Co je to Nano - IS MU - Masarykova univerzita

1、MASARYKOVA UNIVERZITA VBRNFILOZOFICK FAKULTA Katedra Informan vdy a knihovnictvAmbivalence nanotechnologie Diplomov prce Autor prce: Lenka MoudrVedouc prce: PhDr. Michal LorenzBrno 2006 Bibliografick zznamMoudr, Lenka. Ambivalence nanotechnologie. Brno: Masarykova univerzita, Filozofick fakulta, Kat

2、edra Informan studia a knihovnictv, 2006. 90 s. Vedouc diplomov prce PhDr. Michal Lorenz AnotacePrce Ambivalence nanotechnologie“ pojednv o aplikacch nanotechnologie (NT) v nejrznjch oborech: medicna, odstraovn ekologick zte, kosmick vzkum i elektronika a dal.Jsou zde rozebrny jej dsledky i rzn zdro

3、je omezen naich monost je poznat a predikovat. Dopad nanotechnologie na spolenost a kadodenn ivot je rozebrn vkontextu rznch zdroj rizikovch faktor (pm/nepm dopady; rizikovost technologie/riziko zneuit; asov hledisko). U pozitivnch je pak draz kladen na inovativnost nanotechnologie ve vztahu ke spol

4、eenskm procesm.AnnotationDiploma thesis Ambivalence of Nanotechnology“ deals with applications of nanotechnology in various fields of science and production: medicine, pollution abatement, space research, pollution abatement, and electronics. Consequences of these applications and our limits and res

5、trictions in their predictions are described. The influence of nanotechnology on society and everyday life is analyzed from the point of view of several characteristics influencing the nature of threats (direct/indirect consequences; technology inherent risks/risk of abuse; time range). When dealing

6、 with potential positive outcomes the thesis focuses on level of innovativeness related to society.Klov slovaNanotechnologie, Ambivalence, Nanomedicna, Nanorobotika, Rizika, Dsledky, Ekologie, EtikaKeywordsNanotechnology, Ambivalence, Nonomedicine, Nanorobotics, Risks, Consequences, Ecology, EthicsP

7、rohlenProhlauji, e jsem pedkldanou prci zpracoval/a samostatn a pouil/a jen uveden prameny a literaturu. Souasn dvm svolen ktomu, aby tato diplomov prce byla umstna vstedn knihovn FF MU a pouvna ke studijnm elm. Brn dne 30.ervna 2006 Lenka Moudr Obsah1.vod82.Co je to nanotechnologie102.1.Nanotechnol

8、ogie v prod122.2.Nanotechnologie lovk historie143.Vvoj nanotechnologie153.1.Fullereny163.2.Eric Drexler173.3.Nanotrubky193.4.Nstroje20Nanolaser20Scanning Probe Mikroskope20Nanoantny214.Vzkum234.1.esk Republika244.2.USA a Evropsk Unie265.Nanomaterily295.1.Polymery305.2.Nanovlkna315.3.Povrchov pravy (

9、dal vyuit)335.4.Nanoprky, nanostice346.Nanorobotika356.1.Popis356.2.Nebezpe vvoje376.3.Lidstvo x technologie386.4.Lidstvo + technologie407.Nanomedicna427.1.Nanoroboti vmedicn437.2.Lba rakoviny447.3.Lba poplenin457.4.Detekce467.5.Nanosenzory477.6.Nanospreje477.7.Prognzy488.I-realita509.Potraviny5110.

10、Nanokosmetika5111.Nanoelektronika5311.1.Nanopamti5311.2.Displeje5511.3.Nanoantny5611.4.Mon problmy5612.Kosmick vzkum5812.1.Samolen5912.2.Vesmrn vtah6113.Ekologie6314.Monitoring6715.Budoucnost7016.Sociln a etick dsledky nanotechnologie7416.1.Rizika nanotechnologie74Koncepce prce76Vliv na zdrav77Zvisl

11、ost79Vliv na ivotn prosted8016.2.Zneuit8017.Ambivalence NT - Mon dopady8317.1.Pvodce rizika (Technologie/Uivatel)8317.2.asov zaazen dsledku (Ped/Pi/Po)8317.3.Pm/Nepm8417.4.Mon negativn dopady84Selhn technologie84Negativn dsledky (masovho) uvn technologie85Neetick uit primrnm uivatelem85Zneuit (Neeti

12、ck uit sekundrnm uivatelem)85Negativn dsledky pozitivnch dopad85Sociokulturn diverzifikace zpsoben nerovnm pstupem knkterm aplikacm nanotechnologie86Obtn/drah monitoring a kontrola potencilnch negativnch dopad87Vysok nklady na vvoj87Prvodn negativn dopady ppadn nanorevoluce“8717.5.Pozitivn dopady871

13、7.6.Tet faktory8917.7.Tabulka Negativn dopady“9018.Zvr92Seznam pouit literatury:94Citace991. vodObdob dramatickch zmn ve vrobnch procesech zpsoben objevenm nov technologie, se vhistorii lidstva objevilo ji nkolikrt. Objevovaly se technologie zpracovn novch materil (hrnstv, zpracovn mdi, bronzu, elez

14、a,); vyuit energie (ohe, pra, spalovac motor, robotika, atomov energie,), zpracovn informac (psmo, knihtisk, informan technologie) - spolu stmito technologiemi pichzely irok spoleensk, ekonomick, vojensk a vjejich dsledku i politick zmny.Snad nejvce prodiskutovanou etapu je obdob prmyslov revoluce z

15、aloen na vyuit parnho motoru. Zde se d velmi dobe ukzat jak irok zmny me nov technologie pinst. Zkrocen pry umonilo napklad: Rozvoj eleznin dopravy Vznik akciov spolenosti jako zpsobu koncentrace kapitlu a zvyovn efektivityVtinu tchto dopad si nedokzali pedstavit ani ti nejvt vizioni. Nyn se chystme

16、 na start hned nkolika novch technologi a obor - mimo jin: biotechnologie, termojadern fze, genov inenrstv a konen nanotechnologie. I my mme zatm zastnn vhled vzorci mylen - jsa vychovni vhranicch danch souasnmi technologiemi.Tak jako vechny dosavadn revoluce mly sv odprce i zastnce; pleitosti i hro

17、zby zstv i obecn postoj k nanotechnologii vce i mn ambivalentn.Vprci jsem se pokusila shrnout vvoj nanotechnologie, oekvn i obavy kter ssebou nanotechnologie nese. Prvn st je vnovna jednotlivm oblastem aplikace novch vrobnch postup. Vzhledem, kvvojov fzi ve kter se nanotechnologie nachz, se jedn zve

18、lk sti spe o psliby a vize. Vdruh sti jsem pak shrnula mon oekvn a jak negativn, tak pozitivn. Opt se asto jedn o dosud nepotvrditeln (ale ani nevyvratiteln) rizika a sliby. 2. Co je to nanotechnologieNanotechnologie. Objevuje se ve sci-fi romnech, vdci o n mluv jako o oboru 21. stolet a vsouasnosti

19、 je to vzkumn smr svbec nejvtm nrstem finann podpory. Jde vlastn o soustavu metod, kter umouj manipulovat satomy, molekulami nebo jejich malmi skupinami. Lze tak vytvoit materily a objekty suniktnmi vlastnostmi. Pracuje ve velikostech jednoho nanometru, tj. rozmru esti atom uhlk. Pro vt nzornost - p

20、omr velikosti fotbalovho me ke struktue o rozmru 100 nm je piblin stejn, jako pomr velikosti zemkoule k rozmru kopacho me. Napklad molekula DNA je asi 2,5 nanometru irok, typick protein m velikost 120 nanometr.Nanovda je vdn oblast na prseku fyziky pevn fze, chemie, inenrstv a molekulrn biologie.Nan

21、otechnologie je tedy interdisciplinrn a rozvj se vad oblast a to napklad: Nanomaterily zkoumn a vvoj novch druh materilovch systm, jejich podstatn vlastnosti vyplvaj zrozmr jejich sloek vnanometrech. Nanochemie vytv a modifikuje chemick systmy, jejich funknost pramen zjejich nanorozmr. Nanoelektroni

22、ka zkoum rzn strategie vyuit elektronickch vlastnost nanostruktur vcel ad aplikac budoucch informanch technologi. Nanooptika pokld zklady optickch vysokorychlostnch komunikanch technologi, novch zdroj laserovho svtla a optickch systmu pro irok pouit. Nanovroba zkoum a vyvj metody technologie vroby s

23、truktur, vrstev a systm vnanorozmrech. Nanobiotechnologie se zabv vyuitm biologickch nanosystm vtechnickch systmech, od senzorov technologie po fotovoltaika. Pouv t nanotechnologick postupy pi zkoumn biologickch systm, zeho budou mt velk prospch zejmna oblasti lkask techniky a molekulrn diagnostiky.

24、 Nanoanalytika zabezpeuje analytick metody a nstroje pro porozumn zkladnch jev a pro charakterizovn vrobk.Nanotechnologie tedy vlastn nen ani tak nov vdeck disciplna, jako spe nov oblast sousteujc klasick vdeck obory jako jsou fyzika, kvantov mechanika, chemie, biochemie, elektronika atd. pi vvoji m

25、ateril a zazen svjimenmi vlastnostmi, vyplvajc zkvantov podstaty a schopnosti samoorganizace hmoty vrozmrech nanometr. Definice nanotechnologie pouvan vamerickm programu Nrodn nanotechnologick iniciativa (NNI) zbezna 2004 zn: “Nanotechnologie je vzkum a technologick vvoj na atomov, molekulrn nebo ma

26、kromolekulrn rovni, vrozmrov kle piblin 1 100 nm. Je to t vytven a pouvn struktur, zazen a systm, kter maj vdsledku svch malch nebo intermedirnch rozmr nov vlastnosti a funkce. Je to rovn dovednost manipulovat sobjekty na atomov rovni.“ PRNKA, Tasilo PERLINK, Karel. Nanotechnologie. Praha: Svaz prmy

27、slu a dopravy esk republiky, 2004.2.1. Nanotechnologie v prodVprod odpradvna probh vtina zkladnch ivotnch proces vnanorozmrech. Je tomu tak u po miliony let a to voblasti jak iv, tak i neiv prody. Zkladnmi stavebnmi prvky prody jsou atomy a molekuly. Molekula je seskupenm jednoho nebo vce atom, kter

28、 jsou vzjemn spojeny interakcemi po dostaten dlouhou dobu, take mohou bt pozorovny jako existujc subjekty. Mnoho biologickch materil meme klasifikovat jako nanostice. Bakterie, jejich velikost se pohybuje vrozmez 1-10 nm, pat do mezoskopick oblasti rozmrov kly, zatmco viry srozmry od 10-200 nm pat d

29、o horn sti velikosti nanostic. Vprod se vyskytuje vce ne 100 aminokyselin, ale jen 20 se angauje vsyntze blkovin. Pi vytven proteinu jsou tyto aminokyseliny navzjem svzny pomoc silnch chemickch peptidovch vazeb a tvo dlouh etzce zvan polypeptidy, obsahuj stovky a vnkterch ppadech tisce aminokyselin,

30、 proto odpovdaj nanodrtk. Polypeptidov nanodrtky jsou zkrucovny a steny, aby se stlaily do relativn malho objemu, kter odpovd polyptidov nanostici o prmru srozsahem mezi 4-50nm. Blkovina je tak nanostic, kter se stv ze stlaenho polypeptidovho nanodrtku. Dezoxeyribonukleov kyseliny (DNA), tvo genetic

31、k materil, m rovn strukturu zhutnho nanodrtku. Stavebnmi bloky DNA jsou tyi nukleotidn molekuly, kter jsou spojeny ksob vdlouhm dvojroubovitm nanodrtku, aby vytvoily chromozomy, kter jsou vlovku obsaeny vpotu okolo 140.106 nukleotid ve sledech za sebou. Molekulu DNA tedy tvo nanodrtky, kter jsou obt

32、oeny jeden kolem druhho vtvaru o prmru cca 2 nm, kter se opakuje kadch 3,4 nm. Tento dlouh, do dvojit roubovice spleten nanodrtek rovn prochz systematickm kroucenm a stenm, aby se DNA velo do chromozomu asi 6 um dlouhho a 1,4 um irokho. Samotn chromozom nen natolik mal, aby byl nanostic, a spe se po

33、hybuje vmezoskopick rozmrov kle.Formou prodn nanotechnologie je i biomineralizace. Napklad mkk Balon si konstruuje svou skopku tm, e uspodv kdu (uhliitan vpenat) do pevnch nanostrukturnch blok. Vytvenm nanostruktur je tak mon dit zkladn vlastnosti, jako napklad barvu, elektrickou vodivost, teplotu t

34、n, tvrdost, odolnost proti trhlinm a pevnost, bez zmny chemickho sloen materilu. Mkk kda se zmn vtvrdou skopku.Proda vyeila i vkonn motor, i pam na ukldn dat o rozmrech nanometr. Pamt jsou napklad chromosomy, dlouh vlknit tvary vbukch DNA a asociovanch protein, kter nesou genetickou informaci o orga

35、nismu. Molekulrnch motor najdeme vprod celou adu. Jsou to napklad biologick molekuly, kter d pohyb vbiologickch systmech. tyto molekuly pemuj chemickou energii ATP (adenosin trifostt) na mechanick pohyb.“ PRNKA, Tasilo PERLINK, Karel. Nanotechnologie. Praha: Svaz prmyslu a dopravy esk republiky, 200

36、4.Snaze napodobit produ se vnuje i nov vdn oblast biomemetika. O vyuit i syntzu biomateril vnanorozmrech a vytven nanozazen na biologickch principech se sna bionanotechnologie.2.2. Nanotechnologie lovk historieNanotechnologie se pouvala ji vdob, kdy jejich uivatel neznali jej podstatu. (napklad vmat

37、erilnm a chemickm inenrstv). Ve stedovku pidvali skli pro dosaen zajmavch barevnch efekt do skel prky zkov, jako zlato, stbro, zinek, kadmia. Byly mezi nimi i stice vrozmru nanometr, kter zpsobovaly uniktn barevnost skel. Nejznmjm pkladem jsou tzv. Lykurgovy pohry, kter pochzej asi ze 4.st. naeho le

38、topotu. Tyto pohry jsou vdennm svtle zelen, pokud je vak zdroj svtla umstn dovnit pohru, je erven. Sklo toti obsahuje mnostv zlata a stbra ve form nanokrystal o rozmru cca 70 nm. Nanokrystaly jsou slitinou zlata a stbra vpomru 3:7. nevme, jsou technologii vroby tchto pohr mt skli pouvali.Prvn nanost

39、rukturn film reprodukovateln vyrbn lovkem je zejm leskl glazovan keramika z13-16 stolet.Zejm nejpouvanjm nanomaterilem jsou saze vyrbj se nedokonalm spalovnm organickch ltek bohatch na uhlk. Jejich prmyslov vroba je star vc ne 100 let. Jsou to stice amorfnho kyslku o velikosti 10-500 nm a pouvaj se

40、pedevm jako plnivo do pneumatik.3. Vvoj nanotechnologieJet vpolovin minulho stolet pevldala zejmna Schrdingerova pedstava tj., e atomy nelze pesn lokalizovat prostoru, protoe atomy nelze pokldat za individuality, kter lze identifikovat“. PRNKA, Tasilo PERLINK, Karel. Nanotechnologie. Praha: Svaz prm

41、yslu a dopravy esk republiky, 2004. s. 5. Proto byla vtina vdc pesvdena o nemonosti vyuvat atomy zmrn jako stavebn jednotky pro zazen, kter by bylo pouiteln vpraxi. Jednm zprvnch lid, kte pedpovdali monost konstrukce zazen o molekulrnch rozmrech byl koncem 50. let 20. stolet von Hippel. Tento elektr

42、oinenr zMassachusetts Institute of Technology zavedl pojem molekulrn inenrstv“. Vroce 1959 pednesl na vronm zasedn American Physical Society vPasadan vKalifornii Robert Feynman, nositel Nobelovy ceny za fyziku svoji, dnes u tm legendrn, pednku Theres a Plenty Room at the Bottom. Na tto pednce poprv

43、upozoruje na monost manipulace sobjekty o miniaturnch rozmrech. Hovoil tehdy o mikrotechnologii. ekl mimo jin: “Zkony fyziky, jak mohu posoudit, nejsou proti monosti manipulovat svcmi atom po atomu. Nen to pokus poruit dn zkon, je to nco, co me bt vzsad udlno “ PRNKA, Tasilo PERLINK, Karel. Nanotech

44、nologie. Praha: Svaz prmyslu a dopravy esk republiky, 2004. s. 5. Poukzal na skutenost, e cel iv proda pracuje na rovni atom a molekul. Clem nanotechnologie se tak stala snaha napodobit postupy prody skldnm jedn molekuly kdruh. Sna se postupovat obdobn jako proda tm, e konstruuje nov objekt zjeho zk

45、ladnch sloek. Tm se odliuje od typickch vrobnch proces vrobku zdlch komponent.Protoe maj molekuly rozmry vnanometrech, postupem asu se pro molekulrn inenrstv, i molekulrn technologii, vil termn nanotechnologie. Vroce 1974 ho prvn pouil Tauniguche a to vsouvislosti vrobnch zpsob mc techniky, prostedn

46、ictvm jich lze doshnout pesnosti vyrobench soustek vnanometrech. Zrove ve druh polovin 20.stolet probhaj vzkumy zamen na poznn zkladnch stavebnch prvk, kter prokzaly, e atomy jsou natolik robustn, e je meme potat, izolovat je a dokonce jsme i schopni i manipulace s nimi. Piem jednm zcl bylo poznn zp

47、sobu, kterm konstruuje struktury proda, a poznn chovn biologickch entit o rozmrech molekul. Dalm krokem tedy tehdy logicky bylo vynalezen pstroj, kter by byly schopny pozorovn, ale hlavn manipulace sjednotlivmi atomy a molekulami (jako rastrovac tunelov mikroskop,). Brzy byly monosti vyuit zazen o r

48、ozmrech nanometr objeveny i biology a zaal vzkum jejich vyuvn v medicn, farmacii a biotechnologich. Tak se zrodil nov interdisciplinrn obor- nanotechnologie.3.1. FullerenyNsledujc dv desetilet miniaturizace ssebou pinesly objev rastrovacho kvantovho mikroskopu, kter lidem dovolil proniknout do svta

49、nanorozmr. Dky tomu mohl roku 1985 Richard Smalley spolu s vdci Haroldem W. Krotem (VB) a Robertem F. Curlem, objevit uhlkat struktury fullereny informace tkajc se fulleren jsou zlnk:Kapoun, Jan. Kemk i fullereny: Nanotechnologie pro kosmick vzkum. online. 2002, posledn revize 20. 06. 2006. Dostupn

50、z:www.scienceword.cz/sw.nsf/page/63C24A78392CFE01C1256B9D003D3698 Kapoun, Jan. Zzran fullereny: Na obzoru doba uhlkov. online. 2001, posledn revize 20. 06. 2005. Dostupn z: www.scienceword.cz/sw.nsf/page/00A2B5BECBB21361C1256B0B004D6D51. Fullereny jsou ob molekuly, jejich kostru tvo vzjemn propojen

51、atomy uhlku, umstn ve vrcholech vce nebo mn pravidelnch mnohostn. Vnejznmj molekule - buckminsterfullerenu, je edest atom uhlku uspodno do pentagon a hexagon, jejich vazby vytvej komol ikosaendr (tvar, kter znme zpovrchu fotbalovho me). Fullereny byly ze zatku jen vmalm mnostv a vplynnm skupenstv. R

52、oku 1990 vak dolo knovmu obratu. Americko-nmeck tm fyzik zarizonsk univerzity a stavu Maxe Plancka vypracoval syntetickou metodu ppravy fulleren, kter umonila produkci fulleren vgramovch mnostvch a i konen potvrzen jejich struktury. Tato tet forma istho uhlku (vedle diamantu a tuhy) se stala velkm pslibem pro rozvoj nanotechnologie. Jejich vjimen vlastnost