Šiandien atrodo, kad nanotechnologijos niekam neberūpi, o juk prieš kelerius metus apie jas tiek daug kalbėta. Tad kaip šiandien naudojamasi šios mokslo srities laimėjimais?

Prieš gerą dešimtmetį pasaulyje prasidėjo tikra nanotechnologijų aušra – mokslininkai daug kalbėjo apie fantastines ateities perspektyvas ir lengvai gaudavo finansavimą moksliniams tyrimams atlikti. Verslininkai trynė rankas, įsivaizduodami, kaip šios srities laimėjimus bus galima panaudoti komerciniams tikslams, o investuotojai lengva ranka duodavo pinigų bendrovėms, jei tik jų veikloje būdavo paminėtas žodelis „nano“.

Tačiau šiandien atrodo, kad visas susidomėjimas kažkur pradingęs, o apie nanotechnologijas retai ir beišgirsi. Tai nestebina, mat šioje srityje kol kas neįvyko ypač ryškių atradimų, nepadaugėjo ir technologijos panaudojimo galimybių. Laimei, viešoji nuomonė ir populiarumas turi mažai ką bendro su technologijų teikiama nauda, mat ne tokie ryškūs nanotechnologijų panaudojimo būdai vis dėlto po truputį žengia į mūsų kasdienybę.

Štai, pavyzdžiui, jau šiandien Lietuvoje už gan padorią kainą galima nusipirkti specialių priemonių, kuriomis padengus bet kokius paviršius namuose vėliau juos valyti reikės rečiau ir tai daryti bus daug lengviau. O gaminant kosmetiką biologinės kilmės sudedamosios dalys vis dažniau keičiamos nanodalelėmis.

Tad tikriausiai vertėtų išsiaiškinti, ką reiškia tas magiškas žodelis „nano“, kaip juo papuoštos technologijos keičia kasdienį gyvenimą ir ką šiandien mums pranašauja mokslas.

Ilga nanotechnologijų istorija

Nanotechnologijos tik skamba paslaptingai, o iš tikrųjų jas perprasti nesunku. Žodis „nano“, kilęs iš graikų kalbos, reiškia „mažas“, ir šis mokslas tyrinėja būdus, kaip bet kokią medžiagą susmulkinti į ypač mažas daleles ar struktūras – vadinamąsias nanodaleles. Jos itin mažos – vidutiniškai skersmuo gali siekti vos keliolika ar kelis nanometrus (vieną milimetrą sudaro milijonas nanometrų). Tarkim, žmogaus plaukas už nanodaleles didesnis beveik šimtą tūkstančių kartų – jas sudaro vos keli medžiagos atomai ar molekulės. Susmulkintos iki tokio dydžio gabalėlių, kai kurios medžiagos įgauna naujų savybių, kurios tikriausiai pradžiugintų ne vieną alchemiką: pavyzdžiui, varis tampa skaidrus, o auksas – tirpus.

Pirmą kartą apie tokias mažas struktūras 1959 m. prabilo žymus fizikas profesorius Richardas Feynmanas. Jis teigė, kad fizikos dėsniai nedraudžia kurti tokių mažų dalelių, kurių dydis prilygtų molekulės ar atomo dydžiui, ir kad ateityje mokslininkai sukurs tokius mažus robotus, galinčius gaminti pačius save. Ši idėja skambėjo lyg iš mokslinės fantastikos romano, ir iš tiesų 1964 m. žymus lenkų fantastas Stanislawas Lemas apie tokius robotus parašė romaną „Nenugalimasis“. Beje, nanorobotų, galinčių būti įšvirkštų į žmogaus kūną ir gydančių tik ligos pažeistas ląsteles, idėja nėra užgesusi – šią sritį tiria nanomedicinos mokslas.

Įdomu, kad šiai moderniai mokslo sričiai gali būti ir daugiau nei 2 tūkst. metų. „Nanotechnologijų pamatą padėjo senovės egiptiečiai, kurie išmoko gamindami stiklą į jį primaišyti labai susmulkintų aukso dalelių ir taip suteikti jam norimą atspalvį“, – aiškina habilituotas mokslų daktaras profesorius Steponas Ašmontas.

R.Feynmano idėja patraukė daugelį mokslininkų, tarp kurių žinomiausias Ericas Drexleris, – 1986 m. jis ir išpopuliarino nanotechnologijų terminą. Tačiau ryškesni žingsniai šiame moksle žengti tik tada, kai buvo išrastas atominės jėgos mikroskopas, fizikams leidęs savo akimis pamatyti atomus. Ir jau 1989 m. fizikas Donas Eigleris pademonstravo, ką gali nanotechnologijos, iš atskirų atomų sudėliodamas žodelį IBM.

1996 m. į šią sritį pradėjo investuoti JAV kosmoso tyrimų agentūra NASA, 1997-aisiais buvo įkurta pirmoji nanotechnologijomis užsiimanti bendrovė „Zyvex“, o 2000-aisiais prezidento Billo Clintono administracija skyrė pusę milijardo dolerių įvairiems nanotechnologijų projektams.

Vėliau kilęs investuotojų ir verslo atstovų susidomėjimas buvo toks didelis, kad 2005 m. net prabilta apie besiformuojantį nanotechnologijų burbulą. Timas Harperis, Didžiojoje Britanijoje veikiančios nanotechnologijų bendrovės „Cientifica“ vadovas, šiandien skaičiuoja, kad per tą laikotarpį nereikšmingiems eksperimentams iššvaistyta apie 300 mln. dolerių.

Šiandien tiek daug apie nanotechnologijas nėra kalbama ne tik dėl to, kad nepavyko atlikti ypač ryškių atradimų, bet ir dėl to, kad ši technologija gan stipriai susipynė su kitomis mokslo sritimis, pavyzdžiui, elektronika ar biomedicina. Štai šiandien naujausiuose procesoriuose, kurie montuojami kiekviename namų kompiuteryje, veikiantys tranzistoriai yra šiek tiek didesni nei 22 nanometrai. Tai labai svarbu – kuo mažesni tranzistoriai, tuo daugiau jų telpa procesoriuje ir tuo galingesnis jis tampa. Mokslinėse laboratorijose šiandien jau įmanoma silicyje „išraižyti“ net 16 nanometrų struktūras.

Kur šiandien galima rasti nanodalelių

Šiandien nanotechnologijos labiausiai padeda žmonėms tokioje paprastoje ir buitiškoje srityje, kaip švaros palaikymas. Nanodalelėmis padengtas paviršius turi daugybę smulkių iškilumų, kurie yra daug mažesni už vandens molekulę, todėl vanduo ant tokio paviršiaus neužsilaiko ir tiesiog nuteka juo, kartu nusinešdamas ir bet kokius nešvarumus. Šiuo principu „veikia“ ir lotoso lapai – vandens lašeliai jais teka lyg stiklo karoliukai.

Šiandien jau gaminamos tokios nanodangos, skirtos įvairiems paviršiams: užpurškus tokios medžiagos ant vonios ar veidrodžio, kalkės ir nešvarumai paprasčiausiai negalės užsilaikyti ant paviršiaus, tad jo nereikės valyti ir naudoti jokių chemikalų. Tačiau tai tik laikina priemonė, todėl inžinieriai ir mokslininkai dirba ties naujomis gamybos technologijomis, kurios padėtų kuo pigiau ir paprasčiau išraižyti bet kokį paviršių tokiais nanonelygumais. Įsivaizduokime miestą, kuriame niekada nereikia plauti gatvių šviestuvų, dangoraižių stiklų, o vairuotojams nereikia rūpintis savo automobilio švara.

Kita pramonės sritis, kurioje nanotechnologijos šiandien naudojamos ypač intensyviai, yra kosmetikos gamyba. Pavyzdžiui, į kremus nuo saulės dažniausiai dedama iki nanodalelių susmulkinto cinko oksido arba titano dioksido – šios medžiagos labai gerai sugeria ultravioletinę spinduliuotę. Kitos nanomedžiagos naudojamos norimam kosmetikos atspalviui išgauti, be to, mažos dalelės geriau įsigeria į odą, todėl pagerėjo kremų efektyvumas.

Kosmetikos pramonė išties mato perspektyvų nanotechnologijų srityje. Pavyzdžiui, kosmetikos gamintoja „L’Oreal“ šiandien yra investavusi daugiau nei 600 mln. dolerių į tyrimus, susijusius su nanotechnologijomis. Tiesa, vis dar pasigirsta mokslininkų abejonių dėl nanodalelių saugumo kosmetikoje – juk jos gali gan giliai įsiskverbti į žmogaus kūną.

Kosmetikos gamintojai svarsto dar vieną nanotechnologijų panaudojimo būdą – ženklinti originalias pakuotes ypač smulkiais užrašais, kuriuos būtų galima pamatyti tik apšvietus tam tikra lazerio šviesa. „Toks „pirštų atspaudas“ padėtų kovoti su klestinčiu padirbinių verslu“, – aiškina šioje srityje dirbančios bendrovės „Nanocerox“ vadovas Michaelas Kelly.

Taip pat populiarėja tauriųjų metalų nanodalelių, pavyzdžiui, sidabro, kuris pasižymi puikiomis antibakterinėmis savybėmis, panaudojimas: jau gaminamos tokios dantų pastos, skalbimo milteliai bei geriamojo vandens filtrai.

Nanodalelės jau pradėtos intensyviai taikyti ir statybų sektoriuje. Dažniausiai į dažus dedamos įvairių cheminių medžiagų nanodalelės leidžia išgauti tikslesnį norimą atspalvį. Tarkim, chemijos bendrovė BASF per pastaruosius metus užpatentavo net 81 technologiją, susijusią su titano oksido nanodalelių naudojimu statybose. Pavyzdžiui, į cementą maišomos šios dalelės neleidžia sienoms patamsėti nuo oro užterštumo.

Į vieną medžiagą įmaišytos ypač mažos kitų medžiagų nanodalelės suteikia papildomų savybių, pavyzdžiui, bendrovė „InPore“ gamina tokį plastiką, kuris dėl nanostruktūrų yra tvirtesnis, lengvesnis ir mažiau degus. Šis principas pradėtas naudoti dar 1997 m., gaminant vėjo jėgainių sparnus. Mat juos nuolatos veikia ypač didelės perkrovos, tačiau gaminant juos iš tvirtesnių medžiagų, pavyzdžiui, metalo, gerokai padidėja svoris ir sumažėja tokios jėgainės naudingumo koeficientas.

Visi šie panaudojimo būdai neatrodo tokie žavūs, palyginti su prieš pusę amžiaus pranašautais nanorobotais, „taisančiais“ mūsų kūno organus ar gaminančiais įvairius daiktus. Tačiau mokslininkai neatideda į šalį net ir tokių drąsių nanotechnologijos panaudojimo planų.

Štai medicinoje labai intensyviai dirbama bandant atrasti būdą, kaip nanometrų dydžio kapsules su vaistais nukreipti tiksliai į ligos židinį, pavyzdžiui, į vėžinių ląstelių vidų. Taip būtų išvengta viso organizmo apnuodijimo stipriais medikamentais, be to, panašus principas padėtų tiksliau diagnozuoti šią ligą. Specialios nanodalelės pačios susirastų kūne vėžines ląsteles ir pažymėtų jas dažais, kurie, apšvietus lazerio šviesa, švytėtų.

Žinoma, yra ir drąsesnių projektų, ir jei jie pavyktų – mūsų gyvenimas pasikeistų iš esmės. Pavyzdžiui, bendrovė „Samsung“ pastaruoju metu skiria daug lėšų grafeno tyrimams – tai ypač plona, lanksti, bet kartu deimanto tvirtumu pasižyminti medžiaga. „Samsung“ planuoja iš jos gaminti lanksčius ekranus, tad netrukus galbūt galėsime atsisveikinti su įprastais išmaniaisiais telefonais – kišenėje tereikės nešiotis sulankstytą skaidrią tvirtą plėvelę, kurią išlankstę paversime ekranu.