5 Dinge, die Sie über Nanotechnologie wissen sollten

Hier ist ein Rätsel: Was ist so klein, dass Sie es nicht sehen können, aber es ist intelligent genug, um Ihr iPad zu betreiben oder Krebs zu stoppen? Wenn Ihre Antwort ein mikroskopisch kleiner Dr. Sanjay Gupta wäre, dann hätten Sie Recht – auf eine seltsame Art und Weise. Aber die Antwort, nach der wir hier suchen, ist die Nanotechnologie .

Egal wie viel wir darüber hören, Nanotechnologie bleibt ein Rätsel. Wir können es nicht sehen, und wir können es sicherlich nicht fühlen. Wissenschaftler sagen, dass es in unserer Medizin sein wird, aber es ist seltsam, an etwas zu denken, das nur in Nanometern gemessen wird und Ihr Leben rettet.

Verwenden wir es in unserem täglichen Leben und merken es nicht einmal? Besser noch, wo ist die Nanotechnologie? Findet die Zukunft gerade jetzt statt und wir sind uns dessen nicht einmal bewusst? Die Antworten auf diese Fragen lauten: ja, überall und irgendwie. Nanotechnologie hat einen Platz in Konsumgütern, medizinischen Behandlungen, der Lebensmittelindustrie und vielem mehr gefunden. Tatsächlich wird es immer schwieriger, den Überblick zu behalten, wo Nanotechnologie nicht ist. Und die Wahrheit ist, dass das Potenzial der Technologie noch lange nicht ausgeschöpft ist. Viele der großen Durchbrüche werden noch in Labors ausgearbeitet. Und nur einige der einfachsten Formen der Nanotechnologie sind wirklich auf den Markt gekommen.

Bleiben Sie also bei uns, wenn wir den Nanoskalen-Spickzettel zusammenstellen, und sehen Sie sich einige Nanotechnologien an, die möglicherweise bereits in Ihrer Welt vorhanden sind, und einige, die sich möglicherweise am Horizont befinden.

1. Eines Tages könnte es Ihr Leben retten
2. Sie könnten es gerade jetzt berühren
3. Sie könnten es bereits tragen
4. Es ist oft eine Form der Biomimikry
5. Es kann in Ihren Lebensmitteln und persönlichen Produkten enthalten sein

Die Medizin dürfte wohl der spannendste Bereich sein, in dem Nanotechnologie zum Einsatz kommen kann. Bei Krebs werden beispielsweise viele verschiedene Behandlungen entwickelt, um Tumore auf zellulärer Ebene anzugreifen. Die Forschung hat vielversprechende Ergebnisse bei der Verwendung von Goldnanopartikeln gegen eine Vielzahl von Krebsarten gezeigt. Die Partikel werden an die Tumore abgegeben und erhitzen die Zellen, wenn sie mit einem Infrarotlaser beschossen werden [Quelle: Bland ].

Die Abgabe ist das größte Problem bei diesen Behandlungen, insbesondere beim Lenken der Nanopartikel zu bösartigen Zellen, während gesunde Zellen vermieden werden. Sobald das Verabreichungssystem verfeinert ist (keine leichte Aufgabe!), könnten diese Partikel eine Reihe neuer, nicht-invasiver Behandlungen schaffen, die Tumore ohne chirurgisches Trauma töten.

Eine Lieferlösung könnten Sterne sein, winzige, goldene Sterne, die Wissenschaftler der Northwestern University entwickelt haben. Ihre sternförmigen Partikel sind mit einem Medikament beschichtet, das als DNA-Aptamer bezeichnet wird (ein DNA - Molekül, das an spezifischen molekularen Zielen haften kann). Die Nanosterne werden von Proteinen auf der Außenseite der Krebszellen angezogen. Die Proteine ​​liefern die Eindringlinge in Nanogröße hilfreicherweise direkt an den Zellkern. Sobald es am Kern befestigt ist, setzt ein Lichtstrahl eines Lasers das Medikament aus den Nanosternen frei und es beginnt mit der Arbeit am Kern [Quelle: ScienceDaily ]. Das wird keine schöne Zeit für eine Krebszelle sein.

Unabhängig vom Verabreichungsmechanismus kann die Nanotechnologie es Ärzten ermöglichen, Hirntumoren zu stoppen, ohne physisch in den Schädel des Patienten einzudringen, oder Lungenkrebs anzugreifen, ohne jemandes Brust zu öffnen [Quelle: Beck-Broichsitter ].

Ganz gleich, auf welchem ​​Computertyp oder Gerät Sie diesen Artikel lesen, Sie verwenden wahrscheinlich gerade Nanotechnologie. Mit Nanomaterialien hergestellte Prozessoren und Speicherkomponenten sind auf dem Markt üblich, und man findet antimikrobielle Beschichtungen auf Tastaturen, Mäusen und Gehäusen.

In den kommenden Jahren könnten wir sehen, dass photonische Kristalle die Lesbarkeit von Tablet-Bildschirmen bei Tageslicht erleichtern, indem sie die Farbe des reflektierten Sonnenlichts ändern, anstatt sich auf das vom Gerät projizierte Licht zu verlassen [Quelle: NanoWerk ]. Organische Leuchtdioden ( OLEDs ) stehen bereits an, um den LCD - Bildschirm (Liquid Crystal Display) als universellen Standard für Smartphone-Displays abzulösen. Und eine klare, dünne Beschichtung aus Nanopartikeln könnte Ihr Smartphone eines Tages davor bewahren, einen wässrigen Tod zu sterben [Quelle: Dillow ].

Schon bald wird Ihre Elektronik mit einer einzigen Ladung bis zu dreimal länger laufen, nur weil winzige Haare, sogenannte Nanowhisker , in ihre Batterien eingebaut werden [Quelle: Ackerman ]. Durch die Verwendung von Zinn in Anoden von Lithium-Ionen-Batterien (Zinn ist von Natur aus mit Nanowhiskern bedeckt) haben die Anoden eine viel größere Oberfläche, was bedeutet, dass sie mehr Elektronen speichern können. Das bedeutet mehr Betriebszeit, längere Handygespräche und Sie müssen Ihre Words With Friends-Bender nicht mehr unterbrechen, nur um sie anzuschließen.

Danke für die MEMsories

So viele der Komponenten, die Smartphones und Computer-Tablets zum Leben erwecken, wie Beschleunigungsmesser, Gyroskope und sogar Bildschirme, haben im Kern mikroelektromechanische Systeme ( MEMS ). Obwohl sie nicht im Nanomaßstab liegen, können diese Halbleiter in Mikrogröße so gestaltet werden, dass sie viele praktische Dinge tun, wie z. B. die Erkennung der Ausrichtung des Host-Geräts.

Seit den frühen 2000er Jahren verspricht die Modeindustrie Nanotechnologie in Stoffen. Egal wie gleichgültig die einkaufende Öffentlichkeit T-Shirt-betriebenen Smartphones gegenüber ist, wir hören immer wieder, dass diese Ideen herumgeworfen werden. Um fair zu sein, die Idee der piezoelektrischen Generatoren hat einige praktische Punkte [Quelle: Nanowerk ]. Stellen Sie sich ein Zelt vor, das aus kleinen Winden genug Strom erzeugen könnte, um LED - Taschenlampen aufzuladen. Oder wie wäre es mit einem Boot, das mit jedem Segelschlag seine Batterien aufladen könnte? Plötzlich macht Nanotech in Stoffen Sinn.

Aber nicht alle Nanotech-Ideen kommen so gut an. Viele Fragen und Bedenken sind im Zusammenhang mit einem neuen Produkt zur Abtötung geruchsverursachender Bakterien in Kleidung aufgetaucht. Nanosilber ist genau das, was der Name schon sagt, Silberstücke in Nanogröße. Sportbekleidungsdesigner und Wäscherei-Zauderer waren begeistert, als sie entdeckten, dass Nanosilber verhindern konnte, dass Kleidung und andere Produkte diesen Post-Run-Funk entwickeln. Die Silberpartikel ziehen die angreifenden Bakterien an und lassen im Grunde ihre Zellen platzen. Das Problem ist, dass Nanosilber Bakterien wahllos abtötet, nicht in Kläranlagen entfernt werden kann (die auf nützliche Bakterien angewiesen sind) und nachweislich Geburtsfehler bei Fischen und anderen Organismen verursacht. Mit Nanosilber behandelte Waschmittel könnten also schwerwiegende Auswirkungen auf die Umwelt haben.

Ende 2011 erteilte die US-Umweltschutzbehörde (EPA) eine begrenzte Genehmigung zur Herstellung von Nanosilberprodukten, bis ihre Sicherheit überprüft werden konnte – eine Entscheidung, die zu Klagen im Namen der Öffentlichkeit geführt hat [Quelle: EPA ]. Und wenn das nicht ein wenig gruselig ist, die Tatsache, dass Nanosilber von der EPA als Pestizid angesehen wird, wird Sie dazu bringen, es sich zweimal zu überlegen, bevor Sie es auf Ihrem Körper tragen. Plötzlich sieht der Waschtag viel einladender aus.

Silberstreifen

Wenn Sie Bedenken hinsichtlich der Verwendung von Nanosilber haben, überprüfen Sie die Inhaltsstoffe Ihrer Badezimmerprodukte. Es wird unter anderem zu Artikeln wie Make-up, Hautcreme und Zahnpasta hinzugefügt [Quelle: Gellerman ].

Du willst eine Hose, die kein Wasser aufnimmt? Wie wäre es mit einem nicht klebrigen Klebepad, mit dem Sie eine Glaswand erklimmen können? Sie können diese raffinierten Hosen in Geschäften kaufen, aber Sie müssen im richtigen Labor arbeiten, um Ihren inneren Spider-Man zu entfesseln. Ja, das sind zwei Beispiele für Nanotechnologie im wirklichen Leben, aber beide existierten in der Natur, lange bevor die Wissenschaft davon Notiz nahm. Lass uns mal sehen.

Betrachten Sie es als Sicherheitsausrüstung für schlampige Esser: Seit Jahren versucht die Textilindustrie, wirksame schmutzabweisende Stoffe zu entwickeln. Erst als sie anfingen, Nanowhisker zu verwenden, hörten all diese verirrten Tropfen und Verschüttungen wirklich auf, einzusickern. Wenn Sie jemals gesehen haben, wie Regentropfen von einem Lotusblatt – oder vielen anderen Blattpflanzen, die in feuchten Gebieten leben – abperlen und abrollen, dann haben Sie es getan natürliche Nanowhisker bei der Arbeit gesehen. Das Blatt ist mit Haaren in Nanogröße bedeckt, die Wassertröpfchen unterstützen und verhindern, dass sie absorbiert werden oder an der Blattoberfläche haften bleiben. Durch das Hinzufügen von Nanoröhren zu den Fasern von Kleidung können Hersteller Baumwolle, Wolle oder synthetische Stoffe herstellen, die Flüssigkeiten abweisen.

Die Ausrüstung zum Gehen an der Wand ist ein Produkt des Forschungsteams von Robert Full in Berkeley. Beim Studium der Zehen von Geckos entdeckten sie, dass jede Zehe mit noch mehr Haaren in Nanogröße bedeckt war, obwohl diese so klein und zahlreich waren, dass sie Van-der-Waals-Kräfte (intermolekulare Adhäsion) nutzten, um an glatten Oberflächen zu haften [Quelle: Full ] . Full, ein Biologe, und andere Ingenieure replizierten den Fuzz der Geckofüße und konnten Polster herstellen, die es einem menschlichen Kletterer ermöglichten, die Seite eines Gebäudes zu erklimmen.

Die wichtige Lektion hier ist nicht, dass die Wissenschaft das Leben von Katzeneinbrechern sicherer macht. Vielmehr haben wir gerade erst begonnen, die Möglichkeiten der Nanotechnologie zu erforschen, und kommende Entwicklungen könnten direkt aus der Natur kommen. Der schwierige Teil wird darin bestehen, Produkte zu entwerfen, die die lebendige Welt ergänzen und ihr nicht schaden.

Lebensmittel sind der Bereich, in dem viele Menschen ihre Liebe und ihr Interesse an der Nanotechnologie abgrenzen. Viele Menschen zahlen eine Prämie, nur um sicherzustellen, dass ihre Lebensmittel aus biologischem oder ethischem Anbau stammen oder beides, daher ist es wenig überraschend, dass sie sich nicht einmal vorstellen wollen, Nanopartikel zu sich zu nehmen. Bevor wir also zu sehr in Panik geraten, schauen wir uns einige praktische Anwendungen für Nanotechnologie in Lebensmitteln und anderen Verbrauchsgütern an.

Verpackung und Lagerung: Nanotech-Lebensmittelverpackungen können Lebensmittel länger haltbar machen, indem sie einen luftdichteren Verschluss schaffen oder sogar Bakterien in Aufbewahrungssystemen abtöten. Umschauen. Auf dem Markt finden Sie viele Kühlschränke, die Nanosilber-Beschichtungen verwenden, um Bakterien abzutöten, und sogar in einigen wiederverwendbaren Aufbewahrungsbehältern für Lebensmittel.

Geschmack, Farbe und Nährwert: Sie können auf atomarer und molekularer Ebene viel mit Lebensmitteln tun, um ihren Geschmack, ihr Aussehen und ihre Nährwerte zu verändern. Befürworter sagen, dass dies bedeuten könnte, dass technisch hergestellte Lebensmittel einen höheren Nährwert in einer ansprechenden Verpackung bieten (ein möglicher Vorteil für verarmte Gebiete der Welt, die keine angemessene Ernährung erhalten) [Quelle: IOM ]. Unterdessen wollen Neinsager nichts weiter hören, nachdem die Worte „technisch hergestellte Lebensmittel“ gesprochen wurden.

Medikamente verbessern: Nehmen wir zum Beispiel Diabetes. Nanoröhren könnten eines Tages den Nadelstich-Bluttest ersetzen, und Nanopartikel in der Medizin könnten so konstruiert werden, dass sie ihre Medikamente nur dann freisetzen, wenn der Blutzuckerspiegel dies erfordert [Quelle: Soutter ]. Die Medizin hat diesen Punkt noch nicht erreicht, aber es ist eine vielversprechende Idee, die Auswirkungen auf alle hat, deren Gesundheitszustand eine konstante Dosis Medikamente erfordert, von HIV-Patienten bis hin zu Migränepatienten.

Take on (Nano)tech der FDA

Die US-amerikanische Food and Drug Administration hat damit begonnen, Nanotechnologie in regulierten Produkten zu untersuchen. Im Jahr 2011 veröffentlichte die Behörde ihren „ersten Schritt in Richtung größerer regulatorischer Sicherheit in der Nanotechnologie“ [Quelle: FDA ].

Anmerkung des Autors: 5 Dinge, die Sie über Nanotechnologie wissen sollten

Als kleines Kind war ich der einzige Junge in meinem Block, der es nicht ertragen konnte, den Film „Fantastic Voyage“ zu sehen, weil ich nicht glaubte, dass in dieser vorgeschlagenen Größe etwas Nützliches existieren könnte. Das Innenleben des Körpers auf diesen Ebenen war irgendwo auf Augenhöhe mit Einhörnern und Kobolden, die große Mengen an Gold sicher zu Füßen von Regenbögen versteckt halten. Zugegeben, das war, bevor mich mein Biologiekurs 101 umgehauen hat. Heute kann ich nicht anders, als auszurasten, wenn jemand anfängt, darüber zu sprechen, dass die natürliche Welt auf dieser Ebene funktioniert und wie wir Dinge wie Krebs auf Nanoebene behandeln. Wirklich erstaunliches Zeug!

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