Nanotehnološki postupci ili tehnologije izvode se u rasponu od jednog do stotinu nanometara (milioniti deo milimetra) i podrazumevaju baratanje pojedinačnim molekulima i atomima, a obuhvataju elektroniku, računarstvo, medicinu, kozmetiku, vojsku, hranu, energiju – svaku stazu ljudskog života. Krajem 2020. godine, proizvodi iz ove Liliputanije nedostupne našem oku vredeće hiljadu milijardi dolara!
Ako su proroci nanotehnologije u pravu, robote koji će krstariti odbližnjim i dalekim planetama držaćemo na vrhu prsta. Spisku dodajte, bez imalo dvoumljenja, kosmonautsku odeću koja sama isceljuje nosioca, svemirske liftove i sijaset zadivljujućih pametnih spravica koje Alisa nije ni videla u zemlji čuda.
Na grčkom "nano" znači kepec ili patuljak, a u metričkom sistemu označava milijarditi deo metra ili -milioniti deo milimetra. U poređenju s ljudskom vlasi, to je pedesetohiljaditi delić. Uobičajen kancelarijski papir debeo je čak 100.000 nanometara!
Roboti-bubice na Marsu
Kozmetička industrija već ubacuje nanočestice u losione, kreme i šampone; cink u tom vidu, na primer, sastavni je deo kreme za zaštitu od sunca. Te čestice upijaju opasne ultraljubičaste zrake, a losione čine providnim i glatkim.
Pojedine vrste naočara se prevlače titanijumovim nanočesticama, a s prozora sa sličnim premazima prljavština se sama skida čim ih ogreje sunce.
Utkane u odeću, one je čine odbojnom za svakojake mrlje: ako se kojim slučajem nešto prospe na tkaninu, lako se obriše. Čarape sa srebrnim nanočesticama pružaju protivmikrobnu zaštitu i tako predupređuju pojavu smrada i svraba.
Najdoslednije sprovedeno u mikroelektronici (Small iz beautiful), tehnološko umanjivanje donosi mnoga preimućstva i neočekivana iznenađenja. Zamislite mašinice veličine obične bubice koje jurcaju preko stena i po šljunku nu Marsu, čeprkajući za uzorcima minerala ili tragajući za vodom, umesto sadašnjih automatskih lutalica "Duh" i "Prilika". Stotine i hiljade takvih napravica staće u isti prtljažnik u kojem su poslati pomenuti, kao sto veliki roveri.
Kolika li će tek prostranstva pretrčati i preorati ti maleni "metalni insekti", za koje pojedini zlobnici kažu da će se spotaći o prvu bakteriju na koju naiđu?!
Nanotehnološki izazov je kudikamo više od običnog smanjivanja predmeta. Nešto sasvim novo izrasta pred našim očima - naučnici promišljeno sklapaju stvari od pojedinačnih molekula i atoma, a to se u stručnom smislu naziva nanotehnologija.
Nedavno su vodeći svetski stručnjaci sastavili spisak deset područja u kojima će se nanotehnološki izumi najviše koristiti:
1. Skladištenje, proizvodnja i pretvaranje energije
2. Unapređenje poljoprivredne produktivnosti
3. Prerada i preč4. išć5. avanje vode
6. Otkrivanje i ispitivanje bolesti
7. Leč8. enje ljudi
9. Obrada i č10. uvanje hrane
11. Preč12. išć13. avanje zagađenog vazduha
14. Gradnja i izgradnja
15. Zdravstveni nadzor
10. Otkrivanje i uništavanje štetočina
Nanostrukturisani materijali poslužiće, na primer, za novu generaciju solarnih ćelija i vodonikovih gorivnih ćelija. U drugom slučaju omogućiće da se vodonik, čisto gorivo, pouzdano uskladišti.
U poboljšanju plodnosti zemljišta i porastu prinosa već su postignuti rezultati koji obećavaju: nanosenzori nadziru zdravlje životinja i useva, a magnetske nanočestice uklanjaju zagađivače iz zemljišta. Laboratorija na čipu olakšava proveru zdravstvenog stanja jednostavnim pregledom kapi krvi na plastičnoj pločici koja nije veća od metalnog novčića.
Šestina svetskog stanovništva nema pristup čistoj vodi, zbog čega godišnje umre oko dva miliona dece. Nanomembranama i nanoglinama, koje su jeftine i prenosive, ona se bez po muke prečišćava od soli, bakterija, otrova i virusa. Uveliko su osmišljeni prečistači od nanocevčica kojima se kakvoća vode vidno poboljšava.
Sklapanje atom po atom
Izvanredan dokaz novih svojstava su, međutim, naveliko hvaljene ugljenikove nanocevčice (nanotube). Ugljenik se u prirodi, najčešće, pojavljuje u dva vida: kao grafit, crna i mekana materija od koje se pravi srce (pisaljka) za olovke, i veoma čvrst dijamant. Iako na prvi pogled ogromna, jedina stvarna razlika između dva ugljenikova potomka ogleda se u rasporedu atoma.
Međutim, kad istraživači te ugljenikove atome poređaju u obliku šare na pilećim nogama (okca) i još ih urolaju u sićušne cevčice, koje popreko nemaju više od deset atoma, eto materijala s neobičnim svojstvima. Nanocevčice su:
- Sto puta izdržljivije (vučna sila) od čelika, premda dostižu jedva šestinu njegove težine;
- Čak 40 puta jače od ugljenikovih vlakana;
- U zavisnosti od rasporeda atoma, ponašaju se i kao provodnici i kao poluprovodnici (slično računarskim čipovima);
- Izvrsno sprovode toplotu.
Mnoštvo današnjih istraživanja u svetu usresređeno je, svakako, na nanocevčice. Već je predloženo na desetine svakojakih primena: za veoma čvrste a lagane kablove u svemirskim liftovima, za molekularne žičice u nanoelektronskim uređajima, mikroprocesore iz kojih će odvoditi suvišnu toplotu, za majušne šipke i zupčanike u nanomašinama i da ne nabrajamo više.
U čuvenom istraživačkom centru Ejms, u sastavu NASA, uveliko proučavaju kako će se nanotehnološke spravice i napravice koristiti u ljudskom organizmu za razvrstavanje (sekvenciranje) DNK, za ultramoćne računare i za malecne senzore koji će prepoznavati hemijska jedinjenja, čak i ćelije raka. Maleni hemijski javljač staviće dogodine na vrh mornaričke rakete i poslati je u svemir da otkriva kojih i koliko otrovnih gasova ima oko naše planete. On je toliko osetljiv da uočava nekoliko takvih u milijardi čestica!
Koliko zadivljavaju načini upotrebe nagovešteni za sledećih nekoliko godina, gotovo su zapanjujući ako se posmatraju u razdoblju od nekoliko decenija. Već su najavljene mikroskopske molekularne mašine za svemirska istraživanja koje će se, u narednih deset do četrdeset godina, sklapati po želji - atom po atom.
Nanhetn program
Buduće nanofabrike izrađivaće delove s atomskom preciznošću, jer će svaki staviti tamo gde mu je mesto. Ne samo da će biti izuzetno čvrsti, nego će imati savršen oblik - ni jedan jedini atom neće štrčati. Takve površine, besprekorno glatke, neće morati da se glačaju, niti podmazuju; neće trpeti ni habanje, ni pucanje.
Možete li zamisliti išta pouzdanije u zaštiti života kosmonauta?
Po ugledu na poduhvat "Menhetn" iz Drugog svetskog rata, u kojem je napravljena i isprobana atomska bomba, Amerikanci su novi tehnološki skok nazvali "Nanhetn program" i tako najavili proizvodnju u nanometarskim razmerama. Nadahnuće se nalazi i u biološkim organizmima i organima. Namesto da izmišljaju, naučnici oponašaju: DNK molekule, proteine, enzime itd.
Vajani milionima godina u toku evolucije, ti biološki molekuli su veoma prilagođeni baratanju materijom na nanometarskoj skali: biljka objedinjuje vazduh, vodu i zemljište i stvara jagodin sok, a čovekovo telo uveče pojeden krompir ujutru pretvori u nova crvena krvna zrnca. Stotine specijalizovanih enzima i proteina učestvuju u tom podvigu prirode, a u DNK se čuva lozinka za svaki pojedinačni zadatak.
Zašto, dakle, nanovo izmišljati točak?
Priroda je u svakom živom organizmu pokazala i dokazala da su nanotehnološki zahvati izvodljivi - valja ih samo pažljivo izučiti i oponašati. I ne samo to: potrebno je otići korak dalje.
Pokušajte da dočarate sebi sliku paukove mreže od nanocevčica tankih kao ljudska vlas, ispunjenih osetljivim biološkim nanosenzorima, rasprostrte preko velikih prostranstava da biste odgonetnuli čega sve ima na nekoj dalekoj planeti. Sledeći izazov je "druga koža" za kosmonaute, koja se nosi ispod skafandra, i smesta zatvara i najmanju poru ukoliko se pojača zračenje ili načini rupa.
Mada su takvi poduhvati decenijama daleko i još nismo u stanju ni da ih zamislimo, prvi koraci za veliki nanotehnološki skok su načinjeni. Zar i sam život nije, na neki način, potvrda toga?
Srebrna zaštita
Nanočestice srebra se očekuju kao spas u suprostavljanju zarazama, naročito u bolnicama. Polovina bolničkih infekcija povezana je s kateterima i ostalim medicinskim uređajima koji prolaze kroz kožu. Na površini se, po pravilu, nataloži tanak sloj mikroba, nazvan biofilm, odakle se oni raznose po telu.
Još su stari Grci i Rimljani znali da srebro sprečava zarazu. U sićušnim količinama, neškodljivim za čoveka, ovaj metal je otrovan za sve vrste klica, čak i one koje su se u međuvremenu preobratile.
Najnovijim tehnološkim postupkom se medicinska oprema premazuje veoma tankim nanosom srebrnih čestica, debljine od dva do 20 nanometara, i on prianja podjednako dobro i uz staklo i uz čelik, a zaštita traje otprilike 150 do 200 dana.
Nanozalistak
Ovih dana je načinjen prvi nanozalistak: molekularna mašinica koja se otvara i zatvara kao slavina kad god to poželite. Od brojnih primena, izdvaja se unošenje leka na tačno određeno mesto, čak do pojedinačne obolele ćelije.
Zalistak se sastoji od molekula rotaksana koji se prebacuje napred ili nazad, u zavisnosti od hemijske sredine, a njegov zadatak je da otvara ili zatvara neku rupicu. Nanozalisci su, inače, znatno sitniji od živih ćelija.
Džinovsko zrnce
U poređenju s ugljenikovim nanocevčicama, čiji zid može biti tanak (debeo) 1,1 nanometar, crvena krvna zrnca su istinski džinovi - 5.000 nanometara u prečniku. Kada biste "nanoslamčicu" uvećali do 0,33 metra u prečniku, crveno krvno zrnce bi u istoj srazmeri izgledalo kao planina od 1.500 metara, a novčić od jednog centa bi dosegao 5.000 kilometara u visinu!
Stanislav Ostrovski