Nanotechnologie využívající nanomateriály

Zdroj: 

Jednou z oceněných v kategorii disertační práce 1. ročníku odborné soutěže Cena Lva Wintera, kde se hodnotily vynikající absolventské práce s problematikou BOZP, byla Táňa Závodná (Brzicová) s prací Management bezpečnosti nanočástic s ohledem na bezpečnost práce. Část její práce, kterou zde předkládáme, je takovým malým exkurzem do problematiky nanotechnologií a nanomateriálů.

Část II.

Část II. Výroba a využití NMs

Výroba NMs

NMs se mohou vyskytovat a uvolňovat do prostředí v průběhu celého životního cyklu výrobku. Avšak nejvyšší koncentrace lze očekávat v průběhu výrobního procesu. V pracovním prostředí mohou být NMs nejen záměrně vyráběny (tzv. engineered NMs), ale mohou vznikat i neúmyslně jako vedlejší produkty průmyslové výroby. Neúmyslný vznik a uvolňování NMs provázejí zejména spalovací procesy a procesy mechanického zpracování materiálů, jako drcení, mletí apod. (Eckhoff 2011). Hranice mezi záměrně a neúmyslně vyráběnými NMs není ostrá. Některé NMs mohou být cíleně syntetizovány a zároveň vznikat jako vedlejší produkt hoření. Příkladem jsou uhlíkaté fullereny a nanotrubičky, jejichž vznik byl zdokumentován i ve spalovacích procesech (Jung et al. 2013).

Samotná příprava úmyslně vyráběných NMs může probíhat mnoha různými způsoby. Obecně lze metody výroby NMs rozdělit do dvou základních kategorií: top-down a bottom-up. Postup top-down zahrnuje metody výroby NMs, při nichž jsou rozrušovány materiály větších rozměrů. Naopak při postupu bottom-up jsou jednotlivé atomy a molekuly spojovány do větších nanostruktur. Z hlediska možnosti uvolňování NMs do prostředí jsou nejrizikovější procesy zahrnující míchání, mletí, drcení a obrušování materiálů (Worsfold et al. 2012).

Evropská komise identifikovala jako hlavní kategorie NMs z hlediska objemu trhu (CSWP 2012):

  • anorganické nekovové NMs (např. syntetický amorfní SiO2, Al2O3, TiO2),
  • uhlíkové NMs (např. saze, uhlíkové nanotrubičky),
  • kovové nanočástice (např. nano-Ag),
  • organické, makromolekulární a polymerní částicové materiály (např. dendrimery).

Jako nejrozšířenější byly v dokumentu evropské komise konkrétně označeny následující NMs:

  • saze (roční objem trhu 9,6 mil. t),
  • syntetický amorfní oxid křemičitý (1,5 mil. t), oxid hlinitý (200 000 t),
  • titaničitan barnatý (15 000 t),
  • oxid titaničitý (10 000 t),
  • oxid ceričitý (10 000 t),
  • oxid zinečnatý (8 000 t),
  • uhlíkaté nanotrubičky a nanovlákna (stovky až tisíce t),
  • nanostříbro (20 t).

Využití NMs

Aplikace NMs mohou vést k převratnému pokroku téměř ve všech oblastech lidské činnosti, neboť teoreticky každý produkt a každá technologie může být vylepšena použitím materiálů v jejich nanoformě. V následujících odstavcích budou rozebrány vybrané intenzivně se rozvíjející oblasti aplikace NMs.

Nanomedicína

Velký poměr povrchu k objemu umožňující nést množství molekul a relativně snadno modifikovatelné optické, elektronické, magnetické i biologické vlastnosti činí NMs žádoucí pro řadu biomedicínkých aplikací. Jejich použití je cíleno nejen na zvýšení šancí na úspěšnou léčbu, ale významným způsobem také zlepšují komfort pacienta zmírněním vedlejších účinků v průběhu nebo následkem léčby (Janib et al. 2010; Kim et al. 2010).

V současné době se NMs uplatňují v tkáňovém inženýrství (např. uhlíkaté nanotrubičky mohou sloužit jako „lešení“ pro růst buněk a tvorbu tkání a orgánů), v diagnostice jako kontrastní látky pro magnetickou rezonanci, protézy (zubní a kloubní náhrady), antibakteriální vlastnosti NMs, zejména nanostříbra, jsou vyžívány k desinfekci povrchů, nemocničních materiálů i ran při léčbě popálenin a jiných špatně či dlouhodobě se hojících poranění. Slibným odvětvím je také cílené a kontrolované uvolňování léčiv intenzivně rozvíjené především v onkoterapii, kde významně omezuje dopad na zdravé buňky, a tím i nežádoucí vedlejší účinky léčby. NMs jsou v současnosti základem ve vývoji personalizované medicíny, zejména v oblasti vývoje tzv. teranostik. Teranostika představují multifunkční léčiva spojující v sobě terapeutickou a diagnostickou složku (Janib et al. 2010; Kim et al. 2010).

Energetika

NMs pomáhají zefektivnit jak samotné získávání elektrické energie, tak i její konverzi a uchovávání. NMs nacházejí uplatnění především v oblasti obnovitelných zdrojů energie (Serrano et al. 2009). Příkladem použití NMs v energetice je fotovoltaika (NMs umožňují např. absorpci širšího spektra záření), nanonátěry povrchů lopatek větrných elektráren omezující tvorbu ledu (Serrano et al. 2009), superkapacitory (speciální elektrolytické kondenzátory o vysoké kapacitě, dlouhé životnosti, schopné extrémně rychlého dobíjení) (Zhao et al. 2011).

Potravinářství a zemědělství

NMs mohou zlepšit konsistenci nízkotučných produktů, upravovat chuť i barvu potravin, stabilizovat pěnu v potravinách, zvyšovat stabilitu bioaktivních složek funkčních potravin při průchodu trávicím systémem (Chaudhry et al. 2008). NMs jsou v rostoucí míře inkorporovány také do obalů potravin s cílem zvýšit jejich ochrannou schopnost a bránit mikrobiální kontaminaci (Sozer et Kokini 2009; Acosta et al. 2009). Ve vývoji jsou nanosenzory pro ověřování kvality potravin (kontaminace patogeny, toxicity a čerstvosti) (Zhang et al. 2008). NMs jsou využívány také pro postupné uvolňování pesticidů (Acosta et al. 2009)

Analýzy ukazují, že významná část (více než jedna třetina) částic TiO2, které jsou běžným aditivem dodávajícím potravinám jasnou bílou barvu (žvýkačky, sladkosti, mléčné produkty aj.) je v nanoformě (Weir et al. 2012).

Ochrana životního prostředí

NMs se významně uplatňují při dekontaminaci složek životního prostředí. Ve formě nanosorbentů, nanokatalyzátorů, nanostrukturovaných membrán a bioaktivních nanočástic umožňují čištění a odsolování vod i remediaci kontaminovaných půd. Nanosenzory umožňují detekci kontaminantů v životním prostředí (Savage et al. 2005; Khin et al. 2012).

Kosmetika

TiO2 a ZnO jsou transparentní formou ochrany proti UV záření s vysokou mírou účinnosti hojně využívanou v opalovacích krémech. V kosmetických produktech jsou NMs také jako nosičepigmenty (Mihranyan et al. 2012).

Textilní průmysl

Aplikace NMs umožnuje vytvářet textilie s unikátními vlastnostmi: antibakteriální textilie, samočistící a nesmáčivé textilie, elektrovodivé textilie, textilie blokující průnik UV záření či ultralehké a ultratenké neprůstřelné materiály (Wong et al. 2006).

Elektronika

NMs jsou využívány např. v kvantových počítačích, kvantových laserech, velkokapacitních úschovnách dat či jednoelektronových transistorech (Yu et Meyyappan 2006).

Chemický průmysl

NMs mohou zlepšit funkčnost a vlastnosti prakticky všech tříd materiálů.

Stavebnictví

Ve stavebnictví se NMs uplatňují při přípravě samočistících povrchů, ultralehkých stavebních materiálů a hmot bránících šíření požáru urychlením tvorby nespalitelných látek. Přídavek nanočástic a nanovláken do cementu může několikanásobně zvýšit jeho pevnost (Pacheco-Torgal et Jalali 2011).

Nabízíme Vám možnost BEZPLATNÉHO odběru e-mailového zpravodajství

Přehled příspěvků publikovaných na oborovém portálu BOZPinfo zasílaný každý pátek odpoledne

Provozovatel portálu

Výzkumný ústav bezpečnosti práce, v. v. i.
Jeruzalémská 1283/9
110 00 Praha 1

Sociální sítě VÚBP

facebook linkedin instagram buzzsprout twitter youtubepinterest

Kde nás najdete

X

Přihlášení

Zapomněli jste heslo?
zašleme vám nové na váš e-mail