Dole je spousta místa
18. 11. 2009
Nanotechnologie patří k módním pojmům současné vědy. Zabývá se objekty a pochody v rozměrech menších než 10-9 m (1 nanometr), což jsou rozměry molekuly a atomů. Náš životní standard se zlepšuje právě díky nanotechnologiím a schopnosti manipulovat ve velmi malých měřítcích. Michael vás ale zavede k nanotechnologiím, které jsou akční a které můžete provádět doma v každodenním životě. Dokonce ukáže, jak provést nanotechnologický experiment, který vedl k vývoji domácích těhotenských testů.
Tereza: Tam dole je spousta místa.
Michael: To je název slavné přednášky, kterou v roce 1959 přednesl nositel Nobelovy ceny za fyziku, Richard Feynman.
Filip: Popsal v ní budoucnost malých, nepatrných částic a zařízení, založených na manipulaci s jednotlivými atomy a molekulami.
Michael: Tento obor se stal známý jako nanotechnologie.
Filip: Nanotechnologie se stala populární ve vědě i v politice.
Tereza: Nově objevené vlastnosti nanosystémů se začínají uplatňovat v nových aplikacích způsobem, který připomíná průmyslovou revoluci na začátku 19. století. V zájmu každé země je nástup nanotechnologií nepromeškat a snažit se jejich ohromný potenciál co nejlépe využít.
Filip:Považuje se za jeden z hlavních zdrojů inovací v technice a zároveň za jednu z hlavních priorit ve vědě pro 21. století.Ač se to zdá k nevíře, počátky nanotechnologie se dají datovat už do dob středověku.
Tereza: Nanotechnologie opravdu nejsou ničím novým. Týkají se objektů a procesů, které probíhají v měřítku nanometru. To jsou rozměry samotných molekul a atomů, …
Filip: … což je měřítko, se kterým pracují chemici, biochemici a buněční biologové už po staletí.
Tereza: Jen pro vaši představu: Kdyby nanopředměty měly rozměr tohoto pomeranče, pak pomeranč by byl velký jako celá Zeměkoule.
Filip: Důkazem toho jsou tyto krásné, rubínově červené vitráže.
Michael: The colour is due to the presence in the glass of tiny nanosized clusters of gold atoms. These gold nanoparticles allow long-wave red light to pass through but block out shorter wavelengths – blue and yellow light.
Tato barva vznikla díky tomu, že ve skle jsou přítomny nepatrné klastry atomů zlata o rozměrech nanometrů. Tyto zlaté nanočástice umožňují červenému světlu, které má dlouhou vlnovou délkou, sklem pronikat. V průchodu však brání modré a žluté s kratšími vlnovými délkami.
Tereza: Barva vitráže tedy závisí nejen na použitém chemickém prvku – třeba zlatě, ale také na velikosti jeho částic. Částečky stříbra například dávají barvu žlutou.
Filip: Nový je však multidisciplinární přístup k nanotechnologiím. A hlavně schopnost tyto věci poprvé uvidět.
Michael: Díky nové technice, jako je třeba tento neuvěřitelně sexy mikroskop na Ústavu anorganické chemie Akademie věd v Řeži, se dovedeme podívat na stavbu látek na úrovni nanometru.
Filip: Pohled do nanosvěta umožňuje vědcům ovládat atomy a molekuly a hlavně vyvíjet nové nanotechnologie.
Tereza: Naše sehraná dvojka Michael s Filipem nastupují k dnešnímu pokusu.
Michael: Tak si tedy vytvoříme trošku nanotechnologie pro sebe.
Filip: Uděláme si svůj vlastní nanoklastr, který bude velice podobný těm, které jsme viděli v barevných vitrážích středověkých oken.
Michael:Zlaté nanoklastry, které vyrobíme, budou mít průměr asi 10 nanometrů, a bude je tvořit asi 50 000 atomů zlata.
Filip: Použijeme postup, který v roce 1856 poprvé popsal slavný britský vědec Michael Londesborough … Faraday.
Filip: Sirouhlík.
Tereza: Je to velmi těkavá jedovatá hořlavina nepříjemného, nasládlého zápachu.
Michael: A fosfor.
Tereza: Ze tří forem fosforu jde o fosfor bílý. Je to nekovový prvek nažloutlé barvy. Je měkký, dá se krájet nožem. Také fosfor je jedovatý, na vzduchu se sám vznítí.
Filip: Proto se musí uchovávat ve vodě nebo oleji, kde je nerozpustný. V sirouhlíku se však dobře rozpouští.
Filip: Chlorid zlatitý.
Michael: Stačí málo …
Tereza: Náš dnešní pokus je založen na redukci chloridu zlatitého.
Filip: H2O, neboli česky voda.
Tereza: Zlatité ionty se při této reakci redukují na zlaté klastry obsahující tisíce zlatých atomů. Redukční činidlo citronan sodný redukuje zlato ale zároveň vznikající zlaté klastry – tedy shluky zlatých atomů – stabilizuje.
Filip: Do roztoku se zlatými klastry přidáváme kapku fosforu, rozpuštěného v sirouhlíku. Celý roztok teď musíme dokonale promíchat.
Tereza: Nejlepší je – jako častokrát – dobrá ruční práce. Roztok po chvilce mění svůj vzhled. Zčervená a postupně se změní až na rubínovou barvu.
Michael: Tyto koloidní roztoky odhalíme pomocí Tyndallova jevu.
Filip: Ten se objeví, když koloidní suspenzí prochází světlo.
Tereza:Světelnou stopu našeho laserového ukazovátka v roztoku vidíme, protože viditelné světlo se rozptyluje na mikroskopických částečkách. Jejich velikost je totiž shodná s velikostí vlnové délky světla laseru.
Michael: In contrast, when light is shone through a solution without colloids
Oproti tomu když světlem svítíme přes roztok bez koloidů, …
Filip: … například inkoustem, …
Michael:… then the light shines through without being scattered.
… pak světlo prochází skrz bez rozptylu.
Filip: Světelná stopa proto není vidět.
Tereza:Paprsek laseru skutečně prochází roztokem červeného inkoustu beze stopy, zatímco v sousední baňce se zlatými klastry zanechává stopu jako světelné meče z Hvězdných válek.
Jemnou čáru na baňce s inkoustem způsobily jen nečistoty a nerovnosti na skle baňky samotné.
Michael: Zlaté nanoklastry, …
Filip: … tedy shluky atomů zlata, …
Michael: … se nepoužívají jen v barevných vitrážích.
Filip: To, že pohlcují světlo, se využívá také k detekování biomolekul.
Michael: Například biomolekuly lidského gonadotropinu. Ve zkratce hCG.
Filip: To je hormon, který se vylučuje na počátku těhotenství.
Michael: Gonadotropin můžeme označit zlatými klastry.
Filip: To je princip, který se využívá u moderních těhotenských testů.
Michael:The test strip contains colloidal gold nano-clusters (like the ones, that Filip and I were making in the laboratory earlier), which when in complex with the hCG hormone are visible as a red line.
Testovací proužek obsahuje koloidní zlaté nanoklastry, jako byly ty, které jsme s Filipem připravovali v laboratoři. Když se spojí v hormonem hCG, zviditelní se jako červený proužek.
Filip: A to potvrdí, že žena je těhotná.
Michael: Hele – kope.
Filip: No jo, člověče … No, já nic, Já jsem se jenom dobře najedl.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough