Novembri lõpus pidas Los Angelese Eesti Majas huvitava ettekande nanotehnoloogiast Angela Ivask.
Angela on järeldoktor California Ülikooli Los Angelese haru juures asuvas California Nanosüsteemide Instituudis (California NanoSystems Institute, http://www.cnsi.ucla.edu/); varem on ta õppinud ja töötanud Tartu Ülikoolis, Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudis Tallinnas ning Soomes Turu Ülikoolis. Oma ettekandes rääkis Angela nanotehnoloogia eesmärkidest ja rakendustest ja teadlaste igapäevatööst laiemalt.
Kuigi sõna „nanotehnoloogia“ võib esialgu tunduda võõras, on enamus inimesi selle saavutusi juba ammu kasutanud, omades iPhone, kerge süsinikraamiga ratast, kandes mittemäärduva kihiga kaetud mantlit, määrides näkku päikesekreemi. Seda loetelu võiks pikalt jätkata. Nanoosakesi olete aga ilmselt ka ise valmistanud, käivitades auto või süüdates lõkke, mille põlemisprotsessis paiskub õhku mitmesuguse kuju ning suurusega nanoosakesi.
Osakest loetakse nanomõõtmes olevaks, kui kõik ta mõõtmed on väiksemad kui 10-6m (üks mikromeeter (mm), üks miljondik meetrit, üks tuhandik millimeetrit, tuhat nanomeetrit (nm)) ja kui vähemalt üks mõõdetest on alla 10-7m (üks kümnendik mikromeetrit, sada nanomeetrit). Üks nanomeeter (10-9 m) on üks triljondik meetrit, üks miljondik millimeetrit ja üks tuhandik mikromeetrit; nano tähendab kreeka keeles ”üheksa”. Juuksekarva läbimõõt on 80.000 nanomeetrit, ühes kuupnanomeetris (nm3) on umbes 125 aatomit, ühes nanoosakeses on 1000-10.000 aatomit. Ühes molekulis on keskmiselt 10 aatomit; molekule nano-osakeste hulka tavaliselt ei arvata.
Nagu eelpool mainitud, on olemas looduslike protsesside käigus tekkivaid nano-osakesi, ent nanotehnoloogia uurib siiski eesmärgipäraselt valmistatud nanoosakeste omadusi ning nende kasutusvõimalusi.
Nanomõõtmes osakesi valmistatakse kas suuremaid aineid peenemaks jahvatades, neid tuhaks põletades, kiirjahutamise (kondensatsiooni) teel või keemilise sünteesi teel üksikaatomeid ja molekule kokku liites. Eelistatakse viimast meetodit, sest selle tulemusena tekkivate nanoosakeste suurus ja omadused on paremini kontrollitavad. Selliselt võib valmistada erineva suuruse, kuju (kandilised, ümmargused, torujad, kiled) ja pinnaga nanoosakesi. Nagu ka muudes teadusharudes, on osa uurimisprobleemidest teoreetilisemad ja teised rakenduslikuma kallakuga. Nanomõõtmes osakesed on teadlaste jaoks huvitavad sellepoolest, et nende keemilised ja füüsikalised omadused kipuvad erinema ühest küljest üksikaatomite omadustest, aga samas ka samatüüpi aatomitest koosnevate suuremamõõduliste asjade omadustest. Sedalaadi erinevuse põhjustab asjade välispinnal ja sisemuses olevate aatomite arvuline suhe: suurtel asjadel on välispinnal palju vähem aatomeid kui sisemuses, aga väikeste nanoosakeste ning torujate ja kilejate nano-struktuuride puhul on hoopis just välispinnal sisepinnaga võrreldes rohkem aatomeid. Lisaks sellele on sageli nanoosakeste välispinna aatomid väga ”reaktiivsed”, moodustades hõlpsasti uusi sidemeid väliskeskkonnas olevate osakestega. Seetõttu on nanoosakeste sulamistemperatuur madalam kui suurtel asjadel (osakesesiseseid sidemeid on lihtsam katkestada), suurem on päikesekiirguse neeldumine ning erinevad nende külgetõmbejõud ja teised elektromagnetilised omadused. Osa nanomaterjale (süsinikust torud, grafeen – ühekihiline süsiniku”leht”) on väga tugevad ja rebenemiskindlad, hea elektrijuhtivusega ja samas väikese tiheduse ja massiga (kerged). Nanomaterjalid, millega kaetakse ”mittemäärduvaid ning -märguvaid” riideid, on vetthülgavad ning katavad tekstiilikiude nii, et veetilk nende vahele ei pääse ning riiet märjaks ei tee. Suure tõenäosusega veereb koos veetilgaga riidelt ka võimalik mustus ning riie püsib kauem puhtana.
Mitmete nanomaterjalide ”isepuhastuvate” omaduste tõttu leiavad nad praktilist kasutamist kattematerjalides (hoonete välispind, tualettpotid); oma väiksuse ja välisosakestega haakuvuse tõttu kasutakse nanosoakesi ”kulleritena” näiteks vähiravimites ja vitamiinidega rikastatud toiduõlides või väikeste pragude täitmiseks hambapastas ja kortsude maskeerimiseks näokreemides. Päikesekiirguse suure neelduvuse tõttu kasutatakse nanoosakesi päikesepatareides ja päikesekreemis kaitseks ultraviolettkiirguse eest. Ülitugevaid nanomaterjale kasutatakse spordivarustuses (jalgrattaraamid, tennisereketid, mägironimiskirkad), mikroelektroonikas ja muudes rakendustes, kus materjali kaal oluline on, sealhulgas ka planeeritavas, hetkel veel utoopilisena tunduvas kosmoseliftis. Nanosuuruses hõbe on tänu oma bakteritsiidsetele omadustele juba laialdaselt kasutuses nii haavaravivahendites, sokkides ja isegi aluspesus!
Kuigi nanomõõtmes osakeste kasutamist näiteks vitraazklaasides on teada juba antiikajast, peetakse kaasaegse nanotehnoloogia rajajaks Richard Feynmani, kes 1959. a. Kalifornia Tehnikainstituudis rääkis esimesena sellest, kuidas teaduse arenedes õpivad inimesed valmistama üha väiksemaid ja väiksemaid masinaid ja liigutama üha väiksemaid ja väiksemaid aineosakesi, Kuigi sel ajal tundus see utoopilise mõttena, on paljuski nii läinud. Kuna aga nanotehnoloogia on siiski veel suhteliselt uus teadusharu, ei ole praeguseks kõik nanoosakeste omadused veel hästi teada ning nano-osakeste uurija hing ei ole rahul. Nanode kõrvalmõjudeks võivad olla näiteks soovimatud interaktsioonid bioloogiliste süsteemidega. Sageli tuuakse analooge nanosuuruses torujate struktuuride ning asbesti mõjude vahel. Teatavasti sobib viimane küll hästi ehitusmaterjalides kasutamiseks, aga selle üliväikesed osakesed võivad hingamisteedesse sattudes rakke kahjustada ning vähkkasvajaid tekitada. Esimene raport nanoosakeste reaalsest ohust inimese tervisele ilmus 2009. aastal, kui raporteeriti mitme hiina töölise surmajuhtumist, arvatavasti tingituna nende kokkupuutest nanoosakestega tootmisprotsessis. Angela Ivaski enda uurimistöö keskendubki nanomõõtmetes osakeste mõjudele elusrakkudes, eriti nanoosakeste võimalikele mürgistele ja ka inimtervist kahjustavatele aspektidele.
Nanotehnoloogiaga – nii uute võimalike materjalide leiutamisega kui ka nende ohutuse või ohtlikkuse uurimisega tegeldakse ka Eestis. Uusi materjale valmistatakse ja uuritakse nii Nanotehnoloogiate Arenduskeskuses Tartus kui Tallinna Tehnikaülikoolis, nanode ohutust kontrollitakse Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudis. Panustatud on ka uude, Baltimaade suurimasse nanotehnoloogiate tootearenduskeskusse.
Angela rääkis ka oma rohkem kui kümneaastasest teadustöökogemusest ning võrdles teadustööd ja orienteerumissporti, tema teist lemmiktegevust. Mõlemal juhul on osalejatele lõppeesmärk teada, ent teid selleni on mitmeid ja alati pole valitud tee sirgeim või otstarbekaim võimalikest. Alati on ka võimalus teel eksida ning ringiratast käies samasse punkti, kus juba kord oldud, tagasi jõuda. Peab tunnistama, et nii lõpevad ka kahjuks mitmed teadusuuringud. Alati jääb aga võimalus proovida õnne uuel maastikul.
Peale sisutihedat ettekannet oli soovijail võimalik mõtteid vahetada lõunalauas ja nautida Eesti Köögi tublide naiste poolt valmistatud eestipärast toitu.
Kohalolija
