Niektórzy twierdzą, że nanotechnologia, czyli inżynieria przekształcająca materię w skali milionowych części milimetra, może zrewolucjonizować świat bardziej niż wynalazek elektryczności. Budulcem wspomnianego auta, domów i windy będą materiały z dodatkiem nanorurek węglowych. Obiekty niewidoczne gołym okiem, dostrzegalne jedynie pod mikroskopem atomowym. Mierzące zaledwie nanometr, czyli jedną milionową część milimetra. To właśnie one, obok wielu imponujących własności, mają zdolność powrotu do poprzedniego kształtu.

Kamizelki z węgla

Prof. Elżbieta Zipper, fizyk teoretyk z Uniwersytetu Śląskiego, zajmuje się badaniem właściwości nanorurek od 5 lat. Podobne badania przeprowadza się w Polsce na uczelniach w Toruniu, Warszawie i Krakowie. – Dotąd, żeby uzyskać np. cienki drucik miedziany, trzeba było podgrzać kawałek miedzi i wyciągnąć z niego ten cieniutki drucik – tłumaczy. – Nanotechnolog uzyska taki drucik, łącząc pojedyncze atomy miedzi. Wszystko to ma rozmiary rzędu milionowych części milimetra. Jednym z takich układów o mikroskopijnych wielkościach są nanorurki węglowe, zbudowane z grafitu, tego samego co ostrze ołówka. Grafit – jedna z odmian węgla – składa się z wielu słabo związanych płaszczyzn, jednak atomy węgla wewnątrz nich są bardzo silnie połączone. Kiedy piszemy ołówkiem, jego poszczególne warstwy ścierają się, zostawiając ślad na papierze. Przypomina to obieranie cebuli.

– Kiedy podgrzejemy grafit do wysokiej temperatury, np. 500 stopni Celsjusza, to podczas chłodzenia tworzą się rureczki grafitowe, zwane nanorurkami węglowymi, oraz cząsteczki w kształcie piłki futbolowej, zwane fulerenami – opowiada prof. Zipper. – Tak powstałe nanorurki są sto razy wytrzymalsze niż stal i sześciokrotnie od niej lżejsze. Do ich przerwania trzeba użyć bardzo dużej siły, dlatego już dziś zaczyna się produkować z ich dodatkiem lekkie kamizelki kuloodporne.

Szybsze komputery

To nanorurki dały impuls rozwojowi nanotechnologii, bo dzięki odkryciu, jak powstają, naukowcy poznali metodę, za pomocą której można tworzyć małe układziki. Nanotechnologia chce z nanorurek budować między innymi mikroskopijne układy elektroniczne. Cenne nie tylko dlatego, że wykonywane z nich np. komputery ulegną miniaturyzacji, ale ze względu na inne ciekawe właściwości: wykonane z nich komputery nie będą wymagały intensywnego chłodzenia. Komputer zbudowany na nanoukładach będzie zapisywał informacje w układach nie kilkuset, jak teraz, ale kilku atomów.


Na jednym tak zwanym chipie, czyli jednostce jego pamięci, będzie można upakować więcej elementów elektronicznych. Prof. Zipper pracuje również teoretycznie nad „qubitami”, czyli kwantowymi bitami, niezbędnymi do konstrukcji przyszłościowych komputerów kwantowych, wielokrotnie szybszych i wydajniejszych niż obecne. – Dzięki nanotechnologii będzie można konstruować szybsze komputery klasyczne, a może również komputery kwantowe, wykonujące wszystkie operacje wielokrotnie szybciej – opowiada. – To, co komputer klasyczny musiałby robić kilka lat, kwantowy rozwiąże w kilka minut.

Futurystyczne inwazje

Produkty nanotechnologii już za niespełna 10 lat mają znaleźć zastosowanie w medycynie. W diagnostyce i terapii. Wciąż trwają intensywne badania w laboratoriach wielu krajów. W USA powstała Narodowa Inicjatywa Nanotechnologiczna, której zadaniem jest udoskonalenie metod wykrywania i leczenia chorób właśnie przy użyciu nanotechnologii. Dzięki temu konstruuje się miniaturowe urządzenia do wykrywania raka w bardzo wczesnym stadium, np. wtedy, gdy nowotwór składa się zaledwie z kilkunastu komórek.

Innym testowanym pomysłem jest wprowadzenie do nanoskorupki, wykonanej np. ze złota, leku antynowotworowego i wstrzyknięcie takiej cząsteczki bezpośrednio do guza. Następnie lekko podgrzewa się chorego za pomocą promieniowania podczerwonego, tak że skorupka złota pęka, uwalniając zawartość leku wprost do guza. To lepsze od chemioterapii, działającej na cały organizm pacjenta. Testuje się też doskonalsze implanty z dodatkiem nanorurek.

– Kiedy zostają pokryte pewnymi nanocząsteczkami, mocniej wiążą się z kością i są trwalsze – mówi prof. Zipper. – Na jednym z uniwersytetów amerykańskich buduje się nanorusztowania w kształcie drabinek. Kiedy wkłada się je do uszkodzonej kości, komórki kościotwórcze chętniej do nich przylegają, oplatają rusztowanie i w ten sposób szybciej odbudowuje się kość. Nanomateriałów potrzebuje też przemysł lotniczy i kosmiczny. Zbudowanie lżejszego samolotu czy statku kosmicznego otwierałoby nową erę w lotnictwie i w podboju kosmosu. Badacze dostrzegają też zagrożenia związane z nanotechnologią.

– Trudno przewidzieć, co się będzie działo w organizmie chorego z mikroskopijnymi, przypominającymi igiełki, nanorurkami – zastanawia się pani profesor. – Czy nie będą działać rakotwórczo, jak azbest? Pojawia się też inne niebezpieczeństwo. Do budowy nanoobiektów potrzebne będą nanoroboty, które mogą się samoreplikować i wymknąć spod kontroli konstruktorów. Ale na razie z tym problemem muszą sobie radzić twórcy filmów science fiction.



Gość Niedzielny 01/2007