Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> ATRAKTIVNÍ PROJEKTY: Nano znamená budoucnost
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.
Nomenklatura:

ATRAKTIVNÍ PROJEKTY: Nano znamená budoucnost

Nanotechnologie už dávno nepatří mezi rekvizity sci-fi a v řadě oborů se staly běžnými reáliemi. Ale jejich výzkum a vývoj dále pokračují a nabízejí netušené možnosti.

Dnešní příspěvek o atraktivních projektech přináší tři rozdílná využití nanotechnologií se společným jmenovatelem - záchrana lidského života.

SkyHydrant přináší záchranu

Podle odhadů Světové zdravotnické organizace (WHO) nemá 1,2 miliardy lidí na světě přístup k pitné vodě. Znečištěná, ve většině případů neupravená povrchová voda obsahuje nejen nečistoty, ale je navíc plná bakterií a parazitů. Ty způsobují nemoci, na jejichž následky zemře každých 15 vteřin jeden člověk - to jsou ročně 2 miliony lidí, většinou dětí.

Anotace
Keňa je krásná, ale chudá země.Anotace
Anotace
 

Vesnice Obambo-Kadenge leží v západní Keni, kousek od Viktoriina jezera. Několikatisícová osada patří mezi nejchudší na světě. Příjem většiny lidí nepřesahuje 1 dolar na den. Vodu zdejší obyvatelé dosud získávali z Gona Dam - malé mělké nádrže ve městě. Přitéká do ní přes zemědělsky obhospodařované pozemky, hráz je proto plná bahna a není chráněna ani před zvířaty, pro něž představuje jeden z mála zdrojů vody v okolí. Také kvůli všudypřítomným odpadkům je téměř vždy zakalená (turbidita, jež udává stupeň zakalení, zde přesahuje 400 NTU, pro srovnání u „české" vody se tato hodnota přibližuje nule). Častý je proto výskyt nemocí jako cholera, tyfus nebo úplavice.

Anotace
Vesnice Obambo-Kadenge v západní Keni patří mezi nejchudší na světě. 

Běžné technologie pro úpravu vody jsou v rozvojových zemích nepoužitelné - náklady na jejich pořízení jsou astronomické. Vědci proto hledali cestu, jak zajistit pitnou vodu i pro tyto odlehlé osady. Řešení musí splňovat několik podmínek, zejména nízké pořizovací náklady, jednoduchost ovládání a nesmí být závislé na elektrické energii ani na další infrastruktuře, která v rozvojových zemích chybí.

Anotace
Nová technologie slibuje čistotou vodu. 

Zdá se, že obyvatelům Obambo-Kadenge se blýská na lepší časy. Byla vybrána pro pilotní instalaci přenosných filtrů „SkyHydrant". Dodala je australská nezisková organizace Sky Juice.

Anotace
SkyHydrant se osvědčil loni v Číně, v oblastech postižených zemětřesením. 

Systém funguje na principu samospádu. Voda z hráze je za použití větrné energie přečerpána do samostatné umělé nádrže, která je umístěna alespoň 1,5 metru nad vlastními filtry. Voda tak získá dostatečný tlak, aby mohla protéci filtrační jednotkou. Surová voda vtéká do dutých vláken dlouhých asi jeden metr. V těch tkví tajemství celého systému. Voda jimi protéká stejně jako brčkem - znečištěná přitéká z vnější strany trubiček, je protlačována stěnami membrán dovnitř a poté sbírána z jejich vnitřní strany. Velikost pórů je totiž pouhých 100 nanometrů, což je dostatečné na odstranění většiny pevných nečistot, a bakterií (velikost bakterie E. coli dosahuje velikosti 2-3 μm, i nejmenší bakterie z rodu Mycoplasma mají velikost 0,1-0,3 μm). Filtry se čistí velmi snadno - jednoduše se obrátí proud vody a vlákna se vypláchnou. V závislosti na znečištění vody se tak děje několikrát za den.

Obambo-Kadenge dnes má filtry, které produkují 2 000 litrů čisté vody za hodinu, což činí (včetně přestávek) cca 20 000-30 000 litrů za den. Náklady na provoz systému jsou velmi nízké - méně než 50 centů na osobu za rok, životnost zařízení by měla být minimálně 10 let. Důležitý je také fakt, že uživatelé - obyvatelé vesnice - za vodu platí, i když zcela symbolickou částku.

Využití čisticích stanic se plánuje nejen v zemích třetího světa, v nichž lidé nemají přístup k pitné vodě a nemohou si dovolit nákladné úpravny vody. Uplatnění naleznou také při živelních či dalších pohromách a ve všech situacích, kdy je nutné rychle dodat pitnou vodu, a přitom chybí či je poničena základní infrastruktura.

Roboty s nanomotorem

Nanoroboty, které vysíláme do lidského těla, aby zvítězily nad nádorovými buňkami nebo aby vyčistily ucpané tepny, potřebují ke svému pohonu vysoce výkonné nanomotory.

Pohyb vpřed pomocí nějaké tekutiny není tak triviální, jak se na první pohled může zdát. Například jej využívá nové řešení konstrukce nanomotorů. Jeho základem jsou nanonové tyčinky, jež katalyzací samy vyrábějí pohonnou látku. Jedná se o nanoskopické tyčinky, jejichž konce jsou ze dvou různých kovů. Nanoskopické motory tedy nepotřebují žádnou nádrž a pohybují se v médiu, jež obsahuje vhodnou pohonnou látku. Mezi klasiku už patří zlatoplatinové nanotyčinky, jež peroxidem vodíku jako pohonnou látkou ujedou za sekundu od 10 do 20 mikrometrů.Vědecký tým pod vedením Josepha Wanga z University of California v San Diegu a Arizona State University dramaticky zvýšil rychlost těchto nanotyčinek, a to na 150 mikrometrů za sekundu. Tohoto rekordu dosáhli díky tomu, že část tyčinky dosud používající zlato nahradili segmentem ze slitiny stříbra a zlata. „Tato nanotyčinka ujede svou vlastní délku asi 75krát za vteřinu," referoval Joseph Wang v odborném tisku. „Tím se blížíme rychlosti efektivních biologických nanomotorů, k nimž například patří bičíkaté bakterie.

Anotace
Nanomotor funguje na základě katalýzy

Katalýza u platinové části tyčinky štěpí peroxid vodíku (H2O2) na kyslík (O2) a protony (H+). Přebytečné elektrony se přesunují k stříbrozlaté části, čímž nastartují redukční reakci H2O2 a protonů a vzniká voda. Uvolnění kyslíku a vody vytváří slabé proudění, které žene nanotyčinku kapalinou, a to platinou částí vpřed. Na obrázku slovo Fliessrichtung znamená směr proudění.

Slitina zlata a stříbra se stará o to, aby elektrony byly přenášeny rychleji. Tím probíhá rozpad pohonné látky rychleji a tyčinky jsou o to rychlejší.

Zdá se, že jako první využití nanomotorů se naskytne v nanomedicíně, kdy tyto miniaturní dopravní prostředky budou dopravovat na určitá místa potřebné léčebné účinné látky.

V místě nádoru

Vědci testují nový způsob léčby rakoviny. Používají při něm magnetické nanočástice, které na sebe navážou chemoterapeutický lék a dopraví jej přímo do nádoru. Zbytek těla je před agresivními léky ochráněn. Metoda vyvinutá lékaři z Univerzitní nemocnice v německém Erlangenu se nyní laboratorně testuje. Dosavadní výsledky pokusů na zvířatech vypadají velmi slibně

Anotace
Schéma léčení nádoru pomocí magnetických nanočástic  

Novinkou ve výzkumu je transport léku přímo do nádoru pomocí miniaturních magnetických částic o velikosti pouhých 100 nanometrů. Chemoterapeutikum je na nanočástici - svého dopravce -  pevně navázáno. Pomocí silného magnetu, který se umístí poblíž místa zhoubného bujení u pacientova těla, se částice navádějí přímo k nádoru. Zde se léčebná látka uvolní a působí tedy lokálně pouze tam, kde je to nezbytně nutné. Zbytek těla zůstane od toxických látek uchráněn.

Lékaři dokázali paralyzovat nádor s pouhou pětinou obvyklé dávky léku, protože účinné látky byly dodány mnohem přesněji než obvykle. Výzkum je zaměřen na nádory blízko povrchu, jako jsou karcinomy hlavy, krku či kůže. Stále jsou však zapotřebí další klinické studie. Lékaři v Erlangenu doufají, že budou moci brzy začít provádět klinické studie na pacientech.

Jednou z klíčových otázek ve výzkumu je použití magnetu, který nanočástice přesně směruje na místo určení. Je nutné použít velmi silný magnet s proměnlivým polem. Donedávna byla podobná zařízení nepoužitelná - váha elektromagnetů, které byly schopny generovat pole o požadovaném výkonu, totiž přesahovala 1,5 tuny. Výzkumníkům se ale nyní podařilo sestavit velmi výkonný otočný elektromagnet o váze pouhých 47 kilogramů, který má snadno přístupné hrany pólů a vytváří velký spád pole. Díky tomu může lékař s magnetem snadno manipulovat a hranu umístit přesně nad nádor. Dokáže proto bezpečně léčit dokonce i nejmenší nádory.

Karel Sedláček

Další články

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: