Svet nanotechnológií [TA3]

Ľubomír Straka, moderátor TA3: „Vitajte. Opäť je pre vás pripravených niekoľko zaujímavých informácií. Naša dnešná téma bude ale trošku slabšie viditeľná. Hovoriť budeme totiž o niečom malom. Priatelia, je to svet nanotechnológií. Súčasné materiály starnú a rozpadávajú sa. My však začneme materiálom, ktorý má predpoklady, že bude nezničiteľný.“
Neuvedený: „Nanotechnológie udávajú trend aj v priemysle. No a práve tam hrá jednu z hlavných úloh uhlík.“
Marian Vojs, výskumník, Katedra mikroelektroniky, STU BA: „Ako najznámejší uhlíkový materiál poznáme diamant alebo podobné štruktúry. Ďalší taký zaujímavý materiál v oblasti, či elektroniky alebo medicíny, sú nanorúrky. Treba si uvedomiť, hovorí o štruktúrach veľkosti namometra, čiže, keď si predstavíme, jeden vlas má veľkosť 100 mikrometrov, tak takýchto nanorúrok by sme tam vtesnali do jedného vlasu zhruba 10 tisíc. Takže takisto aj tie technológie, ktoré sa venujú alebo zaoberajú týmito materiálmi, musia byť na báze nanotechnológií.“
Neuvedený: „Práve tento nekovový prvok má vhodné vlastnosti využiteľné pre nanotechnológie. Tie totiž umožňujú veľmi presné umiestnenie atómu, čo vplýva aj na väzbu, ktorú daný atóm naviaže s ostatnými okolo. No a takýto predpoklad potom prináša zaujímavé výhody.“
Marian Vojs, výskumník, Katedra mikroelektroniky, STU BA: „Či už po mechanickej stránke zvyšuje odolnosť voči oteru, elektrické vlastnosti, vysoká vodivosť, supra vodivosť a tak ďalej.“
Neuvedený: „Výrobky vyrobené na základe takejto technológie sú naozaj poriadne odolné a preto zvládajú aj väčšiu záťaž. Najskôr však ale musia samozrejme vzniknúť materiály, z ktorých sa výrobky vyrábajú. Existuje pritom niekoľko metód, ako z uhlíka vzniknú takéto odolné nanomateriály.“
Marian Vojs, výskumník, Katedra mikroelektroniky, STU BA: „Máme nejaký materiál na báze uhlíka, čiže grafit, ktorý nejakým spôsobom deformujeme. Tých spôsobov je viacero. A získavame nejakým technologickým procesom jednotlivé štruktúry podobajúce sa diamantu alebo nanorúrkam. Druhý spôsob je premena uhlíkovej alebo výroba uhlíkových štruktúr z plynnej fázy, čiže máme nejaké plyn obsahujúce metán, teda obsahujúce uhlík, napríklad metán a pomocou rozkladu rôznymi technikami zas získavame tento uhlík, ktorý tam vytvára potom tieto štruktúry.“
Neuvedený: „Dá sa povedať, že uhlíkové nanorúrky rastú. Na prvé počutie to možno naozaj znie divne, ale v skutočnosti v reaktore vzniká reakcia, ktorá sa o samotný rast rúrok stará.“
Marian Vojs, výskumník, Katedra mikroelektroniky, STU BA: „V reaktore pri vysokej teplote uhlíkové nanorúrky tým, že rozložíme metánový plyn na uhlík a ten pri špecifických podmienkach začne vytvárať štruktúry podobné rúram.“
Neuvedený: „S takýmito štruktúrami sa ďalej pracuje. Buď sa čistia od iných nežiaducich prvkov, prípadne sa pridávajú do rôznych zlúčenín. Práve takéto zlúčeniny dostávajú vďaka rúrkam nové vlastnosti.“
Marian Vojs, výskumník, Katedra mikroelektroniky, STU BA: „Keďže sa jedná o nanomateriály, tie majú špecifické vlastnosti odlišné od materiálov v makrosvete, čiže od bežného uhlíka, tak špecifickými vlastnosťami ako je vysoká tvrdosť, elektrická vodivosť, tak získavame nové materiály, s novými vlastnosťami ďaleko lepšími ako sú tie základné materiály.“
Neuvedený: „Malý nenápadný nanotechnologický uhlík je pevný a neláme sa, ale zato láme v mnohých smeroch rekordy. Bude vhodným predpokladom pre ďalšie napredovanie vedy. A to možno aj preto, že ho je všade okolo nás dosť a navyše sa dá vyrobiť z obnoviteľných zdrojov. Možno sa dočkáme nanouhlíkových umelých kĺbov, ktoré sa len tak neopotrebujú, prípadne aj umelých zubov, ktoré nám vydržia poriadne dlho.“
Ľubomír Straka, moderátor TA3: „Dnešný vývoj a výskum by sa bez nanotechnológií asi nepohol dopredu. Platí to aj pre oblasť medicíny. Za tie roky sme sa od liečby bylinkami dostali o poriadny kus vpred. Ani to ale nepomohlo v boji proti najzákernejšiemu ochoreniu. No vďaka nanotechnológiám si lekári sľubujú ďalšie zlepšenie.“
Neuvedený: „Nanotechnológia – veda, ktorá pomáha budovať malé, ale zároveň veľké diela. Platí to aj v medicíne, kde pomáha meniť pohľad na rakovinu. Nielen pri diagnózach, ale aj pri samotnej liečbe. Tento revolučný prístup je veľmi presný a precízny. Lekári vďaka tomu dokážu stanoviť individuálnu liečbu pre každého pacienta, ako aj jeho genetický profil. Diagnostické zariadenia založené na technológii počítačových čipov sú tisíckrát citlivejšie a presnejšie ako bežná diagnostická technika. Vďaka ich veľkosti sú viacnásobné laboratórne testy rýchlejšie a lacnejšie a namiesto viacerých zariadení sa dá použiť len jedno. Z pohľadu liečby môžu byť do tela zavedené nanočastice spojené s protilátkami, ktoré rozpoznávajú nádorové bunky. Ako náhle sa spoja a rakovinotvornými bunkami a blízko tohto spojenia sa aplikuje infračervené svetlo, prežijú len zdravé bunky. Napadnuté bunky svetlo zničí. Na to, aby vedci v ľudskom tele našli a zabili rakovinotvorné bunky, vyvíjajú nanočastice, konkrétne syntetické makromolekuly s presne definovanou veľkosťou. Táto revolučná technológia pomáha cielenej distribúcii liečiv na miestach, kde je to nevyhnutné. Rovnako prispieva k lepšiemu medicínskemu zobrazovaniu celej situácie v tele a teda aj k akémusi potvrdeniu zničenia rakovinotvorných buniek v reálnom čase. Dá sa povedať, že je to stále len začiatok. No podľa doterajších výsledkov, rozhodne úspešný. Aj preto v tomto úsilí a v boji proti zákernému ochoreniu vedci nepochybne nepoľavia.“
Ľubomír Straka, moderátor TA3: „Už na začiatku nanotechnológií čakala vývojárov jedna dôležitá výzva. Nanočastice bolo treba nielen vyrobiť, ale nejakým spôsobom aj pozorovať. A tak sa museli venovať aj druhej stránke mince. A takto nejako sa na svetlo sveta dostal nanoskop.“
Neuvedený: „Asi nie je nikomu neznámy taký mikroskop. Zariadenie, ktoré poriadne zväčšuje všetko to, čo bežným zrakom nevidíme. Využíva sa takmer v každej oblasti. Vývojári sa však rozhodli využiť ho ako základ pre vytvorenie zariadenie, ktoré bude pozorovať nanočastice. Podmienkou je však to, že musia byť v kvapaline.“
Agnieszka Siupa, Nanosight: „S našimi zariadeniami dokážeme nanočastice nielen zobraziť, ale aj merať ich veľkosť a spočítať ich, prípadne určite ich množstvo v danej vzorke. Všetko to funguje vďaka ožiareniu nanočastíc v kvapaline laserovým lúčom.“
Neuvedený: „Takto osvetlené častice, prípadne aj ich pohyb sníma cez objektív mikroskopu špeciálna kamera. Ide o fotometrické, vysoko výkonné EMCCD zariadenie.“
Agnieszka Siupa, Nanosight: „EMCCD kamera je citlivejšie ako obyčajná CCD kamera. Preto nám umožňuje vidieť aj slabšie viditeľné a menšie častice. Pre porovnanie je asi stokrát citlivejšia ako bežná kamera.“
Neuvedený: „To potom konvertuje analógové údaje, ktoré získa, do digitálnej podoby. No a následne sa už o ne postará programové vybavenie nanoskopu.“
Agnieszka Siupa, Nanosight: „Program nanočastice sleduje a analyzuje. Súčasne popri tom dokáže merať ich veľkosť, ako aj počítať, aké množstvo sa ich v kvapaline vyskytuje. To isté dokáže robiť pre každú časticu zvlášť.“
Neuvedený: „Špeciálny upravený mikroskop dokáže zaznamenať častice, ktoré majú minimálne 10 nanometrov. Všetko to však závisí najmä od efektu odrazivosti svetla, ktoré k časticiam prichádza od lasera. A keďže ho majú materiály ako zlato či striebro asi najväčší, dokáže mikroskop v ich prípade merať častice aj menšie ako 10 nanometrov.“
Agnieszka Siupa, Nanosight: „Zariadenie sa najviac využíva pri nebiologických výskumoch napríklad koloidov, teda zmesi kvapalného a pevného skupenstva. Ďalej pri pigmentoch, atramentoch, farbách, ale aj pri uhlíkových rúrkach. No a pri biologickom výskume sa dá hovoriť o vírusoch, baktériách, o zoskupeniach proteínov. Jednoducho skúmať sa dajú akékoľvek nanočastice, ktoré sú v kvapaline.“
Neuvedený: „Prístroj teda pomáha aj v medicíne. Aj tam lekári potrebujú vedieť, aká je napríklad koncentrácia nanočastíc, povedzme vírusov či baktérií, aby vedeli lepšie určiť diagnózu a následne nasadiť účinnejšiu liečbu, prípadne, aby vedeli vyvinúť účinnejšiu vakcínu.“
Ľubomír Straka, moderátor TA3: „A na záver ešte jedna informácia v súvislosti s nanotechnológiami. Má už síce nejaký ten rôčik, ale je natoľko zaujímavá, že sa k nej vraciame. Reliéf našej Zeme pokrývajú nielen pahorkatiny, ale aj rovné vodné plochy. Predstavte si, že takýto model Zeme sa podarilo vedcom dostať do nanopodoby. To znamená, že má veľkosť len niekoľko nanometrov. Je teda naozaj veľmi malý. Ale najzaujímavejšie na tom je asi to, že tisíc takýchto modelov by sa zmestilo na zrnko soli.“
Neuvedený: „Ešte v minulom roku sa na svetlo sveta dostala prevratná novinka z dielne IBM. Jej vývojári totiž predstavili novú technológiu, ktorá na vytváranie 2D a 3D modelov vo veľkosti nanometrov používať hrot, samozrejme nanometrických rozmerov. Táto technológia tak otvára nové možnosti pre rozvoj rôznych objektov v elektronike, budúcej technológii čipov, v medicíny či optoelektronike.“
Michel Despont, Výskumné a vývojové centrum IBM, Zürich: „Vďaka našej technológii odparovania polyméru dokážeme vytvárať rôzne štruktúry povrchov na úrovni nanometrov. V jednoduchosti povedané funguje to nasledovne. K dispozícii máme tenulinký hrot a samozrejme aj polymérový substrát. Samotný hrot zahrejeme na určitú teplotu a keď ho prikladáme k polyméru, ten sa vplyvom teploty zmršťuje a odparuje. Tento proces je veľmi presný, a preto dokážeme vytvárať rôzne, aj 3D precízne štruktúrované povrchy.“
Neuvedený: „Na pochopenie a predvedenie unikátnych schopností celej metódy vytvárania nanotechnologických štruktúr vytvorili vývojári zopár rozpoznateľných modelov s 3D štruktúrou. Použili pritom rôzne materiály. Prvým modelom bolo vytvorenie kompletného 3D modelu Zeme priamo z polyméru. Model pritom meral len 22 x 11 mikrometrov. Pri tomto rozmere sa zmestí až tisíc takýchto modelov na zrnko soli s veľkosťou 0,3 desatiny milimetra. Pri modeli zodpovedá v reliéfnom reze tisíc metrov nadmorskej výšky len 8 nanometrom. Model je zložený z pol milióna pixelov, z ktorých každý má plochu 20 nanometrov štvorcových. No a zaujímavé je aj to, že model vytvorili počas naozaj krátkeho času. Trvalo to len 2 minúty, 23 sekúnd. Druhým modelom bola 25 nanometrov vysoká trojrozmerná replika Materhornu, jedného z najkrajších vrcholov Álp. Jeho výška je v skutočnosti až takmer 4,5 kilometra. Tento model bol vytvorený do molekulárneho skla v mierke 1:5 miliardám. Základom technológie sú pritom dve hlavné kľúčové inovácie. V prvom rade je to tenký, veľmi ostrý silikónový hrot, ktorý je dlhý asi 500 nanometrov a jeho špička má len pár nanometrov. Hrot, ktorý sa používa aj v atómových silových mikroskopoch sa pripája k ohybnej konzole, ktorou sa kontroluje a riadi pohyb po povrchu materiálu s presnosťou na 1 nanometer, čiže milióntinu milimetra. S použitím tepla a sily potom nanohrot odoberá z polyméru materiál podľa vopred zadefinovaných modelov. Druhá inovácia sa týka objavenia novodobých materiálov. Ide o dva nové. Prvý je polymér nazvaný v angličtine polyphthalaldehyde a druhým molekulárne sklo. Podobné materiály sa už dnes používajú pri iných nanotechnologických výrobkoch.“
Armin Knoll, Výskumné a vývojové centrum IBM, Zürich: „Potrebovali sme materiál, ktorý je veľmi citlivý na vyššie teploty. Na druhej strane potrebujeme, aby bol úplne stabilný pri izbovej teplote.“
Neuvedený: „Vďaka úsiliu vedcov sa teda podarili inovácie, ktoré ešte v minulom roku obleteli svet. Všetko je tak na dobrej ceste k napredovaniu, ktoré začalo nepochybne ešte v roku 1981, kedy sa na verejnosť dostala metóda skenovacej tunelovej mikroskopie. Odvtedy sme sa však už pohli o poriadny kus vpred.“
Ľubomír Straka, moderátor TA3: „3D nanomodel Zeme nie je veľký, a tak sa možno niekam zmestí pre to, aby sa uchoval pre ďalšie generácie. Len z neho možno neuvidia to, aká je naša krajina krásna. Putovanie po nanotechnológiách sa v tejto chvíli končí. Ja vám preto ďakujem za pozornosť a teším sa na vás opäť pri ďalšom vydaní relácie. Majte sa pekne, dovidenia.“