienia zapachu bądź poprawy czy zintensyfikowania smaku produktów, np. soli kuchennej.

Czy stanowią dla nas zagrożenie? 

Toksyczność nanomateriałów dotyczy przede wszystkim jednego aspektu. Gdy wprost z krwiobiegu cząstki przenikają do komórek organizmu, wchodzą w interakcję ze strukturą, co wywołuje tzw. stres oksydacyjny. Powstają wolne rodniki wywołujące mutacje genetyczne, a w bardziej zaawansowanych przypadkach – nowotwory. Niekiedy proces przybiera dla komórek wymiar letalny – skutkuje ich śmiercią. Ryzyko, jakie mogą za sobą nieść nanomateriały, tkwi także w tym, iż z racji swej niewielkiej budowy mogą docierać do miejsc w ciele niedostępnych dla materiałów uważanych za tradycyjne i oddziaływać w nich w nie do końca poznany sposób. Z pewnością jednak potrzeba czasu, byśmy dobrze zbadali wszystkie kwestie związane z wpływem nanomateriałów na ludzkie ciało i organizm.