Nanotechnologia to nauka o wytwarzaniu i wykorzystywaniu materiałów, urządzeń i systemów o nowych własnościach i funkcjach wynikających z ich małej struktury, w skali nano: 1 nanometr (1 miliardowa metra). Do cząstek „nano” można zaliczyć 10 atomów wodoru ułożonych jeden obok drugiego, atom tlenu, czy też małe wirusy.
Podobne artykuły
Zjeść bułkę z foliąBeacony w służbie handlu, również tego mniejszegoCzy AI stworzy lepszy smak niż pastry chef?Technologia ta oferuje rozwiązanie wielu bieżących problemów poprzez wykorzystanie mniejszych, lżejszych, szybszych i bardziej wydajnych materiałów. Oczekuje się również, że wniesie istotny wkład w proces rozwiązywania kwestii globalnych i w ten sposób przyczyni się do redukcji zużycia zasobów naturalnych oraz zmniejszenia emisji zanieczyszczeń*. Stąd jej dynamiczny rozwój wspierany jest przez Unię Europejską.
W medycynie, opakowaniach i żywności
Preparaty na bazie srebra najważniejsze, a zarazem najszersze zastosowanie znalazły w medycynie. Uważa się, że nanocząstki srebra są silnym antybiotykiem o szerokim spektrum działania, który potrafi znacznie zredukować symptomy i czas trwania każdej infekcji bakteryjnej. Dotychczas najpopularniejsza była sulfadiazyna srebra stosowana miejscowo w formie kremów, żeli i maści na oddziałach oparzeniowych jako środek zapobiegający infekcjom ran po oparzeniach, trudno gojących się ran pourazowych czy owrzodzeń cukrzycowych. Jedna z firm produkuje preparaty, które zamknięte w lipidowych pęcherzykach o średnicy 100 nm (zwanych liposomami) krążą znacznie dłużej w krwiobiegu, podejmując próby leczenia postaci mięsaka Kaposiego występującej w zaawansowanym stadium AIDS. Tlenek glinu w formie nanoskopowej stosowany jest jako paliwo rakietowe w postaci tzw. „metalizowanego żelu”.
Z badań przeprowadzonych przez współpracujących z Instytutem Chemii Przemysłowej naukowców z Politechniki Łódzkiej wynika, że dodatek 2% nanokrzemionki z nanosrebrem do materiału polimerowego pozwala uzyskać tworzywo, które zabija 96% bakterii gronkowca złocistego. Z kolei dodatek nanomiedzi powoduje, że kompozyt polimerowy wykazuje silne właściwości grzybobójcze. Podobną skuteczność osiągają nanocząsteczki srebra – w 95% niszczą bakterie Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Staphylococcus epidermidis i Pseudomonas aeruginosa, a prawie w 100% degradują grzyby Candida albicans i Aspergillus niger – czyli najczęściej występujące i najbardziej niebezpieczne dla zdrowia człowieka.
Nanokompozyty o takich właściwościach mogą zatem zrewolucjonizować wyposażenie piekarni, bowiem uzyskane tworzywo będzie można zastosować np. jako powłokę pokrywającą powierzchnię, urządzenia i maszyny wykorzystywane w produkcji. Wyeliminuje to konieczność stosowania środków bakteriobójczych. Zainteresowani wynalazkiem powinni być też producenci sprzętu AGD – nanonapełniacze mogą posłużyć do uszlachetnienia materiałów wykorzystywanych w produkcji sprzętu, np. wnętrze lodówki pokryte powłoką z nanokompozytu zapobiegnie rozwojowi pleśni i bakterii. Również producenci opakowań mogą skorzystać z tej innowacji. Niewielki dodatek nanokrzemionki sprawia, że folia do pakowania żywności wykazuje silne właściwości biobójcze, zatem pakowana w nią żywność może być znacznie dłużej przechowywana i pozostanie świeża.
Opakowania
Ważnym kierunkiem rozwoju i zastosowania nanotechnologii jest wykorzystanie ich do doskonalenia biodegradowalnych materiałów opakowaniowych. Istnieją także folie do żywności z wbudowanymi nanorurkami węglowymi, które posiadają właściwości antybakteryjne, zwłaszcza w stosunku do bakterii Escherichia coli.
Nanocząsteczki obecne w materiale opakowaniowym mogą wiązać i utrzymywać bioaktywne składniki żywności, takie jak: prebiotyki, probiotyki, witaminy czy flawonoidy. Umożliwia to przedłużanie ich trwałości, a stopniowe uwalnianie ich do produktu pozwala na utrzymanie jego wysokiej wartości biologicznej przez cały okres przydatności produktu do spożycia.
Rozwój nanotechnologii pozwolił również na wytworzenie i wbudowanie w struktury materiałów opakowaniowych nanosensorów, które umożliwiają wykrywanie psucia się żywności opakowanej, przez ich reakcje barwne z produktami powstającymi podczas niepożądanych przemian zachodzących w przechowywanych produktach. Zastosowanie nanosensorów pozwala na wykrywanie w znacznie krótszym czasie aniżeli analiza klasyczna obecności patogenów w opakowanym produkcie spożywczym.
W przemyśle spożywczym znalazły zastosowanie także nanoemulsje, których używa się do produkcji śmietany o zredukowanej zawartości tłuszczu czy lodów i czekolady o obniżonej kaloryczności. Jest też jadalna celuloza typu „nata de coco” stosowana w żywności dietetycznej. Ma ona nieco galaretowatą, żelową konsystencję i jest wytwarzana dzięki bakteryjnej fermentacji wody kokosowej. Obecnie „nata de coco” jest podstawą wielu komercyjnie produkowanych deserów. Wdraża się również nanokapsułki, głównie liposomy i mikrosfery.
Duże znaczenie ma fakt, że technologia produkcji nanonapełniaczy jest tania i stosunkowo nieskomplikowana. Koszt produkcji kilograma nanokrzemionki z nanosrebrem to nieco ponad 100 zł. W sytuacji gdy zaledwie kilkuprocentowy dodatek wystarczy, by w odpowiedni sposób zmienić właściwości tworzyw, wpływ na ostateczny koszt jest niewielki. Istotne jest również to, że proces produkcji udoskonalonych tworzyw może być prowadzony na dotychczas wykorzystywanych liniach produkcyjnych.
Bezpieczeństwo stosowania
Wraz z powstaniem nowej technologii pojawiły się pytania dotyczące jej bezpieczeństwa. Jeżeli bowiem właściwości fizyczne opracowanych nanomateriałów różnią się od ich masowych odpowiedników, czy nie mogą one stanowić zagrożenia dla człowieka zarówno podczas ich stosowania, jak i przy wytwarzaniu lub utylizacji? Aktualnie nie ma na to pytanie jednoznacznej odpowiedzi. Po pierwsze, toksyczność sama w sobie może być pożyteczna np. w terapii przeciwnowotworowej. Należy także pamiętać, że często zależy ona od dawki oraz sposobu podania środka. Po drugie, jeśli toksyczność jest znana, wszelkie procedury postępowania i pakowania mogą być tak dopracowane, aby zminimalizować ryzyko niepożądanego działania, podobnie jak w przypadku materiałów niebezpiecznych.
Nanotechnologie mogą stwarzać nowe możliwości, ale również nowe zagrożenia. Wykorzystanie nanomateriałów nie jest wolne od ryzyka zdrowotnego, powiązanego z wielkością cząsteczek, które mogą przenikać do różnych komórek organizmu człowieka, kumulować się w nich i wywoływać różne, nieznane dotąd schorzenia (najbardziej narażone mogą być mózg i krew).
Nanocząstki srebra stosowane są m.in.: |
Normatywy higieniczne dla srebra w Polsce i na świecie
Obecnie w Polsce obowiązują następujące wartości najwyższych dopuszczalnych stężeń (NDS) srebra [51]: n srebro – frakcja wdychalna [7440-22-4] – 0,05 mg/m3, n związki nierozpuszczalne srebra – w przeliczeniu na Ag – 0,05 mg/m3, związki rozpuszczalne srebra – w przeliczeniu na Ag – 0,01 mg/m3. Normatywy te zostały ustalone w 1983 r. i opierają się na obserwacjach przeprowadzonych u 27 pracowników, u których po 5-letnim narażeniu na srebro metaliczne i jego związki nierozpuszczalne w stężeniu 0,11 mg/m3 wystąpiły objawy srebrzycy w postaci niewielkich przebarwień przegrody nosowej i oczu. Wymienione stężenie uznano za progowe. Wartość dla związków rozpuszczalnych przyjęto na podstawie uzasadnienia wartości ustalonej przez ekspertów Amerykańskiego Stowarzyszenia Higienistów Przemysłowych (American Conference of Governmental Industrial Hygienists). Wyniki licznych badań wskazują także, że nanosrebro stwarza znikome zagrożenie dla środowiska, gdyż w czasie oczyszczania ścieków ulega przekształceniu w niemal nierozpuszczalną substancję zwaną siarczkiem srebra.
Jak działa nanosrebro? |
Nowe możliwości
Mimo że nanotechnologia jest młodą dziedziną nauki, rozwija się dynamicznie. Dotychczas przeprowadzone badania z użyciem nanomateriałów potwierdziły, że można je stosować, tworząc nowe produkty. Wykonane w 2013 r. analizy wykazały, że liczba przedsiębiorstw, które prowadziły działalność nanotechnologiczną, wyniosła 48, a działalność badawczą i rozwojową w dziedzinie nanotechnologii – aż 123 (z tego 34 przedsiębiorstwa), wielkość nakładów wewnętrznych poniesionych na tego typu działalność wyniosła 161,7 mln zł, ze sprzedaży wyrobów nanotechnologicznych przedsiębiorstwa uzyskały kwotę w wysokości 279,0 mln zł, zatrudnionych było w nich 569 osób. Znaczna część firm jest wspierana przez dotacje z Unii Europejskiej. Dzięki tak dużej liczbie osób zajmujących się tą dziedziną opracowanie metod wdrażania nowych nanomateriałów oraz możliwość kontroli ich właściwości fizykochemicznych przez dobór parametrów procesu pozwala na ich praktyczne zastosowanie oraz adaptację do zmiennych potrzeb rynkowych.
Marzena Zacharska, technolog żywności, specjalista ds. żywienia