Aόρατα σωματίδια με… προσωπικότητα

Σε ένα «βασίλειο» που κινείται μεταξύ… φθοράς και αφθαρσίας ζουν τα
νανοσωματίδια. Είναι αόρατα αντικείμενα που έχουν θαυματουργές ιδιότητες.
Αντανακλούν το φως με τον δικό τους τρόπο, αλλάζουν χρώμα, συμπεριφέρονται με
δικούς τους νόμους κι έχουν ακόμη και θεραπευτικές ιδιότητες. Νανοσωματίδια
μπορεί να κατασκευάσει και ο άνθρωπος, από διάφορα υλικά. Το έκαναν και στον
Μεσαίωνα…

Εξειδικευμένοι τεχνίτες την περίοδο του Μεσαίωνα έγιναν εν αγνοία τους οι
πρώτοι νανοτεχνολόγοι, όταν κατασκεύαζαν κόκκινα βιτρό αναμειγνύοντας χλωρίδια
χρυσού σε λειωμένο γυαλί. Αυτό δημιουργούσε μικροσκοπικές χρυσές σφαίρες, οι
οποίες απορροφούσαν και ανακλούσαν το φως του ήλιου προσδίδοντάς του μια
πλούσια απόχρωση στο χρώμα του ρουμπινιού.

H νανοτεχνολογία, τα νανοσωματίδια και ό,τι τέλος πάντων έχει σχέση με τον
νανόκοσμο, πηγάζουν από το νανόμετρο που αντιστοιχεί στο ένα δισεκατομμυριοστό
του μέτρου. Αυτό είναι κατά πολύ μικρότερο από τον κόσμο των καθημερινών
αντικειμένων – που περιγράφθηκε από τους νόμους του Νεύτωνα για την κίνηση -,
αλλά αρκετά μεγαλύτερο από ένα άτομο ή ένα απλό μόριο, που αποτελούν σωματίδια
τα οποία υπακούουν στους νόμους της κβαντικής μηχανικής. Ένα νανοσωματίδιο
έχει πλάτος από μερικά νανόμετρα μέχρι λίγες εκατοντάδες νανόμετρα και
περιλαμβάνει δεκάδες χιλιάδες άτομα. Βρίσκεται σ’ ένα… βασίλειο που
ισορροπεί ανάμεσα στους νόμους του Νεύτωνα και στον κόσμο των κβάντα. «Σε
τέτοια μεγέθη, κάθε αντικείμενο, ανεξάρτητα τού τι είναι, αποκτά καινούργιες
ιδιότητες», λέει στην εφημερίδα «The New York Times» ο δρ Τσαντ Μίρκιν, που
είναι διευθυντής στο Ινστιτούτο Νανοτεχνολογίας του Πανεπιστημίου Northwestern
των ΗΠΑ.

Οι ιδιότητες που υπάρχουν σ’ αυτό το ενδιάμεσο βασίλειο αναδεικνύουν μια
ασυνήθιστη Φυσική, όπου οι ιδιότητες ενός υλικού αλλάζουν ανάλογα με το
μέγεθός τους. Σε κβαντικό επίπεδο, ένα άτομο χρυσού συμπεριφέρεται σαν
οποιοδήποτε άλλο άτομο χρυσού, ενώ ένα ψήγμα χρυσού – μεγάλο τόσο ώστε να
μπορείς να το κρατήσεις – έχει τις ίδιες χημικές και ηλεκτρικές ιδιότητες με
οποιοδήποτε άλλο ψήγμα του ίδιου μετάλλου.

Όμως δύο νανοσωματίδια, φτιαγμένα από καθαρό χρυσό, μπορεί να παρουσιάσουν
αξιοσημείωτα διαφορετική συμπεριφορά – διαφορετική θερμοκρασία ρευστοποίησης,
διαφορετική ηλεκτρική αγωγιμότητα, διαφορετικό χρώμα – αν το ένα είναι
μεγαλύτερο από το άλλο. «Αυτομάτως έχουμε ένα καινούργιο εργαλείο για να
καθορίζουμε τις ιδιότητες των υλικών», λέει ο δρ Πωλ Αλιβιζάτος, ο οποίος
είναι καθηγητής Χημείας στο Πανεπιστήμιο Berkeley.

Νέο «εργαλείο» για την ανίχνευση και θεραπεία ασθενειών

Μία από τις ελπιδοφόρες εφαρμογές της νανοτεχνολογίας έχει να κάνει με την
ανίχνευση και θεραπεία ασθενειών. H δρ Ναόμι Χάλας, που είναι ηλεκτρολόγος
μηχανολόγος και μηχανικός ηλεκτρονικών υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο Rice των
ΗΠΑ, ανακάλυψε έναν τύπο σωματιδίου που ονομάζει νανοκέλυφος. Πρόκειται για
χρυσές ή ασημένιες σφαίρες «τυλιγμένες» γύρω από ποσότητα πυριτίου (σιλικόνη).
Το σφαιρικό περίβλημα κάνει τα ηλεκτρόνια του χρυσού να απορροφούν την
ενέργεια από το φως. Αλλάζοντας μάλιστα το πάχος του περιβλήματος,
μεταβάλλεται ταυτόχρονα και η συχνότητα του απορροφούμενου φωτός. Αν ένα
τέτοιο νανοκέλυφος εισαχθεί με ένεση σε έναν καρκινικό όγκο, φέγγει υπέρυθρο
φως πάνω του, τον θερμαίνει και τον σκοτώνει.

Τουλάχιστον αυτό θέλει να πιστεύει η Αμερικανίδα ερευνήτρια. Ένα πείραμα που
έκανε με συνεργάτες της στο εργαστήριο ήταν ελπιδοφόρο. Τοποθέτησαν νανοκελύφη
σε μερίδες αμαγείρευτου κοτόπουλου και στη συνέχεια διέτρεξαν την επιφάνειά
του με ένα υπέρυθρο λέιζερ. Το νερό δεν απορροφά αρκετό υπέρυθρο φως και έτσι
το λέιζερ πέρασε πάνω από το κοτόπουλο χωρίς να του δημιουργήσει κάποια
παρενέργεια. Όμως τα νανοκελύφη απορρόφησαν την ενέργεια και θερμάνθηκαν. Το
σημείο στο οποίο είχαν εμφυτευτεί άρχισε να καπνίζει και έπιασε φωτιά. Όμως
στην περίπτωση πραγματικής θεραπείας θα χρησιμοποιείτο λέιζερ χαμηλότερης
έντασης, ώστε να σκοτώνονται τα καρκινικά κύτταρα χωρίς να ψήνεται η σάρκα.

Καθαρίζουν και το περιβάλλον

Τα νανοσωματίδια ενδείκνυνται και για καθαρισμό του περιβάλλοντος! Ορισμένοι
επιστήμονες πειραματίζονται με νανοσωματίδια σιδήρου για περισσότερο από μία
δεκαετία. Ο σίδηρος είναι αποτελεσματικός για να καταπολεμά ρυπαντικές ουσίες,
όπως είναι το τριχλωροαιθυλένιο. Πρόκειται για ένα χημικό διαλυτικό που πολλές
φορές έχει εντοπιστεί σε πόσιμο νερό και θεωρείται βέβαιο ότι προκαλεί
καρκίνο. Όταν ο σίδηρος οξειδώνεται απελευθερώνει ένα ηλεκτρόνιο το οποίο από
τη στιγμή που θα «πηδήξει» πάνω σε ένα μόριο τριχλωροαιθυλένιου, πυροδοτεί μια
αλυσίδα χημικών αντιδράσεων, οι οποίες τελικά διασπούν την επικίνδυνη αυτή
ουσία σε ακίνδυνα συστατικά. Σε πειράματα μικρής κλίμακας που έγιναν σε
ρυπασμένες περιοχές του Νιου Τζέρσεϊ και της Βόρειας Καρολίνας, τα
νανοσωματίδια σιδήρου μείωσαν μέχρι και 90% τις ποσότητες τριχλωροαιθυλενίου.

Επιμέλεια: Στέφανος Κρίκκης, Εύη Ελευθεριάδου