Titlul întreg al proiectului

CAPITOLUL 5 - Nanomaterialele în produsele de consum

Nanotehnologiile sunt în prezent folosite pentru a crea noi produse de consum. Există un număr mare de "nano-caracteristici" care ar putea fi incluse într-un produs de consum, cum ar fi un strat de acoperire (acoperire subţire şi straturi la nivelul nanometrilor, fie aplicate la material sau formate după utilizare) sau un nanomaterial (de exemplu: nanotuburi, nanoparticule). De asemenea, nanotehnologia ar putea fi utilizată pentru a produce consumabile, fără responsabilitatea caracteristicilor sale finale: în acest caz, nanotehnologia este doar tehnologia care permite producţia. Mai jos aveţi o listă scurtă de produse de consum care sunt proiectate cu ajutorul nanotehnologiilor. Pentru informaţii tehnice detaliate, vă rugăm să consultaţi Capitolul şi Anexa din acest manual. Informaţiile furnizate aici se bazează în principal pe Inventarul Produselor de Consum Nanotehnologice, creat în 2006 prin Proiectul de Dezvoltare a Nanotehnologiei¹ (Centrul Internaţional pentru Şcolari Woodrow Wilson). Astăzi, inventarul are mai multe mii de produse listate. Trebuie remarcat faptul că produsele din inventar sunt incluse pe baza informaţiilor oferite de producător şi nu s-a efectuat nici un test al produsului. Printre materialele care sunt utilizate în produsele enumerate aici, nano argintul este materialul cel mai frecvent menţionat în descrierile de produs, urmat de carbon (care include fullerene), titan (inclusiv dioxid de titan), dioxid de siliciu, zinc (inclusiv oxid de zinc) şi de aur.

PRODUSE MEDICALE

Nanomaterialele sunt în prezent introduse în cateva medicamente comerciale, cum ar fi DOXIL şi ABRAXANE, ambele fiind medicamente anti-cancer. Unele medicamente sunt acum într-un stadiu clinic. Nanoparticulele de aur sunt adesea folosite în dispozitivele miniaturizate imunogenice de diagnostic, cum ar fi testele pentru sarcinii sau chituri NOVAmed (cum ar fi AdenoStick) care detectează prezenţa viruşilor intestinali. Acoperirile nano cu aur si nanoparticulele de metal sunt sub cercetare pentru terapie de administrare la țintă a medicamentelor: terapia NanoTherm ® (de la MagForce ®) este o noua abordare pentru tratamentul local al tumorilor solide. UE a aprobat Glioblasta multiform pentru probe clinice la alte tumori. Grefe înlocuitoare de oase şi piele realizate din nanoparticule sunt comercializate cu denumirea de Vitoss prin Orthovita. Implanturi diferite sunt acum îmbunătăţite cu nanotehnologii: un exemplu remarcabil este "mâna electronică", un membru artificial aflat în cercetare care poate fi mișcat de către pacienţi cu ajutorul minţii - acest dispozitiv a fost deja testat clinic. Nanoparticulele de argint sunt utilizate în special pentru realizarea de materiale textile care au proprietăţi antibacteriene, cum ar fi pansamentele Acticoat ® şi bandajele. Nanoparticulele de argint au o activitate antibacteriană mai puternică decât argintul convenţional, fiind transparente, ele sunt folosite în prezent în numeroase compozite pentru aplicaţii diferite (citiţi mai jos). Pentru informaţii generale privind aplicarea nanotehnologiilor în nanomedicină citiţi capitolul 2.

COSMETICE

Unele nanomateriale, precum colagenii lipozomi, au fost utilizaţi în produsele cosmetice timp de decenii. În ultimii ani, unele nanomateriale noi au fost utilizate, deoarece acestea permit îmbunătăţirea performanţelor sau schimbarea culorii lor. De exemplu, în unele creme, nanomaterialele pot îmbunătăţi absorbția ingredientului "activ" în piele. La scală nano, oxidul de titan (TiO2) şi oxidul de zinc (ZnO) sunt două dintre aceste materiale. În formă brută (macro) sunt utilizate pe scară largă în multe produse din industrie (pasta de dinti, produsele de protecţie solară, vopsea, etc). Atunci când sunt într-o formă nanoscalară ele afişează proprietăţi fizice interesante care permit proiectarea de materiale noi şi îmbunătăţirea celor vechi. De exemplu, nanoparticule de oxid de titan (nano-TiO2) absorb lumina UV (cum ar fi oxidul de titan convenţional), dar difuzia luminii este redusă dramatic, astfel încât TiO2 merge de la apariţia culorii alb (la scară "macro") către transparent (la scară "nano"). Nano-TiO2 este, aşadar, suportul pentru acoperiri transparente, fiind utilizat şi în noua generaţie de creme pentru protecţie solară, care sunt caracterizate printr-un factor de protecţie extrem de ridicat, dar cu aspect transparent. De exemplu, Dior Snow Pure UV cu SPF 50 foloseşte nano-TiO2.

PRODUSE ENERGETICE

Nanomaterialele pot îmbunătăţi eficienţa la numeroase "produse energetice", cum ar fi panourile solare, bateriile, supercapacitoarele, celulele de combustibil. Acest lucru se datorează suprafeţei crescute raportate la volum a nanomaterialelor (o suprafaţă mai mare la acelaşi volum de material) şi la efectele cuantice responsabile pentru proprietăţile lor exceptionale (de exemplu, punctele cuantice îşi schimbă culoarea atunci când mărimea lor este schimbată printr-un factor de câţiva nanometri). Detaliile tehnice sunt prezentate în Capitolul 3. Unele produse comerciale sunt: colorant sintetizat pentru panourile solare, vândute de către DyeSol sau Philips, care transformă lumina în electricitate folosind o combinaţie de nano-TiO2 şi vopsele ecologice. Unele baterii folosesc acum nano-TiO2 în loc de grafit, de exemplu, bateria NanoSafe fabricată de Altairnano.

PRODUSE PENTRU MEDIU

Nanofibrele şi nano-absorbanţii sunt folosiți în prezent în unele sisteme de filtrare a apei, care permit filtrarea apei de contaminanţi, cum ar fi: bacterile, arsenic şi alte metale grele. Un produs comercial este Lifesaver ® Bottle, care are în interior un filtru super-hidrofil (realizat din carbon activ), care poate bloca materiale de până la 15nm în dimensiune, lucru care include viruşi şi bacterii. Filtrul este introdus într-o sticlă de plastic şi permite curăţarea apei contaminate la faţa locului. Unele sisteme de filtrare a aerului, de asemenea, utilizează nanomateriale, cum ar fi NanoBreeze, un ventilator cu o lampă încolăcită în interior şi care emană o lumină ultravioletă (UV). Lampa UV este înfăşurată într-un înveliş din fibră de sticlă acoperit cu un strat foarte subţire de dimensiune nano (40 nm) de particule de dioxid de titan (nano-TiO2). Nano-TiO2 are proprietăţi catalitice şi, prin iradiere UV, catalizează degradarea bacteriilor şi a produselor chimice.

O tehnologie similară este utilizată în auto-curăţarea ochelarilor, cum ar fi Activ Glass ™, un produs comercial disponibil în toată lumea, de la Pilkington. Sticla conţine un strat nano-gros de dioxid de titan care, prin iradiere UV (lumina zilei), descompune poluanţi organici făcând sticla extrem de hidrofilă, astfel încât apa de ploaie este suficientă pentru a curăţa sticla.

CI

Produsele electronice utilizează deja obiecte la scara nanometrica; de exemplu: tranzistorul din interiorul calculatorului este mai mic de 100 nm. Intel Core i3 are un microprocesor (Arrandale) cu caracteristici de 32nm. Nanotehnologiile permit miniaturizarea componentelor fundamentale ale dispozitivelor electronice chiar mai mult, aşa cum apar noi strategii care să permită creşterea puterii de calcul (cum ar fi calculul cuantic, spintronica, comunicaţii optice, etc). Primul calculator cuantic a fost anunţat în 2011 (D-Wave Quantum Computer, deşi experţii încă dezbat dacă se vor utiliza efectele cuantice). Nanomaterialele au un rol foarte important în noile sisteme de stocare a datelor: MRAMS-ul actual utilizează deja straturi de nanocristale; viitoarele produse vor fi NRAM ® (Nantero), o memorie care utilizează nanotuburi de carbon şi memoria de fază Phase Change Memory (PCM), care utilizează tranziţia de fază a unui material de la forma cristalină la forma amorfă. Pentru detalii tehnice consultaţi Capitolul 4.

Nanotehnologiile sunt de asemenea folosite pentru dezvoltarea de tehnologie de afişare de ultimă generatie, cum ar fi ecranele OLED (un exemplu este NUVUE AM550L) şi pentru a îmbunătăţi cele actuale (Invisicon technology utilizată pentru îmbunătăţirea ecranelor plate, e-paper, panourilor solare prin folosirea nanotuburilor de carbon în locul celor "convenţionale" ITO).

Sistemele RFID sunt, de asemenea, miniaturizate cu ajutorul nanotehnologiilor. Un alt domeniu important sunt "hainele electronice", cum ar fi " sistemul Smartex Wearable Wellness", un sistem portabil, complet integrat, capabil să obţină electrocardiograma unei persoane, respiraţia, postura şi mişcarea.

MATERIALE TEXTILE

U
Figura 11: Picături de ulei şi oţet pe o bucată de material textil Nano-Tex® (Imagine: NANOYOU Commons Non-Commercial Share Alike 3.0)
nele textile şi-au îmbunătăţit proprietăţile datorită nanotehnologiilor, având nevoie de o curăţare mai redusă. Un astfel de produs este Nano-Tex ®: fibrele sunt realizate super-hidrofob, cu o structură care imită suprafaţa frunzei de lotus, astfel că materialul rezistă la petele de lichide şi solide şi necesită o curăţare mai redusă. Apa şi alte pete pur şi simplu alunecă pe material. Acest material este folosit la diverse tricouri, pantaloni, jachete, care sunt comercializate. De exemplu, John Lewis Fine Twill Shirt.

O alta caracteristică care se adaugă la produsele textile care utilizează nanotehnologia este rezistenţa la bacterii. În acest caz, nanoparticule de argint sunt utilizate (pentru motivele descrise mai sus, în capitolul cu "Produse Medicale"). Există diverse produse pe piaţă, cum ar fi jachete, cămăşi, şosete, ciorapi, papuci etc. Două exemple sunt papucii de casă Contour-Foam ™ Silver şi dresurile Damen-Hose. Includerea nanoparticulelor de argint în fibrele textile reduce dezvoltarea bacteriilor care sunt responsabile pentru generarea unui miros neplăcut, prin urmare le conferă un efect anti-miros.

SPORT

Îmbunătăţirea performanţelor unor materiale este o prioritate în echipamentul sportiv si echipamentul de fitness, cum ar fi: bicicletele, rachete de tenis, costume de baie, mingi de tenis, pantofi, echipament de alpinism, etc. De exemplu, bicicletele Fourstroke BMC Racing Bike FS01 dispun de un cadru confecţionat dintr-un compus care conţine nanotuburi de carbon, ceea ce face cadrul foarte puternic şi foarte uşor. Un alt exemplu este costumul de baie Speedo LZR Racer, caracterizat ca fiind foarte uşor şi rapid în uscare. Este fabricat folosind tehnologia Plasmaterial™, o nanotehnologie nedăunătoare mediului şi care foloseşte energia plasmei reci pentru a modifica permanent suprafaţa ţesăturii.

APARATE CASNICE ŞI BUNURI PENTRU CASĂ

Nanoparticulele de argint sunt, de asemenea, folosite în acoperirea unor aparate de uz casnic, cum ar fi frigiderele şi maşinile de spălat rufe (de ex. unele produse de la Daewoo şi Samsung). Acoperirea nano este utilizată, de asemenea, la îmbunătăţirea performanţelor unor produse: de exemplu, Whirpool AKT 725/IXL gas hub are un nanostrat de Ixelium, care asigură o temperatură mai bună şi rezistenţă mai mare la zgârieturi.

Articole diverse pentru uz casnic folosesc nanoparticule de argint, cum ar fi unele containere alimentare; Argint BlueMoonGoods ™ Fresh Box, de exemplu, este o cutie de plastic cu nanoparticule de argint integrate în plastic, care promite reducerea nivelului bacterian.

PRODUSE PENTRU COPII

Menţinerea jucăriilor şi a echipamentelor pentru bebeluşi curate este o prioritate pentru mulţi părinţi; din acest motiv nanotehnologia bazată pe argint este utilizată în numeroase produse pentru copii, pentru a oferi proprietăţi anibacteriene. În inventarul produselor sunt numeroase exemple, cum ar fi ursuleţii de pluş ai căror fibre sunt impregnate cu nanoparticule de argint; sticle fabricate cu un compozit argint-plastic; periuţe de dinţi şi altele. Un exemplu este salteaua Nano-San® Antibacteriană pentru masa de schimbat scutece.