Một nhà khoa học người Na Uy đang cố gắng khám phá cách các hạt nano có thể hành xử trong tự nhiên.
Đăng bởi Christina B. Winge và Dragse Dragland
Andy Booth, nhà khoa học và nhà hóa học môi trường của SINTEF quan tâm đến những gì công nghệ nano đang làm với môi trường biển. Một vài năm trước, anh bắt đầu quan tâm đến việc liệu hạt nano có thể gây nguy hiểm hay không.
Giờ đây, Gian hàng đang dẫn đầu một dự án có tên là Số phận và tác động môi trường của các hạt nano do SINTEF sản xuất. Các nhà khoa học sẽ nghiên cứu cả cách thức các hạt hoạt động và cách chúng ảnh hưởng đến sinh vật khi chúng được thả vào môi trường biển.
Một trong những mục tiêu của dự án là tìm hiểu xem các hạt nano có độc đối với các sinh vật biển như động vật giáp xác nhỏ và sinh vật phù du hay không. Xa hơn nữa, khả năng của ấu trùng cá tuyết và các sinh vật lớn khác chịu được các hạt nano cũng sẽ được nghiên cứu.
Các thí nghiệm của chúng tôi sẽ cho chúng ta biết liệu các hạt nhỏ này sẽ được bài tiết hay tồn tại bên trong các sinh vật, và nếu chúng hoạt động, chúng sẽ hoạt động như thế nào, thì ông giải thích, ông booth muốn nói rõ rằng không phải tất cả các hạt nano đều nguy hiểm. Nhiều loại hạt nano xuất hiện tự nhiên trong môi trường và đã tồn tại kể từ khi Trái đất được hình thành. Ví dụ, tro là một vật liệu có chứa các hạt nano.
Một điều mới là chúng ta hiện có khả năng thiết kế các hạt nano với một loạt các tính chất khác nhau. Các hạt như vậy có thể khác với các hạt đã xảy ra trong tự nhiên và chúng được dự định thực hiện các nhiệm vụ cụ thể theo lệnh của chúng tôi, vì vậy chúng tôi không biết chúng sẽ hành xử như thế nào trong tự nhiên. Điều này có thể có khả năng - và tôi nói rằng có khả năng là vì vì chủ đề này rất mới đối với khoa học - chỉ ra rằng các hạt này có thể độc hại trong một số điều kiện nhất định. Tuy nhiên, điều này phụ thuộc vào một số yếu tố, bao gồm cả nồng độ của chúng và sự kết hợp của các hạt, ông nhấn mạnh đến Gian hàng.
Công nghiệp có các thử nghiệm đủ tốt để đảm bảo rằng các sản phẩm nano mà nó phát hành trên thị trường có đủ tốt không?
Trong lĩnh vực phân tích hóa học, chúng tôi có các xét nghiệm tiêu chuẩn cho chúng tôi biết liệu vật liệu có độc hại hay không. Ngày nay, không có thử nghiệm nào về hạt nano chính xác 100%, vì vậy đây là điều mà các nhà khoa học hiện đang nghiên cứu ở cấp độ quốc tế, ông Gian nói thêm rằng ông tin rằng việc đưa các sản phẩm là một mối nguy hiểm cực kỳ khó khăn sức khỏe trên thị trường.
Khảo sát hàng triệu người là điều cần thiết
Khái niệm hạt nano là chung và bao gồm nhiều hơn một loại. Có hàng triệu biến thể tiềm năng, Ngày nay, không thể có được một cái nhìn tổng quan về số lượng thực sự có, và một số trong số chúng sẽ độc hại, trong khi những cái khác là vô hại, giống như các hóa chất khác.
Đây là lý do tại sao Andy Booth và đội ngũ 12 người mạnh mẽ của mình tại SINTEF vừa tung ra những nỗ lực miệt mài của họ. Một trong những thách thức lớn nhất mà họ phải đối mặt cho đến nay là xác định các phương pháp khoa học sẽ cho phép họ khám phá cách các hạt nhỏ này hoạt động trong tự nhiên và cách chúng có thể ảnh hưởng đến các quá trình tự nhiên.
Đột phá công nghiệp
Đồng nghiệp của gian hàng Christian Simon và bộ phận nghiên cứu của ông tại SINTEF Vật liệu và Hóa học, gần đây đã tạo ra bước đột phá công nghiệp quan trọng nhất từ trước đến nay trong công nghệ hạt nano, và trong trường hợp này có vẻ như các vật liệu nano có thể thay thế thân thiện với môi trường đối với hóa chất.
Một trong những nhà sản xuất bột và sơn hàng đầu của Na Uy, đã bắt đầu sản xuất một loại sơn mới có chứa hạt nano, và nó đã được SINTEF phát triển.
Các hạt sở hữu các đặc tính chất lỏng làm cho sơn dễ dàng để áp dụng. Điều này có nghĩa là tỷ lệ chất khô cao hơn có thể được sử dụng, với dung môi tương ứng ít hơn. Hơn nữa, sơn sẽ khô nhanh và chống mài mòn hơn sơn thường.
Cái gì mới là chúng ta kết hợp các vật liệu vô cơ, cứng, cứng với các vật liệu hữu cơ, dẻo và có thể định hình khi chúng ta tạo ra các hạt nano. Điều này cho chúng ta một lớp vật liệu mới với các tính chất được cải thiện; những gì được gọi là giải pháp lai. Ví dụ, chúng ta có thể tạo ra các polyme với độ ổn định ánh sáng được cải thiện cũng sẽ chịu được các vết trầy xước, ông Simon nói.
Khi một hạt nano rỗng được tạo ra, nó được gọi là hạt nano. Khoang có thể được lấp đầy bằng một vật liệu khác để phát hành tiếp theo cho bất kỳ mục đích nào. Các nhà khoa học SINTEF đã không đi xa bằng các hạt nano như họ có với các hạt nano, nhưng họ đã phát triển một công nghệ có thể được sử dụng trong một số ứng dụng và họ có thể sản xuất các hạt nano trên quy mô lớn.
Ví dụ, chúng ta có thể cải thiện độ bền của lớp phủ cho máy bay, tàu và ô tô, Simon nói. Các thành phần bao gồm các chất có thể đóng các vết nứt và vết trầy xước. Chỉ cần nghĩ về thân xe. Khi sỏi chạm vào bề mặt của nó, men răng bị nứt và bị hỏng. Nhưng đồng thời, các viên nang bên trong men vỡ ra và vật liệu chứa trong đó sẽ sửa chữa thiệt hại.
Nhưng điều gì xảy ra khi các vật liệu được sơn bằng hạt nano bị phá hủy, băm nhỏ hoặc bị cháy? Các thành phần nguy hiểm sẽ thoát ra môi trường?
Các hạt đã được sản xuất theo cách mà chúng tạo ra các liên kết hóa học với các thành phần khác của sơn. Do đó, khi sơn được xử lý hoàn toàn, các hạt nano không còn tồn tại, do đó chúng không thể tách khỏi ma trận polymer khi bất cứ thứ gì đã được sơn bị phá hủy, băm nhỏ hoặc bị cháy, Câu trả lời Christian Simon.
Phẫu thuật
Các hạt nano rỗng cũng có thể được sử dụng trong các phương pháp điều trị y tế với các hiệu ứng gần như phẫu thuật. Chúng có thể được gửi trực tiếp vào các tế bào bệnh. Ruth Baumberger Schmidt và nhóm của cô đang làm việc về chủ đề này.
Các nhà khoa học lấp đầy các hạt nano bằng thuốc và điều khiển chúng đến bất cứ nơi nào chúng muốn nội dung của chúng kết thúc. Họ làm điều này bằng cách liên kết các phân tử đặc biệt với lớp phủ. Vỏ của con chó con bị phá vỡ khi môi trường ngay lập tức của nó đúng về mặt kích hoạt được chọn, chẳng hạn như nhiệt độ hoặc độ axit. Theo cách thức viên nang được pha chế, nội dung của nó có thể được phép rò rỉ dần dần theo thời gian, hoặc với tốc độ cao hơn lúc đầu và dần dần ít hơn khi thời gian trôi qua.
Hiện tại, Ruth Schmidt và một nhóm các nhà hóa học SINTEF đang tập trung vào các loại thuốc để chống ung thư, một dự án dài hạn mang đến những thách thức quan trọng. Việc sử dụng các hạt nano bên trong cơ thể làm cho nhu cầu nghiêm trọng của các vật liệu được sử dụng. Các hạt đang được phát triển cho mục đích y tế phải không độc hại và cần được phân hủy thành các thành phần không nguy hiểm mà cơ thể có thể bài tiết, ví dụ qua nước tiểu. Các viên nang cũng cần hướng đến vị trí hành động phù hợp và giải phóng nội dung của chúng, mà không bị phát hiện bởi các cơ quan giám sát khác như các tế bào T và tế bào giết người tự nhiên.
Trong trường hợp này, những viên nang này là một lợi thế bởi vì ở đây chúng tôi muốn các viên nang đi qua màng tế bào và thực hiện công việc của chúng tại địa phương. Các loại hạt nano khác có thể vượt qua màng và trở thành mối nguy hiểm cho cơ thể. Nguy cơ của công nghệ nano là đôi khi chúng không được phép vượt qua, hoặc chúng tích lũy với số lượng lớn trong một khoảng thời gian, thay vì biến mất.
Chúng tôi không sử dụng ống nano hoặc sợi nano, vì chúng tôi tin rằng chúng kém an toàn hơn các hạt. Nhưng rất nhiều nghiên cứu đang được thực hiện trong lĩnh vực này.
Tính không chắc chắn
Vì vậy, có tiềm năng lớn, nhưng cũng có một mức độ không chắc chắn cao, là kết luận. Có thể là công nghệ nano đã bị bán quá mức khi chủ đề này xuất hiện trong những năm 1990? Có phải chúng ta chỉ đơn giản là bị mù bởi tiềm năng của nó, với kết quả là chúng ta đã quên tìm ra những nhược điểm tiềm năng của nó?
Andy Booth và các đồng nghiệp của mình tiếp tục không mệt mỏi với các thí nghiệm của họ.
Khi các hạt nano được giải phóng vào sông hồ, việc nghiên cứu cách chúng sẽ hành xử là một vấn đề khá phức tạp. Hóa học là khác nhau ở cấp độ nanomet, và các hạt nano không hoạt động như các hạt bình thường, Gian nói.
Những hạt này cũng hoạt động khác nhau trong nước ngọt và nước mặn. Tìm kiếm các phương pháp sẽ cho phép chúng tôi nghiên cứu hành vi của họ là điều cần thiết, ông nói, nhà hóa học môi trường. Chúng tôi có thể thêm một điểm đánh dấu huỳnh quang cho các hạt. Khi chúng tôi kiểm tra mẫu trong máy ảnh quang phổ, điểm đánh dấu sẽ sáng lên và phân biệt các hạt như vậy với các hạt khác.
Câu hỏi lớn bây giờ là tìm hiểu xem chúng ta cần kiểm tra nồng độ cao như thế nào để ở bên an toàn. Thật không đáng để nắm lấy cơ hội với thiên nhiên, anh chàng Andy kết luận.
